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KR102528355B1 - 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치 Download PDF

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KR102528355B1
KR102528355B1 KR1020160057786A KR20160057786A KR102528355B1 KR 102528355 B1 KR102528355 B1 KR 102528355B1 KR 1020160057786 A KR1020160057786 A KR 1020160057786A KR 20160057786 A KR20160057786 A KR 20160057786A KR 102528355 B1 KR102528355 B1 KR 102528355B1
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light emitting
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hole transport
transport layer
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이성훈
박일수
김슬옹
신효섭
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 중첩하도록 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 및 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 1.0 내지 1.6의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 공진 구조를 가진다.

Description

유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자는, 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 양극과 음극 사이에 형성된 유기 발광층 내에서 결합하여 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 안정화되면서 광을 방출하는 소자이다.
유기 발광 소자는 넓은 시야각, 빠른 응답 속도, 얇은 두께, 낮은 소비 전력 등의 여러 가지 장점들을 가지기 때문에 텔레비전, 모니터, 휴대폰 등의 다양한 전기 및 전자 장치들에 널리 적용되고 있다.
하지만, 유기 발광 소자는 내부 반사에 따른 광 투과량의 감소, 전극 및/또는 내부 층들에서 반사되는 광의 소멸 간섭 등으로인하여 발광 효율이 저하될 수 있다.
본 개시의 실시예들은 공진 구조에서 발광 효율을 향상시키는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 중첩하도록 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 및 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 1.0 내지 1.6의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 공진 구조를 가진다.
상기 제1 전극은 반사 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 반투과 전극을 포함할 수 있다.
상기 공진 구조는 하기 수학식 1을 만족하는 1차 공진 구조일 수 있다.
Figure 112016045097859-pat00001
수학식 1
상기 수학식 1에서 njλ는 파장 λ에 대한 j번째 층의 굴절률이고, dj는 j번째 층의 두께이며, δj는 광이 j번째 층을 통과하거나 상기 제1 전극이 갖는 면 또는 상기 제2 전극이 갖는 면에서 반사될 때 나타나는 위상변화의 크기이고, q는 0이다.
상기 정공 전달층은 상기 제1 전극과 맞닿을 수 있다.
상기 정공 전달층의 두께는 15 나노미터 내지 40 나노미터의 범위를 가질 수 있다.
상기 정공 전달층의 굴절률은 1.2 이상 1.5 미만의 범위를 가질 수 있다.
상기 정공 전달층의 굴절률은 1.2 내지 1.45의 범위를 가질 수 있다.
상기 정공 전달층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 주입층, 및 상기 정공 주입층과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 포함하고, 상기 정공 주입층과 상기 정공 수송층 각각의 굴절률은 1.2 내지 1.45의 범위를 가질 수 있다.
상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층, 및 청색 발광층을 포함하고, 상기 적색 발광층, 상기 녹색 발광층, 및 상기 청색 발광층은 상기 제1 전극에 평행한 방향으로 수평 배치되며, 상기 정공 전달층은 상기 적색 발광층과 상기 제1 전극 사이, 상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이, 및 상기 청색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 공통적으로 위치하고, 공통적으로 위치하는 부분에서 상기 정공 전달층의 두께가 동일할 수 있다.
상기 발광층은 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층이 조합되어 백색 발광할 수 있다.
상기 복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 정공 전달층은 아민 유도체와 퍼플러 올리고머(prefluoro oligomer)를 포함할 수 있다.
상기 정공 전달층은 PEDOT:PSS 또는 PEDOT:PSS:PFI를 포함할 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 20% 이하의 표면 플라즈몬 분율을 가질 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 상기 제2 전극 위에 위치하는 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 및 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 유기 발광 소자를 포함하고, 상기 유기 발광 소자는 서로 중첩하도록 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 및 상기 제1 전극과 상기 발광층사이에 위치하고, 1.0 내지 1.6의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 포함하고, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 공진 구조를 가진다.
상기 제1 전극은 반사 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 반투과 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 위치할 수 있다.
상기 정공 전달층의 두께는 15 나노미터 내지 40 나노미터의 범위를 가질 수 있다.
상기 공진 구조는 하기 수학식 1을 만족하는 1차 공진 구조인 발광 장치:
Figure 112016045097859-pat00002
수학식 1
상기 수학식 1에서 njλ는 파장 λ에 대한 j번째 층의 굴절률이고, dj는 j번째 층의 두께이며, δj는 광이 j번째 층을 통과하거나 상기 제1 전극이 갖는 면 또는 상기 제2 전극이 갖는 면에서 반사될 때 나타나는 위상변화의 크기이고, q는 0이다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 정공 전달층의 굴절률 및 두께 조절을 통해 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 정공 전달층의 두께 및 굴절률에 따른 복사휘도(Radiance)를 나타내는 그래프이다.
