KR20210086355A - 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 삼중항 에너지가 높은 청색 형광 도펀트와 인광 도펀트의 조합으로 이루어진 이종 발광층을 통해 효율을 향상하고 장수명을 꾀하고자 한 유기 발광 소자와 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 복수 스택형 발광 소자에서 발광층의 각 스택이 청색 형광 재료를 포함한 발광층을 구비하도록 하며, 장수명과 고효율을 꾀한 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 표시 장치(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 및 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
한편, 유기 발광 표시 장치에서는 복수개의 서브 화소를 구비하고, 별도의 광원없이 각 서브 화소에 유기 발광 소자를 구비하여, 광을 출사하고 있다.
최근에는 유기 발광 소자의 구성에 증착 마스크없이 공통적으로 유기층 및 발광층을 구성하는 탠덤(tandem) 소자가 공정성 측면에서 부각되며 이에 대한 연구가 이루어지고 있다.
그런데, 복수개의 발광층을 구비하는 탠덤 소자에서 특히 이종 발광층을 구비한 스택은, 스택 내의 발광층들이 서로에 영향을 주어 전류 밀도 변화에 따라 발광층들 내 발광 영역의 변화가 발생되고 이는 균일한 백색을 구현하기 어렵게 하여, 화질 불량을 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 한계를 극복하기 위해 안출한 것으로, 특히 복수 스택형 발광 소자에서 발광층의 각 스택이 청색 형광 재료를 포함한 발광층을 구비하도록 하여, 적어도 하나의 스택에서 다른 인광 재료와 혼합하여 효율을 향상시키고 장수명을 구현한 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 유기 발광 소자는 삼중항 에너지가 높은 청색 형광 도펀트와 인광 도펀트의 조합으로 이루어진 이종 발광층을 통해 효율을 향상하고 장수명을 꾀하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 제 1 호스트 및 제 1 청색 형광 도펀트를 포함한 청색 발광층을 포함한 제 1 스택과, 제 2 호스트와 제 2 청색 형광 도펀트 및 상기 청색보다 장파장의 제 1 파장을 발광하는 제 1 인광 도펀트를 포함한 제 1 이종 발광층을 포함한 제 2 스택 및 제 3 호스트와 제 3 청색 형광 도펀트 및 상기 제 1 파장보다 장파장을 발광하는 제 2 인광 도펀트를 포함한 제 2 이종 발광층을 포함한 제 3 스택을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 삼중항 에너지가 높은 청색 형광 도펀트와 인광 도펀트의 조합으로 이루어진 이종 발광층을 통해 효율을 향상하고 장수명을 달성할 수 있다.
둘째, 청색 형광 도펀트의 소량 도핑으로도, 청색 형광 도펀트가 인광 도펀트측으로 에너지를 전달함에 의해 인광 효율을 향상시킴으로써 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 이종 발광 스택 구성시 여기자를 다른 인광 발광층에 나누어 구동하는 방식 대비 이종 발광층에서 현저한 효율 향상이 기대된다.
셋째, 인광 도펀트는 청색 형광 도펀트를 에너지를 전달받게 되고, 청색 형광 도펀트에서는 에너지 전달에 따라 여기자 ??칭 현상이 방지되어 수명 향상이 기대된다.
넷째, 청색 발광층에서 단일로 청색 발광을 하는 것이 아니라 이종 발광층에서도 청색 형광 성분이 발생되고 전 스택에서 청색 형광을 이용할 수 있기 때문에, 청색의 효율 개선 또한 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 이종 발광층에서 적용되는 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 유기 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이다.
도 4은 도 3의 구조를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 유기 발광 소자에서 나타나는 발광 특성을 살펴본 컨투어 맵이다.
도 6은 제 1 실험예 내지 제 6 실험예에 따른 양자 효율을 나타낸 그래프
도 7은 제 7 실험예에 따른 구체적인 단면도
도 8은 제 7 및 제 8 실험예의 백색 스펙트럼을 비교한 그래프
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 이종 발광층에서 적용되는 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 유기 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이다.
도 4은 도 3의 구조를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 유기 발광 소자에서 나타나는 발광 특성을 살펴본 컨투어 맵이다.
도 6은 제 1 실험예 내지 제 6 실험예에 따른 양자 효율을 나타낸 그래프
도 7은 제 7 실험예에 따른 구체적인 단면도
도 8은 제 7 및 제 8 실험예의 백색 스펙트럼을 비교한 그래프
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 제 2 내지 제 6 실시예를 나타낸 단면도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기판 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 개략적인 단면도이다. 도 2는 본 발명의 이종 발광층에서 적용되는 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(240) 사이에, 복수개의 스택(BRS, BS, BGS)를 포함하고, 그 각 스택에 청색 형광 도펀트를 포함한 발광층을 포함한다. 또한, 이종 발광 스택(BRS, BGS)를 구비하되, 청색 형광 도펀트와 함께 인광 도펀트가 포함되고, 주로 이종 발광 스택(BRS, BGS)는 인광 도펀트에서 주발광 특성을 보인다.
한편, 본 발명의 사상은 도 1의 도시된 각 스택의 배열에 한정되지 않으며, 각 스택(BRS, BS, BGS)의 배열에서는 자유도를 갖는다.
즉, 도 1과 같이, 스택들(BRS, BS, BGS)은 제 1 전극(110)에서부터 차례로 청색 형광 도펀트과 적색 인광 도펀트와 호스트가 섞인 제 1 이종 발광층을 포함한 제 1 이종 발광 스택(BRS)과 청색 형광 도펀트와 호스트로 이루어진 청색 발광층을 포함한 청색 발광 스택(BS)과 청색 형광 도펀트와 녹색 인광 도펀트와 호스트가 섞인 제 2 이종 발광층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 스택 내지 제 3 스택은 어느 하나가 상기 제 1 전극과 접하며, 나머지 중 하나가 상기 제 2 전극에 접하며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 접하지 않는 나머지 스택이 양측에 제 1, 제 2 전하 생성층을 개재하여 중앙에 위치할 수 있다.
각 스택의 다른 배열 또는 배치에 대해서는 후술한다.
본 발명의 유기 발광 소자에서 중요한 점은 발광층이 상술한 모든 스택에 청색 형광 도펀트를 구비한 발광층이 있는 점과, 적어도 2개의 이종 발광 스택에서는 청색 형광 도펀트와 함께 인광 도펀트를 포함하고 인광 도펀트와 청색 형광 도펀트보다 인광 도펀트에서 주 발광이 이루어지는 점이다.
