KR101620092B1 - 유기 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따라서 기판; 상기 기판 위의 애노드; 상기 애노드 위의, 발광층을 포함하는 유기층; 상기 유기층 위의 캐소드; 상기 캐소드 위의 광학 보조층; 및 상기 광학 보조층 위의 캡핑층; 을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 상기 광학 보조층은 굴절률이 가시광선 영역에서 상기 캡핑층의 물질의 굴절률보다 작고, 흡수 계수가 상기 캡핑층의 물질의 흡수 계수보다 클 수 있다.
Description
본 발명은 유기 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외광 반사를 줄일 수 있는 유기 발광 소자 그 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 애노드와 캐소드 그리고 이들 사이에 형성되어 있는 유기 발광층을 포함하며, 애노드에서 주입되는 정공과 캐소드에서 주입되는 전자가 유기 발광층에서 결합하여 생성된 엑시톤(exiton)이 여기 상태(exited state)로부터 바닥 상태(ground state)로 떨어지면서 빛을 발생시키는 자발광형 소자이다.
자발광형 소자인 유기 발광 소자는 별도의 광원이 불필요하므로 저전압으로 구동이 가능하고 경량의 박형으로 구성할 수 있으며, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트(contrast) 및 빠른 응답 속도 등의 고품위 특성으로 인하여 차세대 표시 장치의 구성 요소로서 주목받고 있다.
그런데 유기 발광 소자는 금속 전극과 금속 배선 등이 외부에서 유입되는 빛(외광)을 반사하여 검은색의 표현이 불량해지거나 명암비(contrast)가 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 외광 반사를 줄이기 위하여 편광판 및 보상필름을 적용하고 있으나 원가 상승 및 온도에 따른 필름 특성의 변화에 의한 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.
효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 유기 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라서 기판; 상기 기판 위의 애노드; 상기 애노드 위의, 발광층을 포함하는 유기층; 상기 유기층 위의 캐소드; 상기 캐소드 위의 광학 보조층; 및 상기 광학 보조층 위의 캡핑층; 을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 상기 광학 보조층은 굴절률이 가시광선 영역에서 상기 캡핑층의 굴절률보다 작고, 흡수 계수가 상기 캡핑층의 흡수 계수보다 클 수 있다.
가시광선 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.1 내지 2.0 이고, 흡수 계수가 1 내지 3일 수 있다.
400nm 내지 550nm 의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.1 내지 1.5 이고, 550nm 내지 700nm 의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.5 내지 2일 수 있다.
400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이가 0.5 내지 2.0 일 수 있다. 이때 550nm 내지 700nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이는 400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이보다 더 작을 수 있다.
한편, 550nm 내지 700nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 흡수 계수는 400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 흡수 계수보다 더 클 수 있다.
상기 광학 보조층은 Yb를 포함할 수 있다.
상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 정공 수송 영역 및 상기 캐소드와 상기 발광층 사이의 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역은 상기 광학 보조층과 동일한 물질로 이루어진 전자 주입층을 포함할 수 있다.
상기 캡핑층은 트리아릴 아민 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 트리아졸 유도체, 또는 이들의 혼합물; 또는 ITO, IZO, SiO2, SiNx, Y2O3, WO3, MoO3, Al2O3, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 캐소드는 Ag인 제1 금속 및 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속인 제2 금속을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 금속 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속을 10 내지 20 중량부 범위 내에서 포함할 수 있다.
상기 애노드는 반사 전극일 수 있다.
상기 캡핑층은 굴절률이 다른 복수의 층을 포함할 수 있다.
상기 캐소드는 그 내부에 상기 광학 보조층과 동일한 물질로 이루어진 중간층을 적어도 한 층 이상 더 포함할 수 있다. 이때 상기 광학 보조층 및 상기 중간층은 Yb를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따라서 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 애노드를 형성하는 단계; 상기 애노드 위에 발광층을 포함하는 유기층을 형성하는 단계; 상기 유기층 위에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드 위에 광학 보조층을 형성하는 단계; 및 상기 광학 보조층 위에 캡핑층을 형성하는 단계; 를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 광학 보조층의 굴절률은 가시광선 영역에서 상기 캡핑층의 굴절률보다 작고, 상기 광학 보조층의 흡수 계수는 상기 캡핑층의 흡수 계수보다 클 수 있다.
상기 광학 보조층의 형성은 상기 캐소드가 형성된 챔버와 동일한 챔버에서 상기 캐소드의 형성과 연속하여 이루어질 수 있다.
상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이의 정공 수송 영역 및 상기 캐소드와 상기 발광층 사이의 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역은 전자 주입층을 포함하고, 상기 전자 주입층, 상기 캐소드 및 상기 광학 보조층은 동일한 챔버에서 연속하여 형성될 수 있다.
상기 전자 주입층 및 상기 광학 보조층은 동일한 물질로 형성될 수 있다.
이때 상기 광학 보조층은 Yb를 포함할 수 있다.
캐소드와 캡핑층 사이에 광학 보조층을 사용함으로써 광추출 효율을 향상시키면서 외광 반사를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 7은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 파장에 따른 캡핑층과 광학 보조층의 물질의 굴절률 및 흡수 계수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 광학 보조층의 두께에 따른 반사율을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 10 은 실시예 2 및 실시예 3의 유기 발광 소자의 효율을 발광 색좌표의 Y 값에 대하여 시뮬레이션한 그래프이다.
