KR102230925B1 - 유기발광소자 - Google Patents

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Abstract

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 유기발광소자는, 일측면에서, 제1전극, 제1전극과 대향하여 이격되어 형성된 제2전극 및 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 둘 이상의 발광스택과 둘 이상의 발광스택 사이마다 형성된 전하생성층(Charge Generation Layer)으로 이루어진 유기층을 포함할 수 있다.
여기서, 각 전하생성층은 정공생성층과, 무기박막 또는 양자점(Quantum Dot)이 포함된 전자생성층으로 이루어질 수 있다.

Description

유기발광소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기발광소자에 관한 것이다.
평판표시장치 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치가 널리 사용되어 왔으나, 액정표시장치는 스스로 빛을 생성하지 못하는 수광 소자(non-emissive device)여서, 휘도(brightness), 대조비(contrast ratio), 시야각(viewing angle) 및 대면적화 등에 단점이 있다.
이에 따라, 이러한 액정표시장치의 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판표시장치의 개발이 활발하게 전개되고 있는데, 새로운 평판표시장치 중 하나인 유기발광 표시장치는 스스로 빛을 생성하는 발광소자이므로, 액정표시장치에 비하여 휘도, 시야각 및 대조비 등이 우수하며, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
유기발광 표시장치는 각 화소영역의 박막트랜지스터에 연결된 유기발광소자로부터 출사되는 빛을 이용하여 영상을 표시하는데, 유기 발광소자는 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 유기물로 이루어진 유기발광층을 형성하고 전기장을 가함으로 빛을 내는 소자로서, 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적고, 가볍고 연성(flexible) 기판 상부에도 제작이 가능한 특징을 갖는다.
백색 유기발광 표시장치의 경우, 복수의 색상의 광을 발광하는 서로 다른 발광층과 그 사이에 전하생성층이 구비될 수 있는데, 이 경우 전하생성층에 금속 원자가 도핑될 수 있고, 이에 따라 공정상 제어가 용이하지 않고, 누설 전류가 발생하여 시감 특성이 저하되고 소비전력이 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 누설 전류를 방지하여 시감 특성 저하를 방지하고, 소비전력을 감소시키는 유기발광소자를 제공함에 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 유기발광소자는, 일측면에서, 제1전극, 제1전극과 대향하여 이격되어 형성된 제2전극 및 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 둘 이상의 발광스택과 둘 이상의 발광스택 사이마다 형성된 전하생성층(Charge Generation Layer)으로 이루어진 유기층을 포함할 수 있다.
여기서, 각 전하생성층은 정공생성층과, 무기박막 또는 양자점(Quantum Dot)이 포함된 전자생성층으로 이루어질 수 있다.
다른 측면에서, 유기발광소자는, 제1전극, 제1전극 상에 위치하고, 적어도 한 종류의 색상의 빛을 발광하는 한 층 이상의 발광층, 발광층 상에 위치하는 전자수송층 및 전자수송층 상에 위치하는 제2전극을 포함할 수 있다.
여기서, 전자수송층에 양자점(Quantum Dot)이 도핑되어 있거나, 전자수송층과 제2전극 사이에 양자점으로 이루어진 양자점박막이 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자는, 누설 전류를 방지하여 시감 특성 저하를 방지하고, 소비전력을 감소시키는 효과를 갖는다.
도 1은 실시예들이 적용되는 유기발광 표시장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 실시예들에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4a와 도 4b는 도 3의 유기발광다이오드의 일예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 전하생성층의 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 6은 또다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 7a와 도 7b는 도 4a의 제1발광스택의 다른 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 8a와 도 8b는 도 4a의 제2발광스택의 다른 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 9는 일반적인 유기발광소자의 발광원리를 나타내는 밴드다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 10은 또다른 실시예에 따른 유기발광소자의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이다.
도 11은 실시예들에 따른 유기발광소자의 구동전압과 전류밀도의 관계에 대하여 일반적인 유기발광소자의 경우와 비교한 그래프이다.
도 12는 도 10의 유기발광소자의 발광현상의 원리를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 13a와 도 13b는 도 3의 유기발광다이오드의 다른 예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 14a와 도 14b는 도 3의 유기발광다이오드의 또다른 예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 15a와 도 15b는 또다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도들이다.
도 16은 도 13b에 도시된 유기발광다이오드의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이다.
도 17은 도 15a에 도시된 유기발광다이오드의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시예들이 적용되는 유기발광 표시장치에 관한 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 유기발광 표시장치(100)는 유기발광 표시패널(140), 데이터 구동부(120), 게이트 구동부(130), 타이밍 콘트롤러(110) 등을 포함한다.
우선, 타이밍 컨트롤러(110)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직/수평 동기신호(Vsync, Hsync)와 영상데이터(data), 클럭신호(CLK) 등의 외부 타이밍 신호에 기초하여 데이터 구동부(120)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)와 게이트 구동부(130)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS)를 출력한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(110)는 호스트 시스템로부터 입력되는 영상데이터(data)를 데이터 구동부(120)에서 사용하는 데이터 신호 형식으로 변환하고 변환된 영상데이터(data')를 데이터 구동부(120)로 공급할 수 있다.
데이터 구동부(120)는 타이밍 컨트롤러(110)로부터 입력되는 데이터 제어신호(DCS) 및 변환된 영상데이터(data')에 응답하여, 영상데이터(data')를 계조 값에 대응하는 전압 값인 데이터 신호(아날로그 화소신호 혹은 데이터 전압)로 변환하여 데이터 라인에 공급한다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(110)로부터 입력되는 게이트 제어신호(GCS)에 응답하여 게이트 라인에 스캔신호(게이트 펄스 또는 스캔펄스, 게이트 온신호)를 순차적으로 공급한다.
한편 유기발광 표시패널(140) 상의 각 단위화소영역(P)은, 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 화소영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있고, 제 1 전극인 화소 전극(anode), 제 2 전극인 공통 전극(cathode), 유기층을 포함하는 적어도 하나의 유기발광소자일 수 있다.
실시예들에 따른 유기발광 표시패널(140)은 탠덤(tandem) 방식의 백색 유기발광 표시패널일 수 있다. 다시 말해서 둘 이상의 색상을 혼합하여 백색을 나타내는 방식일 수 있다. 이 경우, 유기발광 표시패널(140)은 양극과 음극 사이에 복수의 색상의 광을 발광하는 서로 다른 발광층을 구비할 수 있고, 각각의 발광층 사이에 전하 생성층이 구비될 수 있다.
이러한 유기발광 표시패널(140)은 한 물질을 사용하여 빛을 내는 것이 아니라, 파장별로 각각의 PL 피크(Photoluminescence Peak)가 상이한 발광 재료를 포함하는 복수개의 발광층이 소자 내 다른 위치에서 발광하며, 조합되어 빛이 발생된다. 일 예로, 형광 발광층을 포함하는 스택과 인광 발광층을 포함하는 스택을 적층시켜 백색을 발광할 수 있다.
