KR20220063866A - 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층, 제1 정공 수송층과 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층을 포함할 수 있다. 제1 정공 수송층과 제1 전자 수송층 사이에는 서로 다른 광을 방출하는 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛이 배치될 수 있다. 제1 발광 유닛은 순차적으로 적층된 제1 청색 발광층, 제2 전자 수송층, 전하 생성층, 및 제2 청색 발광층을 포함할 수 있고, 제1 청색 발광층은 제1 정공 수송층 상측에 배치된 것일 수 있다. 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 제1 청색 발광층 또는 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자는 개선된 효율 및 수명을 나타낼 수 있다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{LIGHT EMITTING ELEMENT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 발광층들이 적층된 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 가진 발광 소자이다. 애노드 전극으로부터 제공된 정공과 캐소드 전극으로부터 제공된 전자가 발광층에서 결합하여 여기자(exciton)가 형성되고, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.
탠덤(Tandem) 유기 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 정공수송층, 발광층, 및 전자수송층의 스택(stack)이 2개 이상의 복수 개로 이루어진 구조이며, 각 스택 사이에 전하의 생성 및 이동을 도와주는 전하 생성층(Charge Generation Layer)이 존재한다.
한편, 발광층과 전자 수송층 사이에는 버퍼층(Buffer Layer)이 배치되며, 버퍼층은 발광층에서 다른 층으로의 정공 이동을 방지할 수 있고, 전자 수송층으로부터 발광층으로 전자 이동을 도울 수 있다.
본 발명의 목적은 효율 및 수명이 개선된 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 효율 및 수명이 개선된 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층; 상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층; 및 상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 평면 상에서 서로 이격되어 배치된 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및 상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 적색광 또는 녹색광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고, 상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치된 발광 소자를 제공한다.
상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 청색 발광층 상측에 직접 배치된 것일 수 있다.
상기 제1 전자 수송층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 직접 배치된 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 버퍼층의 두께는 100Å 이하일 수 있다.
상기 제1 전자 수송층은 상기 제2 발광층 상측에 직접 배치될 수 있다.
상기 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 100Å 이상 300Å 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 제1 전자 수송층이 포함하는 물질과 상기 제2 전자 수송층이 포함하는 물질은 상이한 것일 수 있다.
적색광 또는 녹색광을 방출하는 제3 발광층을 포함하는 제3 발광 유닛을 더 포함하고, 상기 제3 발광층과 상기 제2 발광층은 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다.
상기 제1 청색 발광층 및 상기 제2 청색 발광층 각각은 도펀트 및 호스트를 포함하고, 상기 제1 청색 발광층의 도펀트와 상기 제2 청색 발광층의 도펀트는 상이한 것일 수 있다.
상기 제1 청색 발광층의 호스트와 상기 제2 청색 발광층의 호스트는 상이한 것일 수 있다.
상기 제1 청색 발광층에서의 상기 도펀트의 함량과 상기 제2 청색 발광층에서의 상기 도펀트의 함량은 상이한 것일 수 있다.
상기 제1 청색 발광층 하측에 배치된 제1 청색 발광 보조층; 상기 제2 청색 발광층 하측에 배치된 제2 청색 발광 보조층; 및 상기 제2 발광층 하측에 배치된 제2 발광 보조층; 을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극 하측에 배치된 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극 상측에 배치되고, 굴절률이 1.6 이상인 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
다른 일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층; 상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층; 및 단면 상에서 서로 이격되어 상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 제1 광을 방출하는 제1 발광 유닛 및 상기 제1 광과 상이한 제2 광을 방출하는 제2 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및 상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 상기 제2 광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고, 상기 제1 전극으로부터 상기 제1 청색 발광층까지의 직선 거리는 상기 제1 광이 2차 공진하는 거리와 동일하고, 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 발광층까지의 직선 거리는 상기 제2 광이 2차 공진하는 거리와 동일하며, 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 청색 발광층까지의 직선 거리는 상기 제1 광이 3차 공진하는 거리와 동일한 발광 소자를 제공한다.
상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치될 수 있다.
상기 제2 광은 적색광 또는 녹색광일 수 있다.
상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 제3 광을 방출하는 제3 발광층을 포함하는 제3 발광 유닛을 더 포함하고, 상기 제1 전극으로부터 상기 제3 발광층까지의 직선 거리는 상기 제3 광이 2차 공진하는 거리와 동일한 것일 수 있다.
일 실시예는 평면 상에서 서로 이격된 청색 발광 영역, 적색 발광 영역, 및 녹색 발광 영역을 포함하는 표시 장치에 있어서, 베이스층; 및 상기 베이스층 상에 배치되고, 발광 소자를 포함하는 표시 소자층; 을 포함하고, 상기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극; 상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층; 상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층; 상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 평면 상에서 서로 이격되어 배치된 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛; 및 상기 제2 전극 상측에 배치되고, 굴절률이 1.6 이상인 캡핑층; 을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층; 상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및 상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고, 상기 제2 발광 유닛은 적색광 또는 녹색광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고, 상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치된 표시 장치를 제공한다.
일 실시예의 발광 소자는 발광층 상에 직접 배치된 전자 수송층을 포함하여, 장수명의 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예는 적색 발광층의 갯수, 녹색 발광층의 갯수, 및 청색 발광층의 갯수가 상이한 발광 소자를 제공하며, 발광층의 개수가 상이함에 따라 일 실시예의 발광 소자는 개선된 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 표시 장치는 복수의 발광층들을 포함하고, 발광층들 상에 직접 배치된 전자 수송층이 배치된 발광 소자를 포함하여, 우수한 효율 및 장수명의 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 XX영역에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2의 YY영역에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 2의 ZZ영역에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9a는 비교예 및 실험예에서 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 비교예 및 실험예에서 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 비교예 및 실시예에서 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10b는 비교예 및 실시예에서 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 일 실시예의 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)를 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(DD)는 표시면(DP-IS)을 통해 이미지를 표시할 수 있다. 표시면(DP-IS)은 제1 방향축(DR1) 및 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면과 나란한 것일 수 있다. 제3 방향축(DR3)은 제1 방향축(DR1) 및 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면에 대해 수직한 것일 수 있다. 제3 방향축(DR3)은 표시 장치(DD)의 두께 방향과 나란한 것일 수 있다.
