KR102330203B1 - 발광 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적외선 발광층, 상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층, 그리고 상기 녹색 공진 보조층과 상기 녹색 발광층 사이에 위치하는 차단층을 포함하고, 상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 물질을 포함하며 상기 차단층의 LUMO 에너지는 상기 녹색 발광층이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 크다.

Description

발광 표시 장치{LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE}
본 개시는 발광 표시 장치에 관한 것이다.
발광 소자는 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 양극과 음극 사이에 위치하는 발광층 내에서 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고 엑시톤이 안정화되면서 광을 방출하는 소자이다.
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.
발광 소자를 포함하는 발광 표시 장치에서 센서 구현을 위해 센서 모듈을 추가해야 하는 경우가 있다. 이때, 센서 모듈 제작으로 인해 공정에 소요되는 시간이나 비용이 증가할 수 있다.
실시예들이 해결하고자 하는 과제는 표시 영역에 위치하는 적외선 발광 소자를 포함하고 발광 효율이 우수한 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적외선 발광층, 상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층, 그리고 상기 녹색 공진 보조층과 상기 녹색 발광층 사이에 위치하는 차단층을 포함하고, 상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 물질을 포함하며 상기 차단층의 LUMO 에너지는 상기 녹색 발광층이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 크다.
상기 차단층의 LUMO 에너지는 -2.0 eV 보다 클 수 있다.
상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 상기 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 클 수 있다.
상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 2.7 eV 이상일 수 있다.
상기 차단층의 두께는 150 Å 이상일 수 있다.
상기 차단층은 적어도 2 개의 층을 포함할 수 있다.
상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 층에 위치할 수 있다.
상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 적외선 발광 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 적외선 발광 도펀트는 금속 착화합물, DAD(Donor-Acceptor-Donor) 화합물 및 란타나이드 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적외선 발광층, 상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층, 상기 녹색 공진 보조층과 상기 녹색 발광층 사이에 위치하는 차단층을 포함하고, 상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 물질을 포함하며, 상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 상기 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 크다.
전술한 실시예들에 따르면 적외선 발광 소자가 적색, 녹색 및 청색 발광 소자와 함께 표시 영역에 위치하므로 공정이 단순화된 발광 표시 장치를 구현할 수 있다.
또한 발광 표시 장치의 물리적 버튼을 대체하여 지문 센서 등을 구현하여 표시 영역의 면적을 증가시킬 수 있다.
또한 발광 효율이 우수한 발광 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 발광 소자의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 반복되는 복수의 발광 소자들에 대한 개략적인 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 녹색 발광 소자의 층별 에너지 준위를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 2의 변형 실시예에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 발광 소자를 포함하는 발광 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
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.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 발광 소자의 배치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에서 반복되는 복수의 발광 소자들에 대한 개략적인 단면 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 실시예에 따른 녹색 발광 소자의 층별 에너지 준위를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 발광 표시 장치의 기판(23) 위에는 서로 다른 파장을 가지는 광을 방출하는 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)가 행렬로 배열될 수 있다.
평면상 제1 방향(D1)을 따라 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)가 교대로 배열될 수 있다. 제1 방향(D1)과 직교하는 제2 방향(D2)을 따라 동일한 파장의 광을 방출하는 발광 소자가 배열될 수 있다.
본 명세서는 적외선 발광 소자(IR)가 녹색 발광 소자(G)와 청색 발광 소자(B) 사이에 위치하는 실시예를 설명하였으나 이에 한정되지 않고 적색 발광 소자(R)와 청색 발광 소자(B) 사이 또는 적색 발광 소자(R)와 녹색 발광 소자(G) 사이에 위치할 수도 있음은 물론이다.
적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G) 및 청색 발광 소자(B) 각각은 화면을 구성하는 최소 단위의 명암을 나타내는 점일 수 있다. 적외선 발광 소자(IR)는 조도 센서, 근접 센서, 지문 인식 센서, 홍채 인식 센서 또는 정맥 센서 등으로 기능하기 위해 필요한 약 700 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 적외선을 방출하는 영역일 수 있다.
적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)는 하나의 화소군(PXG)을 이룰 수 있다. 기판(23) 상에는 복수의 화소군(PXG)이 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 상하좌우로 배열될 수 있다.