본 명세서에서 적색, 녹색 및 청색은 3원색을 구성하고, 적절한 혼합에 의해 이들로부터 다른 색이 생성될 수 있다. "백색"이라는 용어는 가시 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색 부분으로부터의 혼합 색을 나타내기 위해 사용되고, 여기서 백색은 약 CIEx=0.33 및 CIEy=0.33의, CIE(Commission Internationale d'Eclairage) 색도좌표를 갖는다. "백색 광"은 백색을 갖는 것으로 사용자에게 인식되는 빛, 또는 컬러 필터와 함께 사용되어 완전 컬러 디스플레이 용도를 위한 적색, 녹색 및 청색을 재현하기에 충분한 방출 스펙트럼을 갖는 빛이다. (약 0.33 및 0.33의 CIEx 및 CIEy 좌표가 특정 환경하에 이상적일 수 있지만, 실제 좌표는 상당히 다양할 수 있다)
도 2는 실시예들에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 유기발광소자(200)는 제1전극(230), 제1전극(230)과 대향하여 이격되어 형성된 제2전극(290) 및 제1전극(230)과 제2전극(290) 사이에 위치하는 둘 이상의 발광스택(미도시)과 둘 이상의 발광스택(미도시) 사이마다 형성된 전하생성층(Charge Generation Layer, 미도시)으로 이루어진 유기층(OL)을 포함하되, 각 전하생성층(미도시)은 정공생성층(미도시)과, 무기박막(미도시)이 포함된 전자생성층(미도시)으로 이루어진다.
이하에서는 제1전극(230)과 유기층(OL)과 제2전극(290)을 유기발광 다이오드, 즉 OLED(Organic Light Emitting Diode)라 한다.
구체적으로 설명하면, 기판(210) 상에 게이트(212)가 형성되고, 게이트(212) 상에 게이트절연막(214)과 반도체층(216)이 형성된다. 다만, 게이트(212)와 게이트절연막(214) 사이에는 버퍼층이 구비될 수 있다. 한편, 반도체층(216) 상에는 제1전극(230)과 컨택홀을 통해 전기적으로 연결되는 소스전극 또는 드레인전극(218)이 형성되고, 소스전극 또는 드레인전극(218)과 게이트절연막(214)을 덮도록 평탄화층(220)이 위치한다. 반도체층(216)을 보호하기 위해 별도의 보호층들이 더 구비될 수도 있다.
한편, 제1전극(230)과 가장자리 일부가 중첩하며, 화소(Pixel)를 정의하는 뱅크(232)가 형성되고, 뱅크(232)로 인해 정의된 영역 안에 복수의 층들로 구성된 유기층(OL)이 위치한다. 유기층(230)과 뱅크(232)를 덮도록 기판(210) 전면에 대응되는 영역에 제2전극(290)이 구비된다.
기판(210)은 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), PI(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등일 수 있다. 또한, 기판(210) 상에는 불순원소의 침투를 차단하기 위한 버퍼층(buffering layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 질화실리콘 또는 산화실리콘의 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
제 1 기판(310) 상에 형성되는 게이트(212)는 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
한편, 게이트(212)가 형성된 기판(210) 상에 게이트절연막(214)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(214)은 SiOx, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, Ta2O5, HfO2, ZrO2, BST, PZT와 같은 무기절연물질 또는 예를 들어 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
게이트절연막(214) 상에는, 반도체층(216)이 형성된다. 액티브층(214)은 산화물, 예를 들어 IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나의 산화물일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
반도체층(216) 상에 위치하고, 제1전극(230)에 전기적으로 연결되는 소스전극 또는 드레인전극(218)은 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 반도체층(216)과 소스전극 또는 드레인전극(218) 사이에는 전자의 흐름을 원활하게 하기 위한 오믹 콘택층이 구비될 수 있다.
한편, 소스전극 또는 드레인전극(218) 상에는 소스 또는 드레인전극(218)과 게이트절연막(214)을 덮도록 평탄화층(220)이 형성된다. 평탄화층(220)은 기계적 강도, 내투습성, 성막 용이성, 생산성 등을 고려하여, 소수성의 성질을 갖고, 수소함유 무기막으로서, 예를 들어 SiON, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
제1전극(230)은, 애노드 전극(양극)일 수 있고, 일함수 값이 비교적 크고, 투명한 도전성 물질, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 전극(331)은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(graphene), 은나노와이어(silver nano wire) 등일 수도 있다. 한편 제1전극(230)의 상부 또는 하부에는 부식을 방지하고 일함수(work function)을 조절하기 위해 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd)의 합금으로 이루어진 보조층이 추가로 형성될 수 있다.
또한 상부발광 방식일 경우, 반사효율 향상을 위해 제1전극(230)의 상/하부에 반사효율이 우수한 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로써 반사판이 보조전극으로 더 형성될 수도 있다.
한편, 제1전극(230)의 엣지부 상에는 뱅크(232)가 형성되고, 뱅크(232)에는 제1전극(230)이 노출되도록 개구부가 구비된다. 이러한 뱅크(232)는 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질, 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
노출된 제1전극(230) 상에는 유기층(OL)이 형성되는데, 이러한 유기층(OL)에는, 탠덤 구조로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 적어도 하나의 발광층(미도시)을 포함하는 복수의 스택(stack) 단위로 적층된 구조일 수 있다. 이에 대해서는, 이하에서 도면과 함께 상세히 설명한다.
또한 유기층(OL)에는 정공과 전자가 원활히 수송되어 엑시톤(exciton)을 형성할 수 있도록, 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 유기발광층(Emitting Layer, EL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 등이 포함될 수 있다.
유기층(335) 상에는 제2전극(290)이 형성되는데, 제2전극(290)은 캐소드전극(음극)일 수 있다. 예를 들어 하부발광 방식인 경우, 제2전극(290)은 금속일 수 있고 제1금속, 예를 들어 Ag 등과 제2금속, 예를 들어 Mg 등이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수층일 수도 있다.
이밖에도, 도시되지는 않았지만 제2전극(290) 상에는, 유기층(OL)을 수분이나 산소로부터 보호하기 위한 패시베이션층이 포함될 수 있다.
이상에서는 유기발광소자(200)의 구조에 관하여 설명하였고, 이하에서는 유기발광소자(200) 중 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode)에 관하여 상세하게 설명한다. 또한 도 2와 중복되는 부분에 대하여는 설명을 생략하도록 한다.
