KR20130071852A - 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 색의 발광층이 오버랩되는 부위의 혼색을 방지하여 각 색상별 화소의 색순도를 향상시키고 소자의 효율을 향상시킨 구조의 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 유기 발광 소자는 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 기판;과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 대향되며 이격한 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 상기 제 1색 화소에 형성된 제 1 색 발광층과, 상기 제 2색 화소에 형성된 제 2색 발광층의 제 1 층, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 형성된 제 3색 발광층의 제 2층으로 이루어진 발광층;과, 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에, 차례로 적층된 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층; 및 상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 공통층을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 소자 및 이의 제조 방법 {Organic Light Emitting Device and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로 특히, 서로 다른 색의 발광층이 오버랩되는 부위의 혼색을 방지하여 각 색상별 화소의 색순도를 향상시키고 소자의 효율을 향상시킨 구조의 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

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

유기 발광 표시 장치는 전극 사이의 얇은 발광층을 이용한 자발광 소자로 종이와 같이 박막화가 가능하다는 장점을 갖고 있다. 이러한, 유기 발광 표시 장치는 화소별 개별 셀 구동부에 의해 선택적 구동이 가능한 능동형 매트릭스(Active Matrix)와 라인별로 제어가 가능한 패시브 매트릭스(Passive matrix)로 나눠지게 된다.

이때, 능동형 매트릭스 유기 발광 표시 장치(AMOLED)는 3색(R, G, B) 화소로 구성된 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하게 된다. 각 화소는 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode)와, 그 유기 발광 소자를 구동하는 셀 구동부를 포함한다. 셀 구동부는 스캔 신호를 공급하는 게이트 라인과, 비디오 데이터 신호를 공급하는 데이터 라인과, 공통 전원 신호를 공급하는 공통 전원 라인 사이에 접속된 적어도 2개의 박막 트랜지스터로 구성되어 유기 발광 다이오드의 양극을 구동한다.

유기 발광 소자는 양극(anode), 정공 주입층(Hole Transport Layer;HTL), 정공 수송층(Hole Injection Layer;HIL), 발광층, 전자 수송층(Electron Injection Layer;EIL), 전자 주입층(Electron Transport Layer;ETL), 음극(cathode)을 포함한다.

이러한 유기 발광 소자는 각 층별로 진공 증착 방식으로 진행하는 바가 제시되었다. 이는 형성하고자 하는 층의 물질을 진공 챔버에서, 기상화하여 기판 상에 증착하는 방식이다.

그런데, 진공 챔버를 이용하는 경우, 적어도 진공 증착이 이루어지는 기판의 크기보다는 챔버의 크기가 커야 하고, 또한, 챔버 내 기판의 유입을 위해 가로/세로로 충분한 공간 확보가 어려워, 대형화에는 한계에 있으며, 대형화된 챔버를 진공 조건으로 유지하기 힘들어 다른 형성 방식의 고려가 있었다.

그 일예로, 용액 공정(soluble process)을 통해 별도의 진공조건이 요구되는 챔버없이 기판 상에 용액 상으로 층을 형성하고자 하는 방법이 있다.

그러나, 유기 발광 소자의 각 층에는 재료적으로 안정성이 떨어져 용액 공정이 불가한 문제가 있고, 특히, 청색 발광 재료의 경우 용액 공정으로 형성시 표시 장치에 적용하는데 있어 충분한 성능이 나오지 않아, 최근 청색 발광 재료와 적색/녹색 발광층을 구분하여 형성 공정을 적용하는 방법이 제안되고 있다.

상기와 같은 종래의 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.

최근 하이브리드 형의 유기 발광 소자로서, 적색 발광층과 녹색 발광층을 화소별로 나누어 형성하되, 공통적으로 청색 발광층을 전 화소에 걸쳐 형성하는 구조가 알려져 있다.

