KR101400058B1 - 유기발광표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막트랜지스터 상에 형성된 제 1전극; 상기 제 1전극 상에 형성되고 제 1색을 발산하는 제 1발광층을 포함하는 제 1스택, 상기 제 1전극 상에 형성되고 제 2색을 발산하는 제 2발광층을 포함하는 제 2스택, 및 상기 제 1스택 및 제 2스택 사이에 형성된 CGL(Charge Generation Layer)층을 포함하는 유기발광층; 및 상기 유기발광층 상에 형성된 제 2전극을 포함하고, 상기 제 1발광층 및 제 2발광층의 도펀트 특성에 따라 결정되는 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서 상기 제 1색의 피크 파장(제 1피크 파장)은 유기발광장치의 광학적 특성에 따라 결정되는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장(제 2피크 파장) 보다 단파장 영역에 위치하고, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서 상기 제 2색의 피크 파장(제 3피크 파장)은 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(제 4피크 파장) 보다 단파장 또는 장파장 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼의 매칭을 개선하여 시야각 증가에 따른 색변화(color shift) 현상을 감소시켜, 색시야각 특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼의 매칭을 개선하여 시야각 증가에 따른 색변화(color shift) 현상을 감소시켜, 색시야각 특성을 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 유기발광표시장치에 관한 것으로, 색시야각을 개선 시킬 수 있는 유기발광표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 장치는 유기물을 이용하여 발광층을 형성하는 유기발광표시장치와 무기물을 이용하여 발광층을 형성하는 무기발광표시장치로 구분할 수 있다. 이중, 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device)는 전자주입전극(Cathode, 음극)으로부터 주입된 전자(Electron)와 정공주입전극(Anode, 양극)으로부터 주입된 정공(Hole)이 유기 발광층에서 결합하여 엑시톤(Exiton)을 형성하고, 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광하는 자체 발광형 소자로서, 저전력 구동, 자체 발광, 넓은 시야각, 높은 해상도와 천연색 실현, 빠른 응답속도 등의 장점을 갖고 있다.
이러한 유기발광표시장치는, 최근 백색을 발광할 수 있는 유기발광표시장치의 개발로 인해 백라이트 또는 조명 등 그 응용 분야가 광범위해져 가장 중요한 디스플레이 장치 중 하나로 인식되고 있다.
유기발광표시장치가 백색을 구현하는 방식으로는 단층발광방식, 다층발광방식, 색변환 방식, 소자적층방식 등이 있으며, 이 중 가장 널리 이용되는 방식은 여러 층에서 발광이 일어나며 각 색의 수직 조합에 의해 백색이 구현되는 다층발광방식이다.
구체적으로 2스택 구조를 갖는 다층발광방식에 따른 유기발광표시장치의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 외부에 두 개의 피크를 갖는 EL(Electroluminescent) 스펙트럼의 빛을 방출한다.
그러나 상술한 종래의 유기발광표시장치는 다음과 같은 문제가 있다.
도 1은 종래 유기발광표시장치에서 시야각에 따라 변화하는 EL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼, 시야각에 따른 변화가 거의 없는 PL 스펙트럼을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 종래 유기발광표시장치에서 청색광(B) 및 황녹색광(YG)의 시야각에 따른 휘도 저하를 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 유기발광표시장치가 방출하는 최종적인 빛을 스펙트럼 분석한 EL 스펙트럼(30)은 발광층에서 발산한 빛의 스펙트럼인 PL 스펙트럼(10) 및 유기발광층을 구성하는 레이어의 두께와 광학적 특성에 따라 변화하는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼(20)의 곱으로 표현된다.
PL 스펙트럼(10)에서 알 수 있듯이, 청색의 피크 파장을 발산(B PL)하는 발광층과 황녹색의 피크 파장을 발산(YG PL)하는 발광층으로 구성되어 백색광을 발산한다. 그러나 이러한 구성의 백색광은 시야각에 따라 청색광 및 황녹색광의 휘도감소량이 달라 색시야각 특성이 저하되는 문제가 있다.
즉, EL 스펙트럼(30) 및 도 2에서 알 수 있듯이, 시야각이 0°에서 60°으로 증가함에 따라 청색의 휘도는 급격하게 감소되는데 비해 황녹색의 휘도는 상대적으로 천천히 감소된다. 따라서 이로 인해 정면(시야각 0°)에서 구현된 백색광과 측면에서 구현된 백색광 사이에는 측면(시야각 증가)으로 갈수록 색변화(color shift) 현상이 발생되어 문제된다(색시야각 특성의 저하).
