KR20200135744A - 패턴화되지 않은 발광 스택을 갖는 oled 디스플레이 패널 - Google Patents

패턴화되지 않은 발광 스택을 갖는 oled 디스플레이 패널 Download PDF

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KR20200135744A
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마이클 해크
마이클 스튜어트 위버
니콜라스 제이 톰슨
줄리아 제이 브라운
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유니버셜 디스플레이 코포레이션
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Abstract

개별 서브픽셀을 제공하기 위한 색 변경층 및 하향변환층과 함께, 패턴화되지 않은 유기 발광층의 스택을 포함하는 풀 컬러 디스플레이 배열 및 디바이스 아키텍처가 제공되며, 여기에서 발광 스택은 2개 이하의 상이한 발광 색을 포함한다.

Description

패턴화되지 않은 발광 스택을 갖는 OLED 디스플레이 패널{OLED DISPLAY PANEL WITH UNPATTERNED EMISSIVE STACK}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 5월 23일 출원된 미국 가출원 제62/851,731호, 및 2019년 11월 8일에 출원된 미국 가출원 제62/933,046호의 이익을 주장하며, 상기 특허 문헌의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
분야
본 발명은 발광 물질의 다중 패턴화되지 않은 블랭킷층을 포함하는 OLED용 배열, 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는 데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 이점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 디바이스를 가로질러 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명, 및 백라이팅(backlighting)과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 재료 및 구성은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색으로 지칭되는 특정 색을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 대안적으로 OLED는 백색광을 방출하도록 설계될 수 있다. 통상적인 액정 디스플레이에서, 백색 백라이트에서 나온 방출이 흡수 필터를 사용하여 필터링되어 적색, 녹색 및 청색 방출을 생성한다. 동일한 기법이 또한 OLED에도 사용될 수 있다. 백색 OLED는 단일 EML 디바이스 또는 스택 구조일 수 있다. 색은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 중합체 물질 뿐만 아니라 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
본원에서 사용된 바와 같이, 발광 성분은 그 성분에 의해 방출된 에너지의 전부, 또는 실질적으로 전부가 발생하는 색 범위로 설명될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 사용된 바와 같이, "적색" 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 약 590 ∼ 700 nm 범위의 광을 방출하는 것들을 지칭하고; "녹색" 층, 물질, 영역 또는 디바이스는 약 500 ∼ 590 nm 범위에 피크 파장을 지닌 발광 스펙트럼을 갖는 것들을 지칭하며; "청색" 층, 물질, 또는 디바이스는 약 400 ∼ 500 nm 범위에 피크 파장을 지닌 발광 스펙트럼을 갖는 것들을 지칭한다. 일부 배열에서, 발광 성분은, 이것이 500 ∼ 550 nm 범위에 피크 파장을 갖는 경우에 "진녹색"으로 기술될 수 있다. 일부 배열에서, 발광 성분은 "진청색" 또는 "연청색"으로 기술될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "진청색" 성분은 "연청색" 성분의 피크 발광 파장보다 적어도 약 4 nm 작은 피크 발광 파장을 갖는 것들을 지칭한다. 통상적으로, "연청색" 성분은 약 465 ∼ 500 nm 범위의 피크 발광 파장을 갖고, "진청색" 성분은 약 400 ∼ 470 nm 범위의 피크 발광 파장을 갖지만, 이들 범위는 일부 구성에 있어서 달라질 수 있다. 일부 구성은 연청색 및 진청색 발광을 제공하는 별개의 발광 성분들을 포함할 수 있으나, 각각의 성분이 일반적으로 "청색" 성분으로 지칭될 수도 있다. 일부 구성은 연녹색 및 진녹색 발광을 제공하는 별개의 발광 성분들을 포함할 수 있으나, 각각의 성분이 일반적으로 "녹색" 성분으로 지칭될 수도 있다.
하나 이상의 디바이스 내의 상이한 발광 성분들은, 상이한 물질들을 포함하면서, 동일한 "색"의 광, 즉 적색, 녹색, 청색, 연청색, 진청색 등을 방출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 단일 디바이스는 동일하거나 상이한 발광 물질을 포함할 수 있는 2개의 "녹색" 발광 성분을 가질 수 있다. 따라서, 2개의 청색 발광 성분 및 2개의 녹색 발광 성분을 갖는 디바이스는 2가지 색의 발광 성분만을 포함하는 것으로 기술될 수 있으나, 녹색 성분은 동일하거나 상이한 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 청색 성분은 동일하거나 상이한 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 발광 성분들은 각각이 전술한 바와 같은 범위 내의 색을 방출하는 경우, 이들이 공통 범위 내에서 상이한 발광 스펙트럼을 가질 수 있더라도, "동일한 색"을 방출하는 것으로 기술될 수 있다. 다른 예로서, 2개의 발광층은 동일한 호스트 및 도펀트를 상이한 농도로 포함할 수 있으며, 이로 인해 두 층은 "동일한 색"을 방출하지만 상이한 발광 스펙트럼을 갖는다.
일부 경우에서, 디바이스 중 발광 성분은 그 성분에 의해 방출된 광에 의해 점유된 색공간과 관련하여 설명될 수 있다. 예를 들어, 두 발광 성분은, 각각이 상기 정의된 바와 같은 적색, 녹색 또는 청색(진청색 및/또는 연청색을 포함)의 광을 방출하지만, 얻기 위해서는 통상적으로 다수의 RGB 색이 필요한 황색 또는 백색과 같은 "조합" 색을 방출하지 않는 경우, "RGB 색"을 방출하는 것으로 본원에 기술될 수 있다. 두 성분은, 각각이 상이한 RGB 색을 방출하는 경우, "상이한 RGB 색"을 방출하는 것으로 기술될 수 있다. 마찬가지로, 디바이스는 그 디바이스에 의해 방출된 "상이한 RGB 색"과 같은 "상이한" 색의 개수를 특징으로 할 수 있다. 앞서 개시한 바와 같이, 디바이스는 동일한 색 내에서 방출하지만 동일한 발광 스펙트럼을 갖지 않고/않거나 상이한 발광 물질을 사용하는 다수의 발광 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 녹색 및 청색 RGB 발광 성분만을 포함하는 디바이스는, 그 디바이스 내의 개별 녹색 발광 성분 및/또는 청색 발광 성분의 수에 관계없이 "2개의 상이한 RGB 색"의 발광 성분을 포함하는 것으로 기술될 수 있다. 마찬가지로, 앞서 개시한 바와 같이 "진청색" 및 "연청색"은 청색의 동일한 "상이한 RGB 색"에 속하고, "진녹색" 발광 성분은 "상이한 RGB" 녹색이다. "상이한 RGB 색" 발광 성분은 황색 또는 백색 발광 영역과 같은 "조합된" 성분이 아니긴 하지만, 이러한 영역은 자체적으로 "상이한 RGB 색"을 방출하는 것으로 간주될 수 있는 하위 층들을 포함할 수 있는데, 그 영역의 총 발광은 상이한 RGB 적색, 녹색, 또는 청색이 아니기 때문이다. 이 경우, 조합된 성분은 색공간 내에서 원색을 방출하는 2개 이상의 발광 성분으로 만들어지며, 자체적으로는 원색을 방출하지 않는다. 예를 들어, RGB 색공간은 원하는 색을 생성하기 위해 적색, 녹색 및 청색의 원색을 이용한다. 이 색공간 내에서, 임의의 황색, 백색, 또는 그 밖의 색은, 다양한 상대적 양의 2종 이상의 원색의 조합으로 정의된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "색 변경" 층 또는 기타 성분은, 다른 색의 광을 그 색에 대해 특정한 파장을 갖는 광으로 변환하거나 변화시키는 것들을 지칭한다. 예를 들어, "적색" 변경층은, 약 580 ∼ 700 nm 범위의 최종 출력 파장을 갖는 성분을 통해 광을 투과시키는 성분을 지칭한다. 색 변경 성분의 예는 색 필터, 미세 공동, 이들의 조합 등을 포함한다. 색 필터 및 유사 성분은, 원하는 색을 얻기 위해 하나 이상의 범위의 광 파장을 제거하거나 증대시킴으로써 스펙트럼을 변화시키는 것이 통상적이다. 본원에 개시된 바와 같이 원하는 출력 색 발광을 달성하기 위해 디바이스 내에서 광의 색을 변경하는 데 사용될 수 있는 다른 성분은, 원하는 색을 얻기 위해 높은 에너지의 광자를 낮은 에너지의 광자로 변환시키는 하향변환층이다.
