KR101822071B1

KR101822071B1 - 유기발광다이오드 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101822071B1
Application number: KR1020110123009A
Authority: KR
Inventors: 김미나; 김광현; 김호성
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2031-11-23
Also published as: KR20130057204A

Abstract

본 발명은, 기판 상부에 형성되는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 형성되는 정공수송층과; 상기 정공수송층 상부에 형성되고, 제 1 그린호스트와 그린도펀트를 포함하는 단일발광층과; 상기 단일발광층 상부에 형성되고, 상기 제 1 그린호스트와, 상기 그린도펀트와, 제 2 그린호스트를 포함하는 혼합발광층과; 상기 혼합발광층 상부에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 유기발광다이오드를 제공한다.

Description

유기발광다이오드 및 그 제조 방법{organic light emitting diode and method of manufacturing the same}

본 발명은 유기발광다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유기발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)가 널리 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.

이중, 유기발광다이오드표시장치(organic light emitting diode display device: OLED, 이하 유기발광표시장치)는 전자 주입 전극인 음극과 정공 주입 전극인 양극 사이에 형성된 발광층에 전자 및 정공을 주입하여 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 이러한 유기발광표시장치는 플라스틱과 같은 유연한 기판(flexible substrate) 위에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 자체 발광에 의해 색감이 뛰어나며, 낮은 전압에서(10V이하) 구동이 가능한 바, 전력 소모가 비교적 적다는 장점이 있다.

이때, 유기발광표시장치는 적(red), 녹(green) 또는 청(blue)색을 발광하는 부화소에 따라 레드 부화소(도 1의 RLP), 그린 부화소(GLP) 및 블루 부화소(BLP)으로 구분될 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 일반적인 유기발광표시장치의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(1) 상부에는 정공수송층(2)이 레드 부화소(RLP), 그린 부화소(GLP) 및 블루 부화소(BLP)에 공통으로 형성된다.

정공수송층(2) 상부에는 그린 보조정공수송층(3)과 레드 보조정공수송층(4)이 각각 별개의 챔버에서 형성되고, 이어서, 블루 발광층(5), 그린 발광층(6), 레드 발광층(7)이 각각 별개의 챔버에서 순차적으로 형성된다.

블루, 그린 및 레드 발광층(5, 6, 7) 상부에는 전자수송층(8)이 형성되고, 전자수송층(8) 상부에는 전자주입층(9)이 형성된다.

또한, 전주주입층(9) 상부에는 제 2 전극(10)이 형성된다.

이때, 제 1 전극(1)은 반사전극이고, 제 2 전극(10)은 반투명전극으로 구성되어, 블루, 그린 및 레드 발광층(5, 6, 7)으로부터 출사된 빛은 제 1 전극(1)과 제 2 전극(10) 사이에서 반복적인 반사, 즉 공진(resonance) 현상을 갖게 된다. 이렇게 빛이 제 1 전극 및 제 2 전극(1, 10) 사이에서 공진이 일어나는 현상을 마이크로 캐버티(micro cavity) 현상이라고 한다.

여기서, 마이크로 캐버티 현상을 이용하기 위하여 제 1 전극 및 제 2 전극(1, 10) 사이의 거리는, 빛의 파장에 대응되어 조절된다.

이때, 레드 발광층(7) 및 그린 발광층(6)에서 출사되는 빛의 파장은 블루 발광층(5)에서 출사되는 빛의 파장보다 길기 때문에, 레드 부화소 및 그린 부화소(RLP, GLP)에서의 제 1 및 제 2 전극(1, 10) 사이의 거리가 블루 부화소(BLP)에서의 제 1 및 제 2 전극(1, 10) 사이의 거리보다 길어야 한다.

이를 위하여, 레드 보조정공수송층(4)과 그린 보조정공수송층(3)이 필요하게 된다.

또한, 레드 발광층(7) 및 그린 발광층(6)의 두께가 블루 발광층(5) 보다 더 두껍게 형성된다.

이러한 일반적인 유기발광표시장치는 우수한 색감을 나타낸다.

그러나, 레드 보조정공수송층(4) 및 그린 보조정공수송층(3)은 각각 별개의 챔버에서 형성해야 하는 바, 제조공정 순서가 복잡해지고 제조 비용 및 제조 시간이 증가하는 문제점이 있다.

본발명은 그린 보조정공수송층을 생략하여 제조 공정 단계를 간소화 및 제조 비용을 절감할 수 있는 유기발광표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

여기서, 상기 제 1 그린호스트의 제 1 루모 레벨 및 제 1 호모 레벨의 각각은, 상기 제 2 그린호스트의 제 2 루모 레벨 및 제 2 호모 레벨 각각과 적어도 하나가 다르다.

또한, ┃제 1 루모 레벨 - 제 2 루모레벨┃ 및 ┃제 1 호모 레벨 - 제 2 호모레벨┃의 값은 0.5eV 이하이다.

한편, 상기 제 1 그린호스트 및 상기 제 2 그린호스트 중 적어도 어느 하나의 호모 레벨은, 상기 그린도펀트의 호모 레벨 보다 작으며, 루모 레벨은, 상기 그린도펀트의 루모 레벨 보다 크다.