또한, EL 스펙트럼(30)에서 알 수 있듯이, 적색광의 강도가 청색 및 녹색광의 강도보다 작음을 알 수 있다. 따라서, 충분한 휘도를 내기 위해 적색 서브화소의 전류밀도가 증가하여 이로 인하여 Voled 전압이 증가되고, 패널의 발광효율이 감소되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 본 발명은 색시야각 특성을 개선시키고 패널의 발광효율을 개선시키는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 색재현율을 개선시킨 유기발광표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 박막트랜지스터 상에 형성된 제 1전극; 상기 제 1전극 상에 형성되고 제 1색을 발산하는 제 1발광층을 포함하는 제 1스택, 상기 제 1전극 상에 형성되고 제 2색을 발산하는 제 2발광층을 포함하는 제 2스택, 및 상기 제 1스택 및 제 2스택 사이에 형성된 CGL(Charge Generation Layer)층을 포함하는 유기발광층; 및 상기 유기발광층 상에 형성된 제 2전극을 포함하고, 상기 제 1발광층 및 제 2발광층의 도펀트 특성에 따라 결정되는 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서 상기 제 1색의 피크 파장(제 1피크 파장)은 유기발광장치의 광학적 특성에 따라 결정되는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장(제 2피크 파장) 보다 단파장 영역에 위치하고, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서 상기 제 2색의 피크 파장(제 3피크 파장)은 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(제 4피크 파장) 보다 단파장 또는 장파장 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치를 제공한다.
이때, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장 및 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장의 차이는 10nm 이하이고, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장 및 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장의 차이는 ±10nm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1색은 청색, 상기 제2색은 황녹색인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2발광층의 도펀트 농도는 호스트(Host) 대비 10% 이상 및 25% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2발광층의 도펀트 재료는 상기 제 2색의 피크 파장이 540nm 이상 및 575nm 이하의 파장을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기발광표시장치에서 방출되는 광의 0°~ 60°의 시야각 방향에서 CIE 1976 색좌표계 상의 색좌표변화량(Δu'v')은 0.02 이하가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막 트랜지스터 및 제 1전극 사이에 오버코트층 및 광보상층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광보상층의 굴절율은 1.8 이상 및 2.3 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 광보상층의 두께는 1100Å 이상 및 2500Å 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 발광(PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 3피크 파장)의 반치폭(Full Width at Half Maximum)은 80nm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 우선, PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼의 매칭을 개선하여 시야각 증가에 따른 색변화(color shift) 현상을 감소시켜, 색시야각 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, EL 스펙트럼 상의 적색광의 발광효율을 향상시켜 Voled 전압을 감소시키고, 패널의 발광효율을 개선시키는 효과가 있다.
또한, PL 스펙트럼 상의 피크 파장의 반치폭(Full Width at Half Maximum)을 넓게 하여 색재현율 및 발광효율을 상승시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 유기발광표시장치에서 시야각에 따라 변화하는 EL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼, 시야각에 따른 변화가 거의 없는 PL 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 종래 유기발광표시장치에서 청색광(B) 및 황녹색광(YG)의 시야각 증가에 따른 휘도 저하를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 유기발광층의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 1600Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 7은 도 6의 실험예 1에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6의 실험예 1에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 9는 2200Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 10은 도 9의 실험예 2에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 실험예 2에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 12는 광보상층이 형성되지 않은 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 13은 도 12의 실험예 3에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 실험예 3에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 15는 PL 스펙트럼 상의 반치폭 변경에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 따른 스펙트럼의 단위 면적 당 휘도 및 전류밀도를 RGB 채널에서 측정한 실험 결과를 분석한 도표이다.
도 17은 YG 피크 파장의 변화에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17에 따른 스펙트럼의 컬러필터(CF) 투과 후 R, G, B 채널 각 피크 휘도 변화에 따른 효율 및 전류밀도를 분석한 도표이다.
도 2는 도 1의 종래 유기발광표시장치에서 청색광(B) 및 황녹색광(YG)의 시야각 증가에 따른 휘도 저하를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 유기발광층의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 1600Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 7은 도 6의 실험예 1에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6의 실험예 1에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 9는 2200Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 10은 도 9의 실험예 2에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 실험예 2에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 12는 광보상층이 형성되지 않은 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 13은 도 12의 실험예 3에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 실험예 3에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 15는 PL 스펙트럼 상의 반치폭 변경에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 따른 스펙트럼의 단위 면적 당 휘도 및 전류밀도를 RGB 채널에서 측정한 실험 결과를 분석한 도표이다.
도 17은 YG 피크 파장의 변화에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17에 따른 스펙트럼의 컬러필터(CF) 투과 후 R, G, B 채널 각 피크 휘도 변화에 따른 효율 및 전류밀도를 분석한 도표이다.
