KR20210015880A - 적층형 페로브스카이트 발광 디바이스 - Google Patents
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Abstract
발광 디바이스가 제공된다. 상기 발광 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 적어도 2개의 발광 유닛, 및 적어도 하나의 전하 생성층을 포함한다. 상기 적어도 2개의 발광 유닛과 상기 적어도 하나의 전하 생성층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다. 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 제1 발광 유닛은 제1 전극 위에 배치된다. 상기 적어도 하나의 전하 생성층의 제1 전하 생성층은 제1 발광 유닛 위에 배치된다. 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 제2 발광 유닛은 제1 전하 생성층 위에 배치된다. 상기 제2 전극은 상기 제2 발광 유닛 위에 배치된다. 상기 적어도 2개의 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 상기 발광 디바이스는 적어도 2개의 발광 유닛의 적어도 하나의 추가 발광 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함한다.
Description
본 발명은 발광 디바이스, 특히 디스플레이, 조명 패널, 및 이들을 포함하는 기타 디바이스와 같은 디바이스에 적용하기 위한 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료 및 2개 이상의 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스에 관한 것이다.
페로브스카이트 재료는 광전자 디바이스에 적용하기 위한 것으로 점점 더 매력적으로 되어가고 있다. 이러한 디바이스를 만드는 데 사용되는 많은 페로브스카이트 재료는 지구에 풍부하고 비교적 저렴하므로, 페로브스카이트 광전자 디바이스는 대체 유기 및 무기 디바이스에 비해 비용상 이점이 있는 잠재력을 갖고 있다. 또한 가시광선, 자외선, 및 적외선에 걸쳐 쉽게 조정할 수 있는 광학 밴드 갭과 같은 고유한 특성 또는 페로브스카이트 재료는 페로브스카이트 발광 다이오드(PeLED), 페로브스카이트 태양 전지, 및 광 검출기, 페로브스카이트 레이저, 페로브스카이트 트랜지스터, 페로브스카이트 가시광 통신(VLC) 디바이스 등과 같은 광전자 응용 분야에 적합하다. 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 PeLED는, 각각이 유기 발광 재료 및 양자점 발광 재료 각각을 포함하는 종래의 유기 발광 다이오드(OLED) 및 양자점 발광 다이오드(QLED)에 비해 성능상 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 타의 추종을 불허하는 높은 색 순도를 포함하여 강력한 전계 발광 특성은 보다 넓은 색역과 우수한 전하 수송 특성과 낮은 비방사율을 가진 디스플레이를 가능하게 한다.
PeLED는 전압이 가해지면 광을 방출하는 얇은 페로브스카이트 필름을 사용한다. PeLED는 디스플레이, 조명, 및 간판과 같은 응용 분야에 사용하기에 점점 더 매력적인 기술이 되고 있다. 개요로서, 몇 가지 PeLED 재료 및 구성이 애드요카체(Adjokatse) 등의 공저 문헌에 설명되어 있으며, 이 문헌은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
페로브스카이트 발광 재료의 잠재적인 응용 분야 중 하나는 디스플레이이다. 풀 컬러 디스플레이에 대한 산업 표준에서는 "포화된"색상이라고 하는 특정 색상을 방출하도록 서브픽셀을 엔지니어링해야 한다. 이러한 표준은 포화된 적색, 녹색, 및 청색의 서브픽셀들을 요구하며, 여기서 색상은 본 기술분야에 잘 알려진 CIE 1931 (x, y) 좌표를 사용하여 측정될 수 있다. 적색광을 방출하는 페로브스카이트 재료의 일 예는 메틸암모늄 납 요오드화물(CH3NH3PbI3)이다. 녹색광을 방출하는 페로브스카이트 재료의 일 예는 포름아미디늄 납 브롬화물(CH(NH2)2PbBr3)이다. 청색광을 방출하는 페로브스카이트 재료의 일 예는 메틸암모늄 납 염화물(CH3NH3PbCl3)이다. 디스플레이에 있어서, 증가된 색역과 같은 성능상 이점들은 PeLED가 OLED 및/또는 QLED 대신에 또는 이와 조합되어 사용되는 경우에 달성될 수 있다. 본 발명에서, 성능상 이점들은 다수의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함함으로써 입증된다.
본원에서 사용되는 용어 "페로브스카이트"는 광전자 디바이스에 사용될 수 있는 임의의 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있다. ABX3의 3차원(3D) 구조 - 여기서 A와 B는 양이온이고 X는 음이온임 - 를 채택할 수 있는 임의의 재료는 페로브스카이트 재료로 간주될 수 있다. 도 3은 ABX3의 3D 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 일 예를 도시한다. 양이온 A는 양이온 B보다 클 수 있다. 양이온 B는 주변의 음이온 X과 6배 배위될 수 있다. 양이온 A는 주변의 음이온 X과 12배 배위될 수 있다.
많은 부류의 페로브스카이트 재료가 있다. 광전자 디바이스용으로 특별한 가능성을 보여준 한 부류의 페로브스카이트 재료는 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료 부류이다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료의 경우, A 성분은 1가 유기 양이온, 예컨대 메틸암모늄(CH3NH3 +) 또는 포름아미디늄(CH(NH2)2 +), 세슘(Cs+)과 같은 무기 원자 양이온, 또는 이들의 조합일 수 있고, B 성분은 2가 금속 양이온, 예컨대 납(Pb+), 주석(Sn+), 구리(Cu+), 유러퓸(Eu+), 또는 이들의 조합일 수 있고, X 성분은 할로겐화물 음이온, 예컨대 I-, Br-, Cl-, 또는 이들의 조합일 수 있다. A 성분이 유기 양이온인 경우, 페로브스카이트 재료는 유기 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료로 정의될 수 있다. CH3NH3PbBr3 및 CH(NH2)2PbI3은 3D 구조를 갖는 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료의 비제한적 예이다. A 성분이 무기 양이온인 경우, 페로브스카이트 재료는 무기 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료로 정의될 수 있다. CsPbI3, CsPbCl3, 및 CsPbBr3은 무기 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료의 비제한적 예이다.
본원에서 사용되는 용어 "페로브스카이트"는 L2(ABX3)n-1BX4(L2An-1BnX3n+1로도 표기될 수 있음)의 층상 구조를 채택할 수 있는 임의의 재료를 추가로 포함하며, 여기서 L, A, 및 B는 양이온이고 X는 음이온이고 n은 양이온 L의 두 층 사이에 배치된 BX4 단층의 수이다. 도 4는 n에 대해 상이한 값을 갖는 L2(ABX3)n-1BX4의 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 예들을 도시한다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료의 경우, A 성분은 1가 유기 양이온, 예컨대 메틸암모늄(CH3NH3 +) 또는 포름아미디늄(CH(NH2)2 +), 세슘(Cs+)과 같은 원자 양이온, 또는 이들의 조합일 수 있고, L 성분은 유기 양이온, 예컨대 2-페닐에틸암모늄(C6H5C2H4NH3 +) 또는 1-나프틸메틸암모늄(C10H7CH2NH3 +)일 수 있고, B 성분은 2가 금속 양이온, 예컨대 납(Pb+), 주석(Sn+), 구리(Cu+), 유러퓸(Eu+), 또는 이들의 조합일 수 있고, X 성분은 할로겐화물 음이온, 예컨대 I-, Br-, Cl-, 또는 이들의 조합일 수 있다. (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbBr4 및 (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbI3Br은 층상 구조를 갖는 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료의 비제한적인 예이다.
층의 수 n이 큰 경우, 예를 들어 n이 대략 10보다 큰 경우, L2(ABX3)n-1BX4의 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료는 ABX3의 3D 구조를 갖는 페로브스카이트 재료와 거의 동등한 구조를 채택한다. 본원에서 사용되고 본 기술분야의 숙련인이 일반적으로 이해하는 바와 같이, 많은 수의 층을 갖는 페로브스카이트 재료는 이러한 페로브스카이트 재료가 n = ∞로부터 감소된 치수를 갖는 것으로 인식되더라도 3D 페로브스카이트 재료로 지칭될 수 있다. 층의 수 n = 1인 경우, L2(ABX3)n-1BX4의 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료는 L2BX4의 2차원(2D) 구조를 채택한다. 단일 층을 갖는 페로브스카이트 재료는 2D 페로브스카이트 재료로 지칭될 수 있다. n이 작은 경우, 예를 들어 n이 약 2 내지 10의 범위에 있는 경우, L2(ABX3)n-1BX4의 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료는 준-2차원(준-2D) 구조를 채택한다. 층의 수가 적은 페로브스카이트 재료는 준-2D 페로브스카이트 재료라고 지칭될 수 있다. 양자 구속 효과로 인해, 에너지 밴드 갭은 n이 가장 높은 층상 페로브스카이트 재료 구조에서 가장 낮다.
페로브스카이트 재료는 임의의 수의 층을 가질 수 있다. 페로브스카이트는 2D 페로브스카이트 재료, 준-2D 페로브스카이트 재료, 3D 페로브스카이트 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 페로브스카이트는 상이한 수의 층을 갖는 층상 페로브스카이트 재료의 앙상블을 포함할 수 있다. 예를 들어, 페로브스카이트는 상이한 수의 층을 갖는 준 -2D 페로브스카이트 재료의 앙상블을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "페로브스카이트"는 페로브스카이트 재료의 필름을 추가로 포함한다. 페로브스카이트 재료의 필름은 임의의 수의 층 및 임의의 범위의 입자 또는 결정 크기를 갖는 결정질, 다결정질, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "페로브스카이트"는 ABX3의 3D 페로브스카이트 구조 또는 L2(ABX3)n-1BX4의 보다 일반적인 층상 페로브스카이트 구조와 동등하거나 유사한 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 나노 결정을 추가로 포함한다. 페로브스카이트 재료의 나노 결정은 페로브스카이트 재료 나노 입자, 페로브스카이트 나노 와이어, 페로브스카이트 재료 나노 판, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 페로브스카이트 재료의 나노 결정은 임의의 수의 층 및 임의의 범위의 입자 또는 결정 크기를 갖는 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 도 5는 L2(ABX3)n-1BX4와 유사한, 여기서 n = 5이고 페로브스카이트 나노 결정의 표면에는 L 양이온이 배열되어 있음, 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 나노 결정의 일 예를 도시한다. 페로브스카이트 재료의 나노 결정의 경우 L 양이온의 분포가 L2(ABX3)n-1BX4의 공식적 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 분포와 다를 수 있기 때문에, "유사"라는 용어가 사용된다. 예를 들어, 페로브스카이트 재료의 나노 결정에서, 나노 결정의 측면을 따라 더 많은 비율의 L 양이온이 배열되어 있을 수 있다.
여러 유형의 페로브스카이트 재료가 자극되어 광학적 여기 또는 전기적 여기에 반응하여 광을 방출할 수 있다. 즉, 페로브스카이트 발광 재료는 광발광 또는 전계 발광일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "페로브스카이트 발광 재료"는 전기적 여기를 통해 방출되는 전계 발광 페로브스카이트 발광 재료만을 가리킨다. 본 명세서에서 "페로브스카이트 발광 재료"가 언급되는 곳은 어디든지, 전계 발광 페로브스카이트 발광 재료에 대한 언급이 이루어지고 있음을 이해해야 한다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
일반적으로, PeLED 디바이스는 광발광 또는 전계 발광일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "PeLED"는 전계 발광 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 전계 발광 디바이스만을 지칭한다. 용어 "PeLED"는 전계 발광 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 단일 발광 유닛 전계 발광 디바이스를 설명하는 데 사용될 수 있다. 용어 "PeLED"는 또한 전계 발광 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 적층형 전계 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛을 설명하는 데 사용될 수 있다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "유기"는 OLED와 같은 광전자 디바이스를 제조하는 데 사용될 수 있는 소분자 유기 재료뿐만 아니라 중합체 재료를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 소분자라는 용어는 중합체가 아닌 유기 재료를 지칭하며, 소분자는 실제로 아주 클 수 있다. 소분자는 경우에 따라서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장쇄 알킬기를 치환기로 사용하면 소분자 부류에서 분자가 제거되지는 않는다. 소분자는 또한 중합체에, 예를 들어 중합체 골격 상의 펜던트기로서 또는 골격의 일부로서 혼입될 수 있다. 소분자는 또한, 코어 모이어티에 구축된 일련의 화학적 껍질로 구성되는 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 소분자일 수 있다. 덴드리머는 소분자일 수 있으며, 현재 OLED 분야에서 사용되는 모든 덴드리머는 소분자라고 생각된다.
본원에서 사용되는 용어 "유기 발광 재료"는 형광 및 인광 유기 발광 재료뿐만 아니라 삼중항-삼중항 소멸(TTA: triplet-triplet annihilation) 또는 열 활성 지연 형광(TADF: thermally activated delayed fluorescence)과 같은 메커니즘을 통해 광을 방출하는 유기 재료도 포함한다. 적색광을 방출하는 유기 발광 재료의 일 예는 비스(2-(3,5- 디메틸페닐)퀴놀린-C2,N') (아세틸아세토나토) 이리듐(III) Ir(dmpq)2(acac)이다. 녹색광을 방출하는 유기 발광 재료의 일 예는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3)이다. 청색광을 방출하는 유기 발광 재료의 일 예는 비스[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-C2,N](피콜리나토)이리듐(III) (FIrpic)이다.
일반적으로, OLED 디바이스는 광발광 또는 전계 발광일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "OLED"는 전계 발광 유기 발광 재료를 포함하는 전계 발광 디바이스만을 지칭한다. 용어 "OLED"는 전계 발광 유기 발광 재료를 포함하는 단일 발광 유닛 전계 발광 디바이스를 설명하는 데 사용될 수 있다. 용어 "OLED"는 또한 전계 발광 유기 발광 재료를 포함하는 적층형 전계 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛을 설명하는 데 사용될 수 있다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "양자점"은 본원에서 별도로 정의되는 "페로브스카이트" 재료는 제외하고, 양자점 재료, 양자 막대 재료, 및 기타 발광 나노 결정 재료를 포함한다. 양자점은 일반적으로 벌크 반도체와 이산 분자 사이의 중간 특성을 나타내는 반도체 나노 입자로 간주될 수 있다. 양자점은 III-V 반도체 재료, 예컨대 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 비소화 갈륨(GaAs), 인화 인듐(InP), 및 비소화 인듐(InAs), 또는 II-VI 반도체 재료, 예컨대 산화 아연(ZnO), 황화 아연(ZnS), 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 및 텔루르화 카드뮴(CdTe), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 양자 구속 효과의 결과로서, 양자점의 광전자 특성은 양자점의 크기 또는 형상의 함수로 변할 수 있다.