하지만, 이 구조에서 청색 발광층이 전 화소에 걸쳐 형성(BCL(Blue Common Layer Structure) 구조)되기 때문에, 적색 발광층과 녹색 발광층과 오버랩된 영역이 존재하고, 이 영역에서는 발광의 혼색 효과에 의해 색 순도가 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 최근 알려진 하이브리드형 유기 발광 소자에 있어서, 청색 발광층과 다른 색상의 발광층이 오버랩된 부위가 존재하여, 이 부위에서 발광의 혼색 효과가 있어, 소자로 구현시 색 순도가 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 색 순도 저하를 위해 여러가지 형태의 구조가 제안되지만, 색 순도가 개선되면 구동 전압이 증가하는 문제가 있는 등 아직까지 하이브리드 유기 발광 소자에 있어, 구동 전압을 낮추며 동시에 색순도가 개선된 구조가 개발되지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 서로 다른 색의 발광층이 오버랩되는 부위의 혼색을 방지하여 각 색상별 화소의 색순도를 향상시키고 소자의 효율을 향상시킨 구조의 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 기판;과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 대향되며 이격한 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 상기 제 1색 화소에 형성된 제 1 색 발광층과, 상기 제 2색 화소에 형성된 제 2색 발광층의 제 1 층, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 형성된 제 3색 발광층의 제 2층으로 이루어진 발광층;과, 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에, 차례로 적층된 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층; 및 상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 공통층을 포함한 것에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 광추출 향상층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 이루는 재료에 n형 불순물이 도핑되어 이루어진다.

그리고, 상기 n형 불순물은 알칼리 금속이거나, 상기 n형 불순물은 상기 제 1, 제 2 전자 수송층의 전자 이동도를 높이는 물질일 수 있다.

또한, 상기 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층은 동일 재료로 이루어지거나, 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 발광층의 제 2층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층은 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 영역구분없이 전체적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 발광층은, 상기 제 1 층과 제 2 층 사이에 하이브리드 연결층을 더 구비할 수도 있다.

상기 공통층은 정공 수송층을 포함한다. 경우에 따라, 상기 공통층은 정공 주입층을 더 포함할 수 있다.

상기 제 3색 발광층은 청색 발광층이며, 상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층은 상기 제 3색 발광층과 혼합하여 백색을 발광하는 색상 조합의 발광층인 것이 바람직하다.

또한, 상기 공통층 및 발광층의 제 1 층은 용액성 재료로 이루어지며, 상기 제 3색 발광층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층 및 제 2 전자 수송층은 저분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기판은 상기 제 1 전극과 접속되는 박막 트랜지스터 어레이를 포할 수 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소가 나누어 정의된 기판;과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 대향되며 이격한 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 상기 적색 화소에 형성된 적색 발광층과, 상기 녹색 화소에 형성된 녹색 발광층;과, 상기 적색 발광층과 녹색 발광층에 오버랩하며, 상기 적색, 녹색, 청색 화소에 공통적으로 형성된 청색 발광층;과, 상기 청색 발광층과 상기 제 2 전극 사이에, 차례로 적층된 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층; 및 상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 공통층을 포함한 것에 또 다른 특징이 있다.

여기서, 상기 공통층, 적색 발광층 및 녹색 발광층은 용액성 재료로 이루어지며, 상기 청색 발광층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층 및 제 2 전자 수송층은 저분자 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 발광 소자의 제조 방법은 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 기판을 준비하는 단계;와, 상기 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;와, 상기 제 1 전극 상에 용액 공정으로 공통층을 형성하는 단계;와, 상기 공통층 상에, 각각 용액 공정을 통해 상기 제 1색 화소에 제 1 색 발광층과, 상기 제 2색 화소에 제 2색 발광층을 형성하는 단계;와, 증착 공정을 통해, 상기 제 1 색 발광층과 제 2색 발광층을 덮으며, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 걸쳐 제 3색 발광층을 형성하는 단계;와, 상기 제 3색 발광층 상에, 증착 공정을 통해 차례로 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 전자 수송층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한 것에 또 다른 특징이 있다.