이하에서는 본 발명에 따른 유기발광표시장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물의 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 단면도를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 유기발광층의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치(100)는 기판(110), 박막 트랜지스터(TFT), 오버코트층(150), 광보상층(155), 제 1전극(160), 뱅크층(170), 유기발광층(180), 및 제 2전극(190)을 포함한다. 이때, 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(115), 게이트 절연층(120), 반도체층(131), 소스 전극(133), 드레인 전극(135), 제 1보호층(140), 컬러필터(145), 오버코트층(150), 광보상층(155), 제 1전극(160), 뱅크층(170), 유기발광층(180), 및 제 2전극(190)을 포함한다.
기판(110)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 형성할 수 있다.
게이트 전극(115)은 기판(110) 상에 형성되며, 게이트 라인(GL)에 연결되어 있다. 게이트 전극(115)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 다중층일 수 있다.
게이트 절연층(120)은 게이트 전극(115) 상에 형성되며 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
반도체층(131)은 게이트 절연층(120) 상에 형성되며, 비정질 실리콘 또는 이를 결정화한 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 에치 스토퍼(미도시)는 반도체층(131) 상에 형성되어 반도체층(131)을 보호하는 기능을 수행할 수 있으나 경우에 따라서는 생략될 수 있다.
소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)은 반도체층(131) 상에 형성될 수 있다. 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있으며, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
제 1보호층(140)은 상기 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135) 상에 형성되며, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
컬러필터(145)는 상기 제 1보호층(140) 상에서 적색 서브화소, 청색 서브화소, 및 녹색 서브화소의 영역에 형성되며, 유기발광층에서 발산된 백색광을 각각 적색, 청색, 및 녹색으로 변환한다.
오버코트층(150)은 상기 컬러필터(145) 상에 형성되며, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
광보상층(155)은 오버코트층(150) 상에 형성되며, 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 다중층으로 형성될 수 있다.
특히, 광보상층(155)은 굴절율 1.8 이상 및 2.3 이하의 값을 갖는 물질로 구성되며, 광보상층(155)의 두께는 1100Å 이상 및 2500Å 이하의 값으로 형성되어, 유기발광표시장치(100)의 색시야각 특성 및 발광효율을 향상시키는 효과를 발생한다.
제 1전극(160)은 광보상층(155) 상에 형성되며, 투명한 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제 1전극(160)은 상기 소스 전극(133)과 전기적으로 연결되며, 이를 위해 상기 제 1보호층(140) 및 오버코트층(150)의 소정 영역에 콘택홀을 형성한다. 제 1전극(160)은 애노드 전극일 수 있다.
뱅크층(170)은 제 1전극(160) 상에 형성되며, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene,BCB)계 수지, 아크릴계 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 유기물을 포함할 수 있다. 뱅크층(170)은 유기발광층(180)에서 발생한 빛이 빠져나갈 수 있도록 제 1전극(160) 상에서 소정의 개구부를 갖고 이격되어 형성된다.
유기발광층(180)은 상기 뱅크층(170) 상에 형성되며, 백색광을 발산한다. 이를 상세하게 설명하기 위해 도 4를 참조하면, 상기 유기발광층(180)은 제 1전극(160) 상에 형성된 제 1스택(181), 제 1전극(160) 상에 형성된 CGL층(183), 및 제 1전극(160) 상에 형성된 제 2 스택(185)을 포함한다.
도 4에는 제 1스택(181) 상에 제 2스택(185)이 형성된 것으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제 2스택(185) 상에 제 1스택(181)을 형성할 수도 있다.
제 1스택(181)은 제 1전극(160) 상에 형성되고 청색광을 발산하는 제 1발광층을 포함한다. 상세하게는, 제 1스택(181)은 전자주입층(Electron Injection Layer: EIL), 전자수송층(Electron Transport Layer: ETL), 제 1발광층(Emission Layer: EML), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL) 및 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL)을 포함하여 다층으로 적층될 수 있다.
제 2스택(185)은 제 1전극(160) 상에 형성되고 황녹색광을 발산하는 제 2발광층을 포함한다. 상세하게는, 전자주입층(Electron Injection Layer: EIL), 전자수송층(Electron Transport Layer: ETL), 제 2발광층(Emission Layer: EML), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL) 및 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL)을 포함하여 다층으로 적층될 수 있다.
이때, 광보상층(155), 제 1전극(160), 및 유기발광층(180)의 두께는 유기발광표시장치의 에미턴스 스펙트럼을 결정하는 요인인데 하기 수학식 1에 따라 그 두께를 설정할 수 있다.