표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 평면 상에서 서로 이격된 것일 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 상이한 광을 방출하는 것일 수 있다. 표시 장치(DD)는 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3)에 대해서는 이후 보다 상세히 서술한다.
도 1 및 도 2에서는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적이 모두 유사한 것으로 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 영역들(PXA-R PXA-G, PXA-B)의 면적은 방출하는 광의 파장 영역에 따라 서로 상이할 수 있다. 한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 제1 방향축(DR1)과 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다.
한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 도 1에 도시된 것에 한정되지 않으며, 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)이 배열되는 순서는 표시 장치(DD)에서 요구되는 표시 품질의 특성에 따라 다양하게 조합되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 펜타일(pentile) 배열 형태이거나, 다이아몬드 배열 형태를 갖는 것일 수 있다.
또한, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 서로 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 녹색 발광 영역(PXA-G)의 면적이 청색 발광 영역(PXA-B)의 면적 보다 작을 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)는 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 배치된 표시 소자층(DP-ED)을 포함할 수 있다. 표시 소자층(DP-ED)은 일 실시예의 발광 소자(ETD)를 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자(ETD)는 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3), 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)과 마주하는 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3) 상측에 배치되고, 전자 수송 영역(ETR)은 정공 수송 영역(HTR)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 발광 소자(ETD)는 정공 수송 영역(HTR)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 배치된 복수의 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함할 수 있다.
발광 소자(ETD)는 평면 상에서 서로 이격된 제1 발광 유닛(ED-1), 제2 발광 유닛(ED-2), 및 제3 발광 유닛(ED-3)을 포함할 수 있다. 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 서로 다른 광을 방출하는 것일 수 있다. 제1 발광 유닛(ED-1)은 청색광을 방출하고, 제2 발광 유닛(ED-2)은 녹색광을 방출하며, 제3 발광 유닛(ED-3)은 적색광을 방출하는 것일 수 있다. 제1 발광 유닛(ED-1)은 청색 발광 영역(PXA-B)에 대응하고, 제2 발광 유닛(ED-2)은 녹색 발광 영역(PXA-G)에 대응하며, 제3 발광 유닛(ED-3)은 적색 발광 영역(PXA-R)에 대응하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 발광 유닛(ED-1)은 제1 청색 발광층(EML1-1), 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 배치된 제2 청색 발광층(EML1-2), 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 사이에 배치된 제1 전하 생성층(CGL1)을 포함하는 것일 수 있다. 제2 발광 유닛(ED-2)은 제2 발광층(EML2)을 포함하고, 제3 발광 유닛(ED-3)은 제3 발광층(EML3)을 포함하는 것일 수 있다. 도 2에서는 제2 발광 유닛(ED-2)과 제3 발광 유닛(ED-3)이 각각 하나의 발광층을 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 발광 유닛(ED-2) 및 제3 발광 유닛(ED-3) 중 어느 하나가 복수의 발광층들을 포함할 수 있다. 또한, 제1 발광 유닛(ED-1)은 3개 이상의 발광층들을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 XX영역에 대응하는 부분을 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 3과 달리 제1 전자 수송층(ETL1) 하측에 버퍼층(BFL)이 배치된 경우를 나타낸 것이다. 도 5는 도 2의 YY영역에 대응하는 부분을 나타낸 것이다. 도 6은 도 2의 ZZ영역에 대응하는 부분을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 정공 수송 영역(HTR)은 제1 정공 수송층(HTL1)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)은 제1 전자 수송층(ETL1)을 포함할 수 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은 제1 정공 수송층(HTL1)과 제1 전극(EL1-1) 사이에 배치된 정공 주입층(HIL)을 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)은 제2 전극(EL2)과 제1 전자 수송층(ETL1) 사이에 배치된 전자 주입층(EIL)을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 정공 수송 영역(HTR)은 전자 저지층을 더 포함할 수 있다. 전자 저지층은 발광층(EML1-1, EML1-2)에서 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 이동을 방지하는 역할을 하는 층이다.
제1 발광 유닛(ED-1)은 제1 정공 수송층(HTL1)과 제1 전자 수송층(ETL1) 사이에 배치된 것일 수 있다. 제1 발광 유닛(ED-1)은 순차적으로 적층된 제1 청색 발광층(EML1-1), 제1 전하 생성층(CGL1), 및 제2 청색 발광층(EML1-2)을 포함할 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1)은 제1 정공 수송층(HTL1) 상측에 배치될 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제1 전하 생성층(CGL1) 사이에 제2 전자 수송층(ETL2)이 배치될 수 있다. 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 제1 전자 수송층(ETL1)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 전하 생성층(CGL1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 사이에 제2 정공 수송층(HTL2)이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2) 중 적어도 하나는 제2 청색 발광층(EML1-2) 또는 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치된 것일 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 전자 수송층(ETL2)이 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치되고, 제1 전자 수송층(ETL1)이 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 직접 배치될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제2 전자 수송층(ETL2)이 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치될 수 있고, 제1 전자 수송층(ETL1)은 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 직접 배치되지 않을 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 사이에 버퍼층(BFL)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 제2 전자 수송층(ETL2)이 직접 배치되고, 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 버퍼층(BFL)이 직접 배치될 수 있다. 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 직접 배치된 버퍼층(BFL)의 두께(T3)는 100Å 이하일 수 있다. 버퍼층의 두께가 100Å을 초과하는 경우, 발광층으로 향하는 전자의 이동이 용이하지 않을 수 있다.
이와 달리, 제2 전자 수송층(ETL2)은 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치되지 않을 수 있고, 제1 전자 수송층(ETL1)은 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 직접 배치될 수 있다. 제2 전자 수송층(ETL2)과 제1 청색 발광층(EML1-1) 사이에 버퍼층(BFL)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 버퍼층(BFL)이 직접 배치되고, 제2 청색 발광층(EML1-2) 상에 제1 전자 수송층(ETL1)이 직접 배치될 수 있다.
종래의 탠덤(Tandem) 구조를 갖는 발광 소자에서는 전자 수송층과 발광층 사이에 버퍼층이 배치된다. 탠덤 구조는 동일한 파장 영역의 색을 발광하는 복수의 발광층들이 적층된 것일 수 있다. 버퍼층은 정공 수송 영역에서 발광층으로 이동한 정공이 발광층에서 전자 수송 영역으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전자 수송 영역에서 발광층으로 전자가 이동하는 것을 도울 수 있다.
