KR20230000524A - 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 m개의 발광 유닛, 그리고 인접한 발광 유닛 사이에 위치하는 m-1개의 전하 생성층을 포함하고, 상기 전하 생성층은 n형 전하 생성층 및 p형 전하 생성층을 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 상기 n형 전하 생성층에 도핑되는 알칼리 금속과 란타넘 금속은 서로 다른 함량으로 도핑되고, 상기 m은 3 이상의 자연수이다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 {LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 개시는 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
발광 소자는 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자이다. 이러한 발광 소자의 예시로는, 발광층에 유기 재료를 사용하는 유기 발광 소자, 발광층에 양자점을 사용하는 양자점 발광 소자 등이 있다.
발광 소자는 서로 중첩하는 제1 전극 및 제2 전극, 이들 사이에 위치하는 정공 수송 영역(hole transport region), 발광층, 전자 수송 영역(electron transport region)을 포함할 수 있다. 제1 전극으로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 거쳐 발광층으로 이동하고, 제2 전극으로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 거쳐 발광층으로 이동한다. 정공 및 전자는 발광층 영역에서 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변하면서 광이 생성된다.
실시예들은 누설 전류를 저감시킨 발광 소자 및, 이를 포함하며 향상된 표시 품질을 가지는 표시 장치를 위한 것이다.
일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 m개의 발광 유닛, 그리고 인접한 발광 유닛 사이에 위치하는 m-1개의 전하 생성층을 포함하고, 상기 전하 생성층은 n형 전하 생성층 및 p형 전하 생성층을 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 상기 n형 전하 생성층에 도핑되는 알칼리 금속과 란타넘 금속은 서로 다른 함량으로 도핑되고, 상기 m은 3 이상의 자연수이다.
상기 n형 전하 생성층에 도핑된 알칼리 금속은 약 0.1 내지 3 vol%로 포함되고, 상기 n형 전하 생성층에 도핑된 란타넘 금속은 약 1 내지 10 vol%로 포함될 수 있다.
상기 복수의 n형 전하 생성층 각각은 1종의 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 m개의 발광 유닛 중 적어도 하나는 청색광을 방출하고, 나머지 발광 유닛 중 적어도 하나는 녹색광을 방출할 수 있다.
상기 m은 4이고, 상기 발광 소자는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 제3 발광 유닛 및 제4 발광 유닛을 포함하고, 상기 전하 생성층은 제1 전하 생성층, 제2 전하 생성층 및 제3 전하 생성층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전하 생성층은 제1-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제2 전하 생성층은 제2-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제3 전하 생성층은 제3-n형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되며, 나머지 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다.
상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 어느 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다.
상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 2개의 n형 전하 생성층은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지 하나의 n형 전하 생성층은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다.
상기 n형 전하 생성층은 호스트를 포함하고, 상기 호스트는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표현되는 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
Figure pat00001
[화학식 1]
Figure pat00002
[화학식 2].
상기 n형 전하 생성층은 하기 화학식 1-A 및 화학식 2-A로 표현되는 화합물 중 어느 하나를 포함하고, 하기 화학식 1-A 및 화학식 2-A에서 M은 상기 도펀트일 수 있다.
Figure pat00003
[화학식 1-A]
Figure pat00004
[화학식 2-A].
일 실시예에 따른 표시 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 m개의 발광 유닛, 인접한 발광 유닛 사이에 위치하는 m-1개의 전하 생성층을 포함하고, 상기 전하 생성층은 n형 전하 생성층을 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 상기 m은 3 이상의 자연수이다.
상기 표시 장치는 상기 발광 소자 위에 배치되는 색변환부를 더 포함하고, 상기 색변환부는 양자점을 포함하는 제1 색변환층 및 제2 색변환층, 그리고 투과층을 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속은 리튬이고, 상기 란타넘 금속은 이터븀일 수 있다.
실시예들에 따르면 누설 전류를 저감시킨 발광 소자를 제공하고, 표시 품질이 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 표시 패널의 개략적인 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 표시 패널의 단면도이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c 각각은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 대한 누설 전류를 살펴본 회로도이고, 도 7d 및 도 7e 각각은 비교예 1 및 비교예 2에 대한 누설 전류를 살펴본 회로도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 패널의 누설 전류를 나타낸 모식도이다.
도 9a는 실시예에 따른 발광 이미지이고, 도 9b는 비교예에 따른 발광 이미지이다.
도 10은 계조에 따른 색 변위 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
본 명세서 중 "(중간층이) 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다"란, "(중간층이) 상기 화학식 1의 범주에 속하는 1종의 화합물 또는 상기 화학식 1의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
본 명세서 중, "족(Group)"은 IUPAC 원소 주기율표 상의 족을 의미한다.
본 명세서 중, "알칼리금속"은 1족 원소를 의미한다. 구체적으로, 알칼리금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 또는 세슘(Cs)일 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리토금속"은 2족 원소를 의미한다. 구체적으로, 알칼리토금속은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 또는 바륨(Ba)일 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘금속"은 란타넘 및 주기율표상의 란타넘족 원소를 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속은 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 또는 루테늄(Ru)일 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속"은 4주기 내지 7주기에 속하면서, 3족 내지 12족에 속하는 원소를 의미한다. 구체적으로, 전이금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 또는 카드뮴(Cd)일 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속"은 4주기 내지 7주기에 속하면서, 13족 내지 17족에 속하는 금속 원소를 의미한다. 구체적으로, 후전이금속은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 또는 폴로늄(Po)일 수 있다.
본 명세서 중, "할로겐"은 17족 원소를 의미한다. 구체적으로, 할로겐은 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 또는 아이오딘(I)일 수 있다.
본 명세서 중, "무기 반도체 화합물"은 무기물이면서, 밴드 갭(band gap)이 4eV 미만인 모든 화합물을 의미한다. 구체적으로, 무기 반도체 화합물은 란타넘족금속의 할로겐화물, 전이금속의 할로겐화물, 후전이금속의 할로겐화물, 텔루륨, 란타넘족금속의 텔루르화물, 전이금속의 텔루르화물, 후전이금속의 텔루르화물, 란타넘족금속의 셀렌화물, 전이금속의 셀렌화물, 후전이금속의 셀렌화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 무기 반도체 화합물은 EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, AgI, CuI, NiI2, CoI2, BiI3, PbI2, SnI2, Te, EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, ZnTe, CoTe, ZnSe, CoSe, Bi2Te3, Bi2Se3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "무기 절연체 화합물"은 무기물이면서, 밴드 갭이 4eV 이상인 모든 화합물을 의미한다. 구체적으로, 무기 절연체 화합물은 알칼리금속의 할로겐화물, 알칼리토금속의 할로겐화물, 란타넘족금속의 할로겐화물, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 무기 절연체 화합물은 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaF, KF, RbF, CsF, MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuF3, YbF3, SmF3, TmF3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리금속의 할로겐화물"은 알칼리금속과 할로겐이 이온 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 알칼리금속의 할로겐화물은 NaI, KI, RbI, CsI, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, NaF, KF, RbF, CsF, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "알칼리토금속의 할로겐화물"은 알칼리토금속과 할로겐이 이온 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 알칼리토금속의 할로겐화물은 MgI2, CaI2, SrI2, BaI2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 할로겐화물"은 란타넘족금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 할로겐화물은 EuI2, YbI2, SmI2, TmI2, EuI3, YbI3, SmI3, TmI3, EuCl3, YbCl3, SmCl3, TmCl3, EuF3, YbF3, SmF3, TmF3, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 할로겐화물"은 전이금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 할로겐화물은 AgI, CuI, NiI2, CoI2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 할로겐화물"은 후전이금속과 할로겐이 이온 결합 및/또는 공유 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 할로겐화물은 BiI3, PbI2, SnI2, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 텔루르화물"은 란타넘족금속과 텔루륨(Te)이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 텔루르화물은 EuTe, YbTe, SmTe, TmTe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 텔루르화물"은 전이금속과 텔루륨이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 텔루르화물은 ZnTe, CoTe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 텔루르화물"은 후전이금속과 텔루륨이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 텔루르화물은 Bi2Te3을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "란타넘족금속의 셀렌화물"은 란타넘족금속과 셀레늄(Se)이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 란타넘족금속의 셀렌화물은 EuSe, YbSe, SmSe, TmSe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "전이금속의 셀렌화물"은 전이금속과 셀레늄이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 전이금속의 셀렌화물은 ZnSe, CoSe, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 중, "후전이금속의 셀렌화물"은 후전이금속과 셀레늄이 이온 결합, 공유 결합 및/또는 금속 결합된 화합물을 의미한다. 구체적으로, 후전이금속의 셀렌화물은 Bi2Se3을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 발광 소자에 대해 살펴본다. 도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 발광 소자(1)는 제1 전극(E1), 제2 전극(E2), 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 위치하는 복수의 발광 유닛(EL)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(1)는 전면 발광형일 수 있다. 이 경우, 제1 전극(E1)은 양극(Anode)이고, 제2 전극(E2)은 음극(Cathode)일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(1)는 배면 발광형일 수 있다. 이 경우, 제1 전극(E1)은 음극(Cathode)이고, 제2 전극(E2)은 양극(Anode)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(1)에서 제1 전극(E1)은 반사형 전극이고, 제2 전극(E2)은 투과형 또는 반투과형 전극이므로, 발광 소자(1)는 제1 전극(E1)에서 제2 전극(E2) 방향으로 광을 출사할 수 있다. 이하에서는 발광 소자가 전면 발광형일 경우에 대해서 설명한다.