당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, "서브픽셀"은, 발광 영역에 의해 방출된 색을 변화시키는 데 사용되는 임의의 색 변경층 또는 하향변환층과 조합된 단층 EML, 적층형 디바이스 등일 수 있는 발광 영역을 지칭할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 서브픽셀의 "발광 영역"은, 그 서브픽셀을 위한 광을 생성하기 위해 초기에 사용되는 임의의 및 모든 발광 층, 영역, 및 디바이스를 지칭한다. 또한 서브픽셀은 그 서브픽셀에 의해 궁극적으로 생성되는 색에 영향을 미치는, 발광 영역과 스택으로 배치된 추가의 층, 예컨대 본원에 개시된 바와 같은 색 변경층 또는 하향변환층을 포함할 수 있으나, 이러한 층은 서브픽셀 내에서 초기 광을 생성하지 않기 때문에 본원에 개시된 바와 같은 "발광층"으로 간주되지 않는 것이 통상적이다. 예를 들어, "적색" 서브픽셀은, "녹색" 발광 성분과, 그 발광 성분에 의해 생성된 초기 녹색광을 서브픽셀에 의해 방출되는 적색광으로 변환하는 하향변환층 또는 다른 색 변경층을 이용하여 형성될 수 있다. 필터링되지 않은 서브픽셀은, 색 변경층과 같은 색 변화 성분을 배제하지만 하나 이상의 발광 영역, 층, 또는 디바이스를 포함할 수 있는 것들이다.
일부 구성에서, 발광 영역 또는 층의 일부를 개별적으로 어드레싱할 수 있도록 추가의 층 및 회로가 제조되는 경우와 같이, 발광 영역 및/또는 발광층은 다수의 서브픽셀에 걸쳐있을 수 있다.
본원에 개시된 바와 같은 발광 영역은, 당해 기술 분야에서 통상적으로 지칭되는 바와 같고 본원에서 사용되는 바와 같은 발광 "층"과 구별될 수 있다. 일부 사례에서, 청색 발광 서브픽셀의 발광 영역 내에 다수의 청색 발광층이 포함되는 경우와 같이, 단일 발광 영역이 다수의 층을 포함할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 이러한 층들이 본원에 개시된 바와 같은 발광 영역에 존재하는 경우, 그 층들은 스택 구성에 따라 단일 발광 스택 내에서 개별적으로 어드레싱될 수 있거나 그렇지 않을 수 있으며, 따라서 그 층들은 발광 영역에 대해 원하는 색의 광을 생성하기 위해 개별적으로 또는 동시에 활성화되거나 구동될 수 있다. 다른 구성에서, 발광 영역은 단일 색의 단일 발광층, 또는 동일한 색의 다수의 발광층을 포함할 수 있으며, 이 경우에 그러한 발광층의 색은 발광층이 배치된 발광 영역의 색과 동일하거나, 그 색과 동일한 스펙트럼 영역에 있을 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, "블랭킷" 또는 "패턴화되지 않은" 층은 디바이스의 영역에 걸쳐 연속적인 층에 배치되는 것들을 지칭한다. 이러한 층은, 예를 들어 디스플레이의 외부 비활성 부분 상의 증착을 방지하기 위해, 비교적 큰 스케일의 마스크를 사용하여 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 층은 미세 금속 마스크, 고해상도 섀도우 마스크, 또는 다른 유사한 서브픽셀 스케일의 마스킹 접근법의 이용을 필요로 하지 않는다. 결과적으로, 블랭킷 또는 패턴화되지 않은 층은, 픽셀 또는 서브픽셀 스케일의 특징을 사용하여 증착되는 패턴화된 층보다 제조하기가 훨씬 덜 복잡한 것이 일반적이다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는 미국 특허 제7,279,704호에서 찾아볼 수 있으며, 상기 미국 특허는 그 전체가 본원에 참고로 인용되어 있다.
한 실시양태에 따르면, 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED)가 또한 제공된다. OLED는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함할 수 있다. 한 실시양태에 따르면, 유기 발광 디바이스는 소비자 제품, 전자 부품 모듈, 및/또는 조명 패널로부터 선택된 하나 이상의 디바이스에 포함된다.
한 실시양태에서, 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스용 풀 컬러 디스플레이 배열이 제공되며, 이는 청색 제1 유기 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 상기 제1 발광층과 스택으로 배치되고 녹색, 적색, 또는 청색 제2 유기 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층과 스택으로 배치된 제1 색 변경 성분; 상기 제1 색 변경 성분과 상이한 색을 생성하도록 구성된 제2 색 변경 성분; 및 하향변환층을 포함한다. 상기 배열은 2개 이하의 상이한 RGB 색의 발광 물질을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 0.17 이하의 1976 CIELUV u 값을 갖는 광을 방출하는 제1 유기 발광 물질을 포함하는 제1 유기 발광층; 0.17 이하의 1976 CIELUV u 값을 가지며 상기 제1 유기 발광 물질과 상이한 색을 갖는 광을 방출하는 제2 유기 발광 물질을 포함하는 제2 유기 발광층; 및 상기 제1 유기 발광층 및 상기 제2 유기 발광층 중 적어도 하나 의해 방출된 광을 변경하도록 배치되고 배열된 제1 색 변경 성분을 포함하는 OLED 디스플레이 디바이스가 제공된다. 디스플레이는 2개 이하의 상이한 RGB 색의 발광 물질을 포함할 수 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 발광 물질의 블랭킷층으로부터 형성된 다수의 서브픽셀을 포함하는, 본원에 개시된 실시양태에 따른 OLED 서브픽셀의 단면을 도시한다.
도 4a는 본원에 개시된 실시양태에 따른 예시적인 적층형 OLED 구조를 도시한다.
도 4b는 본원에 개시된 실시양태에 따른 예시적인 탠덤형 적층형 OLED 구조를 도시한다.
도 5는 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. OLED B로부터의 발광은 녹색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 적색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 6은 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되고 녹색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 적색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 7은 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 적색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 8은 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 적색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 9는 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되고 녹색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 10은 본원에 개시된 실시양태에 따른 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공한다. 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되고 녹색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C로부터의 발광은 필터링되어 적색광을 제공한다.