도 3은 정공 전달층의 두께 및 굴절률에 따른 표면 플라즈몬(surface plasmon) 분율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 정공 전달층의 굴절률에 따른 안티노드 두께 및 표면 플라즈몬 분율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 비교예에서, 정공 전달층의 두께에 따른 4가지 모드에서의 상대적 평균 공헌도(Relative average contribution)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에서, 정공 전달층의 두께에 따른 4가지 모드에서의 상대적 평균 공헌도(Relative average contribution)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예에서, 정공 전달층 및 전자 전달층의 두께에 따른 복사휘도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에서, 정공 전달층 및 전자 전달층의 두께에 따른 복사휘도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 층으로 이루어진 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 중첩하는 제1 전극(120)과 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 발광층(150R, 150G, 150B), 제1 전극(120)과 발광층(150R, 150G, 150B) 사이에 위치하는 정공 전달층(130), 발광층(150R, 150G, 150B)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 버퍼층(160) 및 버퍼층(160) 위에 위치하는 전자 수송층(170), 전자 수송층(170)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입층(180), 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)을 포함한다.
본 실시예에서 제1 전극(120)은 반사 전극이고, 제2 전극(190)은 반투과(transflective) 전극일 수 있다.
본 개시에서 반사 전극이라고 함은 발광층(150R, 150G, 150B)에서 발생한 광을 제2 전극(190)으로 보내기 위해 광을 반사하는 성질을 갖는 물질을 포함하는 전극으로 정의할 수 있다. 여기서, 반사하는 성질이란 입사광에 대한 반사율이 약 70% 이상 약 100% 이하이거나 약 80% 이상 약 100% 이하를 의미할 수 있다.
제1 전극(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 은(Ag)/산화인듐주석(ITO)/은(Ag)의 삼중막 구조 또는 산화인듐주석(ITO)/은(Ag)/산화인듐주석(ITO)의 삼중막 구조 등을 가질 수 있다.
본 개시에서 반투과 전극이라고 함은 제2 전극(190)으로 입사한 광의 일부를 투과시키고, 나머지 광을 제1 전극(120)으로 반사하는 반투과 성질을 갖는 물질을 포함하는 전극으로 정의할 수 있다. 여기서, 반투과 성질이란 입사광에 대한 반사율이 약 0.1% 이상 약 70% 미만이거나 약 30% 이상 50% 이하를 의미할 수 있다.
제2 전극(190)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
정공 전달층(130)은 제1 전극(120)과 발광층(150R, 150G, 150B) 사이에위치하는 부대층에 대응할 수 있다. 구체적으로, 정공 전달층(130)은 적색 발광층(150R)과 제1 전극(120) 사이, 녹색 발광층(150G)과 제1 전극(120) 사이, 및 청색 발광층(150B)과 제1 전극(120) 사이에 공통적으로 위치하고, 공통적으로 위치하는 부분에서 정공 전달층(130)의 두께는 동일할수 있다.
본 실시예에서 정공 전달층(130)은 1.0 내지 1.6의 굴절률을 가지거나 1.2 이상 1.5 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 굴절률을 나타내는 광의 파장은 청색 파장 영역일 수 있고, 약 450 나노미터일 수 있다.
정공 전달층(130)은 제1 전극(120)과 맞닿아 있고, 그 두께는 약 15 나노미터 내지 약 40 나노미터의 범위를 가질 수 있다. 정공 전달층(130)의 두께가 상기와 같은 범위를 가질 때, 후술하는 표면 플라즈몬 분율이 약 50% 이하일 수 있다. 표면 플라즈몬은 금속 표면에 존재하면서 전자들이 진동하는 물질을 가리키는데 여기서 표면 플라즈몬 분율이란 유기 발광 소자의 엑시톤이 후술하는 표면 플라즈몬 모드에 의해 사라지는 정도를 나타낸다.
정공 전달층(130)은 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 정공 주입층은 제1 전극(120)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하고, 상기 정공 수송층은 정공 주입층으로부터전달되는 정공을 원활하게 수송하는 기능을 수행한다. 이 때, 정공 주입층과 정공 수송층 각각의 굴절률은1.0 내지 1.6의 범위를 가지거나 1.2 이상 1.5 미만의 범위 또는 1.2 내지 1.45의 범위를 가질 수 있다. 정공 전달층(130)은 정공 주입층 위에 정공 수송층이 위치하는 이중층으로 형성되거나, 정공 주입층을 형성하는 물질과 정공 수송층을 형성하는 물질이 혼합되어 단일층으로 형성될 수도 있다.
정공 전달층(130)은 공지된 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하는 물질과 퍼플러 올리고머(perfluoro oligomer)를 포함할 수 있다. 퍼플러 올리고머는 정공 전달층(130)의 굴절률을 낮출 수 있다.
퍼플러 올리고머는 하기 화학식 A로 표현되는 반복 단위 및 하기 화학식 B로 표현되는 반복 단위 중 적어도 하나를 포함하는 화합물일 수 있다. 본 실시예에서 퍼플러 올리고머는 진공 증착이 가능하도록 분자량이 약 1500 이하일 수 있다.
화학식 A
Figure 112016045097859-pat00003
화학식 B
Figure 112016045097859-pat00004
상기 화학식 A 및 상기 화학식 B에서, n, m, x, y는 자연수이고, 퍼플러 올리고머의 분자량이 약 1500 이하가 되도록 하는 조건에서 n, m, x, y 값이 결정될 수 있다.
공지된 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하는 물질은 하기 화학식 1 내지 5 중 어느 하나로 표현되는 방향족 아민 유도체를 포함할 수 있다.
화학식 1
Figure 112016045097859-pat00005
화학식 2
Figure 112016045097859-pat00006
화학식 3
Figure 112016045097859-pat00007
화학식 4
Figure 112016045097859-pat00008
화학식 5
Figure 112016045097859-pat00009
상기 화학식 1 내지 5에서 Ar1 내지 Ar24는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타낸다.