또한, 기판 상부에 제 1 전극과, 정공수송층과, 단일발광층 및 혼합발광층으로 구성된 그린발광층과, 제 2 전극이 순차적으로 적층되는 유기발광표시장치의 제조 방법에 있어서, 제 1 그린호스트와 그린도펀트를 함께 증착하여 상기 단일발광층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 그린호스트와, 상기 그린도펀트와, 제 2 그린호스트를 함께 증착하여 상기 단일발광층 상부에 혼합발광층을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광다이오드 제조방법을 제공한다.

본발명은 그린 보조정공수송층을 생략하고, 그린 발광층을 하나의 챔버에서 두 개의 층으로 구분하여 형성함으로써, 우수한 색감을 유지할 뿐만 아니라, 제조 공정단계를 간소화 할 수 있는 효과를 제공한다.

이에 따라, 본발명은 제조 비용을 감소할 수 있는 유기발광표시장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다

도 1은 일반적인 유기발광표시장치의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 부화소 영역의 등가회로도를 나타낸 일예.
도 3은 본발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 단면도를 나타낸 일예.
도 4는 본발명의 실시예에 따른 발광다이오드(E)의 단면도.
도 5는 도 4의 그린 발광층(G-EML, 232)을 확대한 도면.
도 6은 본발명의 실시예에 따른 그린 발광층(G-EML, 232)의 에너지 밴드 갭을 보여주는 도면.
도 7은 본발명의 실시예에 사용되는 챔버를 개략적으로 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기발광표시장치에 대해서 설명한다.

도 2는 본발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 부화소 영역의 등가회로도를 나타낸 일예이다.

도 2에 도시한 바와 같이 유기발광표시장치의 부화소영역(SP)은 스위칭트랜지스터(STr)와 구동트랜지스터(DTr), 스토리지커패시터(StgC), 그리고 발광다이오드(E)를 포함한다.

제 1 방향으로 게이트배선(GL)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배치되어 게이트배선(GL)과 함께 부화소영역(SP)을 정의하는 데이터배선(DL)이 형성되어 있으며, 데이터배선(DL)과 이격 하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.

또한, 게이트배선(GL)과 데이터배선(DL)이 교차하는 부분에는 스위칭트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 각 부화소영역(SP) 내부에는 스위칭트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

이때, 구동트랜지스터(DTr)는 발광다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 발광다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 구동트랜지스터(DTr)의 드레인전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되어 있다.

한편, 전원배선(PL)은 구동트랜지스터(DTr)의 소스전극과 연결되어, 전원전압을 발광다이오드(E)로 전달하게 된다. 구동트랜지스터(DTr)의 게이트전극과 소스전극 사이에는 스토리지커패시터(StgC)가 형성되어 있다.

따라서, 게이트배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 데이터배선(DL)의 신호가 구동트랜지스터(DTr)의 게이트전극에 전달되어 구동트랜지스터(DTr)가 온 됨으로써, 발광다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다.

이때, 구동트랜지스터(DTr)가 온 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 발광다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며, 이로 인해 발광다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다. 스토리지커패시터(StgC)는 스위칭트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 구동트랜지스터(DTr)의 게이트전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써, 스위칭트랜지스터(STr)가 오프 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 발광다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

여기서, 발광다이오드(E)는 양극(anode)과 음극(cathode) 및 그 사이에 위치하는 발광물질층(도 3의 155)을 포함한다.

이하, 도 3을 더욱 참조하여 본발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치에 대해서 보다 상세하게 살펴본다.

도 3은 본발명의 실시예에 따른 유기발광표시장치의 단면도의 일예이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 기판(110)에는 부화소영역(SP)이 정의된다.

여기서, 기판(110)은 투명한 유리재질로 이루어지거나 또는 유연성이 우수한 투명한 플라스틱이나 또는 고분자 필름으로 이루어진다.

부화소영역(SP)에는 스위칭 박막트랜지스터(도시하지 않음) 및 구동트랜지스터(DTr)가 형성되며, 구동트랜지스터(DTr)의 드레인전극(136)과 연결되어 제 1 전극(147) 예를 들면 양극이 형성된다. 제 1 전극(147) 상부에는 발광물질층(155)이 형성되며, 발광물질층(155)은 부화소영역(SP)에 대응하여 적, 녹, 청색 빛을 발하는 레드, 그린 및 블루 부화소(도 4의 RP, GP, BP)를 포함한다. 발광물질층(155) 상부에는 표시영역 전면에 제 2 전극(158) 예를 들면 음극이 형성된다. 이때, 제 1 전극(147)과 발광물질층(155) 및 제 2 전극(158)은 발광다이오드(E)를 이룬다.

보다 구체적으로 설명하면, 기판(110)에 있어서 부화소영역(SP), 구동트랜지스터(DTr)가 형성될 위치에는 폴리실리콘으로 이루어지며 채널을 이루는 제 1 영역(113a), 그리고 제 1 영역(113a) 양 측면에 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성된다. 이때, 반도체층(113)과 기판(110) 사이에는, 예를 들어, 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 절연층(도시하지 않음)이 기판(110) 전면(全面)에 더 형성될 수도 있다. 이러한 절연층을 상기 반도체층 하부에 구비하는 것은 상기 반도체층(113)의 결정화시 기판(110) 내부로부터 나오는 알칼리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.