도 11은 본원에 개시된 바와 같은 상단부 발광 OLED 서브픽셀의 단면을 도시하며, 여기서 서브픽셀 A로부터의 발광은 필터링되어 청색광을 제공하고; 서브픽셀 B로부터의 발광은 필터링되고 녹색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되어 녹색광을 제공하며; 서브픽셀 C로부터의 발광은 적색 양자점에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공하고; 서브픽셀 D로부터의 발광은 필터링되지 않는다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메커니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메커니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 방출 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]은 그 전문이 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 인용에 의해 포함되는 미국특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합이 미국특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 m-MTDATA가 F4-TCNQ로 도핑된 것이 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 그 전문이 인용에 의해 포함되는 미국특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국특허 제6,097,147호 및 미국특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 주입층의 예는 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 보호층의 설명은 미국특허출원 공개공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
도 2는 역구조 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역구조" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 발명의 실시양태는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 모드로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 바와 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
본원에 개시된 일부 실시양태에서, 발광 층 또는 물질, 예컨대 도 1 및 2에 나타난 발광층(135) 및 발광층(220)은 각각 양자점을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 "발광층" 또는 "발광 물질"은 반대로 명백하게 나타내지 않는 한 또는 본 기술분야의 당업자의 이해에 따른 맥락에 의해, 양자점 또는 동등 구조체를 함유하는 유기 발광 물질 및/또는 발광 물질을 포함할 수 있다. 이러한 발광층은 유일하게 별개의 발광 물질 또는 다른 이미터에 의해 방출되는 광을 전환시키는 양자점 물질을 포함할 수 있거나, 또는 이는 또한 별개의 발광 물질 또는 다른 이미터를 포함할 수 있거나, 또는 이는 또한 전기 에너지를 광으로 전환시켜, 전류의 인가로부터 직접적으로 그 자체가 발광할 수 있다. 마찬가지로, 색 변경층, 색 필터, 상향변환층, 또는 하향변환층 또는 구조체는 양자점을 함유하는 물질을 포함할 수 있지만, 이러한 층은 본원에 개시된 바와 같은 "발광층"으로 고려되지 않을 수 있다. 일반적으로, "발광층" 또는 물질은 전기 에너지의 광으로의 전환에 기초하여 초기 광을 방출하는 것이며, 이는 다른 층 예컨대 그 자체는 디바이스 내에서 초기 광을 방출하지 않으나, 발광층에 의해 방출되는 초기 광의 흡수에 기초하여 상이한 스펙트럼 함량의 변경된 광을 재방출할 수 있는 다른 색 변경층 또는 색 필터에 의해 변경될 수 있다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액 기반 공정을 포함한다. 용액 기반 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 인용에 의해 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 OVJP와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 엣지를 포함하는 디바이스의 임의의 기타 부분의 위에서, 전극 또는, 기판의 위에서, 아래에서 또는 옆에서 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국특허 제7,968,146호, PCT 특허출원번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동일한 시간에 증착되어야만 한다. 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위 내일 수 있다. 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 실질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 장치 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. OLED 내 유기층에 본 개시내용의 화합물을 포함하는 OLED를 포함하는 소비자 제품이 개시된다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 몇몇 예로는 평면 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이(대각선이 2인치 미만인 디스플레이), 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판을 포함한다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메커니즘을 사용하여 본 개시내용에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED 이외의 디바이스에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 디바이스, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 디바이스, 예컨대 유기 트랜지스터는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
OLED-기반 픽셀 구조를 사용하는 디스플레이 패널은 점점 일반화되고 있으며, 대개 다른 유형의 디스플레이보다 우수한 성능을 갖는 것으로 간주된다. 그러나, 일부 경우에서, 다른 디스플레이 패널 기술은 적합한 성능 및/또는 더 낮은 비용을 갖는 것으로 간주된다. 이와 같이, 더 낮은 비용, 더 고성능의 디스플레이 패널이 가능하도록 간소화된 픽셀 구조를 갖는 OLED 구조를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 본원에 개시된 실시양태는 청색 및 하나 이상의 다른 색의 발광층 및/또는 발광 물질을 포함하는 패턴화되지 않은 스택을 사용함으로써, OLED 스택의 픽셀-수준 패턴화를 요구하지 않는 고성능의 간소화된 아키텍처를 제공한다. 다른 색은 예를 들어, 하나 이상의 색 필터 및 하향변환 성분 예컨대 양자점 구조체의 사용을 통해 풀 컬러 디스플레이에서 구현될 수 있다.
픽셀-수준 패턴화를 사용하지 않고 OLED 디스플레이 패널을 구현하는 하나의 방법은 다중 진청색 발광층의 스택을 사용하고, 이후 방출된 청색광을 녹색 및 적색으로 하향변환시키는 양자점 또는 다른 구조체를 사용하는 것이다. 또한, 색 필터는 적색 및 녹색 출력을 정제하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 청색의 녹색으로의 대략 40% 하향 변환 효율 및 약 10% 효율인 청색 형광 이미터를 가정하면, 이러한 디바이스에서의 녹색 서브-픽셀은 단지 약 4% 효율일 것이다. 또한, 백색 가시광은 60% 녹색이기 때문에, 전체 디스플레이는 매우 비효율적일 것이고, 또한 높은 구동 전류를 요구할 것이며, 이에 따라 또한 좋지 않은 디스플레이 수명 및/또는 심한 저휘도 디스플레이를 야기한다.
진청색-단독 디바이스(deep blue-only device)에 대한 이러한 그리고 유사한 가능한 단점을 해결하고/하거나 방지하기 위해서, 본원에 개시된 실시양태는 하나 이상의 추가의 발광 물질을 사용할 수 있고, 이는 하나 이상의 청색층과 스택으로 패턴화되지 않은 층에 배열될 수 있다. 예를 들어, 2개 또는 3개의 청색층 디바이스 내의 인광성 녹색층과 같은 층을 부가 또는 대체하여 더 높은 효율의 녹색 및 적색 픽셀을 제공할 수 있고, 이에 의해 전체 디스플레이 효율 및 수명을 개선한다. 또한, 인광성 녹색의 사용에 의해 얻어진 증가된 효율은 감소된 수의 청색 발광층 또는 스택을 가능하게 할 수 있고, 이에 따라 또한 더 낮은 제조 비용 및 복잡성을 갖는 저전압 2개의 발광층 스택을 가능하게 한다. 다른 예로서, 적색 발광층은 청색 발광층에 부가적으로, 또는 이를 대체하여 사용될 수 있고, 이에 의해, 예를 들어 BRB 발광 스택을 가능하게 한다.
하기에 보다 상세하게 기재된 바와 같이, 양자점 또는 다른 하향변환 층 또는 성분은 예를 들어, BGB, BG, 또는 유사 아키텍처의 경우에 청색광을 녹색 및/또는 적색으로, 및/또는 녹색광을 적색으로 하향변환시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구조는 적색 서브픽셀 효율이 녹색광 및 청색광 모두를 적색으로 하향변환시키는 데 유리하게 할 수 있다. 유사한 방법이 BRB, BR, 및 유사 아키텍처에 대해 사용될 수 있다.