일 실시예에서, 제2 청색 발광층(EML1-2) 또는 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치된 제1 전자 수송층(ETL1) 및/또는 제2 전자 수송층(ETL2)은 각각 버퍼층(BFL)의 기능을 할 수 있다. 따라서, 동일한 파장 영역의 색을 발광하는 복수의 발광층들(EML1-1, EML1-2)을 포함하는 발광 소자(ETD)에서, 전자 수송층과 발광층 사이에 버퍼층이 제외될 수 있다.
제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치된 제2 전자 수송층(ETL2)은 전자 수송 영역(ETR)에서 제1 청색 발광층(EML1-1)으로 전자가 이동하는 것을 도울 수 있고, 정공 수송 영역(HTR)에서 제1 청색 발광층(EML1-1)으로 이동한 정공이 제1 청색 발광층(EML1-1)의 상측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 직접 배치된 제1 전자 수송층(ETL1)은 전자 주입층(EIL)에서 제공된 전자를 제2 청색 발광층(EML1-2)으로 이동하는 것을 도울 수 있고, 정공 수송 영역(HTR)에서 제2 청색 발광층(EML1-2)으로 이동한 정공이 제2 청색 발광층(EML1-2)의 상측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제1 청색 발광층(EML1-1) 및/또는 제2 청색 발광층(EML1-2)에서 전자와 정공의 결합 확률을 높일 수 있고, 발광 소자(ETD)는 개선된 효율 및 수명을 나타낼 수 있다. 또한, 발광 소자(ETD)의 제조 공정에서 버퍼층의 형성 단계가 제외됨에 따라, 표시 장치(DD)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)은 각각 독립적으로 100Å 이상 300Å 이하의 두께(T1, T2)를 갖는 것일 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1) 상측에 직접 배치된 제2 전자 수송층(ETL2)의 두께(T2)는 100Å 이상 300Å 이하일 수 있다. 또한, 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 배치된 제1 전자 수송층(ETL1)의 두께(T1)는 100Å 이상 300Å 이하일 수 있다. 발광층들(EML1-1, EML1-2) 상에 직접 배치된 전자 수송층의 두께가 100Å 미만인 경우, 발광층(EML1-1, EML1-2)에서 발광층(EML1-1, EML1-2) 상측으로 다수의 정공이 이동하여 정공과 전자의 결합 확률이 감소할 수 있다. 발광층(EML1-1, EML1-2) 상에 직접 배치된 전자 수송층의 두께가 300Å 초과인 경우, 전자 주입층(HIL)으로부터 발광층(EML1-1, EML1-2)으로 전자 이동이 용이하지 않아 정공과 전자의 결합 확률이 감소할 수 있다. 정공과 전자의 결합 확률이 감소할 경우, 발광 소자의 효율이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 물질과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 물질은 상이할 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)은 각각 독립적으로 단일 물질을 포함하거나, 또는 복수의 서로 다른 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자 수송층(ETL1)은 단일 물질을 포함하고, 제2 전자 수송층(ETL2)은 복수의 서로 다른 물질들을 포함할 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 단일 물질과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 복수의 물질들은 상이한 것일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)은 복수의 서로 다른 물질들을 포함하고, 제2 전자 수송층(ETL2)은 단일 물질을 포함할 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 복수의 물질들과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 단일 물질은 상이한 것일 수 있다.
제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)이 각각 단일 물질을 포함하며, 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 단일 물질과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 단일 물질은 상이할 수 있다. 또한, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)이 각각 복수의 서로 다른 물질들을 포함하고, 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 복수의 물질들과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 복수의 물질들은 상이한 것일 수 있다.
이와 달리, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)이 각각 복수의 서로 다른 물질들을 포함하고, 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 복수의 서로 다른 물질들 중 적어도 하나와 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 복수의 서로 다른 물질들 중 적어도 하나가 동일한 것일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2)이 단일 물질을 포함하고, 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 단일 물질과 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 단일 물질은 동일한 것일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 복수의 서로 다른 물질들을 포함하고, 제2 전자 수송층(ETL2)은 제1 전자 수송층(ETL1)이 포함하는 복수의 서로 다른 물질들 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송층(ETL2)이 복수의 서로 다른 물질들을 포함하고, 제1 전자 수송층(ETL1)은 제2 전자 수송층(ETL2)이 포함하는 복수의 서로 다른 물질들 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2) 중 적어도 하나가 복수의 서로 다른 물질을 포함하는 경우, 복수의 서로 다른 물질은 전자 수송 물질 및 전자 주입 물질을 포함하는 것일 수 있다. 전자 수송 물질은 전자 수송이 가능한 물질이며, 전자 주입 물질은 Liq, LiF, KI, NaCl, CsF, Li2O, 및 BaO 중 적어도 하나일 수 있다. 복수의 서로 다른 물질이 전자 수송 물질 및 전자 주입 물질을 포함하는 경우, 전자 수송층(ETL1, ETL2)에서 전자 수송 물질과 전자 주입 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 전자 수송 물질 및 전자 주입 물질을 포함하는 경우, 제1 전자 수송층(ETL1) 내에서 전자 수송 물질과 전자 주입 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다. 제2 전자 수송층(ETL2)이 전자 수송 물질 및 전자 주입 물질을 포함하는 경우, 제2 전자 수송층(ETL2) 내에서 전자 수송 물질과 전자 주입 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다.
또한, 복수의 서로 다른 물질은 2종의 전자 수송 물질을 포함하는 것일 수 있다. 복수의 서로 다른 물질이 2종의 전자 수송 물질을 포함하는 경우, 전자 수송층(ETL1, ETL2)에서 2종의 전자 수송 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 2종의 전자 수송 물질을 포함하는 경우, 제1 전자 수송층(ETL1) 내에서 2종의 전자 수송 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다. 제2 전자 수송층(ETL2)이 2종의 전자 수송 물질을 포함하는 경우, 제2 전자 수송층(ETL2)내에서 2종의 전자 수송 물질의 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있다.