본 명세서는 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)를 포함하는 화소군(PXG)이 반복 배열되는 실시예를 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 적외선 발광 소자(IR)는 모든 화소군(PXG)에 포함되지 않으며 일부 화소군(PXG)에만 포함되는 실시예도 가능할 수 있다. 일 예로 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G) 및 청색 발광 소자(B)를 포함하는 제1 화소군과 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)를 포함하는 제2 화소군(PXG)이 교번하여 배열된 형태를 가질 수 있다. 전술한 화소군의 배열에 한정되지 않고 다양한 방법에 의해 복수의 화소군이 기판(23) 상에 배열될 수 있다. 센싱의 정확성을 위해 규칙성을 가지면서 화소군이 배열될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 하나의 화소군(PXG)에 대한 단면 구조를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 1에서 설명한 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)에 각각 대응하는 구조에 대해 이하에서 설명한다.
도 2를 참고하면, 적색 발광 소자(R)에 대응하는 영역에는 기판(23) 위에 위치하는 제1 전극(120), 제1 전극(120)과 중첩하는 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 적색 발광층(150R), 제1 전극(120)과 적색 발광층(150R) 사이에 위치하는 정공 전달 영역(130), 정공 전달 영역(130)과 적색 발광층(150R) 사이에 위치하는 적색 공진 보조층(150R'), 적색 발광층(150R)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 수송 영역(160), 전자 수송 영역(160)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입 영역(180) 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)이 위치한다.
녹색 발광 소자(G)에 대응하는 영역에는 제1 전극(120), 제1 전극(120)과 중첩하는 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 녹색 발광층(150G), 제1 전극(120)과 녹색 발광층(150G) 사이에 위치하는 정공 전달 영역(130), 정공 전달 영역(130)과 녹색 발광층(150G) 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층(150G') 및 차단층(150BL), 녹색 발광층(150G)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 수송 영역(160), 전자 수송 영역(160)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입 영역(180) 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)이 위치한다.
적외선 발광 소자(IR)에 대응하는 영역에는 제1 전극(120), 제1 전극(120)과 중첩하는 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 적외선 발광층(150IR), 제1 전극(120)과 적외선 발광층(150IR) 사이에 위치하는 정공 전달 영역(130), 적외선 발광층(150IR)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 수송 영역(160), 전자 수송 영역(160)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입 영역(180) 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)이 위치한다.
청색 발광 소자(B)에 대응하는 영역에는 제1 전극(120), 제1 전극(120)과 중첩하는 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 청색 발광층(150B), 제1 전극(120)과 청색 발광층(150B) 사이에 위치하는 정공 전달 영역(130), 정공 전달 영역(130)과 청색 발광층(150B) 사이에 위치하는 청색광 보조층(BIL), 청색 발광층(150B)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 수송 영역(160), 전자 수송 영역(160)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입 영역(180) 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)이 위치한다.
적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)에 대응하는 영역 각각에 위치하는 제1 전극(120), 정공 전달 영역(130), 전자 수송 영역(160), 전자 주입 영역(180), 제2 전극(190) 및 캡핑층(200)에는 공통된 설명이 적용될 수 있다. 이하에서는 각각의 발광층 및 발광층에 인접한 다른 구성요소에 대해 먼저 설명한다.
우선 적외선 발광 소자(IR)에 대응하는 영역을 먼저 살펴본다. 적외선 발광 소자(IR)는 적외선 발광층(150IR)을 포함한다.
적외선 발광층(150IR)은 약 700 나노미터 내지 약 1000 나노미터의 파장대를 가지는 광을 방출 수 있다. 바람직하게는 약 850 나노미터 내지 950 나노미터의 파장대를 가지는 광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서 적외선 발광층(150IR)은 녹색 공진 보조층(150G')과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 적외선 발광층(150IR)은 녹색 공진 보조 물질과, 녹색 공진 보조 물질에 도핑된 적외선 발광 도펀트를 포함할 수 있다.
적외선 발광 도펀트는 금속 착화합물, DAD(Donor-Acceptor-Donor) 화합물 및 란타나이드 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 금속 착화합물에 포함된 금속은 Pt, Pd, Cu 및 Zn 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 금속 착화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물일 수 있다.