여기서, 상기 광추출 향상층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 전자 수송층 재료와 상기 제 2 전자 수송층 재료에 n형 불순물을 혼합하여, 상기 제 1 전자 수송층 상에 증착하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 공통층, 제 1색 발광층, 제 2색 발광층을 형성하는 용액 공정은, 잉크젯 인쇄, 노즐 인쇄, 전사 방식, 슬릿 코팅, 그라비아 인쇄(gravia printing) 및 열 제트 인쇄(thermal jet printing) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제 1색 발광층, 제 2색 발광층의 층과, 상기 제 3색 발광층과의 층간에 하이브리드 연결층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 광추출 향상층 구비에 의해 발광층과 전극 사이의 공통층의 두께가 일정 정도 증가하더라도, 소자의 구동 전압 상승없이 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 전자 수송층 중앙에 광추출 향상층과, 청색 발광층의 제 2 층과 적색/녹색 발광층의 제 1층간에 하이브리드 연결층을 구비함에 의해, 적색 발광층 또는 녹색 발광층과 청색 발광층이 오버랩된 영역에, 순수 적색/녹색 발광을 할 경우, 청색 발광층의 전자/정공 재결합률을 제한하여 색순도 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 2는 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자를 적용한 액티브 매트릭스 유기 발광 표시 장치를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 4는 비교예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 5a 및 도 5b는 도 4의 유기 발광 소자에 있어서, 적색 발광층 부위와 녹색 발광층 부위의 구동 전압 인가별 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도
도 7a 및 도 7b는 도 6의 유기 발광 소자에 있어서, 적색 발광층 부위와 녹색 발광층 부위의 구동 전압 인가별 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 TFT 기판(100)과, 상기 TFT 기판(100) 상에 형성된 제 1 전극(132)과, 상기 제 1 전극(132)과 대향되며 이격한 제 2 전극(148)과, 상기 제 1 전극(132)과 제 2 전극(148) 사이에 형성되며, 상기 제 1색 화소에 형성된 제 1 색 발광층(136)과, 상기 제 2색 화소에 형성된 제 2색 발광층(137)의 제 1 층, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 형성된 제 3색 발광층(144)의 제 2층으로 이루어진 발광층(EML)과, 상기 발광층(EML)과 상기 제 2 전극(148) 사이에, 차례로 적층되어 제 1 전자 수송층(1461), 광추출 향상층(1462), 제 2 전자 수송층(1463)을 포함하는 제 2 공통층(146) 및 상기 제 1 전극(132)과 상기 발광층(EML) 사이에 제 1 공통층(134)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 TFT 기판(100)은 각 화소별로 구동을 위한 TFT(박막 트랜지스터)를 포함하는 셀 구동부가 형성되어 있다.

제 1 내지 제 3 색화소는 규칙적으로 반복되어 형성된다. 이러한 규칙성은 라인별 또는 대각선 상으로 가질 수 있다.

그리고, 도시된 예는 제 1색 화소는 적색 화소, 제 2색 화소는 녹색 화소를 제 3색 화소는 청색 화소를 나타낸 것으로, 적색 발광층(136)과 녹색 발광층(137)은 각각 제 1, 제 2 색화소에 형성되며, 청색 발광층(144)은 전 화소에 걸쳐 형성된다. 그러나, 본 발명의 유기 발광 소자는 이러한 색조합에 한정되지 않고, 각 발광층의 혼색으로 백색이 구현 가능하다면 그 외의 색상의 조합으로도 변경 가능하다 할 것이다. 일예로, 제 3 색 화소는 청색 화소, 제 1, 제 2 색 화소는 각각 황색 화소, 녹색 화소로도 변경 가능하다.

한편, 상기 적색 발광층(136)과 녹색 발광층(137)은 서로 다른 색 화소에 구분되어 형성되는데, 이는 저분자 또는 고분자의 용액(soluble) 공정 가능한 재료를 상기 제 1 공통층(134) 상에 선택적으로 코팅하여 형성된다. 여기서, 상기 적색 발광층(136) 및 녹색 발광층(137)은 각각 형광 발광 물질, 혹은 인광 발광 물질일 수 있다. 이론적으로는 인광 발광이 형광 발광에 대비 약 3배 정도의 효율을 갖지만, 다른 발광층과의 혼색 정도와, 수명 정도를 고려하여 해당 재료를 선택할 수 있다.

이러한 용액 공정은, 예를 들어, 잉크젯 인쇄(inkjet printing), 노즐 인쇄(nozzle printing), 전사 공정(transferring process), 열 제트 인쇄(thermal jet printing) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 용액 공정은 별도의 마스크나 챔버없이 기판 상에 이루어질 수 있는 것이다.

상술한 발광층 중 청색 발광층(144)만 저분자 재료로 증착 방식에 의해 형성하였는데, 이는 현재까지 알려진 청색 발광층(144)의 재료로서는, 용액 공정으로 형성시 다른 발광층과 대비하여 충분한 효율이 나오지 못하며 안정성이 떨어지기 때문이다. 만일, 용액 공정에 의해서도 효율이 좋고 안정성이 향상된 청색 발광층의 개발된다면 청색 발광층 역시 용액 공정으로 대체하여 형성가능하다 할 것이다. 도시된 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자에 있어서는, 상기 청색 발광층은 진공 증착 방식에 적용되는 저분자 재료로 형성한 바를 나타낸다.