일부 경우에서, 임의의 색 필터가 없는 제4 서브픽셀은 통상적으로 색 필터 또는 유사한 색 변경 성분이 사용될 때에 일어나는 손실이 없는 불포화된 발광 색을 생성하기 위해, 양자점 또는 다른 하향변환 성분을 갖거나 갖지 않는 적층된 발광층에 의해 발생된 초기 광을 사용할 수 있다.
도 3은 본원에 개시된 실시양태에 따른 일반화된 디스플레이 배열 아키텍처를 나타낸다. 2개 이상의 발광층(310, 320)은 기판 위에 배치될 수 있다. 발광층은 바람직하게는 미세 금속 마스크 또는 유사한 서브픽셀 또는 픽셀-규모 마스킹 없이 이러한 층을 제조할 수 있게 하는 유기 발광 물질의 패턴화되지 않은 층이다. 완전한 OLED 스택(301)을 제공하기 위해, 도 1-2 및 4a-4b에 도시된 것과 같은 OLED에 일반적으로 사용되는 추가의 발광층 또는 다른 층을 포함하는 다른 층들이 2개의 발광층(310, 320) 이외에 사용될 수 있다. 개개의 서브픽셀(305, 306, 307)은 나타난 바와 같은 추가의 성분 및 OLED 스택으로부터 형성될 수 있다. 서브픽셀은, 본 기술분야의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 개개의 서브픽셀을 구동하기 위해 사용될 수 있는 전극(도시되지 않음)의 패턴화된 층에 의해 획정될 수 있다. 본원에 명확하게 개시된 것 이외에, OLED 스택(301) 내의 다른 층의 특정 구조, 배열, 또는 조성이 필요하지 않으며, 임의의 적절한 층들이 완전한 OLED 스택(301)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 달리 구체적으로 나타내지 않는 한, 본원에 개시된 임의의 발광 물질 및 층은 인광성 또는 형광성일 수 있고, 열 활성화 지연 형광(TADF)일 수 있거나, 또는 본 기술분야에 알려진 임의의 조합으로 전기-구동되는 양자점을 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 동일한 색, 바람직하게는 동일한 특유의 RGB 색의 복수의 층들은 예컨대 인광성 청색층 및 형광성 청색층이 OLED 스택(301)에서 함께 사용되는 경우와 같이 상이한 유형의 발광 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 디스플레이 배열 내의 모든 발광 물질이 인광성인 것이 바람직할 수 있다.
서브픽셀(305, 306, 307)은 풀 컬러 픽셀 또는 유사한 배열을 제공하기 위해 서로 결합하여 사용될 수 있고, 한편 이는 서브픽셀 렌더링 기술이 더 큰 디스플레이 패널에서 사용되는 경우와 같이 단일 픽셀으로서 어드레싱될 필요가 없다. 더 큰 디바이스의 경우, 임의의 도면에 나타난 바와 같은 임의의 세트의 서브픽셀은 디바이스의 액티브 영역, 예컨대 디스플레이 패널의 발광부에 걸쳐 일정 패턴으로 반복될 수 있다.
배열은 2개 이상의 색 변경 성분(330, 340, 360), 예컨대 색 필터 또는 유사한 성분을 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 유일하게 단일 색 필터가 예컨대 서브픽셀(305)에서의 색 변경 성분(330)과 같이 서브픽셀 스택에 대해 사용될 수 있다. 다른 서브픽셀 스택은 색 변경 성분 예컨대 색 필터와 조합하여 또는 단독으로 하향변환층(350, 370)을 사용할 수 있다. 도 3에 나타난 예시적인 배열에서, 서브픽셀(306)은 색 변경 성분(340)을 포함하고, 하향변환층(350)을 포함할 수 있다. 서브픽셀(307)은 하향변환층(370) 및/또는 색 변경 성분(360)을 포함할 수 있다. 명확하게 명시하지 않는 한, 색 변경 성분 및/또는 하향변환층은 기판에 대해 임의의 특정 순서로 배열될 필요가 없지만, 일부 실시양태에서, 하향변환층의 일부 또는 모두는 동일한 서브픽셀 스택에서의 임의의 색 변경 성분 위에, 또는 그 반대로 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 각각의 색 변경 성분 및/또는 하향변환층은 발광 OLED 스택(301)과 스택으로 배치될 것이나, 일반 컬러 서브픽셀에서의 것 이외의 다른 색 변경 성분 또는 하향변환층과 겹치지 않을 수 있다. 예를 들어, 녹색 색 필터는 녹색 서브픽셀을 제조하기 위해 녹색 양자점 하향변환층과 스택으로 배치될 수 있으나, 각 성분은 인접한 서브픽셀, 예컨대 청색 또는 적색 서브픽셀의 스택과 부분적으로 또는 전체적으로 겹치지 않을 수 있다.
본원에 개시된 일부 실시양태는 2개의 발광층(310, 320); 2개의 색 변경 성분(330, 340), 및 하나 이상의 하향변환층(350, 370)을 포함할 수 있다. 색 변경 성분(330, 340)은 예를 들어, 하나 이상의 하향변환층(350)을 사용하거나 또는 사용하지 않고 상이한 색의 서브픽셀(305, 306)을 제공하기 위해 상이한 색의 것일 수 있다. 특히, 본원에 개시된 실시양태는 풀 컬러 디스플레이 배열, 즉, 유일하게 2개의 상이한 RGB 색의 발광층을 사용하면서 가시적인 색의 광의 전체 범위를 방출할 수 있는 것을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 발광층(310)은 청색 발광층일 수 있고, 다른 발광층(320)은 적색, 녹색 또는 청색, 바람직하게는 발광층(310)보다 더 연한 또는 더 진한 청색(더 낮은 에너지 또는 더 높은 에너지)일 수 있다. 추가의 발광층은 도 3에 나타낸 발광층(310, 320)의 것과 동일한 색을 사용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가의 청색 발광층이 사용될 수 있고, 한편 이는 제1 청색층(310)과 상이한 하나 이상의 발광층을 포함할 수 있고, 청색 스펙트럼 내의 상이한 발광 프로파일을 가질 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 다른 적색 또는 녹색 층은 제1층(320)에 부가적으로 사용될 수 있으며, 한편 이는 제1층(320)과 상이한 하나 이상의 발광 물질을 포함할 수 있고, 적색 또는 녹색 스펙트럼 내의 상이한 발광 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1층(320)으로서 또는 다른 녹색 발광층과 결합하여, 진녹색 발광층을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 연녹색 또는 연적색 발광층이 제1층(320)으로서 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 일반적으로, 본원에 개시된 실시양태는 OLED 스택(301) 내에 임의의 수의 발광층을 포함할 수 있고, 한편 전체 스택은 유일하게 2개의 색, 바람직하게는 유일하게 2개의 상이한 RGB 색의 발광층을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 추가의 발광층의 일부 또는 모두는 디스플레이 배열에서 복수의 픽셀 및/또는 서브픽셀에 걸쳐 파괴되지 않고 연장된 블랭킷층일 수 있다.