Figure 112017093491929-pat00001
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, L은 N 또는 CR'이고, M은 Pt, Pd, Cu, Zn, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Ag, Au, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, Cl, Br, I, At, 란탄족 원소 또는 악티늄족 원소일 수 있다.
상기 R은 Cl, Br, I, At 및 피롤 고리의 β 탄소에 결합된 원자 중에서 독립적으로 선택되고, 여기서 β 탄소에 결합된 원자는 B, C, N, O, Si, P, S, Cl, Ge, As, Se, Br, In, Sn, Sb, Te, I, Tl, Pb, Bi, Po 및 At 중에서 선택되고, 동일 피롤 고리에 결합된 2개의 인접 R기는 피롤 고리의 2개의 β 탄소와 함께 카르보사이클릭기 또는 헤테로사이클릭기를 형성할 수 있다.
상기 CR'에서 R'은 페닐기, 톨릴기, 크실레닐기, 메시틸기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기 또는 이소프로필기일 수 있다.
다음 녹색 발광 소자(G)는 녹색 발광층(150G)을 포함할 수 있다.
녹색 발광층(150G)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질을 포함할 수 있다. 또는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광 물질을 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
녹색 발광층(150G)과 제1 전극(120) 사이에 녹색 공진 보조층(150G')이 위치할 수 있다. 녹색 공진 보조층(150G')은 색상에 따른 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층이다.
녹색 공진 보조층(150G')은 공진 보조 물질과, 공진 보조 물질에 도핑된 적외선 발광 도펀트를 포함할 수 있다. 녹색 공진 보조층(150G')은 적외선 발광층(150IR)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 녹색 공진 보조층(150G')과 적외선 발광층(150IR)은 동일한 공정 단계에서 형성될 수 있다. 동일한 공정 단계에서 형성되는 것은 동일한 마스크를 사용하여 형성되는 것을 의미할 수 있다. 일예로 열증발법 등을 이용하여 적외선 발광 도펀트가 도핑된 공진 보조 물질을 포함하는 녹색 공진 보조층(150G')과 적외선 발광층(150IR)을 형성할 수 있다.
녹색 공진 보조층(150G')과 적외선 발광층(150IR)은 서로 이웃하는 화소 정의막(25) 사이에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 적외선 발광층(150IR)이 녹색 발광 소자(G)를 제조하는 공정을 통해 동시에 형성될 수 있으므로 단순한 공정을 통해 적외선 발광 소자(IR)가 표시 영역에 위치하는 표시 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 녹색 발광 소자(G)는 녹색 공진 보조층(150G')과 녹색 발광층(150G) 사이에 위치하는 차단층(150BL)을 포함할 수 있다.
녹색 발광 소자(G)의 에너지 준위를 나타낸 도 3을 참조하면 차단층(150BL)의 LUMO 에너지는 녹색 발광층(150G)이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 클 수 있다. 일 예로 차단층(150BL)의 LUMO 에너지는 약 -2.0 eV 보다 클 수 있다. 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지는 약 -2.0 eV 이하일 수 있다. 차단층(150BL)은 녹색 발광층(150G)으로 주입된 전자가 차단층(150BL)을 통해 녹색 공진 보조층(150G')으로 주입되는 것을 방지할 수 있다.
차단층(150BL)의 삼중항 여기 에너지(T1)는 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 클 수 있다. 일 예로 차단층(150BL)의 삼중항 여기 에너지(T1)는 약 2.7 eV 이상일 수 있다. 발광층(150G)의 삼중항 여기 에너지는 약 2.3eV 내지 약 2.5 eV일 수 있다. 차단층(150BL)의 삼중항 여기 에너지(T1)는 발광층(150G)의 삼중항 여기 에너지 보다 큰 값을 가짐을 통해 발광층(150G)의 엑시톤이 녹색 공진 보조층(150G')으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
차단층(150BL)의 두께는 약 150 Å 이상일 수 있다. 차단층(150BL)의 두께가 약 150 Å 미만인 경우 차단층(150BL)이 전자 또는 엑시톤의 이동을 저지하는 효과가 미미하여 녹색 발광층의 발광 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 녹색 발광층(150G)과 녹색 공진 보조층(150G') 사이에 차단층(150BL)이 위치할 수 있다. 일 실시예에 따른 녹색 공진 보조층(150G')은 적외선 발광 도펀트를 포함한다. 이러한 녹색 공진 보조층(150G')과 녹색 발광층(150G)이 별도의 차단층(150BL) 없이 접촉하는 경우 녹색 발광층(150G)으로 이동한 전자가 녹색 공진 보조층(150G')으로 이동하거나 발광층(150G)에서 형성되는 엑시톤이 녹색 공진 보조층(150G')으로 이동하여 녹색 발광층(150G)의 발광 효율이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 녹색 발광층(150G)과 녹색 공진 보조층(150G') 사이에 위치하는 차단층(150BL)을 포함함으로써 불필요한 전자의 이동 또는 엑시톤의 이동을 방지하여 녹색 발광층(150G)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
다음, 청색 발광 소자(B)는 청색 발광층(150B)을 포함한다.