제1 전극(E1)은, 예를 들면, 기판 상부에, 제1 전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 제1 전극(E1)이 애노드일 경우, 정공 주입이 용이하도록, 제1 전극용 물질은, 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다.
제1 전극(E1)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 투과형 전극인 제1 전극(E1)을 형성하기 위하여, 제1 전극용 물질은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는, 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 제1 전극(E1)을 형성하기 위하여, 제1 전극용 물질은, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(E1)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(E1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(E1) 상부에는 m개의 발광 유닛(EL)들이 배치되어 있다. m은 3 이상의 자연수이다. 일 실시예에 따른 발광 소자(1)는 적어도 3개 이상의 발광 유닛(EL)을 포함할 수 있다.
m개의 발광 유닛(EL)들 중 제1 전극(E1)에 가장 가까운 발광 유닛은 1번째 발광 유닛으로 하고, 제1 전극(E1)에 가장 먼 발광 유닛은 m번째 발광 유닛으로 하며, 1번째 발광 유닛 내지 m번째 발광 유닛은 차례로 배치된다. 본 명세서는 4개의 발광 유닛이 배치된 실시예에 대해 설명하고 있으며, 이러한 개수에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에 따른 일 실시예는 제1 전극(E1)에 인접한 순으로 배치된 제1 발광 유닛(EL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제3 발광 유닛(EL3) 및 제4 발광 유닛(EL4)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(1)는 인접한 발광 유닛(EL)들 사이에 위치하는 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)을 포함한다. 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 전압이 인가되면 산화-환원 반응을 통하여 착제를 형성함으로써 전하들(전자들 및 정공들)을 생성할 수 있다. 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 생성된 전하들을 인접한 발광 유닛(EL)에 제공할 수 있다. 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 발광 유닛(EL)에서 발생하는 전류 효율을 배로 증가시킬 수 있으며, 인접한 발광 유닛(EL) 사이에서 전하들의 균형을 조절하는 역할을 할 수 있다.
발광 소자(1)가 m개의 발광 유닛(EL)을 포함하는 경우, 발광 소자(1)는 인접한 발광 유닛(EL)들 사이에 개재된 m-1 개의 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자(1)는 제1 발광 유닛(EL1)과 제2 발광 유닛(EL2) 사이에 위치하는 제1 전하 생성층(CGL1), 제2 발광 유닛(EL2)과 제3 발광 유닛(EL3) 사이에 위치하는 제2 전하 생성층(CGL2), 제3 발광 유닛(EL3)과 제4 발광 유닛(EL4) 사이에 위치하는 제3 전하 생성층(CGL3)을 포함할 수 있다. 본 명세서는 3개의 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)을 포함하는 실시예를 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 발광 유닛(EL)의 개수에 따라 변할 수 있다.
각각의 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 발광 유닛(EL)에 전자들을 제공하는 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3) 및 발광 유닛(EL)에 정공들을 제공하는 p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 실시예에 따라 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)과 p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3) 사이에는 버퍼층이 더 배치될 수 있다.
제1 전하 생성층(CGL1)은 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1) 및 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1)을 포함한다. 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1)은 제1 발광 유닛(EL1)에 인접하게 위치하고, 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1)은 제2 발광 유닛(EL2)에 인접하게 위치할 수 있다. 제2 전하 생성층(CGL2)은 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2) 및 제2 -p형 전하 생성층(p-CGL2)을 포함할 수 있다. 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2)은 제2 발광 유닛(EL2)에 인접하게 위치하고, 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2)은 제3 발광 유닛(EL3)에 인접하게 위치할 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3)은 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3) 및 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3)을 포함할 수 있다. 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 제3 발광 유닛(EL3)에 인접하게 위치하고, 제3-p 형 전하 생성층(p-CGL)은 제4 발광 유닛(EL4)에 인접하게 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)은 호스트 및 이에 도핑된 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 호스트는 포스핀옥사이드계 화합물 및 페난트롤린계 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도펀트는 알칼리 금속 또는 란타넘 금속을 포함할 수 있다.
상기 페난트롤린계 화합물은 하기 화학식 1로 표현될 수 있으며, 일 예로 하기 화학식 1-1 내지 화학식1-7로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00005
[화학식 1]
Figure pat00006
[화학식 1-1]
Figure pat00007
[화학식 1-2]
Figure pat00008
[화학식 1-3]
Figure pat00009
[화학식 1-4]
Figure pat00010
[화학식 1-5]
Figure pat00011
[화학식 1-6]
Figure pat00012
[화학식 1-7]
상기 포스핀옥사이드계 화합물은 하기 화학식 2로 표현될 수 있으며, 일 예로 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-17로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00013
[화학식 2]
상기 X는 단일 결합이거나, 아릴기이거나, 헤테로 아릴기를 포함할 수 있다.
Figure pat00014
[화학식 2-1]
Figure pat00015
[화학식 2-2]
Figure pat00016
[화학식 2-3]
Figure pat00017
[화학식 2-4]
Figure pat00018
[화학식 2-5]
Figure pat00019
[화학식 2-6]
Figure pat00020
[화학식 2-7]
Figure pat00021
[화학식 2-8]
Figure pat00022
[화학식 2-9]
Figure pat00023
[화학식 2-10]
Figure pat00024
[화학식 2-11]
Figure pat00025
[화학식 2-12]
Figure pat00026
[화학식 2-13]
Figure pat00027
[화학식 2-14]
Figure pat00028
[화학식 2-15]
Figure pat00029
[화학식 2-16]
Figure pat00030
[화학식 2-17]
상기 도펀트는 알칼리 금속 또는 란타넘 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)을 포함할 수 있다. 상기 란타넘 금속은 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu)을 포함할 수 있다.
상기 도펀트는 상기 호스트와 착체(complex)를 형성할 수 있다.
일 예로 화학식 1로 표현되는 호스트는 도펀트와 함께 하기 화학식 1- A로 표현되는 화합물을 제공할 수 있다. 또한 화학식 2로 표현되는 호스트는 도펀트와 함께 하기 화학식 2-A로 표현되는 화합물을 제공할 수 있다. 하기 화학식 1-A 및 화학식 2-A에서 M은 도펀트이다.
Figure pat00031
[화학식 1-A]
Figure pat00032
[화학식 2-A]
이와 같이 호스트에 금속을 도핑하는 경우, 이펙티브 LUMO 레벨(effective LUMO level)이 감소함에 따라 발광 소자의 구동 전압을 감소시키고 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면 복수의 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3) 중 적어도 하나의 n형 전하 생성층은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 나머지 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3) 중 적어도 하나의 n형 생성층은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다.
일 예로 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3) 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3) 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다.
일 예로 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3) 중 어느 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다.
또는 일 예로 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3) 중 2개의 n형 전하 생성층은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지 하나의 n형 전하 생성층은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다.