또한, 반도체층(113)을 덮으며 게이트절연막(116)이 기판(110) 전면에 형성되고, 게이트절연막(116) 위로는 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 게이트전극(120)이 형성된다.

또한, 게이트절연막(116) 위에는, 스위칭트랜지스터의 게이트 전극(230)과 연결되며 일 방향으로 연장된 게이트배선(도시하지 않음)이 형성된다. 이때, 게이트전극(120)과 게이트배선(도시하지 않음)은 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

한편, 게이트전극(120)과 게이트배선(도시하지 않음) 위로 기판(110) 전면에 절연물질, 예를 들면, 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성된다. 이때, 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트절연막(116)에는 반도체층의 제 2 영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비된다.

또한, 반도체층 콘택홀(125)을 포함하는 층간절연막(123) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)과 교차하여 부화소영역(SP)을 정의하며, 제 2 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 데이터 배선(도시하지 않음)과, 이와 이격하여 전원배선(도시하지 않음)이 형성된다. 이때, 전원배선(도시하지 않음)은 상기 게이트 배선(도시하지 않음)이 형성된 층, 즉 게이트 절연막(116) 상에 게이트배선(도시하지 않음)과 이격하며 나란하게 형성될 수도 있다.

층간절연막(123) 위에는, 서로 이격되고 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 상기 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며, 상기 데이터 배선(도시하지 않음)과 동일한 제 2 금속물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성된다.

이때, 순차 적층된 반도체층(113)과, 게이트절연막(116), 게이트전극(120), 층간절연막(123)은, 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 함께 구동트랜지스터(DTr)를 이룬다.

여기서, 도시하지는 않았으나 구동트랜지스터(DTr)와 동일한 적층 구조를 갖는 스위칭트랜지스터도 기판(110) 상에 형성된다.

한편, 구동트랜지스터(DTr) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(136)을 노출시키는 드레인콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성된다.

또한, 보호층(140) 위로는 구동트랜지스터(DTr)의 드레인전극(136)과 드레인콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 제 1 전극(147)이 형성된다.

여기서, 제 1 전극(147)은 반사전극으로서, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr) 또는 이들을 함유하는 합금 등과 같은 반사형 금속층으로 형성될 수 있다.

또한, 제 1 전극(147)은 반사형 금속층 상부에 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 또는 AZO(Al2O3 doped ZnO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층이 구비된다.

다음, 제 1 전극(147) 위로 부화소영역(SP)의 경계에는 절연물질 특히 유기절연물질, 예를 들면, 벤조사이클로부텐(BCB), 폴리이미드 수지 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진 뱅크(150)가 형성된다. 이때 뱅크(150)는 부화소영역(SP)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 가장자리와 중첩하도록 형성될 수 있다.

또한, 뱅크(150)로 둘러싸인 부화소영역(SP) 내의 제 1 전극(147) 위로는 발광물질층(155)이 형성된다.

이때, 발광 효율을 높이기 위해, 발광물질층(155)은 정공주입층(hole injecting layer: HIL, 도 4의 210)과, 정공수송층(hole transporting layer: HTL, 도 4의 220)과, 발광층(도 4의 230)과, 전자수송층(도 4의 240)을 포함할 수 있다.

이때, 발광층(도 4의 230)은 예를 들면 레드, 그린 및 블루 발광층(emission layer: R-EML, G-EML, B-EML, 도 4의 231 내지 232)을 포함할 수 있으며, 전자수송층(도 4의 240)은 예를 들면 레드, 그린 및 블루 전자수송층(electron transporting layer: R-ETL, G-ETL, B-ETL 도 4의 241 내지 243)을 포함할 수 있다.

여기서, 레드 부화소(도 4의 RP)의 경우, 레드 보조전공수송층(R-HTL’, 221)을 더 포함한다. 이에 대하여, 차후에 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

발광물질층(155)과 뱅크(150)의 상부에는 제 2 전극(158)이 형성된다.

제 2 전극(158)은 반투명 전극으로서, 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금(Mg:Ag)으로 이루어질 수 있으며, 또는 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt) 또는 크롬(Cr) 등의 금속이나 이러한 금속을 함유하는 합금일 수 있다.

이때, 제 2 전극(158)은 예를 들면 5% 이상의 반사율과 50%의 투과율을 달성할 수 있는 두께를 가지는 것이 바람직하다.

이때, 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158), 그리고 이들 두 전극(147, 158) 사이에 개재된 발광물질층(155)은 발광다이오드(E)를 이룬다.

전술한 바와 같이, 제 1 전극(147)은 빛을 반사시키는 반사전극의 역할을 하고, 제 2 전극(158)은 빛의 일부를 통과시키고, 일부를 반사시키는 반투명전극의 역할을 한다.

이에 따라, 발광물질층(155)으로부터 방출된 빛의 일부는 제 2 전극(158)을 통과하여 외부로 출사되고, 발광물질층(155)으로부터 방출된 빛의 일부는 제 2 전극(158)을 통과하지 못하고, 다시 제 1 전극(147)으로 돌아간다.

다시 말하면, 반사층으로 작용하는 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158) 사이에서 빛은 반복적인 반사가 일어나게 되는데, 이와 같은 현상을 마이크로 캐버티(micro cavity) 현상이라 한다.