여러 유형의 양자점이 자극되어 광학적 여기 또는 전기적 여기에 반응하여 광을 방출할 수 있다. 즉, 양자점 발광 재료는 광발광 또는 전계 발광일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "양자점 발광 재료"는 전기적 여기를 통해 방출되는 전계 발광 양자점 발광 재료만을 가리킨다. 본 명세서에서 "양자점 발광 재료"가 언급되는 곳은 어디든지, 전계 발광 양자점 발광 재료에 대한 언급이 이루어지고 있음을 이해해야 한다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
본원에 사용된 용어 "양자점"은 페로브스카이트 재료를 추가로 포함하지 않는다. 페로브스카이트 나노 결정, 2D 페로브스카이트 재료, 및 준-2D 페로브스카이트 재료와 같은 여러 유형의 페로브스카이트 재료는 벌크 반도체와 이산 분자 사이의 중간 특성을 나타내는 반도체 재료로서, 양자점과 유사한 방식으로 양자 구속이 광전자 특성에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 본원에서 사용되고 있는 바와 같이, 이러한 재료는 "양자점" 재료가 아니라 "페로브스카이트" 재료로 지칭된다. 이 명명법의 첫 번째 이유는 페로브스카이트 재료와 양자점 재료는 본원에서 정의된 바와 같이 일반적으로 상이한 결정 구조를 포함하기 때문이다. 이 명명법의 두 번째 이유는 페로브스카이트 재료와 양자점 재료는 본원에서 정의된 바와 같이 일반적으로 그들의 구조 내에서 상이한 재료 유형을 포함하기 때문이다. 이 명명법의 세 번째 이유는, 페로브스카이트 재료로부터의 방출은 일반적으로 페로브스카이트 재료의 구조적 크기와 무관한 반면에 양자점 재료로부터의 방출은 일반적으로 양자점 재료의 구조적 크기(예를 들어, 코어 및 쉘)에 의존하기 때문이다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
일반적으로, 양자점 발광 재료는 코어를 포함한다. 선택적으로, 코어는 하나 이상의 쉘로 둘러싸일 수 있다. 선택적으로, 코어 및 하나 이상의 쉘은 패시베이션 구조로 둘러싸일 수 있다. 선택적으로, 패시베이션 구조는 하나 이상의 쉘에 결합된 리간드를 포함할 수 있다. 코어 및 쉘(들)의 크기는 양자점 발광 재료의 광전자 특성에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 코어 및 쉘(들)의 크기가 감소함에 따라, 양자 구속 효과가 더 강해지고 전계 발광 방출이 더 짧은 파장에서 자극될 수 있다. 디스플레이 응용 분야의 경우, 코어 및 쉘(들) 구조의 직경은 일반적으로 1 nm 내지 10 nm의 범위이다. 청색광을 방출하는 양자점은 일반적으로 가장 작으며, 이 때 코어-쉘(들)의 직경은 대략 1 nm 내지 2.5 nm의 범위이다. 녹색광을 방출하는 양자점은 일반적으로 약간 크며, 이 때 코어-쉘(들)의 직경은 대략 2.5 nm 내지 4 nm의 범위이다. 적색광을 방출하는 양자점은 일반적으로 크며, 이 때 코어-쉘(들)의 직경은 대략 5 nm 내지 7 nm의 범위이다. 이들 범위는 예로서 제공되는 것이고 이해를 돕기 위해 제공되는 것이지 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
양자점 발광 재료의 예는 CdSe의 코어를 포함하는 재료를 포함한다. CdSe는 716 nm에서의 방출에 해당하는 1.73 eV의 벌크 밴드 갭을 갖는다. 그러나 CdSe의 방출 스펙트럼은 CdSe 양자점의 크기를 맞추어 조정함으로써 가시 스펙트럼 전반에 걸쳐 조정될 수 있다. CdSe 코어를 포함하는 양자점 발광 재료는 CdS, ZnS, 또는 이들의 조합을 포함하는 하나 이상의 쉘을 추가로 포함할 수 있다. CdSe를 포함하는 양자점 발광 재료는 쉘(들)에 결합된 리간드를 포함할 수 있는 패시베이션 구조를 추가로 포함할 수 있다. CdSe/CdS 또는 CdSe/ZnS 코어-쉘 구조를 포함하는 양자점 발광 재료는 디스플레이 및/또는 조명 패널에 적용하기 위해 적색광, 녹색광, 또는 청색광을 방출하도록 조정될 수 있다.
양자점 발광 재료의 예는 InP의 코어를 포함하는 재료를 추가로 포함한다. InP는 918 nm에서의 방출에 해당하는 1.35 eV의 벌크 밴드 갭을 갖는다. 그러나 InP의 방출 스펙트럼은 InP 양자점의 크기를 맞추어 조정함으로써 가시 스펙트럼 전반에 걸쳐 조정될 수 있다. InP 코어를 포함하는 양자점 발광 재료는 CdS, ZnS, 또는 이들의 조합을 포함하는 하나 이상의 쉘을 추가로 포함할 수 있다. InP를 포함하는 양자점 발광 재료는 쉘(들)에 결합된 리간드를 포함할 수 있는 패시베이션 구조를 추가로 포함할 수 있다. InP/CdS 또는 InP/ZnS 코어-쉘 구조를 포함하는 양자점 발광 재료는 디스플레이 및/또는 조명 패널에 적용하기 위해 적색광, 녹색광, 또는 청색광을 방출하도록 조정될 수 있다.
일반적으로, QLED 디바이스는 광발광 또는 전계 발광일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "QLED"는 전계 발광 양자점 발광 재료를 포함하는 전계 발광 디바이스만을 지칭한다. 용어 "QLED"는 전계 발광 양자점 발광 재료를 포함하는 단일 발광 유닛 전계 발광 디바이스를 설명하는 데 사용될 수 있다. 용어 "QLED"는 또한 전계 발광 양자점 발광 재료를 포함하는 적층형 전계 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛을 설명하는 데 사용될 수 있다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
본원에서 사용되는 "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 것을 의미하고, "하부"는 기판에 가장 가까운 것을 의미한다. 제1 층이 제2 층 "위에 배치된" 것으로 기술되는 경우, 제1 층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된 것이다. 제1 층이 제2 층과 "접촉하고 있는" 것으로 명시되지 않는 한, 제1 층과 제2 층 사이에 다른 층이 있을 수 있다.
본원에서 사용되는 "용액 처리 가능"은 용액 또는 현탁액 형태로, 액체 매질 내에서 용해, 분산, 또는 수송될 수 있고/있거나 그 액체 매질로부터 침적될 수 있음을 의미한다.
본원에서 사용되며 본 기술분야의 숙련인이 일반적으로 이해하는 바와 같이, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 레벨은, 제1 에너지 레벨이 진공 에너지 레벨에 더 가까운 경우에는, 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP) 및 전자 친화도(EA)는 진공 레벨과 관련하여 음의 에너지로 측정되기 때문에, HOMO 에너지 레벨은 높을수록 작은 음의 값인 IP에 대응한다. 마찬가지로, LUMO 에너지 레벨은 높을수록 작은 음의 값인 EA에 대응한다. 기존의 에너지 레벨 다이어그램에서, 상부에 진공 레벨이 있는 경우, 재료의 LUMO 에너지 레벨은 동일한 재료의 HOMO 에너지 레벨보다 높다. "높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 수준은 "낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 수준에 비해서 이러한 다이어그램의 상부에 더 가깝게 나타난다.
본원에서 사용되며 본 기술분야의 숙련인이 일반적으로 이해하는 바와 같이, 제1 일 함수가 더 높은 절대 값을 갖는 경우 제1 일 함수는 제2 일 함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일 함수는 일반적으로 진공 레벨과 관련하여 음수로 측정되기 때문에, "더 높은" 일 함수는 더 큰 음의 값이라는 것을 의미한다. 기존의 에너지 레벨 다이어그램에서, 진공 레벨이 상부에 있는 경우, "더 높은" 일 함수는 진공 레벨에서 아래쪽 방향으로 멀리 떨어져 있게 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 레벨의 정의는 일 함수와는 다른 규칙을 따른다.
본원에서 사용되는 용어 "광학적으로 결합된" 것은 광이 하나 이상의 요소들 사이에 주어질 수 있도록 배열된 디바이스 또는 구조체의 하나 이상의 요소를 지칭한다. 하나 이상의 요소는 하나 이상의 요소들 사이에 광이 부여될 수 있도록 갭 또는 임의의 연결, 결합, 링크 등에 의해 분리되거나 또는 접촉할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 적층형 발광 디바이스는 투명 또는 반투명 기판을 통해 하나 이상의 색상 변경 층에 광학적으로 결합될 수 있다.
본원에서 사용되며 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, PeLED, OLED 또는 QLED와 같은 발광 디바이스는 2개 이상의 발광 유닛이 발광 디바이스의 층 구조 내의 하나 이상의 전하 생성층에 의해 분리된 경우 "적층형" 발광 디바이스로 지칭될 수 있다. 일부 출처에서, 적층형 발광 디바이스는 직렬형 발광 디바이스로 지칭될 수 있다. "적층형"이라는 용어와 "직렬형"이라는 용어는 상호 교환적으로 사용될 수 있다는 것과, 본원에서 사용되는 직렬형 발광 디바이스도 적층형 발광 디바이스로 간주된다는 것을 이해해야 한다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
PeLED, OLED 및 QLED는 발광 다이오드이며, 본원에서 사용되는 발광 다이오드는 한 방향으로만 실질적인 전류 흐름을 허용하는 발광 디바이스로 간주된다. 따라서, PeLED, OLED, 및 QLED는 교류(AC)가 아닌 직류(DC)에 의해 구동되는 것으로 간주된다. 본원에 사용된 용어 "PeLED", "OLED", 및 "QLED"는 전계 발광 페로브스카이트, 유기 또는 양자점 발광 재료를 각각 포함하는 단일 발광 유닛 전계 발광 디바이스를 설명하는 데 사용될 수 있다. 용어 "PeLED", "OLED", 및 "QLED"는 또한 전계 발광 페로브스카이트, 유기 또는 양자점 발광 재료를 각각 포함하는 적층형 전계 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛을 설명하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 전계 발광 발광 디바이스는 각각의 PeLED, OLED, 및/또는 QLED 발광 유닛을 통해 한 방향으로만 실질적인 전류 흐름을 허용한다는 것을 이해해야 한다. 따라서 본원에 개시된 전계 발광 발광 디바이스는 교류(AC)가 아닌 직류(DC)에 의해 구동되는 것으로 간주된다. 이 명명법은 다른 출처에서 사용하는 것과 약간 다를 수 있다.
발광 디바이스가 제공된다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 적어도 2개의 발광 유닛, 및 적어도 하나의 전하 생성층을 포함한다. 적어도 2개의 발광 유닛과 적어도 하나의 전하 생성층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다. 적어도 2개의 발광 유닛의 제1 발광 유닛이 제1 전극 위에 배치된다. 적어도 하나의 전하 생성층의 제1 전하 생성층이 제1 발광 유닛 위에 배치된다. 적어도 2개의 발광 유닛의 제2 발광 유닛이 제1 전하 생성층 위에 배치된다. 제2 전극이 제2 발광 유닛 위에 배치된다. 적어도 2개의 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 상기 디바이스는 적어도 2개의 발광 유닛의 적어도 하나의 추가 발광 유닛을 포함하고, 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광층을 포함한다. 일 실시형태에서, 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 미소공진(microcavity) 구조를 포함한다.
일 실시형태에서, 발광 디바이스는 적색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.680 이상인 적색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.708 이상인 적색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 녹색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.690 이상인 녹색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.797 이상인 녹색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 청색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE y 좌표가 0.060 이하인 청색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 CIE y 좌표가 0.046 이하인 청색광을 방출한다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 백색광을 방출한다.
일 실시형태에서, 디바이스의 발광 유닛들 중 하나 이상은 유기 금속 할로겐화물 발광 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 디바이스의 발광 유닛들 중 하나 이상은 무기 금속 할로겐화물 발광 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 전하 생성층은 외부 전원에 직접 연결된다. 일 실시형태에서, 제1 전하 생성층은 독립적으로 어드레싱할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 전하 생성층은 외부 전원에 직접 연결되지 않는다. 일 실시형태에서, 제1 전하 생성층은 독립적으로 어드레싱할 수 없다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛이 전기적으로 직렬로 연결된다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛과 제2 발광 유닛을 통해 직류가 통전된다.
일 실시형태에서, 발광 디바이스는 디스플레이의 서브픽셀에 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 발광 디바이스는 조명 패널에 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 발광 디바이스는 제1 전극, 제2 전극, 적어도 3개의 발광 유닛, 및 적어도 2개의 전하 생성층을 포함한다. 적어도 3개의 발광 유닛과 적어도 2개의 전하 생성층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다. 적어도 3개의 발광 유닛의 제1 발광 유닛이 제1 전극 위에 배치된다. 적어도 2개의 전하 생성층의 제1 전하 생성층이 제1 발광 유닛 위에 배치된다. 적어도 3개의 발광 유닛의 제2 발광 유닛이 제1 전하 생성층 위에 배치된다. 적어도 2개의 전하 생성층의 제2 전하 생성층이 제2 발광 유닛 위에 배치된다. 적어도 3개의 발광 유닛의 제3 발광 유닛이 제2 전하 생성층 위에 배치된다. 제2 전극이 제3 발광 유닛 위에 배치된다. 적어도 3개의 발광 유닛의 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 상기 디바이스는 적어도 3개의 발광 유닛의 적어도 2개의 추가 발광 유닛을 포함하고, 상기 적어도 2개의 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다.
상기 요약과 예시적인 실시형태에 대한 하기의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해된다. 본 개시내용을 예시하기 위해, 본 개시내용의 예시적인 구성들이 도면에 도시되어 있다. 그러나 본 개시내용은 여기에 개시된 특정 방법 및 수단에 제한되지 않는다. 더욱이, 본 기술분야의 숙련인은 도면이 실척이 아니라는 것을 이해할 것이다.
첨부된 도면에서, 밑줄 그어진 숫자는 그 밑줄 그어진 숫자가 위치하는 물품 또는 그 밑줄 그어진 숫자에 인접한 물품을 나타내기 위해 사용된다. 밑줄 없는 숫자는 그 밑줄 없는 숫자를 해당 물품에 연결하는 선으로 식별되는 물품과 관련된다. 숫자에 밑줄이 없고 연관된 화살표가 동반되는 경우, 그 밑줄 없는 숫자는 화살표가 가리키는 포괄적인 물품을 식별하는 데 사용된다. 이제부터는 도면을 참조하여 본 개시내용의 실시형태들을 단지 예로서 설명한다.
도 1은 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 역 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 ABX3구조를 갖는 3D 페로브스카이트 발광 재료를 도시한다.
도 4는 L2(ABX3)n-1BX4 구조 - 여기서, n = 1, 3, 5, 10 및 ∞임 - 를 갖는 층상 페로브스카이트 발광 재료를 도시한다.
도 5는 L2(ABX3)n-1BX4와 유사한, 여기서 n = 5임, 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 나노 결정의 일 예를 도시한다.
도 6은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 도시한다.
도 7은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 도시한다.
도 8은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 층 구조를 도시한다.
도 9는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 층 구조를 도시한다.
도 10은 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성(rendition)을 도시한다.
도 11은 (a) DCI-P3 및 (b) Rec. 2020 색 공간에 대한 색역을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 12는 예시적인 적색, 녹색, 및 청색의 PeLED, OLED, 및 QLED 디바이스를 위한 색좌표를 갖는 (a) DCI-P3 및 (b) Rec. 2020 색 공간에 대한 색역을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 13은 플랭키안 궤적(Planckian Locus)을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 14는 적색, 녹색, 및 청색 PeLED, OLED, 및 QLED에 대한 예시적인 전계 발광 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 15a 내지 15g는 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다.
도 16a 내지 16j는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다.
도 17a 내지 17l은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 또 다른 다양한 구성을 도시한다.
첨부된 도면에서, 밑줄 그어진 숫자는 그 밑줄 그어진 숫자가 위치하는 물품 또는 그 밑줄 그어진 숫자에 인접한 물품을 나타내기 위해 사용된다. 밑줄 없는 숫자는 그 밑줄 없는 숫자를 해당 물품에 연결하는 선으로 식별되는 물품과 관련된다. 숫자에 밑줄이 없고 연관된 화살표가 동반되는 경우, 그 밑줄 없는 숫자는 화살표가 가리키는 포괄적인 물품을 식별하는 데 사용된다. 이제부터는 도면을 참조하여 본 개시내용의 실시형태들을 단지 예로서 설명한다.
도 1은 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 역 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 ABX3구조를 갖는 3D 페로브스카이트 발광 재료를 도시한다.
도 4는 L2(ABX3)n-1BX4 구조 - 여기서, n = 1, 3, 5, 10 및 ∞임 - 를 갖는 층상 페로브스카이트 발광 재료를 도시한다.
도 5는 L2(ABX3)n-1BX4와 유사한, 여기서 n = 5임, 층상 구조를 갖는 페로브스카이트 재료의 나노 결정의 일 예를 도시한다.
도 6은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 도시한다.
도 7은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 도시한다.
도 8은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 층 구조를 도시한다.
도 9는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 층 구조를 도시한다.
도 10은 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성(rendition)을 도시한다.
도 11은 (a) DCI-P3 및 (b) Rec. 2020 색 공간에 대한 색역을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 12는 예시적인 적색, 녹색, 및 청색의 PeLED, OLED, 및 QLED 디바이스를 위한 색좌표를 갖는 (a) DCI-P3 및 (b) Rec. 2020 색 공간에 대한 색역을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 13은 플랭키안 궤적(Planckian Locus)을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다.
도 14는 적색, 녹색, 및 청색 PeLED, OLED, 및 QLED에 대한 예시적인 전계 발광 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 15a 내지 15g는 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다.