구체적으로 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2) 및 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다. 또는 일 예로 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1) 및 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다. 또는 일 예로 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1) 및 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2)은 알칼리 금속층을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다.
또는 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1) 및 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다. 또는 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1) 및 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2)은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다. 또는 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2) 및 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3)은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고, 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1)은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다.
일 예로 상기 란타넘 금속은 이터븀(Yb)일 수 있으며, 상기 알칼리 금속은 리튬(Li)일 수 있다.
일 실시예에 따라 란타넘 금속으로 도핑된 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)의 저항은 알칼리 금속으로 도핑된 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)의 저항에 비해 클 수 있다. 란타넘 금속으로 도핑된 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)을 포함함에 따라 누설 전류를 저감시킬 수 있다.
상기 도펀트는 0.1 내지 10 vol%의 함량으로 도핑될 수 있다. n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3) 각각에 도핑되는 알칼리 금속과 란타넘 금속은 서로 다른 함량으로 도핑될 수 있다. n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)에 도핑되는 알칼리 금속의 함량은 란타넘 금속의 함량보다 작을 수 있다. 일 실시예에 따라 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)에 알칼리 금속을 도핑하는 경우 약 0.1 내지 3 vol%로 포함될 수 있으며, n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)에 란타넘 금속을 도핑하는 경우 약 1 내지 10 vol%로 포함될 수 있다.
일 실시예에 따른 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)의 두께는 약 20 내지 200 옹스트롬일 수 있다.
p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)은 정공 수송성 유기 화합물, 무기 절연체 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 정공 수송성 유기 화합물에 대한 설명은 후술할 내용을 참조한다. 또한 p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)은 무기 반도체 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 20 nm일 수 있다.
m번째 발광 유닛(EL) 상에는 제2 전극(E2)이 배치되어 있다. 제2 전극(E2)은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode)일 수 있는데, 이 때, 제2 전극(E2)용 물질로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합(combination)을 사용할 수 있다.
제2 전극(E2)은, 리튬(Li), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 이터븀(Yb), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 은-마그네슘(Ag-Mg), 은-이터븀(Ag-Yb), ITO 및 IZO 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극(E2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다.
제2 전극(E2)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
제2 전극(E2)의 두께는 5 nm 내지 20 nm일 수 있다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 제2 전극에서의 광흡수를 최소화할 수 있으면서, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자는 복수의 n형 전하 발생층 중 일부는 알칼리 금속으로 도핑되고, 다른 일부는 란타넘 금속으로 도핑될 수 있다. 이때 란타넘 금속으로 도핑되는 n형 전하 발생층은 알칼리 금속으로 도핑되는 n형 전하 발생층 보다 높은 저항값을 가질 수 있으며 이에 따라 발광 소자의 측면으로 전류가 누설되는 것을 저감시킬 수 있다. 측면으로 누설되는 전류에 의해 의도하지 않은 화소가 점등되는 것을 방지하고, 보다 향상된 표시 품질을 제공할 수 있다.
이하 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 각각의 발광 유닛의 구체적인 적층 구조에 대해 살펴본다. 일 실시예에 따라 발광 소자가 4개의 발광 유닛을 포함하는 실시예에 대해 살펴본다. 전술한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
각각의 발광 유닛(EL)은 발광층(EML)을 포함할 수 있다. 또한 각각의 발광 유닛(EL)은 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)은 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 발광 유닛(EL)은 서로 다른 물질을 포함하는 발광층(EML), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 또는 서로 같은 물질을 포함하는 발광층(EML), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다.
제1 발광 유닛(EL1)은 광을 방출하는 제1 발광층(EML1), 제1 전극(E1)으로부터 제공된 정공들을 제1 발광층(EML1)으로 수송하는 제1 정공 수송 영역(HTR1), 제1 전하 생성층(CGL1)으로부터 생성된 전자들을 제1 발광층(EML1)으로 수송하는 제1 전자 수송 영역(ETR1)을 포함할 수 있다.
제2 발광 유닛(EL2)은 광을 방출하는 제2 발광층(EML2), 제1 전하 생성층(CGL1)으로부터 제공된 정공들을 제2 발광층(EML2)으로 수송하는 제2 정공 수송 영역(HTR2), 제2 전하 생성층(CGL2)으로부터 생성된 전자들을 제2 발광층(EML2)으로 수송하는 제2 전자 수송 영역(ETR2)을 포함할 수 있다.
제3 발광 유닛(EL3)은 광을 방출하는 제3 발광층(EML3), 제2 전하 생성층(CGL2)으로부터 제공된 정공들을 제3 발광층(EML3)으로 수송하는 제3 정공 수송 영역(HTR3), 제3 전하 생성층(CGL3)으로부터 생성된 전자들을 제3 발광층(EML3)으로 수송하는 제3 전자 수송 영역(ETR3)을 포함할 수 있다.
제4 발광 유닛(EL4)은 광을 방출하는 제4 발광층(EML4), 제3 전하 생성층(CGL3)으로부터 제공된 정공들을 제4 발광층(EML4)으로 수송하는 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제2 전극(E2)으로부터 생성된 전자들을 제4 발광층(EML4)으로 수송하는 제4 전자 수송 영역(ETR4)을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 당 기술분야에 알려진 일반적인 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 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)이 포함하는 정공 주입층은 정공 주입 물질을 포함할 수 있다. 정공 주입 물질은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-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), NPD(N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium [Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역이 포함하는 정공 수송층은 정공 수송 물질을 포함할 수 있다. 정공 수송 물질은 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'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4'-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene), CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine) 등을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 정공 주입층의 두께는, 예를 들어, 약 30Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층의 두께는 약 30Å 내지 약 1000Å 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층, 및 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 저지층은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로 전자가 누설되는 것을 방지하는 역할을 하는 층이다. 전자 저지층의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 전자 저지층은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌계 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, NPD(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) 또는 mCP 등을 포함할 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 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, 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 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)의 각 층은 당 기술분야에 알려진 일반적인 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 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)에 포함되는 전자 주입층은 전자 주입 물질을 포함할 수 있다. 전자 주입 물질은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 LiQ(Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 주입층은 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)이 포함하는 전자 수송층은 전자 수송 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송 물질은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 물질은 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-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-tris(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), TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide), TPM-TAZ (2,4,6-Tris(3-(pyrimidin-5-yl)phenyl)-1,3,5-triazine) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
전자 주입층 각각의 두께는 약 1Å 내지 약 500Å, 약 3Å 내지 약 300Å일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송층 각각의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 저지층은 정공 수송 영역(HTR)으로부터 전자 수송 영역(ETR)으로 정공이 누설되는 것을 방지하는 역할을 하는 층이다. 정공 저지층의 두께는 약 10Å 내지 약 1000Å일 수 있다.
정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), 및 T2T(2,4,6-tri([1,1'-biphenyl]-3-yl)-1,3,5-triazine) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 발광 유닛(EL)들은 각각 발광층(EML)을 포함한다. 구체적으로, 발광 유닛(EL) 1개 당 1개의 발광층(EML)을 포함할 수 있다. 복수의 발광층(EML)은 각각 서로 다른 색의 빛을 방출할 수도 있고, 서로 같은 색의 빛을 방출할 수도 있다. 일 실시예에 따르면 제1 내지 제3 발광 유닛(EL1, EL2, EL3)이 포함하는 제1 내지 제3 발광층(EML1, EML2, EML3)은 청색광을 방출하고, 제4 발광층(EML4)은 녹색광을 방출할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(EML)은 유기 화합물 및 반도체 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 발광층(EML)이 유기 화합물을 포함하는 경우, 상기 발광 소자는 유기 발광 소자로 지칭될 수 있다.
상기 유기 화합물은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 반도체 화합물은 양자점일 수 있으며, 즉, 상기 발광 소자는 양자점 발광 소자일 수 있다. 또는, 상기 반도체 화합물은 유기 및/또는 무기 페로브스카이트일 수 있다.