[수학식 1]
이때, 첫번째 항은 광보상층(155), 두번째 항은 제 1전극(160), 세번째 항은 유기발광층(180)에 관한 항이며, n은 굴절율, d는 캐소드 전극으로부터 발광층까지의 거리, λ는 청색 피크 파장을 나타낸다.
한편, 캐소드 전극으로부터 발광층까지의 거리는 다음과 같은 수학식 2에 따라 결정할 수 있다.
[수학식 2]
이때, m은 양수, n은 굴절율, d는 캐소드 전극으로부터 발광층까지의 거리, λ는 청색 피크 파장 또는 황녹색 피크 파장을 나타낸다.
CGL(Charge Generation Layer)층은 상기 제 1스택 및 제 2스택 사이에 형성된다.
제 1전극(160)과 제 2전극(190)에 구동전압이 인가되면 정공수송층을 통과한 정공과 전자수송층을 통과한 전자가 발광층(제 1 및 제 2발광층)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(제 1 및 제 2발광층)이 가시광을 발산한다. 제 1 및 제 2발광층에서 발산된 빛은 유기발광층(180) 외부에서 백색광의 형태로 발산한다.
이때, 발산된 백색광은 컬러필터(145)를 통과하여 기판을 향하여 외부로 방출된다. 이때, 적색 컬러필터를 통과한 빛은 적색으로, 청색 컬러필터를 통과한 빛은 청색으로, 녹색 컬러필터를 통과한 빛은 녹색으로 변경된다.
이하, 유기발광층(180)에서 발산되는 광의 특성을 상세하게 설명하기 위해 도 5를 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 PL 스펙트럼(S1)은 제 1피크 파장(P1) 및 제 3피크 파장(P3)을 포함한다. 또한, 에미턴스 스펙트럼(S2)은 제 2피크 파장(P2) 및 제 4피크 파장(P4)를 포함한다.
PL 스펙트럼(S1)에서 제 1피크 파장(P1)은 제 1발광층이 발산하는 제 1색의 피크 파장을 말하고, 제 3피크 파장(P3)은 제 2발광층이 발산하는 제 2색의 피크 파장을 말한다.
에미턴스 스펙트럼(S2)에서 제 2피크 파장(P2)은 제 1색의 피크 파장을 말하고, 제 4피크 파장(P4)은 제 2색의 피크 파장을 말한다.
여기서, PL 스펙트럼(발광 스펙트럼과 같다)은 발광층에서 발산하는 광을 분석한 스펙트럼으로 발광층에 도핑하는 도펀트의 특성, 즉 도펀트 고유의 성질과 도핑량에 따라 고유한 특징을 갖는 스펙트럼을 말한다.
에미턴스 스펙트럼은 유기발광층을 구성하는 레이어 및 광보상층의 광학적 특성(두께 및 굴절율 등)에 따라 고유한 특징을 갖는 스펙트럼을 말한다. 이를 상세하게 설명하면, 에미턴스 스펙트럼은 유기발광층을 구성하는 레이어 및 광보상층의 광학적 특성과 유기발광표시장치의 광학적 특성을 고려하여 측정될 수도 있다.
여기서, 유기발광표시장치의 광학적 특성이란, 유기발광층에서 발산하는 광이 통과하는 모든 경로상에 위치하는 구성 요소들의 두께 및 굴절율등의 특성을 말한다. 유기발광층에서 발산하는 광이 통과하는 모든 경로 상에 위치하는 구성 요소들로는 유기발광층 및 광보상층 뿐만 아니라, 오버코트층, 칼라필터층, 보호층, 박막트랜지스터층, 기판, 편광판, 봉지층 등이 포함될 수 있다.
또한, EL 스펙트럼은 최종적으로 유기발광표시장치를 빠져나온 광의 스펙트럼을 분석한 것으로 PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼의 특성에 영향을 받는다.
유기발광층의 레이어 및 광보상층의 두께를 조절하면, 에미턴스 스펙트럼을 변경할 수 있고, 이에 따라 제 2피크 파장(P2) 및 제 4피크 파장(P4)을 변경할 수 있다.
한편, 유기발광층의 레이어 및 광보상층의 광학적 특성(두께 및 굴절율 등)을 조절하면, 에미턴스 스펙트럼을 변경할 수 있고, 이에 따라 제 2피크 파장(P2) 및 제 4피크 파장(P4)을 변경할 수 있다. 이때, 유기발광층의 레이어 및 광보상층의 광학적 특성(두께 및 굴절율 등)을 조절하면, 에미턴스 스펙트럼에서의 제 2피크 파장(P2) 및 제 4피크 파장(P4)은 동시에 변화하기 때문에 적절하게 조절할 필요가 있다.