도 2를 참조하면, 이종 발광 스택(BRS, BGS)에서는 이종 발광층에서 호스트(h1 또는 h3)와, 청색 형광 도펀트(bd1 또는 bd3)와 인광 도펀트(rd 또는 gd)를 포함하여 이루어진다. 상기 인광 도펀트(rd 또는 gd)는 청색의 발광 피크 430nm 내지 480nm보다는 장파장의 발광을 하는 것으로, 예를 들어, 500nm 내지 540nm에서 발광 피크를 갖는 녹색 인광 도펀트(gd)이거나 540nm 내지 590nm에서 발광 피크를 갖는 황녹색 인광 도펀트(ygd)이거나 600nm 내지 650nm에서 발광 피크를 갖는 적색 인광 도펀트(rd)일 수 있다.
도 2와 같이, 이종 발광층에서는 호스트의 일중항 에너지 준위로부터 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위로 일차로 에너지가 전달되어 일부 청색 발광이 이루어지고, 상기 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위에서는 다시 호스트를 거쳐 인광 도펀트측의 삼중항 에너지 준위로 에너지가 전달되어 최종 인광 도펀트측에서 인광 발광이 발생된다.
여기서, 청색 형광 도펀트가 에너지 전달이 가능한 이유가 높은 삼중항 에너지 준위를 갖기 때문인 것으로, 청색 형광 도펀트에서는 여기자간 ??칭(quenching)이 발생되지 않고 자신 외의 다른 낮은 삼중항 에너지 준위를 갖는 호스트를 거쳐 인광 도펀트측으로 최종 에너지를 전달하고 있어, 여기자 ??칭(exciton quenching)에 의한 효율 손실을 방지할 수 있다.
만일 청색 형광 도펀트, 인광 도펀트와 호스트가 섞인 발광층이 마련되고, 그 청색 형광 도펀트가 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위의 삼중항 에너지 준위를 갖는다면, 에너지 전달 과정에서 여기자 이동이 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위 쪽으로 발생되어 청색 형광 도펀트측에서 낮은 삼중항 에너지 준위에서 ??칭(quenching)되어 버려 발광에 이용되지 못하는 여기자가 다량 발생되어 높은 외부 양자 효율을 기대할 수 없다.
도 2의 에너지 전달 관계를 고려하여 본 발명의 이종 발광층에 이용하는 청색 형광 도펀트는 그 삼중항 에너지 준위가 함께 구비되는 호스트 및 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높은 재료를 이용한다.
예를 들어, 삼중항 에너지 준위가 높은 도 2의 청색 형광 도펀트(bd1 또는 bd3)의 예로 보론계 형광 도펀트를 들 수 있으며, 다음 화학식 1 내지 7과 같은 재료를 포함할 수 있다. 열거된 예 외에도 화학식 1과 같은 골격을 기조로 하여 말단에 탄소를 치환하여 다양한 치환기를 포함한 형광 도펀트가 가능할 것이다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
이하, 본 발명의 유기 발광 소자의 구체적인 예를 설명한다.
도 3은 도 1의 유기 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이며, 도 4는 도 3의 구조를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 도 5는 도 3의 유기 발광 소자에서 나타나는 발광 특성을 살펴본 컨투어 맵이다.
도 3 은 도 1을 구체적으로 나타낸 것으로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(240) 사이에, 차례로 제 1 이종 발광 스택(BRS), 청색 발광 스택(BS), 제 2 이종 발광 스택(BGS)가 스택들 사이에 제 1 전하 생성층(150)과 제 2 전하 생성층(190)을 구비하여 이루어진다.
한편, 도 3의 구조는 본 발명의 제 1 실시예일뿐만 아니라 하기 실험예 중 제 8 실험예에 해당한다.
도 3과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 기판(100) 상에 서로 대향한 제 1 전극(110)과 제 2 전극(240) 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 유기 스택(OS)을 포함하여 이루어진다.
상기 유기 스택(OS)은 복수개의 발광 스택(BRS, RS, BGR) 및 상기 발광 스택들(BRS, RS, BGR) 사이의 전하 생성층(150, 190)을 포함한다.
본 발명의 유기 스택(OS)에 구비되는 각 층은 유기 성분을 주 성분으로 포함되는 층들이며, 필요에 따라 캐리어의 전송 혹은 발광 특성을 향상하기 위해 금속 등의 무기물을 포함할 수 있다.
또한, 유기 스택(OS)에 구비되는 발광 스택(BRS, BS, BGR) (의 각 발광층에서 나오는 광이 제 1 전극(110) 및/또는 제 2 전극(240)의 어느 일측으로 합산되어 출사되어 백색을 표현한다. 제 1 전극(110)이 반사 전극을 포함하고 제 2 전극(240)이 투명 전극일 때는 광은 제 2 전극(240)으로 출사되며, 제 1 전극(110)이 투명 전극이고 제 2 전극(240)이 반사 전극을 포함할 때는 제 1 전극(110)으로 출사된다. 경우에 따라, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 240)이 모두 투명 전극일 때, 광이 양 방향으로 통과될 수 있다.
도 3에 도시된 예는 제 1 전극(110)에서 제 2 전극(240)까지의 발광 스택의 순서가 청색 및 적색의 제 1 이종 발광 스택(BRS), 청색 발광 스택 (BS) 및 청색 및 녹색의 제 2 이종 발광 스택(BGS)인 점을 나타냈으나, 그 순서는 변경될 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 전극(110, 240)의 사이에는 백색을 표현하기 위해, 도시된 3색의 스택뿐만 아니라, 경우에 따라 4개 이상의 발광 스택을 포함하여 이루어질 수도 있다. 요구되는 색온도에 따라 상기 발광 스택의 구비 수를 달리하여 구현하고자 하는 백색 유기 발광 소자의 백색 표현의 색온도에 상응하여 색 좌표 값을 달리할 수 있다. 발광 스택이 동일 조건일 때, 발광 스택의 수를 더 많이 포함할수록 색온도는 올라갈 수 있다.
한편, 제 1, 제 2 전극(110, 240) 사이에 발광 스택이 4개 이상 구비시, 청색 발광 스택(BS) 또는 이종 발광 스택(BGS, BRS)은 2개 이상 구비될 수 있다.