발광층(EML)의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)의 두께는 15 nm 내지 50 nm일 수 있다. 더욱 구체적으로, 발광층(EML)이 청색광을 방출하는 경우 상기 청색 발광층의 두께는 15 nm 내지 20 nm일 수 있고, 발광층이 녹색광을 방출하는 경우, 상기 녹색 발광층의 두께는 20 nm 내지 40 nm일 수 있고, 발광층이 적색광을 방출하는 경우, 적색 발광층의 두께는 40 nm 내지 50nm일 수 있다. 전술한 범위를 만족하는 경우, 발광 소자는 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
발광층(EML)은, 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함할 수 있다. 발광층(EML)은 호스트 물질에 인광 또는 형광 발광 물질을 도펀트로 사용하여 형성될 수 있다. 발광층(EML)은 호스트 물질에 열활성 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF) 도펀트를 포함하여 형성될 수 있다. 또는, 발광층(EML)은 발광 물질로 양자점(Quantum Dot) 물질을 포함할 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
발광층(EML)에서 방출되는 광의 컬러는 호스트 물질 및 도펀트 물질의 조합, 또는 양자점 물질의 종류 및 코어의 크기 등에 의하여 결정될 수 있다.
발광층(EML)의 호스트 물질로서는, 공지의 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 플루오란텐(fluoranthene) 유도체, 피렌(pyrene) 유도체, 아릴아세틸렌(arylacetylene) 유도체, 안트라센(anthracene) 유도체, 플루오렌(fluorene) 유도체, 페릴렌(perylene) 유도체, 크리센(chrysene) 유도체 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체를 들 수 있다.
발광층(EML)의 도펀트 물질로서는, 공지의 재료를 사용할 수 있고, 특히 한정되는 것은 아니지만, 스티릴 유도체(예를 들어, 1,4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)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), 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), N1,N6-di(naphthalen-2-yl)-N1,N6-diphenylpyrene-1,6-diamine) 등을 포함할 수 있다.
발광 소자는 제2 전극(E2) 상에 배치되는 캡핑층(CPL)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(CPL)은 예를 들어, 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(N-carbazolyl)triphenylamine), N, N'-bis (naphthalen-1-yl), 등을 포함하는 것일 수 있다. 캡핑층(CPL)은 발광 소자의 발광층(EML)에서 방출된 광이 발광 소자 외부로 효율적으로 출사되도록 도와주는 역할을 한다. 일 실시예의 발광 소자가 박막 봉지층을 더 포함할 경우, 캡핑층(CPL)은 제2 전극(E2)과 박막 봉지층 사이에 배치될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 표시 장치에 대해 살펴본다. 도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 평면도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 표시 패널의 개략적인 단면도이고, 도 6은 일 실시예에 따른 표시 패널의 단면도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 표시 패널(DP), 그리고 하우징(HM)을 포함할 수 있다.
표시 패널(DP)에서 이미지가 표시되는 일 면은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 정의하는 면과 평행한다. 이미지가 표시되는 일 면의 법선 방향, 즉 표시 패널(DP)의 두께 방향은 제3 방향(DR3)이 지시한다. 각 부재들의 전면 (또는 상면)과 배면(또는 하면)은 제3 방향(DR3)에 의해 구분된다. 그러나 제1 내지 제3 방향(DR1, DR2, DR3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로 다른 방향으로 변환될 수 있다.
표시 패널(DP)은 플랫한 리지드 표시 패널일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 플렉서블 표시 패널일 수도 있다. 한편 표시 패널(DP)은 발광 표시 패널로 이루어질 수 있다.
표시 패널(DP)은 이미지가 표시되는 표시 영역(DA), 및 표시 영역(DA)에 인접한 비표시 영역(PA)을 포함한다. 비표시 영역(PA)은 이미지가 표시되지 않는 영역이다. 표시 영역(DA)은 일 예로 사각 형상일 수 있으며, 비표시 영역(PA)은 표시 영역(DA)을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(PA)의 형상은 상대적으로 디자인될 수 있다.
하우징(HM)은 소정의 내부 공간을 제공한다. 표시 패널(DP)은 하우징(HM) 내부에 실장된다. 하우징(HM)의 내부에는 표시 패널(DP) 이외에 다양한 전자 부품들, 예를 들어 전원 공급부, 저장 장치, 음향 입출력 모듈 등이 실장될 수 있다.
도 4를 참조하면, 표시 패널(DP)은 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(PA)을 포함한다. 비표시 영역(PA)은 표시 영역(DA)의 테두리를 따라 정의될 수 있다.
표시 패널(DP)은 복수의 화소(PX)를 포함한다. 복수의 화소(PX)들은 기판(SUB) 상의 표시 영역(DA) 내에 배치될 수 있다. 화소(PX) 각각은 유기 발광 다이오드와 그에 연결된 화소 구동 회로를 포함한다.
각 화소(PX)는 예컨대, 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 빛을 방출하며, 일 예로 발광 소자(light emitting diode)를 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 화소(PX)들에서 방출되는 빛을 통해 소정의 이미지를 제공하며, 화소(PX)들에 의해 표시 영역(DA)이 정의된다. 본 명세서에서 비표시 영역(PA)은 화소(PX)들이 배치되지 않은 영역으로, 이미지를 제공하지 않는 영역을 나타낸다.
표시 패널(DP)은 복수의 신호선과 패드부를 포함할 수 있다. 복수의 신호선은 제1 방향(DR1)으로 연장된 스캔선(SL), 제2 방향(DR2)으로 연장된 데이터선(DL) 및 구동 전압선(PL) 등을 포함할 수 있다.
스캔 구동부(20)는 기판(SUB) 상의 비표시 영역(PA)에 위치한다. 스캔 구동부(20)는 스캔선(SL)을 통해 각 화소(PX)에 스캔 신호를 생성하여 전달한다. 일 실시예에 따라 스캔 구동부(20)는 표시 영역(DA)의 좌측 및 우측에 배치될 수 있다. 본 명세서는 스캔 구동부(20)가 표시 영역(DA)의 양측에 배치된 구조를 도시하나, 다른 실시예로 스캔 구동부는 표시 영역(DA)의 일측에만 배치될 수도 있다.
패드부(40)는 표시 패널(DP)의 일 단부에 배치되며, 복수의 단자(41, 42, 44, 45)를 포함한다. 패드부(40)는 절연층에 의해 덮이지 않고 노출되어, 플렉서블 인쇄 회로 기판 또는 IC 칩과 같은 제어부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부는 외부에서 전달되는 복수의 영상 신호를 복수의 영상 데이터 신호로 변경하고, 변경된 신호를 단자(41)를 통해 데이터 구동부(50)에 전달한다. 또한, 제어부는 수직동기신호, 수평동기신호, 및 클럭신호를 전달받아 스캔 구동부(20) 및 데이터 구동부(50)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 단자(44, 41)를 통해 각각에 전달할 수 있다. 제어부는 단자(42)를 통해 구동 전압 공급 라인(60)에 구동 전압(ELVDD)을 전달한다. 또한 제어부는 단자(45)를 통해 공통 전압 공급 라인(VSSL) 각각에 공통 전압을 전달한다.
데이터 구동부(50)는 비표시 영역(PA) 상에 배치되며, 데이터선(DL)을 통해 각 화소(PX)에 데이터 신호를 생성하여 전달한다. 데이터 구동부(50)는 표시 패널(DP)의 일측에 배치될 수 있으며, 예컨대 패드부(40)와 표시부(10) 사이에 배치될 수 있다.
구동 전압 공급 라인(60)은 비표시 영역(PA) 상에 배치된다. 예컨대, 구동 전압 공급 라인(60)은 데이터 구동부(50) 및 표시 영역(DA) 사이에 배치될 수 있다. 구동 전압 공급 라인(60)은 구동 전압을 화소(PX)들에 제공한다. 구동 전압 공급 라인(60)은 제1 방향(DR1)으로 배치되며, 제2 방향(DR2)으로 배치된 복수의 구동 전압선(PL)과 연결될 수 있다.
공통 전압 공급 라인(VSSL)은 비표시 영역(PA) 상에 배치되며, 화소(PX)의 유기 발광 소자의 공통 전극에 공통 전압(ELVSS)을 제공한다. 공통 전압 공급 라인(VSSL)은 기판(SUB)의 일 측면으로부터 연장되어 기판(SUB)의 가장자리를 따라 3면을 둘러싸는 폐루프를 형성할 수 있다.