도 3은 일실시예에 따른 유기발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 유기발광소자(200)의 유기발광다이오드(OLED)는 탠덤(tandem) 방식이고, 서로 대향된 제1전극(330)과 제2전극(390), 제1전극(330)과 제2전극(390) 사이에 형성된 전하생성층(Charge Generation Layer, CGL, 350)과 제1전극(330)과 전하생성층(350) 사이의 제1색을 발광하는 제1발광스택(340) 및 전하생성층(350)과 제2전극(390) 사이의 제2색을 발광하는 제2발광스택(360)을 포함하는 유기층(Organic layer, OL)으로 이루어질 수 있다.
전하생성층(350)은 서로 인접한 제1발광스택(340)과 제2발광스택(360)간 전하 균형 조절 역할을 하기 때문에, 중간연결층(Intermediate Connector Layer, ICL)이라고도 한한다. 이 경우, 전하생성층(350)은 제1발광스택(340)으로의 전자의 주입을 돕는 층과 제2발광스택(360)으로의 정공 주입을 돕는 층으로 나뉘어 형성될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.
한편, 제1발광스택(340)과 제2발광스택(360)은 각각 다른 색을 발광하는 발광층(미도시)을 포함할 수 있고, 이 발광색들의 합에 의해 백색이 구현될 수 있다.
도 4a와 도 4b는 도 3의 유기발광다이오드의 일예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 유기발광소자(200)의 유기발광다이오드(OLED)의 전하생성층(350)은 정공생성층(356)과, 무기박막(354)이 포함된 전자생성층(351)을 포함할 수 있다. 전자생성층(351)은 무기박막(354) 이외에 적어도 하나의 전자수송층(352)을 더 포함할 수 있다.
제1전극(330)은 양극이고 제2전극(390)은 음극이며, 전자생성층(351)은 제1전극(330)과 가깝게 위치하고, 정공생성층(356)은 제2전극(390)과 가깝게 위치한다.
여기서 무기박막(354)은 1족(알칼리 금속) 또는 2족(알칼리 토금속)의 금속 원소 중 하나와, 16족 또는 17족의 원소 중 하나가 결합된 화합물로 이루어질 수 있다. 또한 무기박막(354)은 LiF, LiCl, NaF, KF, KCl, MgO, MgS, CaO, CaS로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 화합물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 여기서 1족, 2족, 16족 및 17족은 화학 주기율표 상의 같은 족에 속하는 원소들을 의미한다.
또한 무기박막(354)의 두께는 0.1 nm 내지 50 nm일 수 있다. 이는 전압 인가시, 얇은 무기박막이 에너지 밴드 휨 현상을 발생시켜, 전자를 용이하게 주입시키기 위한 두께이다. 무기박막(354)의 두께가 0.1 nm 미만이거나 50nm를 초과하게 되면, 밴드 휨 현상이 일어나지 않거나, 충분치 않게 일어날 수 있다. 이에 대해서는 도 9 내지 도 11과 관련된 부분에서 자세하게 설명한다.
한편, 각 발광스택(340, 360)은 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transfer Layer, HTL), 전자수송층(Electron Transfer Layer, ETL), 발광보조층 및 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있고, 각 발광스택(340, 360)은 적어도 한 종류의 색상의 빛을 발광하는 한 층 이상의 발광층(Emitting Layer, EL)을 포함 이에 관하여 일예를 도시하는 도면이 도 4b이다.
도 4b를 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 제1발광스택(340) 및 제2발광스택(360)을 포함할 수 있다.
제1발광스택(340)은 제1발광층(348)을 포함하고, 제2발광스택은 제2발광층(366)을 포함하며, 전하생성층(350)은 제1발광스택(340)과 제2발광스택(360) 사이에 위치하고, 전자생성층(351)과 정공생성층(356)으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제1발광스택(340)은 제1전극(330) 상에 순차적으로 적층된 정공주입층(342), 제1정공수송층(344), 제2정공수송층(346), 제1발광층(348), 제1전자수송층(349)을 포함한다.
한편 제1전자수송층(349) 상에 형성된 전하생성층(350)은 제2전자수송층(352)과 무기박막(354)을 포함하는 전자생성층(351), 전자생성층(351) 상에 형성된 정공생성층(356)을 포함할 수 있다.
제2발광스택(360)은 정공생성층(356) 상에 순차적으로 형성된 제3정공수송층(362), 제4정공수송층(364), 제2발광층(366), 제3전자수송층(368)을 포함할 수 있다.
정공주입층(342), 제1정공수송층(344), 제2정공수송층(346), 제3정공수송층(362) 및 제4정공수송층(364)은 제1전극(330)에서의 정공주입장벽을 낮추고 제1발광층(348) 계면에서 전자적 성질을 서로 일치되도록 만들기 위해 구비될 수 있고, 구체적으로 DPPD(N,N-diphenyl-p-phenylenediamine), m-MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate))으로 형성될 수 있고, S-P3MEET(sulfonated Poly(thiophene-3-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]-2,5-diyl)), PVPTA2:TBPAH(
Figure 112014117869393-pat00001
), Et-PTPDEK(
Figure 112014117869393-pat00002
), TFP(Poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-alt-(1,4-phenylene-((4-sec-butylphenyl)imino)-1,4-phenylene)), PFO-TPA(
Figure 112014117869393-pat00003
), TCTA(4,4',4"-Tris(N-carbazolyl)-triphenylamine), TAPC(1,1-Bis(4-(N,N'-di(p-tolyl)amino)phenyl)cyclohexane), d-PBAB(
Figure 112014117869393-pat00004
), x-TAPC(
Figure 112014117869393-pat00005
), X-TAPC(
Figure 112014117869393-pat00006
), a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bisphenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 등의 재료로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1전자수송층(349), 제2정공수송층(346) 및 제3전자수송층(368)의 경우 음극인 제2전극(390)으로부터의 전자주입장벽을 낮추고, 특히 제2정공수송층(346)과 제3전자수송층(368)의 경우 정공을 제1발광층(348)과 제2발광층(366)에 가두어 두기 위해 형성되고, TPBI(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene), TBCPF(
Figure 112014117869393-pat00007
), BA(
Figure 112014117869393-pat00008
), SPPO13(
Figure 112014117869393-pat00009
), mCPPO1(
Figure 112014117869393-pat00010
), m-PhOTPBI(
Figure 112014117869393-pat00011
), PFN-OH(
Figure 112014117869393-pat00012
) 등의 재료로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
발광 방식과 관련하여, 넓은 밴드갭(band gap)을 갖는 호스트(host) 소재에 좁은 밴드갭을 갖는 도펀트(dopant) 소재를 도핑(dopoing) 함으로써 넓은 영역의 가시부 발광 영역을 가지는 백색 발광소자의 제작이 가능하다. 이러한 호스트-게스트 방식에서 널리 사용되고 있는 고분자소재는 polyfluorene(PF), polycarbazole (PCZ), polysilafluorene(PSiF) 등이 있으며, 공통적으로 넓은 밴드갭, 높은photoluminescence(PL), electroluminescence(EL) 특성과 열적 안정성을 보여주고 있다. 형광 호스트와 형광 도펀트를 이용할 수 있고, 형광 호스트와 인광 도펀트 방식을 채택할 수도 있다.