한편, 상기 제 2 공통층(146) 내의 중앙에 위치한 광추출 향상층(optical enhancement layer)(1462)은 기본적으로 제 1 전자 수송층(1461)과 제 2 전자 수송층(1463)을 이루는 전자 수송 유기물 재료에 전자의 이동도를 높이는 n형 불순물이 도핑되어 이루어진다. 이는 제 1, 제 2 전자 수송층(1461, 1463)이 동일 재료이나 서로 다른 재료일 경우, 모두 적용 가능하다 할 것이다. 전자의 경우는 동일한 챔버 내에서 전자 수송 재료를 계속적으로 공급하며, 연속적으로 제 1 전자 수송층(1461), 광추출 향상층(1462), 제 2 전자 수송층(1463)을 형성하되, 광추출 향상층(1462) 형성시에만 n형 불순물을 더 공급한다. 후자의 경우는 일차적으로 챔버 내에서 제 1 전자 수송 재료를 공급하여 제 1 전자 수송층(1461)을 형성한 후, 이어 제 1 전자 수송 재료와 제 2 전자 수송 재료를 동시 공급하며, n형 불순물을 더 첨가하여 공증착하여 광추출 향상층(1462)을 형성하고, 이어, 제 2 전자 수송재료만을 단일 공급하여 제 2 전자 수송층(1463)을 형성한다.

그리고, 상기 n형 불순물은 알칼리 금속이거나 알칼리 토금속 혹은 그 밖의 n형 유기 도펀트일 수 있다. 예를 들어, 리튬(Li), 칼슘(Ca), 세슘(Cs), 또는 마그네슘(Mg)일 수 있으며, 상기 광추출 향상층(1462)의 전자 수송 재료에 약 10% 이하로 도핑한다.

그 외로, 상기 n형 불순물은 상기 제 1, 제 2 전자 수송층(1461, 1463)의 전자 이동도(electron mobility)를 높일 수 있는 유기물 또는 무기물일 수 있다.

한편, 상기 청색 발광층(144), 제 1 전자 수송층(1461), 광추출 향상층(1462), 제 2 전자 수송층(1463)은 상기 제 1, 제 2 전극(132, 138) 사이에 영역구분없이 전체적으로 형성되는 층으로, 진공 증착 방식에 의해 형성되는 층들이다. 이러한 층들은 마스크 없이 영역 구분없이 형성된다.

n형 불순물이 도핑된 광추출 향상층(1462)의 구비에 의해, 전자의 이동도가 향상되어, 발광층 내에 정공/전자 재결합률이 좋아지며, 적색 발광층과 녹색 발광층을 선택적으로 구동하는 경우에도, 발광이 이루어져야 하는 적색 발광층 또는 녹색 발광층으로의 전자 이동이 용이해져 해당 색상의 발광층에서 재결합률이 향상되어 발광색의 혼색이 거의 관찰되지 않는다.

또한, n형 불순물이 도핑된 광추출 향상층(1462)의 구비로, 제 2 공통층(146)의 두께가 일반적인 하이브리드형 유기 발광 소자 대비 증가하더라도, 소자의 전압 상승없이 광추출 효율 상승에 의해 소자 효율이 향상된다.

상기 제 1 전자 수송층(1461) 및 제 2 전자 수송층(1463)은 동일한 물질로 형성한다. 이러한 제 1, 제 2 전자 수송층(1461, 1463)은 동일 두께로 형성될 수도 있고, 서로 다른 두께로 형성될 수도 있다.

상기 제 1 공통층(134)은 정공 수송층(HTL)(1342)을 포함한다. 경우에 따라, 도시된 바와 같이, 상기 제 1 공통층(134)은 정공 수송층(1342) 하측에 정공 주입층(1341)을 더 포함할 수 있다. 이러한 제 1 공통층(134)은 정공 수송 물질과 정공 주입 물질을 포함하여 단일층으로 형성할 수도 있고, 이층 이상으로 복수개의 층으로 나누어 형성할 수도 있다. 어느 경우이든, 상기 제 1 공통층(134)은 상기 제 1 전극(132)으로부터 상기 발광층(EML)으로 정공의 전달을 수행하는 층이다.

또한, 상기 제 1 전극(132)과 제 2 전극(148)은 일측이 투명 전극, 다른 측이 반사성 전극으로 이루어져 발광 방향이 정의된다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(132)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 전극으로 이지, 상기 제 2 전극(148)은 Al 등의 반사성 금속일 경우에는 하부 발광이 이루어지며, 그 반대로 제 1 전극(143)에 Ag/ITO의 반사성 금속을 포함한 적층체를 포함하며, 상기 제 2 전극(148)에 Mg:Ag를 20nm 수준 이하의 두께로 하여 투과성을 갖도록 하는 금속 적층체를 배치할 때는 상부 발광이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제 1 전극(132)과 제 2 전극(148)은 둘 중 하나가 화소별과 나누어 패터닝될 수 있으며, 패터닝된 전극은 전압 인가를 위해 TFT 기판의 셀 구동부에 포함된 박막 트랜지스터와 접속된다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 액티브 매트릭스 방식에 적용한 예를 살펴본다.