L1 내지 L9는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.
Ar1 내지 Ar24, L1 내지 L9가 가질 수도 있는 치환기는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기이다. 인접한 복수의 치환기는 서로 결합하여 환을 형성하는 포화 또는 불포화의 2가의 기를 형성할 수도 있다.
상기 Ar1 내지 Ar24의 적어도 1개는 하기 화학식 6, 7 중 어느 하나로 표현되는 치환기이다.
화학식 6
Figure 112016045097859-pat00010
화학식 7
Figure 112016045097859-pat00011
상기 화학식 6에서, X는 산소 원자, 황 원자 또는 N-Ra를 나타내고, Ra는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기 또는 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타내며, L10은 단결합, 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다. 낸다.
상기 화학식 7에서, L11은 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.
상기 화학식 6 및 7에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R1 내지 R4는 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있고, a, c, d는 0 내지 4의 정수를 나타내며, b는 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 8로 표현되는 화합물일 수 있다.
화학식 8
Figure 112016045097859-pat00012
상기 화학식 8에서, Cz는 치환 또는 비치환의 카르바졸릴기를 나타낸다.
L12는 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다. Ar25 및 Ar26은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환의 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타낸다.
상기 화학식 8로 표현되는 화합물은 하기 화학식 9로 표현되는 화합물일 수 있다.
화학식 9
Figure 112016045097859-pat00013
상기 화학식 9에서, R5 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R5 및 R6은 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다. e, f는 0 내지 4의 정수를 나타낸다. L12, Ar25 및 Ar26은 화학식 8에 있어서의 L12, Ar25 및 Ar26과 동일한 의미이다.
상기 화학식 9로 표현되는 화합물은 하기 화학식 10으로 표현되는 화합물일 수 있다.
화학식 10
Figure 112016045097859-pat00014
상기 화학식 10에서, R7 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R5 및 R6은 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다. g, h는 0 내지 4의 정수를 나타낸다. R5, R6, e, f, Ar25 및 Ar26은 상기 화학식 9에 있어서의 R5, R6, e, f, Ar25 및 Ar26과 동일한 의미이다.
정공 전달층(130)은 앞에서 설명한 물질 대신 PEDOT:PSS 또는 PEDOT:PSS:PFI를 포함할 수도 있다. 여기서, PFI는 과불소화 이오노머(perfluorinated ionomer)이고, 이것은 듀퐁사에서 개발한 내피온(Nafion)일 수 있다.
이상에서 정공 전달층(130)의 물질의 예시를 설명하였으나, 정공 전달층(130)이 정공 주입층과 정공 수송층을 포함하는 경우, 정공 주입층 및 정공 수송층 각각은 앞에서 설명한 정공 전달층(130)의 물질을 포함할 수 있다.
정공 전달층(130) 위에 위치하는 발광층(150R, 150G, 150B)은 적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 및 청색 발광층(150B)을 포함하고, 이들은 제1 전극(120)의 상부면에 평행한 방향으로 수평 배치되어 있다. 적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 및 청색 발광층(150B) 중에서 서로 이웃하는 발광층 사이에는 화소 정의막(25)이 위치할 수 있다.
본 실시예에서, 청색 발광층(150B) 하부에 청색 발광층(150B)의 효율을 높이기 위한 보조층(BIL)이 위치할 수 있고, 보조층(BIL)은 정공 전하 밸런스(hole Charge Balance)를 조절하여 청색 발광층(150B)의 효율을 높이는 역할을 할 수 있다. 보조층(BIL)은 하기 화학식 11로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 11
Figure 112016045097859-pat00015
상기 화학식 11에서 A1, A2 및 A3는 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 카르바졸, 디벤조티오펜(dibenzothiophene), 디벤조퓨란(Dibenzofuran; DBF), 비페닐(biphenyl)일 수 있고, a, b, c는 각각 0 내지 4의 정수일 수 있다.
상기 화학식 11로 표현되는 화합물들의 일례로 하기 화학식 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6을 포함할 수 있다.
화학식 11-1
Figure 112016045097859-pat00016
화학식 11-2
Figure 112016045097859-pat00017
화학식 11-3
Figure 112016045097859-pat00018
화학식 11-4
Figure 112016045097859-pat00019
화학식 11-5
Figure 112016045097859-pat00020
화학식 11-6
Figure 112016045097859-pat00021
다른 실시예로 보조층(BIL)은 하기 화학식 12로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 12
Figure 112016045097859-pat00022
상기 화학식 12에서 a, b, c는 각각 독립적으로 0 내지 3이고, X는 O, N 및 S 중에서 선택될 수 있으며, X는 서로 같거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 12를 나타내는 화합물의 일례로 하기 화학식 12-1 내지 12-5를 포함할 수 있다.
화학식 12-1
Figure 112016045097859-pat00023
화학식 12-2
Figure 112016045097859-pat00024
화학식 12-3
Figure 112016045097859-pat00025
화학식 12-4
Figure 112016045097859-pat00026
화학식 12-5
Figure 112016045097859-pat00027
다른 실시예로 보조층(BIL)은 하기 화학식 13으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 13
Figure 112016045097859-pat00028
화학식 13에서 A1은 수소, 알킬기, 아릴기, 카르바졸, 디벤조티오펜(dibenzothiophene), 디벤조퓨란(Dibenzofuran; DBF)일 수 있고, L1과 L2는 각각
Figure 112016045097859-pat00029
(n은 0 내지 3의 정수)일 수 있으며, L1과 L2에 연결된 DBF는 카르바졸 또는 디벤조티오펜(dibenzothiophene)으로 대체될 수 있다.