즉, 본발명의 실시예에서는 빛의 광학적 공진(resonance) 현상을 이용하여, 광효율을 증가시키고 발광다이오드(E)의 발광 순도를 조율한다.

이하, 도 4를 더욱 참조하여, 본발명의 실시예에 따른 발광다이오드(E)에 대해서 보다 상세하게 살펴본다.

도 4는 본발명의 실시예에 따른 발광다이오드(E)의 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 발광다이오드(E)는 제 1 전극(147)과, 발광물질층(155)과, 제 2 전극(158)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 전극(147)과 발광물질층(155)과 제 2 전극(158)은 순차적으로 적층 된다.

여기서, 제 1 전극(147)은 예를 들면 양극(Anode)이 될 수 있으며, 제 2 전극(158)은 예를 들면 음극(Cathode)이 될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제 1 전극(147)은 반사전극으로서, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr) 또는 이들을 함유하는 합금 등과 같은 반사형 금속층으로 형성될 수 있다.

또한, 제 1 전극(147)은 반사형 금속층의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에, 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 또는 AZO(Al2O3 doped ZnO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층이 더 구비될 수 있다.

제 2 전극(158)은 반투명 전극으로서, 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금(Mg:Ag)으로 이루어질 수 있으며, 또는 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt) 또는 크롬(Cr) 등의 금속이나 이러한 금속을 함유하는 합금일 수 있다. 이때, 제 2 전극(158)은 예를 들면 5% 이상의 반사율과 50%의 투과율을 달성할 수 있는 두께를 가지는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제 1 전극(147)은 반사전극으로, 제 2 전극(158)은 반투명 전극으로 구성하여 마이크로 캐버티를 이용함으로써, 광 출력 효율을 높이고 선명한 색 특성을 얻을 수 있는 효과를 가질 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시되지는 않았으나, 제 2 전극(158) 상부에는 광 추출 효과를 증가시키기 위한 캡핑층(capping layer)이 더욱 형성될 수 있다.

발광물질층(155)은 부화소영역(도 2의 SP)에 대응하여 예를 들면 적, 녹, 청색 빛을 발하는 레드, 그린 및 블루 부화소(RP, GP, BP)를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.

구체적으로, 발광물질층(155)은 레드, 그린 및 블루 부화소(RP, GL, BP)에 공통으로 형성되는 정공주입층(HIL, 210)과, 정공수송층(HTL, 220)을 포함할 수 있다. 이때, 정공주입층(HIL, 210) 및 정공수송층(HTL, 220) 중 어느 하나의 층은 생략될 수 있다.

또한, 정공수송층(HTL, 220) 상부에는 발광층(230)이 적층 되는데, 이때 레드 부화소(RP)에는 레드발광층(R-EML, 231)이, 그린 부화소(GP)에는 그린발광층(G-EML, 232)이, 블루 부화소(BP, 233)에는 블루발광층(B-EML, 233)이 각각 형성된다.

이때, 레드 부화소(RP)의 경우, 레드발광층(R-EML, 231)과 정공수송층(HTL, 220) 사이에 레드 보조정공수송층(R-HTL’, 221)이 더 포함된다.

또한, 발광층(230) 상부에는 전자수송층(240)이 적층 되는데, 이때 레드 부화소(RP)에는 레드전자수송층(R-ETL, 241)이, 그린 부화소(GP)에는 그린전자수송층(G-CETL, 242)이, 블루 부화소(BP)에는 블루전자수송층(B-CETL, 243)이 형성된다.

한편, 도시하지는 않았으나, 전자수송층(240) 상부에는 전자주입층이 더욱 형성될 수 있다.

정공주입층(HIL, 210)은, 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 한다.

정공주입층(210)은 예를 들면, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3, 4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N, N-dinaphthyl-N, N’-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질 수 있다.

정공수송층(HTL, 220)은, 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다.

정공수송층(220)은 예를 들면 NPD(N, N-dinaphthyl-N, N’-diphenyl benzidine), TPD(N, N’-bis-(3-methylphenyl)-N, N’-bis(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4, 4’, 4″-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질 수 있다.

이때, 레드 부화소(RP)에는 정공수송층(HTL, 220) 상부에 레드 보조정공수송층(R-HTL’, 221)이 더 형성될 수 있다. 레드 보조정공수송층(R-HTL’, 221)은 예를 들면 정공수송층(220)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

레드 부화소(RP)에 레드 보조정공수송층(R-HTL’, 221)을 형성하는 이유는, 마이크로 캐버티 효과를 이용하기 위함이다. 다시 말하면, 제 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이에서 빛의 공진(resonance)을 발생시키기 위해서는, 빛의 파장에 대응하여 제 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이의 거리를 조절해야 한다. 따라서, 레드 부화소(RP)의 경우, 레드의 파장이 가장 긴 바, 레드 보조전공수송층(R-HTL’, 221)을 형성하여 제 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이의 거리를 조절한다. 이때, 레드 보조전공수송층(R-HTL’, 221)의 두께는 예를 들면, 200 내지 500Å이 될 수 있다.