이와 달리, 복수의 서로 다른 물질은 전자 수송 물질 및 n-도펀트를 포함하는 것일 수 있다. n-도펀트는 전자 수송층(ETL1, ELT2)에 도핑됨에 따라 전자를 형성할 수 있는 물질로, Li, Cs2CO3, 및 Rb2CO3 중 적어도 하나일 수 있다. 복수의 서로 다른 물질이 전자 수송 물질 및 n-도펀트를 포함하는 경우, 전자 수송층(ETL1, ETL2) 내에서 n-도펀트의 함량은 50% 이하일 수 있다. 제1 전자 수송층(ETL1)이 전자 수송 물질 및 n-도펀트를 포함하는 경우, 제1 전자 수송층(ETL1) 내에서 n-도펀트의 함량은 50% 이하일 수 있다. 제2 전자 수송층(ETL2)이 전자 수송 물질 및 n-도펀트를 포함하는 경우, 제2 전자 수송층(ETL2) 내에서 n-도펀트의 함량은 50% 이하일 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것이며, 전자 수송층(ETL1, ETL2)이 포함하는 물질 및 물질의 비율이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 사이에 제1 전하 생성층(CGL1)이 배치될 수 있다. 제1 전하 생성층(CGL1)은 전압이 인가되면, 산화-환원 반응을 통하여 착제를 형성함으로써 전자들 및 정공들을 생성할 수 있다. 제1 전하 생성층(CGL1)은 생성된 전하들을, 제1 전하 생성층(CGL1)에 인접한 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 각각으로 제공할 수 있다. 제1 전하 생성층(CGL1)은, 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 사이에서 전하들의 균형을 조절하는 역할을 할 수 있다.
제1 전하 생성층(CGL1)은 제1 서브 전하 생성층(CGL-n) 및 제2 서브 전하 생성층(CGL-p)을 포함할 수 있다. 제1 서브 전하 생성층(CGL-n)은 제1 청색 발광층(EML1-1)에 인접하게 배치되어, 제1 청색 발광층(EML1-1)으로 전자들을 제공하는 n형 전하 생성층일 수 있다. 제2 서브 전하 생성층(CGL-p)은 제2 청색 발광층(EML1-2)에 인접하게 배치되어, 제2 청색 발광층(EML1-2)으로 정공들을 제공하는 p형 전하 생성층일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 서브 전하 생성층(CGL-n) 및 제2 서브 전하 생성층(CGL-p) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 또한, 제1 발광 유닛(ED-1)이 3개 이상의 발광층을 포함하는 경우, 제1 발광 유닛(ED-1)은 발광층들 사이에 각각 배치된 전하 생성층들을 포함할 수 있다.
일 실시예예 따르면, 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 각각은 도펀트 및 호스트를 포함할 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1)이 포함하는 도펀트와 제2 청색 발광층(EML1-2)이 포함하는 도펀트는 상이할 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1)이 포함하는 호스트와 제2 청색 발광층(EML1-2)이 포함하는 호스트는 상이할 수 있다. 또한, 제1 청색 발광층(EML1-1)에서의 도펀트의 함량과 제2 청색 발광층(EML1-2)에서의 도펀트의 함량은 상이할 수 있다. 즉, 제1 청색 발광층(EML1-1)에서의 도핑 농도와 제2 청색 발광층(EML1-2)에서의 도핑 농도는 상이할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2)은 동일한 호스트를 포함할 수 있다. 또한, 제1 청색 발광층(EML1-1)과 제2 청색 발광층(EML1-2)은 동일한 도펀트를 포함할 수 있다.
제1 청색 발광층(EML1-1) 하측에는 제1 청색 발광 보조층(EML1-1S)이 배치될 수 있고, 제2 청색 발광층(EML1-2) 하측에 제2 청색 발광 보조층(EML1-2S)이 배치될 수 있다. 제1 청색 발광 보조층(EML1-1S) 및 제2 청색 발광 보조층(EML1-2S)은 각각 정공 전하 밸런스를 조절하여 청색 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것과 달리, 제1 청색 발광 보조층(EML1-1S) 및 제2 청색 발광 보조층(EML1-2S) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ETD)에서 제1 청색 발광층(EML1-1), 및 제2 청색 발광층(EML1-2) 각각은 제1 전극(EL1-1)으로부터 일정 거리만큼 이격된 것일 수 있다. 제1 전극(EL1-1)에서 제1 청색 발광층(EML1-1)까지의 직선 거리(RD1-1)는 청색광이 2차 공진(resonance)하는 거리와 동일한 것일 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1)에서 생성된 광이 제1 전극(EL1-1)으로부터 반사되어 2차 공진하는 거리만큼 이격된 것일 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1-1)에서 제2 청색 발광층(EML1-2)까지의 직선 거리(RD1-2)는 청색광이 3차 공진하는 거리와 동일한 것일 수 있다. 제2 청색 발광층(EML1-2)에서 생성된 광이 제1 전극(EL1-1)으로부터 반사되어 3차 공진하는 거리만큼 이격된 것일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 발광 유닛(ED-2)은 제2 발광층(EML2)을 포함하고, 제3 발광 유닛(ED-3)은 제3 발광층(EML3)을 포함할 수 있다. 제2 발광 유닛(ED-2)은 제2 발광 보조층(EML2-S)을 더 포함할 수 있고, 제3 발광 유닛(ED-3)은 제3 발광 보조층(EML3-S)을 더 포함할 수 있다.
제2 발광층(EML2)에서 제1 전극(EL1-2)까지의 직선 거리(RD2)는 제2 발광층에서 생성된 제2 광이 2차 공진하는 거리와 동일한 것일 수 있다. 제2 발광 보조층(EML2-S)은 제2 발광층(EML2)에서 출사된 광의 공진 거리를 조절할 수 있다. 제3 발광층(EML3)에서 제1 전극(EL1-3)까지의 직선 거리(RD3)는 제3 발광층에서 생성된 제3 광이 2차 공진하는 거리와 동일한 것일 수 있다. 제3 발광 보조층(EML3-S)은 제3 발광층(EML3)에서 출사된 광의 공진 거리를 조절할 수 있다. 제2 발광 보조층(EML2-S) 및 제3 발광 보조층(EML3-S)은 광의 색순도를 높일 수 있다. 제2 광은 녹색광일 수 있고, 제3 광은 적색광일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ETD)에서, 제1 전자 수송층(ETL1) 및 제2 전자 수송층(ETL2) 중 적어도 하나는 제1 청색 발광층(EML1-1) 또는 제2 청색 발광층(EML1-2) 상측에 배치될 수 있다. 제1 청색 발광층(EML1-1) 상에 직접 배치된 제1 전자 수송층(ETL1)과 제2 청색 발광층(EML1-2) 상에 직접 배치된 제2 전자 수송층은 발광층들(EML1-1, EML1-2)에서 정공의 이탈을 방지할 수 있고, 발광층들(EML1-1, EML1-2)로 전자의 이동을 도울 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자(ETD)는 개선된 효율 및 수명을 나타낼 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)는 표시 패널(DP), 표시 패널(DP) 상측에 배치된 광학층(POL)을 포함할 수 있다. 광학층(POL)은 표시 패널(DP) 상측에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 광학층(POL)은 예를 들어, 편광층을 포함하는 것이거나 또는 컬러필터층을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광학층(POL)은 생략될 수 있다.