도 2는 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자를 적용한 액티브 매트릭스 유기 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 예는, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소로 하나의 유닛으로 한 하나의 화소만을 도시한 것으로, 이러한 형태가 좌우, 상하로 연속된다.

도 2와 같이, 액티브 매트릭스 방식의 유기 발광 표시 장치는 구동 박막 트랜지스터를 포함한 TFT 기판(100)과, 상기 구동 박막 트랜지스터와 접속된 유기 발광 소자를 구비한다.

구동 박막 트랜지스터는 액티브층(114), 상기 액티브층(114) 양측의 소스/드레인 영역(114s, 114d)에 각각 접속된 소오스 전극(108) 및 드레인 전극(110)과, 상기 액티브층(114)의 채널 영역(114c)에 오버랩된 게이트 전극(106)을 포함한다. 여기서, 상기 소스/드레인 영역(114s, 114d)은 각각 n형 불순물이 주입되어 있다.

그리고, TFT 기판(100)은 기판(101) 상에 버퍼막(116), 상기 버퍼막(116) 상의 소정 부위에 형성된 구동 박막 트랜지스터와, 상기 구동 박막 트랜지스터를 포함한 전면을 평탄하게 하는 유기 절연막(119)을 포함한다.

구체적으로 TFT 기판(100) 상을 살펴보면 다음과 같다.

상기 기판(101 상에 전면 버퍼막(116)이 형성되고, 상기 버퍼막(116) 소정 부위에 액티브층(114)이 형성된다.

상기 게이트 전극(106)은 액티브층의 채널 영역(114c)과 게이트 절연막(112)을 개재하여 중첩되게 형성된다. 그리고, 상기 소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)은 게이트 전극(106)과 층간 절연막(126)을 사이에 두고 절연되게 형성된다.

소스 전극(108) 및 드레인 전극(110)은 층간 절연막(126) 및 게이트 절연막(112)을 관통하는 콘택홀들을 통해 n+ 불순물이 주입된 액티브층(114)의 소스 영역(114s) 및 드레인 영역(114d)과 각각 접속된다.

이러한 액티브층(114)은 오프 전류를 감소시키기 위해 채널 영역(114c)과 소스 및 드레인 영역(114s,114d) 사이에 n- 불순물이 주입된 엘디디(Light Droped Drain; LDD) 영역(미도시) 더 구비하기도 한다.

또한, 상기 유기 보호막(119)은 무기 절연 물질로 형성된 무기 보호막과 유기 절연 물질로 형성된 유기 보호막으로 두 층으로 형성될 수 있다.

그리고, 제 1 전극(132)은 각각의 드레인 전극(110)과 접속하여 각 색 화소별로 형성된다.

유기 발광 소자는 구동 박막 트랜지스터의 드레인 전극(110)과 접속된 제1 전극(132)과, 도 1에서 설명한, 제 1 공통층(134), 적색 발광층(136), 녹색 발광층(137) 및 전면 형성된 청색 발광층(144), 제 2 공통층, 제 2 전극(148)의 구성을 갖는다.

경우에 따라, 각 색화소를 나누도록 상기 제 1 공통층(134)들 사이에 뱅크가 더 구비될 수도 있으나, 도시된 예에서는 제 1 공통층(134)을 형성한다. 이 경우, 뱅크는 상기 적색 발광층(136)과 녹색 발광층(137) 사이에도 형성될 수 있다.

이러한 유기 발광 소자는 제 1 전극(132)과 제 2 전극(148)에 각각 전압을 인가하여 제 1, 제 2 전극(132, 148) 사이에 전계를 형성하면 제1 전극(132)으로부터 정공(hole)이 제2 전극으로부터 전자(electron)가 주입되어 발광층(136,137,144)에서 재결합하여 이로 인해 엑시톤(exiciton)이 생성되며, 이 엑시톤이 기저상태로 떨어지면서 빛이 배면(Bottom)으로 방출하게 된다.