청색 발광 스택(BS)은 430nm 내지 480nm의 파장에서 발광 피크를 가지며, 이종 발광 스택(BGS, BRS)는 이보다 장파장에서 발광 피크를 갖는 것으로, 예를 들어, 이종 발광층을 구비하여 서로 다른 녹색 파장과 적색 파장에서 발광 피크를 갖는다. 녹색 파장은 녹색 발광층에 이용되는 녹색 도펀트의 발광 특성에 따라 500nm 내지 540mm에서 발광 피크를 가져 순수 녹색의 광으로 출사될 수도 있고, 혹은 540nm 내지 580nm에서 발광 피크를 가져 황녹색에 가까운 광으로 출사될 수도 있다. 그리고, 적색 파장은 600nm 내지 640nm에서 발광 피크를 갖는다.
한편, 본 발명의 이종 발광 스택(BRS 또는 BGS)은 청색 형광 도펀트(bd1 또는 bd3)와 인광 도펀트(rd 또는 gd)가 포함되어 있는 것으로, 도 2에서 설명한 바와 같이, 청색 형광과 함께 인광이 발생된다. 청색 형광은 호스트로부터 에너지를 전달받으며 자체적으로 일중항 에너지 준위에서 삼중항 에너지 준위로 떨어지며 청색 형광 발광하는 것이며, 대략 25%의 효율로 발생되며, 나머지 에너지는 다시 호스트(h1, h3)를 거쳐 인광 도펀트(rd, gd)의 삼중항 에너지(T1) 로 전달되어 인광 발광에 이용된다. 즉, 이종 발광 스택(BGS, BRS)는 각각 청색 형광 도펀트로부터 에너지를 받아 인광 발광이 발생되는 것으로, 삼중항 에너지가 높은 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)와 인광 도펀트(rd, gd)의 조합으로 이루어진 이종 발광층(130, 220)을 통해 효율을 향상하고 장수명을 달성할 수 있다.
또한, 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)의 소량 도핑으로도, 청색 형광 도펀트가 인광 도펀트측으로 에너지를 전달함에 의해 인광 효율을 향상시킴으로써 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 이종 발광 스택(BRS, BGS) 구성시 여기자를 다른 인광 발광층과 나누는 인광 발광 스택에 인광 발광층을 복수개 구비하는 구조에서 인광 발광층간 여기자를 나누어 구동하는 방식 대비 단일층의 이종 발광층(130, 220)하고 있으며, 또한, 에너지 집중이 인광 도펀트(rd, gd)에 집중되고 있어 현저한 효율 향상이 기대된다.
그리고, 이종 발광층(130, 220)에서 인광 도펀트(rd, gd)는 청색 형광 도펀트를 통해 에너지를 전달받게 되고, 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)에서는 에너지 전달에 따라 여기자 ??칭(exciton quenching) 현상이 방지되어 수명 향상이 기대된다.
청색 발광층(B EML) (175)에서 단일로 청색 발광을 하는 것이 아니라 이종 발광층에서도 청색 형광 성분이 발생되고 전 스택에서 청색 형광을 이용할 수 있기 때문에, 청색의 효율 개선 또한 기대할 수 있다.
도 3에 도시된 유기 발광 소자를 통해서는, 제 1 전극(110) 및/또는 제 2 전극(240)의 어느 쪽으로는 청색 발광 스택(BS)에서 나온 이종 발광 스택들(BRS, BGS)에서 나온 녹색 및 적색 광이 합산되어 출사되어 백색 광이 최종적으로 구현된다. 이 경우, 전 스택(BRS, BS, BGS)에서 청색 광이 나오고 있어, 청색 효율이 현저히 향상된다.
각 발광 스택(BRS, BS, BGS)은 각각 정공 수송 유닛(120, 160, 210) 및 발광층(130, 173/175, 220) 및 전자 수송 유닛(140, 180, 230)을 포함한다.
도 3에서, 제 1 이종 발광 스택(BRS)의 정공 수송 유닛(120)은 정공 주입층(121), 제 1 정공 수송층(122) 및 제 2 정공 수송층(123)을 포함한다.
정공 주입층(121)은 MoO3, CuPc (copperphthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 정공 주입층(121)은 유기물과 무기물이 혼합된 층일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 있어서, 상기 유기물은 루브렌(Rubrene) 이고, 상기 무기물은 플루오르화마그네슘(MgF2)일 수 있다. 또한, 상기 정공 주입층은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 정공 수송층(122, 123)은 정공 주입층 상에 배치되며, 제 1 전극(110)으로부터 전달 또는 공급된 정공이 발광층(130) 내로 원활하게 수송하는 역할을 한다.
제 1, 제 3 정공 수송층(122, 123)은 서로 상이한 특성을 갖는 2종의 물질, 예를 들어, 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하는 혼합구조 (mixed structure)의 단일층 (single layer)이다. 제 1 물질은, 발광층(130)으로의 정공의 이동이 향상되도록 제 2 물질 대비 정공 이동도가 큰 물질이다. 상기 제 1 물질은,α-NPD, TCTA, TPD, TPB, TAPC,m-TPEE, FTPD, (NDA)PP, TRP, PPD, OPT1 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 정공 수송층의 제 2 물질은, 발광층으로부터의 전자의 확산이 감소되도록 제 1 물질 대비 삼중항 에너지 레벨 (triplet energy level, T1)이 높은 물질이다.
또한, 정공 수송층의 제 2 물질은, 정공 수송층과 발광층 사이의 계면에 정공이 축적되는 것이 최소화되도록, 제 1 물질 대비 HOMO 레벨이 낮은 물질이다.
또한, 제 2 물질은 정공 수송층의 내구성이 향상되도록 열 안정성이 높은 물질이다. 상기 제2 물질은, 스피로플루오렌(spirofluorene)기가 포함된 유기 화합물일 수 있다.
정공 수송층이 혼합 구조(mixed structure)로 구성됨으로써, 정공 수송층으로부터 발광층으로의 정공의 이동이 향상되는 동시에 발광층으로부터 정공 수송층으로 전자가 이동되는 것이 감소되어, 구동 전압, 발광 효율 및 수명 개선 효과를 얻을 수 있다.