본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 적색 발광층(150R) 하부에 적색 공진 보조층(150R')이 위치하고, 녹색 발광층(150G) 하부에 녹색 공진 보조층(150G')이 위치할 수 있다. 이들 적색 공진 보조층(150R')과 녹색 공진 보조층(150G')은 각 색상별 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층이다. 이와 달리, 청색 발광층(150B) 및 보조층(BIL) 하부에는 이들과 정공 전달층(130) 사이에 위치하는 별도의 공진 보조층이 형성되지 않을 수 있다.
발광층(150R, 150G, 150B)은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다. 발광층(150R, 150G, 150B)을 이루는물질은 특별히 제한되지 않는다.
적색 발광층(150R)은 CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
녹색 발광층(150G)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
청색 발광층(150B)은 CBP, 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic 를 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 안트라센기를 가지는 호스트 물질을 포함하고, 디아민기를 포함하는 도펀트를 포함하거나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(150R, 150G, 150B) 위에 버퍼층(160), 전자 수송층(170), 및 전자 주입층(180)이 위치하고, 버퍼층(160)은 정공 저지층 역할을 할 수 있으나 생략 가능하다.
전자 수송층(170)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송층(170)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD(2-[4-biphenyl-5-[4-tert-butylphenyl]]-1,3,4-oxadiazole), TAZ(1,2,4-triazole), spiro-PBD(spiro-2-[4-biphenyl-5-[4-tert-butylphenyl]]-1,3,4-oxadiazole), 및 BAlq(8-hydroxyquinoline beryllium salt)로 이루어진 군에서 선택된어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전자 수송층(170)은 금속으로 형성할 수도 있다.
전자 주입층(180)은 제2 전극(190)으로부터 전자 수송층(170)으로 전자 주입을 개선하는 역할을 한다. 본 실시예에서 전자 주입층(180)은 약 4.0eV 이하의 일함수를 갖는 금속을 포함하고, 가령 Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Ce, Sm, Eu, Gd, La, Nd, Tb, Lu, Yb 및 Mg에서 선택된 적어도하나를 포함할 수 있다.
제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)은 본 실시예에 따른 제2 전극(190)과 함께 공진 세기와 공진 위상의 변화를 유도하는 역할을 할 수 있다. 캡핑층(200)은 굴절률이 약 1.80 내지 약 1.90의 범위를 갖는 무기 물질 또는 유기 물질일 수 있다. 캡핑층(200)은 Alq3일 수 있다.
본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 발광 효율을 향상시키기 위해 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에서 공진 구조를 가질 수 있다. 이러한 공진 구조는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
Figure 112016045097859-pat00030
수학식 1
상기 수학식 1에서 njλ는 파장 λ에 대한 j번째 층의 굴절률이고, dj는 j번째 층의 두께이며, δj는 광이 j번째 층을 통과하거나 제1 전극(120)이 갖는 반사면 또는 제2 전극(190)이 갖는 반사면에서 반사될 때 나타나는 위상변화의 크기이고, q는 0, 1, 2 등의 정수이다.
본 실시예에서 공진 구조에서 발광층(150R, 150G, 150B)에서 생성된 광이 공진할 수 있는 공진 거리는 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이의 거리일 수 있다. 다만, 제1 전극(120)이 산화인듐주석(ITO)/은(Ag)/산화인듐주석(ITO)의 삼중막 구조로 형성되는 경우에는 공진 거리가 제1 전극(120)에 포함된 은(Ag)으로 형성된 막과 제2 전극(190) 사이가 된다. 따라서, 제1 전극(120)의 최상단에 위치하는 산화인듐주석(ITO)으로 이루어진 막의 굴절률과 두께 조건을 상기 수학식 1에서 고려해야 한다.
상기 수학식 1에서, 다른 층들의 굴절률 및 두께 등의 조건을 고정한 상태에서, 정공 전달층(130)의 물리적 두께를 줄이는 방법으로 고굴절률을 갖는 물질을 포함하도록 정공 전달층(130)을 형성할 수 있다. 여기서, 고굴절률의 기준은 약 1.7 이상의 굴절률일 수 있다. 이 경우, 정공 전달층(130)의 물리적 두께 감소로 생산량 및 양산성을 향상시킬 수 있다.
하지만, 상기 고굴절률의 정공 전달층을 1차 공진 구조를 갖는 유기 발광 소자에 적용하면 2차 공진 구조 대비하여 발광 효율이 약 60% 수준으로 떨어지게 된다. 여기서, 1차 공진 구조는 상기 수학식 1에서 q가 0이고, 2차 공진 구조는 q가 1인 경우를 만족시키는 구조이다.