공통 전압 공급 라인(VSSL)은 메인 공급 라인(70) 및 서브 공급 라인(71) 등을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 표시 영역(DA)에 해당하는 기판(SUB) 상에는 복수의 화소(PX1, PX2, PX3)들이 형성될 수 있다. 각각의 화소(PX1, PX2, PX3)들은 복수의 트랜지스터 및 이와 연결된 발광 소자를 포함할 수 있다. 구체적인 적층 구조는 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 복수의 화소(PX1, PX2, PX3)들은 동일한 색상의 광을 방출하거나 서로 다른 색상의 광을 방출할 수 있다.
복수의 화소(PX1, PX2, PX3) 상에는 봉지층(ENC)이 위치할 수 있다. 표시 영역(DA)은 봉지층(ENC)을 통해 외기 또는 수분 등으로부터 보호될 수 있다. 봉지층(ENC)은 표시 영역(DA) 전면과 중첩하도록 일체로 구비될 수 있으며, 비표시 영역(PA) 상에도 일부 배치될 수 있다.
봉지층(ENC) 상에는 제1 색변환부(CC1), 제2 색변환부(CC2) 및 제3 색변환부(CC3)가 위치할 수 있다. 제1 내지 제3 화소(PX1, PX2, PX3)에서 방출된 광은 제1 내지 제3 색변환부(CC1, CC2, CC3)를 통과하여 각각 적색광(LR), 녹색광(LG) 및 청색광(LB)을 방출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 패널은 화소부(PP) 및 화소부(PP) 상에 위치하는 색변환부(CC)를 포함할 수 있다.
도 5에서 설명한 기판(SUB) 상에 위치하는 복수의 화소(PX1, PX2, PX3)를 포함하는 화소부(PP)에 대해 먼저 살펴본다.
기판(SUB)은 유리 등의 무기 절연 물질 또는 폴리이미드(PI)와 같은 플라스틱 등의 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 기판(SUB)은 단층 또는 다층일 수 있다. 기판(SUB)은 순차적으로 적층된 고분자 수지를 포함하는 적어도 하나의 베이스층과 적어도 하나의 무기층이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다.
기판(SUB)은 다양한 정도의 유연성(flexibility)을 가질 수 있다. 기판(SUB)은 리지드(rigid) 기판이거나 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
기판(SUB) 위에는 버퍼층(BF)이 위치할 수 있다. 버퍼층(BF)은 기판(SUB)으로부터 버퍼층(BF)의 상부층, 특히 반도체층(ACT)으로 불순물이 전달되는 것을 차단하여 반도체층(ACT)의 특성 열화를 막고 스트레스를 완화시킬 수 있다. 버퍼층(BF)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 버퍼층(BF)의 일부 또는 전체는 생략될 수도 있다.
버퍼층(BF) 상에 반도체층(ACT)이 위치한다. 반도체층(ACT)은 다결정 규소 및 산화물 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반도체층(ACT)은 채널 영역(C), 제1 영역(P) 및 제2 영역(Q)을 포함한다. 제1 영역(P) 및 제2 영역(Q)은 각각 채널 영역(C)의 양 옆에 배치되어 있다. 채널 영역(C)은 소량의 불순물이 도핑되어 있거나, 불순물이 도핑되지 않은 반도체를 포함하고, 제1 영역(P) 및 제2 영역(Q)은 채널 영역(C) 대비 다량의 불순물이 도핑되어 있는 반도체를 포함할 수 있다. 반도체층(ACT)은 산화물 반도체로 이루어질 수도 있으며, 이 경우에는 고온 등의 외부 환경에 취약한 산화물 반도체 물질을 보호하기 위해 별도의 보호층(미도시)이 추가될 수 있다.
반도체층(ACT) 위에는 제1 게이트 절연층(GI1)이 위치한다.
제1 게이트 절연층(GI1) 위에는 게이트 전극(GE) 및 하부 전극(LE)이 위치한다. 실시예에 따라 게이트 전극(GE) 및 하부 전극(LE)은 일체로 형성될 수 있다. 게이트 전극(GE) 및 하부 전극(LE)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 티타늄(Ti) 및 티타늄 합금 중 어느 하나를 포함하는 금속막이 적층된 단층 또는 다층막일 수 있다. 게이트 전극(GE)은 반도체층(ACT)의 채널 영역(C)과 중첩할 수 있다.
게이트 전극(GE) 및 제1 게이트 절연층(GI1) 위에는 제2 게이트 절연층(GI2)이 위치할 수 있다. 제1 게이트 절연층(GI1) 및 제2 게이트 절연층(GI2)은 실리콘산화물(SiOx), 실리콘질화물(SiNx) 및 실리콘질산화물(SiOxNy) 중 적어도 하나를 포함한 단층 또는 다층일 수 있다.
제2 게이트 절연층(GI2) 상에는 상부 전극(UE)이 위치할 수 있다. 상부 전극(UE)은 하부 전극(LE)과 중첩하면서 유지 커패시터를 형성할 수 있다.
상부 전극(UE) 상에는 제1 층간 절연층(IL1)이 위치한다. 제1 층간 절연층(IL1)은 실리콘산화물(SiOx), 실리콘질화물(SiNx) 및 실리콘질산화물(SiOxNy) 중 적어도 하나를 포함한 단층 또는 다층일 수 있다.
제1 층간 절연층(IL1) 위에 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)이 위치한다. 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 절연층들에 형성된 접촉 구멍을 통해 반도체층(ACT)의 제1 영역(P) 및 제2 영역(Q)과 각각 연결된다.
소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 크로뮴(Cr), 니켈(Ni), 칼슘(Ca), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 및/또는 구리(Cu) 등을 포함할 수 있으며, 이를 포함하는 단일층 또는 다층 구조일 수 있다.
제1 층간 절연층(IL1), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 위에는 제2 층간 절연층(IL2)이 위치한다. 제2 층간 절연층(IL2)은 Polymethylmethacrylate(PMMA)나 Polystyrene(PS)과 같은 일반 범용 고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 폴리이미드, 아크릴계 폴리머, 실록산계 폴리머 등의 유기 절연 물질을 포함할 수 있다.
제2 층간 절연층(IL2) 위에는 제1 전극(E1)이 위치할 수 있다. 제1 전극(E1)은 제2 층간 절연층(IL2)의 접촉 구멍을 통해 드레인 전극(DE)과 연결될 수 있다.
제1 전극(E1)은 은(Ag), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au) 같은 금속을 포함할 수 있고, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 같은 투명 도전성 산화물(TCO)을 포함할 수도 있다. 제1 전극(E1)은 금속 물질 또는 투명 도전성 산화물을 포함하는 단일층 또는 이들을 포함하는 다중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(E1)은 인듐 주석 산화물(ITO)/은(Ag)/인듐 주석 산화물(ITO)의 삼중막 구조를 가질 수 있다.
게이트 전극(GE), 반도체층(ACT), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)으로 이루어진 트랜지스터는 제1 전극(E1)에 연결되어 발광 소자에 전류를 공급한다.
제2 층간 절연층(IL2)과 제1 전극(E1)의 위에는 격벽(IL3)이 위치한다. 도시하지 않았으나 격벽(IL3) 상에 스페이서(미도시)가 위치할 수 있다. 격벽(IL3)은 제1 전극(E1)의 적어도 일부와 중첩하고 발광 영역을 정의하는 격벽 개구부를 가진다.
격벽(IL3)은 Polymethylmethacrylate(PMMA)나 Polystyrene(PS)과 같은 일반 범용 고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 폴리이미드, 아크릴계 폴리머, 실록산계 폴리머 등의 유기 절연 물질을 포함할 수 있다.
격벽(IL3) 상에는 제1 발광 유닛(EL1), 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2), 제3 발광 유닛(EL3), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3), 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3), 및 제4 발광 유닛(EL4)이 순차적으로 배치될 수 있다. 제1 발광 유닛(EL1), 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2), 제3 발광 유닛(EL3), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3), 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3), 및 제4 발광 유닛(EL4)은 복수의 화소 영역에 걸쳐 공통적으로 배치될 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고 제1 발광 유닛(EL1), 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2), 제3 발광 유닛(EL3), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3), 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3), 및 제4 발광 유닛(EL4) 중 적어도 일부는 격벽(IL3)의 개구부 내에만 패터닝되어 배치될 수도 있다. 제1 발광 유닛(EL1), 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2), 제3 발광 유닛(EL3), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3), 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3), 및 제4 발광 유닛(EL4)에 대한 상세한 설명은 앞서 도 1 내지 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 발광 소자의 설명이 적용될 수 있다.