후술되는 청색 발광 스택(BS)과 제 2 인광 발광 스택(BGS)에서의 정공 수송 유닛 또한 제 1 인광 발광 스택(BRS)과 동일 재료를 이용할 수 있다.
정공 주입층(121)은 유기 스택(OS) 중 투명 전극 혹은 반사 전극 성분의 무기물인 제 1 전극(110)과 바로 접하는 층으로, 제 1 전극(110)과의 계면에서 정공이 유입됨에 있어 계면 스트레스를 낮추며 에너지 배리어를 낮추어 정공이 원활히 유기 스택(OS)으로 주입되도록 하는 층이다. 만일 제 1 전극(110)에 접하는 층이 다른 발광 스택, 예를 들어, 인광 발광 스택일 때, 인광 발광 스택에 정공 주입층이 구비될 수 있다. 여기서, 제 1 전극(110)은 애노드(anode)로 기능한다.
제 1 이종 발광 스택(BRS)에서 정공 수송 유닛(120)에 제 1, 제 2 정공 수송층(122, 123)을 포함한 이유는 제 1 전극(110)으로부터 적절한 제 1 이종 발광층(130)에서 발광하는 제 1 광학 거리를 조성하기 위한 것으로, 여기서, 도 5와 같이, 제 1 이종 발광층(130)은 2개의 색 발광, 즉, 청색과 적색 모두 발광이 가능한 거리가 선택된다. 상기 제 1 이종 발광층(130)이 갖는 수직적 위치는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(240)과의 거리 내에 최적으로 반사 및 재반사가 반복되는 공진을 발생시키기 위한 것으로, 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(240) 중 반사 전극의 위치와, 제 1 전극(110), 제 2 전극(240) 중 이용되는 투명 전극의 두께 등에 의해서, 변경될 수 있다. 경우에 따라, 구비된 정공 수송 유닛(120)에서 제 1, 제 2 정공 수송층(122, 123)의 두께가 변동되거나 이 중 어느 하나가 생략될 수도 있다.
또한, 제 1 이종 발광 스택(BRS)은 정공 수송 유닛(120) 상에 제 1 청색 도펀트(bd1)와 적색 도펀트(rd) 와 제 1 호스트(h1)를 포함하는 발광층(130)과 제 1 전자 수송층(140)을 포함한다.
제 1 전자수송층(140)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 청색 발광 스택(BS)과 제 2 이종 발광 유닛(BGS)에 포함된 제2 전자수송층(180)과 제3전자수송층(230)은 제1 전자수송층(140)과 동일한 것으로 그 설명을 생략한다.
발광층은, 단색의 광을 발광하는 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 발광층은, 적색 (red), 녹색 (green) 또는 청색 (blue)의 광을 발광하는 물질로 이루어질 수 있다.
발광층이 적색의 광을 발광하는 경우, 발광층으로부터 발광된 광의 피크 파장은 600nm 이상 650nm 이하 일 수 있다. 발광층이 녹색의 광을 발광하는 경우, 발광층으로부터 발광된 광의 피크 파장은, 500 nm 이상 570nm 이하일 수 있다.
또한, 발광층이 청색의 광을 발광하는 경우, 발광층으로부터 발광된 광의 피크 파장은, 430nm 이상 480nm 이하일 수 있다.
발광층이 적색 또는 녹색 광과 청색광을 동시에 발광하는 경우, 이용되는 적색 도펀트(rd)와 녹색 도펀트(gd)는 DBTTP1(4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene) 혹은 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl) 등의 호스트(host) 물질을 포함하며, Ir(PIQ)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium(Ⅲ)), Ir(PIQ)3(tris(1-phenylquinoline)iridium(Ⅲ)) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트(dopant)를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 각 스택의 발광층에 이용되는 청색 도펀트(bd1, bd2, bd3)는, DABNA-1 (5,9-diphenyl-5,9-dihydro-5,9-diaza-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracene)과 같은 boron 계열의 청색 형광 도펀트로 구성된다. 청색 스택(BS) 자체의 도펀트는 형광 도펀트로 제한되지는 않으나 후술하는 제 8 실험예에서는 동일 재료를 이용한다.
제 1, 제 2 이종 발광 스택(BRS)에 포함된 제 1, 제 2 이종 발광층(130, 220)에 포함된 청색 도펀트(bd1, bd3)는 모두 청색 형광 도펀트로, 이는 인광 도펀트(rd, gd)측으로 에너지를 전달하기 위해 고려된 것이며, 삼중항 에너지가 큰 예를 들어, 보론계 도펀트를 이용할 수 있다. 보론계 도펀트의 예에 대해서는 상술한 바 있다.
한편, 본 발명의 유기 발광 소자에서는 전체 스택을 통해 백색을 표현할 수 있다.
제 1 이종 발광 스택(BRS) 상에 청색 발광 스택(BS)을 구비한 이유는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(240) 사이의 구비된 제 1, 제 2 이종 발광층(130, 220)이 청색 형광 도펀트가 청색을 발광하기 보다는 인광 도펀트측으로 에너지를 전달하기 위한 것으로 별도로 단일로 청색을 발광할 수 있는 청색 발광 스택(BS)을 구비한다. 청색 발광 스택(BS)을 이종 발광 스택(BRS, BGS)들과 분리하여 구비한 이유는 청색의 높은 효율 구현을 위해서이다. 청색의 시각적 인지 효율이 타색 대비 적어 표시 장치에서 고른 색 표현을 요구할 때, 충분한 청색 구현을 위해 이종 발광 스택들(BRS, BGS)들과 구분하여 청색 발광 스택(BS)을 갖게 한 것이다.
청색 발광 스택(BS)은 제 3 정공 수송층(160), 청색 발광층(175) 및 제 2 전자 수송층(180)으로 이루어진다. 상기 청색 발광층(175)은 청색 형광 도펀트(bd2)와 제 2 호스트(h2)로 이루어진다. 청색 발광층(175)은 청색 형광 도펀트(bd2)가 제 2 호스트(h2)로부터 에너지를 받아 여기가 직접 이루어지는 것으로, 형광 도펀트일 수도 있고, 인광 도펀트일 수 있다.
청색 발광 스택(BS)에서는 청색 고유의 발광(도 5의 BS2 참조)이 관찰된다.
청색 발광 스택(BS) 상에 위치하는 제 2 이종 발광 스택(BGS)은 청색 이종의 인광 발광층을 포함하여 이루어진다.