일부 경우에서, 발광층이 가시광 스펙트럼의 청색/녹색 부분을 향하여 특별하게 시프팅된 발광 스펙트럼을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 1976 CIELUV 색공간 및/또는 1931 (x,y) 색공간에 대해 이러한 층들을 특성화하는 것이 유용할 수 있다. 1976 CIELUV 색공간에서, 각각의 발광층에서의 각각의 발광 물질은 약 0.2 이하, 바람직하게는 약 0.17 또는 0.15 이하의 u 값을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 마찬가지로, 1931 (x, y) 색공간에서, 각각의 발광층에서의 각각의 발광 물질이 약 0.3-0.4 이하, 바람직하게는 약 0.35 이하의 y 값을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 가시광 색공간 내에서 이러한 영역 중 하나 이상으로 발광층을 제한하여 디바이스 복잡성 및/또는 효율 및 수명에 대한 전체 개선을 가능하게 할 수 있으며, 이는 층들에 의해 생성된 광자는 색 필터, 하향변환층, 및 이들의 조합을 사용하여 청색 서브픽셀에서 뿐만 아니라 녹색 및 적색 서브픽셀에서 사용될 수 있기 때문이다. 일반적으로 이러한 아키텍처는 OLED 층에 의해 발생된 더 많은 광이 디스플레이 서브픽셀에 의해 방출되는 유용한 광이 될 수 있기 때문에 효율 및 수명 이점을 가질 수 있다. 반면, OLED 서브픽셀이 개개의 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀을 생성하기 위해 이후 과도하게 필터링되는 백색광을 발생시키는 방법은 덜 효율적일 것이며, 통상적으로 더 적은 수명을 가질 것이다. 이러한 방법(즉, 본 발명은 백색 추가 색 필터 방법이 아님)은 또한 광의 초기 광원으로서 유일하게 진청색광을 사용하는 것보다 더 효율적이며, 이는 광의 추가의 더 긴 파장 성분은 더 긴 파장의 광을 생성하기 위해 더 적은 하향변환 손실을 유발함으로써 전체 디스플레이 효율을 상당하게 개선할 수 있기 때문이다. 또한, 진청색 발광은 OLED 디스플레이의 수명 제한 성분으로 알려져 있으므로, 진청색이 아닌 성분의 사용은 디스플레이의 수명을 증가시킬 수 있다.
일부 서브픽셀 배열에서, 단일층 또는 다른 성분은 색 필터링 및 하향변환 기능 모두를 제공할 수 있다. 이러한 성분은 "색 필터 및 하향변환층"으로서 기재될 수 있다. 보다 일반적으로, 색 변경 성분 및 하향변환층의 임의의 조합은 하나 이상의 성분에 의해 제공될 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 색 변경 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 서브픽셀(306, 307) 모두가 별개의 색 필터(340, 360) 및 하향변환층(350, 370)을 포함하는 배열을 나타내고, 한편 도 6은 개개의 서브픽셀에 대해 색 필터링 및 하향변환 모두를 제공하는 성분(645, 665)을 포함하는 유사한 배열을 나타낸다.
앞서 언급한 바와 같이, 각각의 서브픽셀(305, 306, 307)은 서브픽셀에 대한 바람직한 초기 광 발생을 이루기 위한 임의의 적합한 배열에서, 도 1-2에 기재된 임의의 또는 모든 층을 통합한 OLED 스택을 포함할 수 있다. 도 4a 및 4b는 OLED 스택(301)에서 사용될 수 있는 추가의 층을 포함하는 예시적인 OLED 스택을 나타낸다. 발광층(310, 320)을 갖는 경우, 일부 또는 모든 추가의 층이 디스플레이 디바이스의 액티브 영역에 걸쳐 패턴화되지 않은 블랭킷층 내에 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 층의 예는 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층, 전하 생성층, 전자 차단층, 정공 차단층 등을 포함할 수 있다. 도 4a는 각각 단일의 상이한 RGB 색을 방출할 수 있는 3개의 발광층(EML1, EML2, EML3)을 포함하는 배열을 나타낸다. 도 4b는 각각 단일의 상이한 RGB 색을 방출할 수 있는 2개의 발광층(EML1, EML2)을 포함하는 배열을 나타낸다. 복수의 발광층이 사용되는 경우, 전하 생성층(CGL)은 인접한 발광층들 사이에 배치될 수 있다. OLED 스택(301)에서의 다른 층을 갖는 경우의 전하 생성층은 디스플레이 디바이스의 액티브 영역에서 복수의 픽셀 및 서브픽셀에 걸쳐 연장되는 블랭킷층일 수 있다. 도 4a 및 4b는 개개의 서브픽셀에 사용될 수 있는 OLED 스택의 예시적인 예를 제공한다. 그러나, 본 개시내용은 임의의 특정 배열 또는 다수의 이러한 층을 필요로 하지 않으며, 보다 일반적으로, OLED에서 사용하기 위한 본원에 개시된 바와 같은 층의 임의의 적합한 배열은 OLED층(301) 내에서 사용될 수 있다.
OLED층(301)에서의 형광성 청색광 대신에 연청색 인광성 층을 사용함으로써 디스플레이 효율, 및 RGB 풀 컬러 배열의 경우에서, 적색 서브픽셀의 수명을 개선하는 것이 가능할 수 있다. 연청색 PHOLED 층은 청색 필터, 예컨대 색 변경 성분(330)을 사용함으로써 진청색광을 제공할 수 있다. 상응하는 진청색 성분이 형광성 청색층보다 다소 효율적이지 않은 경우, 청색 서브픽셀 효율은 상당하게 감소되지 않을 것이다. 또한, 일부 연청색 발광은 또한, 예컨대 색 변경 성분(340) 및/또는 하향변환층(350)에 의해 녹색 서브픽셀에서의 녹색광을 변환시킬 수 있는 광자를 제공할 것이다. 이는 녹색 서브픽셀의 효율을 증가시킬 수 있다. 보다 중요하게는, 상기 배열은, 또한, 예컨대 색 변경 성분(360) 및/또는 하향변환층(370)을 통해 적색 서브픽셀에 대한 적색광을 생성하기 위해 양자점을 여기시키는 다수의 더 많은 광자를 제공할 수 있고, 이에 의해 디스플레이 효율 및 적색 서브픽셀 수명을 개선한다. 즉, OLED층(301)에서의 연청색 PHOLED 및 형광성 진청색 발광층의 사용은 2개의 형광성 청색층보다 양자점을 통한 하향변환을 위한 다수의 청색 광자를 더 많이 제공할 것이다. 표 1은 3개의 형광성 청색 발광층을 사용하는 유사한 디바이스에 대해 예상된 수명보다 3배 초과의 수명과, 2개의 청색 및 하나의 녹색 발광층을 사용하는 유사한 디바이스(BGB)와 비교한 적색 서브픽셀 수명의 50% 초과의 개선과 함께 이러한 방법(케이스 3)에 대한 개선된 적색 수명을 나타낸다.