광학층(POL) 상측에는 기판(BL)이 배치될 수 있다. 기판(BL)은 광학층(POL)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 기판(BL)은 생략될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 충전층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 충전층(미도시)은 발광 소자(ETD)와 기판(BL) 사이에 배치되는 것일 수 있다. 충전층(미도시)은 유기물층일 수 있다. 충전층(미도시)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
표시 패널(DP)은 순차적으로 적층된 베이스층(BS), 회로층(DP-CL), 및 표시 소자층(DP-ED)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 표시 소자층(DP-ED)은 일 실시예의 발광 소자(ETD)를 포함할 수 있다. 베이스층(BS)은 표시 소자층(DP-ED)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스층(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합 재료층일 수 있다.
회로층(DP-CL)은 베이스층(BS) 상측에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 발광 소자(ETD)를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ETD)는 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3), 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3) 상측에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 정공 수송 영역(HTR) 상측에 배치된 전자 수송 영역(ETR), 전자 수송 영역(ETR) 상측에 배치된 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3)은 정공 수송 영역(HTR)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 배치될 수 있다.
제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, W 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 상기의 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다. 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)의 두께는 약 700Å 내지 약 10000Å일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)의 두께는 약 1000Å 내지 약 3000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 정공 수송 영역(HTR)은 제1 정공 수송층(HTL1)을 포함할 수 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL)을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 정공 수송 영역(HTR)에 대한 설명은 전술한 제2 정공 수송층(HTL2, 도 3)에 동일하게 적용될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1-phenyl-N4,N4-di-m-tolylbenzene-1,4-diamine)), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris[N(2-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium [Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HATCN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수 있다.
또한, 정공 수송 영역(HTR)은, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diplienyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), CCP(9-phenyl-9H-3,9’-bicarbazole), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene), 또는 mDCP(1,3-bis(1,8-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)benzene)등을 포함할 수 있다.
정공 주입층(HIL), 제1 정공 수송층(HTL1), 및 제2 정공 수송층(HTL2) 중 적어도 하나는 전술한 정공 수송 영역의 화합물들을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL)을 포함하는 경우, 정공 주입층(HIL)의 두께는 예를 들어 약 30Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 전자 저지층(미도시)을 포함하는 경우 전자 저지층의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 및 전자 저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 할로겐화 금속 화합물, 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트는 CuI 및 RbI 등의 할로겐화 금속 화합물, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7’8,8-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물, HATCN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 및 4-[[2,3-bis[cyano-(4-cyano-2,3,5,6-tetrafluorophenyl)methylidene]cyclopropylidene]-cyanomethyl]-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile과 같은 시아노기 함유 화합물 등을 들 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 청색 발광층(EML1-1), 제2 발광층(EML2), 및 제3 발광층(EML3)은 정공 수송 영역(HTR) 상측에 배치될 수 있다. 제2 청색 발광층(EML1-2)은 제2 정공 수송층(HTL2) 상측에 배치될 수 있다. 발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 예를 들어 약 100Å 내지 약 1000Å 또는, 약 100Å 내지 약 300Å의 두께를 갖는 것일 수 있다. 발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 안트라센 유도체 또는 피렌 유도체를 포함하는 것일 수 있다.
발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3) 각각은 호스트 및 도펀트를 포함하는 것일 수 있다. 발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 호스트 물질로 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 호스트 물질로 DPEPO(Bis[2-(diphenylphosphino)phenyl] ether oxide), CBP(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl), mCP(1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene), PPF (2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzo[b,d]furan), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine) 및 TPBi(1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)benzene) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(N-vinylcarbazole), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TBADN(2-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene), CP1(Hexaphenyl cyclotriphosphazene), UGH2 (1,4-Bis(triphenylsilyl)benzene), DPSiO3 (Hexaphenylcyclotrisiloxane), DPSiO4 (Octaphenylcyclotetra siloxane), PPF(2,8-Bis(diphenylphosphoryl)dibenzofuran) 등을 호스트 재료로 사용할 수 있다.
발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 공지의 도펀트 재료로, 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazolyl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4’-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi)), 4,4'-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl(DPAVBi) , 페릴렌 및 그 유도체(예를 들어, 2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene(TBP)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1, 1-dipyrene, 1, 4-dipyrenylbenzene, 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등을 포함할 수 있다.
발광층들(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3)은 공지의 인광 도펀트 물질을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 인광 도펀트는 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb) 또는 툴륨(Tm)를 포함하는 금속 착체가 사용될 수 있다. 구체적으로, FIrpic(iridium(III) bis(4,6-difluorophenylpyridinato-N,C2')picolinate), Fir6(Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)-tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(Ⅲ)), 또는 PtOEP(platinum octaethyl porphyrin)가 인광 도펀트로 사용될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 청색 발광층(EML1-1) 및 제2 청색 발광층(EML1-2)은 410nm 내지 480nm 파장 범위의 청색광을 발광할 수 있다. 제2 발광층(EML2)은 500nm 내지 570nm 파장 범위의 녹색광을 발광할 수 있다. 제3 발광층(EML3)은 625nm 내지 675nm 파장 범위의 적색광을 발광할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 발광층들(EML1-1, EML2, EML3) 상측에 제공될 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)은 제1 전자 수송층(ETL1)을 포함할 수 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL)을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 전자 수송 영역(ETR)에 대한 설명은 제2 전자 수송층(ETL2)에 동일하게 적용될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazol-1-yl)phenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI, KI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또한 상기의 할로겐화 금속과 란타넘족 금속의 공증착 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 공증착 재료로 KI:Yb, RbI:Yb 등을 포함할 수 있다. 한편, 전자 수송 영역(ETR)은 Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(8-hydroxyl-Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 재료 이외에 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전자 수송층(ETL1), 제2 전자 수송층(ETL2), 전자 주입층(EIL) 및 버퍼층(BFL) 중 어느 하나는 상술한 전자 수송 영역의 화합물을 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함하는 경우, 전자 주입층(EIL)의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)이 애노드인 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3)이 캐소드인 경우 제2 전극(EL2)은 애노드일 수 있다.