도 2는 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 7은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 파장에 따른 캡핑층과 광학 보조층의 물질의 굴절률 및 흡수 계수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 광학 보조층의 두께에 따른 반사율을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 10 은 실시예 2 및 실시예 3의 유기 발광 소자의 효율을 발광 색좌표의 Y 값에 대하여 시뮬레이션한 그래프이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서 층들 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(10)의 개략적인 단면도이다. 유기 발광 소자(10)는 순차적으로 형성된 기판(100), 제1 전극(110), 유기층(120), 제2 전극(130), 광학 보조층(140) 및 캡핑층(150)을 포함한다. 이하에서 유기 발광 소자(10)의 각 층에 대하여 구체적으로 설명한다.
기판(100)은 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 기판(100)은 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판으로 형성될 수 있으며, 한편, 실리콘, 스텐리스 스틸과 같은 불투명한 물질로 형성될 수도 있다.
제1 전극(110)이 기판(100) 위에 형성되어 있다. 제1 전극(110)은 애노드일 수 있다. 이때 제1 전극(110)은 반사 전극일 수 있다. 제1 전극(110)은 예를 들어 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 합금 등으로 형성된 반사막과 상기 반사막 상에 형성된 일함수가 큰 투명 또는 반투명의 전극층을 구비할 수 있다.
상기 투명 또는 반투명의 전극층은 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물), IZO(인듐 아연 산화물), ZnO(아연 산화물), AZO(알루미늄 아연 산화물), IGO(인듐 갈륨 산화물), In2O3(인듐 산화물) 또는 SnO2(주석 산화물)을 포함할 수 있다.
유기층(120)은 발광층을 포함하며, 발광층과 제1 전극(110) 사이에 정공 수송 영역을 포함할 수 있고, 발광층과 제2 전극(130) 사이에 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층 또는 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 수송 영역은 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기층(120)은 예를 들어 1000Å 내지 10,000Å의 두께로 형성할 수 있다.
유기층(120) 위의 제2 전극(130)은 캐소드일 수 있다. 이때 제2 전극(130)은 투과 또는 반투과 전극일 수 있다. 제2 전극(130)은 예를 들어 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 일함수가 작은 금속 박막으로 형성될 수 있다. 구체적으로 제2 전극(130)은 Ag 와 함께 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 이때 합금 내의 Ag 의 함량(중량)이 다른 금속의 함량과 같거나 더 많을 수 있다. 예를 들어 합금 내의 Ag 와 다른 금속의 중량비가 50:50 내지 90:10, 또는 60:40 내지 80:20 일 수 있다. 예를 들어 제2 전극(130)이 Ag 와 Mg의 합금으로 이루어질 수 있고, 이때 Ag 대 Mg의 중량비가 60:40 내지 80:20 일 수 있다. 또는 제2 전극(130)은 Ag, Au, Pt, Cu, Mn, Ti, Co, Ni, W 중 1종 이상의 금속과 Yb, Sc, V, Y, In, Ce, Sm, Eu 및 Tb 중 1종 이상의 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 이들 금속층의 두께를 조절함으로써 제2 전극(130)을 투과 또는 반투과 전극으로 형성할 수 있다. 따라서 제2 전극(130)을 통하여 유기층(120)으로부터 생성한 광을 방출시킬 수 있다. 제2 전극(130)은 예를 들어 50Å 내지 300Å의 두께로 형성할 수 있다.
제2 전극(130) 위의 광학 보조층(140)은 캡핑층(150) 보다 굴절률이 낮고 흡수 계수가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 광학 보조층(140)은 예를 들어 가시광 영역에서 1.1 내지 2 의 굴절률을 갖고, 1 내지 3 의 흡수 계수(또는 감쇠 계수)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이때 굴절률은 복소 굴절률의 실수부이고 흡수 계수는 복소 굴절률의 허수부이다.
광학 보조층(140)은 특히 가시광 영역 중 장파장 영역보다 단파장 영역에서 굴절률이 더 낮고, 가시광 영역 중 단파장 영역보다 장파장 영역에서 흡수 계수가 더 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 광학 보조층(140)을 형성하는 물질은 약 400nm 내지 약 550nm 의 파장 영역에서 1.1 내지 1.5 의 굴절률을 갖고, 약 550nm 내지 약 700nm 의 파장 영역에서 1.5 내지 2의 굴절률을 가질 수 있다. 한편, 광학 보조층(140)을 형성하는 물질은 약 550nm 내지 약 700nm 의 파장 영역에서 1.5 내지 3 의 흡수 계수를 가질 수 있다. 이때 광학 보조층(140)의 물질과 캡핑층(150)의 물질 사이의 굴절률의 차이가 약 400nm 내지 약 550nm 의 파장 영역에서 예를 들어 0.5 내지 2.0 의 범위를 가질 수 있고, 약 550nm 내지 약 700nm 의 파장 영역에서 예를 들어 0.1 내지 1.0 의 범위를 가질 수 있다. 한편, 광학 보조층(140)의 굴절률은 제2 전극(130)보다는 클 수 있다.
이러한 광학 보조층(140)의 물질로서 예를 들어 Yb, Mg 등을 사용할 수 있다. 광학 보조층(140)의 두께는 예를 들어 1nm 내지 100 nm 일 수 있다.
가시광선의 단파장 영역에서 광학 보조층(140)의 굴절률이 작으면 광학 보조층(140)과 캡핑층(150) 사이의 계면과 광학 보조층(140)과 제2 전극(130) 사이의 계면에서 굴절률 차이가 커져서 광학 보조층(140) 내에서 단파장의 보강간섭이 일어날 수 있다. 또한, 가시광선의 장파장 영역에서 광학 보조층(140)의 굴절률이 커지면 광학 보조층(140)과 캡핑층(150) 사이의 계면에서는 굴절률 차이가 적어지므로 광학 보조층(140)과 캡핑층(150)을 합한 영역 내에서 장파장의 보강 간섭이 일어날 수 있다. 따라서 광학 보조층(140)으로서 가시광선의 단파장 영역에서 굴절률이 더 작고, 가시광선의 장파장 영역에서 굴절률이 더 큰 물질을 사용함으로써 가시광선의 전 영역이 보강 간섭에 의하여 강화되어 유기 발광 소자의 광추출 효율이 향상될 수 있다.