제4 발광 유닛(EL4) 위에는 제2 전극(E2)이 위치한다. 제2 전극(E2)은 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 크로뮴(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca) 등을 포함하는 반사성 금속 또는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 같은 투명 도전성 산화물(TCO)을 포함할 수 있다.
제1 전극(E1), 제1 발광 유닛(EL1), 제1-n형 전하 생성층(n-CGL1), 제1-p형 전하 생성층(p-CGL1), 제2 발광 유닛(EL2), 제2-n형 전하 생성층(n-CGL2), 제2-p형 전하 생성층(p-CGL2), 제3 발광 유닛(EL3), 제3-n형 전하 생성층(n-CGL3), 제3-p형 전하 생성층(p-CGL3), 제4 발광 유닛(EL4), 및 제2 전극(E2)은 발광 소자를 구성할 수 있다. 여기서, 제1 전극(E1)은 정공 주입 전극인 애노드이며, 제2 전극(E2)은 전자 주입 전극인 캐소드 일 수 있다. 그러나 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 표시 장치의 구동 방법에 따라 제1 전극(E1)이 캐소드가 되고, 제2 전극(E2)이 애노드가 될 수도 있다.
제2 전극(E2) 위에 봉지층(ENC)이 위치한다. 봉지층(ENC)은 발광 소자의 상부면 뿐만 아니라 측면까지 덮어 밀봉할 수 있다. 발광 소자는 수분과 산소에 매우 취약하므로, 봉지층(ENC)이 발광 소자를 밀봉하여 외부의 수분 및 산소의 유입을 차단한다.
봉지층(ENC)은 복수의 층을 포함할 수 있고, 그 중 무기층과 유기층을 모두 포함하는 복합막으로 형성될 수 있으며, 일 예로 제1 봉지 무기층(EIL1), 봉지 유기층(EOL), 제2 봉지 무기층(EIL2)이 순차적으로 형성된 3중층으로 형성될 수 있다.
제1 봉지 무기층(EIL1)은 제2 전극(E2)을 커버할 수 있다. 제1 봉지 무기층(EIL1)은 외부 수분이나 산소가 발광 소자에 침투하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 봉지 무기층(EIL1)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 이들이 조합된 화합물을 포함할 수 있다. 제1 봉지 무기층(EIL1)은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
봉지 유기층(EOL)은 제1 봉지 무기층(EIL1) 상에 배치되어 제1 봉지 무기층(EIL1)에 접촉할 수 있다. 제1 봉지 무기층(EIL1) 상면에 형성된 굴곡이나 제1 봉지 무기층(EIL1) 상에 존재하는 파티클(particle) 등은 봉지 유기층(EOL)에 의해 커버되어, 제1 봉지 무기층(EIL1)의 상면의 표면 상태가 봉지 유기층(EOL)상에 형성되는 구성들에 미치는 영향을 차단할 수 있다. 또한, 봉지 유기층(EOL)은 접촉하는 층들 사이의 응력을 완화시킬 수 있다. 봉지 유기층(EOL)은 유기물을 포함할 수 있고, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 공정과 같은 용액 공정을 통해 형성될 수 있다.
제2 봉지 무기층(EIL2)은 봉지 유기층(EOL) 상에 배치되어 봉지 유기층(EOL)을 커버한다. 제2 봉지 무기층(EIL2)은 제1 봉지 무기층(EIL1)상에 배치되는 것보다 상대적으로 평탄한 면에 안정적으로 형성될 수 있다. 제2 봉지 무기층(EIL2)은 봉지 유기층(EOL)으로부터 방출되는 수분 등을 봉지하여 외부로 유입되는 것을 방지한다. 제2 봉지 무기층(EIL2)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 이들이 조합된 화합물을 포함할 수 있다. 제2 봉지 무기층(EIL2)은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
본 명세서는 도시하지 않았으나 제2 전극(E2)과 봉지층(ENC) 사이에 위치하는 캡핑층(capping layer)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층은 유기물질을 포함할 수 있다. 캡핑층은 후속의 공정 예컨대 스퍼터링 공정으로부터 제2 전극(E2)을 보호하고, 발광 소자의 출광 효율을 향상시킨다. 캡핑층은 제1 봉지 무기층(EIL1)보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
봉지층(ENC) 상에 색변환부(CC)가 위치한다.
색변환부(CC)는 봉지층(ENC) 상에 위치하는 제1 절연층(P1)을 포함한다. 제1 절연층(P1)은 표시 영역 전체와 중첩하도록 일체로 형성될 수 있다. 제1 절연층(P1)은 실리콘산화물(SiOx), 실리콘질화물(SiNx) 및 실리콘질산화물(SiOxNy) 중 적어도 하나를 포함한 단층 또는 다층일 수 있다.
제1 절연층(P1) 상에는 제1 차광층(BM1)이 위치할 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)이 위치하는 영역을 정의할 수 있다.
제1 차광층(BM1)에 의해 정의되는 영역 내에는 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)이 위치한다. 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)은 잉크젯 공정으로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않고 어떠한 제조 방법을 사용하여 형성될 수도 있다.
투과층(CCL3)은 발광 소자로부터 입사되는 제1 파장의 빛을 투과하며, 복수의 산란체(SC)를 포함할 수 있다. 이때 제1 파장의 빛은 최대 발광 피크 파장이 약 380nm 내지 약 480nm, 예를 들어, 약 420nm 이상, 약 430nm 이상, 약 440nm 이상, 또는 약 445nm 이상, 그리고 약, 470nm 이하, 약 460nm 이하, 또는 약 455nm 이하인 청색광일 수 있다.
제1 색변환층(CCL1)은 발광 소자로부터 입사된 제1 파장의 빛을 적색광으로 색변환하며, 복수의 산란체(SC)와 복수의 제1 양자점(SN1)을 포함할 수 있다. 이때 적색광은 최대 발광 피크 파장이 약 600nm 내지 약 650nm, 예를 들어, 약 620nm 내지 약 650nm일 수 있다.
제2 색변환층(CCL2)은 발광 소자로부터 입사된 제1 파장의 빛을 녹색광으로 색변환하며, 복수의 산란체(SC)와 복수의 제2 양자점(SN2)을 포함할 수 있다. 녹색광은 최대 발광 피크 파장이 약 500nm 내지 약 550nm, 예를 들어, 약 510 nm 내지 약 550 nm일 수 있다.
복수의 산란체(SC)는 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)에 입사되는 빛을 산란시켜 빛의 효율을 높일 수 있다.
제1 양자점(SN1) 및 제2 양자점(SN2) (이하, 반도체 나노결정 이라고도 함) 각각은 독립적으로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소 또는 화합물, I-III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, I-II-IV-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 카드뮴을 포함하지 않을 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; AgInS, CuInS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 II-VI족 화합물은 III족 금속을 더 포함할 수도 있다.
상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InZnP, InPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, InZnP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수도 있다 (e.g., InZnP).