발광층(230)은, 적어도 하나 이상의 호스트(host) 및 도펀트(dopant)를 포함할 수 있다. 발광층(230)은 예를 들면, 레드 부화소(RP), 그린 부화소(GP) 및 블루 부화소(BP)에 대응하여 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질을 포함할 수 있으며, 이러한 발광물질로서 인광 또는 형광물질을 이용할 수 있다.

여기서, 설명의 편의를 위하여 레드 부화소(RP)에 사용되는 호스트 및 도펀트를 레드호스트 및 레드도펀트라고 칭하고, 그린 부화소(RP)에 사용되는 호스트 및 도펀트를 그린호스트 및 그린도펀트라고 칭하고, 블루 부화소(BP)에 사용되는 호스트 및 도펀트를 블루호스트 및 블루도펀트라고 칭한다.

구체적으로, 발광층(230)의 레드 부화소(RP)에 형성되어 적색을 발광하는 레드 발광층(R-EML, 231)의 경우, 레드호스트 물질로서 예를 들면 CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1, 3-bis(carbazol-9-yl)가 이용될 수 있다.

레드 발광층(R-EML, 231)의 레드도펀트 물질로서 예를 들면, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) irdium) 및 PtOEP(octaethylporthyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하사 이상으로 이루어진 인광물질이 이용될 수 있다. 이와는 달리, PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질이 이용될 수 있다.

발광층(230)의 그린 부화소(GP)에 형성되어 녹색을 발광하는 그린 발광층(G-EML, 232)은, 제 1 및 제 2 그린호스트(도 5의 GH1, GH2)와 그린도펀트(GH2)로 구성된다.

구체적으로, 그린 발광층(G-EML, 232)은 제 1 그린호스트(도 5의 GH1) 및 그린도펀트(도 5의 GD)로 이루어진 단일발광층(도 5의 S-EML, 232a)과 제 1 및 제 2 그린호스트(도 5의 GH1, GH2)과 그린도펀트(도 5의 GD)로 이루어진 혼합발광층(도 5의 M-EML, 232b)으로 구성된다.

이에 대해서는, 차후 도 5를 더욱 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

발광층(230)의 블루 부화소(BP)에 형성되어 청색을 발광하는 블루 발광층(B-EML, 233)의 경우, 블루호스트 물질로서 예를 들면 CBP 또는 mCP가 이용될 수 있다.

블루 발광층(B-EML, 233)의 블루도펀트 물질로서 예를 들면, (4, 6-F2ppy)로 이루어진 인광물질이 이용될 수 있다. 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질이 도펀트로 이용될 수 있다.

이때, 레드 발광층(R-EML, 231)의 두께는 예를 들면 200 내지 500Å이 될 수 있으며, 그린 발광층(G-EML, 232)의 두께는 예를 들면 200 내지 500Å이 될 수 있으며, 블루 발광층(B-EML, 233)의 두께는 예를 들면 100 내지 250Å이 될 수 있다.

이와 같이 레드 발광층(R-EML, 231), 그린 발광층(G-EML, 232) 및 블루 발광층(B-EML, 233)의 두께를 달리 하는 것은, 전술한 바와 같이 마이크로 캐버티 효과를 이용하기 위함이다. 다시 말하면, 제 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이에서 빛의 공진(resonance)을 발생시키기 위해서는, 빛의 파장에 대응하여 제 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이의 거리를 조절해야 한다. 따라서, 각각의 다른 물질로 형성되고, 서로 다른 챔버에서 형성되는 레드 발광층(R-EML, 231), 그린 발광층(G-EML, 232) 및 블루 발광층(B-EML, 233)을 이용하여, 1 및 제 2 전극(147, 158) 사이의 거리를 조절한다.

전자수송층(ETL, 240)은, 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 한다.

전자수송층(240)은 레드 부화소(RP)에 형성되는 레드 전자수송층(R-ETL, 241)과, 그린 부화소(GP)에 형성되는 그린 전자수송층(G-ETL, 242)과, 블루 부화소(BP)에 형성되는 블루 전자수송층(B-ETL, 243)을 포함할 수 있다.

또한, 전자수송층(240)은 예를 들면, Alq3, PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질 수 있다.

여기서, 레드 전자수송층(R-ETL, 241), 그린 전자수송층(G-ETL, 242) 및 블루 전자수송층(B-ETL, 243) 각각의 두께의 범위는 서로 달라 질 수 있는데, 예를 들면, 레드 전자수송층(R-ETL, 241)의 두께는 500 내지 800Å이 될 수 있으며, 그린 전자수송층(R-ETL, 242)의 두께는 350 내지 550Å이 될 수 있으며, 블루 전자수송층(B-ETL, 243)의 두께는 100 내지 250Å이 될 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 전자수송층(ETL, 240) 상부에는 전자의 주입을 원활하게 하기 위하여 전자주입층이 더욱 형성될 수 있다.

전자주입층은 예를 들면, Alq3, PBD, TAZ, LiF, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 더욱 참조하여, 본발명의 실시예에 따른 그린 발광층(G-EML, 232)에 대해서 보다 상세하게 살펴본다.