도 16a 내지 16j는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다.
도 17a 내지 17l은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 또 다른 다양한 구성을 도시한다.
PeLED의 일반적인 디바이스 아키텍처 및 작동 원리는 OLED 및 QLED의 것과 실질적으로 유사하다. 이들 발광 디바이스 각각은 애노드와 캐소드 사이에 배치되고 전기적으로 연결된 적어도 하나의 발광층을 포함한다. PeLED의 경우, 발광층은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED의 경우, 발광층은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED의 경우, 발광층은 양자점 발광 재료를 포함한다. 이러한 발광 디바이스들 각각에 있어서, 전류가 가해지면, 발광층(들) 안으로, 애노드는 정공을 주입하고 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공과 전자는 각각 반대로 대전된 전극 쪽으로 이동한다. 전자와 정공이 편재되면, 여기 에너지 상태를 갖는 편재된 전자-정공 쌍인 엑시톤이 형성될 수 있다. 엑시톤이 광 방출 메커니즘을 통해 이완되면 광이 방출된다. 열 복사 및/또는 오거 재조합과 같은 비복사 메커니즘도 발생할 수 있지만, 이는 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다. PeLED, OLED, 및 QLED에 필요한 디바이스 아키텍처와 작동 원리 간의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료의 조합을 용이하게 한다.
도 1은 단일 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스(100)를 도시한다. 발광 디바이스(100)는 PeLED, OLED, 또는 QLED일 수 있다. 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), 캐소드(155), 캡핑층(160), 및 장벽층(165)을 포함할 수 있다. 디바이스(100)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. 디바이스(100)는 캐소드(155) 아래에 배치된 애노드(115)를 가지므로, 이 디바이스(100)는 "표준" 디바이스 아키텍처로 지칭될 수 있다. PeLED의 경우, 발광층은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED의 경우, 발광층은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED의 경우, 발광층은 양자점 발광 재료를 포함한다.
도 2는 단일 발광 유닛을 갖는 역 발광 디바이스(200)를 도시한다. 발광 디바이스(200)는 PeLED, OLED, 또는 QLED일 수 있다. 이 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225), 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. 디바이스(200)는 애노드(230) 아래에 배치된 캐소드(215)를 가지므로, 이 디바이스(200)는 "역" 디바이스 아키텍처로 지칭될 수 있다. PeLED의 경우, 발광층은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED의 경우, 발광층은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED의 경우, 발광층은 양자점 발광 재료를 포함한다. 디바이스(100)와 관련하여 설명된 것과 유사한 재료가 디바이스(200)의 대응하는 층에 사용될 수 있다. 도 2는 PeLED, OLED, 또는 QLED의 구조에서 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지에 대한 일 예를 제공한다.
도 1 및 도 2에 예시된 단순한 층상 구조는 비제한적인 예로 제공되며, 본 발명의 실시형태들은 광범위하게 다양한 그 밖의 다른 구조들과 관련하여 사용될 수 있음이 이해된다. 설명된 특정 재료 및 구조는 본질적으로 예시적이며, 그 밖의 다른 재료 및 구조가 사용될 수 있다. 성능, 디자인, 및 비용과 같은 요인들에 근거하여, 여러 방식으로 설명된 다양한 층들을 결합시킴으로써 기능성 PeLED, OLED, 및 QLED가 달성될 수 있거나, 또는 층들을 완전히 생략할 수 있다. 구체적으로 설명되지 않은 그 밖의 다른 층들도 포함될 수 있다. 구체적으로 설명된 것 이외의 재료들이 사용될 수 있다. 본원에 제공된 많은 예는 다양한 층들이 단일 재료를 포함하는 것으로 설명하지만, 재료들의 조합이 사용될 수 있음이 이해된다. 또한, 층들은 다양한 하위 층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층들에 부여된 명칭은 엄격하게 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 디바이스에 있어서, 정공 수송층은 발광층 안으로 정공을 수송하고 주입할 수 있으며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로 설명될 수 있다.
PeLED, OLED, 및 QLED는 일반적으로 전극들 중 적어도 하나를 통해 광을 방출하도록 되어 있고, 하나 이상의 투명 전극이 이러한 광전자 디바이스에 유용할 수 있다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide)와 같은 투명 전극 재료가 하부 전극으로 사용될 수 있고, 마그네슘과 은의 혼합물(Mg:Ag)의 얇은 금속층과 같은 투명 전극 재료가 상부 전극으로 사용될 수 있다. 하부 전극을 통해서만 광을 방출하도록 되어 있는 디바이스의 경우, 상부 전극은 투명할 필요가 없으며, 반사율이 높은 금속 층과 같은 불투명 및/또는 반사 층으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 상부 전극을 통해서만 광을 방출하도록 되어 있는 디바이스의 경우, 하부 전극은 반사율이 높은 금속 층과 같은 불투명 및/또는 반사 층으로 구성될 수 있다. 전극이 투명할 필요가 없는 경우, 더 두꺼운 층을 사용하게 되면, 더 우수한 전도도를 제공할 수 있고 디바이스의 전압 강하 및/또는 줄(Joule) 열을 줄일 수 있으며, 반사성 전극을 사용하게 되면, 광을 투명 전극 쪽으로 다시 반사시키게 됨으로써 다른 전극을 통해 방출되는 광의 양을 늘릴 수 있다. 두 전극이 모두 투명한 경우, 완전히 투명한 디바이스도 제조할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 기판(110)을 선택적으로 포함할 수 있다. 기판(110)은 원하는 구조적 및 광학적 특성을 제공하는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 기판(110)은 강성이거나 가요성일 수 있다. 기판(110)은 편평하거나 곡형일 수 있다. 기판(110)은 투명하거나, 반투명하거나, 불투명할 수 있다. 바람직한 기판 재료는 유리, 플라스틱, 및 금속 호일이다. 직물 및 종이와 같은 그 밖의 다른 기판이 사용될 수 있다. 기판(110)의 재료 및 두께는 원하는 구조적 및 광학적 특성을 얻을 수 있도록 선택될 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED에 필요한 기판 특성들 간의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 애노드(115)를 선택적으로 포함할 수 있다. 애노드(115)는 그 애노드(115)가 정공을 전도하고 정공을 디바이스의 층들에 주입할 수 있도록, 본 기술분야에 공지된 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 애노드(115) 재료는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 및 알루미늄 아연 산화물(AlZnO)과 같은 전도성 금속 산화물; 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(Al:Nd), 금 (Au), 및 이들의 합금; 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 바람직한 애노드(115) 재료는 그래핀, 탄소 나노튜브, 나노와이어, 또는 나노입자; 은 나노 와이어 또는 나노입자; 유기 재료, 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 및 이들의 유도체; 또는 이들의 조합을 포함한다. 단일 층에 하나 이상의 애노드 재료를 포함하는 복합 애노드가 일부 디바이스용으로 바람직할 수 있다. 단일 층에 하나 이상의 애노드 재료를 포함하는 다층 애노드가 일부 디바이스용으로 바람직할 수 있다. 다층 애노드의 일 예는 ITO/Ag/ITO이다. PeLED, OLED, 및 QLED를 위한 표준 디바이스 아키텍처에 있어서, 애노드(115)는 기판을 통해 광이 방출되는 하부 방출 디바이스를 생성하기에 충분히 투명할 수 있다. 표준 디바이스 아키텍처에 일반적으로 사용되는 투명 애노드의 일 예는 ITO로 된 층이다. 표준 디바이스 아키텍처에 일반적으로 사용되는 투명 애노드의 또 다른 예는 Ag 두께가 약 25 nm 미만인 ITO/Ag/ITO이다. 애노드는 두께가 약 25 nm 미만인 은 층을 포함함으로써 부분적으로 반사할 수 있을 뿐만 아니라 투명할 수 있다. 이러한 투명하고 부분적으로 반사성인 애노드가 LiF/Al과 같은 반사 캐소드와 함께 사용될 때, 이는 디바이스 내에 미소공진을 생성하는 이점을 가질 수 있다. 미소공진은 다음과 같은 이점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 디바이스에서 방출되는 총 광량의 증가, 이에 따른 더 높은 효율과 밝기; 전방 방향으로 방출되는 광의 비율 증가, 이에 따른 수직 입사에서의 겉보기 밝기 증가; 및 방출 스펙트럼의 스펙트럼 좁아짐, 그 결과 색 채도가 증가한 발광이 일어남. 애노드(115)는 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED를 위한 표준 디바이스 아키텍처에 있어서, 반사성 애노드(115)는 일부 상부 발광 디바이스(top-emitting device)에서는 디바이스의 상부로부터 방출되는 광량을 증가시키는 데 있어 바람직할 수 있다. 표준 디바이스 아키텍처에 일반적으로 사용되는 반사성 애노드의 일 예는 Ag 두께가 약 80 nm보다 큰 ITO/Ag/ITO의 다층 애노드이다. 이러한 반사 애노드가 Mg:Ag와 같은 투명하고 부분적으로 반사성인 캐소드와 함께 사용될 때, 이는 디바이스 내에 미소공진을 생성하는 이점을 가질 수 있다. 기판(115)의 재료 및 두께는 원하는 전도 특성 및 광학적 특성을 얻을 수 있도록 선택될 수 있다. 애노드(115)가 투명한 경우, 원하는 전도도를 제공하기에 충분히 두껍지만 원하는 정도의 투명도를 제공할 만큼 충분히 얇은 특정 재료에 대한 두께 범위가 있을 수 있다. 그 밖의 다른 재료 및 구조가 사용될 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED에 필요한 애노드 특성들 간의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 정공 수송층(125)을 선택적으로 포함할 수 있다. 정공 수송층(125)은 정공을 수송할 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 정공 수송층(125)은 용액 공정 또는 진공 증착 공정에 의해 증착될 수 있다. 정공 수송층(125)은 도핑될 수 있거나, 또는 도핑되지 않을 수도 있다. 전도도를 향상시키기 위해 도핑을 사용할 수 있다.
도핑되지 않은 정공 수송층의 예는 N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐-(1,1'-비페닐) -4,4'-디아민(NPD), 폴 [(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-코-(4,4'-(N-(4-이차-부틸페닐) 디페닐아민(TFB), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘](폴리-TPD), 폴리(9-비닐카르바졸)(PVK), 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐(CBP), 스피로-OMeTAD, 및 몰리브덴 산화물(MoO3)이다. 도핑된 정공 수송층의 일 예는 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 4,4',4''-트리스[페닐(m-톨릴)아미노]트리페닐아민(m-MTDATA)이다. 용액 처리된 정공 수송층의 일 예는 PEDOT:PSS이다. 그 밖의 다른 정공 수송층 및 구조가 사용될 수 있다. 정공 수송 재료의 앞에서의 예는 특히 PeLED에 적용하기에 아주 적합하다. 그러나 이들 재료는 OLED 및 QLED에서도 효과적으로 구현될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 정공 수송층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 발광층(135)을 선택적으로 포함할 수 있다. 발광층(135)은 애노드(115)와 캐소드(155) 사이에 전류가 흐를 때 광을 방출할 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED에 있어서 디바이스 아키텍처와 작동 원리는 실질적으로 유사하다. 그러나 이 발광 디바이스들은 그 각각의 발광층의 차이로 구별될 수 있다. PeLED의 발광층은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. OLED의 발광층은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. QLED의 발광층은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다.
페로브스카이트 발광 재료의 예는, 예컨대 메틸암모늄 납 요오드화물(CH3NH3PbI3), 메틸암모늄 납 브롬화물(CH3NH3PbBr3), 메틸암모늄 납 염화물(CH3NH3PbCl3), 포름아미디늄 납 요오드화물(CH(NH2)2PbI3), 포름아미디늄 납 브롬화물(CH(NH2)2PbBr3), 포름아미디늄 납 염화물(CH(NH2)2PbCl3), 세슘 납 요오드화물(CsPbI3), 세슘 납 브롬화물(CsPbBr3), 및 세슘 납 염화물(CsPbCl3)과 같은, 3D 페로브스카이트 재료를 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는, 예컨대 CH3NH3PbI3-xClx, CH3NH3PbI3-xBrx, CH3NH3PbCl3-xBrx, CH(NH2)2PbI3-xBrx, CH(NH2)2PbI3-xClx, CH(NH2)2PbCl3-xBrx, CsPbI3-xClx, CsPbI3-xBrx, 및 CsPbCl3-xBrx와 같은, 여기서 x는 0 내지 3의 범위에 있음, 할로겐화물이 혼합된 3D 페로브스카이트 재료를 추가로 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는, 예컨대 (C10H7CH2NH3)2PbI4, (C10H7CH2NH3)2PbBr4, (C10H7CH2NH3)2PbCl4, (C6H5C2H4NH3)2PbI4, (C6H5C2H4NH3)2PbBr4, 및 (C6H5C2H4NH3)2PbCl4와 같은 2D 페로브스카이트 재료와; (C10H7CH2NH3)2PbI3-xClx, (C10H7CH2NH3)2PbI3-xBrx, (C10H7CH2NH3)2PbCl3-xBrx, (C6H5C2H4NH3)2PbI3-xClx, (C6H5C2H4NH3)2PbI3-xBrx and (C6H5C2H4NH3)2PbCl3-xBrx와 같은, 여기서 x는 0 내지 3의 범위에 있음, 할로겐화물이 혼합된 2D 페로브스카이트 재료를 추가로 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는, 예컨대 (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbI4, (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbBr4, (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbCl4, (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbI4, (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbBr4, 및 (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbCl4와 같은, 여기서 n은 층의 수이고 선택적으로 n은 약 2 내지 10의 범위에 있을 수 있음, 준-2D 페로브스카이트 재료를 추가로 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는, 예컨대 (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbI3-xClx, (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbI3-xBrx, (C6H5C2H4NH3)2(CH(NH2)2PbBr3)n-1PbCl3-xBrx, (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbI3-xClx, (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbI3-xBrx, 및 (C10H7CH2NH3)2(CH3NH3PbI2Br)n-1PbCl3-xBrx와 같은, 여기서 n은 층의 수이고 선택적으로 n은 약 2 내지 10의 범위에 있을 수 있고 x는 0 내지 3의 범위에 있음, 할로겐화물이 혼합된 준-2D 페로브스카이트 재료를 추가로 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는 전술한 예들 중 임의의 것을 추가로 포함하며, 이 경우에 2가 금속 양이온 납(Pb+)은 주석(Sn+), 구리(Cu+), 또는 유러퓸(Eu+)으로 대체될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료의 예는 준-2D 페로브스카이트 재료와 밀접하게 유사한 구조를 갖는 페로브스카이트 발광 나노 결정을 추가로 포함한다.
페로브스카이트 발광 재료는 메틸암모늄 납 요오드화물(CH3NH3PbI3), 메틸암모늄 납 브롬화물(CH3NH3PbBr3), 메틸암모늄 납 염화물(CH3NH3PbCl3)과 같은 유기 금속 할로겐화물 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 이 재료들은 유기 양이온을 포함한다. 페로브스카이트 발광 재료는 세슘 납 요오드화물(CsPbI3), 세슘 납 브롬화물(CsPbBr3), 및 세슘 납 염화물(CsPbCl3)과 같은 무기 금속 할로겐화물 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 이 재료는 무기 양이온을 포함한다. 더욱이, 페로브스카이트 발광 재료는 유기 및 무기 양이온의 조합이 있는 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 유기 또는 무기 양이온의 선택은 원하는 방출 색상, 전계 발광 효율, 전계 발광의 안정성, 및 가공 용이성을 포함한 여러 요인들에 의해 결정될 수 있다. 무기 금속 할로겐화물 페로브스카이트 재료는 도 5에 도시된 것과 같은 나노결정 구조를 갖는 페로브스카이트 발광 재료에 특히 적합할 수 있으며, 여기서 무기 양이온은 조밀하고 안정된 페로브스카이트 발광 나노결정 구조를 가능하게 할 수 있다.