대안적으로 또는 추가로, 녹색-녹색-청색(GGB) 아키텍처는 효율 및 서브픽셀 수명, 특히 적색 서브픽셀 수명의 추가적인 개선을 제공할 수 있다. 이러한 배열은 OLED 스택(301) 내 3개의 발광층, 2개의 녹색 발광층 및 1개의 청색 발광층을 포함한다. 이전에 개시된 바와 같이, 녹색 발광층은 서로 상이한 발광 물질 및/또는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다. 녹색 발광층은 인광성이고, 청색 발광층은 형광성 또는 인광성인 것이 바람직할 수 있다. 형광성 청색을 갖는 이러한 배열조차도, 표 1의 케이스 4에 나타난 바와 같이, 전체 형광성 3개의 청색 스택보다 최대 4배의 디스플레이 효율 및 적색 서브픽셀 수명의 현저한 증가를 나타낸다. 상기 배열은 또한 케이스 2에 나타난 바와 같이, 1개의 청색층 대신 단일 녹색 발광층을 사용하는 유사한 아키텍처(BGB)에 비해 약 50%의 효율 개선을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 녹색 발광층은 동일한 또는 상이한 발광 물질을 포함할 수 있고, 전체 OLED 스택(301) 내 2개의 상이한 위치로부터의 발광을 최적화하기 위해 동일한 호스트/도펀트 농도의 발광 물질을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 녹색층 중 적어도 1개가 진녹색 발광 물질을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
인광성 연청색 및 녹색 발광층과 같은 2개의 인광층을 사용함으로써 다른 개선이 달성될 수 있다. 이러한 배열은 표 1에서 케이스 5로서 나타난다. 이 배열은 2개의 발광 물질의 증착만을 필요로 하기 때문에, OLED 증착 비용이 감소되는 이점을 가질 것이다. 진청색은 형광성 진청색 또는 인광성 청색만을 이용하는 것에 비해 효율이 감소될 가능성이 있는 청색 필터로부터 얻어질 수 있다. 표 1의 시뮬레이션은, 형광성 청색의 효율의 약 1/2인, 필터링된 인광성 청색에서 발생하는 5% EQE 진청색을 가정한다. 그러나 이러한 아키텍처는 또한 디바이스의 다른 곳에서도 추가적인 이점을 제공하는데, (인광성으로부터의) 대부분의 연청색 광자가 녹색광 및 적색광을 모두 생성하기 위해 하향변환에 사용될 수 있기 때문이다. 관련 시뮬레이션의 상세가 표 1에 표시되어 있다.
원하는 색 영역을 달성하고/하거나 다른 효율의 개선을 달성하기 위해, 이전에 개시된 배열 대신에 또는 이와 함께, 다른 배열이 사용될 수 있다. 예를 들어, 케이스 4의 OLED 스택 내 녹색 발광층 중 1개 대신에, 황색 발광층이 사용될 수 있다. 일부 구성은 전체 형광성 3개의 청색 OLED 스택보다 상대적으로 더 높은 색 영역을 갖는 디바이스를 가능하게 할 수 있고, 이에 의해 B1B2RG, BGYR 등과 같은 4개의 서브픽셀 디스플레이 아키텍처를 가능하게 할 수 있다.
색 변경 및 하향변환층의 다양한 조합이 사용될 수 있다. 일부 경우에, 특정 성분의 사용은 다른 아키텍처에서 비효율적이거나 바람직하지 않은 추가적인 배열을 허용할 수 있다. 예를 들어, 양자점 하향변환층은 통상적으로 층에 투과된 초기 광에 비해 광을 산란시키기 때문에, 보다 높은 강도의 미세 공동이, 특히 종래의 직시형 디스플레이에 사용되는 적색 및 녹색 서브픽셀에서 사용될 수 있는데, 이는 시야각 문제가 없기 때문이다. 결과적으로 선폭이 좁아지고 관련된 서브픽셀 효율이 높아질 수 있다.
도 5-11은 도 3에 도시된 일반적인 배열과 일치하는 색 변경 성분, 하향변환층, 및 OLED 픽셀 스택의 특정 배열의 예를 도시한다. 각각의 배열에서, 서브픽셀(305, 306, 307)은 이전에 개시된 임의의 적합한 OLED 스택(301)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 스택은 기판을 가로질러 그리고 서브픽셀(305, 306, 307)을 가로질러 연장되는 OLED 물질의 공통 블랭킷층에 의해 제공되며, 각각의 서브픽셀은 이전에 개시된 바와 같이 패턴화된 전극층 내 하부 전극에 의해 획정된다. 구체적으로, 각각의 서브픽셀은 상이한 색, 바람직하게는 상이한 RGB 색의 2개 이상의 발광층(310, 320)을 포함할 수 있다. 각각 바람직하게는 처음 2개의 층(310, 320) 중 1개와 동일한 상이한 RGB 색인 추가적인 블랭킷 발광층이 사용될 수 있다. 각각의 배열에서, 달리 명시되지 않는 한, 서브픽셀 스택(305, 306, 207)은 청색 블랭킷 발광층, 및 적색 또는 녹색 블랭킷 발광층(둘다는 아님)을 포함한다. 청색 발광층은 연청색층 또는 진청색층일 수 있다. 2개 초과의 발광층을 포함하는 실시양태에서, 청색 발광층, 연청색 발광층, 및/또는 진청색 발광층을 포함하는 다수의 상이한 청색 발광층이 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 2개 초과의 발광층이 사용되는 경우, 다수의 녹색 또는 적색 발광층이 존재할 수 있지만, 이전에 개시된 바와 같이 동일한 발광 물질 및/또는 호스트/도펀트 농도를 사용하거나 각각의 색 내에 동일한 발광 스펙트럼을 가질 필요는 없다. 일부 실시양태는 바람직하게는 스택 내의 발광층의 총 수에 관계없이 단지 2개의 상이한 RGB 색의 발광층을 포함하고, 여기서 동일한 상이한 RGB 색을 방출하는 발광층은 동일한 또는 상이한 발광 물질 및/또는 호스트/도펀트 농도를 포함할 수 있다.
도 5는 1개의 서브픽셀 스택(305)으로부터의 발광이 청색 필터와 같은 청색 변경층(330)으로 필터링되어 청색광을 제공하는 예를 도시한다. 즉, 청색 필터(330)는 3개의 서브픽셀(305, 306, 307)에 의해 공유되는 공통 블랭킷 스택 내 비청색 발광층으로부터의 발광을 필터링할 수 있다. 서브픽셀 B(306)에서, 공통 OLED 스택으로부터의 발광은 녹색 양자점(350)에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고, 녹색 필터 또는 다른 색 변경 성분(340)을 통해 필터링되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C(307)에서, 발광은 적색 양자점(370)에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고, 적색 필터(360)를 통해 추가로 필터링되어 적색광을 제공한다.
일부 배열에서, 하향변환 및 필터링 모두를 하기 위해 단일 성분이 사용될 수 있다. 도 6은 도 5와 유사한 배열을 도시하는데, 여기서 서브픽셀 B(306)에서의 발광은 녹색 양자점(645)에 의해 필터링 및 부분적으로 또는 완전히 하향변환 모두가 되어 녹색광을 제공한다. 서브픽셀 C에서, OLED 스택으로부터의 발광은 적색 양자점(665)에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환 및 필터링 모두가 되어 적색광을 제공한다. 기능적으로, 녹색 양자점(645)은 도 5의 개별 하향변환 양자층(350) 및 녹색 변경 성분(340)과 동일한 또는 유사한 결과를 달성할 수 있고, 적색 양자점(665)은 도 5의 적색 양자점(370) 및 적색 필터(360)와 동일한 또는 유사한 결과를 달성할 수 있다.