청색 발광층(150B)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic 를 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질을 포함할 수 있다. 이와 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 형광 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
청색 발광층(150B)과 제1 전극(120) 사이에 청색광 보조층(BIL)이 위치할 수 있다. 청색광 보조층(BIL)은 청색 발광층(150B)의 출광 효율을 높일 수 있다. 구체적으로 청색광 보조층(BIL)은 정공 전하 밸런스(hole Charge Balance)를 조절하여 청색 발광층(150B)의 출광 효율을 높일 수 있다.
다음 적색 발광 소자(R)는 적색 발광층(150R)을 포함한다.
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) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있다. 또는 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 페릴렌(Perylene)을 포함하는 형광 물질을 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
적색 발광층(150R)과 제1 전극(120) 사이에 적색 공진 보조층(150R')이 위치할 수 있다. 적색 공진 보조층(150R')은 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층이다. 적색 공진 보조층(150R')은 공진 보조 물질을 포함할 수 있다.
전술한 적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G) 및 청색 발광층(150B)은 유기 물질로만 이루어질 필요가 없고 양자점과 같은 무기 물질을 포함할 수도 있다.
이하에서는 적색 발광 소자(R), 녹색 발광 소자(G), 적외선 발광 소자(IR) 및 청색 발광 소자(B)에 공통되는 구성에 대해 설명하기로 한다.
제1 전극(120)은 반사 전극일 수 있다. 반사 전극은 발광층(150)에서 발생한 광을 제2 전극(190)으로 보내기 위해 광을 반사하는 성질을 갖는 물질을 포함하는 전극일 수 있다. 반사하는 성질은 입사광에 대한 반사율이 약 70% 이상 약 100% 이하이거나 약 80% 이상 약 100% 이하임을 나타낼 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.
제1 전극(120)은 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deposition)법 또는 전자빔 증착(electron beam deposition)법 등을 이용해서 형성될 수 있다.
정공 전달 영역(130)은 제1 전극(120)과 발광층(150) 사이에 위치하는 부대 영역일 수 있다. 정공 전달 영역(130)은 정공 주입 영역과 정공 수송 영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 주입 영역은 제1 전극(120)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하고, 정공 수송 영역은 정공 주입 영역으로부터 전달되는 정공을 발광층(150)으로 원활하게 전달하는 기능을 수행한다.
정공 전달 영역(130)은 정공 주입 영역 위에 정공 수송 영역이 위치하는 2층 구조를 가지거나 정공 주입 영역을 이루는 물질과 정공 수송 영역을 이루는 물질이 혼합된 단일층 구조를 가질 수 있다.
정공 전달 영역(130)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 일 예로 정공 전달 영역(130)은 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)를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
정공 전달 영역(130) 위에 발광층(150)이 위치한다. 발광층(150)은 특정 파장을 가지는 광을 방출하는 발광 물질을 포함한다. 발광층(150)의 두께는 약 10nm 내지 약 50nm일 수 있다.
발광층(150)은 전술한 적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 청색 발광층(150B) 및 적외선 발광층(150IR)을 포함한다. 이들은 제1 전극(120)의 상부면에 평행한 방향으로 수평 배치되어 있다.
적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 적외선 발광층(150IR) 및 청색 발광층(150B) 중에서 서로 이웃하는 층들 사이에는 화소 정의막(25)이 위치할 수 있다.
발광층(150)과 제2 전극(190) 사이에 전자 수송 영역(160) 및 전자 주입 영역(180)이 차례로 위치할 수 있다. 전자 수송 영역(160)은 발광층(150)에 인접하도록 위치하고, 전자 주입 영역(180)은 제2 전극(190)에 인접하도록 위치한다.