고굴절률의 정공 전달층을 포함하고, 1차 공진 구조의 유기 발광 소자에서 발광 효율이 감소하는 이유는, 정공 전달층의 굴절률이 증가하게 되면 공진 조건을 만족하기 위해 정공 전달층의 두께는 얇아져야 하고, 이러한 결과로 인해 엑시톤이 전극의 표면 플라즈몬으로 전이되는 퀀칭(quenching) 현상이 일어나기 때문이다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 상대적으로 굴절률이 낮은 정공 전달층을 사용하여 엑시톤의 퀀칭 현상을 줄여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 엑시톤의 퀀칭 현상이란, 엑시톤이 광에너지 형태로 방출되지 못하고 전극의 표면 플라즈몬에 의해 사라지는 것을 말한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 발광 효율 향상 효과에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 정공 전달층의 두께 및 굴절률에 따른 복사휘도(Radiance)를 나타내는 그래프이다. 도 3은 정공 전달층의 두께 및 굴절률에 따른 표면 플라즈몬(surface plasmon) 분율을 나타내는 그래프이다.
도 2를 참고하면, 등고선 모양에서 Y축 방향으로 피크가 되는 부분을 개략적으로 연결한 선이 1차 공진 조건을 만족하는 정공 전달층의 두께 및 굴절률이다. 이 때, 피크가 되는 부분을 개략적으로 연결한 선을 기준으로 굴절률을2에서1로 변경하면, 유기 발광 소자에서 전방으로 나오는 복사휘도(radiance)가 약 2배 이상 커짐을 알 수 있다. 여기서, 유기 발광 소자의 전방이란, 도 1의 유기 발광 소자에서 제1 전극(120)으로부터 제2 전극(190)을 향하는 방향을 말한다.
도 3을 참고하면, 정공 전달층의 두께 및 굴절률에 대한 표면 플라즈몬 분율을 살펴보면, 정공 전달층의 굴절률이 낮을수록 표면 플라즈몬의 분율이 급격히 작아진다. 이러한 결과로 발광층에 형성된 엑시톤의 퀀칭이 급격하게 줄어들어 1차 공진 구조에서 얇은 두께를 갖는 정공 전달층에서도 전류 효율을 크게 만들 수 있다.
도 4는 정공 전달층의 굴절률에 따른 안티노드 두께 및 표면 플라즈몬 분율을 나타내는 그래프이다.
도 4에서 안티노드(Anti-node) 두께는 정공 전달층의 굴절률에 따른 전방으로 최고 광량으로 광이 나갈 때의 두께를 말하고, 전방이란 도 1의 유기 발광 소자에서 제1 전극(120)으로부터 제2 전극(190)을 향하는 방향을 말한다. 여기서, 정공 전달층은 정공 주입층과 정공 수송층을 포함할 수 있고, 정공 주입층과 정공 수송층의 굴절률은 동일한 것으로 가정한다.
도 4를 참고하면, 정공 전달층의 굴절률이 약 1.7과 1.8 사이에서 표면 플라즈몬 분율의 큰 변곡점이 발생하고, 굴절률이 약 1.5 내지 1.7의 범위에서 표면 플라즈몬 분율이 추가적으로 감소한다. 굴절률이 약 1.4와 1.5 사이에서 표면 플라즈몬 분율의 큰 변곡점이 발생하고, 굴절률이 약 1.0 내지 1.4의 범위에서 비슷한 크기의 표면 플라즈몬 분율이 나타난다.
이러한 결과를 고려할 때, 정공 전달층의 굴절률이 약 1.0 내지 1.6의 범위를 갖고, 정공 전달층의 두께가 약 15 나노미터 내지 40 나노미터의 범위를 갖도록 설정하면, 전방으로 나가는 발광 효율을 높일 수 있다.
전방으로 나가는 발광 효율을 더 높이기 위해 정공 전달층의 굴절률이 약 1.2 이상 내지 1.5 미만의 범위를 갖거나, 1.2 이상 1.45 이하의 범위를 갖도록 설정할 수 있다. 정공 전달층의 굴절률이 약 1.2 이상 1.45 이하의 범위를 가지면 표면 플라즈몬 분율이 약 20% 이하이고, 이 때 안티노드 두께는 약 25 나노미터 내지 30 나노미터이다.
도 5는 비교예에서, 정공 전달층의 두께에 따른 4가지 모드에서의 상대적 평균 공헌도(Relative average contribution)를 나타내는 그래프이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에서, 정공 전달층의 두께에 따른 4가지 모드에서의 상대적 평균 공헌도(Relative average contribution)를 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6에서, 상대적 평균 공헌도는 발광층에서 생성된 엑시톤이 어디로 이동하여 어떻게 변화하는지 계산하여 나타낸 값이다.
도 5 및 도 6에서, 4가지 모드는 표면 플라즈몬(Surface plasmon) 모드, 도파(Wave-guided) 모드, 흡수 손실(Absorption loss) 모드, 및 방출(Out-coupled) 모드를 포함한다. 표면 플라즈몬 모드는 엑시톤이 전극의 표면 플라즈몬으로 전이되어 퀀칭 현상이 일어나는 경우이고, 도파 모드는 엑시톤이 광자(photon)로 변하지만 유기 발광 소자 밖으로 나가지 못하고 내부에 갇혀 있는 경우이며, 흡수 손실 모드는 엑시톤이 광자로 변하지만 전극, 발광층 등에 흡수되어 사라지는 경우이고, 방출 모드는 엑시톤이 유기 발광 소자의 전방으로 빠져나가는 경우이다.