제 1발광층의 도펀트의 도핑량을 조절하거나 도펀트의 물질을 변경하여 PL 스펙트럼에서 제 1피크 파장(P1)을 이동 시킬 수가 있고, 제 2발광층의 도펀트의 도핑량을 조절하거나 도펀트의 물질을 변경하여 PL 스펙트럼에서 제 3피크 파장(P3)을 이동시킬 수가 있다.
본 발명에 따른 유기발광표시장치는 색시야각 및 패널 효율 향상을 위해, 상기 제 1발광층 및 제 2발광층의 도펀트 특성에 따라 결정되는 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼(S1) 상에서 제 1색의 피크 파장(제 1피크 파장 : P1)은 상기 유기발광층을 구성하는 레이어 및 광보상층의 광학적 특성에 따라 결정되는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼(S2) 상의 상기 제 1색의 피크 파장(제 2피크 파장 : P2) 보다 단파장 영역에 위치시키고, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼(S1) 상에서 상기 제 2색의 피크 파장(제 3피크 파장 : P3)은 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼(S2) 상의 상기 제 2색의 피크 파장(제 4피크 파장 : P4) 보다 단파장 또는 장파장 영역에 위치시킨다.
왜냐하면, 제 1피크 파장(P1) 및 제 2피크 파장(P2)을 일치시키고 동시에 제 3피크 파장(P3) 및 제 4피크 파장(P4)을 일치시키면 EL 스펙트럼 상에서 제 1색광의 휘도 감소율이 제 2색광의 휘도 감소율보다 크기 때문에 시야각이 증가할 수록 색변화 현상이 커지고 색시야각 특성이 저하되기 때문이다.
따라서, 제 1피크 파장(P1)은 제 2피크 파장(P2)보다 단파장으로 설계하고, 제 3피크 파장(P3)은 제 4피크 파장(P4)보다 단파장 또는 장파장으로 설계하여 시야각 증가에 따른 색변화 현상을 억제하여 색시야각 특성을 개선시킨다.
이때, 제 1피크 파장(P1) 및 제 2피크 파장(P2) 간 차이는 10nm 이하이고, 제 3피크 파장(P3) 및 제 4피크 파장(P4) 간 차이는 ±10nm 이하로 설계할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제 2발광층의 도펀트 농도는 호스트(Host) 대비 10% 이상 및 25% 이하로 도핑할 수 있다.
이때, 제 2발광층의 도펀트 농도가 호스트 대비 10% 미만이 되면, 제 3피크 파장(P3)이 제 4피크 파장(P4) 보다 단파장이 된다. 이 경우 EL 스펙트럼을 분석해 보면, 시야각 증가에 따른 제 2색광의 휘도 변화는 소폭 증가 후 감소하는 경향을 나타낸다. 반면, 시야각 증가에 따른 제 1색광의 휘도 변화는 계속적으로 감소하기 때문에, 제 1색광 및 제 2색광의 휘도 변화 차이가 많아 색시야각을 개선하기 어렵다.
또한, 제 2발광층의 도펀트 농도가 호스트 대비 25%를 초과하면, 제 3피크 파장(P3)이 제 4피크 파장(P4) 보다 장파장이 되어 색시야각 특성은 개선되나, 제 2색광의 강도가 감소하게 된다. 이 경우, 적색광의 강도가 소폭 증가하더라도 제 2색광의 강도가 감소됨에 따라 전체적인 패널의 발광효율은 감소되고 소비전력이 증가된다.
한편, 제 2발광층의 도펀트 재료는 PL 스펙트럼 상의 상기 제 3피크 파장(P3)이 540nm 이상 및 575nm 이하의 파장을 갖도록 선택할 수 있다.
즉, 제 2발광층이 상기 유기발광층(180)의 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 중 제 4피크 파장(P4)보다 단파장 또는 장파장으로 이동된 제 3피크 파장(P3)을 발산하도록 하기 위해서는 제 2발광층의 도펀트 농도를 증가(10% 이상 및 25% 이하)시키거나 상대적으로 장파장(540nm 이상 및 575nm 이하)의 도펀트를 사용하면 된다.
상술한 제 1색은 청색, 제 2색은 황녹색일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 제 1색은 청색, 제 2색은 황녹색으로 설명하도록 한다.