또한, 광학 보조층(140)의 흡수 계수가 캡핑층(150)보다 크므로 광학 보조층(140)에서 외광을 흡수하여 명암비가 향상될 수 있다. 한편, 사람의 눈은 황색 또는 적색에 더 민감하므로 광학 보조층(140)의 흡수 계수가 장파장에서 더 큰 경우 외광 흡수에 의한 명암비 향상 효과가 더 높아질 수 있다. 한편, 외광 뿐만 아니라 발광층에서 생성된 광도 광학 보조층(140)에서 흡수될 수 있으나, 광학 보조층(140)의 존재로 인한 보강간섭의 증대로 인하여 광추출 효율의 감소를 막을 수 있다.
광학 보조층(140) 위의 캡핑층(150)은 유기물, 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
캡핑층(150)의 유기물은 트리아릴 아민 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 트리아졸 유도체 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 캡핑층(150)의 유기물은 예를 들어 4,4'－비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐 아미노]비페닐(TPD), 4,4',4"-트리스[(3-메틸페닐)페닐 아미노]트리페닐아민(m-MTDATA), 1,3,5-트리스[N,N-비스(2-메틸페닐)-아미노]-벤젠(o-MTDAB), 1,3,5-트리스[N,N-비스(3-메틸페닐)-아미노]-벤젠(m-MTDAB), 1,3,5-트리스[N,N-비스(4-메틸페닐)-아미노]-벤젠(p-MTDAB), 4,4'－비스[N,N-비스(3-메틸페닐)-아미노]-디페닐메탄(BPPM), 4,4'－디카르바졸릴-1,1'－비페닐(CBP), 4,4',4"-트리스(N-카르바졸)트리페닐아민(TCTA), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠톨릴)트리스-[1-페닐-1H-벤조이미다졸](TPBI) 또는 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-t-부틸페닐-1,2,4-트리아졸(TAZ) 등을 포함할 수 있다.
또는 캡핑층(150)의 무기물은 ITO, IZO, SiO2, SiNx, Y2O3, WO3, MoO3 또는 Al2O3 등을 포함할 수 있다.
캡핑층(150)의 두께는 예를 들어 10nm 내지 1,000nm 일 수 있다. 한편, 캡핑층(150)을 굴절률이 큰 물질과 작은 물질을 번갈아 사용하여 2층 이상으로 형성할 수 있다. 캡핑층(150)을 다층으로 형성함으로써 보강 간섭에 의하여 광 추출 효율 증가의 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(20)의 개략적인 단면도이다. 도 2의 유기 발광 소자(20)는 제2 전극(230)의 내부에 중간층(232)을 더 포함하는 점에서 유기 발광 소자(10)와 차이가 있다. 중간층(232)은 광학 보조층(240)과 동일한 물질을 사용할 수 있다. 중간층(232)은 1nm 내지 100nm의 두께로 형성할 수 있다. 중간층(232)을 사용함으로써 다공진 구조를 사용하게 되어 광추출 효율의 증가의 효과를 얻을 수 있다. 선택적으로 제2 전극(230)은 그 내부에 서로 이격되어 있는 중간층(232)을 2층 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(230)은 제2 전극/중간층/제2 전극/중간층/제2 전극의 구조를 가질 수있다. 제2 전극(230)이 중간층(232)을 2층 이상 포함하는 경우 장파장을 더 많이 흡수하게 되어 외광반사 감소의 효과를 높일 수 있다.
도 3은 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(30)의 개략적인 단면도이다. 도 3의 유기 발광 소자(30)는 유기층(320)이 정공 주입층(321), 정공 수송층(323), 발광층(325), 전자 수송층(327), 전자 주입층(329)를 순차적으로 포함하고 있다. 유기 발광 소자(30)의 기판(100), 제1 전극(110), 제2 전극(130), 광학 보조층(140) 및 캡핑층(150)은 도 1의 유기 발광 소자(10)에서 설명한 바와 같다.