제 2 인광 발광 스택(BGS)은 제 4, 제 5 정공 수송층(213, 215)이 적층된 정공 수송 유닛(210), 제 2 이종 발광층(220) 및 제 3 전자 수송층(230)을 포함하여 이루어진다.
제 2 이종 발광층(220)은 제 3 형광 도펀트(bd3), 녹색 인광 도펀트 (gd) 및 제 3 호스트(h3)를 포함하여 이루어진다.
제 2 이종 발광층(220)에서는 청색 발광(B3)과 함께 녹색 발광(G)이 관찰된다. (도 5의 B3, G 참조.)
도시된 도 3에서 제 2 전극(240)은 반사 전극 등을 포함하여 캐소드(cathode)로 기능할 수 있다. 반사 전극을 예를 들어, 은, 은 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, AgMg 및 APC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
경우에 따라 상기 제 2 전극(240)이 상기 제 3 전자 수송층(230)과 접하는 측에 무기 화합물 성분의 LiF 혹은 LiF와 전이 금속과의 혼합물을 더 구비하여 전자 주입층을 구비할 수도 있다.
전자 주입층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 할로겐과의 화합물의 화합물로 LiF가 아닌 다른 재료로 변경될 수 있다. 혹은 상기 전자 주입층은 경우에 따라 생략될 수 있다.
또한, 제 2 전극(240)의 예로 제시된 Al는 일예이며, 전자의 주입이 용이한 다른 금속으로 변경될 수 있다. 경우에 따라 복수개의 금속층의 적층으로 이루어질 수 있으며, 이 중 어느 하나만이 반사성 금속이며 나머지는 투명 금속으로 하여 반사성 금속과 투명 금속의 적층을 포함할 수도 있다.
한편, 전하 생성층(150, 190)은 도시된 바와 같이, 각각 인접한 하부 발광 스택과 접한 n형 전하 생성층(151, 191)과 인접한 상부 발광 스택과 접한 p형 전하 생성층(153, 193)의 적층으로 이루어질 수도 있다. 그러나, 이는 일예이며, 하나 이상의 호스트에 각각 n형 도펀트와 p형 도펀트를 포함하여 전자 및 정공을 생성하여 인접한 스택으로 공급하는 전하 생성층을 구비할 수도 있다.
본 발명의 제 1, 제2 이종 발광 스택(BRS, BGS)에 구비된 제 1, 제 2 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)는 보론 코어 도펀트로, 이는 높은 삼중항 준위를 통해 혼합되어 있어 인접한 인광 도펀트(rd, gd)로 에너지를 전달하기 위함이다.
여기서, 제 1,제 2 이종 발광 스택(BRS, BGS) 내 상기 제 1, 제 3 호스트(h1, h3)는 일중항 에너지 준위가 2.7eV 이상이고, 삼중항 에너지 준위가 2.5eV 이하일 수 있다.
그리고, 도2와 같이, 상기 제 1 호스트, 제 3 호스트(h1, h3)의 각각 일중항 에너지 준위(S1)는 각각 같은 이종 발광층 내에 있는 상기 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)의 일중항 에너지 준위(S1)보다 크며, 상기 제 1, 제 3 호스트(h1, h3)의 삼중항 에너지 준위(T1)는 같은 이종 발광층 내에 있는 상기 청색 형광 도펀트(bd1, bd3)의 삼중항 에너지 준위(T1)보다 작고, 상기 제 1, 제 2 인광 도펀트(rd, gd)의 삼중항 에너지 준위(T1)보다 클 수 있다.
상기 제 1, 제 2 인광 도펀트(rd, gd) 중 적어도 어느 하나는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로폼(Eu), 터븀(Tb), 팔라듐(Pd) 또는 틀륨(Tm)을 포함한 금속 착체 화합물일 수 있다.
경우에 따라, 상기 청색 스택(BS)은 상기 제 1, 제 2 전극(110, 240) 사이의 중앙에 위치하며, 상기 청색 발광층은 430nm 내지 480nm에서 발광 피크를 가질 수 있다.
상기 제 1 이종 발광층(220)은 500nm 내지 540nm에서 발광 피크를 갖고, 상기 제 2 이종 발광층(130)은 600nm 내지 640nm에서 발광 피크를 가질 수 있다.
도 4와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자를 표시 장치에 구현하면 다음과 같다.
본 발명의 표시 장치는 복수개의 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP, W_SP)를 갖는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 서브 화소들(R_SP, G_SP, B_SP, W_SP)에 공통적으로 구비되는 도 1에 따른 백색 유기 발광 소자(OLED)와, 상기 서브 화소 각각에 구비되며, 백색 유기 발광 소자(OLED)의 상기 제 1 전극(110) 과 접속된 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 서브 화소 중 적어도 어느 하나의 상기 제 1 전극(110) 하측에 구비된 컬러 필터층(109R, 109G, 109B)을 포함할 수 있다.
도시된 예는 백색 서브 화소(W_SP)를 포함한 예를 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 백색 서브 화소(W_SP)가 생략되고, 적색, 녹색 및 청색 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP)만 구비한 구조도 가능할 것이다. 경우에 따라, 적색, 녹색 청색 서브 화소를 대체하여 조합하여 백색을 표현할 수 있는 시안(cyan) 서브 화소, 마젠타(magenta) 서브 화소 및 옐로우(yellow) 서브 화소의 조합도 가능하다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 일 예로, 게이트 전극(102)과, 반도체층(104), 및 상기 반도체층(104)의 양측과 접속된 소스 전극(106a) 및 드레인 전극(106b)을 포함한다.
상기 게이트 전극(102)과 반도체층(104) 사이에는 게이트 절연막(103)이 구비된다.
상기 반도체층(104)은 예를 들어, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 산화물 반도체 혹은 열거된 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(104)이 산화물 반도체인 경우, 상기 반도체층(104)의 채널 부위의 손상을 방지하도록 에치 스타퍼(105)가 상기 반도체층(104) 상에 바로 접하여 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(106b)은 제 1 전극(110)과 제 1, 제 2 보호막(107, 108) 내에 구비된 콘택홀(CT) 영역에서 접속될 수 있다.
상기 제 1 보호막(107)은 일차적으로 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해 구비되며, 그 상부에 컬러 필터(109R, 109G, 109B)가 구비될 수 있다.