제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, Yb, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgAg)을 포함할 수 있다. 또는 제2 전극(EL2)은 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(EL2)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에의 발광 소자(ETD)는 제2 전극(EL2) 상측에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함할 수 있다. 캡핑층(CPL)은 다층 또는 단층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 캡핑층(CPL)은 유기층 또는 무기층일 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(CPL)이 무기물을 포함하는 경우, 무기물은 LiF 등의 알칼리금속 화합물, MgF2 등의 알칼리토금속 화합물, SiON, SiNX, SiOy 등을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 캡핑층(CPL)이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol-9-yl) triphenylamine) 등을 포함하거나, 에폭시 수지, 또는 메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 캡핑층(CPL)은 하기와 같은 화합물 P1 내지 P5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
일 실시예에 따르면, 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다. 구체적으로, 550nm 이상 660nm 이하의 파장 범위의 광에 대해서 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
도 2에서는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 발광 유닛들(ED-1, ED-2, ED-3)이 배치되고, 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)은 공통층으로 제공된 것을 도시하였다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내부에 패턴닝 되어 제공되는 것일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML1-1, EML1-2, EML2, EML3), 및 전자 수송 영역(ETR) 등은 잉크젯 프린팅법으로 패턴닝되어 제공되는 것일 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광 소자(ETD)를 밀봉하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 발광 소자(ETD)를 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 발광 소자(ETD)를 보호한다. 봉지 무기막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄옥사이드, 또는 알루미늄옥사이드 등을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되지 않는다. 봉지 유기막은 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 포함하는 것일 수 있다. 봉지 유기막은 광중합 가능한 유기물질을 포함하는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상측에 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 것으로, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 2와 달리, 제2 발광 유닛(ED-2a) 또는 제3 발광 유닛(ED-3b)이 복수의 발광층들을 포함하는 경우를 나타낸 것이다. 이하에서는, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하고 자세한 설명은 생략한다.
표시 장치(DD-a, DD-b)는 표시 패널(DP-a, DP-b)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP-a, DP-b)은 표시 소자층(DP-EDa, DP-EDb)을 포함할 수 있고, 표시 소자층(DP-EDa, DP-EDb)은 일 실시예의 발광 소자(ETD-a, ETD-b)를 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ETD-a, ETD-b)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1-1, EL1-2, EL1-3), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예의 발광 소자(ETD-a, ETD-b)는 정공 수송 영역(HTR)과 전자 수송 영역(ETR) 사이에 배치된 제1 발광 유닛(ED-1), 제2 발광 유닛(ED-2, ED-2a), 및 제3 발광 유닛(ED-3, ED-3b)을 포함할 수 있다.
제2 발광 유닛(ED-2a)은 제1 녹색 발광층(EML2-1), 제1 녹색 발광층(EML2-1) 상측에 배치된 제2 녹색 발광층(EML2-2), 및 제1 녹색 발광층(EML2-1)과 제2 녹색 발광층(EML2-2) 사이에 배치된 제2 전하 생성층(CGL2)을 포함할 수 있다. 제1 녹색 발광층(EML2-1)은 정공 수송 영역(HTR) 상측에 배치된 것일 수 있다. 제2 녹색 발광층(EML2-2)은 전자 수송 영역(ETR) 하측에 배치된 것일 수 있다. 제1 녹색 발광층(EML2-1) 및 제2 녹색 발광층(EML2-2)은 동일한 파장 영역의 녹색광을 발광하는 것일 수 있다. 제1 녹색 발광층(EML2-1) 및 제2 녹색 발광층(EML2-2)에 대해서는 제2 발광층(EML2)에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 제2 전하 생성층(CGL2)에 대해서는 제1 전하 생성층(CGL1)에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
제3 발광 유닛(ED-3b)은 제1 적색 발광층(EML3-1), 제1 적색 발광층(EML3-1) 상측에 배치된 제2 적색 발광층(EML3-2), 및 제1 적색 발광층(EML3-1)과 제2 적색 발광층(EML3-2) 사이에 배치된 제3 전하 생성층(CGL3)을 포함할 수 있다. 제1 적색 발광층(EML3-1)은 정공 수송 영역(HTR) 상측에 배치된 것일 수 있다. 제2 적색 발광층(EML3-2)은 전자 수송 영역(ETR) 하측에 배치된 것일 수 있다. 제1 적색 발광층(EML3-1) 및 제2 적색 발광층(EML3-2)은 동일한 파장 영역의 광을 발광하는 것일 수 있다. 제1 적색 발광층(EML3-1) 및 제2 적색 발광층(EML3-2)에 대해서는 제3 발광층(EML3)에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3)에 대해서는 제1 전하 생성층(CGL1)에 대한 설명과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
한편, 도시하지 않았으나, 제2 발광 유닛(ED-2a)은 제1 녹색 발광층(EML2-1)과 제2 전하 생성층(CGL2) 사이에 배치된 전자 수송층, 및 제2 전하 생성층(CGL2)과 제2 녹색 발광층(EML2-2) 사이에 배치된 정공 수송층을 더 포함할 수 있다. 제3 발광 유닛(ED-3b)은 제1 적색 발광층(EML3-1)과 제3 전하 생성층(CGL3) 사이에 배치된 전자 수송층, 및 제3 전하 생성층(CGL3)과 제2 적색 발광층(EML3-2) 사이에 배치된 정공 수송층을 더 포함할 수 있다.
도 9a는 비교예 1 및 실험예의 발광 소자에서 구동 전압에 따른 전류 밀도를 나타낸 그래프이다. 도 9b는 비교예 1 및 실험예의 발광 소자에서, 발광 소자의 휘도가 97%로 감소하는데 걸리는 시간을 측정하여 나타낸 그래프이다. 실험예의 발광 소자는 일 실시예에 따른 제1 발광 유닛을 포함하며, 보다 상세하게 제1 청색 발광층 및 제2 청색 발광층을 포함하는 청색 발광 소자이다. 비교예 1은 하나의 청색 발광층을 포함하는 청색 발광 소자이다.