정공 주입층(321)은 예를 들어 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine, N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine, 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine, 4,4',4"-트리스(N,N'-디페닐아미노)트리페닐아민), 2T-NATA(4,4', 4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine, 4,4',4"-트리스{N,-(2-나프틸)-N-페닐아미노}-트리페닐아민) 등의 디아민 또는 트리아민 화합물, PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid, 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid, 폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate, 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송층(323)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine, 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민) 등과 같은 트리페닐아민계 화합물, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine, N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층(321) 및 정공 수송층(323) 중 적어도 하나는 막의 도전성 등을 향상시키기 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트의 비제한적인 예로는 테트라시아노퀴논디메테인(TCNQ) 및 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라시아노-1,4-벤조퀴논디메테인(F4TCNQ) 등과 같은 퀴논 유도체, 및 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(325)은 예를 들어 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
호스트로서 적절한 호스트 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 호스트 물질은 Alq3(트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl, 4,4'-비스(N-카바졸일)-1,1'-비페닐), PVK(poly(n-vinylcabazole), 폴리(n-비닐카바졸)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), TCTA(4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine, 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)-트리페닐아민), TPBI(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene, 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl) anthracene, 3-터트-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), DSA(distyrylarylene, 디스티릴아릴렌), E3 또는 CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl, 4,4'-비스(9-카바졸일)-2,2'-디메틸-비페닐) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도펀트로서 공지의 도펀트를 사용할 수 있다. 공지의 도펀트는 형광 도펀트, 인광 도펀트 또는 지연 형광 도펀트일 수 있다. 인광 도펀트는 Ir, Pt, Os, Re, Ti, Zr, Hf 또는 이들 중 2 이상의 조합을 포함한 유기 금속 착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 적색 도펀트로서 PtOEP(Pt(II) octaethylporphine, Pt(II) 옥타에틸포르핀), Ir(piq)3 (tris(2-phenylisoquinoline)iridium, 트리스(2-페닐이소퀴놀린)이리듐), Btp2Ir(acac) (bis(2-(2'-benzothienyl)-pyridinato-N,C3')iridium(acetylacetonate), 비스(2-(2'-벤조티에닐)-피리디나토-N,C3')이리듐(아세틸아세토네이트)) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 녹색 도펀트로서, Ir(ppy)3 (tris(2-phenylpyridine) iridium, 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), Ir(ppy)2(acac) (Bis(2-phenylpyridine)(Acetylacetonato)iridium(III), 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토) 이리듐(III)), Ir(mppy)3 (tris(2-(4-tolyl)phenylpiridine)iridium, 트리스(2-(4-톨일)페닐피리딘) 이리듐), C545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one: 10-(2-벤조티아졸일)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7,-테트라하이드로-1H,5H,11H-[1]벤조피라노 [6,7,8-ij]-퀴놀리진-11-온) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 청색 도펀트로서, F2Irpic (Bis[3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl](picolinato)iridium(III), 비스[3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐(피콜리나토) 이리듐(III)), (F2ppy)2Ir(tmd), Ir(dfppz)3, DPVBi (4,4'-bis(2,2'-diphenylethen-1-yl)biphenyl, 4,4'-비스(2,2'-디페닐에텐-1-일)비페닐), DPAVBi (4,4'-Bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl, 4,4'-비스(4-디페닐아미노스티릴)비페닐), TBPe (2,5,8,11-tetra-tert-butyl perylene, 2,5,8,11-테트라-터트-부틸 페릴렌) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송층(327)은 예를 들면, Alq3, BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole, 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-터트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole, 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-비페닐-4-오라토)알루미늄), Bebq2(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthrascene, 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센) 등과 같은 공지의 재료를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전자 수송층(327)은 금속 함유 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체의 비제한적인 예로는 리튬 퀴놀레이트(LiQ)를 들 수 있다.
전자 주입층(329)은 예를 들어 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 할로겐화물, 산화물 또는 탄산화물을 사용할 수 있다. 전자 주입층은 예를 들어 Li, Ca, Sr, LiF, NaCl, CsF, CsCl, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, Li2O, Na2O, MgO, SrO, BaO, Li2CO3 및 MgCO3 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는 전자 주입층(329)은 예를 들어 Yb, Sc, V, Y, In, Ce, Sm, Eu 및 Tb 중 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 전자 주입층(329)은 예를 들어 Yb 일 수 있다. 또는 전자 주입층(329)은 예를 들어 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 할로겐화물과 Yb, Sc, V, Y, In, Ce, Sm, Eu 및 Tb 중 1종 이상의 금속을 함유할 수 있다.
일 실시예로서 유기 광학 소자(30)는 전자 주입층(329)으로 Yb 를 사용하고, 제2 전극(130)으로서 Ag:Mg (Ag 함량이 우세)를 사용하고, 광학 보조층(140)으로서 Yb 를 사용할 수 있다.
도 4는 또 다른 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(40)의 개략적인 단면도이다. 도 4의 유기 광학 소자(40)는 기판(100), 제1 전극(110), 유기층(320), 제2 전극(230), 광학 보조층(140), 캡핑층(150)을 포함하며, 이때 유기층(320)이 정공 주입층(321), 정공 수송층(323), 발광층(325), 전자 수송층(327), 전자 주입층(329)를 포함하고 있다. 기판(100), 제1 전극(110), 유기층(320), 광학 보조층(140), 캡핑층(150)에 대한 설명은 도 3의 유기 광학 소자(30)의 설명을 참조한다. 또한, 유기 광학 소자(40)의 제2 전극(230)은 그 내부에 중간층(232)을 더 포함하며, 이에 대한 설명은 유기 발광 소자(20)의 설명을 참조한다.
도 5는 또 다른 일 구현예에 따른 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(50)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 유기 발광 소자(50)는 풀 컬러 소자로서 적색 부화소(R), 녹색 부화소(G) 및 청색 부화소(B)를 포함한다.
유기 발광 소자(50)는 순차적으로 적층된 기판(500), 각각의 부화소 별로 분리된 제1 전극(510), 유기층(520), 제2 전극(530), 광학 보조층(540) 및 캡핑층(550)을 포함한다. 기판(500), 제1 전극(510), 유기층(520), 광학 보조층(540) 및 캡핑층(550)은 도 1의 유기 발광 소자(10)에서 설명한 기판(100), 제1 전극(110), 유기층(120), 광학 보조층(140) 및 캡핑층(150)와 같다. 한편, 도 5에서 유기층(520)이 부화소별로 분리되어 도시되어 있으나, 유기층(520) 중 발광층을 제외한 다른 층들은 공통층으로 형성될 수 있다. 또는 유기층(520)은 유기 발광 소자(50)가 공진 구조를 형성하도록 각 부화소 별로 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
제2 전극(530)은 각 부화소에 공통된 층으로서 도 1의 유기 발광 소자(10)의 제2 전극(130)과 같이 단일층이거나 도 2의 유기 발광 소자(20)에서와 같이 제2 전극(230) 사이에 중간층(232)을 더 포함할 수 있다.