적색, 녹색, 및 청색 서브픽셀을 포함하는 일부 실시양태는 녹색 및 적색 서브픽셀 모두에 대해 하향변환층을 사용하지 않을 수 있다. 도 7은 서브픽셀 B(306)가 녹색 필터(340)로 필터링되어 녹색광을 제공하지만 하향변환층이 존재하지 않는 예시적인 구성을 도시한다. 서브픽셀 C(307)로부터의 발광은 적색 양자점(370)에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고, 적색 필터(360)로 필터링되어 적색광을 제공한다.
일부 실시양태는 하향변환 및 색 필터링을 모두 제공하는 하향변환층, 색 필터, 및/또는 양자점의 다른 조합을 포함할 수 있다. 도 8은, 서브픽셀 B(306)가, 적층된 OLED에 의해 방출된 광을 필터링하여 녹색광을 생성하는 녹색 양자점(350)을 포함하는 예를 도시한다. 서브픽셀 C(307)에서, 광은 적색 양자점(865)에 의해 부분적으로 또는 완전히 하향변환되고 필터링되어 적색광을 제공한다. 도 9는, 서브픽셀 B(306)가, 녹색 필터(340), 및 필터링된 광을 부분적으로 또는 완전히 하향변환하여 녹색광을 제공하는 녹색 양자점 하향변환층(350)을 포함하는 다른 예를 도시한다. 서브픽셀 C(307)로부터의 발광은 적색 필터(360)에 의해 필터링되어 적색광을 제공한다. 도 10은, 서브픽셀 B가, OLED 스택에 의해 방출된 광을 필터링 및 부분적으로 또는 완전히 하향변환 모두를 하여 녹색광을 제공하는 녹색 양자점 하향변환층(1045)을 포함하는 다른 예를 도시한다. 서브픽셀 C(307)는 OLED 스택에 의해 방출된 광을 하향변환하여 적색광을 제공하는 적색 양자점(370)을 포함한다.
도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 일부 실시양태는 OLED 스택에 의해 생성된 필터링되지 않은 광을 방출하는 추가적인 서브픽셀을 포함할 수 있다. 도 11은, 서브픽셀 D(1108)가, 임의의 색 필터, 양자점, 또는 다른 색 변경층 또는 하향변환층을 포함하지 않는 예를 도시한다. 이와 같이, 서브픽셀 D(1108)는 OLED 스택(301)에 의해 초기에 생성된 광과 동일한 스펙트럼의 광을 방출할 것이다. 일반적으로 도 11에 도시된 바와 같은 배열에서는, 다른 서브픽셀이 이전에 개시된 바와 같이 색 변경층 및/또는 하향변환층의 임의의 배열을 가질 수 있다. 이 예에서, 서브픽셀 A(305)는 청색광을 제공하기 위한 청색 필터(330)를 포함하고; 서브픽셀 C(306)는 OLED 스택에 의해 방출된 광을 필터링하고 부분적으로 또는 완전히 하향변환하여 녹색광을 제공하기 위한 녹색 양자점(1145)을 포함하고; 서브픽셀 C(307)는 생성된 광을 필터링하고 부분적으로 또는 완전히 하향변환하여 적색광을 제공하기 위한 적색 양자점(1165)을 포함한다.
본원에 개시된 실시양태는 색 필터 또는 종래의 병렬식 아키텍처에 기초한 종래의 RGB 디스플레이에서 사용된 것과는 상이한 최적화 기준을 사용할 수 있다. 예를 들어, AMOLED 디스플레이를 제조하기 위해 하향변환층과 함께 2색 발광층을 갖는 OLED 스택을 사용하는 것은, 보다 다양한 최적화 옵션을 허용할 수 있다. 이는 임의의 발광성 물질로부터의 광이 하향변환을 통해 청색 서브픽셀 뿐만 아니라 적색 및/또는 녹색 서브픽셀 모두에 대한 광자를 제공할 수 있기 때문이다. 대조적으로, 종래의 디바이스는, 각각의 서브픽셀 내의 발광 영역에 의해 방출된 광자가 동일한 서브픽셀에 의해 방출된 광을 생성하는 데에만 사용된다는 사실에 맞추어, 통상적으로 다바이스 구조 및 물질을 최적화해야 한다.
본원에 개시된 실시양태는 디스플레이 패널 또는 유사한 디바이스에 서브픽셀 및/또는 픽셀을 제공하는 데 사용될 수 있는 풀 컬러 디스플레이 배열을 제공한다. 일부 경우에, 개시된 서브픽셀 배열은 3개 이상의 서브픽셀군을 단일 픽셀로 취급하는 회로를 통해 처리될 수 있다. 대안적으로, 서브픽셀 구현 기술 및 회로가 사용될 수 있다. 상기 배열은 하부 또는 상부 발광 OLED 및 이를 포함하는 디바이스를 포함하는 임의의 OLED 다바이스 아키텍처 및 배열에 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스는 플렉시블, 롤러블(rollable), 폴더블(foldable), 스트레처블(stretchable), 및 만곡(curved)과 같은 다양한 특성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스는 투명 또는 반투명할 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스는 탄소 나노튜브를 포함하는 1개 이상의 층을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, OLED는 지연 형광 이미터를 포함하는 층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 RGB 픽셀 배열, 또는 화이트 플러스 색 필터 픽셀 배열을 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 모바일 디바이스, 핸드 헬드 디바이스, 또는 웨어러블 디바이스이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 미만이거나 면적이 50 제곱인치 미만인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 이상이거나 면적이 50 제곱인치 이상인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 조명 패널이다.
발광 영역의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물은 발광 도펀트일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(또한 E형 지연 형광으로도 지칭됨), 삼중항-삼중항 소멸 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 생성할 수 있다.
본원에 개시된 OLED는 소비자 제품, 전자 부품 모듈, 및 조명 패널 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 유기층은 발광층일 수 있고, 상기 화합물은 일부 실시양태에서 발광 도펀트일 수 있고, 한편 상기 화합물은 다른 실시양태에서 비발광 도펀트일 수 있다.
유기층은 또한 호스트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 2개 이상의 호스트가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 사용되는 호스트는 a) 바이폴라 물질, b) 전자 수송 물질, c) 정공 수송 물질 또는 d) 전하 수송에서의 역할이 거의 없는 와이드 밴드 갭 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 호스트는 무기 화합물일 수 있다.
기타 물질과의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 디바이스에 존재하는 매우 다양한 기타 물질과의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 매우 다양한 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타 층과 결합되어 사용될 수 있다. 하기에 기재되거나 참조된 물질은 본원에 개시된 화합물과의 조합에 유용할 수 있는 물질의 비제한적인 예시이며, 당업자는 조합에 유용할 수 있는 기타 물질을 식별하기 위해 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
본원에 개시된 다양한 발광층 및 비발광층 및 배열을 위해 다양한 물질이 사용될 수 있다. 적합한 물질의 예는 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0229663에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고로 포함된다.
전도성 도펀트:
전하 수송층은 전도성 도펀트로 도핑되어 이의 전하 캐리어 밀도를 실질적으로 변화시킬 수 있고, 이는 결과적으로 이의 전도성을 변화시킬 것이다. 전도성은 매트릭스 물질에서 전하 캐리어를 생성시킴으로써 증가되며, 도펀트의 유형에 따라, 반도체의 페르미 준위에서의 변화가 또한 달성될 수 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트로 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에 사용된다.
HIL/HTL:
본 발명에서 사용되는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 제한되지 않으며, 화합물이 통상적으로 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다.