도 9a를 참조하면, 비교예 1의 발광 소자와 비교하여, 10mA/cm2 내지 15mA/cm2의 전류 밀도 범위에서 실험예의 발광 소자는 구동 전압이 1.7배 내지 1.9배 증가한 것을 알 수 있다. 도 9b를 참조하면, 발광 소자의 휘도가 97%로 감소하는데 걸린 시간이 실험예는 비교예 1의 약 4배인 것을 알 수 있다. 또한, 시뮬레이션을 통해 하나의 적색 발광층, 하나의 녹색 발광층, 및 2개의 청색 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자와 적색 발광층, 녹색 발광층, 및 청색 발광층이 각각 하나인 발광 소자를 비교하여, 일 실시예의 발광 소자에서 효율이 135% 개선됨을 확인하였다.
아래 표 1은 비교예 1 및 실험예의 발광 소자에서, 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency, EQE)을 측정하여 나타낸 것으로, "효율"은 외부 양자 효율을 색좌표로 나눈 값이다. 비교예 1의 발광 소자는 전류 밀도가 11.0mA/cm2 이고, 전류 효율이 10.0cd/A 인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다. 실험예의 발광 소자는 전류 밀도가 6.2mA/cm2 이고, 전류 효율이 14.3cd/A 인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다.
구 분 전류 밀도 (mA/cm2) 전류 효율 (cd/A) 효율 색좌표(CIE, y)
비교예 1 11.0 10.0 196.4 0.051
실험예 6.2 14.3 348.2 0.041
표 1을 참조하면, 비교예 1의 발광 소자의 효율에 비해 실험예의 발광 소자의 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 동일한 파장 영역의 색을 발광하는 복수의 발광층들을 포함하는 일 실시예의 발광 소자는 개선된 효율을 나타낼 것으로 판단된다.
도 10a는 비교예 2, 비교예 3, 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자에서 구동 전압에 따른 전류 밀도를 측정하여 나타낸 그래프이다. 도 10b는 비교예 2, 비교예 3, 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자에서 휘도가 97%로 감소하는데 걸리는 시간을 측정하여 나타낸 그래프이다. 비교예 2, 비교예 3, 실시예 1 및 실시예 2는 2개의 청색 발광층들, 하나의 녹색 발광층, 및 하나의 적색 발광층을 포함하는 발광 소자이다.
비교예 2 및 비교예 3은 청색 발광층들 상에 직접 배치된 버퍼층들을 포함하는 발광 소자이며, 도 4에 도시된 구조에서, 제2 전자 수송층과 제1 청색 발광층 사이에 배치된 버퍼층을 더 포함하는 구조의 발광 소자이다. 비교예 2의 발광 소자는 제2 전자 수송층이 복수의 서로 다른 물질들을 포함하는 것이고, 비교예 3의 발광 소자는 제2 전자 수송층이 단일 물질을 포함하며, 비교예 2 및 비교예 3의 발광 소자에서, 제1 전자 수송층은 단일 물질을 포함하는 것이다.
실시예 1 및 실시예 2는 버퍼층들을 포함하지 않는 발광 소자이며, 도 3에 도시된 구조와 동일한 구조의 발광 소자이다. 즉, 실시예 1 및 실시예 2는 제1 전자 수송층(ETL1)이 제2 청색 발광층(EML1-2) 상에 직접 배치되고, 제2 전자 수송층(ETL2)이 제1 청색 발광층(EML1-1) 상에 직접 배치된 발광 소자이다. 실시예 1의 제1 전자 수송층(ETL1)은 복수의 서로 다른 물질들을 포함하는 것이고, 실시예 2의 제1 전자 수송층(ETL1)은 단일 물질을 포함하는 것이다. 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자에서 제1 전자 수송층(ETL1)은 단일 물질을 포함하는 것이다.
도 10a를 참조하면, 비교예 2 및 비교예 3의 발광 소자와 비교하여, 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자는 동일한 전류 밀도에서 유사한 수준의 구동 전압을 나타내는 것을 알 수 있다. 도 10b를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자는, 비교예 2 및 비교예 3의 발광 소자와 비교하여, 휘도 감소량이 동일한 경우 휘도가 감소하는데 걸린 시간이 더 긴 것을 알 수 있다. 발광 소자의 휘도가 97% 내지 98%로 감소한 경우, 비교예 2 및 비교예 3의 발광 소자와 비교하여, 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자는 1.27배 내지 1.36배의 시간이 걸린 것을 알 수 있다. 이에 따라, 발광층 상에 직접 배치된 적어도 하나의 전자 수송층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자에서 개선된 수명을 나타낼 것으로 판단된다.
아래 표 2는 비교예 2, 비교예 3, 실시예 1, 및 실시예 2의 발광 소자에서 외부 양자 효율을 측정하여 나타낸 것으로, "효율"은 외부 양자 효율을 색좌표로 나눈 값이다. 비교예 2의 발광 소자는 구동 전압이 6.7V 이고, 전류 효율이 16.1cd/A인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다. 비교예 3의 발광 소자는 구동 전압이 6.5V 이고, 전류 효율이 16.4cd/A인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다. 실시예 1의 발광 소자는 구동 전압이 6.6V 이고, 전류 효율이 14.6cd/A인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다. 실시예 2의 발광 소자는 구동 전압이 6.4V 이고, 전류 효율이 14.1cd/A인 조건에서 외부 양자 효율을 측정하였다.
구 분 구동 전압 (V) 전류 효율 (cd/A) 효율 색좌표(CIE, y)
비교예 2 6.7 16.1 324.3 0.0050
비교예 3 6.5 16.4 331.8 0.0053
실시예 1 6.6 14.6 318.8 0.046
실시예 2 6.4 14.1 329.8 0.043
표 2를 참조하면, 전자 수송층과 발광층 사이에 버퍼층이 배치된 비교예 2 및 비교예 3의 발광 소자와 전자 수송층이 발광층 상에 직접 배치된 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자를 비교하면, 유사한 수준의 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 비교예 2의 발광 소자와 비교하여, 실시예 1의 발광 소자는 유사한 수준의 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 비교예 2의 발광 소자와 실시예 1의 발광 소자는 제2 전자 수송층이 복수의 서로 다른 물질을 포함하는 것이다.