전자 수송 영역(160)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(160)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 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
전자 수송 영역(160)은 제2 전극(190)으로부터 주입된 전자를 발광층(150)으로 전달할 수 있다. 또한 전자 수송 영역(160)은 제1 전극(120)으로부터 주입된 정공이 발광층(150)을 통과하여 제2 전극(190)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 전자 수송 영역(160)은 정공 저지층의 역할을 하며 발광층(150)에서 정공과 전자가 결합하는 것을 돕는다.
전자 주입 영역(180)은 제2 전극(190)으로부터 전자 수송 영역(160)으로 전자 주입을 개선하는 역할을 한다.
전자 주입 영역(180)은 제1 성분과 제2 성분이 결합된 이온성 화합물을 포함할 수 있다. 제1 성분은 이온성 화합물이 이온화될 때 양이온이 되는 원소이고, 제2 성분은 음이온이 되는 원소일 수 있다.
일 실시예에서 전자 주입 영역(180)의 두께는 약 2 옹스트롬 내지 25 옹스트롬일 수 있다.
일 실시예에서 제2 전극(190)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 이테르븀(Yb)을 포함하는 군에서 선택되는 둘 이상의 물질로 이루어진 합금을 포함할 수 있다. 제2 전극(190)은 AgMg 또는 AgYb를 포함할 수 있으며, 제2 전극(190) 중 Ag의 함량이 Mg 또는 Yb의 함량보다 많을 수 있다. Mg 또는 Yb의 함량은 약 10 부피%일 수 있다.
제2 전극(190)은 제1 전극(120)과 같이 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deposition)법, 또는 전자빔 증착(electron beam deposition)법 등을 이용해서 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
캡핑층(200)은 유기물로 이루어진 유기 캡핑층, 무기물로 이루어진 무기 캡핑층 또는 유기물 및 무기물을 포함한 복합 캡핑층을 포함할 수 있다. 캡핑층(200)은 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
캡핑층(200)은 카보시클릭 화합물, 헤테로시클릭 화합물, 아민계 화합물, 포르핀 유도체 (porphine derivatives), 프탈로시아닌 유도체 (phthalocyanine derivatives), 나프탈로시아닌 유도체 (naphthalocyanine derivatives), 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 카보시클릭 화합물, 헤테로시클릭 화합물 및 아민계 화합물은, 선택적으로, O, N, S, Se, Si, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한 치환기로 치환될 수 있다. 일 실시예에 따르면 캡핑층(200)은 서로 독립적으로 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치에 대해 설명한다. 도 4는 도 2의 변형 실시예에 따른 단면도이며, 전술한 구성요소와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략할 수 있다.
도 4의 실시예에 따른 발광 표시 장치는 녹색 발광층(150G)과 녹색 공진 보조층(150G') 사이에 위치하는 복수의 차단층(150BL1, 150BL2)을 포함한다.
변형 실시예에 따른 차단층(150BL1, 150BL2)은 복수의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 본 명세서는 2개의 층으로 이루어진 차단층(150BL1, 150BL2)을 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 2개 이상의 층을 포함할 수 있다.
복수의 차단층(150BL1, 150BL2) 각각의 LUMO 에너지는 녹색 발광층(150G)이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 클 수 있다. 또는 복수의 차단층(150BL1, 150BL2) 중 적어도 하나의 LUMO 에너지는 녹색 발광층(150G)이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 클 수 있다. 일 예로 적어도 하나의 차단층(150BL1, 150BL2)의 LUMO 에너지는 약 -2.0 eV 보다 클 수 있다.
복수의 차단층(150BL1, 150BL2) 각각의 삼중항 여기 에너지(T1)는 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 클 수 있다. 또는 복수의 차단층(150BL1, 150BL2) 중 적어도 하나의 삼중항 여기 에너지(T1)는 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 클 수 있다. 일 예로 적어도 하나의 복수의 차단층(150BL1, 150BL2)의 삼중항 여기 에너지(T1)은 약 2.7 eV 이상일 수 있다.