도 5는 도 4의 그린 발광층(G-EML, 232)을 확대한 도면이고, 도 6은 본발명의 실시예에 따른 그린 발광층(G-EML, 232)의 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 그린 발광층(G-EML, 232)은 하나의 그린호스트(GH1)와 그린도펀트(GD)로 형성된 단일발광층(S-EML, 232a)과, 두 개의 그린호스트(GH1, GH2)와 그린도펀트(GD)로 형성된 혼합발광층(M-EML, 232b)을 포함한다.

구체적으로, 단일발광층(S-EML, 232a)의 경우, 제 1 그린호스트(GH1)가 호스트 물질로서 이용되고, 혼합발광층(M-EML, 232b)의 경우, 제 1 그린호스트(GH1)와 함께 제 2 그린호스트(GH2)과 호스트 물질로서 이용된다.

이때, 단일발광층(S-EML, 232a)은 예를 들면, 정공수송층(도 4의 HTL, 220)과 인접하고, 혼합발광층(M-EML, 232b)은 예를 들면, 그린 전자수송층(도 4의 G-ETL, 242)과 인접하다. 즉, 단일발광층(S-EML, 232a)과 혼합발광층(M-EML, 232b)은 정공수송층(도 4의 HTL, 220) 상에 순차적으로 적층된다.

한편, 그린도펀트(GD)는 단일발광층(S-EML, 232a) 및 혼합발광층(M-EML, 232b)에 모두 사용된다.

여기서, 제 1 그린호스트(GH1)는 정공 수송 능력이 우수한 물질일 수 있으며, 제 2 그린호스트(GH2)는 전자 수송 능력이 우수한 물질일 수 있다.

또한, 제 1 그린호스트(GH1)와 제 2 그린호스트(GH2) 각각의 루모(LUMO: lowest unoccupied molecular orbital) 레벨(level) 및 호모(HOMO: highest occupied molecular orbital) 레벨 중 적어도 하나 이상은 서로 다르다.

다시 말하면, 제 1 그린호스트(GH1)의 루모 레벨과 제 2 그린호스트(GH2)의 루모 레벨이 서로 다르거나, 제 1 그린호스트(GH1)의 호모 레벨과 제 2 그린호스트(GH2)의 호모 레벨이 서로 다르거나, 제 1 그린호스트(GH1) 및 제 2 그린호스트(GH2)의 루모 레벨 및 호모 레벨 모두 서로 다를 수 있다.

이때, 제 1 그린호스트(GH1)와 제 2 그린호스트(GH2) 각각의 루모 레벨 및 호모 레벨 중 적어도 어느 하나가 차이가 있을 경우, 그 차이 값은 예를 들면 0.5eV 이하가 된다. 이는, 그 차이 값이 0.5eV 보다 큰 경우, 그린 발광층(232) 내에서 전자 및 정공이 원활하게 이루어 질 수 없기 때문이다.

또한, 제 1 그린호스트(GH1) 및 제 2 그린호스트(GH2) 중 적어도 어느 하나는 그린도펀트(GD)의 호모 레벨 및 루모 레벨에 따라 선택될 수 있다.

예를 들면, 제 1 그린호스트(GH1) 및 제 2 그린호스트(GH2) 중 적어도 어느 하나의 호모 레벨은, 그린도펀트(GD)의 호모 레벨 보다 작으며, 루모 레벨은, 그린도펀트(GD)의 루모 레벨 보다 크다.

도 6을 참조하여 본발명의 실시예에 따른 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2)에 대해서 보다 구체적으로 예를 들어 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 그린 부화소(GP)에는 양극(Anode)과 음극(Cathode), 그리고, 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 순차적으로 적층되는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 그린발광층(G-EML) 및 그린 전자수송층(G-ETL)이 형성된다.

이때, 그린발광층(G-EML)은 전술한 바와 같이, 제 1 그린호스트(GH1)와 그린도펀트(GD)로 형성된 단일발광층(S-EML)과 제 1 및 2 그린호스트(GH1, GH2)와 그린도펀트(GD)로 형성된 혼합발광층(M-EML)을 포함한다.

여기서, 정공주입층(HIL)은 예를 들면, 루모 레벨이 5.0 내지 5.5eV이고, 호모 레벨이 6.0eV보다 큰 값인 예를 들면 약 9.0eV이다.

정공수송층(HTL)은 예를 들면, 루모 레벨이 2.0 내지 2.5eV이고, 호모 레벨이 5.0 내지 5.5eV이다.

그린 전자수송층(G-ETL)은 예를 들면, 루모 레벨이 2.8eV이고, 호모 레벨은 5.6eV이다.

단일발광층(S-EML)은 예를 들면, 루모 레벨이 약 2.6eV이고, 호모 레벨이 약 5.8eV이다. 이는, 제 1 그린호스트(GH1)의 루모 레벨 및 호모 레벨에 대응되는 값이다.

혼합발광층(M-EML)은 예를 들면, 루모 레벨이 약 2.2eV이고, 호모 레벨이 약 6.0eV이다. 이는, 제 2 그린호스트(GH2)의 루모 레벨 및 호로 레벨에 대응되는 값이다.

전술한 바와 같이, 제 1 그린호스트(GH1)은 정공(h) 수송능력이 뛰어난 물질이며, 제 2 그린호스트(GH2)는 전자(e) 수송능력이 뛰어난 물질이다.