전술한 방식으로, 제1전극(330)으로부터 주입되는 정공과, 전자생성층(351)으로부터 주입되는 전자가 제1발광층(348)에서 재결합(recombination)하여 발광이 이루어진다. 제1발광층(348)이 방출하는 제1색은 일예로서 청색일 수 있다.
한편, 제2발광층(366)에서는, 정공생성층(356)으로부터 주입되는 정공과 제2전극(390)으로부터 주입되는 전자가 엑시톤을 형성하여 발광이 이루어진다. 제2발광층(366)이 방출하는 제2색은 일예로서 노란색/초록색(Yellow/Green)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
여기서, 제1발광층(348)과 제2발광층(366)은 서로 다른 종류의 색상을 발광할 수 있고, 전술한 제1색과 제2색은, 설명의 편의를 위한 것이고, 유기발광다이오드(OLED)가 백색을 방출할 수 있는 한, 다양한 조합이 이루어질 수 있다.
제1발광층(348)과 제2발광층(366)은, 예를 들어, Ir(ppy)3 (Tris[2-phenylpyridinato-C2,N]iridium(III)), Ir(Bu-PPY)3, Ir(mppy)3, Hex-Ir(piq)3 등의 이리듐계 착화합물을 도판트(dopant)로, 양극성(bipolar) 방향족 유기화합물 또는 고분자를 호스트로 포함하여 이루어지거나, PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PThs(poly(thiophene)s), Cyano-PPV, PPP(poly(p-phenylene)), poly(fluorene)s, PFO(polyfluorene), PF(polyfluorene), PVK(poly(9-vinylcarbazole) 등의 용액 공정용 재료로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 도시되지는 않았지만, 제1발광층(348)과 제2발광층(366)의 하부에는, 정공의 상대적으로 빠른 이동도(mobility)를 고려하여 발광보조층(미도시)이 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1발광층(348)은 청색 도펀트를 포함하고, 제2발광층(366)은 옐로이쉬 그린(yellowish green) 도펀트를 포함할 수 있다.
한편, 정공생성층(356)은 P형 전하생성층이라고도 하고, 단일층 유기물로도 이루어질 수 있고, 경우에 따라 호스트 물질에, P형 유기 도펀트를 포함하여 이루어질 수도 있다.
여기서 정공생성층(356)의 호스트 재료는 정공수송층과 같은 재료를 이용할 수 있다. 그리고, 이 때의 P형 유기 도펀트는, 예를 들어, 2,2'-(퍼플루오르나프탈렌-2,6-디일리덴)디말로노니트릴; 혹은 2,2'-(2,5-디브롬-3,6-디플루오르시클로헥사-2,5-디엔-1,4-디일리덴)디말로노니트릴; 혹은 (2E,2'E,2"E)-2,2',2"-(시클로프로판-1,2,3-트리일리덴)트리스(2-(2,6-디클로르-3,5-디플루오르-4-(트리플루오르메틸)페닐)아세토니트릴); 혹은 4,4',4"-시클로프로판-1,2,3-트리일리덴트리스(시아노메탄-1-일-1-일리덴)트리스(2,3,5,6-테트라플루오르벤조니트릴) 등일 수 있다.
전술한 바와 같이 전자생성층(351)은 무기박막(354)과 제2전자수송층(352)으로 이루어질 수 있고, 무기박막(354)은 LiF, LiCl, NaF, KF, KCl, MgO, MgS, CaO, CaS로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 화합물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제2전자수송층(352)은 전술한 전자수송물질들 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 4a와 도 4b의 유기발광다이오드(OLED)는 설명의 편의를 위해 일예로써 도시된 것일 뿐이고, 본 명세서의 실시예들은 이에 제한되지 않음에 유의하여야 한다.
도 5a 내지 도 5c는 전하생성층의 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 다른 실시예에 따른 전하생성층(550a)은 두 개의 전자수송층(552a, 552a')과 무기박막(554a)과 정공생성층(556a)로 이루어질 수 있다.
또다른 실시예에 따른 전하생성층(550b)은, 전자수송층(552b), 전자수송층(552b) 상에 형성된 제1무기박막(554b), 제1무기박막(554b) 상에 형성된 정공생성층(556b), 정공생성층(556b) 상의 제2무기박막(557b)으로 이루어질 수도 있다.
또다른 실시예에 따른 전하생성층(550c)은 전자수송층(552c)과 정공생성층(556b) 만으로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전자수송층(552c)에는 N형 유기 도펀트가 포함될 수 있고, N형 유기 도펀트는, 예를 들어, Cr2hpp4 (hpp: 1,3,4,6,7,8-헥사히드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘의 음이온), Fe2hpp4, Mn2hpp4, Co2hpp4, Mo2hpp4, W2hpp4, Ni2hpp4, Cu2hpp4, Zn2hpp4, W(hpp)4 등일 수 있다.
다만, 본 명세서의 실시예들은 도시된 전하생성층(550a, 550b, 550c)에 제한되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 또다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 세 개의 발광스택(640, 660, 680)과 두 개의 전하생성층(650, 670)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 서로 대향하는 제1전극(630)과 제2전극(690)이 형성되고, 그 사이에 제1발광스택(640), 제1전하생성층(650), 제2발광스택(660), 제2전하생성층(670), 제3발광스택(680)이 순차적으로 적층된다. 여기서 제1전하생성층(670)은 제1전자수송층(652) 및 제1무기박막(654)으로 이루어진 제1전자생성층(651)과 제1정공생성층(656)을 포함하고, 제2전하생성층(670)은 제2전자수송층(672) 및 제2무기박막(674)으로 이루어진 제2전자생성층(671)과 제2정공생성층(676)을 포함할 수 있다. 제1발광스택(640), 제2발광스택(660), 제3발광스택(680)은 전술한 다른 실시예들과 동일하거나 다른 구조로 형성될 수 있다.
양극인 제1전극(630)으로부터 주입된 정공과 제1전자생성층(651)로부터 주입된 전자가 제1발광스택(640)의 제1발광층(미도시)에서 결합하여 제1색을 발광하고, 제1정공생성층(656)으로부터 주입된 정공과 제2전자생성층(671)으로부터 주입된 전자가 제2발광스택(660)의 제2발광층(미도시)에서 결합하여 제2색을 발광하며, 제2정공생성층(676)으로부터 주입된 정공과 음극인 제2전극(690)으로부터 주입된 전자가 제3발광층(미도시)에서 결합하여 제3색을 발광할 수 있다. 제1색과 제2색과 제3색은 서로 다른 종류의 색상일 수 있고, 서로 혼합되어 최종적으로 백색을 발광할 수 있다.