복수의 차단층(150BL1, 150BL2)의 두께의 합은 약 150 Å 이상일 수 있다. 전체 두께가 약 150 Å 미만인 경우 차단층(150BL1, 150BL2)이 전자의 이동을 저지하는 효과가 미미하여 녹색 발광층의 발광 효율이 저하될 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 발광층(150)과 전자 수송 영역(160) 사이에 위치하는 버퍼층(160BL)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(160BL)은 발광층(150)으로 주입되는 전자의 양을 효율적으로 제어할 수 있다.
이하에서는 표 1 내지 표 3을 참조하여 실시예 및 비교예에 따른 발광 표시 장치의 발광 효율에 대해 살펴본다.
비교예 1은 녹색 발광층과 공진 보조 물질만을 포함하는 녹색 공진 보조층을 포함하는 소자이고, 비교예 2는 녹색 발광층과 적외선 발광 도펀트를 포함하는 녹색 공진 보조층을 포함하는 소자이다. 비교예 3, 비교예 4, 실시예 1 및 실시예 2는 녹색 발광층 및 적외선 발광 도펀트를 포함하는 녹색 공진 보조층과 함께 표 1에 따른 물성을 가지는 차단층을 더 포함하는 소자이다.
HOMO(eV) LUMO(eV) T1(eV)
비교예 3 -5.38 -2.92 2.19
비교예 4 -5.21 -1.88 2.58
실시예 1 -5.39 -1.79 2.73
실시예 2 -5.28 -1.81 2.74
녹색 발광층 -5.39 -2.88 -
비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 실시예 2에 따른 발광 소자에 대한 발광 효율을 표 2에 나타냈다.
Op. V Cd/A CIE_x CIE_y
비교예 1 4.1 156.6 0.234 0.728
비교예 2 4.6 140.2 0.231 0.732
비교예 3 5.0 85.3 0.231 0.730
비교예 4 5.1 104.2 0.241 0.723
실시예 1 4.7 157.1 0.233 0.729
실시예 2 5.3 156.8 0.231 0.731
표 2에 따르면, 본 발명의 일 실시예와 같이 표시 영역에 적외선 발광 소자를 형성하기 위해 녹색 공진 보조층이 적외선 발광 도펀트를 포함하는 비교예 2의 경우, 녹색 공진 보조층이 적외선 발광 도펀트를 포함하지 않는 비교예 1 대비 발광 효율이 10% 정도 감소하는 경향을 나타낸다. 적외선 발광 도펀트를 포함하는 녹색 공진 보조층에 의해 발광층에 위치하는 전자 또는 엑시톤이 이동함에 따른 효율 저하로 볼 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 비교예 3, 비교예 4, 실시예 1 및 실시예 2와 같이 소정의 물성을 가지는 차단층을 녹색 공진 보조층과 녹색 발광층 사이에 위치시킬 수 있다.
그러나 표 2를 참조하면 단순히 차단층을 포함한다고 해서 발광 소자의 발광 효율이 향상되는 것이 아님을 확인하였다. 구체적으로 실시예 1 및 실시예 2와 같이 차단층의 LUMO 에너지가 -2.0 eV 이상이고 삼중항 여기 에너지가 2.7 eV 이상인 경우 녹색 공진 보조층이 별도의 적외선 발광 도펀트를 포함하지 않는 비교예 1과 비슷한 수준의 발광 효율을 나타냄을 확인하였다. 또한 실시예 1 및 실시예 2는 적외선 발광 도펀트를 포함하는 녹색 공진 보조층을 가지는 비교예 2 대비 상당 수준으로 발광 효율이 향상됨을 확인하였다.
그러나 차단층의 LUMO 에너지가 -2.0 eV 보다 작거나 삼중항 여기 에너지가 2.7 eV보다 작은 비교예 3 및 비교예 4의 경우 비교예 1 및 비교예 2에 비해서도 상당 정도 발광 효율이 감소함을 확인하였다.
이하에서는 표 3을 참조하여 차단층의 두께에 따른 발광 효율에 대해 살펴본다. 비교예 5은 차단층의 두께는 100 Å이고, 실시예 3은 차단층의 두께가 150 Å이고, 실시예 4는 차단층의 두께가 250 Å인 소자이다.