페로브스카이트 발광 재료는 발광층(135)에 여러 가지 방식으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 발광층은 2D 페로브스카이트 발광 재료, 준-2D 페로브스카이트 발광 재료, 또는 3D 페로브스카이트 발광 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층은 페로브스카이트 발광 나노결정을 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광층(135)은 준-2D 페로브스카이트 발광 재료의 앙상블을 포함할 수 있으며, 앙상블 중의 준-2D 페로브스카이트 발광 재료들은 상이한 수의 층을 포함할 수 있다. 준-2D 페로브스카이트 발광 재료들의 앙상블은, 더 적은 수의 층을 가지며 더 큰 에너지 밴드 갭을 가진 준-2D 페로브스카이트 발광 재료로부터, 더 많은 수의 층을 가지며 더 작은 에너지 밴드 갭을 가진 준-2D 페로브스카이트 발광 재료로의 에너지 전달이 있기 때문에, 바람직할 수 있다. 이 에너지 퍼널(energy funnel)은 PeLED 디바이스에서 엑시톤을 효율적으로 제한하고, 디바이스 성능을 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 발광층(135)은 페로브스카이트 발광 나노결정 재료를 포함할 수 있다. 페로브스카이트 발광 나노결정 재료는, PeLED 디바이스에서 엑시톤을 제한하는 데 나노결정 경계를 사용할 수 있고 나노결정 경계를 부동태화하는 데 표면 양이온을 사용할 수 있기 때문에, 바람직할 수 있다. 이러한 엑시톤 제한 및 표면 패시베이션은 디바이스 성능을 향상시킬 수 있다. 그 밖의 다른 발광층 재료 및 구조가 사용될 수 있다.
형광 유기 발광 재료의 몇 가지 예가 유럽 특허 EP 0423283 B1호에 설명되어 있다. 인광 유기 발광 재료의 몇 가지 예가 미국 특허 US 6303238 B1호 및 US 7279704 B2호에 설명되어 있다. TADF 메커니즘을 통해 방출하는 유기 발광 재료의 몇 가지 예가 우오야마(Uoyama) 등의 공저 문헌에 기술되어 있다. 양자점 발광 재료의 몇 가지 예가 카씨가맨하탄(Kathirgamanathan) 등의 공저 문헌(1)에 기술되어 있다. 이러한 모든 인용 문헌들은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 전자 수송층(145)을 선택적으로 포함할 수 있다. 전자 수송층(145)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층(145)은 용액 공정 또는 진공 증착 공정에 의해 증착될 수 있다. 전자 수송층(145)은 도핑될 수 있거나, 또는 도핑되지 않을 수도 있다. 전도도를 향상시키기 위해 도핑을 사용할 수 있다.
도핑되지 않은 전자 수송층의 예는 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸)(TPBi), 2,9- 디메틸-4,7-디페닐-1,10- 페난트롤린(BCP), 산화 아연(ZnO), 및 이산화 티타늄(TiO3)이다. 도핑된 전자 수송층의 일 예는 1:1의 몰비로 리튬(Li)으로 도핑된 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen)이다. 용액 처리된 전자 수송층의 일 예는 [6,6]-페닐 C61 부티르산 메틸 에스테르(PCBM)이다. 그 밖의 다른 전자 수송층 및 구조가 사용될 수 있다. 전자 수송 재료의 앞에서의 예는 특히 PeLED에 적용하기에 아주 적합하다. 그러나 이들 재료는 OLED 및 QLED에서도 효과적으로 구현될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 전자 수송층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 캐소드(155)를 선택적으로 포함할 수 있다. 캐소드(155)는 그 캐소드(155)가 전자를 전도하고 전자를 디바이스의 층들에 주입할 수 있도록, 본 기술분야에 공지된 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 캐소드(155) 재료는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 및 불소 주석 산화물(FTO)과 같은 금속 산화물; 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 및 이테르븀(Yb)과 같은 금속; 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 바람직한 캐소드(155) 재료는 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(Al:Nd), 금(Au), 및 이들의 합금과 같은 금속; 또는 이들의 조합을 포함한다. 단일 층에 하나 이상의 캐소드 재료를 포함하는 복합 캐소드가 일부 디바이스용으로 바람직할 수 있다. 복합 캐소드의 일 예는 Mg:Ag이다. 단일 층에 하나 이상의 캐소드 재료를 포함하는 다층 캐소드가 일부 디바이스용으로 바람직할 수 있다. 다층 캐소드의 일 예는 Ba/Al이다. PeLED, OLED, 및 QLED를 위한 표준 디바이스 아키텍처에 있어서, 캐소드(155)는 디바이스의 상부로부터 광이 방출되는 상부 발광 디바이스(top-emitting device)를 생성하기에 충분히 투명할 수 있다. 표준 디바이스 아키텍처에 일반적으로 사용되는 투명 캐소드의 일 예는 Mg:Ag의 복합층이다. 캐소드는 Mg:Ag 복합물을 사용함으로써 부분적으로 반사할 수 있을 뿐만 아니라 투명할 수 있다. 이러한 투명하고 부분적으로 반사성인 캐소드가 ITO/Ag/ITO와 같은 반사성 애노드와 함께 사용될 때, 여기서 Ag 두께는 약 80 nm보다 큼, 이는 디바이스 내에 미소공진을 생성하는 이점을 가질 수 있다. 캐소드(155)는 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED를 위한 표준 디바이스 아키텍처에 있어서, 반사성 캐소드(155)는 일부 배면 발광 디바이스(bottom-emitting device)에서는 디바이스의 하부(배면)로부터 기판을 통해 방출되는 광량을 증가시키는 데 있어 바람직할 수 있다. 표준 디바이스 아키텍처에 일반적으로 사용되는 반사성 캐소드의 일 예는 LiF/Al로 이루어진 복합층 캐소드이다. 이러한 반사성 캐소드가 ITO/Ag/ITO와 같은 투명하고 부분적으로 반사성인 애노드와 함께 사용될 때, 여기서 Ag 두께는 약 25 nm 미만임, 이는 디바이스 내에 미소공진을 생성하는 이점을 가질 수 있다.
캐소드(155)의 재료 및 두께는 원하는 전도 특성 및 광학적 특성을 얻을 수 있도록 선택될 수 있다. 캐소드(155)가 투명한 경우, 원하는 전도도를 제공하기에 충분히 두껍지만 원하는 정도의 투명도를 제공할 만큼 충분히 얇은 특정 재료에 대한 두께 범위가 있을 수 있다. 그 밖의 다른 재료 및 구조가 사용될 수 있다. PeLED, OLED, 및 QLED에 필요한 캐소드 특성들 간의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 하나 이상의 차단층을 선택적으로 포함할 수 있다. 차단층은 발광층을 빠져나가는 전하 운반자(전자 또는 정공) 및/또는 엑시톤의 수를 줄이는 데 사용될 수 있다. 전자 차단층(130)은 발광층(135)과 정공 수송층(125) 사이에 배치되어 전자가 정공 수송층(125) 방향으로 발광층(135)을 떠나는 것을 막을 수 있다. 마찬가지로, 정공 차단층(140)은 발광층(135)과 전자 수송층(145) 사이에 배치되어 정공이 전자 수송층(145) 방향으로 발광층(135)을 떠나는 것을 막을 수 있다. 차단층은 엑시톤이 발광층으로부터 확산되는 것을 막는 데에도 사용될 수 있다. 본원에서 사용되며 본 기술분야의 숙련인이 이해하는 바와 같이, 용어 "차단층"은 전하 운반자 및/또는 엑시톤의 수송을 상당히 억제하는 장벽을 그 층이 제공한다는 것을 의미하는데, 그 층이 전하 운반자 및/또는 엑시톤을 완전히 차단하는 것은 암시하지 않는다. 디바이스에 이러한 차단층이 존재하면 차단층이 없는 유사한 디바이스에 비해 효율이 실질적으로 더 높아지는 결과를 얻을 수 있다. 차단층은 또한 발광을 디바이스의 원하는 영역으로 제한하는 데에도 사용될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 차단층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 하나 이상의 주입층을 선택적으로 포함할 수 있다. 일반적으로, 주입층은 전극과 같은 하나의 층으로부터 인접 층으로의 전하 운반자의 주입을 개선할 수 있는 1종 이상의 재료로 구성된다. 주입층은 또한 전하 수송 기능도 수행할 수 있다.
디바이스(100)에서, 정공 주입층(120)은 애노드(115)로부터 정공 수송층(125)으로의 정공 주입을 개선하는 임의의 층일 수 있다. 정공 주입층으로 사용될 수 있는 재료의 예로는 구리(II)프탈로시아닌(CuPc) 및 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴(HATCN) - 이들은 증착될 수 있음 - 과, 용액으로부터 부착될 수 있는 PEDOT:PSS와 같은 중합체가 있다. 정공 주입층으로 사용될 수 있는 재료의 또 다른 예는 산화 몰리브덴(MoO3)이다. 정공 주입 재료의 앞에서의 예는 특히 PeLED에 적용하기에 아주 적합하다. 그러나 이들 재료는 OLED 및 QLED에서도 효과적으로 구현될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 정공 주입층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
정공 주입층(HIL)(120)은, 본원에서 설명된 상대 IP 에너지에 의해 정의된 바와 같이 HIL의 한 측면에서 인접한 애노드 층과 바람직하게 정합되며 HIL의 반대 측면에서 정공 수송층과 바람직하게 정합되는, HOMO 에너지 레벨을 갖는 전하 운반 컴포넌트를 포함할 수 있다. "전하 운반 컴포넌트"는 정공을 실제로 운반하는 HOMO 에너지 수준을 담당하는 재료이다. 이 재료는 HIL의 기본 재료이거나, 또는 도펀트일 수 있다. 도핑된 HIL의 사용은 그 정공 주입층의 전기적 특성에 대해 도펀트를 선택할 수 있게 하며, 증착 용이성, 습윤성, 유연성, 인성 등과 같은 형태학적 특성에 대해 호스트를 선택할 수 있게 한다. HIL 재료의 바람직한 특성은 정공이 애노드로부터 HIL 재료로 효율적으로 주입될 수 있도록 하는 것이다. HIL(120)의 전하 운반 컴포넌트는 애노드 재료의 IP보다 약 0.5 eV 이하로 큰 IP를 갖는 것이 바람직하다. 정공이 주입되는 모든 층에 이와 유사한 조건이 적용된다. HIL 재료는 또한 PeLED, OLED, 또는 QLED의 정공 수송층에 일반적으로 사용되는 종래의 정공 수송 재료와 구별되는데, 이러한 HIL 재료는 종래의 정공 수송 재료의 정공 전도도보다 실질적으로 낮은 정공 전도도를 가질 수 있다는 점에서 그렇다. 본 발명의 HIL(120)의 두께는 애노드를 평탄화하고 효율적인 정공 주입을 가능하게 하기에 충분히 두껍지만 정공의 수송을 방해하지 않도록 하기에 충분히 얇을 수 있다. 예를 들어, 10 nm 정도로 작은 HIL 두께가 허용될 수 있다. 그러나 일부 디바이스의 경우 최대 50 nm의 HIL 두께가 바람직할 수 있다.
디바이스(100)에서, 전자 주입층(150)은 캐소드(155)로부터 전자 수송층(145)으로의 전자 주입을 개선하는 임의의 층일 수 있다. 전자 주입층으로 사용될 수 있는 재료의 예는 불화 리튬(LiF), 불화 나트륨(NaF), 불화 바륨(BaF), 불화 세슘(CsF), 탄산 세슘(CsCO3)과 같은 무기 염이다. 전자 주입층으로 사용될 수 있는 다른 재료의 예는 산화아연(ZnO) 및 산화티타늄(TiO2)과 같은 금속 산화물과, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 및 이테르븀(Yb)과 같은 금속이다. 다른 재료, 또는 재료들의 조합이 주입층에 사용될 수 있다. 특정 디바이스의 구성에 따라, 주입층은 디바이스(100)에 도시된 것과 다른 위치에 배치될 수 있다. 전자 주입 재료의 앞선 예들은 모두 특히 PeLED에 적용하기에 적합하다. 그러나 이들 재료는 OLED 및 QLED에서도 효과적으로 구현될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 전자 주입층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 캡핑층(160)을 선택적으로 포함할 수 있다. 캡핑층(160)은 디바이스로부터의 광 추출을 향상시킬 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 캡핑층(160)은 상부 발광 디바이스 구조에서 상부 전극 위에 배치된다. 바람직하게는, 캡핑층(160)은 적어도 1.7의 굴절률을 가지며, 발광층(135)으로부터 상부 전극을 통과하여 디바이스 밖으로 나가는 광의 통과를 향상시켜서 디바이스 효율을 향상시키도록 구성된다. 캡핑층(160)에 사용될 수 있는 재료의 예는 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐(CBP), Alq3이며, 보다 일반적으로는 트리아민 및 아릴렌디아민이다. 캡핑층(160)은 단일 층 또는 다수의 층을 포함할 수 있다. 그 밖의 다른 캡핑층 재료 및 구조가 사용될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 캡핑층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 디바이스들의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 장벽층(165)을 선택적으로 포함할 수 있다. 장벽층(165)의 한 가지 목적은 습기, 증기 및/또는 가스를 포함하는 환경의 손상 종으로부터 디바이스 층을 보호하는 것이다. 선택적으로, 장벽층(165)은 디바이스의 기판, 전극, 또는 임의의 다른 부분 위에, 아래에, 또는 옆에 - 가장자리를 포함함 - 증착될 수 있다. 선택적으로, 장벽층(165)은 유리 또는 금속과 같은 벌크 재료일 수 있고, 벌크 재료는 디바이스의 기판, 전극, 또는 임의의 다른 부분 위에, 아래에, 또는 옆에 부착될 수 있다. 선택적으로, 장벽층(165)은 필름 상에 증착될 수 있고, 필름은 디바이스의 기판, 전극, 또는 임의의 다른 부분 위에, 아래에, 또는 옆에 부착될 수 있다. 장벽층(165)이 필름 상에 증착되는 경우, 바람직한 필름 재료는 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)와 같은 플라스틱, 및 금속 호일을 포함한다. 장벽층(165)이 벌크 재료이거나 필름 상에 증착되는 경우, 필름 또는 벌크 재료를 디바이스에 부착하는 데 사용되는 바람직한 재료는 열 또는 UV-경화성 접착제, 핫멜트 접착제, 및 감압 접착제를 포함한다.
장벽층(165)은 벌크 재료이거나, 스퍼터링, 진공 열 증착, 전자 빔 증착, 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 및 원자층 증착(ALD)과 같은 화학 기상 증착(CVD) 기술을 포함하는 다양한 공지 증착 기술에 의해 형성될 수 있다. 장벽층(165)은 단일 상을 갖는 조성물뿐만 아니라 다수의 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적절한 재료 또는 재료들의 조합이 장벽층(165)에 사용될 수 있다. 장벽층(165)은 유기 화합물, 또는 무기 화합물, 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 무기 장벽층 재료는 Al2O3와 같은 알루미늄 산화물, SiO2와 같은 실리콘 산화물, SiNx와 같은 실리콘 질화물, 및 유리 및 금속과 같은 벌크 재료를 포함한다. 바람직한 유기 장벽층 재료는 중합체를 포함한다. 장벽층(165)은 단일 층 또는 다수의 층을 포함할 수 있다. 하나 이상의 층에 하나 이상의 장벽 재료를 포함하는 다층 장벽이 일부 디바이스용으로 바람직할 수 있다. 다층 장벽의 바람직한 일 예는 다층 장벽 SiNx/폴리머/SiNx에서와 같이 SiNx와 폴리머의 교번 층을 포함하는 장벽이다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 장벽층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
도 6은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(300)를 도시한다. 발광 디바이스(300)는 하나 이상의 PeLED, OLED, 또는 QLED 발광 유닛을 포함할 수 있다. 디바이스(300)는 제1 전극(310), 제1 발광 유닛(320), 제1 전하 생성층(330), 제2 발광 유닛(340), 및 제2 전극(350)을 포함할 수 있다. 디바이스(300)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. PeLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다.