상기 복수개의 서브 화소는 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소, 청색 서브 화소 및 백색 서브 화소를 포함할 때, 상기 컬러 필터층은 백색 서브 화소(W_SP)를 제외한 나머지 서브 화소들에 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)로 나뉘어 구비되어, 상기 제 1 전극(110)을 통과하여 출사되는 백색 광을 각 파장별로 통과시킨다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)를 덮으며, 상기 제 1 전극(110) 하측에 제 2 보호막(108)이 형성될 수 있다. 제 1 전극(110)은 콘택홀(CT)을 제외하여 제 2 보호막(108) 표면에 형성된다.
여기서, 유기 발광 소자(OLED)는 도 3에서 설명한 구조로 투명한 제 1 전극(110)과, 이에 대향된 반사성 전극의 제 2 전극(240)과 상기 제 1, 제 2 전극(110, 240) 사이에 제 1 이종 발광 스택(BRS), 청색 발광 스택(BS) 및 제 2 이종 발광 스택(BGS)이 사이에 전하 생성층(150, 190)을 두고 연결되어 있는 형태이다. 혹은 유기 스택(OS)의 구성으로, 상술한 청색 발광 스택(BS) 및 이종 발광 스택(BRS, BGS) 중 적어도 어느 하나를 복수개 더 구비하되, 각 발광 스택들 사이에 전하 생성층을 구비하여 형성할 수 있다. 이 경우, 복수개 구비된 발광 스택은 동일 구조일 수 있다.
여기서 설명하지 않은 119는 뱅크(Bank)를 나타내는 것으로, 뱅크 사이의 BH는 뱅크 홀을 의미한다. 뱅크 홀을 통해 개구된 영역에 발광이 이루어지는 것으로, 상기 뱅크 홀은 각 서브 화소의 발광부를 정의한다.
한편, 도 4의 표시 장치는 일예로 하부 발광 방식에 따른 표시 장치를 나타낸 것이다.
그러나, 본 발명의 표시 장치는 이러한 예에 한하지 않으며, 도 4의 표시 장치의 구조에서 컬러 필터층을 제 2 전극(240) 상측에 위치시키고, 제 1 전극(110)을 반사성 금속을 포함하도록 하고, 제 2 전극(240)을 투명 전극 혹은 반투과성 금속으로 구성하여 상부 발광 방식으로 구현할 수도 있다.
혹은 상기 컬러 필터층을 생략하거나 구비하고, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 240) 모두 투명 전극으로 하여 투명 유기 발광 소자를 구현할 수도 있다.
이하, 본 발명의 유기 발광 소자의 효과에 대해 살펴본다.
이하의 실험에서, 표 1의 실험예 1 내지 실험예 6(Ex1~Ex6)과 같이, 청색 형광 도펀트의 함량은 4wt%로 고정시키고, 적색 인광 도펀트의 함량을 0.wt%에서, 1.8wt%까지 점차 증가시키며 효율을 측정하였다.
청색 형광 도펀트는 상술한 화학식 1의 보론계 청색 형광 도펀트 중 하나를 이용하였다.
그리고, 실험에서 이용한 호스트는 화학식 8의 재료(DBPPT1)를 이용하였다.
적용된 실험에서는 이종 발광층 단일로 한 구조로, ITO를 120nm로 형성하고 정공 수송층을 TAPC로 60nm 형성하고, 이종 발광층으로 30nm 두께로 형성하고, 이에 화학식 1의 (DABNA-1) 청색 형광 도펀트와, 적색 인광 도펀트로 Ir(piq)2acac를 이용하였으며, 호스트로는 상술한 화학식 8의 재료를 이용하여 구성하였다.
그리고, 이종 발광층 상에는 TPBi를 35 nm 두께로 증착하고, LiF 의 전자 주입층을 2nm 두께로 하고, 음극 Al를 80nm의 두께로 형성하였다.
여기서, 상술한 화학식 8의 호스트(DBPPT1)는 화학식 1의 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위 2.8eV보다 높은 3.0eV 이상의 일중항 에너지 준위를 가지며 삼중항 에너지 준위는 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위 2.5eV보다 작으며, 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위 2.0eV보다 높은 삼중항 에너지 준위를 가지는 특성을 가지며, 이를 단일 호스트로 실험에서 이용하였다.
[화학식 8]
| 청색 형광 도펀트 | 적색 인광 도펀트 | |
| Ex1 | 4.0 wt% | 0.0 wt% |
| Ex2 | 4.0 wt% | 0.2 wt% |
| Ex3 | 4.0 wt% | 0.6 wt% |
| Ex4 | 4.0 wt% | 1.0 wt% |
| Ex5 | 4.0 wt% | 1.4 wt% |
| Ex6 | 4.0 wt% | 1.8 wt% |
도 6은 제 1 실험예 내지 제 6 실험예에 따른 양자 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6과 표 2를 참조하여, 효율을 살펴보면, 제 1 실험예부터 제 6 실험예(Ex1~Ex6)까지 청색 형광 도펀트의 효율은 각각 4.51%에서, 4.11%, 3.33%, 2.55%, 1.77%, 0.99%으로 떨어지는데 비해, 인광 도펀트의 함량을 0.2wt%에서 1.8wt%까지 소량으로만 늘려도, 효율이 7.67%, 10.33%, 12.99%, 15.65%, 18.31wt%으로 늘어나며 전체 효율이 대략 20%의 수준으로 향상되었음을 확인할 수 있다.
즉, 도 6 미 표 2의 결과로, 도 2의 메커니즘에서 살펴본 바와 같이, 이종 발광층에 보론 도펀트와 같이, 인광 도펀트로 에너지를 전달하게 인광 발광에 이용하게 할 경우 효율의 현저한 상승이 있음을 알 수 있다.
살펴보면, 인광 도펀트를 전혀 포함하지 않았던 제 1 실험예(Ex1) 대비 청색 형광 도펀트와 인광 도펀트를 혼합하여 이용시 외부 양자 효율 최소 7.27% 이상 개선됨을 확인할 수 있었다. 인광 도펀트의 함량을 늘리고, 청색 형광 도펀트의 함량을 줄일수록 외부 양자 효율이 향상됨을 알 수 있다.
이하에서는 도 7의 상하부 스택에 청색 발광 스택을 구성하고, 중앙 스택에 인광 적색 발광층과 인광 황녹색 발광층의 서로 다른 이종 발광층을 갖는 이종 발광 스택을 갖는 구성의 제 7 실험예를 도 3과 같이 제 8 실험예로 구현한 바를 비교한다.