다만 본 명세서의 실시예들은 이에 제한되지 않고, 유기발광다이오드(OLED)는 더 많은 수의 발광스택들을 포함할 수 있다.
도 7a와 도 7b는 도 4a의 제1발광스택의 다른 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 7a와 도 7b를 참조하면, 제1발광스택(740a)은 정공주입층(742a), 정공수송층(744a), 발광층(748a) 및 전자수송층(749a)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 각 층은 같은 성질을 갖는 복수의 층들로 구성될 수 있다.
또다른 실시예에 따른 제1발광스택(740b)은 정공주입층(742b), 제1정공수송층(744b), 제2정공수송층(746b), 제1발광층(748b')과 제2발광층(748b")으로 이루어진 발광층(748b) 및 정공수송층(749b)이 순차적으로 적층된 구조일 수도 있다. 여기서 제1발광층(748b')과 제2발광층(748b")은 2파장을 이용하여 백색을 구현한다. 다층 구조의 발광층은 제작이 간단하고 효율이 높은 특징이 있다.
다만, 이러한 제1발광스택(740a, 740b)은 이에 제한되지 않고, 다양한 복수의 층들로 이루어질 수 있음을 유의하여야 한다.
도 8a와 도 8b는 도 4a의 제2발광스택의 다른 실시예들을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 8a와 도 8b를 참조하면, 제2발광스택(860a)은 정공수송층(864a), 발광층(866a), 전자수송층(868a) 및 전자주입층(869a)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한 각 층은 같은 성질을 갖는 복수의 층들로 구성될 수 있다.
또다른 실시예에 따른 제2발광스택(860a)은 제1정공수송층(864b'), 제2정공수송층(864b"), 제1발광층(866a'), 제2발광층(866b'), 제3발광층(866c') 및 정공수송층(868b)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서 제1발광층(866a'), 제2발광층(866b') 및 제3발광층(866c')은 3파장을 이용하여 백색을 구현하고, 이 역시 높은 효율을 갖는다.
다만, 또다른 실시예들에 따른 다수의 발광스택들은 도 8a 및 도 8b에 도시된 구조에 제한되지 않고, 다양한 구조를 가질 수 있다.
도 9는 일반적인 유기발광소자의 발광원리를 나타내는 밴드다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 유기발광소자(900)는 제1전극(930)과 제2전극(990) 사이에 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EML), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL)을 포함할 수 있다. 도 9는 각 층들의 HOMO와 LUMO의 에너지 레벨을 도시한 도면으로서, 전압이 인가되면, 제1전극(930)으로부터 정공이 이동하고, 제2전극(990)으로부터 전자가 이동하게 된다. 각 층들의 HOMO와 LUMO의 에너지 레벨을 각각 상이하게 설계될 수 있다.
정공주입층(HIL)은 양극인 제1전극(930)으로부터 정공 주입이 용이하도록 제1전극(930)의 일함수와 정공주입층(HIL)의 에너지 준위의 차이가 작은 물질로 형성된다.
한편 정공수송층(HTL)의 경우, 발광층(EML)과 접촉하고 있기 때문에 정공주입층(HIL)과 달리 발광층(EML)에서의 발광 재흡수와 에너지 이동을 일으키지 않는 넓은 에너지 갭을 가질 수 있다.
전자수송층(ETL)의 경우, 전자의 주입 장벽을 낮추는 역할을 함과 동시에, 상대적으로 빠른 정공의 이동도로 인한 계면에서의 발광 현상을 방지하여 엑시톤을 발광층(EML)에 가두는 정공 방지층으로서의 역할도 가질 수 있다.
전자주입층(EIL)의 경우, 음극인 제2전극(990)에서의 전자 주입이 원활하도록, 제2전극(990)과 발광층(EML) 사이의 전자주입장벽을 낮춘다.
도 10은 또다른 실시예에 따른 유기발광소자의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이고, 도 11은 실시예들에 따른 유기발광소자의 구동전압과 전류밀도의 관계에 대하여 일반적인 유기발광소자의 경우와 비교한 그래프이다. 도 12는 도 10의 유기발광소자의 발광현상의 원리를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 유기발광소자(1000)는 제1전극(1030)과 제2전극(1090) 사이에 정공주입층(1042), 제1정공수송층(1044), 제1발광층(1048), 제1전자수송층(1051), 전자생성층(1051)과 정공생성층(1056)으로 이루어진 전하생성층(1050), 제2정공수송층(1064), 제2발광층(1066) 및 제2전자수송층(1068)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
여기서 전자생성층(1051)은 N형 전하생성층(N-type Charge Generation Layer, N CGL)으로, 정공생성층(1056)은 P형 전하생성층(P-type Charge Genneration Layer, P CGL)으로도 기재할 수 있다.
도 10은 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 각 층들은 같은 성질을 같은 복수의 층들로 구성될 수 있고, 미도시되었지만, 발광층들(1048, 1066)의 상부 또는 하부에는 발광보조층이 추가로 형성될 수도 있다. 또한 각 층들의 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨은 도면들과 상이하게 설계될 수 있다.
유기발광소자(1000)에 전압이 인가되면, 제1전극(1030)으로부터 각 층들을 따라 정공이 주입되고, 제2전극(1090)으로부터 전자가 주입된다
도 11은 도 4a의 두 개의 발광스택들(340, 360)을 포함하는 유기발광 다이오드(OLED)에 있어서, 일반적으로 무기박막(354)이 없는 경우의 유기발광소자의 전류밀도와 구동전압의 관계(도 11의 점선)와, 도 4a의 유기발광 다이오드(OLED)를 포함하는 유기발광소자의 전류밀도와 구동전압의 관계(도 11의 실선)를 비교하는 그래프를 도시한다. 여기서 무기박막(354)은 LiF로 이루어진다.
그래프를 참조하면, 대략 6V 이상에서, 일정한 전류밀도(단위는 mA/cm2)에 대하여, 일반적인 유기발광소자의 구동전압(1102)은 실시예에 따른 유기발광소자의 구동전압(1104)에 비해 현저하게 높은 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 전류밀도가 10-2 mA/cm2일 때, 실시예에 따른 유기발광소자의 구동전압(1104)은 대략 7V이고, 일반적인 유기발광소자의 구동전압(1102)은 대략 15V이다.
[표 1]
Figure 112014117869393-pat00013
표 1을 참조하면, LiF인 무기박막(354)의 존재 유무에 따라, 유기발광소자의 구동전압(V), 휘도(Cd/A), 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency, EQE)의 값이 크게 달라지는 것을 볼 수 있다. 무기박막(354)이 존재하는 경우의 구동전압은 그렇지 않은 경우보다 크게 감소하고, 휘도가 크게 증가하며, 외부 양자 효율 또한 크게 증가함을 볼 수 있다. 이는 무기박막(354)이 전하생성층(350)의 전자수송층(352)과 정공생성층(356) 사이에 존재함으로서, 전자주입 특성을 크게 향상시키고, 누설 전류(current leakage)가 크게 감소하여 구동전압이 낮아진 것을 알 수 있다. 누설 전류에 관하여는 도 12와 관련하여 설명한다.