광학 보조층(540)은 적색 부화소, 녹색 부화소 및 청색 부화소에 공통된 층으로 형성되어 있다.
도 6은 또 다른 일 구현예에 따른 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(60)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 유기 발광 소자(60)는 풀 컬러 소자로서 적색 부화소(R), 녹색 부화소(G) 및 청색 부화소(B)를 포함한다. 유기 발광 소자(60)는 광학 보조층(640)이 녹색 부화소(G) 및 적색 부화소(R)의 영역에만 형성되어 있고, 청색 부화소(B) 영역에는 형성되어 있지 않은 점에서 유기 발광 소자(50)와 차이가 있다. 광학 보조층(640)이 녹색 부화소(G) 및 적색 부화소(R)의 영역에만 형성되어 있음으로써, 장파장에서의 흡수 계수가 더 크므로 외광 흡수에 의한 명암비 향상 효과가 더 높아질 수 있다.
도 7은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 유기 발광 표시 장치(1)는 기판(101), 기판(101) 상의 박막 트랜티지스터(TFT), 박막 트랜티지스터(TFT)에 전기적으로 연결된 제1 전극(110), 제1 전극(110) 상의 유기층(120), 유기층(120) 상의 제2 전극(130), 제2 전극(130) 상의 광학 보조층(140), 광학 보조층(140) 상의 캡핑층(150)을 포함한다.
기판(101)은 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 기판(101)은 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판으로 형성될 수 있으며, 한편, 실리콘, 스텐리스 스틸과 같은 불투명한 물질로 형성될 수도 있다.
기판(101) 상에는 소자/배선층(103)이 배치될 수 있으며, 소자/배선층(103)에는 유기 발광 소자(10)를 구동시키는 구동 박막트랜지스터(TFT), 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 커패시터, 상기 박막트랜지스터나 커패시터에 연결되는 배선들(미도시)이 포함될 수 있다.
구동 박막 트랜지스터(TFT)는 활성층(710), 게이트 전극(730), 소스 전극 및 드레인 전극(750a, 550b)을 포함한다. 활성층(710)과 게이트 전극(730)은 게이트 절연막(721)에 의하여 절연된다. 참조번호 723은 게이트 전극(730)과 소스 전극 및 드레인 전극(750a, 550b) 사이의 절연막이고, 참조번호 725는 층간 절연막이다.
기판(101)과 소자/배선층(103)의 사이에는 수분이나 산소와 같은 외부의 이물질이 기판(101)을 투과하여 소자/배선층(103) 및 유기 발광 소자(10)에 침투하는 것을 방지하기 위한 베리어막(102)이 더 구비될 수 있다. 베리어막(102)은 무기물 및/또는 유기물을 포함할 수 있다.
소자/배선층(103) 상에는 유기 발광 소자(10)가 배치된다. 유기 발광 소자(10)는 제1 전극(110), 제1 전극(110) 상에 배치된 유기층(120), 유기층(120) 상에 형성된 제2 전극(130), 제2 전극(130) 상의 광학 보조층(140) 및 광학 보조층(140) 상의 캡핑층(150)을 포함한다. 유기 발광 소자(10)에 관한 설명은 도 1의 유기 발광 소자(10)를 참조한다.
본 구현예에서 제1 전극(110)은 애노드(anode)이고, 제2 전극(130)은 캐소드(cathode)로 구성된다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)으로부터 각각 정공과 전자가 유기 발광층(120) 내부로 주입되고, 주입된 정공과 전자가 결합한 엑시톤(exiton)이 여기 상태로부터 바닥 상태로 떨어지면서 광을 방출한다.
제1 전극(110)은 소자/배선층(103)에 형성된 구동 박막트랜지스터(TFT)의 소스 전극 또는 드레인 전극(750a 또는 750b)와 전기적으로 연결된다.
본 구현예에서는 유기 발광 소자(10)가 구동 박막트랜지스터(TFT)가 배치된 소자/배선층(103) 상에 배치된 구조에 관하여 기재하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 유기 발광 소자(10)의 제1 전극(110)이 박막트랜지스터(TFT)의 활성층(510)과 동일층에 형성된 구조, 또는 제1 전극(110)이 박막트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(530)과 동일층에 형성된 구조, 또는 제1 전극(110)이 소스 전극 및 드레인 전극(550a, 550b)과 동일 층에 형성된 구조 등 다양한 형태로 변형이 가능하다.
또한, 본 구현예에서 구동 박막트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(530)이 활성층(510) 상에 배치되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 게이트 전극(530)이 활성층(510)의 하부에 배치될 수도 있다.
한편, 본 구현예에서 도 1에서 설명한 바와 같은 유기 발광 소자(10)가 사용되었지만, 도 2의 유기 발광 소자(20)가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 유기층(120)이 도 3 또는 도 4의 유기 발광 소자(30 또는 40)와 같이 정공 주입층(321), 정공 수송층(323), 발광층(325), 전자 수송층(327), 전자 주입층(329)를 포함할 수 있다. 또는 유기층(120)이 이들 층 중 일부만을 포함하거나 다른 층을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 7의 유기 발광 표시 장치(1)에서는 단일 화소만을 도시하였으나, 유기 발광 표시 장치에 도 5 또는 도 6과 같은 적색 부화소, 녹색 부화소 및 청색 부화소를 갖는 풀 컬러 유기 발광 소자를 적용할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 도 5의 유기 발광 표시 장치를 다시 참조하여 설명한다.