경우에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 적색 발광층(136), 녹색 발광층(137)의 제 1층과, 상기 청색 발광층(144)의 제 2 층 층간 사이에 하이브리드 연결층(Hybrid Connecting Layer;HCL)(142)을 더 형성하여, 적색 및 녹색 발광층(136,137)과 청색 발광층(144) 간의 전하 균형(charge balance)을 조절할 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 연결층(142)은 적색 화소와 녹색 화소에 적색 발광층(136) 또는 녹색 발광층(137)과 청색 발광층이 오버랩됨에 의해, 해당 화소에서 순수한 적색광과 녹색광만 발광되지 않고 청색 광이 일부 발생됨을 방지하여 색순도를 향상하기 위해 구비된 것이다. 예를 들어, 상기 하이브리드 연결층(142)은 적색 발광 또는 녹색 발광만을 수행할 때, 청색 발광층에서 정공/전자간 재결합이 이루어지지 못하게 하는 기능을 한다.

이하, 또 다른 형태의 제 2 실시예에 따른 본 발명의 유기 발광 소자를 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

도 3과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제 1 전자 수송층(261)과 제 2 전자 수송층(263)의 재료를 서로 다르게 한 것이다. 이 경우, 광추출 향상층(262)은 제 1 전자 수송 재료와 제 2 전자 수송 재료를 혼합하여 이에 n형 불순물을 주입하여 형성한 것이다.

그 외의 구성은 상술한 제 1 실시예와 동일하여 동일한 도면 번호에 대해서는 그 설명을 생략한다.

다음은 본 발명의 유기 발광 소자와, 비교예에 따른 유기 발광 소자의 특성을 비교한 것이다.

도 4는 비교예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

도 4와 같이, 비교예에 따른 유기 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극(10), 제 2 전극(17) 사이에, 각각 적색 화소와 녹색 화소에 형성된 적색 발광층(13)과 녹색 발광층(14)과, 적색 발광층(13) 및 녹색 발광층(14)과 오버랩하며, 적색/녹색, 청색 화소에 걸쳐 형성된 청색 발광층(15)과, 상기 제 1 전극(10)과 발광층 사이에 차례로 형성된 정공 주입층(11) 및 정공 수송층(12)과, 상기 청색 발광층(15)과 상기 제 2 전극(17) 사이에 형성된 전자 수송층(16)을 포함하여 이루어진다.

도 5a 및 도 5b는 도 4의 유기 발광 소자에 있어서, 적색 발광층 부위와 녹색 발광층 부위의 구동 전압 인가별 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

도 5a와 같이, 비교예에 따른 유기 발광 소자는 순수한 적색 발광시에도 청색 발광 피크 특성이 나타나며, 도 5b와 같이, 순수한 녹색 발광시에도 일부 청색 발광 피크 특성이 나타난다. 이 경우, 구동 전압을 크게하면, 이러한 청색 발광 피크 특성이 좀 더 완화되나, 이는 적색 발광 또는 녹색 발광의 순수색 발광시 구동 전압 인가를 크게해야 하는 원인이 된다.

또한, 표 1과 같이, 각각 적색 발광과 녹색 발광을 약 1000nit 조도로 할 때, 전류에 대한 휘도 값은 각각 7.6Cd/A, 23.6Cd/A이며, 구동 전압은 각각 5.3V와 5.0V으로, 이러한 구동 조건에서, 청색 발광 피크 특성이 나타남을 예상할 수 있다.

그리고, 적색 발광시의 색좌표 CIEx, CIEy는 0.613, 0.374로, 순수한 적색 구현이 어려움을 알 수 있다.

또한, 녹색 발광시의 색좌표 CIEx, CIEy는 0.368, 0.603으로, 순수한 녹색 구현이 어려움을 알 수 있다.

이는 각각 적색 화소와 녹색 화소에서 색순도가 떨어짐을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 구동 전압 상승없이, 색순도를 개선하고자 한다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

도 6과 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자는, 적색 발광층(136)과 녹색 발광층(137)의 제 1 층과, 전 화소에 걸쳐 공통적으로 형성된 청색 발광층(144)의 제 2층 사이에 하이브리드 연결층(142)을 더 형성하고, 전자 수송층을 제 1 전자 수송층(1461), 광추출 향상층(1462), 제 2 전자 수송층(1463)으로 삼층의 적층체로 형성한 점에서, 앞서 설명한 비교예와 상이하다.

즉, 제 1 전극(132) 상의 정공 주입층(1342), 정공 수송층(1342) 및, 상기 제 2 전자 수송층(1463) 상부에 제 2 전극(148)이 위치한 점은 비교예와 동일하다.

여기서, 실험된 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자는 상기 제 1 전자 수송층(1461)과 제 2 전자 수송층(1463) 재료는 동일한 전자 수송 재료로 하여 실험한 것으로, 상기 광추출 향상층(1462)은 제 1 전자 수송층(1461)을 이루는 재료에 n형 불순물을 도핑한 것이다.