또한, 제 1 그린호스트(GH1)와 제 2 그린호스트(GH2)의 루모 레벨 및 호모 레벨 중 적어도 하나 이상은 차이가 난다. 구체적으로 예를 들면, 제 1 그린호스트(GH1) 및 제 2 그린호스트(GH2)의 루모 레벨의 차이 값은 약 0.4eV로서 0.5eV이하이고, 제 1 그린호스트(GH1) 및 제 2 그린호스트(GH2)의 호모 레벨의 차이 값은 약 0.2eV로서 0.5eV이하이다.

이하, 제 1 그린호스트(GH1)와, 제 2 그린호스트(GH2)와, 그린도펀트(GD)로서 이용될 수 있는 물질을 구체적으로 예를 든다.

먼저, 제 1 그린호스트(GH1)는 정공수송능력이 우수한 물질로서, 아래에서 보여주는 (1) 내지 (3) 물질 중 어느 하나일 수 있다.

(1)

(2)

(3)

제 2 그린호스트(GH2)는 전자수송능력이 우수한 물질로서, 아래에서 보여주는 (4) 내지 (6) 물질 중 어느 하나일 수 있다.

(4)

(5)

(6)

그린도펀트(GD) 물질은, 아래에서 보여주는 (7) 내지 (13)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어 질 수 있다.

(7) (8)

(9)

(10)

(11)

(12) (13)

전술한 바와 같이, 제 1 그린호스트(GH1)은 정공수송능력이 뛰어난 물질이며, 제 2 그린호스트(GH2)는 전자수송능력이 뛰어난 물질이다.

이와 같이, 그린 발광층(231)은 제 1 그린호스트(GH1)로 구성된 단일발광층(S-EML, 231a)과 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2)로 구성된 혼합발광층(M-EML, 231b)를 포함함으로써, 전공수송층(도 4의 ETL) 및 전자수송층(도 4의 240) 각각으로부터 전달 받은 정공 및 전자를 효율적으로 전달 받을 수 있다.

또한, 보조정공수송층을 생략하고, 보조정공수송층으로 이용되던 부분을 발광층으로 활용하는 바, 발광 면적이 넓어져 보다 효율적으로 발광할 수 있다.

[표 1]을 참조하여, 본발명의 실시예에 따른 그린 발광층(G-EML)의 효과를 살펴본다.

[표 1]은 일반적인 발광 다이오드의 그린 부화소(Ref)과, 본발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 그린 부화소(실시예)의 전류 대비 효율(광도)(cd/A) 및 색좌표(CIE_x 및 CIE_y)를 나타낸 것이다.

[표 1]에서 보는 바와 같이, 본발명의 실시예에 따른 그린 부화소(GP)의 광도는 77.3으로서, 일반적인 그린 부화소의 값이 75.1보다 높다. 즉, 본발명의 실시예에 따른 그린 부화소의 발광효율이 일반적인 그린 부화소의 값보다 더 높은 것을 알 수 있다.

또한, 본발명의 실시예에 따른 그린 부화소(GP)의 색감은, CIE_x의 경우 0.218이고, CIE_y의 경우 0.730으로서, 비교예(Ref)보다 우수한 색감을 나타내는 것을 알 수 있다.

다시 말하면, 본발명의 그린 부화소는 전류 대비 효율이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 색감을 나타낸다.

다시 도 5를 참조하여, 본발명의 실시예에 따른 그린 부화소의 제조 공정 순서를 간략히 설명한다.

먼저, 본발명의 실시예에서는 그린 보조정공수송층을 형성하지 않는 바, 그린 보조 정공수송층을 형성하는 챔버(chamber) 사용을 생략할 수 있다.

또한, 단일발광층(S-EML, 232a)과 혼합발광층(M-EML, 232b)은 동일한 챔버에서 형성된다.

구체적으로, 하나의 챔버에서 제 1 그린호스트(GH1)과 그린도펀트(GD)를 함께 증착하여 단일발광층(S-EML, 232a)을 형성하고, 이어서, 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2) 그리고 그린도펀트(GD)를 함께 증착하여 혼합발광층(M-EML, 232b)을 형성한다.

이와 같이 그린 발광층(232)형성함으로써, 챔버 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정이 간단해지고, 제조비가 감소되는 효과가 있다.

여기서, 도 7을 참조하여 본발명의 유기발광표시장치의 제조과정에 사용되는 챔버에 대해서 살펴본다.

도 7은 본발명의 실시예에 사용되는 챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 챔버(300)는 기판안착부(340)와 소스부(350)를 포함할 수 있다.

기판안착부(340)는 기판(110)이 안착되는 부분으로서, 소스부(350) 상부에 일정거리 이격하여 위치할 수 있다.

소스부(350)는 기판(110)에 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2) 그리고 그린도펀트(GD)를 분사하는 부분이다. 이를 위하여, 소스부(350)는 그린도펀트분사부(310), 제 1 그린호스트분사부(320) 및 제 2 그린호스트분사부(330)를 포함할 수 있다.

그린도펀트분사부(310)은 그린도펀트(D)를 분사하는 부분이고, 제 1 그린호스트분사부(320)는 제 1 그린호스트(GH1)를 분사하는 부분이고, 제 2 그린호스트분사부(330)는 제 2 그린호스트(GH2)를 분사하는 부분이다.