유기 발광 소자 또는 유기 발광 표시 장치의 각 층의 물질이나 두께는 앞의 설명을 참조한다.
도 5를 다시 참조하면, 기판(101) 상에 소자/배선층(103) 및 제1 전극(110), 유기층(120) 및 제2 전극(130), 광학 보조층(140) 및 캡핑층(150)을 구비하는 유기 발광 소자(10)를 형성한다.
기판(101) 상에 소자/배선층(103)을 형성하기 전에, 베리어막(102)을 형성할 수 있다. 베리어막(102)은 무기물 및/또는 유기물을 포함할 수 있으며, 외부의 이물질이 기판(101)을 투과하여 소자/배선층(103) 및 유기 발광 소자(10)에 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
소자/배선층(103)은 유기 발광 소자(10)를 구동시키는 구동 박막트랜지스터(TFT), 커패시터(미도시) 및 배선들(미도시)을 포함할 수 있다.
소자/배선층(103) 상에 제1 전극(110), 유기층(120) 및 제2 전극(130)을 순차적으로 형성한다.
제1 전극(110)은 반사 전극일 수 있으며, 제2 전극(130)은 투과 또는 반투과 전극일 수 있다. 따라서 유기층(120)에서 발생된 광은 제2 전극(130) 방향으로 직접 또는 제1 전극(110)에 의해 반사되어 방출될 수 있다. 이때 제2 전극(130)을 반투과 전극으로 형성하여 제1 전극(110)과 제2 전극(130)에 의한 공진 구조를 형성할 수도 있다. 제1 전극(110)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 제2 전극(130)은 예를 들어 진공 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
유기층(120)은 저분자 유기물 또는 고분자 유기물일 수 있다. 유기층(120)은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 본 구현예에서는 유기 발광 소자(10)가 소자/배선층(103) 상에 형성된 경우를 예시하고 있지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 소자/배선층(103)과 유기 발광 소자(10)는 동일한 층에 형성될 수도 있다.
제2 전극(130) 위에 광학 보조층(140)을 형성한다. 광학 보조층(140)은 예를 들어 진공 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 제2 전극(130)과 광학 보조층(140)을 동일한 진공 증착 챔버 내에서 연속적으로 형성할 수 있다. 또는 유기층(120)이 전자 주입층을 포함하는 경우에 전자 주입층, 제2 전극(130) 및 광학 보조층(140)을 진공 증착 챔버 내에서 연속적으로 형성할 수 있다.
예를 들어, 제2 전극(130)을 Ag와 Mg의 합금으로 형성하고, 광학 보조층(140)을 Yb 로 형성하는 경우에 동일한 챔버 내에 Ag, Mg 및 Yb 의 소스를 마련할 수 있다. 그리고 제2 전극(130)을 형성하는 동안 챔버 내의 Ag 및 Mg의 소스를 열고 Yb 소스를 막고 Ag 및 Mg를 공증착하고, 이어서 연속적으로 챔버 내의 Ag 및 Mg의 소스를 막고 Yb 소스를 열고 Yb를 증착할 수 있다. 또는 Ag 및 Mg의 소스를 막고 Yb 소스를 열어 Yb의 전자 주입층을 형성하고, 이어서 Ag 및 Mg의 소스를 열고 Yb 소스를 막아서 Ag 및 Mg를 공증착하여 제2 전극(130)을 형성하고, 연속적으로 Ag 및 Mg의 소스를 막고 Yb 소스를 열어서 Yb의 광학 보조층(140)을 형성할 수 있다.
제2 전극(130)과 광학 보조층(140)을 동일한 진공 증착 챔버 내에서 연속적으로 형성함으로써 유기 발광 소자 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법이 단순해 질 수 있고, 공정 시간 및 제조 비용이 절감될 수 있다.
광학 보조층(140) 위에 캡핑층(150)을 형성한다. 캡핑층(150)은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 유기 발광 표시 장치(1)는 유기 발광 소자(10) 대신 유기 발광 소자(20)를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 유기층(120)이 도 3 또는 도 4의 유기 발광 소자(30 또는 40)와 같이 정공 주입층(321), 정공 수송층(323), 발광층(325), 전자 수송층(327), 전자 주입층(329)를 포함하도록 형성할 수 있다. 또는 유기층(120)이 이들 층 중 일부만을 포함하거나 다른 층을 더 포함하도록 형성할 수 있다.
또한, 도 7의 유기 발광 표시 장치(1)의 형성 방법을 참조하여, 도 5 또는 도 6과 같은 풀 컬러 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치를 형성할 수 있다.
즉, 상기 구현예들은 단일 색상을 발광하는 유기 발광 소자, 다색을 발광하는 유기 발광 소자 또는 백색을 발광하는 유기 발광 소자와 같이 다양한 구조의 유기 발광 소자에 적용될 수 있다.
굴절률 측정
도 8은 광학 보조층에 사용될 수 있는 Yb와 캡핑층에 사용될 수 있는 화합물 A의 파장에 따른 굴절률 및 흡수 계수를 나타낸 그래프이다.
도 8의 그래프에서 굴절률은 복소 굴절률(complex refractive index)의 실수부의 값이며, 흡수 계수는 복소 굴절률의 허수부의 값을 나타낸다. 굴절률 및 흡수 계수는 엘립소미터를 이용하여 측정하였다.
도 8의 그래프를 참조하면, Yb의 굴절률이 화합물 A의 굴절률보다 작으며, 특히 파장이 작아질수록 Yb의 굴절률이 값이 더 작아져서 화합물 A과의 굴절률의 차이가 커진다. Yb의 굴절률이 화합물 A보다 작음으로써 Yb를 캐소드 전극과 캡핑층 사이에 사용할 경우에 유기층에서 발광되는 빛에 대하여 보강간섭의 효과를 얻을 수 있다.