EBL:
전자 차단층(EBL)은 발광층을 떠나는 전자 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 한 양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
호스트:
본 발명의 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예는 특별히 제한되지 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 삼중항 에너지보다 더 크기만 하다면 사용될 수 있다. 삼중항 기준을 충족하는 한, 임의의 호스트 물질은 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층을 떠나는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 진성이거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키는데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특별히 제한되지는 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 이들이 통상적으로 전자를 수송하는 데 사용되는 한 사용될 수 있다.
전하 생성층(CGL):
탠덤형 또는 적층형 OLED에서, CGL은 성능 면에서 필수적인 역할을 수행하며, 이는 각각 전자와 정공을 주입하기 위한 n-도핑된 층 및 p-도핑된 층으로 이루어진다. 전자와 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소모된 전자와 정공은 각각 캐소드와 애노드로부터 주입된 전자와 정공에 의해 다시 채워지며; 그 후, 바이폴라 전류는 점차적으로 정상 상태에 도달한다. 통상의 CGL 물질은 수송층에서 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
실험
표 1은 본 본원에 개시된 실시양태에 따른 5개의 상이한 아키텍처, 및 효율 및 수명 측면에서의 이들의 시뮬레이션된 성능을 나타낸다. 표 1의 상반부는 표에 나타난 목표 휘도를 달성하는 데 필요한 각각의 서브픽셀에 대한 전류 밀도에 기초한 디스플레이의 효율 시뮬레이션 결과를 보여준다. 이러한 전류 하에서, 각 아키텍처에 대해 시뮬레이션된 전력 효율(PE)이 표시된다. 마지막으로, 표 하단의 수명 계산은 청색과 적색의 각 제한 색에 대한 예상 LT95 수명, 즉, 지정된 휘도로 구동시의 원래 수명의 95%까지의 수명을, 시간으로 표시한다. 데이터에서 볼 수 있듯이(모든 3개의 서브픽셀 색에 동일한 스택이 사용됨을 주지할 것), 제한 수명은 통상적으로 적색 서브픽셀이다. 전체 디스플레이 수명을 개선하기 위해, 수명이 가장 낮은 색의 수명을 증가시키는 것이 바람직하다. 3개의 형광성 청색 발광층을 사용하는 유사한 디바이스를 사용하면, 적색 서브픽셀 수명이 전체 디스플레이 수명을 심각하게 제한하고, 인광을 추가하면 적색 서브픽셀 수명이 크게 향상된다는 것을 알 수 있다. 형광층은 10% EQE를, 인광층은 25% EQE를 갖는 것으로 가정된다.
Figure pat00001
표 1에서, 다음의 디바이스 아키텍처는 도 3 및 5-11의 OLED 스택(301)에 대응하는 OLED 스택의 발광층에 대해 도시되어 있다:
케이스 1: 3개의 형광성 청색층
케이스 2: 1개의 인광성 녹색층 및 2개의 형광성 청색층
케이스 3: 1개의 형광성 청색층, 1개의 인광성 녹색층 및 1개의 인광성 진청색층
케이스 4: 1개의 형광성 청색층 및 2개의 인광성 녹색층
케이스 5: 1개의 인광성 연청색층 및 1개의 인광성 녹색층
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 특허 청구된 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터 유래하는 변형예를 포함할 수도 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론을 한정하려는 의도는 없음을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스용 풀 컬러 디스플레이 배열로서,
    제1 청색 제1 유기 발광 물질을 포함하는 제1 발광층;
    상기 제1 발광층과 스택으로 배치되고 제2 유기 발광 물질을 포함하는 제2 발광층으로서, 상기 제2 유기 발광 물질은 녹색 유기 발광 물질, 적색 유기 발광 물질, 또는 상기 제1 청색 유기 발광층과 4 nm 이상 상이한 피크 파장을 갖는 제2 청색 유기 발광층을 포함하는 것인 제2 발광층;
    상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층과 스택으로 배치된 제1 색 변경 성분;
    상기 제1 색 변경 성분과 상이한 색을 생성하도록 구성된 제2 색 변경 성분; 및
    제1 하향변환층
    을 포함하고,
    2개 이하의 상이한 RGB 색의 발광 물질을 포함하는 풀 컬러 디스플레이 배열.
  2. 제1항에 있어서, 제2 유기 발광 물질은 녹색 발광 물질이고, 각각의 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질은 0.17 이하의 1976 CIELUV u 값을 갖는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  3. 제1항에 있어서, 제2 유기 발광 물질은 적색 발광 물질이고, 각각의 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질은 0.35 이하의 1931(x,y) 색공간 y 값을 갖는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  4. 제1항에 있어서, 하향변환층은 적색 양자점층 또는 녹색 양자점층인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  5. 제1항에 있어서, 제1 발광층과 제2 발광층 사이에 배치된 전하 생성층을 추가로 포함하는 풀 컬러 디스플레이 배열.
  6. 제1항에 있어서, 제1 하향변환층과 상이한 발광 색의 제2 하향변환층을 추가로 포함하는 풀 컬러 디스플레이 배열.
  7. 제1항에 있어서, 제1 유기 발광층 및 제2 유기 발광층과 스택으로 배치되는 제3 발광층을 추가로 포함하는 풀 컬러 디스플레이 배열.
  8. 제1항에 있어서, 제2 발광층은 녹색 발광 물질을 포함하고, 제1 하향변환층은 제1 유기 발광층 및/또는 제2 유기 발광층에 의해 방출된 광을 적색광으로 하향변환시키는 양자점층을 포함하는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  9. 제7항에 있어서, 제3 유기 발광 물질은 제1 유기 발광 물질과 상이한 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  10. 제7항에 있어서, 제3 유기 발광 물질이 연청색 또는 진청색 유기 발광 물질을 포함하는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  11. 제1항에 있어서, 제1 색 변경 성분이 제1 발광층 및 제2 발광층의 제1 부분과 스택으로 배치되고, 제2 색 변경 성분이, 제1 발광층 및 제2 발광층의 제1 부분과 겹치지 않는 제1 발광층 및 제2 발광층의 제2 부분과 스택으로 배치되는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  12. 제1항에 있어서, 제1 하향변환층이, 제1 발광층 및 제2 발광층, 및 제1 색 변경 성분 또는 제2 색 변경 성분 중 어느 하나와 스택으로 배치되는 것인 풀 컬러 디스플레이 배열.
  13. 0.17 이하의 1976 CIELUV u 값을 갖는 광을 방출하는 제1 유기 발광 물질을 포함하는 제1 유기 발광층;
    0.17 이하의 1976 CIELUV u 값을 가지며 상기 제1 유기 발광 물질과 상이한 색을 갖는 광을 방출하는 제2 유기 발광 물질을 포함하는 제2 유기 발광층; 및
    상기 제1 유기 발광층 및 상기 제2 유기 발광층 중 적어도 하나에 의해 방출된 광을 변경하도록 배치되고 배열된 제1 색 변경 성분
    을 포함하는 OLED 디스플레이 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 제1 유기 발광층 및 제2 유기 발광층은 디바이스의 액티브 영역에 걸쳐 연장되는, 패턴화되지 않은 블랭킷층인 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 제1 유기 발광 물질, 제2 유기 발광 물질, 또는 둘 다가 열 활성화 지연 형광(TADF) 물질을 포함하는 것인 디바이스.
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