도 8은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(500)를 위한 층 구조를 도시한다. 발광 디바이스(500)는 하나 이상의 PeLED, OLED, 또는 QLED 발광 유닛을 포함할 수 있다. 디바이스(500)는 기판(505), 애노드(510), 제1 정공 주입층(515), 제1 정공 수송층(520), 제1 발광층(525), 제1 정공 차단층(530), 제1 전자 수송층(535), 제1 전하 생성층(540), 제2 정공 주입층(545), 제2 정공 수송층(550), 제2 발광층(555), 제2 정공 차단층(560), 제2 전자 수송층(565), 제1 전자 주입층(570), 및 캐소드(575)를 포함할 수 있다. 제1 발광 유닛(580)은 제1 정공 주입층(515), 제1 정공 수송층(520), 제1 발광층(525), 제1 정공 차단층(530), 및 제1 전자 수송층(535)을 포함할 수 있다. 제2 발광 유닛(585)은 제2 정공 주입층(545), 제2 정공 수송층(550), 제2 발광층(555), 제2 정공 차단층(560), 제2 전자 수송층(565), 및 제1 전자 주입층(570)을 포함할 수 있다. 디바이스(500)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. PeLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다.
도 7은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(400)를 도시한다. 발광 디바이스(400)는 하나 이상의 PeLED, OLED, 또는 QLED 발광 유닛을 포함할 수 있다. 발광 디바이스(400)는 제1 전극(410), 제1 발광 유닛(420), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광 유닛(440), 제2 전하 생성층(450), 제3 발광 유닛(460), 및 제2 전극(470)을 포함할 수 있다. 발광 디바이스(400)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. PeLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다.
도 9는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(600)를 위한 층 구조를 도시한다. 발광 디바이스(600)는 하나 이상의 PeLED, OLED, 또는 QLED 발광 유닛을 포함할 수 있다. 디바이스(600)는 기판(605), 애노드(610), 제1 정공 주입층(615), 제1 정공 수송층(620), 제1 발광층(625), 제1 전자 수송층(630), 제1 전하 생성층(635), 제2 정공 수송층(640), 제2 발광층(645), 제2 전자 수송층(650), 제2 전하 생성층(655), 제3 정공 수송층(660), 제3 발광층(665), 제3 전자 수송층(670), 제1 전자 주입층(675), 및 캐소드(680)를 포함할 수 있다. 제1 발광 유닛(685)은 제1 정공 주입층(615), 제1 정공 수송층(620), 제1 발광층(625), 및 제1 전자 수송층(630)을 포함할 수 있다. 제2 발광 유닛(690)은 제2 정공 수송층(640), 제2 발광층(645), 및 제2 전자 수송층(650)을 포함할 수 있다. 제3 발광 유닛(695)은 제3 정공 수송층(660), 제3 발광층(665), 제3 전자 수송층(670), 및 제1 전자 주입층(675)을 포함할 수 있다. 디바이스(600)는 순서대로 설명된 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. PeLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함한다. OLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함한다. QLED 발광 유닛의 경우, 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다. 도 9는 적층형 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛으로부터 일부 층이 얼마나 생략될 수 있지의 일례를 제공한다.
도 8 및 도 9에 도시된 단순한 층 구조는 비제한적인 예로서 제공되는 것이며, 본 발명의 실시형태는 폭 넓게 다양한 다른 구조들과 관련하여 사용될 수 있음이 이해된다. 설명된 특정 재료 및 구조는 본질적으로 예시적이며, 그 밖의 다른 재료 및 구조가 사용될 수 있다. 성능, 디자인, 및 비용과 같은 요인들에 근거하여, 여러 방식으로 설명된 다양한 층들을 결합시킴으로써 기능성 발광 디바이스가 달성될 수 있거나, 또는 층들을 완전히 생략할 수 있다. 구체적으로 설명되지 않은 그 밖의 다른 층들도 포함될 수 있다. 구체적으로 설명된 것 이외의 재료들이 사용될 수 있다. 본원에 제공된 많은 예는 다양한 층들이 단일 재료를 포함하는 것으로 설명하지만, 재료들의 조합이 사용될 수 있음이 이해된다. 또한, 층들은 다양한 하위 층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층들에 부여된 명칭은 엄격하게 제한하려는 것으로 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 디바이스에서, 전자 수송층은 전자를 발광층으로 수송할 수 있고 또한 정공이 발광층을 빠져나가는 것을 차단할 수 있으며, 이는 전자 수송층 또는 정공 차단층으로 설명될 수 있다.
도 6, 도 7, 도 8, 및 도 9에 도시된 바와 같은 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 다음과 같은 이점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 다수의 발광 유닛으로부터 나온 광이 디바이스의 동일한 표면 영역 내에서 결합되어 디바이스의 밝기를 증가시킬 수 있다는 이점; 다수의 발광 유닛이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있으며, 이 때 각 방출 유닛에는 실질적으로 동일한 전류가 통과하고, 이에 따라 전류 밀도의 실질적인 증가 없이도 디바이스가 증가된 밝기로 작동할 수 있게 되어, 디바이스의 작동 수명이 연장되는 이점; 및 개별 발광 유닛들에서 방출되는 광의 양을 개별적으로 제어할 수 있고, 이에 따라 디바이스의 밝기 및/또는 색상이 적용의 필요에 따라 조정될 수 있다는 이점. 발광 유닛들을 직렬로 연결하면 적층형 발광 디바이스 내의 각 발광 유닛을 통해 직류(DC)가 흐를 수 있다. 이에 의해, 적층형 발광 디바이스는 전자 디스플레이를 구동하는 데 사용되는 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스 백플레인과 같은 표준 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인 설계와 호환되는 단순한 2개의 전자 단자 설계를 취할 수 있게 된다.
선택적으로, 본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 2개의 발광 유닛을 포함할 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 3개의 발광 유닛을 포함할 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 4개 이상의 발광 유닛을 포함할 수 있다.
선택적으로, 발광 유닛은 발광층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 발광 유닛은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 정공 차단층, 전자 수송층 및/또는 전자 주입층과 같은 하나 이상의 추가 층을 추가로 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 추가 층들 중 일부는 발광 유닛 내에 포함될 수 있으며, 이러한 추가 층들 중 일부는 제외될 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 하나 이상의 전하 생성층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전하 생성층은 적층형 발광 디바이스 내에서 둘 이상의 발광 유닛을 분리하는 데 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 적층형 발광 디바이스(300)는 제1 발광 유닛(320)을 제2 발광 유닛(340)으로부터 분리하는 제1 전하 생성층(330)을 포함한다. 도 7에 도시된 적층형 발광 디바이스(400)는 제1 발광 유닛(420)을 제2 발광 유닛(440)으로부터 분리하는 제1 전하 생성층(430)을 포함한다. 도 7에 도시된 적층형 발광 디바이스(400)는 제2 발광 유닛(440)을 제3 발광 유닛(460)으로부터 분리하는 제2 전하 생성층(450)을 더 포함한다.
전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 단일 층 또는 다수의 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 전자 주입을 위한 n-도핑된 층과 정공 주입을 위한 p-도핑된 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 정공 주입층(HIL)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)의 p-도핑된 층은 정공 주입층(HIL)으로서 기능 할 수 있다. 도 9는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(600)를 도시하고 있는 바, 여기서 제1 전하 생성층(635)은 정공 주입층(도시되지 않음)을 포함하고 제2 전하 생성층(655)은 정공 주입층(도시되지 않음)을 포함한다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 별개의 정공 주입층에 인접하여 그와 접촉하게 위치될 수 있다. 도 8은 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(500)를 도시하고 있는 바, 여기서 제1 전하 생성층(540)은 제2 정공 주입층(545)에 인접하여 그와 접촉한다.
선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 전자 주입층(EIL)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)의 n-도핑된 층은 전자 주입층(EIL)으로서 기능할 수 있다. 도 9는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스(600)를 도시하고 있는 바, 여기서 제1 전하 생성층(635)은 전자 주입층(도시되지 않음)을 포함하고 제2 전하 생성층(655)은 전자 주입층(도시되지 않음)을 포함한다. 선택적으로, 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 개별 전자 주입층에 인접하여 그와 접촉하게 위치될 수 있다.
전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 용액 공정 또는 진공 증착 공정에 의해 증착될 수 있다. 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 전자 및 정공의 주입을 가능하게 하는 임의의 적용 가능한 재료로 구성될 수 있다. 전하 생성층(330, 430, 또는 450)은 도핑되거나, 또는 도핑되지 않을 수도 있다. 전도도를 향상시키기 위해 도핑을 사용할 수 있다.
증착 공정 전하 생성층의 한 예는 정공 주입을 위한 p-도핑된 층으로서의 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌 헥사카르보니트릴(HATCN)과 조합된, 전자 주입을 위한 n-도핑된 층으로서의 리튬 도핑된 BPhen(Li-BPhen)으로 구성된 이중층 구조이다. 용액 공정 전하 생성층의 한 예는 정공 주입을 위한 p-도핑된 층으로서의 산화 몰리브덴(MoO3) 또는 삼산화 텅스텐(WO3)과 조합된, 전자 주입을 위한 n-도핑된 층으로서의 폴리에틸렌이민(PEI) 표면 개질된 산화 아연(ZnO)으로 구성된 이중층 구조이다. 그 밖의 다른 재료, 또는 재료들의 조합이 전하 생성층용으로 사용될 수 있다. 특정 디바이스의 구성에 따라, 전하 생성층은 디바이스(500) 및 디바이스(600)에 도시된 것과 다른 위치에 배치될 수 있다. 전하 생성층 재료의 앞에서의 예들은 모두 특히 PeLED에 적용하기에 아주 적합하다. 그러나 이들 재료는 OLED 및 QLED에서도 효과적으로 구현될 수 있다. 페로브스카이트 발광 재료와 유기 발광 재료와 양자점 발광 재료에 필요한 전하 생성층 특성들 사이의 실질적인 유사성은 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서의 이러한 발광 재료들의 조합을 용이하게 한다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스 내의 하나 이상의 전하 생성층은 하나 이상의 외부 전원에 직접 연결될 수 있거나 또는 그렇지 않을 수도 있고, 이에 따라 개별적으로 어드레싱할 수 있거나 또는 그렇지 않을 수도 있다. 하나 이상의 전하 생성층을 하나 이상의 외부 전원에 연결하는 것은, 개별 발광 유닛들로부터의 발광을 개별적으로 제어할 수 있고 이에 의해 다수의 발광 유닛들이 있는 적층형 발광 디바이스의 밝기 및/또는 색상을 적용의 필요에 따라 조정할 수 있게 된다는 점에서 유리할 수 있다. 하나 이상의 전하 생성층을 하나 이상의 외부 전원에 연결하지 않는 것은, 적층형 발광 디바이스가 표준 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인 설계와 호환되는, 예컨대 전자 디스플레이를 구동하는 데 사용되는 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스 백플레인과 호환되는, 2단자 전자 디바이스일 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는, 선택적으로, 하나 이상의 전하 생성층에 의해 분리된 2개 이상의 발광 유닛을 포함할 수 있다. 선택적으로, 2개 이상의 발광 유닛과 하나 이상의 전하 생성층은 디바이스 내에 수직 방향으로 적층될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 다양한 실시형태의 층들 중 임의의 층은 임의의 적절한 방법에 의해 증착될 수 있다. 방법에는 진공 열 증발, 스퍼터링, 전자 빔 물리적 기상 증착, 유기 기상 증착, 및 유기 증기 제트 인쇄가 포함된다. 그 밖의 다른 적합한 방법에는 스핀 코팅 및 기타 용액 기반 공정이 포함된다. PeLED, OLED, 및 QLED 디바이스에 사용되는 재료를 증착하는 데 실질적으로 유사한 프로세스를 사용할 수 있으며, 이는 적층형 발광 디바이스와 같은 단일 디바이스에서 이러한 재료의 조합을 용이하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라 제조된 디바이스는 광범위한 소비자 제품에 통합될 수 있다. 선택적으로, 디바이스는 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 태블릿, 랩톱 컴퓨터, 스마트폰, 휴대 전화기, 디지털 카메라, 비디오 레코더, 스마트워치, 피트니스 트래커, 개인용 정보 단말기, 차량 디스플레이, 및 기타 전자 디바이스용 디스플레이에 사용될 수 있다. 선택적으로, 디바이스는 마이크로 디스플레이 또는 헤드업 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 선택적으로, 디바이스는 내부 또는 외부 조명 및/또는 신호, 스마트 패키징, 또는 광고판을 위한 조명 패널에 사용될 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따라 제조된 발광 디바이스를 제어하는 데에는 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스 어드레스 체계를 포함하여 다양한 제어 메커니즘이 사용될 수 있다.
본원에 설명된 재료 및 구조는 발광 디바이스 이외의 디바이스에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 태양 전지, 광 검출기, 트랜지스터, 또는 레이저와 같은 기타 광전자 디바이스가 그러한 재료 및 구조를 사용할 수 있다.
층, 재료, 영역, 유닛, 및 디바이스는 여기에서는 이들이 방출하는 광의 색상과 관련하여 설명될 수 있다. 본원에서 사용되는, "적색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 약 580 nm 내지 780 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 것을 지칭하고; "녹색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 약 500 nm 내지 580 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 것을 지칭하고; "청색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 약 380 nm 내지 500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 것을 지칭하고; "하늘색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 약 460 nm 내지 500 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 것을 지칭하고; "황색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 약 540 nm 내지 600 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 것을 지칭한다. 바람직한 범위에는 적색의 경우 약 600 nm 내지 640 nm, 녹색의 경우 약 510 nm 내지 550 nm, 청색의 경우 약 440 nm 내지 465 nm, 하늘색의 경우 약 465 nm 내지 480 nm, 황색의 경우 약 550 nm 내지 580 nm의 피크 파장이 포함된다.
마찬가지로, 색상 변경 층에 대한 모든 언급은 다른 색상의 광을 해당 색상에 지정된 파장을 갖는 광으로 변환하거나 수정하는 층을 지칭한다. 예를 들어, "적색" 필터는 약 580 nm 내지 780 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 광을 생성하는 필터를 지칭한다. 일반적으로, 두 가지 부류의 색상 변경 층, 즉 원하지 않는 파장의 광을 제거하여 스펙트럼을 수정하는 색상 필터와, 높은 에너지의 광자를 낮은 에너지의 광자로 변환하는 색상 변경 층이 있다.
디스플레이 기술은 빠르게 진화하고 있으며, 최근의 혁신으로, 해상도가 더 높고 프레임 속도가 향상되고 명암비가 향상된 더 얇고 가벼운 디스플레이가 가능해지고 있다. 그러나 여전히 상당한 개선이 필요한 영역 중 하나는 색역이다. 디지털 디스플레이는 현재로서는 일반인들이 일상 생활에서 경험하는 많은 색상을 생성할 수 없다. 산업계를 향상된 색역으로 통합하고 안내하기 위해, 두 가지 산업 표준인 DCI-P3 및 Rec. 2020이 규정되었으며, 여기서 DCI-P3는 종종 Rec. 2020을 향한 디딤돌로 여기고 있다.
DCI-P3는 디지털 시네마 이니셔티브(DCI) 조직에 의해 규정되어서, 영화 텔레비전 기술자 협회(SMPTE: Society of Motion Picture and Television Engineers)에서 공표되었다. Rec. 2020(보다 공식적으로는 ITU-R Recommendation BT. 2020으로 알려짐)은 초고화질 TV의 다양한 양상에 대해 향상된 색역을 포함한 목표를 설정하기 위해 국제 통신 연합에 의해 개발되었다.
CIE 1931 (x, y) 색도 다이어그램은 일반인이 경험할 수 있는 모든 색상 감각을 규정하기 위해 1931년에 국제 조명 위원회(CIE: Commission Internationale de l' Eclairage)에 의해 창안되었다. 수학적 관계는 색도 다이어그램 내에서의 각 색상의 위치를 설명한다. CIE 1931 (x, y) 색도 다이어그램은 디스플레이의 색역을 정량화하는 데 사용될 수 있다. 백색 지점(D65)이 중앙에 있고, 색상들은 다이어그램의 끝으로 갈수록 채도가 높아진다(더 진해진다). 도 10은 색 공간 내의 색 분포에 대한 일반적인 이해를 가능하게 하기 위해 다이어그램의 각기 다른 위치에 라벨이 추가된 CIE 1931 (x, y) 색도 다이어그램을 보여주고 있다. 도 11은 CIE 1931 (x, y) 색도 다이어그램에 겹쳐진 (a) DCI-P3 색 공간 및 (b) Rec. 2020 색 공간을 보여주고 있다. 삼각형의 끝 지점들은 각각 DCI-P3 및 Rec. 2020에 있어서의 기본 색들이고, 삼각형 내에 둘러싸인 색들은 그 기본 색들을 결합시켜 재현할 수 있는 모든 색이다. 디스플레이가 DCI-P3 색역 사양을 충족시키려면, 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀들이 적어도 DCI-P3 기본 색만큼 진한 색의 광을 방출해야 한다. 디스플레이가 Rec. 2020 색역 사양을 충족시키려면, 디스플레이의 적색, 녹색, 및 청색 서브픽셀들이 적어도 Rec. 2020 기본 색만큼 진한 색의 광을 방출해야 한다. Rec. 2020의 기본 색은 DCI-P3보다 상당히 더 진하기 때문에, 색역에 있어서 Rec. 2020 표준을 달성하는 것은 DCI-P3 표준을 달성하는 것보다 더 큰 기술적 과제로 여겨진다.