이때, 무기박막(354)의 두께는 0.1 nm 내지 50 nm일 수 있다. 이는 전압 인가시, 얇은 무기박막이 에너지 밴드 휨 현상을 발생시켜, 전자를 용이하게 주입시키기 위한 두께이다. 무기박막(354)의 두께가 0.1 nm 미만이거나 50nm를 초과하게 되면, 밴드 휨 현상이 일어나지 않거나, 충분치 않게 일어날 수 있다.
이하에서는 도 12를 참조하여 도 11과 관련한 비교 결과에 대해 설명한다. 정공생성층(1156)에 도달한 전자는, 무기박막(1154)의 LUMO 에너지 레벨이 상대적으로 높기 때문에 쉽게 전자수송층(1152)으로 주입되지 않는다. 다만, 전압이 인가되면, 무기박막(1154)으로 인해 에너지 레벨이 낮은 방향으로 에너지 밴드 휨(energy band bending) 현상이 쉽게 일어날 수 있고, 이에 따라 터널링 효과(tunneling effect)에 의한 원활한 전자 주입이 가능해질 수 있다. 일반적으로, 전압 인가에 의한 에너지 밴드 휨 현상이 발생할 수 있지만, 무기박막(1154)은 일반적인 경우보다 큰 밴드 휨을 발생시키는 특성을 갖는다.
다시 말해서, 전압이 인가되면, 무기박막(1154)과 전자수송층(1152)의 HOMO와 LUMO의 에너지 레벨이, 상대적으로 낮은 에너지 레벨 방향으로 휘게 되어, 전자의 주입이 원활해진다. 무기박막(1154)의 존재로 인해, 밴드 휨 현상이 더욱 크게 발생하기 때문에, 무기박막(1154)이 구비되지 않은 경우에 비해, 전자주입 특성이 크게 향상될 수 있다.
일반적인 유기발광소자의 경우, 무기박막이 없이 전자수송층으로 사용될 수 있는 유기물질에 전기전도도가 높은 금속을 도핑하여 전자생성층을 형성하고, 이때 도핑된 금속의 높은 전기전도도로 인해 누설 전류(current leakage)가 발생하게 된다.
여기서, 누설 전류는 발광방향(유기발광소자에 수직인 방향)과 다른 방향(도 2 내지 도 6에서 가로 방향)으로, 도핑된 금속을 따라 흐르게 된다. 예를 들어, 발광방향과 수직인 방향으로 전자생성층을 따라 누설 전류가 흐를 수 있다. 이러한 누설 전류로 인해, 유기발광 표시패널의 특정 화소를 구동(점등)하는 경우, 인접한 픽셀도 동시에 구동되어 의도하지 않은 색상이 발광되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 명암비(contrast ratio) 특성이 저하되고, 과도한 누설 전류로 인해 소자가 열화되거나 소자의 수명이 감소할 수 있다.
이에 더하여, 금속을 도핑한 전자생성층의 경우, 소량의 금속을 균일하게 도핑해야 하기 때문에, 사실상 이를 제어하는 것에 문제가 발생하고, 이에 따라 제품의 양산 수율이 감소할 수 있다.
하지만 실시예에 따른 전자생성층(1151)의 경우, 금속의 도핑 없이 무기박막(1154)을 이용하여 전자 주입을 원활하게 함과 동시에 누설 전류 발생을 방지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
이하에서는, 유기발광소자의 전자생성층이 무기박막이 아닌 양자점을 포함하는 경우의 실시예들을 설명한다.
도 13a와 도 13b는 도 3의 유기발광다이오드의 다른 예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 13ab를 참조하면, 유기발광소자(200)의 유기발광다이오드(OLED)의 전하생성층(1350)은 정공생성층(1356)과, 양자점(Quantum Dot, 1353)이 포함된 전자생성층(1351)을 포함할 수 있다. 전자생성층(1351)은 적어도 하나의 전자수송층(1352)을 더 포함할 수 있다.
여기서 전자생성층(1351)에는, 양자점이 도핑(Dopping)되어 있을 수 있다.
양자점(1353)은, 나노 사이즈의 반도체 물질일 수 있고, Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅵ족, Ⅳ족 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질일 수 있다. 구체적으로, 양자점(1353)은, 산화 마그네슘(MgO), 황화 마그네슘(MgS), 마그네슘 셀레나이드(MgSe), 마그네슘 텔루라이드(MgTe), 산화 칼슘(CaO), 황화 칼슘(CaS), 칼슘 셀레나이드(CaSe), 칼슘 텔루라이드(CaTe), 산화 스트론튬(SrO), 황화 스트론튬(SrS), 스트론튬 셀레나이드(SrSe), 스트론튬 텔루라이드(SrTe), 산화 바륨(BaO), 황화 바륨(BaS), 바륨 셀레나이드(BaSe), 바륨 텔루라이드(BaTE), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(Cu2O), 황화 아연(ZnS), 징크 셀레나이드(ZnSe), 징크 텔루라이드(ZnTe), 산화 카드뮴(CdO), 황화 카드뮴(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카트뮴 텔루라이드(CdTe), 산화 수은(HgO), 황화 수은(HgS), 머큐리 셀레나이드(HgSe), 머큐리 텔루라이드(HgTe), 황화 알루미늄(Al2S3), 알루미늄 셀레나이드(Al2Se3), 알루미늄 텔루라이드(A12Te3), 산화 갈륨(Ga2O3), 황화 갈륨(Ga2S3), 갈륨 셀레나이드(Ga2Se3), 갈륨 텔루라이드(Ga2Te3), 산화 인듐(In2O3), 황화 인듐(In2S3), 인듐 셀레나이드(In2Se3), 인듐 텔루라이드(In2Te3), 산화 저마늄(GeO2), 산화 주석(SnO2), 황화 주석(SnS), 스탠넘 셀레나이드(SnSe), 스탠넘 텔루라이드(SnTe), 산화 납(PbO), 이산화 납(PbO2), 황화 납(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 질화 알루미늄(AlN), 인화 알루미늄(AlP), 알루미늄 아스나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 갈륨 아스나이드(GaAs), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 질화 인듐(InN), 인화 인듐(InP), 인듐 아스나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 인화 보론(BP), 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 양자점(1353)은 발광효율을 높이고, 광안정성을 향상시키기 위하여, 코어/쉘(core/shell) 구조로 형성될 수 있다.