또한 도 8의 그래프에서 Yb의 흡수 계수가 화합물 A의 흡수 계수보다 크며, 따라서 Yb층을 캐소드 전극 보다 위에 사용할 경우 Yb층에서 외광을 흡수하여 캐소드 전극에서 외광이 반사되는 것을 효과적으로 줄일 수 있음을 알 수 있다.
<화합물 A>
반사율 시뮬레이션
도 9는 Yb를 사용한 광학 보조층의 두께에 따른 유기 광학 소자의 반사율을 시뮬레이션한 그래프이다. 도 9의 시뮬레이션에서 유기 광학 소자는 공기 /광학 보조층 /캐소드 /유기층 /애노드의 층구조를 갖고 편광판을 사용하지 않는 것으로 가정하였다. 반사율은 광원(light source)을 자연 주광(natural day light)인 D6500을 가정하여 시뮬레이션하였다. 도 9의 그래프에서 광학 보조층을 사용한 경우의 반사율을 동일한 구조에서 광학 보조층을 사용하지 않은 경우의 반사율로 나누어 상대적으로 나타내었다. 도 9의 그래프에서 Yb를 사용한 광학 보조층의 두께가 증가함에 따라 반사율이 약 50%까지 감소하는 것을 알 수 있다.
패널의 반사율 및 효율 측정
실시예 1
LTPS(low temperature polysilicon substrate) 기판 상에 ITO 7nm/ 정공 수송층/ 발광층/ 전자 수송층/ Yb 1.5nm/ Ag:Mg (부피비 90:10) 9 nm/ Yb 1nm / 캡핑층 85nm 의 구조를 적층하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1
LTPS 기판 상에 ITO 7nm/ 정공 수송층/ 발광층/ 전자 수송층/ LiQ 1.5nm/ Ag:Mg (부피비 10:90) 15nm/ 캡핑층 65nm 의 구조를 적층하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
LTPS 기판 상에 ITO 7nm/ 정공 수송층/ 발광층/ 전자 수송층/ Yb 1.5nm/ Ag:Mg (부피비 90:10) 9 nm / 캡핑층 85nm 의 구조를 적층하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 1, 비교예 1 내지 2에서 캡핑층으로는 상기 화합물 A를 사용하였다.
표 1은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 패널의 반사율을 SCI(Specular Component Included, 적분 반사율) 방식 및 SCE(Specular Component Excluded, 산란 반사율) 방식으로 측정한 값 및 효율비(전류 효율의 비)를 나타낸 표이다. SCI 및 SCE 의 Y 값이 작을수록 반사율이 낮은 것이다. SCI 및 SCE 방식의 반사율은 미놀타사의 반사율 측정 장치를 사용하여 측정하였다.
| 캐소드 (부피비) |
광학 보조층 |
캡핑층 | 반사율 | SCI | SCE | 효율비 | |
| 비교예 1 | Ag:Mg (10:90) |
- | 화합물 A | Y | 5.27 | 0.431 | 90 |
| x | 0.2947 | 0.2356 | |||||
| y | 0.3142 | 0.2651 | |||||
| 비교예 2 | Ag:Mg (90:10) |
- | 화합물 A | Y | 5.97 | 0.7 | 100 |
| x | 0.2903 | 0.2446 | |||||
| y | 0.3163 | 0.3015 | |||||
| 실시예 1 | Ag:Mg (90:10) |
Yb | 화합물 A | Y | 5.58 | 0.49 | 97.2 |
| x | 0.2915 | 0.2312 | |||||
| y | 0.3134 | 0.2753 |
표 1을 참조하면, 비교예 1, 실시예 1 및 비교예 2의 순서로 패널의 외광 반사가 작은 것을 알 수 있다. 이때 실시예 1의 패널은 비교예 1의 패널보다 약간 큰 외광반사를 나타내지만, 비교예 2의 패널은 매우 큰 외광반사를 나타내고 있다.
표 1에서 효율비는 비교예 2의 패널의 효율을 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 나타낸 것이다. 이때 효율은 전류 효율(Cd/mA)을 측정하여 비교하였다. 표 1을 참조하면, 비교예 2, 실시예 1, 비교예 1의 순서로 패널의 효율이 좋은 것으로 나타난다.
즉, 비교예 1은 외광 반사가 가장 적지만 효율이 가장 낮고, 비교예 2는 효율이 가장 좋지만 외광 반사가 매우 크다. 반면, 실시예 1은 외광 반사가 비교예 1과 비슷한 정도를 유지하면서 효율은 비교예 2와 비슷하여 외광 반사와 효율 특성이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
시뮬레이션
유기 발광 소자의 캐소드와 광학 보조층을 단층 및 다층으로 사용한 경우의 효율을 시뮬레이션하였다.
실시예 2 및 실시예 3에서 아래의 층 구조를 갖는 유기 발광 소자에 대하여 효율을 시뮬레이션하였다.
실시예 2 (단층)
Ag/ITO/HTL/EML/ETL/EIL/cathode/Yb/CPL
실시예 3 (다층)
Ag/ITO/HTL/EML/ETL/EIL/cathode /Yb/CPL/Yb/CPL
도 10은 실시예 2 및 실시예 3의 유기 발광 소자(블루 소자)의 효율을 유기 발광 소자의 발광의 색좌표의 Y 값에 대하여 시뮬레이션한 그래프이다. 시뮬레이션에서 발광색의 범위를 청색 영역으로 한정하였으며, 색좌표의 Y 값이 커질수록 청색의 파장이 장파쪽으로 이동하며, 이것은 캡핑층의 두께가 증가하는 것에 대응된다.