OLED 디스플레이는 DCI-P3 색역을 성공적으로 렌더링할 수 있다. 예를 들어 iPhone X(Apple), Galaxy S9(Samsung), 및 OnePlus 5(OnePlus)와 같은 OLED 디스플레이가 탑재된 스마트폰은 모두 DCI-P3 색역을 렌더링할 수 있다. 상용 액정 디스플레이(LCD)도 또한 DCI-P3 색역을 성공적으로 렌더링할 수 있다. 예를 들어, Surface Studio(Microsoft)와, Mac Book Pro 및 iMac Pro(이들 둘은 Apple)에서의 LCD는 모두 DCI-P3 영역을 렌더링할 수 있다. 또한, 전계 발광 및 광발광 양자점 기술도 또한 넓은 색역을 가진 전계 발광 및 광발광 QLED 디스플레이를 시연하는 데 사용되었다. 그러나 지금까지도 Rec. 2020 색역을 렌더링할 수 있는 디스플레이는 시연된 바가 없다.
여기서 본 발명자들은 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 새로운 적층 발광 디바이스 아키텍처를 개시한다. 다양한 실시형태에서, 디스플레이의 서브픽셀에서 구현될 때의 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 서브픽셀이 DCI-P3 색역의 기본 색을 렌더링하게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 디스플레이의 서브픽셀에서 구현될 때의 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 서브픽셀이 Rec. 2020 색역의 기본 색을 렌더링하게 할 수 있다.
층, 재료, 영역, 유닛, 및 디바이스는 여기에서는 이들이 방출하는 광의 색상과 관련하여 설명될 수 있다. 본원에서 사용되는 "백색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 대략 플랑키안 궤적에 위치한 색도 좌표를 갖는 광을 방출하는 것을 가리킨다. 플랑키안 궤적은 흑체 온도가 변함에 따라 백열 흑체의 색이 특정 색도 공간에서 차지하는 경로 또는 궤적이다. 도 13은 플랭키안 궤적을 또한 보여주는 CIE 1931 (x, y) 색 공간 색도 다이어그램의 연색성을 도시한다. 광의 색도가 플랑키안 궤도와 얼마나 가깝게 일치하는지는 발광 디바이스 색도의 CIE 1976 (u', v') 색 공간에서의 플랑키안 궤도로부터의 거리인 Duv = √(Δu′2 + Δv′2)로 정량화 할 수 있다. CIE 1976 (u', v') 색 공간은 CIE 1931 (x, y) 색 공간에 우선하여 사용되는데, 왜냐하면 CIE 1976 (u', v') 색 공간에서 거리는 색상의 인지된 차이에 거의 비례하기 때문이다. 변환은 매우 간단하다: u′ = 4x/(-2x + 12y + 3)이고, v′ = 9y/(-2x + 12y +3)이다. 본원에서 사용되는 "백색"의 층, 재료, 영역, 유닛, 또는 디바이스는 0.010 이하의 Duv를 갖는 CIE 1976 (u', v') 색도 좌표의 광을 방출하는 것을 가리킨다.
"백색" 광을 정량화하는 데 사용할 수 있는 추가 측정 기준에는 광원의 광과 비슷한 색상의 광을 방출하는 이상적인 흑체 복사체(blackbody radiator)의 온도인 상관 색 온도(CCT: correlated colour temperature)가 포함된다. 바람직하게는, "백색" 광원은 대략 2700K에서 6500K까지의 범위의 CCT를 가져야 한다. 더 바람직하게는, "백색" 광원은 대략 3000K에서 5000K까지의 범위의 CCT를 가져야 한다.
"백색" 광을 정량화하는 데 사용할 수 있는 추가 측정 기준에는 다양한 물체의 색상을 이상적인 광원 또는 자연 광원과 비교해서 정확하게 표현하는 광원의 능력을 정량적으로 측정하는 CRI(연색 지수)가 포함된다. CRI 값이 높을수록 일반적으로 색상을 더 정확하게 표현할 수 있는 광원에 해당하며, CRI의 이론적 최대 값은 100이다. 바람직하게는, "백색" 광원은 CRI가 80 이상이어야 한다. 더 바람직하게는, "백색" 광원은 CRI가 90 이상이어야 한다.
적층형 발광 디바이스의 이점은 본 기술분야에 잘 알려져 있는데, 다음과 같다: 다수의 발광 유닛으로부터 나온 광이 동일한 표면 영역 내에서 결합되어 디바이스의 밝기를 증가시킬 수 있다는 이점; 다수의 발광 유닛이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있으며, 이 때 각 방출 유닛에는 실질적으로 동일한 전류가 통과하고, 이에 따라 전류 밀도의 실질적인 증가 없이도 디바이스가 증가된 밝기로 작동할 수 있게 되어, 디바이스의 작동 수명이 연장되는 이점; 및 개별 발광 유닛들에서 방출되는 광의 양을 개별적으로 제어할 수 있고, 이에 따라 디바이스의 밝기 및/또는 색상이 적용의 필요에 따라 조정될 수 있다는 이점. 발광 유닛들을 직렬로 연결하면 적층형 발광 디바이스 내의 각 발광 유닛을 통해 직류(DC)가 흐를 수 있다. 이에 의해, 적층형 발광 디바이스는 전자 디스플레이를 구동하는 데 사용되는 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스 백플레인과 같은 표준 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인 설계와 호환되는 단순한 2개의 전자 단자 설계를 취할 수 있게 된다.
유기 발광 재료를 포함하는 적층 발광 디바이스의 예는 포레스트(Forrest) 등의 미국 특허 US 5707745 B1호와 과 정(Jung) 등의 공저 문헌에 설명되어 있다. 이러한 모든 인용 문헌들은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다. 미국 특허 US 5707745 B1호는 다색 적층형 유기 발광 디바이스를 설명한다. 포레스트(Forrest) 등은 독립적으로 어드레싱할 수 있는 적색, 녹색, 및 청색 발광 유닛을 포함하는 적층형 유기 발광 디바이스를 설명한다. 정(Jung) 등은 3개의 발광 유닛을 갖는 상부 발광 적층형 유기 발광 디바이스를 설명하는데, 여기서는 3개의 발광 유닛으로부터 나온 광이 결합되어 디바이스로부터의 백색광 방출을 일으킬 수 있다.
적층형 발광 디바이스의 성능상의 이점이 유기 발광 재료와 관련하여서는 알려졌지만, 지금까지도, 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 적층형 발광 디바이스는 시연된 바가 없다. 본 발명자들은 적층형 발광 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛에 적어도 1종의 페로브스카이트 발광 재료를 포함함으로써 다양한 추가적인 성능상의 이점이 실현될 수 있음을 입증한다.
적층형 발광 디바이스의 적어도 하나의 발광 유닛에 적어도 1종의 페로브스카이트 발광 재료를 포함시키는 것의 한 가지 이점은 표 1 및 도 12에 도시된 데이터를 사용하여 입증될 수 있다. 표 1 및 도 12의 데이터는 또한, 적층형 발광 디바이스 아키텍처에서 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛을 유기 발광 재료 및/또는 양자점 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛과 결합시키는 것의 하나 이상의 이점을 입증하는 데 사용될 수 있다.
표 1은 단일 발광 유닛의 적색, 녹색, 및 청색 PeLED, OLED, 및 QLED 디바이스에 대한 CIE 1931 (x, y) 색상 좌표를 보여주고 있다. 또한 표 1에는 DCI-P3 및 Rec. 2020 색역 표준에 대한 CIE 1931 (x, y) 색상 좌표도 포함되어 있다. 일반적으로, 적색광의 경우에서 더 높은 CIE x 값은 더 진한 방출 색상에 해당하고, 녹색광의 경우에서 더 높은 CIE y 값은 더 진한 방출 색상에 해당하며, 청색광의 경우에서는 더 낮은 CIE y 값이 더 진한 방출 색상에 해당한다. 이는 도 12를 참조하여 이해할 수 있는데, 이 도면은 표 1에 있어서의 적색, 녹색, 청색의 연구 개발용 PeLED(원 표시), 청색의 연구 개발용 OLED(5각형 표시), 적색의 연구 개발용 QLED(삼각형 표시), 및 상업용 OLED(사각형 표시) 디바이스의 데이터에 대한 표지들을 포함할 뿐만 아니라, 도 12a에 있어서 DCI-P3 색역의 기본 색에 대한 표지들과 도 12b에 있어서 Rec. 2020 색역의 기본 색에 대한 표지들을 포함한다.
도 14는 단일 발광 유닛 적색, 녹색, 및 청색의 PeLED, OLED, 및 QLED에 대한 예시적인 전계 발광 방출 스펙트럼을 도시한다. 파선으로 표시된 적색, 녹색, 및 청색의 스펙트럼은, 예컨대 Apple iPhone X 내의 디바이스들과 같은, 상업용 OLED 디바이스의 스펙트럼에 해당하며, 이는 DCI-P3 색역을 렌더링하는 데 사용할 수 있다. 실선을 사용하여 표시된 적색 스펙트럼은 단일 발광 유닛을 갖는 적색 발광 연구 개발용 PeLED 디바이스의 스펙트럼에 해당한다. 실선을 사용하여 표시된 녹색 스펙트럼은 단일 발광 유닛을 갖는 녹색 발광 연구개발용 PeLED 디바이스의 스펙트럼에 해당한다. 실선을 사용하여 표시된 청색 스펙트럼은 단일 발광 유닛을 갖는 청색 발광 연구개발용 OLED 디바이스의 스펙트럼에 해당한다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이 방출 스펙트럼이 좁아질수록 방출 색상은 채도가 더 높아진다. 도 14에서 실선을 사용하여 표시된 전기 발광 스펙트럼은 Rec. 2020 색역을 렌더링하는 데 사용될 수 있는 발광 디바이스에 대응한다.
표 1에 있는 단일 발광 유닛 적색, 녹색, 및 청색의 PeLED, OLED, 및 QLED 디바이스에 대해 보고된 CIE 1931 (x, y) 색상 좌표 데이터는 예시이다. 상업용 OLED의 데이터는 DCI-P3 색역을 완전하게 지원하는 Apple iPhone X에서 가져온 것이다. 이 데이터 세트는 디스플레이메이트 테크놀로지즈 코포레이션(DisplayMate Technologies Corporation)의 레이먼드 소네이라(Raymond Soneira)[소네이라(Soneira) 등의 공저 문헌]로부터 입수할 수 있다. 연구개발용 PeLED, 연구개발용 OLED, 및 연구개발용 QLED 디바이스에 대한 데이터는 피어 리뷰(peer-reviewed) 과학 논문들 중에서 선정된 것에서 가져온 것이고, 연구개발용 적색 PeLED의 데이터는 왕(Wang) 등의 공저 문헌에서 가져온 것이고, 연구개발용 적색 QLED 데이터는 카씨가맨하탄(Kathirgamanathan) 등의 공저 문헌(2)에서 가져온 것이다. 연구개발용 녹색 PeLED의 데이터는 히로세(Hirose) 등의 공저 문헌에서 가져온 것이다. 연구개발용 청색 PeLED의 데이터는 쿠마르(Kumar) 등의 공저 문헌에서 가져온 것이다. 연구개발용 청색 OLED 데이터는 타키다(Takita) 등의 공저 문헌에서 가져온 것이다. 이러한 출처의 데이터는 예시로 사용되며, 제한이 아니라고 생각해야 한다. 다른 피어 리뷰 과학 논문들로부터의 데이터, 시뮬레이션된 데이터, 및/또는 실험실 디바이스에서 수집된 실험 데이터도 청구된 적층형 발광 디바이스 아키텍처의 앞서 언급한 이점들을 입증하는 데 사용될 수 있다.
표 1 및 도 12a에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 유기 발광 재료 및 디바이스는 이미 Apple iPhone X에서 예시된 바와 같이 DCI-P3 색역을 렌더링할 수 있는 상용 디스플레이를 시연하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 유기 발광 재료 및 디바이스만으로는 Rec. 2020 색역을 렌더링할 수 있는 디스플레이를 시연할 수 없다. 표 1 및 도 12b는, Rec. 2020 색역을 렌더링할 수 있는 디스플레이를 시연하는 한 가지 길은 디스플레이의 하나 이상의 서브픽셀의 하나 이상의 발광 디바이스에 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함시키는 것임을, 보여주고 있다.
그런데, 색역은 디스플레이 성능을 측정할 수 있는 한 가지 측정 기준일뿐이다. 효율, 밝기, 작동 수명, 전압, 공정 조건, 및 비용과 같은 그 밖의 다른 파라미터도 또한 디스플레이에 적용하기 위한 발광 디바이스의 설계에서 고려해야 한다. 특히, 개발 초기 단계에서, 페로브스카이트 발광 재료의 작동 수명은 비교적 짧다. 예를 들어, 페로브스카이트 발광 재료를 사용하는 단일 발광 유닛 디바이스 아키텍처에 대해 이전에 보고된 모든 작동 수명은 상업용 디스플레이 및 조명 패널에 적용하기 위한 요건들을 충족시키기에 충분하지 않다.
본 발명에서, 본 발명자들은 적어도 하나의 발광 유닛이 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 다수의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스 아키텍처를 제안한다. 발광 디바이스에 다수의 발광 유닛을 적층함으로써, 실질적으로 동일한 전류가 각 발광 유닛을 통과할 수 있으며, 이에 의해 디바이스가 전류 밀도의 실질적인 증가 없이 증가된 밝기로 작동할 수 있게 되어, 디바이스의 작동 수명이 연장된다.
일반적으로 휘도 L에서의 PeLED, OLED, 또는 QLED의 작동 수명 LT는 LT2 = LT1 x (L1/L2)AF로 표현될 수 있으며, 여기서 LT1은 높은 휘도 L1에서의 디바이스의 측정 수명이고, LT2는 (낮은) 휘도 L2에서의 예상 수명이고, AF는 가속 계수이다. 높은 휘도에서의 측정 수명을 낮은 휘도에서 예측 수명으로 변환하기 위한 대략적인 가속 계수는 PeLED, OLED, 및 QLED에 대해 대략 1.5 내지 2.0 범위에 있는 것으로 결정되었다.
두 개의 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스에 있어서, 전체 디바이스 휘도가 동일한 경우, 각 발광 유닛은 단일 발광 유닛을 갖는 동등한 발광 디바이스에서 요구되는 휘도 L1보다 2배 낮은 휘도 L2로 작동할 수 있다. 가속 계수를 2.0으로 가정하면, 두 개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스의 예상 작동 수명은 단일 발광 유닛을 갖는 동등한 발광 디바이스의 예상 작동 수명보다 22 = 4배 더 길다. 또한, 세 개의 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스에 있어서, 전체 디바이스 휘도가 동일한 경우, 각 발광 유닛은 단일 발광 유닛을 갖는 동등한 발광 디바이스에서 요구되는 휘도 L1보다 3배 낮은 휘도 L2로 작동할 수 있다. 가속 계수를 2.0으로 가정하면, 세 개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스의 예상 작동 수명은 단일 발광 유닛을 갖는 동등한 발광 디바이스의 예상 작동 수명보다 32 = 9배 더 길다. 따라서, 적층형 발광 디바이스 아키텍처를 사용하는 접근법은 상업용 디스플레이 및 조명 패널에 페로브스카이트 발광 재료를 채택하는 것을 가속화할 수 있다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함함으로써, 디바이스는 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 Rec. 2020 표준에서의 기본 색인 CIE 1931 (x, y) = (0.170, 0.797)인 녹색보다 더 포화된(채도가 높은) CIE 1931 (x, y) = (0.100, 0.810)인 녹색광을 방출할 수 있다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 녹색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 녹색 발광 재료를 포함하고 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 녹색 발광 재료를 포함한다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 녹색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 및 제3 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 녹색 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 녹색 발광 재료를 포함하고, 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 녹색 발광 재료를 포함한다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함함으로써, 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛은 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 Rec. 2020 표준에서의 기본 색인 CIE 1931 (x, y) = (0.708, 0.292)인 적색보다 더 포화된(채도가 높은) CIE 1931 (x, y) = (0.720, 0.280)인 적색광을 방출할 수 있다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 적색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함하고 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함한다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 적색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 및 제3 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함하고, 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함하고, 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함한다.