이러한 양자점(1353)이 전자생성층(1351)의 전자수송층(1352)에 포함되는 경우, 전자수송층(1352)의 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨을 낮춤으로써, 전자 주입 특성을 향상시키고, 정공을 블록킹(Hole Blocking)하는 기능을 수행한다. 정공의 이동도는 전자의 이동도에 비해 현저하게 크기 때문에, 전자생성층(1351)의 전자수송층(1352)이 정공을 블록킹함으로써, 발광층에서 전자와 정공이 만나 엑시톤을 형성하게 할 수 있다.
한편, 일반적인 유기발광소자의 경우, 전자생성층에 리튬(Li)과 같은 금속원자가 도핑될 수 있고, 이때 금속원자 도핑을 제어하기가 쉽지 않고, 금속원자의 높은 전기전도도로 인해 누설전류가 발생하고, 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.
다만, 실시예에 따른 유기발광소자(200)에 있어서, 양자점(1353)은 반도체 물질이기 때문에, 누설전류의 발생 및 소비전력 증가를 방지할 수 있는 효과가 발생한다.
도 13b를 참조하면, 구체적으로, 유기발광다이오드(OLED)는 두 개의 발광스택(1340, 1360)과, 그 사이에 위치하는 유기층(OL)을 포함한다.
제1발광스택(1340)은 제1발광층(1348)을 포함하고, 제2발광스택(1360)은 제2발광층(1366, 1366')을 포함하며, 전하생성층(1350)은 제1발광스택(1340)과 제2발광스택(1360) 사이에 위치하고, 전자생성층(1351)과 정공생성층(1356)으로 이루어질 수 있다.
또한 제1발광스택(1340)은 제1전극(1330) 상에 순차적으로 적층된 정공주입층(1342), 제1정공수송층(1344), 제2정공수송층(1346), 제1발광층(1348)을 포함한다.
한편 제1발광층(1348) 상에 형성된 전하생성층(1350)은, 양자점(1353)이 도핑된 제1전자수송층(1352) 및 제1전자수송층(1352) 상에 형성된 제2전자수송층(1355)을 포함하는 전자생성층(1351), 전자생성층(1351) 상에 형성된 정공생성층(1356)을 포함할 수 있다.
제2발광스택(1360)은 정공생성층(1356) 상에 순차적으로 형성된 제3정공수송층(1362), 제4정공수송층(1364), 제2발광층(1366, 1366'), 제3전자수송층(1368)을 포함할 수 있다.
이때, 도 13a에서 설명한 바와 마찬가지로, 양자점(1353)에 의해 제1전자수송층(1352)의 HOMO 및 LUMO의 에너지 레벨이 낮아지고, 이에 따라 제1전자수송층(1352)의 전자주입능력이 향상되고, 정공 블록킹 능력이 향상될 수 있다.
한편, 제2발광스택(1360)은, 서로 다른 종류의 색상을 발광하는 두 개의 발광층(1366, 1366')으로 이루어질 수 있으나, 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
나머지 구성요소들의 경우, 전술한 내용과 중복되므로, 그 설명을 생략한다.
도 14a와 도 14b는 도 3의 유기발광다이오드의 또다른 예를 보다 상세하게 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 14a를 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)에서, 도 13a 및 도 13b와 달리, 전자생성층(1451)은, 전자수송층(1452) 및 전자수송층(1452) 상에 위치하고, 양자점으로 이루어진 양자점박막(1453')을 포함한다.
구체적으로, 도 14b를 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 두 개의 발광스택(1440, 1460)과, 그 사이에 위치하는 유기층(OL)을 포함한다.
제1발광스택(1440)은 제1발광층(1448)을 포함하고, 제2발광스택(1460)은 제2발광층(1466)을 포함하며, 전하생성층(1450)은 제1발광스택(1440)과 제2발광스택(1460) 사이에 위치하고, 전자생성층(1451)과 정공생성층(1456)으로 이루어질 수 있다.
또한 제1발광스택(1440)은 제1전극(1430) 상에 순차적으로 적층된 정공주입층(1442), 제1정공수송층(1444), 제2정공수송층(1446), 제1발광층(1448), 제1전자수송층(1449)을 포함한다.
한편 제1전자수송층(1449) 상에 형성된 전하생성층(1450)은 제2전자수송층(1452)과 양자점박막(1453')을 포함하는 전자생성층(1451), 전자생성층(1451) 상에 형성된 정공생성층(1456)을 포함할 수 있다.
제2발광스택(1460)은 정공생성층(1456) 상에 순차적으로 형성된 제3정공수송층(1462), 제4정공수송층(1464), 제2발광층(1466, 1466'), 제3전자수송층(1468)을 포함할 수 있다.
이러한 유기발광다이오드(OLED)는, 전술한 양자점박막(1453')으로 인해, 전자주입능력이 향상되고, 누설전류가 방지되며, 소비전력이 감소하는 효과를 가질 수 있다.
도 15a와 도 15b는 또다른 실시예에 따른 유기발광다이오드의 개략적인 단면도들이다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 유기발광소자(200)의 유기발광다이오드(OLED)는, 제1전극(1530), 제1전극(1530) 상에 위치하고, 적어도 한 종류의 색상의 빛을 발광하는 한 층 이상의 발광층(1548), 발광층(1548) 상에 위치하는 전자수송층(1549) 및 전자수송층(1549) 상에 위치하는 제2전극(1590)을 포함할 수 있다.
여기서, 전자수송층(1549)에는 양자점(1553)이 도핑되어 있을 수 있다(도 15a). 양자점(1553)은 전자수송층(1549)의 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨을 낮추어, 제2전극(1590)에서 주입되는 전자가 원활하게 공급될 수 있도록 하고, 제1전극(1530)에서 주입된 정공을 블록킹하는 기능을 수행한다. 다시 말해서, 양자점(1530)은, 유기발광다이오드(OLED)의 전자주입능력을 향상시키고, 정공 블록킹 능력을 향상시킨다.
한편, 유기발광다이오드(OLED)에서, 전자수송층(1549)과 제2전극(1590) 사이에는 양자점으로 이루어진 양자점박막(1553')이 위치할 수 있다(도 15b). 이러한 양자점박막(1553')은, 도 15a에서 설명한 바와 동일하게, 유기발광다이오드(OLED)의 전자주입능력 및 정공 블록킹 능력을 향상시킬 수 있다.
도 16은 도 13b에 도시된 유기발광다이오드의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이다.
도 16을 참조하면, 양극인 제1전극(1630)에서 주입된 정공은, 정공주입층(1642), 제1정공수송층(1644), 제2정공수송층(1646) 및 제1발광층(1648)을 거쳐 이동한다. 다만, 제1전자수송층(1652)에 도핑된 양자점(1653)에 의해, 제1전자수송층(1652)의 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨이 낮아져 정공의 이동이 저지된다. 이에 따라 제1발광층(1648)에서의 발광이 효율적으로 이루어질 수 있다.