도 7a 및 도 7b는 도 6의 유기 발광 소자에 있어서, 적색 발광층 부위와 녹색 발광층 부위의 구동 전압 인가별 파장에 따른 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

도 7a와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 유기 발광 소자는 구동 전압에 관계없이 순수한 적색 발광시에는 적색 발광 피크 특성만 나타남을 알 수 있으며, 도 7b와 같이, 순수한 녹색 발광시에는 녹색 발광 피크 특성만 나타남을 알 수 있어, 색순도를 가짐을 알 수 있다.

또한, 표 2와 같이, 각각 적색 발광과 녹색 발광을 약 1000nit 조도로 할 때, 전류에 대한 휘도 값은 각각 8.3Cd/A, 27.1Cd/A로, 비교예 대비 효율 상승이 있음을 확인하였으며, 구동 전압은 각각 5.7V와 5.5V으로, 약간의 상승이 있지만, 10% 이내로 거의 구동 전압 증가가 없음을 확인할 수 있다.

특히, 적색 발광시의 색좌표 CIEx, CIEy는 0.670, 0.326로, 순수한 적색 구현이 가능하며, 녹색 발광시의 색좌표 CIEx, CIEy는 0.330, 0.620으로, 순수한 녹색 구현이 가능함을 확인할 수 있어, 본 발명의 유기 발광 소자 적용시 효율과 색순도가 모두 향상됨을 확인할 수 있다.

만일, 도 6의 구조에서, 광추출 향상층 없이 전자 수송층을 단일층으로 하여 구성하고, 하이브리드 연결층만을 청색 발광층의 제 2층과 적색/녹색 발광층의 제 1 층 사이에만 구비할 경우는, 구동 전압이 각각 적색 발광과 녹색 발광에서 1.5V 이상 상승하는 것으로, 비교예 대비 30% 정도의 구동 전압 증가의 경향이 있었으며 효율 역시 떨어짐을 실험에서 확인하였다. 이는 상기 하이브리드 연결층만 구비될 경우, 발광층 내에 정공과 전자의의 주입이 일부 제한되어, 성능이 떨어짐에 의해 기인된 것이다.

즉, 본 발명의 유기 발광 소자는 이상의 실험에서, 전자 수송층 중앙의 위치하는 광추출 향상층은 색순도를 높임과 효율 개선의 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 또한, 하이브리드 연결층만 구비한 경우 대비 구동 전압을 감소시키며 효율을 향상시킴을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 유기 발광 소자의 제조 방법을 도 1의 단면도를 통해 간략히 살펴본다.

본 발명의 유기 발광 소자의 제조 방법은 다음의 순서로 이루어진다.

먼저, 제 1색 화소 내지 제 3색 화소(이하의 예에서는, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소로 설명)가 나누어 정의된 TFT 기판(100)을 준비한다. 여기서, 각 색화소에는 각 색상의 컬러 필터가 형성되어 있을 수도 있고, 혹은 각 색화소는 커러 필터층 없이 이후의 형성되는 각 색상의 발광층 구비에 의해 해당 색 화소의 발광이 정의될 수도 있다. 전자의 경우는, 각 색상별 발광층은 동시 구동할 수 있다.

이어, 상기 TFT 기판(100) 상에 스퍼터링 등의 방식으로 제 1 전극(132)을 형성한다.

이어, 상기 제 1 전극(132) 상에 정공 주입 성질 및/또는 정공 수송 성질의 저분자 또는 고분자 재료를 용액 공정으로 코팅하여 제 1 공통층(134)을 형성한다. 도시된 바와 같이, 정공 주입층(1341)과 정공 수송층(1342)을 나누어 형성할 수도 있고, 상기 제 1 전극(132) 상에 하나의 층으로 형성할 수도 있다.

이어, 상기 제 1 공통층(134) 상에, 각각 용액 공정을 통해 상기 적색 화소에 적색 발광층(136)과, 상기 녹색 화소에 녹색 발광층(137)을 형성한다.

이어, 증착 공정을 통해, 상기 적색 발광층(136)과 녹색 발광층(137)을 덮으며, 상기 각 색 화소들 상에, 증착 공정을 통해 차례로 청색 발광층(144)과, 제 1 전자 수송층(1461), 광추출 향상층(1462), 제 2 전자 수송층(1463)을 형성한다.

이어, 상기 제 2 전자 수송층 상에 스퍼터링 등의 방식에 의해 제 2 전극(148)을 형성한다.