더욱이, 본 발명에서, 본 발명자들은 적층형 발광 디바이스 아키텍처에서 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛과 양자점 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛을 결합하는 것이 일부 상황에서는 유리할 수 있다고 제안한다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 양자점 발광 재료를 포함함으로써, 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛은 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 Rec. 2020 표준에서의 기본 색인 CIE 1931 (x, y) = (0.708, 0.292)인 적색보다 더 포화된(채도가 높은) CIE 1931 (x, y) = (0.712, 0.288)인 적색광을 방출할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 양자점 발광 재료를 포함하는 예시적인 발광 유닛으로부터의 적색 발광의 채도는 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 예시적인 발광 유닛으로부터의 적색 발광의 채도보다 약간 낮을 수 있다. 그러나, 일부 상황에서는, 양자점 적색 발광 재료를 포함하는 것은 디바이스에 개선된 효율, 더 높은 밝기, 개선된 작동 수명, 더 낮은 전압, 및/또는 감소된 비용과 같은 하나 이상의 이점을 제공할 수 있고, 따라서 적층형 발광 디바이스 아키텍처에서의 구현에 바람직할 수 있다.
선택적으로, Rec. 2020 표준의 적색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함하고 적어도 하나의 발광 유닛은 양자점 적색 발광 재료를 포함한다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 적색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 및 제3 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 적색 발광 재료를 포함하고 적어도 하나의 발광 유닛은 양자점 적색 발광 재료를 포함한다.
더욱이, 본 발명에서, 본 발명자들은 적층형 발광 디바이스 아키텍처에서 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛과 유기 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛을 결합하는 것이 일부 상황에서는 유리할 수 있다고 제안한다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 유기 발광 재료를 포함함으로써, 디바이스의 하나 이상의 발광 유닛은 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 Rec. 2020 표준에서의 기본 색인 CIE 1931 (x, y) = (0.131, 0.046)인 청색보다 더 포화된(채도가 높은) CIE 1931 (x, y) = (0.146, 0.045)인 청색광을 방출할 수 있다.
선택적으로, Rec. 2020 표준의 청색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하고 적어도 하나의 발광 유닛은 유기 청색 발광 재료를 포함한다. 선택적으로, Rec. 2020 표준의 청색 기본 색보다 더 채도가 높은 색도는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 및 제3 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하고 적어도 하나의 발광 유닛은 유기 청색 발광 재료를 포함한다.
본원에 기재된 바와 같이, 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하는 예시적인 발광 유닛으로부터의 청색 발광의 채도는 유기 청색 발광 재료를 포함하는 예시적인 발광 유닛으로부터의 청색 발광의 채도보다 약간 낮을 수 있다. 예를 들어, 표 1에 도시된 바와 같이, 페로브스카이트 청색 발광 재료는, 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 Rec. 2020 표준의 기본 색인 CIE 1931 (x, y) = (0.131, 0.046)인 청색보다 덜 포화된(채도가 낮은) CIE 1931 (x, y) = (0.166, 0.079)로 광을 방출할 수 있다. 그러나, 일부 상황에서는, 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하는 것은 디바이스에 개선된 효율, 더 높은 밝기, 개선된 작동 수명, 더 낮은 전압, 및/또는 감소된 비용과 같은 하나 이상의 이점을 제공할 수 있고, 따라서 적층형 발광 디바이스 아키텍처에서의 구현에 바람직할 수 있다. 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하는 발광 유닛과 유기 청색 발광 재료를 포함하는 발광 유닛으로부터의 발광을 정확하게 조합함으로써, 적층형 발광 디바이스는 페로브스카이트 청색 발광 재료를 포함하는 이점을 유지하면서, Rec. 2020의 청색 기준 색보다 더 포화된 색도를 갖는 청색광을 방출할 수 있다.
선택적으로, 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛을 1종 이상의 유기 발광 재료 및/또는 1종 이상의 양자점 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛과 결합함으로써, DCI-P3 색역의 기본 색을 렌더링할 수 있는 적층형 발광 디바이스가 시연될 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.680 이상인 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.690 이상인 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.060 이하인 청색광을 방출할 수 있다. 이러한 디바이스는 DCI-P3 디스플레이 표준의 색역 요건을 충족시킨다는 점에서 유리할 수 있다. 이러한 디바이스는, 디스플레이의 하나 이상의 서브픽셀에 구현된 때에 그 디스플레이가 일상 생활에서 경험하는 보다 넓은 범위의 색상을 렌더링함으로써 기능과 사용자 경험을 향상시킬 수 있다는 점에서, 유리할 수 있다.
선택적으로, 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛을 1종 이상의 유기 발광 재료 및/또는 1종 이상의 양자점 발광 재료를 포함하는 하나 이상의 발광 유닛과 결합함으로써, Rec. 2020 색역의 기본 색을 렌더링할 수 있는 적층형 발광 디바이스가 시연될 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.708 이상인 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.797 이상인 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.046 이하인 청색광을 방출할 수 있다. 이러한 디바이스는 Rec. 2020 디스플레이 표준의 색역 요건을 충족시킨다는 점에서 유리할 수 있다. 이러한 디바이스는, 디스플레이의 하나 이상의 서브픽셀에 구현된 때에 그 디스플레이가 일상 생활에서 경험하는 보다 넓은 범위의 색상을 렌더링함으로써 기능과 사용자 경험을 향상시킬 수 있다는 점에서, 유리할 수 있다.
선택적으로, 적층형 발광 디바이스에 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함함으로써, 이 디바이스는 백색광을 방출할 수 있다. 선택적으로, 백색 발광은 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 황색 발광 재료를 포함하고 적어도 하나의 발광 유닛은 청색 발광 재료를 포함한다. 백색 발광은 각각의 발광 유닛으로부터의 황색 발광과 청색 발광을 결합함으로써 시연될 수 있다.
선택적으로, 황색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 황색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 황색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 황색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 유기 발광 재료일 수 있다. 유기 청색 발광 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있는데, 왜냐하면 그러한 재료는 디바이스가 더 긴 작동 수명을 보일 수 있게 할 수 있기 때문이다.
선택적으로, 백색 발광은 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 및 제3 발광 유닛을 포함하는 적층형 발광 디바이스를 사용하여 시연될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 발광 유닛은 적색 발광 재료를 포함하고, 적어도 하나의 발광 유닛은 녹색 발광 재료를 포함하고, 적어도 하나의 발광 유닛은 청색 발광 재료를 포함한다. 백색 발광은 각각의 발광 유닛으로부터의 적색 발광과 녹색 발광과 청색 발광을 결합함으로써 시연될 수 있다.
선택적으로, 적색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 녹색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 적색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있고, 녹색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 적색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있고, 녹색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 적색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 녹색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있다. 선택적으로, 적색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 녹색 발광 재료는 페로브스카이트 발광 재료일 수 있고, 청색 발광 재료는 유기 발광 재료일 수 있다. 유기 청색 발광 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있는데, 왜냐하면 그러한 재료는 디바이스가 더 긴 작동 수명을 보일 수 있게 할 수 있기 때문이다.
1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 이러한 적층형 백색 발광 디바이스는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 페로브스카이트 발광 재료의 높은 채도는 유기 발광 재료 및/또는 양자점 발광 재료만을 포함하는 대등한 디바이스보다 더 높은 연색성 지수(CRI)로 백색광을 발광할 수 있게 하기 때문이다. 이는 조명 패널에 적용하기에 유리할 수 있다.
1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 이러한 적층형 백색 발광 디바이스는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 페로브스카이트 발광 재료의 높은 채도로 인해 유기 발광 재료 및/또는 양자점 발광 재료만을 포함하는 대등한 디바이스보다 더 효율적으로 디바이스가 하나 이상의 색상 변경 층에 광학적으로 결합될 수 있기 때문이다. 이는 디스플레이에 적용하기에 유리할 수 있다.
도 15a 내지 15g는 2개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 제1 전극(310), 제1 발광 유닛(320), 제1 전하 생성층(330), 제2 발광 유닛(340), 및 제2 전극(350)을 포함한다. 제1 발광 유닛(320), 제1 전하 생성층(330), 및 제2 발광 유닛(340)은 제1 전극(310)과 제2 전극(350) 사이에 배치된다. 제1 발광 유닛(320)은 제1 전극(310) 위에 배치된다. 제1 전하 생성층(330)은 제1 발광 유닛(320) 위에 배치된다. 제2 발광 유닛(340)은 제1 전하 생성층(330) 위에 배치된다. 제2 전극(350)은 제2 발광 유닛(340) 위에 배치된다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 적어도 하나의 발광 유닛; 및 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는 적어도 하나의 추가 발광 유닛을 포함한다. 이러한 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 상이한 발광 재료들의 조합은 각 발광 유닛에 대해 최적 유형의 발광 재료를 선택할 수 있게 하고, 이에 의해 단일 유형의 발광 재료만을 포함하는, 예컨대 페로브스카이트 발광 재료만, 유기 발광 재료만, 또는 양자점 발광 재료만을 포함하는, 적층형 발광 디바이스로 달성할 수 있는 것 이상으로 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다.
단순화를 위해, 도 15a~15g, 도 16a~16j, 및 도 17a~17l에서, 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 발광 유닛은 "PELED"라는 표시를 붙이고, 유기 발광 재료를 포함하는 발광 유닛은 "OLED"라는 표시를 붙이고, 양자점 발광 재료를 포함하는 발광 유닛은 "QLED"라는 표시를 붙인다. 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는 발광 유닛은 "PeLED, OLED, 또는 QLED"라는 표시를 붙인다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15a에서 적층형 발광 디바이스(700)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15b에서 적층형 발광 디바이스(710)로 도시된다.
일 실시형태에서, 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15c에서 적층형 발광 디바이스(720)로, 도 15d에서 적층형 발광 디바이스(730)로, 도 15f에서 적층형 발광 디바이스(750)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15c에서 적층형 발광 디바이스(720)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 PeLED 발광 유닛만을 포함하는 적층형 발광 디바이스의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15d에서 적층형 발광 디바이스(730)로, 도 15f에서 적층형 발광 디바이스(750)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 적층형 발광 디바이스의 적어도 하나의 발광 유닛에 있어서는 페로브스카이트 발광 재료가 바람직할 수 있지만 유기 발광 재료가 디바이스의 추가 발광 유닛에 사용되면 디바이스의 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다. 적층형 발광 디바이스 내의 PeLED 발광 유닛과 OLED 발광 유닛의 조합은 특히 유리할 수 있는데, 왜냐하면 상업적 성능을 갖는 유기 발광 재료가 페로브스카이트 발광 재료의 성능에 의해 보완되어서 향상될 수 있기 때문이다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15d에서 적층형 발광 디바이스(730)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15f에서 적층형 발광 디바이스(750)로 도시된다.
일 실시형태에서, 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15c에서 적층형 발광 디바이스(720)로, 도 15e에서 적층형 발광 디바이스(740)로, 도 15g에서 적층형 발광 디바이스(760)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15c에서 적층형 발광 디바이스(720)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 PeLED 발광 유닛만을 포함하는 적층형 발광 디바이스의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15e에서 적층형 발광 디바이스(740)로, 도 15g에서 적층형 발광 디바이스(760)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 적층형 발광 디바이스의 적어도 하나의 발광 유닛에 있어서는 페로브스카이트 발광 재료가 바람직할 수 있지만 양자점 발광 재료가 디바이스의 추가 발광 유닛에 사용되면 디바이스의 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다. 적층형 발광 디바이스 내에 PeLED 발광 유닛을 QLED 발광 유닛과 조합하는 것은 특히 유리할 수 있는데, 왜냐하면 페로브스카이트 발광 재료와 양자점 발광 재료의 구조상의 유사성으로 인해 발광 유닛들을 추가 복잡성이 거의 없거나 전혀 없이 함께 제조할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 용액 공정 제조의 경우, 페로브스카이트 발광 재료와 양자점 발광 재료를 처리하는 데 일반적인 용매를 사용할 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15e에 적층형 발광 디바이스(740)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(320)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(340)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 15g에 적층형 발광 디바이스(760)로 도시된다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스의 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광층을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스의 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광 재료를 포함할 수 있다. 이러한 발광 디바이스는 고도로 포화된 광을 방출할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 이러한 발광 디바이스는 또한 생산 공정을 단순화할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 미소공진 구조를 포함할 수 있다. 선택적으로, 본원에 기술된 바와 같이, 투명 및 부분 반사 전극이 대향 반사 전극과 조합되어 사용되는 경우 미소공진 구조가 생성될 수 있다. 선택적으로, 표준 디바이스 아키텍처에서, 배면 발광(bottom-emission) 미소공진 구조는 ITO/Ag/ITO와 같은, 여기서 Ag 두께는 약 25 nm 미만임, 투명하고 부분적으로 반사성인 다층 애노드를 LiF/Al과 같은 반사성 다층 캐소드와 조합하여 사용함으로써 생성될 수 있다. 이 아키텍처에서, 발광은 애노드를 통해 이루어진다. 선택적으로, 표준 디바이스 아키텍처에서, 전면 발광(top-emission) 미소공진 구조는 Mg:Ag와 같은 투명하고 부분적으로 반사성인 복합 캐소드를 ITO/Ag/ITO 같은, 여기서 Ag 두께는 약 80 nm보다 큼, 반사성 다층 애노드와 조합하여 사용함으로써 생성될 수 있다. 이 아키텍처에서, 발광은 캐소드를 통해 이루어진다.