도 10을 참조하면, 시뮬레이션된 모든 파장에 대하여 실시예 3의 유기 발광 소자가 실시예 2의 유기 발광 소자보다 효율이 높은 것으로 나타난다. 즉, 캐소드/광학 보조층(또는 중간층)/캐소드/광학 보조층/캡핑층의 구조를 갖는 경우가 캐소드/광학 보조층/캡핑층의 구조를 갖는 경우보다 높은 효율을 갖는 것으로 나타났다.
1: 유기 발광 표시 장치 10, 20, 30, 40: 유기 발광 소자
100, 101: 기판 103: 소자/배선층
110, 510: 제1 전극 120, 320, 520: 유기층
130, 230, 530: 제2 전극 140, 240, 540, 640: 광학 보조층
150, 550: 캡핑층 232: 중간층
321: 정공 주입층 323: 정공 수송층
325: 발광층 327: 전자 수송층
329: 전자 주입층 710: 활성층
721: 게이트 절연막 723, 725: 절연막
730: 게이트 전극 750a: 소스 전극
750b: 드레인 전극
100, 101: 기판 103: 소자/배선층
110, 510: 제1 전극 120, 320, 520: 유기층
130, 230, 530: 제2 전극 140, 240, 540, 640: 광학 보조층
150, 550: 캡핑층 232: 중간층
321: 정공 주입층 323: 정공 수송층
325: 발광층 327: 전자 수송층
329: 전자 주입층 710: 활성층
721: 게이트 절연막 723, 725: 절연막
730: 게이트 전극 750a: 소스 전극
750b: 드레인 전극
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 위의 애노드;
상기 애노드 위의, 발광층을 포함하는 유기층;
상기 유기층 위의 캐소드;
상기 캐소드 위의 광학 보조층; 및
상기 광학 보조층 위의 캡핑층; 을 포함하되,
상기 광학 보조층의 굴절률이 가시광선 영역에서 상기 캡핑층의 굴절률보다 작고, 상기 광학 보조층의 흡수 계수가 상기 캡핑층의 흡수 계수보다 크고,
가시광선 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.1 내지 2.0 이고, 흡수 계수가 1 내지 3인, 유기 발광 소자. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
400nm 내지 550nm 의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.1 내지 1.5 이고, 550nm 내지 700nm 의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.5 내지 2인 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이가 0.5 내지 2.0 인 유기 발광 소자. - 제4 항에 있어서,
550nm 내지 700nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이는 400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층과 상기 캡핑층의 굴절률의 차이보다 더 작은 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
550nm 내지 700nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 흡수 계수는 400nm 내지 550nm의 파장 영역에서 상기 광학 보조층의 흡수 계수보다 더 큰 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 광학 보조층은 Yb를 포함하는 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이의 정공 수송 영역 및 상기 캐소드와 상기 발광층 사이의 전자 수송 영역을 더 포함하는 유기 발광 소자. - 제8 항에 있어서,
상기 전자 수송 영역은 상기 광학 보조층과 동일한 물질로 이루어진 전자 주입층을 포함하는 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 캡핑층은 트리아릴 아민 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 트리아졸 유도체, ITO, IZO, SiO2, SiNx, Y2O3, WO3, MoO3, Al2O3, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 캐소드는 Ag인 제1 금속 및 Al, Pt, Yb, Nd 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속인 제2 금속을 포함하되, 상기 제1 금속의 함량이 상기 제2 금속의 함량보다 더 많은 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 애노드는 반사 전극인 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 캡핑층은 굴절률이 다른 복수의 층을 포함하는 유기 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 캐소드는 그 내부에 상기 광학 보조층과 동일한 물질로 이루어진 중간층을 적어도 한 층 이상 더 포함하는 유기 발광 소자. - 제14 항에 있어서,
상기 광학 보조층 및 상기 중간층은 Yb를 포함하는 유기 발광 소자. - 기판을 제공하는 단계;
상기 기판 위에 애노드를 형성하는 단계;
상기 애노드 위에 발광층을 포함하는 유기층을 형성하는 단계;
상기 유기층 위에 캐소드를 형성하는 단계;
상기 캐소드 위에 광학 보조층을 형성하는 단계; 및
상기 광학 보조층 위에 캡핑층을 형성하는 단계; 를 포함하되,
상기 광학 보조층의 굴절률은 가시광선 영역에서 상기 캡핑층의 굴절률보다 작고, 상기 광학 보조층의 흡수 계수는 상기 캡핑층의 흡수 계수보다 크고,
가시광선 영역에서 상기 광학 보조층의 굴절률은 1.1 내지 2.0 이고, 흡수 계수가 1 내지 3이고,
상기 광학 보조층의 형성은 상기 캐소드가 형성된 챔버와 동일한 챔버에서 상기 캐소드의 형성과 연속하여 이루어지는 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 유기층은 상기 애노드와 상기 발광층 사이의 정공 수송 영역 및 상기 캐소드와 상기 발광층 사이의 전자 수송 영역을 더 포함하는 유기 발광 소자의 형성 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 전자 수송 영역은 전자 주입층을 포함하고,
상기 전자 주입층, 상기 캐소드 및 상기 광학 보조층은 동일한 챔버에서 연속하여 형성되는 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제18 항에 있어서,
상기 전자 주입층 및 상기 광학 보조층은 동일한 물질로 형성되는 유기 발광 소자의 제조 방법. - 제16 항 또는 제19 항에 있어서,
상기 광학 보조층은 Yb를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
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