도 5의 비교예는 약 1.7 이상의 굴절률을 갖는 아민 유도체로 정공 전달층을 형성한 경우이고, 도 6의 실시예는 앞에서 설명한 퍼플러 올리고머, PEDOT:PSS 또는 PEDOT:PSS:PFI를 사용하여 약 1.4의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 형성한 경우이다.
도 5 및 도 6에서, 정공 전달층의 두께를 기준으로 Y축 방향으로 선을 그렸을 때, 각각의 모드가 차지하는 영역에서 나타나는 길이가 각 모드의 분율을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 5에 표시한 제1 길이(d)는 정공 전달층 두께 30 나노미터에서 표면 플라즈몬 모드의 분율이 약 30%인 것을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 도 5의 비교예에서 정공 전달층의 두께가 15 나노미터 내지 40 나노미터 범위에서 표면 플라즈몬 모드의 분율은 약 20% 내지 60%이고, 도 6의 실시예에서 정공 전달층의 두께가 15 나노미터 내지 50 나노미터 범위에서 표면 플라즈몬 분율은 약 12% 내지 44%이다. 같은 범위의 두께에서 방출 모드의 분율은, 비교예에서 약 10% 내지 20%이고, 실시예에서 약 20% 내지 30%이므로 본 실시예와 같이 상대적으로 저굴절률의 정공 전달층을 사용한 경우에 발광 효율이 증가된다.
도 7은 비교예에서, 정공 전달층 및 전자 전달층의 두께에 따른 복사휘도를 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 발명의 한 실시예에서, 정공 전달층 및 전자 전달층의 두께에 따른 복사휘도를 나타내는 그래프이다.
도 7의 비교예는 약 1.7 이상의 굴절률을 갖는 아민 유도체로 정공 전달층을 형성한 경우이고, 도 8의 실시예는 앞에서 설명한 퍼플러 올리고머, PEDOT:PSS 또는 PEDOT:PSS:PFI를 사용하여 약 1.4의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 형성한 경우이다.
도 7 및 도 8에서 왼쪽의 등고선은 1차 공진 구조에서의 복사휘도를 나타내고 오른쪽의 등고선은 2차 공진 구조에서의 복사휘도를 나타낸다.
도 7을 참고할 때, 2차 공진에서의 가장 높은 복사휘도는 약 6[W*m-2*sr-1]이고, 1차 공진에서의 가장 높은 복사휘도는 약 3[W*m-2*sr-1]이며, 그 차이는 약 3[W*m-2*sr-1]이다. 도 8을 참고할 때, 2차 공진에서의 가장 높은 복사휘도는 약 7.5[W*m-2*sr-1]이고, 1차 공진에서의 가장 높은 복사휘도는 약 7[W*m-2*sr-1]이며, 그 차이는 약 0.5[W*m-2*sr-1]이다. 따라서, 본 실시예와 같이 상대적으로 저굴절률의 정공 전달층을 사용한 경우에 2차 공진 대비하여 발광 효율이 떨어지는 정도가 감소하고, 발광 효율 자체도 증가한다. 또, 본 발명의 실시예에 따른 정공 전달층을 1차 공진에 적용한 경우뿐만 아니라 2차 공진에 적용한 경우에도 약 1.5[W*m-2*sr-1]의 복사휘도 상승 효과가 있다.
하기 표 1을 참고하여, 앞에서 설명한 비교예와 실시예에 따른 효율과 구동 전압을 살펴보기로 한다. 여기서, 비교예의 구체적인 구조를 도 1을 다시 참고하여 설명하면, 비교예의 유기 발광 소자는 서로 중첩하는 약 200 옹스트롬의 제1 전극(120)과 약 200 옹스트롬의 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 450 옹스트롬의 적색 발광층(150R), 400 옹스트롬의 녹색 발광층(150G), 및 160 옹스트롬의 청색 발광층(150B), 적색 발광층(150R) 하부에 위치하는 260 옹스트롬의 적색 공진 보조층(150R'), 녹색 발광층(150G) 하부에 위치하는 70 옹스트롬의 녹색 공진 보조층(150G'), 및 청색 발광층(150B) 하부에 위치하는 보조층(BIL), 제1 전극(120)과 발광층(150R, 150G, 150B) 사이에 위치하는 150 옹스트롬의 정공 전달층(130), 발광층(150R, 150G, 150B)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 50 옹스트롬의 버퍼층(160) 및 버퍼층(160) 위에 위치하는 180 옹스트롬의 전자 수송층(170), 전자 수송층(170)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 13 옹스트롬의 전자 주입층(180), 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 650 옹스트롬의 캡핑층(200)을 포함한다. 실시예의 구조는 비교예의 구조와 대체로 동일하고, 비교예 대비하여 정공 전달층(130)의 굴절률이 낮고, 그 두께는 230 옹스트롬을 갖는다.


비교예		 CE(cd/A) 구동 전압(V)
Red 38 4.0
Green 125 4.0
Blue 6.1 3.1
White 40 -

실시예		 Red 45.2 4.0
Green 150 4.0
Blue 8.2 3.1
White 51.8 -
상기 표 1을 참고하면, 비교예 대비하여 실시예의 적색 발광 효율, 녹색 발광 효율, 및 청색 발광 효율이 각각 10% 이상, 20% 이상, 및 30% 이상 상승하고, 비교예 대비하여 실시예의 구동 전압은 동등한 수준을 유지할 수 있다. 또, 백색 소비 전력 기준으로 비교예 대비하여 실시예에서 20% 감소하는 효과가 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 층으로 이루어진 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 1에서 설명한 유기 발광 소자와 대부분의 구성이 동일하다. 이하에서는 도 1의 실시예와 차이가 있는 부분에 대해서 설명하기로 하고, 도 1을 참고하여 설명한 내용은 도 9의 실시예에 모두 적용 가능하다.