한편, 상기 유기발광표시장치에서 방출되는 광의 0°~ 60°의 시야각 방향에서 CIE 1931 색좌표계 상의 색좌표변화량(Δu'v')은 0.02 이하가 되도록 한다. 이때, 색좌표변화량은 CIE 1931 색좌표계(u', v')를 기준으로 초기 색좌표(u'0, v'0)와 소정의 시간 t가 지난 후의 색좌표(u't, v't) 사이의 색좌표 차이로 정의된다.
색좌표변화량이 0.02 이하가 되면 사용자는 시야각에 따른 색변화(color shift) 현상을 크게 인식하지 못한다.
상술한 바와 같이, 제 1피크 파장(P1)은 제 2피크 파장(P2)보다 단파장으로 설계하고, 제 3피크 파장(P3)은 제 4피크 파장(P4)보다 단파장 또는 장파장으로 설계하면, 우선, PL 스펙트럼 및 에미턴스 스펙트럼의 매칭이 개선되어 시야각 증가에 따른 색변화(color shift) 현상이 감소되고, 색시야각 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, EL 스펙트럼 상의 적색광의 발광효율이 향상되어 Voled 전압이 감소되고, 패널의 발광효율이 개선되는 효과가 있다.
이때, Voled 전압은 제 1전극(애노드 전극) 및 제 2전극(캐소드 전극)에 인가되는 전압으로, RGBW의 각 서브화소 중에서 가장 높은 전류밀도를 내는 서브화소에 인가되는 전압을 말한다.
본 발명에 따른 유기발광표시장치는 색재현율을 향상시키고 발광효율을 향상시키기 위해 상기 발광(PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 3피크 파장)의 반치폭(Full Width at Half Maximum)을 80nm 이상으로 형성한다. 이때, 반치폭(FWHM)은 스펙트럼의 피크에서 1/2에 해당하는 진폭에서의 파장 범위를 의미한다.
일 실시예에 있어서 상기 제 2색은 황녹색(YG)일 수 있다. 황녹색의 스펙트럼은 적색 및 녹색을 포함하는 RGB 채널을 구현하는데 사용되기 때문에 상기 제 2색 피크 파장의 반치폭이 증가하면 적색 및 녹색 채널의 발광효율이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이로 인해 색재현율이 향상될 수 있다.
일 실시예에 있어서 상기 제 2색의 피크 파장의 반치폭은 80nm 이상으로 형성할 수 있다. 또한, 동일한 반치폭을 갖더라도 피크 파장의 값에 따라 적색 및 녹색 채널의 발광효율이 크게 달라질 수 있으므로, 이때 피크 파장은 540nm 이상 및 575nm 이하의 값으로 형성할 수 있다(이에 대한 실험은 실험예 4에서 설명함).
이와 같이, 제 2색의 피크 파장에서 확장된 반치폭을 갖는 스펙트럼을 구현하기 위해서 넓은 반치폭을 갖는 도펀트를 사용하는 방법, 도핑 비율(ratio)을 조절하는 방법, 다층구조의 EML을 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
다시 도3을 참조하면, 제 2전극(190)은 유기발광층(180) 상에 형성되며, 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)과 같은 금속재료를 사용할 수도 있고, ITO(Indium Tin Oxide) 또는IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명재료를 사용할 수도 있다. 이때, 제 2전극(190)은 캐소드 전극일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유기발광표시장치의 실험예에 따른 결과를 상세하게 설명한다.
<실험예 1>
도 6은 1600Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 광보상층의 두께는 1600Å으로 형성하고, HTL1/HL3/ETL2의 두께는 1250, 350, 450Å으로 형성하였다. 또한 황녹색 도펀트의 도핑량은 호스트 대비 14% 및 20%가 되도록 도핑하였다.
황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%가 되도록 도핑할 경우 14%로 도핑하였을 때보다, 패널효율(Panel Eff)이 상승하였고, Voled 값은 감소하였고, 색좌표변화량은 감소한 것을 알 수 있다.
도 7은 도 6의 실험예 1에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 7에서 알 수 있듯이, 황녹색 도펀트의 도핑량을 호스트 대비 20%가 되도록 도핑하여 3차례에 걸려 색좌표변화량을 분석하여 L11, L12, L13으로 나타내었고, 황녹색 도펀트의 도핑량을 호스트 대비 14%가 되도록 도핑하여 3차례에 걸려 색좌표변화량을 분석하여 L11, L12, L13으로 나타내었다.
황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%가 되도록 도핑할 경우 14%로 도핑하였을 때보다, 색좌표변화량이 감소하고 색시야각 특성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 8은 도 6의 실험예 1에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20% 및 14% 증가 되도록 도핑할 경우 EL 스펙트럼이 장파장 쪽으로 이동하여 적색광의 발광효율이 향상되고, Voled 전압이 감소되고, 그에 따라 패널의 발광효율이 개선된다.