제 8 실험예(도 3 구조)는 본 발명에 따른 것이고, 제 7 실험예는 이와 비교된 예이다.
도 7은 제 7 실험예에 따른 구체적인 단면도이다.
도 7의 제 7 실험예는 기판(10) 상에 제 1 전극(11), 정공 주입층(12a), 제 1, 제 2 정공 수송층(12b, 12b)으로 이루어진 정공 수송 유닛(12), 제 1 청색 발광층(13), 제 1 전자 수송층(13), 전하 생성층(15), 제 3 정공 수송층(16), 적색 발광층(17a), 황녹색 발광층(17b), 제 2 전자 수송층(18), 전하 생성층(19), 제 4, 제 5 정공 수송층(21a, 21b)으로 이루어진 정공 수송 유닛(21), 제 2 청색 발광층(22) 및 제 3 전자 수송층(23) 및 제 2 전극(24)으로 이루어진다.
이하, 제 7 및 제 8 실험예의 효과에 대해 비교한다.
도 8은 제 7 및 제 8 실험예의 백색 스펙트럼을 비교한 그래프이다.
도 8 및 표 3을 통해 제 7 실험예와 제 8 실험예를 살펴보면, 제 8 실험예 적용시 제 7 실험예보다 적색, 녹색 및 청색에서 모두 효율 개선이 크며, 소자마다의 외부 양자 효율(EQE)이 상승했음을 확인할 수 있다. 특히, 실험 결과를 보면 제 7 실험예 대비 제 8 실험예에서 청색 효율이 3.3Cd/A에서, 3.9Cd/A 로 19% 상승되었고, 이로 인해 색좌표를 고려하면 백색의 색감 개선 효과가 있다.
본 발명의 표시 장치로서, 상술한 본 발명의 제 8 실험예를 갖는 유기 발광 소자를 적용한 것이 제한되지는 않는다.
청색 도펀트를 각 스택에 사용하고 이종 발광 스택에 청색 도펀트와 인광 도펀트를 함께 포함하는 구조라면 다양한 실시예의 변경이 가능하다.
이하, 이에 대해 설명한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제 2 내지 제 5 실시예에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 9a와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치는 도 1과 비교하여 청색 발광스택(BS)을 중앙에 두고 상하 이종 발광 스택이 전치된 형상이다. 즉, 하측에 청색 형광 도펀트와 녹색 인광 도펀트 및 호스트의 조합을 갖는 발광층을 포함한 스택(BGS)를 갖고, 상측에 청색 형광 도펀트와 적색 인광 도펀트 및 호스트의 조합을 갖는 발광층을 포함한 스택(BRS)를 가질 수도 있다.
도 9b 및 도 9c와 같이, 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예는 제 1 전극(110)에 접한 가장 하측에 청색 스택(BS)을 구비하고 각각 그 상부에 제 1, 제 2 이종 발광 스택(BRS, BGS)을 갖는 것이다. 도 9b 및 도 9b와 같이, 제 1, 제 2 이종 발광 스택(BRS, BGS)은 서로 전치될 수 있다.
도 9d 및 도 9e와 같이, 본 발명의 제 5 실시예 및 제 6 실시예는 제 2 전극(240)에 접한 가장 상측에 청색 스택(BS)을 구비하고 각각 그 하부에 제 1, 제 2 이종 발광 스택(BRS, BGS)을 갖는 것이다. 도 9d 및 도 9e와 같이, 제 1, 제 2 이종 발광 스택(BRS, BGS)은 서로 전치될 수 있다.
이와 같이, 제 2 내지 제 6 실시예는 동일 스택 구성(BS, BRS, BGS)을 순서를 변경하여 가질 수 있는 여러 변경으로 제 1 실시예에서 설명한 효과를 동일하게 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 유기 발광 소자 및 이를 적용한 표시 장치는 삼중항 에너지가 높은 청색 형광 도펀트와 인광 도펀트의 조합으로 이루어진 이종 발광층을 통해 효율을 향상하고 장수명을 달성할 수 있다.
또한, 청색 형광 도펀트의 소량 도핑으로도, 청색 형광 도펀트가 인광 도펀트측으로 에너지를 전달함에 의해 인광 효율을 향상시킴으로써 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 이종 발광 스택 구성시 여기자를 다른 인광 발광층에 나누어 구동하는 방식 대비 이종 발광층에서 현저한 효율 향상이 기대된다.
그리고, 인광 도펀트는 청색 형광 도펀트를 에너지를 전달받게 되고, 청색 형광 도펀트에서는 에너지 전달에 따라 여기자 ??칭 현상이 방지되어 수명 향상이 기대된다.
청색 발광층에서 단일로 청색 발광을 하는 것이 아니라 이종 발광층에서도 청색 형광 성분이 발생되고 전 스택에서 청색 형광을 이용할 수 있기 때문에, 청색의 효율 개선 또한 기대할 수 있다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에, 제 1 호스트 및 제 1 청색 형광 도펀트를 포함한 청색 발광층을 포함한 제 1 스택과, 제 2 호스트와 제 2 청색 형광 도펀트 및 상기 청색보다 장파장의 제 1 파장을 발광하는 제 1 인광 도펀트를 포함한 제 1 이종 발광층을 포함한 제 2 스택 및 제 3 호스트와 제 3 청색 형광 도펀트 및 상기 제 1 파장보다 장파장을 발광하는 제 2 인광 도펀트를 포함한 제 2 이종 발광층을 포함한 제 3 스택을 포함할 수 있다.
상기 제 1 스택 내지 제 3 스택은 어느 하나가 상기 제 1 전극과 접하며, 나머지 중 하나가 상기 제 2 전극에 접하며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 접하지 않는 나머지 스택이 양측에 제 1, 제 2 전하 생성층을 개재하여 중앙에 위치할 수 있다.
상기 제 1 및 제 3 청색 형광 도펀트는 보론 코어 도펀트일 수 있다.
상기 제 2 및 제 3 호스트는 일중항 에너지 준위가 2.7eV 이상이고, 삼중항 에너지 준위가 2.5eV 이하일 수 있다.
상기 제 2 호스트의 일중항 에너지 준위는 상기 제 2 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위보다 크고, 상기 제 2 호스트의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 2 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 작고, 상기 제 1 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 클 수 있다.