도 9를 참고하면, 도 1의 실시예의 버퍼층(160)을 생략할 수 있다. 도 9의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층(150a, 150b, 150c)이 조합되어 백색 발광하는 발광층(150)을 포함한다. 복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조일 수 있고, 도 9에서는 3층의 발광층(150)을 도시하고 있다.
3층의 발광층(150)은 각각 블루, 옐로우, 및 블루를 나타낼 수 있고, 도시하지 않았으나, 2층의 발광층인 경우에는 각 층이 블루, 옐로우를 나타낼 수 있다. 도시하지 않았으나, 도 9의 복수의 층(150a, 150b, 150c) 중에서 서로 이웃하는 층 사이에 적어도 하나의 전하 생성층이 위치할 수 있다.
도 1에서 설명한 정공 전달층(130)에 관한 설명은 도 9의 유기 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판(23), 구동 박막 트랜지스터(30), 제1 전극(120), 발광 소자층(100) 및 제2 전극(190)을 포함한다. 제1 전극(120)은 애노드 전극, 제2 전극(190)은 캐소드 전극일 수 있으나, 제1 전극(120)이 캐소드전극이고 제2 전극(190)이 애노드 전극일 수 있다.
기판(23) 위에는 기판 버퍼층(26)이 위치할 수 있다. 기판 버퍼층(26)은 불순 원소의 침투를 방지하며, 표면을평탄화하는 역할을 하나, 반드시필요한 구성은 아니며, 기판(23)의 종류 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
기판 버퍼층(26) 위에는 구동 반도체층(37)이 형성된다. 구동 반도체층(37)은 다결정 규소를 포함하는 물질로 형성될수 있다. 또한, 구동 반도체층(37)은 불순물이 도핑되지 않은 채널 영역(35), 채널 영역(35)의 양 옆에서 도핑되어 형성된 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)을 포함한다. 이때, 도핑되는 이온 물질은 붕소(B)와 같은 P형 불순물이며, 주로 B2H6이 사용될 수 있다. 여기서, 이러한불순물은 박막 트랜지스터의 종류에따라 달라진다.
구동 반도체층(37) 위에는 게이트 절연막(27)이 위치한다. 게이트 절연막(27) 위에는 구동 게이트전극(33)을 포함하는 게이트 배선이위치한다. 그리고, 구동 게이트전극(33)은 구동 반도체층(37)의 적어도 일부, 특히 채널 영역(35)와 중첩되도록 형성된다.
한편, 게이트 절연막(27) 상에는 구동 게이트 전극(33)을 덮는 층간 절연막(28)이 형성된다. 게이트절연막(27)과 층간 절연막(28)에는 구동 반도체층(37)의 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)을 드러내는 제1 접촉 구멍(22a) 및 제2 접촉 구멍(22b)이 형성되어 있다. 층간 절연막(28) 위에는 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)을 포함하는 데이터 배선이 위치할 수 있다. 또한, 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)은 각각 층간 절연막(28) 및 게이트절연막(27)에 형성된 제1 접촉 구멍(22a) 및 제2 접촉 구멍(22b)을 통해 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)과 연결된다.
이와 같이, 구동 반도체층(37), 구동 게이트 전극(33), 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)을 포함하는 구동 박막 트랜지스터(30)가 형성된다. 구동 박막 트랜지스터(30)의 구성은 전술한 예에 한정되지 않고, 당해 기술 분야의 전문가가 용이하게 실시할 수 있는 공지된 구성으로 다양하게 변경 가능하다.
그리고, 층간 절연막(28) 상에는데이터 배선을 덮는 평탄화막(24)이 형성된다. 평탄화막(24)은 그 위에 형성될 유기 발광 소자의 발광 효율을 높이기위해 단차를 없애고 평탄화시키는 역할을한다. 또한, 평탄화막(24)에는 제3 접촉 구멍(22c)이 형성되어 구동 드레인 전극(75)과 후술하는 제1 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
여기에서, 본 발명에 따른 일실시예는 전술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 평탄화막(24)과 층간 절연막(28) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화막(24) 위에는 유기 발광 소자(LD)의 제1 전극(120)이 위치한다. 평탄화막(24)과 제1 전극(120) 위에 화소 정의막(25)이 위치한다. 화소 정의막(25)에는 제1 전극(120)의 일부와 중첩하여 개구부가 형성되어 있다. 이때, 화소 정의막(25)에 의해 형성된개구부마다 발광 소자층(100)이 위치할 수 있다.
한편, 제1 전극(120) 위에는 발광 소자층(100)이 위치한다. 발광 소자층(100)은 도 1에서 설명한 유기 발광 소자에서 공진 구조를 형성하는 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이의 층들에 대응한다.