이와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자의 제조 방법은, 용액 공정(soluble process) 방식과 증착(evaporation) 방식이 결합된 하이브리드형 유기 발광 소자를 적용하며, 또한, 전자 수송층 내에 n형 도핑된 광추출 향상층을 적용하여, 개별 화소에 형성되는 적색 발광층과 녹색 발광층의 영역에 대응된 색순도를 개선하고, 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.

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

100: TFT 기판 101: 기판
132: 제 1 전극 134: 제 1 공통층
136: 적색 발광층 137: 녹색 발광층
142: 하이브리드 연결층 EML: 발광층
144: 청색 발광층 146: 제 2 공통층
148: 제 2 전극 1341: 정공 주입층
1342: 정공 수송층 1461: 제 1 전자 수송층
1462: 광추출 향상층 1463: 제 2 전자 수송층

Claims (21)

1. 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 기판;
   상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 대향되며 이격한 제 2 전극;
   상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 상기 제 1색 화소에 형성된 제 1 색 발광층과 상기 제 2색 화소에 형성된 제 2색 발광층의 제 1 층, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 형성된 제 3색 발광층의 제 2층으로 이루어진 발광층;
   상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에, 차례로 적층된 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층; 및
   상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 공통층을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광추출 향상층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 이루는 재료에 n형 불순물이 도핑되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 n형 불순물은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 n형 불순물은 상기 제 1, 제 2 전자 수송층의 전자 이동도를 높이는 물질인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층은 동일 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층은 서로 다른 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 발광층의 제 2층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층은 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 영역구분없이 전체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 발광층은, 상기 제 1 층과 제 2 층 사이에 하이브리드 연결층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 공통층은 정공 수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 공통층은 정공 주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3색 발광층은 청색 발광층이며, 상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층은 상기 제 3색 발광층과 혼합하여 백색을 발광하는 색상 조합의 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 공통층 및 발광층의 제 1 층은 용액성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 3색 발광층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층 및 제 2 전자 수송층은 저분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제 1 전극과 접속되는 박막 트랜지스터 어레이를 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
15. 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소가 나누어 정의된 기판;
    상기 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 대향되며 이격한 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되며, 상기 적색 화소에 형성된 적색 발광층과, 상기 녹색 화소에 형성된 녹색 발광층;
    상기 적색 발광층과 녹색 발광층에 오버랩하며, 상기 적색, 녹색, 청색 화소에 공통적으로 형성된 청색 발광층;
    상기 청색 발광층과 상기 제 2 전극 사이에, 차례로 적층된 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층; 및
    상기 제 1 전극과 상기 발광층 사이에 공통층을 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 광추출 향상층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 이루는 재료에 n형 불순물이 도핑되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
17. 제 15항에 있어서,
    상기 공통층, 적색 발광층 및 녹색 발광층은 용액성 재료로 이루어지며,
    상기 청색 발광층, 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층 및 제 2 전자 수송층은 저분자 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
18. 제 1색 화소 내지 제 3색 화소가 나누어 정의된 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극 상에 용액 공정으로 공통층을 형성하는 단계;
    상기 공통층 상에, 각각 용액 공정을 통해 상기 제 1색 화소에 제 1 색 발광층과, 상기 제 2색 화소에 제 2색 발광층을 형성하는 단계;
    증착 공정을 통해, 상기 제 1 색 발광층과 제 2색 발광층을 덮으며, 상기 제 1색 화소 내지 제 3색 화소에 걸쳐 제 3색 발광층을 형성하는 단계;
    상기 제 3색 발광층 상에, 증착 공정을 통해 차례로 제 1 전자 수송층, 광추출 향상층, 제 2 전자 수송층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 전자 수송층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
19. 제 18항에 있어서,
    상기 광추출 향상층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 전자 수송층 재료와 상기 제 2 전자 수송층 재료에 n형 불순물을 혼합하여, 상기 제 1 전자 수송층 상에 증착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
20. 제 18항에 있어서,
    상기 공통층, 제 1색 발광층, 제 2색 발광층을 형성하는 용액 공정은,
    잉크젯 인쇄, 노즐 인쇄, 전사 방식, 슬릿 코팅, 그라비아 인쇄(gravia printing) 및 열 제트 인쇄(thermal jet printing) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조 방법.
21. 제 18항에 있어서,
    상기 제 1색 발광층, 제 2색 발광층의 층과, 상기 제 3색 발광층과의 층간에 하이브리드 연결층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자의 제조 방법.

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