상기 제 3 호스트의 일중항 에너지 준위는 상기 제 3 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위보다 크고, 상기 제 3 호스트의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 3 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 작고, 상기 제 2 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 클 수 있다.
상기 제 1, 제 2 인광 도펀트 중 적어도 어느 하나는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로폼(Eu), 터븀(Tb), 팔라듐(Pd) 또는 틀륨(Tm)을 포함한 금속 착체 화합물일 수 있다.
상기 제 1 스택은 상기 제 1, 제 2 전극 사이의 중앙에 위치하며, 상기 청색 발광층은 430nm 내지 480nm에서 발광 피크를 가질 수 있다.
상기 제 1 이종 발광층은 500nm 내지 540nm에서 발광 피크를 갖고, 상기 제 2 이종 발광층은 600nm 내지 640nm에서 발광 피크를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 포함한 기판과, 상기 서브 화소 각각에 구비된 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 각 서브 화소에, 상술한 유기 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극 하측 또는 상기 제 2 전극 상측에 각 서브 화소에 서로 다른 색의 컬러 필터층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 스택 내지 제 3 스택 중 적어도 어느 하나를 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 더 구비할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 110: 제 1 전극
121: 정공 주입층 122: 제 1 정공 수송층
123: 제 2 정공 수송층
120: 제 1 정공 수송 유닛 130: 제 1 이종 발광층
140: 제 1 전자 수송층 150: 제 1 전하 생성층
160: 제 3 정공 수송층 175: 청색 발광층
180: 제 2 전자 수송층 190: 제 2 전하 생성층
210: 제 2 정공 수송 유닛 213: 제 4 정공 수송층
215: 제 5 정공 수송층 220: 제 2 이종 발광층
230: 제 3 전자 수송층 240: 제 2 전극
BS: 청색 발광 스택 BRS: 제 1 이종 발광 스택
BGS: 제 2 이종 발광 스택
121: 정공 주입층 122: 제 1 정공 수송층
123: 제 2 정공 수송층
120: 제 1 정공 수송 유닛 130: 제 1 이종 발광층
140: 제 1 전자 수송층 150: 제 1 전하 생성층
160: 제 3 정공 수송층 175: 청색 발광층
180: 제 2 전자 수송층 190: 제 2 전하 생성층
210: 제 2 정공 수송 유닛 213: 제 4 정공 수송층
215: 제 5 정공 수송층 220: 제 2 이종 발광층
230: 제 3 전자 수송층 240: 제 2 전극
BS: 청색 발광 스택 BRS: 제 1 이종 발광 스택
BGS: 제 2 이종 발광 스택
Claims (11)
- 제 1 전극과 제 2 전극 사이에,
제 1 호스트 및 제 1 청색 형광 도펀트를 포함한 청색 발광층을 포함한 제 1 스택;
제 2 호스트와 제 2 청색 형광 도펀트 및 상기 청색보다 장파장의 제 1 파장을 발광하는 제 1 인광 도펀트를 포함한 제 1 이종 발광층을 포함한 제 2 스택; 및
제 3 호스트와 제 3 청색 형광 도펀트 및 상기 제 1 파장보다 장파장을 발광하는 제 2 인광 도펀트를 포함한 제 2 이종 발광층을 포함한 제 3 스택을 갖고,
상기 제 1 스택 내지 제 3 스택은 어느 하나가 상기 제 1 전극과 접하며, 나머지 중 하나가 상기 제 2 전극에 접하며,
상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 접하지 않는 나머지 스택이 양측에 제 1, 제 2 전하 생성층을 개재하여 중앙에 위치한 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 및 제 3 청색 형광 도펀트는 보론 코어 도펀트인 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 및 제 3 호스트는 일중항 에너지 준위가 2.7eV 이상이고, 삼중항 에너지 준위가 2.5eV 이하인 유기 발광 소자. - 제 3항에 있어서,
상기 제 2 호스트의 일중항 에너지 준위는 상기 제 2 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위보다 크고,
상기 제 2 호스트의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 2 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 작고, 상기 제 1 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 큰 유기 발광 소자. - 제 3항에 있어서,
상기 제 3 호스트의 일중항 에너지 준위는 상기 제 3 청색 형광 도펀트의 일중항 에너지 준위보다 크고,
상기 제 3 호스트의 삼중항 에너지 준위는 상기 제 3 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 작고, 상기 제 2 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 큰 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 인광 도펀트 중 적어도 어느 하나는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로폼(Eu), 터븀(Tb), 팔라듐(Pd) 또는 틀륨(Tm)을 포함한 금속 착체 화합물인 유기 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 및 제 3 스택 중 어느 하나가 상기 제 1 전극과 접하고,
상기 제 2 및 제 3 스택 중 다른 하나가 상기 제 2 전극과 접하고, 제 1 스택은 제 2, 제 3 스택 사이에 위치하고,
상기 청색 발광층은 430nm 내지 480nm에서 발광 피크를 갖는 유기 발광 소자. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 이종 발광층은 500nm 내지 540nm에서 발광 피크를 갖고,
상기 제 2 이종 발광층은 600nm 내지 640nm에서 발광 피크를 갖는 유기 발광 소자. - 복수개의 서브 화소를 포함한 기판;
상기 서브 화소 각각에 구비된 박막 트랜지스터; 및
상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 각 서브 화소에, 청구항 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 유기 발광 소자를 구비한 표시 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 전극 하측 또는 상기 제 2 전극 상측에 각 서브 화소에 서로 다른 색의 컬러 필터층을 더 포함하는 표시 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 스택 내지 제 3 스택 중 적어도 어느 하나를 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 더 구비한 표시 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190180198A KR20210086355A (ko) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190180198A KR20210086355A (ko) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210086355A true KR20210086355A (ko) | 2021-07-08 |
Family
ID=76894272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020190180198A KR20210086355A (ko) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 유기 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210086355A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4207967A3 (en) * | 2021-12-28 | 2023-09-06 | LG Display Co., Ltd. | Organic light emitting diode and organic light emitting display device including the same |
-
2019
- 2019-12-31 KR KR1020190180198A patent/KR20210086355A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4207967A3 (en) * | 2021-12-28 | 2023-09-06 | LG Display Co., Ltd. | Organic light emitting diode and organic light emitting display device including the same |
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