발광 소자층(100) 위에는 제2 전극(190) 및 캡핑층(200)이 위치한다. 캡핑층(200)은 제2 전극(190)을 덮어 보호하는 역할을 할 수 있다. 또는 캡핑층(200)은 본 실시예에 따른 제2 전극(190)과 함께 공진 세기와 공진 위상의 변화를 유도하는 역할을 할 수 있다. 캡핑층(200)은 굴절률이 약 1.80 내지 약 1.90의 범위를 갖는 무기 물질 또는 유기 물질일 수 있다.
본 실시예의 유기 발광 소자(LD)는 도 1에서 설명한 내용이 모두 적용 가능하다.
캡핑층(200) 위에는 박막 봉지층(300)이 위치한다. 박막 봉지층(300)은 기판(23) 위에 형성되어 있는 유기 발광 소자(LD)와 구동 회로부를 외부로부터 밀봉시켜 보호한다.
박막 봉지층(300)은 서로 하나씩교대로 적층되는 봉지 유기막(300a, 300c)과 봉지 무기막(300b, 300d)을 포함한다. 도 10에서는일례로 2개의 봉지 유기막(300a, 300c)과 2개의 봉지 무기막(300b, 300d)이 하나씩 교대로 적층되어 박막 봉지층(300)을 구성하는 경우를도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10에서는 앞에서 설명한 유기 발광 소자를 유기 발광 표시 장치에 적용하는 것에 대해 설명하였으나, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 표시 장치뿐만 아니라 조명 장치 등에도 다양하게 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 발광 소자층 120: 제1 전극
130: 정공 전달층 150: 발광층
190: 제2 전극 170: 전자 수송층
LD: 유기 발광 소자

Claims (20)

  1. 서로 중첩하도록 위치하는 제1 전극 및 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 및
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 1.0 내지 1.6의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 공진 구조를 가지고,
    상기 공진 구조는 하기 수학식 1을 만족하는 1차 공진 구조인 유기 발광 소자:
    Figure 112022134622220-pat00043
    수학식 1
    상기 수학식 1에서 njλ는 파장 λ에 대한 j번째 층의 굴절률이고, dj는 j번째 층의 두께이며, δj는 광이 j번째 층을 통과하거나 상기 제1 전극이 갖는 면 또는 상기 제2 전극이 갖는 면에서 반사될 때 나타나는 위상변화의 크기이고, q는 0이다.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 반사 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 반투과 전극을 포함하는 유기 발광 소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 정공 전달층은 상기 제1 전극과 맞닿아 있는 유기 발광 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 정공 전달층의 두께는 15 나노미터 내지 40 나노미터의 범위를 갖는 유기 발광 소자.
  6. 제1항에서,
    상기 정공 전달층의 굴절률은 1.2 이상 1.5 미만의 범위를 갖는 유기 발광 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 정공 전달층의 굴절률은 1.2 내지 1.45의 범위를 갖는 유기 발광 소자.
  8. 제1항에서,
    상기 정공 전달층은
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 주입층, 및
    상기 정공 주입층과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층과 상기 정공 수송층 각각의 굴절률은 1.2 내지 1.45의 범위를 갖는 유기 발광 소자.
  9. 제1항에서,
    상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층, 및 청색 발광층을 포함하고,
    상기 적색 발광층, 상기 녹색 발광층, 및 상기 청색 발광층은 상기 제1 전극에 평행한 방향으로 수평 배치되며,
    상기 정공 전달층은 상기 적색 발광층과 상기 제1 전극 사이, 상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이, 및 상기 청색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 공통적으로 위치하고, 공통적으로 위치하는 부분에서 상기 정공 전달층의 두께가 동일한 유기 발광 소자.
  10. 제1항에서,
    상기 발광층은 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층이 조합되어 백색 발광하는 유기 발광 소자.
  11. 제10항에서,
    상기 복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조를 포함하는 유기 발광 소자.
  12. 제1항에서,
    상기 정공 전달층은 아민 유도체와 퍼플러 올리고머(perfluoro oligomer)를 포함하는 유기 발광 소자.
  13. 제1항에서,
    상기 정공 전달층은 PEDOT:PSS 또는 PEDOT:PSS:PFI를 포함하는 유기 발광 소자.
  14. 제1항에서,
    상기 유기 발광 소자는 20% 이하의 표면 플라즈몬 분율을 갖는 유기 발광 소자.
  15. 제1항에서,
    상기 제2 전극 위에 위치하는 캡핑층을 더 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 및
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 유기 발광 소자를 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는
    서로 중첩하도록 위치하는 제1 전극 및 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 및
    상기 제1 전극과 상기 발광층사이에 위치하고, 1.0 내지 1.6의 굴절률을 갖는 정공 전달층을 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 공진 구조를 가지고,
    상기 공진 구조는 하기 수학식 1을 만족하는 1차 공진 구조인 발광 장치:
    Figure 112022134622220-pat00044
    수학식 1
    상기 수학식 1에서 njλ는 파장 λ에 대한 j번째 층의 굴절률이고, dj는 j번째 층의 두께이며, δj는 광이 j번째 층을 통과하거나 상기 제1 전극이 갖는 면 또는 상기 제2 전극이 갖는 면에서 반사될 때 나타나는 위상변화의 크기이고, q는 0이다.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 전극은 반사 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 반투과 전극을 포함하는 발광 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 전극은 상기 기판과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 정공 전달층의 두께는 15 나노미터 내지 40 나노미터의 범위를 갖는 발광 장치.
  20. 삭제
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