한편, 음극인 제2전극(1690)에서 주입된 전자는, 제3전자수송층(1668), 제2발광층(1666, 1666'), 제4정공수송층(1664), 제3정공수송층(1662), 정공생성층(1656) 및 제2전자수송층(1655)으로 이동한다. 다만, 제1전자수송층(1652)에 도핑된 양자점(1653)에 의해, 제1전자수송층(1652)의 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨이 낮아져, 제1발광층(1648)으로의 전자의 주입이 보다 원활해진다. 이에 따라 제1발광층(1648)에서의 발광이 효율적으로 이루어질 수 있다.
한편, 밴드다이어그램이 도시되지는 않았지만, 양자점박막이 형성된 경우에도 마찬가지로, 제1발광층(1648)으로의 전자주입특성이 향상될 수 있다.
도 17은 도 15a에 도시된 유기발광다이오드의 발광현상의 원리를 나타내는 밴드다이어그램이다.
도 17을 참조하면, 양극인 제1전극(1730)에서 주입된 정공은, 정공주입층(1742), 정공수송층(1744) 및 발광층(1748)으로 주입된다. 이후, 양자점(1753)에 의해 낮아진 전자수송층(1753)의 HOMO 에너지 레벨에 의해 블록킹되어 발광층(1748)에 머무르게 된다.
반면, 음극인 제2전극(1790)에서 주입된 전자는, 양자점(1753)에 의해 낮아진 전자수송층(1753)의 LUMO 에너지 레벨에 의해 발광층(1748)으로의 주입이 원활해진다.
한편, 밴드다이어그램이 도시되지는 않았지만, 양자점박막이 형성된 경우에도 마찬가지로, 발광층(1748)으로의 전자주입특성이 향상될 수 있다.
정리하면, 실시예들에 따른 유기발광소자는 누설 전류 방지를 통해 낮은 구동전압을 구현할 수 있고 소자의 휘도가 증가하며, 소자의 수명이 증대되는 효과를 갖는다. 또한 전자주입 특성을 향상시키는 무기박막을 포함하여 소자의 증가되고, 외부 효율이 증가하며, 양산 수율을 증가시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한 유기발광소자는 전자수송층에 양자점을 포함하거나, 양자점으로 이루어진 양자점박막을 포함하여, 전자주입 특성이 향상되고, 정공 블록킹 능력이 향상되며, 누설전류가 방지되어 구동전압이 감소하는 효과를 갖는다.
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
330: 제1전극 340: 제1발광스택
350: 전하생성층 360: 제2스택
390: 제2전극

Claims (15)

  1. 제1전극;
    상기 제1전극과 대향하여 이격되어 형성된 제2전극; 및
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 둘 이상의 발광스택과 상기 둘 이상의 발광스택 사이마다 형성된 전하생성층(Charge Generation Layer)으로 이루어진 유기층을 포함하되,
    상기 각 전하생성층은 정공생성층과, 무기박막 또는 양자점(Quantum Dot)이 포함된 전자생성층을 포함하며,
    상기 각 전하생성층의 상기 전자생성층은, 적어도 하나의 전자수송층을 포함하고,
    상기 무기박막은 상기 정공생성층과 상기 전자수송층 사이에 존재하고,
    상기 양자점은 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅵ족, Ⅳ족 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질인 유기발광소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무기박막은 1족 또는 2족의 금속 원소 중 하나와, 16족 또는 17족의 원소 중 하나가 결합된 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무기박막은 LiF, LiCl, NaF, KF, KCl, MgO, MgS, CaO, CaS로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 화합물 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무기박막의 두께는 0.1 nm 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전자생성층이 상기 양자점을 포함하는 경우,
    상기 전자생성층에 포함된 전자수송층에 상기 양자점이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전자생성층이 상기 양자점을 포함하는 경우,
    상기 전자생성층에 포함된 전자수송층 상에 상기 양자점으로 이루어진 양자점박막이 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 각 발광스택은 정공주입층(Hole Injection Layer), 정공수송층(Hole Transfer Layer), 전자수송층(Electron Transfer Layer), 발광보조층 및 전자주입층(Electron Injection Layer) 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 유기발광소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 각 발광스택은 적어도 한 종류의 색상의 빛을 발광하는 한 층 이상의 발광층을 포함하는 유기발광소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고 상기 제2전극은 음극이며,
    상기 전자생성층은 상기 제1전극과 가깝게 위치하고, 상기 정공생성층은 상기 제2전극과 가깝게 위치하는 유기발광소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 발광스택은 제1발광스택 및 제2발광스택을 포함하고,
    상기 제1발광스택은 제1발광층을 포함하고, 상기 제2발광스택은 제2발광층을 포함하며,
    상기 전하생성층은 상기 제1발광스택과 상기 제2발광스택 사이에 위치하고, 상기 전자생성층과 상기 정공생성층으로 이루어진 유기발광소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1발광층과 상기 제2발광층은 서로 다른 종류의 색상의 빛을 발광하는 유기발광소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제1발광층은 청색 도펀트를 포함하고, 상기 제2발광층은 옐로이쉬 그린(yellowish green) 도펀트를 포함한 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  14. 제1전극;
    상기 제1전극 상에 위치하고, 적어도 한 종류의 색상의 빛을 발광하는 한 층 이상의 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 전자수송층; 및
    상기 전자수송층 상에 위치하는 제2전극을 포함하되,
    상기 전자수송층에 양자점(Quantum Dot)이 도핑되어 있거나, 상기 전자수송층과 상기 제2전극 사이에 상기 양자점으로 이루어진 양자점박막이 위치하고,
    상기 양자점은 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅵ족, Ⅳ족 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질인 유기발광소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 발광층 사이에,
    정공주입층, 정공수송층 및 발광보조층 중 적어도 한 층이 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR102374223B1 (ko) * 2017-09-19 2022-03-14 엘지디스플레이 주식회사 다중 발광 양자점과 이를 포함하는 양자점 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 표시장치
KR20200129334A (ko) * 2019-05-08 2020-11-18 덕산네오룩스 주식회사 유기전기 소자용 화합물을 포함하는 유기전기소자 및 그 전자 장치
KR102500996B1 (ko) 2019-07-12 2023-02-20 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 패널

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059848A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Dainippon Printing Co Ltd 有機エレクトロルミネッセンス素子
JP2012014905A (ja) 2010-06-30 2012-01-19 Konica Minolta Holdings Inc 有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置、表示装置及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100072644A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광소자
TWI622196B (zh) * 2012-05-31 2018-04-21 樂金顯示科技股份有限公司 有機發光裝置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059848A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Dainippon Printing Co Ltd 有機エレクトロルミネッセンス素子
JP2012014905A (ja) 2010-06-30 2012-01-19 Konica Minolta Holdings Inc 有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置、表示装置及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

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