<실험예 2>
도 9는 2200Å 두께의 광보상층이 형성된 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 9에서 알 수 있듯이, 광보상층의 두께는 2200Å으로 형성하고, HTL1/HL3/ETL2의 두께는 600, 450, 450Å으로 형성하였다. 또한 황녹색 도펀트의 도핑량은 호스트 대비 20%(a) 및 14%(b)가 되도록 도핑하였다.
황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%(a)가 되도록 도핑할 경우 14%(b)로 도핑하였을 때보다, 패널효율(Panel Eff)이 상승하였고, Voled 값은 감소하였고, 색좌표변화량은 감소한 것을 알 수 있다.
도 10은 도 9의 실험예 2에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 10에서 알 수 있듯이, 황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%(a)가 되도록 도핑할 경우 14%(b)로 도핑하였을 때보다, 색좌표변화량이 감소하고 색시야각 특성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 11은 도 9의 실험예 2에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 11에서 알 수 있듯이, 황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%(a) 및 14%(b)가 되도록 증가시킬 경우,EL 스펙트럼에서 확녹색 파장의 피크 파장이 장파장 쪽으로 이동하여, 결과적으로 EL스펙트럼에 변화를 주기 때문에 적색광의 발광효율이 향상되고, Voled 전압이 감소되고, 그에 따라 패널의 발광효율이 개선된다.
<실험예 3>
도 12는 광보상층이 형성되지 않은 본 발명에 따른 유기발광표시장치에서 황녹색 도펀트의 도핑량을 14% 및 20%로 증가시킨 후 특성을 분석한 도면이다.
도 12에서 알 수 있듯이, 광보상층을 형성하지 않고, 황녹색 도펀트의 도핑량은 호스트 대비 14% 및 20%가 되도록 도핑하였다.
황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%가 되도록 도핑할 경우 14%로 도핑하였을 때보다, 패널효율(Panel Eff)이 소폭 상승하였고, Voled 값은 감소하였고, 색좌표변화량은 감소한 것을 알 수 있다.
도 13은 도 12의 실험예 3에서 시야각에 따른 색좌표변화량을 나타내는 도면이다.
도 13에서 알 수 있듯이, 황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20%가 되도록 도핑할 경우 14%로 도핑하였을 때보다, 색좌표변화량이 감소하고 색시야각 특성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 14는 도 12의 실험예 3에서 도핑량에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 14에서 알 수 있듯이, 황녹색 도펀트의 도핑량이 호스트 대비 20% 및 14%가 되도록 증가될 경우, EL 스펙트럼에서 확녹색 파장의 피크 파장이 장파장 쪽으로 이동하여, 결과적으로 EL스펙트럼에 변화를 주기 때문에 적색광의 발광효율이 향상되고, Voled 전압이 감소되고, 그에 따라 패널의 발광효율이 개선된다.
<실험예 4>
도 15는 PL 스펙트럼 상의 반치폭 변경에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다. 도 15에서 가로축은 파장(wavelength, nm)이고 세로축은 휘도(intensity, a.u)를 나타낸다.
도 15에서 알 수 있듯이, 확장된 반치폭을 갖는 PL 스펙트럼(Broad YG)에서 YG 피크에 해당하는 영역은 좁은 반치폭을 갖는 PL 스펙트럼(Narrow YG) 보다 적색 및 녹색의 영역에서 높은 휘도를 나타내고 있다.
도 16은 도 15에 따른 스펙트럼의 단위 면적 당 휘도 및 전류밀도를 RGB 채널에서 측정한 실험 결과를 분석한 도표이다.
도 16에서 알 수 있듯이, 확장된 반치폭을 갖는 PL 스펙트럼(Broad YG)에서 적색(R) 채널의 발광효율(cd/A)은 동일하고, 전류밀도(mA/cm2)는 증가하였고, 녹색(G) 채널의 발광효율(cd/A)은 증가하고, 전류밀도(mA/cm2)는 감소하였다. 또한, 전체 패널효율에 있어서, 발광효율(cd/A)은 28.97 에서 31.10으로 전체적인 발광효율이 상승하였고, 색재현율은 115에서 119.8로 향상되었다.
도 17은 YG 피크 파장의 변화에 따른 휘도(intensity) 변화량을 나타내는 도면이다. 도 17에서 가로축은 파장(wavelength, nm)이고 세로축은 휘도(intensity, a.u)를 나타낸다.