소자구조 Op. V Cd/A CIE_x CIE_y
비교예 1 4.1 156.6 0.234 0.728
비교예 5 4.9 148.7 0.238 0.727
실시예 3 5.0 156.9 0.239 0.725
실시예 4 5.1 158.3 0.227 0.733
비교예 5, 실시예 3 및 실시예 4에 따른 발광 소자의 발광 효율을 살펴본 결과, 표 3에 기재된 바와 같이 차단층의 두께가 약 150 Å 이상인 실시예 3 및 실시예 4는 비교예 1과 유사하거나 향상된 수준의 발광 효율을 나타냈으나 차단층의 두께가 100 Å인 비교예 5의 경우 비교예 1 대비 발광 효율이 저하됨을 확인하였다.
전자 및 엑시톤이 녹색 공진 보조층으로 주입되는 현상을 효과적으로 방지하기 위해서는 적어도 150 Å 두께의 차단층을 포함해야 함을 확인할 수 있었다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치에 대해 살펴본다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 적외선 발광 소자를 형성한 발광 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 좌측 도면은 주변 영역(PA)에 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)가 위치하는 발광 표시 장치에 관한 것이다. 이 경우 제1 센서(S1)는 근접 센서 역할을 할 수 있고, 제2 센서(S2)는 물리적인 버튼을 적용하여 지문 센서 역할을 할 수 있다. 이와 같은 발광 표시 장치는 발광 소자와 별도로 센서 모듈을 제조해야 하므로 공정이 복잡할 수 있다.
도 5의 우측 도면은 표시 영역(DA)이 표시 장치의 외곽까지 확장된 발광 표시 장치이다. 앞에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 발광 소자 배열을 사용하면, 도 5의 오른쪽 도면과 같이 물리적인 버튼을 제거하여 실질적으로 전면을 디스플레이 할 수 있는 발광 표시 장치를 구현할 수 있다.
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.
R: 적색 발광 소자
G: 녹색 발광 소자
B: 청색 발광 소자
IR: 적외선 발광 소자
150: 발광층

Claims (18)

  1. 기판 위에 위치하는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 평면상 서로 이격되고, 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적외선 발광층,
    상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층, 그리고
    상기 녹색 공진 보조층과 상기 녹색 발광층 사이에 위치하는 차단층을 포함하고,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 물질을 포함하며 상기 차단층의 LUMO 에너지는 상기 녹색 발광층이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 큰 발광 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 차단층의 LUMO 에너지는 -2.0 eV 보다 큰 발광 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 상기 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 큰 발광 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 2.7 eV 이상인 발광 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 차단층의 두께는 150 Å 이상인 발광 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 차단층은 적어도 2 개의 층을 포함하는 발광 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 층에 위치하는 발광 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 적외선 발광 도펀트를 포함하는 발광 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 적외선 발광 도펀트는 금속 착화합물, DAD(Donor-acceptor-donor) 화합물 및 란타나이드 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 표시 장치.
  10. 기판 위에 위치하는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 위치하는 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 평면상 서로 이격되고, 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적외선 발광층,
    상기 녹색 발광층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 녹색 공진 보조층,
    상기 녹색 공진 보조층과 상기 녹색 발광층 사이에 위치하는 차단층을 포함하고,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 물질을 포함하며,
    상기 녹색 발광층은 녹색 발광 도펀트를 포함하고,
    상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 상기 녹색 발광 도펀트의 삼중항 여기 에너지(T1) 보다 큰 발광 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 차단층의 LUMO 에너지는,
    상기 녹색 발광층이 포함하는 녹색 발광 도펀트의 LUMO 에너지 보다 큰 발광 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 차단층의 LUMO 에너지는 -2.0 eV 보다 큰 발광 표시 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 차단층의 삼중항 여기 에너지(T1)는 2.7 eV 이상인 발광 표시 장치.
  14. 제10항에서,
    상기 차단층의 두께는 150 Å 이상인 발광 표시 장치.
  15. 제10항에서,
    상기 차단층은 적어도 2 개의 층을 포함하는 발광 표시 장치.
  16. 제10항에서,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 동일한 층에 위치하는 발광 표시 장치.
  17. 제10항에서,
    상기 적외선 발광층과 상기 녹색 공진 보조층은 적외선 발광 도펀트를 포함하는 발광 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 적외선 발광 도펀트는 금속 착화합물, DAD(Donor-acceptor-donor) 화합물 및 란타나이드 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 표시 장치.

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