이때, 그린도펀트분사부(310)와, 제 1 및 제 2 그린호스트분사부(320, 330)의 분출부는 기판(110)과의 중심거리가 동일하고, 서로 곡선으로 배치된다.

또한, 소스부(350)는 제 1 및 제 2 셔터부(SH1, SH2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 셔터부(SH1)는 필요에 따라서 구비되지 않을 수 있다.

또한, 소스부(350)의 상부 즉, 기판(110)가 대면하는 부분에는 오픈부(OP)가 형성되어 있어, 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2) 그리고 그린도펀트(GD)가 기판(110) 상부에 증착될 수 있도록 한다.

제 1 셔터부(SH1)는 그린도펀트분사부(310) 상부에 위치하여 온(on)-오프(off) 됨으로써, 기판(110)에 그린도펀트(GD)의 증착 여부를 조절하는데, 제 1 셔터부(SH1)는 생략될 수도 있다.

제 2 셔터부(SH2)는 제 2 그린호스트분사부(330) 상부에 위치하여 온-오프 됨으로써, 기판(110)에 제 2 그린호스트(GH2)의 증착 여부를 조절한다.

이와 같은 챔버(300)는 그린 발광층(도 4의 G-EML, 232)의 단일발광층(도 5의 S-EML, 232a)을 형성할 때, 제 1 셔터부(SH1)를 오픈하여, 그린도펀트분사부(310)로부터 그린도펀트(GD)가 분사 될 수 있도록 한다. 한편, 제 2 셔터부(SH2)는 오프되어, 제 2 그린호스트(GH2)는 분사되지 않는다. 이에 따라, 그린도펀트(GD)는 제 1 그린호스트분사부(320)로부터 분사되는 제 2 그린호스트(GH1)와 함께 기판(110)에 함께 증착된다.

또한, 챔버(300)는 그린 발광층(도 4의 G-EML, 232)의 혼합발광층(도 5의 M-EML, 232b)을 형성할 때, 제 1 및 제 2 셔터부(SH1, SH2)를 모두 오픈하여, 제 1 및 제 2 그린호스트(GH1, GH2) 그리고 그린도펀트(GD)가 기판(110)에 증착될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 본발명의 실시예에서는 한 챔버내에서 그린발광층의 단일발광층과 혼합발광층을 함께 형성하는 바, 제조공정 간소화 및 제조 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

147: 제 1 전극 158: 제 2 전극 210: 정공주입층
220: 정공수송층 230: 발광층 240: 전자수송층
E: 발광다이오드 RP: 레드 부화소 BP: 블루 부화소
GP: 그린 부화소 300: 챔버
G-EML: 그린 발광층 S-EML: 단일발광층 M-EML: 혼합발광층

Claims

기판 상부에 형성되는 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상부에 형성되는 정공수송층과;
상기 정공수송층 상부에 형성되고, 제 1 그린호스트와 그린도펀트를 포함하는 단일발광층과;
상기 단일발광층 상부에 형성되고, 상기 제 1 그린호스트와, 상기 그린도펀트와, 제 2 그린호스트를 포함하는 혼합발광층과;
상기 혼합발광층 상부에 형성되는 제 2 전극
을 포함하며,
상기 제 1 그린호스트의 제 1 루모 레벨 및 제 1 호모 레벨의 각각은, 상기 제 2 그린호스트의 제 2 루모 레벨 및 제 2 호모 레벨 각각과 적어도 하나가 다른 유기발광다이오드.
삭제
제 1 항에 있어서,
┃제 1 루모 레벨 - 제 2 루모레벨┃ 및 ┃제 1 호모 레벨 - 제 2 호모레벨┃의 값은 0.5eV 이하인 유기발광다이오드.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 그린호스트 및 상기 제 2 그린호스트 중 적어도 어느 하나의 호모 레벨은, 상기 그린도펀트의 호모 레벨 보다 작으며, 루모 레벨은, 상기 그린도펀트의 루모 레벨 보다 큰 유기발광다이오드.
기판 상부에 제 1 전극과, 정공수송층과, 단일발광층 및 혼합발광층으로 구성된 그린발광층과, 제 2 전극이 순차적으로 적층되는 유기발광다이오드 제조 방법에 있어서,
제 1 그린호스트와 그린도펀트를 함께 증착하여 상기 단일발광층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 그린호스트와, 상기 그린도펀트와, 제 2 그린호스트를 함께 증착하여 상기 단일발광층 상부에 혼합발광층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 그린호스트의 제 1 루모 레벨 및 제 1 호모 레벨의 각각은, 상기 제 2 그린호스트의 제 2 루모 레벨 및 제 2 호모 레벨 각각과 적어도 하나가 다른유기발광다이오드 제조방법.
삭제
제 5 항에 있어서,
┃제 1 루모 레벨 - 제 2 루모레벨┃ 및 ┃제 1 호모 레벨 - 제 2 호모레벨┃의 값은 0.5eV 이하인 유기발광다이오드 제조방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 그린호스트 및 상기 제 2 그린호스트 중 적어도 어느 하나의 호모 레벨은, 상기 그린도펀트의 호모 레벨 보다 작으며, 루모 레벨은, 상기 그린도펀트의 루모 레벨 보다 큰 유기발광다이오드 제조방법.