도 17에서 알 수 있듯이, 확장된 반치폭을 갖는 PL 스펙트럼(Broad YG)에서 YG 피크의 파장이 변화함에 따라 스펙트럼의 형태가 변경되고, 이에 따라 패널 전체의 효율이 변화되는 것을 알 수 있다.
도 18은 도 17에 따른 스펙트럼의 컬러필터(CF) 투과 후 R, G, B 채널 각 피크 휘도 변화에 따른 효율 및 전류밀도를 분석한 도표이다.
도 18에서 알 수 있듯이, 확장된 반치폭을 갖는 PL 스펙트럼(Broad YG)에서 적색(R) 채널의 발광효율(cd/A)은 575nm에서 8.94로 가장 높고, 녹색(G) 채널의 발광효율(cd/A)은 540nm에서 35.61로 가장 높은 것을 알 수 있다. 또한, 적색(R) 채널의 전류밀도(mA/cm2)는 540nm에서 53.6으로 가장 높고, 녹색(G) 채널의 전류밀도(mA/cm2)는 575nm에서 34.8로 가장 높은 것을 알 수 있다.
그러나, 전체 패널효율에 있어서는 564nm의 YG 피크 파장을 갖는 스펙트럼의 발광효율(cd/A)이 31.10으로 가장 우수하고, 색재현율에 있어서도 119.8로 가장 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 - 유기발광표시장치 110 - 기판
TFT - 박막 트랜지스터 115 - 게이트 전극
120 - 게이트 절연층 131 - 반도체층
133 - 소스 전극 135 - 드레인 전극
140 - 제 1보호층 145 - 컬러필터
150 - 오버코트층 155 - 광보상층
160 - 제 1전극 170 - 뱅크층
180 - 유기발광층 190 - 제 2전극
TFT - 박막 트랜지스터 115 - 게이트 전극
120 - 게이트 절연층 131 - 반도체층
133 - 소스 전극 135 - 드레인 전극
140 - 제 1보호층 145 - 컬러필터
150 - 오버코트층 155 - 광보상층
160 - 제 1전극 170 - 뱅크층
180 - 유기발광층 190 - 제 2전극
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
상기 박막트랜지스터 상에 형성된 제 1전극;
상기 제 1전극 상에 형성되고 제 1색을 발산하는 제 1발광층을 포함하는 제 1스택, 상기 제 1전극 상에 형성되고 제 2색을 발산하는 제 2발광층을 포함하는 제 2스택, 및 상기 제 1스택 및 제 2스택 사이에 형성된 CGL(Charge Generation Layer)층을 포함하는 유기발광층; 및
상기 유기발광층 상에 형성된 제 2전극을 포함하고,
상기 제 1발광층 및 제 2발광층의 도펀트 특성에 따라 결정되는 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서의, 상기 제 1색의 피크 파장(제 1피크 파장)은, 유기발광장치의 광학적 특성에 따라 결정되는 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상에서의, 상기 제 1색의 피크 파장(제 2피크 파장) 보다 단파장 영역에 위치되며,
상기 제 2발광층의 도펀트 농도가 호스트(Host) 대비 10% 이상 25% 이하로 형성되거나, 또는 상기 제2발광층이 540nm 이상 및 575nm 이하의 파장을 발산시키도록 하는 도펀트 재료를 이용하여, 상기 제2발광층이 형성되어, 상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상에서의, 상기 제 2색의 피크 파장(제 3피크 파장)이, 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상에서의, 상기 제 2색의 피크 파장(제 4피크 파장) 보다 단파장 또는 장파장 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 1항에 있어서,
상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장(상기 제 1피크 파장) 및 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 1색의 피크 파장(상기 제 2피크 파장)의 차이는 10nm 이하이고,
상기 발광(Photoluminescence : PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 3피크 파장) 및 상기 에미턴스(Emittance) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 4피크 파장)의 차이는 ±10nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1색은 청색, 상기 제 2색은 황녹색인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 유기발광표시장치에서 방출되는 광의 0°~ 60°의 시야각 방향에서 CIE 1931 색좌표계 상의 색좌표변화량(Δu'v')은 0.02 이하가 되는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 1항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터 및 제 1전극 사이에 오버코트층 및 광보상층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 7항에 있어서,
상기 광보상층의 굴절율은 1.8 이상 및 2.3 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 7항에 있어서,
상기 광보상층의 두께는 1100Å 이상 및 2500Å 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 1항에 있어서,
상기 발광(PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 3피크 파장)의 반치폭(Full Width at Half Maximum)은 80nm 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치. - 제 10항에 있어서,
상기 발광(PL) 스펙트럼 상의 상기 제 2색의 피크 파장(상기 제 3피크 파장)의 피크 파장은 540nm 이상 및 575nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
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