또한, 비교예 3의 발광 소자와 비교하여, 실시예 2의 발광 소자는 유사한 수준의 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 비교예 3의 발광 소자와 실시예 2의 발광 소자는 제2 전자 수송층이 단일 물질을 포함하는 것이다. 전자 수송층이 발광층 상에 직접 배치된 실시예 2의 발광 소자가, 전자 수송층과 발광층 사이에 버퍼층이 배치된 비교예 3의 발광 소자와 유사한 수준의 효율을 나타내는 것으로 보아, 단일 물질을 포함하는 전자 수송층이 발광층에서의 정공 이탈 방지 및 발광층으로 정공 주입에 기여하는 것을 알 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 순차적으로 적층된 제1 전극, 정공 수송 영역, 전자 수송 영역, 및 제2 전극을 포함하고, 정공 수송 영역과 전자 수송 영역 사이에 배치된 발광 유닛들을 포함할 수 있다. 발광 유닛들은 각각 하나 이상의 발광층을 포함하는 것으로, 적어도 하나의 발광 유닛에서 전자 수송층은 발광층 상에 직접 배치될 수 있다. 둘 이상의 전자 수송층들 중 적어도 하나는 발광층 상에 직접 배치된 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자는 장수명의 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자에서, 발광층들은 제1 전극으로부터 일정 거리만큼 이격된 것일 수 있다. 발광층들에서 발광된 광이 2차 공진하는 거리 및/또는 3차 공진하는 거리만큼 발광층들과 제1 전극이 이격된 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자는 개선된 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 표시 장치는 베이스층, 및 베이스층 상에 배치된 표시 소자층을 포함하며, 표시 소자층은 일 실시예의 발광 소자를 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자는 2개의 전자 수송층 및 2개의 발광층을 포함하며, 적어도 하나의 전자 수송층은 발광층 상에 직접 배치될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자를 포함하는 일 실시예의 표시 장치는 개선된 효율 및 수명을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
제1 전극: EL1 제2 전극: EL2
제1 정공 수송층: EL1 제1 전자 수송층: ETL1
제2 전자 수송층: ETL2 제1 발광 유닛: ED-1
제1 청색 발광층: EML1-1 제2 청색 발광층: EML1-2
제2 발광 유닛: ED-2 제2 발광층: EML2

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극;
    상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층;
    상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층; 및
    상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 평면 상에서 서로 이격되어 배치된 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛은
    상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및
    상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고,
    상기 제2 발광 유닛은 적색광 또는 녹색광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치된 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전자 수송층은 상기 제1 청색 발광층 상측에 직접 배치된 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 직접 배치된 버퍼층을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 버퍼층의 두께는 100Å 이하인 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층은 상기 제2 발광층 상측에 직접 배치된 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 100Å 이상 300Å 이하의 두께를 갖는 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층이 포함하는 물질과 상기 제2 전자 수송층이 포함하는 물질은 상이한 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    적색광 또는 녹색광을 방출하는 제3 발광층을 포함하는 제3 발광 유닛을 더 포함하고, 상기 제3 발광층과 상기 제2 발광층은 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 청색 발광층 및 상기 제2 청색 발광층 각각은 도펀트 및 호스트를 포함하고, 상기 제1 청색 발광층의 도펀트와 상기 제2 청색 발광층의 도펀트는 상이한 발광 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 청색 발광층의 호스트와 상기 제2 청색 발광층의 호스트는 상이한 발광 소자.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 청색 발광층에서의 상기 도펀트의 함량과 상기 제2 청색 발광층에서의 상기 도펀트의 함량은 상이한 발광 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 청색 발광층 하측에 배치된 제1 청색 발광 보조층;
    상기 제2 청색 발광층 하측에 배치된 제2 청색 발광 보조층; 및
    상기 제2 발광층 하측에 배치된 제2 발광 보조층; 을 더 포함하는 발광 소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극 상측에 배치된 정공 주입층을 더 포함하는 발광 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전극 하측에 배치된 전자 주입층을 더 포함하는 발광 소자.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전극 상측에 배치되고, 굴절률이 1.6 이상인 캡핑층을 더 포함하는 발광 소자.
  16. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극;
    상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층;
    상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층; 및
    단면 상에서 서로 이격되어 상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 제1 광을 방출하는 제1 발광 유닛 및 상기 제1 광과 상이한 제2 광을 방출하는 제2 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛은
    상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및
    상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고,
    상기 제2 발광 유닛은 상기 제2 광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 전극으로부터 상기 제1 청색 발광층까지의 직선 거리는 상기 제1 광이 2차 공진하는 거리와 동일하고,
    상기 제1 전극으로부터 상기 제2 발광층까지의 직선 거리는 상기 제2 광이 2차 공진하는 거리와 동일하며,
    상기 제1 전극으로부터 상기 제2 청색 발광층까지의 직선 거리는 상기 제1 광이 3차 공진하는 거리와 동일한 발광 소자.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치된 발광 소자.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제2 광은 적색광 또는 녹색광인 발광 소자.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 제3 광을 방출하는 제3 발광층을 포함하는 제3 발광 유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 전극으로부터 상기 제3 발광층까지의 직선 거리는 상기 제3 광이 2차 공진하는 거리와 동일한 발광 소자.
  20. 평면 상에서 서로 이격된 청색 발광 영역, 적색 발광 영역, 및 녹색 발광 영역을 포함하는 표시 장치에 있어서,
    베이스층; 및
    상기 베이스층 상에 배치되고, 발광 소자를 포함하는 표시 소자층; 을 포함하고,
    상기 발광 소자는
    제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극;
    상기 제1 전극 상측에 배치된 제1 정공 수송층;
    상기 제1 정공 수송층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 제1 전자 수송층;
    상기 제1 정공 수송층과 상기 제1 전자 수송층 사이에 배치되고, 평면 상에서 서로 이격되어 배치된 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛; 및
    상기 제2 전극 상측에 배치되고, 굴절률이 1.6 이상인 캡핑층; 을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛은
    상기 제1 정공 수송층 상측에 배치된 제1 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층 상측에 배치된 제2 청색 발광층;
    상기 제1 청색 발광층과 상기 제2 청색 발광층 사이에 배치된 전하 생성층; 및
    상기 제1 청색 발광층과 상기 전하 생성층 사이에 배치된 제2 전자 수송층; 을 포함하고,
    상기 제2 발광 유닛은 적색광 또는 녹색광을 방출하는 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 전자 수송층 및 상기 제2 전자 수송층 중 적어도 하나는 상기 제1 청색 발광층 또는 상기 제2 청색 발광층 상측에 직접 배치된 표시 장치.
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