상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 I족-III족-VI족 화합물의 예는, CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, 및 CuInGaS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 I-II-IV-VI족 화합물의 예는 CuZnSnSe, 및 CuZnSnS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 II족-III-VI족 화합물은 ZnGaS, ZnAlS, ZnInS, ZnGaSe, ZnAlSe, ZnInSe, ZnGaTe, ZnAlTe, ZnInTe, ZnGaO, ZnAlO, ZnInO, HgGaS, HgAlS, HgInS, HgGaSe, HgAlSe, HgInSe, HgGaTe, HgAlTe, HgInTe, MgGaS, MgAlS, MgInS, MgGaSe, MgAlSe, MgInSe, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 I족-II족-IV족-VI족 화합물은 CuZnSnSe 및 CuZnSnS로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일구현예에서 양자점은, 카드뮴을 포함하지 않을 수 있다. 양자점은 인듐 및 인을 포함한 III-V족 화합물 기반의 반도체 나노결정을 포함할 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 아연을 더 포함할 수 있다. 양자점은, 칼코겐 원소 (예컨대, 황, 셀레늄, 텔루리움, 또는 이들의 조합) 및 아연을 포함한 II-VI족 화합물 기반의 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
양자점에서, 전술한 이원소 화합물, 삼원소 화합물 및/또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 또한, 상기 반도체 나노결정은 하나의 반도체 나노결정 코어와 이를 둘러싸는 다층의 쉘을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 일 구현예에서, 상기 다층쉘은 2개 이상의 층, 예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상의 층들을 가질 수 있다. 상기 쉘의 인접하는 2개의 층들은 단일 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 다층쉘에서 각각의 층은, 반경을 따라 변화하는 조성을 가질 수 있다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
상기 양자점은, 쉘의 물질과 코어 물질이 서로 다른 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 예를 들어, 쉘 물질의 에너지 밴드갭은 코어 물질보다 더 클 수 있다. 다른 구현예에서, 쉘 물질의 에너지 밴드갭은 코어물질보다 더 작을 수 있다. 상기 양자점은 다층의 쉘을 가질 수 있다. 다층의 쉘에서 바깥쪽 층의 에너지 밴드갭이 안쪽층 (즉, 코어에 가까운 층)의 에너지 밴드갭보다 더 클 수 있다. 다층의 쉘에서 바깥쪽 층의 에너지 밴드갭이 안쪽층의 에너지 밴드갭보다 더 작을 수도 있다.
양자점은, 조성 및 크기를 조절하여 흡수/발광 파장을 조절할 수 있다. 양자점의 최대 발광 피크 파장은, 자외선 내지 적외선 파장 또는 그 이상의 파장 범위를 가질 수 있다.
양자점은, (예컨대, 소수성 잔기 및/또는 친수성 잔기를 가지는) 유기 리간드를 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드 잔기는 상기 양자점의 표면에 결합될 수 있다. 상기 유기 리간드는, RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, R3PO, R3P, ROH, RCOOR, RPO(OH)2, RHPOOH, R2POOH, 또는 이들의 조합을 포함하며, 여기서, R은 각각 독립적으로 C3 내지 C40 (예컨대, C5 이상 및 C24 이하)의 치환 또는 미치환의 알킬, 치환 또는 미치환의 알케닐 등 C3 내지 C40의 치환 또는 미치환의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 미치환의 C6 내지 C40의 아릴기 등 C6 내지 C40 (예컨대, C6 이상 및 C20 이하)의 치환 또는 미치환의 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 유기 리간드의 예는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올 등의 티올 화합물; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부탄 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, 등의 아민류; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산 (oleic acid), 벤조산 등의 카르복시산 화합물; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀, 옥틸포스핀, 디옥틸 포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀, 등의 포스핀 화합물; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드 펜틸 포스핀옥사이드, 트리부틸포스핀옥사이드, 옥틸포스핀 옥사이드, 디옥틸 포스핀옥사이드, 트리옥틸포스핀옥사이드등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 헥실포스핀산, 옥틸포스핀산, 도데칸포스핀산, 테트라데칸포스핀산, 헥사데칸포스핀산, 옥타데칸포스핀산 등 C5 내지 C20의 알킬 포스핀산, C5 내지 C20의 알킬 포스폰산; 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 양자점은, 소수성 유기 리간드를 단독으로 또는 1종 이상의 혼합물로 포함할 수 있다. 상기 소수성 유기 리간드는 (예컨대, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기 등) 광중합성 잔기를 포함하지 않을 수 있다.
제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3) 상에는 제2 절연층(P2)이 위치할 수 있다. 제2 절연층(P2)은 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)을 덮어 보호함으로써, 제1 색변환층(CCL1), 제2 색변환층(CCL2) 및 투과층(CCL3)으로 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
제2 절연층(P2)은 저굴절률층을 더 포함할 수 있다. 저굴절률층은 약 1.1 내지 1.3의 굴절률을 가질 수 있다. 저굴절률층은 전술한 굴절률을 만족시키는 어떠한 유기 물질 또는 무기 물질도 포함할 수 있다.
제2 절연층(P2) 상에 제1 색필터(CF1), 제2 색필터(CF2) 및 제3 색필터(CF3)가 위치할 수 있다.
제1 색필터(CF1)는 제1 색변환층(CCL1)을 통과한 적색광은 투과시키고, 나머지 파장의 빛은 흡수할 수 있어, 표시 장치 외측으로 방출되는 적색광의 순도를 높일 수 있다. 제2 색필터(CF2)는 제2 색변환층(CCL2)을 통과한 녹색광은 투과시키고, 나머지 파장의 빛은 흡수할 수 있어, 표시 장치 외측으로 방출되는 녹색광의 순도를 높일 수 있다. 제3 색필터(CF3)는 투과층(CCL3)을 통과한 청색광은 투과시키고, 나머지 파장의 빛은 흡수할 수 있어, 표시 장치 외측으로 방출되는 청색광의 순도를 높일 수 있다.
제1 색필터(CF1), 제2 색필터(CF2) 및 제3 색필터(CF3) 사이에는 제2 차광층(BM2)이 위치할 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 제1 색필터(CF1), 제2 색필터(CF2) 및 제3 색필터(CF3) 중 적어도 2 이상이 중첩한 형태일 수 있다.
[발광 소자 적층 구조]
ITO/Ag/ITO 적층 구조를 가지는 제1 전극, 제1 발광 유닛, 제1 전하 생성층, 제2 발광 유닛, 제2 전하 생성층, 제3 발광 유닛, 제3 전하 생성층, 제4 발광 유닛, 10옹스트롬 두께의 Yb, 100옹스트롬 두께의 AgMg를 포함하는 제2 전극 및 700 옹스트롬 두께의 캡핑층이 순차적으로 적층된 일 실시예에 따른 발광 소자를 제작하였다.
제1 발광 유닛은 50옹스트롬 두께의 HAT-CN을 포함하는 정공 주입층, 600 옹스트롬 두께의 NPB, 그리고 50옹스트롬 두께의 m-MTDTA를 포함하는 정공 수송층, 청색 발광층, 50 옹스트롬 두께의 T2T를 포함하는 정공 저지층, 200 옹스트롬 두께의 TPM-TAZ와 Liq를 포함하는 전자 수송층을 포함할 수 있다.
제1 전하 생성층은 CBP(4, 4'-Bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)에 Li 또는 Yb가 도핑된 제1-n형 전하 생성층, 그리고 50옹스트롬 두께의 정공 수송층과 동일한 물질 및 NDP-9을 포함하는 제1-p형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
제2 발광 유닛은 50옹스트롬 두께의 m-MTDTA를 포함하는 정공 수송층, 청색 발광층, 50 옹스트롬 두께의 T2T를 포함하는 정공 저지층, 200 옹스트롬 두께의 TPM-TAZ와 Liq를 포함하는 전자 수송층을 포함할 수 있다.
제2 전하 생성층은 CBP(4, 4'-Bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)에 Li 또는 Yb가 도핑된 제2-n형 전하 생성층, 그리고 50옹스트롬 두께의 정공 수송층과 동일한 물질 및 NDP-9을 포함하는 제2-p형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
제3 발광 유닛은 600 옹스트롬 두께의 NPB를 포함하는 정공 수송층, 청색 발광층, 50 옹스트롬 두께의 T2T를 포함하는 정공 저지층, 200 옹스트롬 두께의 TPM-TAZ와 Liq를 포함하는 전자 수송층을 포함할 수 있다.
제3 전하 생성층은 CBP(4, 4'-Bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl)에 Li 또는 Yb가 도핑된 제3-n형 전하 생성층, 그리고 50옹스트롬 두께의 정공 수송층과 동일한 물질 및 NDP-9을 포함하는 제3-p형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
제4 발광 유닛은 50옹스트롬 두께의 HAT-CN을 포함하는 정공 주입층, 600 옹스트롬 두께의 NPB, 그리고 50옹스트롬 두께의 TCTA를 포함하는 정공 수송층, 녹색 발광층, 300 옹스트롬 두께의 TPM-TAZ와 Liq를 포함하는 정공 수송층을 포함할 수 있다.