이러한 디바이스는 이러한 미소공진 구조가 디바이스로부터 방출되는 총 광량을 증가시키고 이에 의해 디바이스의 효율과 밝기가 증가될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 이러한 디바이스는 이러한 미소공진 구조가 디바이스로부터 전방 방향으로 방출되는 광의 비율을 증가시킴으로써 수직 입사에 위치한 사용자에 대한 디바이스의 겉보기 밝기를 증가시킨다는 점에서 더욱 유리할 수 있다. 이러한 디바이스는 이러한 미소공진 구조가 디바이스로부터 방출된 광의 스펙트럼을 좁히게 됨으로써 방출된 광의 채도를 증가시킬 수 있다는 점에서 더욱 유리할 수 있다. 이러한 미소공진 구조를 디바이스에 적용하면 디바이스가 DCI-P3 색역의 기본 색을 렌더링할 수 있게 된다. 이러한 미소공진 구조를 디바이스에 적용하면 디바이스가 Rec. 2020 색역의 기본 색을 렌더링할 수 있게 된다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 DCI-P3 색역의 적색 기본 색을 렌더링할 수 있는 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.680 이상인 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 Rec. 2020 색역의 적색 기본 색을 렌더링할 수 있는 적색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.708 이상인 적색광을 방출할 수 있다. 표 1에 도시된 바와 같이, 이 색 깊이는 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료 및/또는 1종 이상의 양자점 발광 재료를 사용하여 달성될 수 있다. 디스플레이의 서브픽셀에서 구현될 때의 이러한 디바이스는 디스플레이가 더 넓은 범위의 색상을 렌더링할 수 있게 한다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 DCI-P3 색역의 녹색 기본 색을 렌더링할 수 있는 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.690 이상인 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 Rec. 2020 색역의 녹색 기본 색을 렌더링할 수 있는 녹색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.797 이상인 녹색광을 방출할 수 있다. 표 1에 도시된 바와 같이, 이 색 깊이는 1종 이상의 페로브스카이트 발광 재료를 사용하여 달성될 수 있다. 디스플레이의 서브픽셀에서 구현될 때의 이러한 디바이스는 디스플레이가 더 넓은 범위의 색상을 렌더링할 수 있게 한다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 청색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 DCI-P3 색역의 청색 기본 색을 렌더링할 수 있는 청색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.060 이하인 청색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 Rec. 2020 색역의 청색 기본 색을 렌더링할 수 있는 청색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.046 이하인 청색광을 방출할 수 있다. 표 1에 도시된 바와 같이, 이 색 깊이는 1종 이상의 유기 발광 재료를 사용하여 달성될 수 있다. 디스플레이의 서브픽셀에서 구현될 때의 이러한 디바이스는 디스플레이가 더 넓은 범위의 색상을 렌더링할 수 있게 한다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 백색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 조명 패널에 통합될 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 0.010 이하의 Duv를 갖는 백색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 0.005 이하의 Duv를 갖는 백색광을 방출할 수 있다. 작은 Duv 값을 갖는 것은 발광 디바이스가 흑체 복사체와 매우 유사할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 대략 2700K 내지 6500K 범위의 CCT로 백색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 대략 3000K 내지 5000K 범위의 CCT로 광을 방출할 수 있다. 이 범위의 CCT를 갖는 것은 발광 디바이스가 보다 자연스러운 색상으로 보일 수 있으며 고체 조명에 대한 Energy Star 인증에 대한 미국 에너지부 표준을 충족시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 발광 디바이스의 CRI가 80 이상이 되도록 백색광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 발광 디바이스의 CRI가 90 이상이 되도록 백색광을 방출할 수 있다. 높은 CRI를 갖는 것은 발광 디바이스가 색상을 보다 정확하게 렌더링할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 디스플레이의 서브픽셀에 통합될 수 있다. 일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 대략 6504K의 CCT로 백색광을 방출 할 수 있다. 약 6504K의 CCT를 갖는 것은 디스플레이가 DCI-P3 표준과 Rec. 2020 표준 모두에 사용되는 화이트 포인트인 광원 D65 화이트 포인트로 쉽게 교정될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 디스플레이의 서브픽셀에 포함될 수 있다. 선택적으로, 상기 디스플레이는 광범위한 소비자 제품에 통합될 수 있다. 선택적으로, 상기 디바이스는 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 태블릿, 랩톱 컴퓨터, 스마트폰, 휴대 전화기, 디지털 카메라, 비디오 레코더, 스마트워치, 피트니스 트래커, 개인용 정보 단말기, 차량 디스플레이, 및 기타 전자 디바이스에 사용될 수 있다. 선택적으로, 상기 디스플레이는 마이크로 디스플레이 또는 헤드업 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 선택적으로, 상기 디스플레이는 내부 또는 외부 조명 및/또는 신호 전달을 위한 광원으로 사용되거나, 또는 스마트 패키징 또는 광고판에 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 적층형 발광 디바이스는 조명 패널에 포함될 수 있다. 선택적으로, 조명 패널은 다양한 범위의 소비자 제품에 포함될 수 있다. 선택적으로, 조명 패널은 내부 또는 외부 조명 및/또는 시그널링에, 스마트 패키징에, 또는 광고판에 사용될 수 있다.
도 16a 내지 16j는 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 구성을 도시한다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 제1 전극(410), 제1 발광 유닛(420), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광 유닛(440), 제2 전하 생성층(450), 제3 발광 유닛(460), 및 제2 전극(470)을 포함한다. 제1 발광 유닛(420), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광 유닛(440), 제2 전하 생성층(450), 및 제3 발광 유닛(460)은 제1 전극(410)과 제2 전극(470) 사이에 배치된다. 제1 발광 유닛(420)은 제1 전극(410) 위에 배치된다. 제1 전하 생성층(430)은 제1 발광 유닛(420) 위에 배치된다. 제2 발광 유닛(440)은 제1 전하 생성층(430) 위에 배치된다. 제2 전하 생성층(450)은 제2 발광 유닛(440) 위에 배치된다. 제3 발광 유닛(460)은 제2 전하 생성층(450) 위에 배치된다. 제2 전극(470)은 제3 발광 유닛(460) 위에 배치된다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 적어도 하나의 발광 유닛; 및 각각이 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는 적어도 2개의 추가 발광 유닛을 포함한다. 이러한 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 상이한 발광 재료들의 조합은 각 발광 유닛에 대해 최적 유형의 발광 재료를 선택할 수 있게 하고, 이에 의해 단일 유형의 발광 재료만을 포함하는, 예컨대 페로브스카이트 발광 재료만, 유기 발광 재료만, 또는 양자점 발광 재료만을 포함하는, 적층형 발광 디바이스로 달성할 수 있는 것 이상으로 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16a에서 적층형 발광 디바이스(800)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16b에서 적층형 발광 디바이스(805)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16c에서 적층형 발광 디바이스(810)로 도시된다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16d에서 적층형 발광 디바이스(815)로, 도 16e에서 적층형 발광 디바이스(820)로, 도 16g에서 적층형 발광 디바이스(830)로, 도 16i에서 적층형 발광 디바이스(840)로, 도 17a에서 적층형 발광 디바이스(900)로, 도 17e에서 적층형 발광 디바이스(920)로, 도 17i에서 적층형 발광 디바이스(940)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16d에서 적층형 발광 디바이스(815)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 PeLED 발광 유닛만을 포함하는 적층형 발광 디바이스의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나는 유기 발광 재료를 포함한다. 이 실시형태는 도 16e에서 적층형 발광 디바이스(820)로, 도 16g에서 적층형 발광 디바이스(830)로, 도 16i에서 적층형 발광 디바이스(840)로, 도 17a에서 적층형 발광 디바이스(900)로, 도 17e에서 적층형 발광 디바이스(920)로, 도 17i에서 적층형 발광 디바이스(940)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 적층형 발광 디바이스의 적어도 하나의 발광 유닛에 있어서는 페로브스카이트 발광 재료가 바람직할 수 있지만 유기 발광 재료가 디바이스의 적어도 하나의 추가 발광 유닛에 사용되면 디바이스의 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다. 적층형 발광 디바이스 내의 PeLED 발광 유닛과 OLED 발광 유닛의 조합은 특히 유리할 수 있는데, 왜냐하면 상업적 성능을 갖는 유기 발광 재료가 페로브스카이트 발광 재료의 성능에 의해 보완되어서 향상될 수 있기 때문이다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함한다. 이 실시형태는 도 16d에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(815)로, 도 16f에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(825)로, 도 16h에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(835)로, 도 16j에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(845)로, 도 17d에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(915)로, 도 17h에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(935)로, 도 17l에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(955)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16d에서 적층형 발광 디바이스(815)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 PeLED 발광 유닛만을 포함하는 적층형 발광 디바이스의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시형태에서, 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나는 양자점 발광 재료를 포함한다. 이 실시형태는 도 16f에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(825)로, 도 16h에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(835)로, 도 16j에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(845)로, 도 17d에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(915)로, 도 17h에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(935)로, 도 17l에서 예시적인 적층형 발광 디바이스(955)로 도시된다. 이러한 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 적층형 발광 디바이스의 적어도 하나의 발광 유닛에 있어서는 페로브스카이트 발광 재료가 바람직할 수 있지만 양자점 발광 재료가 디바이스의 적어도 하나의 추가 발광 유닛에 사용되면 디바이스의 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다. 적층형 발광 디바이스 내에 PeLED 발광 유닛을 QLED 발광 유닛과 조합하는 것은 특히 유리할 수 있는데, 왜냐하면 페로브스카이트 발광 재료와 양자점 발광 재료의 구조상의 유사성으로 인해 발광 유닛들을 추가 복잡성이 거의 없거나 전혀 없이 함께 제조할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 용액 공정 제조의 경우, 페로브스카이트 발광 재료와 양자점 발광 재료를 처리하는 데 일반적인 용매를 사용할 수 있다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16e에서 적층형 발광 디바이스(820)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16f에서 적층형 발광 디바이스(825)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16g에서 적층형 발광 디바이스(830)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16h에서 적층형 발광 디바이스(835)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16i에서 적층형 발광 디바이스(840)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 16j에서 적층형 발광 디바이스(845)로 도시된다.
도 17a 내지 17l은 3개의 발광 유닛을 갖는 적층형 발광 디바이스를 위한 발광 유닛의 다양한 또 다른 구성을 도시한다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 제1 전극(410), 제1 발광 유닛(420), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광 유닛(440), 제2 전하 생성층(450), 제3 발광 유닛(460), 및 제2 전극(470)을 포함한다. 제1 발광 유닛(420), 제1 전하 생성층(430), 제2 발광 유닛(440), 제2 전하 생성층(450), 및 제3 발광 유닛(460)은 제1 전극(410)과 제2 전극(470) 사이에 배치된다. 제1 발광 유닛(420)은 제1 전극(410) 위에 배치된다. 제1 전하 생성층(430)은 제1 발광 유닛(420) 위에 배치된다. 제2 발광 유닛(440)은 제1 전하 생성층(430) 위에 배치된다. 제2 전하 생성층(450)은 제2 발광 유닛(440) 위에 배치된다. 제3 발광 유닛(460)은 제2 전하 생성층(450) 위에 배치된다. 제2 전극(470)은 제3 발광 유닛(460) 위에 배치된다. 각각의 구성에서, 적층형 발광 디바이스는 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는 적어도 하나의 발광 유닛을 포함한다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17a에서 적층형 발광 디바이스(900)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17b에서 적층형 발광 디바이스(905)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17c에서 적층형 발광 디바이스(910)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17d에서 적층형 발광 디바이스(915)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17e에서 적층형 발광 디바이스(920)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17f에서 적층형 발광 디바이스(925)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17g에서 적층형 발광 디바이스(930)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17h에서 적층형 발광 디바이스(935)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17i에서 적층형 발광 디바이스(940)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17j에서 적층형 발광 디바이스(945)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 유기 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17k에서 적층형 발광 디바이스(950)로 도시된다.
일 실시형태에서, 제1 발광 유닛(420)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제2 발광 유닛(440)은 양자점 발광 재료를 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(460)은 페로브스카이트 발광 재료를 포함할 수 있다. 이 실시형태는 도 17l에서 적층형 발광 디바이스(955)로 도시된다.
일 실시형태에서, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함한다. 이 실시형태는 도 17b에서 적층형 발광 디바이스(905)로, 도 17c에서 적층형 발광 디바이스(910)로, 도 17f에서 적층형 발광 디바이스(925)로, 도 17g에서 적층형 발광 디바이스(930)로, 도 17j에서 적층형 발광 디바이스(945)로, 도 17k에서 적층형 발광 디바이스(950)로 도시된다. 이러한 적층형 발광 디바이스 아키텍처는 유리할 수 있는데, 왜냐하면 상이한 발광 재료들의 조합은 각 발광 유닛에 대해 최적 유형의 발광 재료를 선택할 수 있게 하고, 이에 의해 단일 유형의 발광 재료만을 포함하거나 또는 단지 두 가지 유형의 발광 재료만을 포함하는 적층형 발광 디바이스로 달성할 수 있는 것 이상으로 성능이 향상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 디바이스의 색역, 전계 발광 효율, 및/또는 전계 발광 안정성이 향상될 수 있다.
단지 몇 가지 사용 예들이 설명되고 있지만 그 사용 예들은 제한하는 것이 아님을 본 기술분야의 숙련인은 이해할 것이다.
전술한 본 발명의 실시형태들에 대한 변형은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다. 본 발명을 설명하고 주장하는 데 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "포함하는(incorporate)", "구성되는(consisting of)", "갖는", "이다"와 같은 표현은 배타적이지 않은 방식으로, 즉 명시적으로 설명되지 않은 항목들, 컴포넌트들, 또는 요소들도 제시될 수 있게, 해석되도록 의도된 것이다. 단수에 대한 언급은 또한 복수와 관련된 것으로 해석되어야 한다. 첨부된 청구범위에서 괄호 안에 포함된 모든 숫자는 청구범위의 이해를 돕도록 한 것이며, 이러한 청구범위에 의해 청구되는 요지를 제한하는 방식으로 해석되어서는 안 된다.
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Claims (46)
- 발광 디바이스로서,
제1 전극;
제2 전극;
적어도 2개의 발광 유닛 및 적어도 하나의 전하 생성층;
상기 적어도 2개의 발광 유닛과 상기 적어도 하나의 전하 생성층이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고;
상기 적어도 2개의 발광 유닛의 제1 발광 유닛이 상기 제1 전극 위에 배치되고;
상기 적어도 하나의 전하 생성층의 제1 전하 생성층이 상기 제1 발광 유닛 위에 배치되고;
상기 적어도 2개의 발광 유닛의 제2 발광 유닛이 상기 제1 전하 생성층 위에 배치되고;
상기 제2 전극이 상기 제2 발광 유닛 위에 배치되고;
상기 적어도 2개의 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛이 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고;
당해 디바이스가 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 적어도 하나의 추가 발광 유닛을 포함하고;
상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제9항에 있어서, 상기 적어도 2개의 발광 유닛의 상기 적어도 하나의 추가 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제11항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 양자점 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광층을 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 발광 유닛은 하나를 초과하지 않는 하나의 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 디바이스는 미소공진 구조를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 디바이스는 적색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제17항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.680 이상인 적색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제17항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE 1931 x 좌표가 0.708 이상인 적색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 디바이스는 녹색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제20항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.690 이상인 녹색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제20항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE 1931 y 좌표가 0.797 이상인 녹색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 디바이스는 청색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제23항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE y 좌표가 0.060 이하인 청색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제23항에 있어서, 당해 디바이스는 CIE y 좌표가 0.046 이하인 청색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 디바이스는 백색광을 방출하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 발광 유닛이 유기 금속 할로겐화물 발광 페로브스카이트 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 발광 유닛이 무기 금속 할로겐화물 발광 페로브스카이트 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전하 생성층은 외부 전원에 직접 연결된, 발광 디바이스.
- 제29항에 있어서, 상기 제1 전하 생성층은 독립적으로 어드레싱할 수 있는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전하 생성층은 외부 전원에 직접 연결되지 않는, 발광 디바이스.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 전하 생성층은 독립적으로 어드레싱할 수 없는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛이 전기적으로 직렬로 연결된, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛에 직류가 통과하는, 발광 디바이스.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항의 디바이스를 포함하는 디스플레이의 서브픽셀.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항의 디바이스를 포함하는 조명 패널.
- 발광 디바이스로서,
제1 전극;
제2 전극;
적어도 3개의 발광 유닛 및 적어도 2개의 전하 생성층;
상기 적어도 3개의 발광 유닛과 상기 적어도 2개의 전하 생성층이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고;
상기 적어도 3개의 발광 유닛의 제1 발광 유닛이 상기 제1 전극 위에 배치되고;
상기 적어도 2개의 전하 생성층의 제1 전하 생성층이 상기 제1 발광 유닛 위에 배치되고;
상기 적어도 3개의 발광 유닛의 제2 발광 유닛이 상기 제1 전하 생성층 위에 배치되고;
상기 적어도 2개의 전하 생성층의 제2 전하 생성층이 상기 제2 발광 유닛 위에 배치되고;
상기 적어도 3개의 발광 유닛의 제3 발광 유닛이 상기 제2 전하 생성층 위에 배치되고;
상기 제2 전극이 상기 제3 발광 유닛 위에 배치되고;
상기 적어도 3개의 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고;
당해 디바이스는 적어도 3개의 발광 유닛의 적어도 2개의 추가 발광 유닛을 포함하고;
상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료, 유기 발광 재료, 또는 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스. - 제37항에 있어서, 상기 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 유기 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛이 유기 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 3개의 발광 유닛의 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 각각은 페로브스카이트 발광 재료 또는 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제41항에 있어서, 상기 제1 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하고, 상기 제3 발광 유닛은 페로브스카이트 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제41항 또는 제42항에 있어서, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛이 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제37항에 있어서, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛이 유기 발광 재료를 포함하고, 상기 적어도 2개의 추가 발광 유닛 중 적어도 하나의 발광 유닛이 양자점 발광 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
- 제37항 내지 제44항 중 어느 한 항의 디바이스를 포함하는 디스플레이의 서브픽셀.
- 제37항 내지 제44항 중 어느 한 항의 디바이스를 포함하는 조명 패널.
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