각 층을 형성하는데 이용된 재료는 하기와 같다.
Figure pat00033
비교예 1 내지 비교예 2, 그리고 실시예 1 내지 실시예 6은 하기와 같이 제1-n형 전하생성층, 제2-n형 전하생성층, 제3-n형 전하생성층의 도펀트만이 상이하며, 다른 구성은 전술한 바와 같다.
구조 전하 생성층
제1-n형 전하생성층 도펀트 제2-n형 전하생성층 도펀트 제3-n형 전하생성층 도펀트
비교예 1 Li Li Li
비교예 2 Yb Yb Yb
실시예 1 Yb Li Li
실시예 2 Li Yb Li
실시예 3 Li Li Yb
실시예 4 Yb Yb Li
실시예 5 Yb Li Yb
실시예 6 Li Yb Yb
비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 6에 따른 발광 소자에 대하여, 비저항, n-CGL 전체 흡수율, 200 nit 휘도에서 측정된 W 효율, BT2020 를 표 2에 나타내었다.
비저항
(ρ, Ω·m)		 N-CGL Total
흡수율(@500nm)		 W효율
(Cd/A)		 BT2020
(색일치율 %)
비교예 1 100% 3% 100% 87.8
비교예 2 809% 12.1% 98% 91.1
실시예 1 559% 5.3% 110% 91.1
실시예 2 479% 5.4% 107% 90.3
실시예 3 360% 5.4% 105% 89.6
실시예 4 719% 8.2% 103% 90.4
실시예 5 749% 8.4% 102% 90.0
실시예 6 689% 8.3% 102% 90.1
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 6은 비교예 1 대비 비저항, n-CGL 전체 흡수율, W 효율 및 BT2020 에 따른 색일치율이 모두 향상됨을 알 수 있다. 한편 비교예 2의 경우 비교예 1 대비 대부분의 특성이 향상됨을 확인하였으나, W 효율이 감소함을 확인하였다. 따라서, 모든 특성이 향상되는 범위의 발광 소자는 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 어느 하나는 Li을 포함하고, 적어도 어느 하나는 Yb를 포함하는 실시예임을 확인하였다.
이하에서는 도 7a 내지 도 10을 참조하여 실시예 및 비교예에 대해 살펴본다. 도 7a, 도 7b, 도 7c 각각은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 대한 누설 전류를 살펴본 회로도이고, 도 7d 및 도 7e 각각은 비교예 1 및 비교예 2에 대한 누설 전류를 살펴본 회로도이고, 도 8은 일 실시예에 따른 표시 패널의 누설 전류를 나타낸 모식도이고, 도 9a는 실시예에 따른 발광 이미지이고, 도 9b는 비교예에 따른 발광 이미지이고, 도 10은 계조에 따른 색 변위 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7a 내지 도 7e는 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2의 발광 소자에 대해 정상적으로 점등되는 화소로부터 a 거리만큼 떨어진 지점에 위치하는 발광 소자에 흐르는 누설 전류를 살펴본 내용이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c를 살펴보면, 도 7a에 따르면 실시예 1과 같이 제1-n형 전하 발생층이 Yb로 도핑된 경우 제1-n형 전하 발생층의 저항(RL2)은 200KΩ일 수 있으며, 제4 발광 유닛에 흐르는 누설 전류는 58.66 마이크로미터암페어일 수 있다. 도 7b에 따르면 실시예 2와 같이 제2-n형 전하 발생층이 Yb로 도핑된 경우 제2-n형 전하 발생층의 저항(RL3)은 200KΩ일 수 있으며, 제4 발광 유닛에 흐르는 누설 전류는 62.56 마이크로미터암페어일 수 있다. 도 7c에 따르면 실시예 3과 같이 제3-n형 전하 발생층이 Yb로 도핑된 경우 제3-n형 전하 발생층의 저항(RL4)은 200KΩ일 수 있으며, 제4 발광 유닛에 흐르는 누설 전류는 66.39 마이크로미터암페어일 수 있다. 한편 도 7d에 따르면, 비교예 1과 같이 n형 전하 발생층이 모두 Li으로 도핑된 경우 모든 n형 전하 발생층의 저항은 100 KΩ일 수 있으며, 이때 제4 발광 유닛에 흐르는 누설 전류는 70.46 마이크로미터암페어일 수 있다. 도 7e에 따르면, 비교예 2와 같이 n형 전하 발생층이 모두 Yb로 도핑된 경우 모든 n형 전하 발생층의 저항은 200 KΩ일 수 있으며, 제4 발광 유닛에 흐르는 누설 전류는 46.08 마이크로미터암페어이다.
도 7a 내지 도 7e를 종합하면, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나가 Li을 포함하고, 나머지의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나가 Yb를 실시예의 경우 인접 화소에서의 누설 전류가 감소함을 확인하였다. 복수의 n형 전하 생성층이 모두 Yb로 도핑되는 경우 누설 전류가 가장 감소함을 알 수 있다. 다만 이 경우 앞서 표 2에서 살펴본 바와 같이 비교예 2의 경우 누설 전류는 제어되더라도, 광 효율이 감소하므로, 표시 장치에 적합하지 않음을 알 수 있다.
상기 표 2와 도 7a의 결과값을 고려할때, W 효율과 색일치율이 향상되며 측면 누설전류값을 효과적으로 낮추기 위해 제1-n형 전하 생성층이 Yb를 포함하고, 제3-n형 전하 생성층이 Li을 포함한 실시예 1이 바람직하게 사용될 수 있음을 확인하였다.
도 8에 도시된 바를 참조하면, 일 화소(PX2)에서 발광을 위한 전압이 인가되는 경우, 정공 수송 영역(HTR), 전하 생성층(n-CGL, p-CGL) 등을 따라 인접한 화소(PX1, PX2)로 전류가 이동할 수 있다(전류 이동 경로를 화살표로 표시). 이를 본 명세서는 측면 전류 누설이라 지칭한다. 이에 따르면 일 화소(PX2)의 측면으로부터 누설된 전류에 의해 인접한 화소(PX1, PX3)에서 의도치 않은 발광이 일어날 수 있다. 이에 따르면 혼색이 발생되거나, 광 로스(loss)에 의해 방출되는 색의 특성이 저하될 수 있다.
도 9a의 상측 그래프에 나타난 바와 같이 실시예에 따라 인접 화소에 대한 누설 전류가 억제되는 경우, 하측 이미지에 나타난 바와 같이 인접 화소에서 의도하지 않은 발광이 억제됨을 확인하였다. 반면 도 9b를 참조하면, 비교예에 따른 경우 상측에 도시된 그래프와 같이 인접한 화소에서 누설 전류가 확인되며, 이에 따라 하측에 첨부된 이미지와 같이 인접한 화소에서 발광이 이루어짐을 확인하였다.
도 10을 참조하면, 실시예 1에 대해 계조별 색 변위 특성 (컬러 리니어리티, color linearity)를 살펴보았다. 실시예 1의 경우 Ref와 유사한 형태의 색 변위 특성을 나타냄을 확인하였으며, 이에 따라 표시 품질이 향상됨을 확인하였다.
복수의 발광 유닛이 적층된 발광 소자를 포함하는 표시 장치에서는, 인접한 화소 간에 발생되는 누설 전류에 의해 불필요한 화소가 점등되는 문제가 있을 수 있다. 불필요하게 점등되는 화소를 기생 점등이라 할 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자는 일부 n형 전하 생성층이 란타넘 금속으로 도핑됨에 따라 상대적으로 높은 저항을 가지고, 누설 전류를 차단할 수 있다. 이에 따르면 상기 기생 점등을 방지하여 표시 장치의 색 영역 특성, 그리고 컬러 리니어리티 등과 같은 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
E1: 제1 전극 E2: 제2 전극
EL1, EL2, EL3, EL4: 발광 유닛 CGL: 전하 생성층
n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3: n형 전하 생성층
p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3: p형 전하 생성층

Claims (20)

  1. 제1 전극,
    상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 m개의 발광 유닛, 그리고
    인접한 발광 유닛 사이에 위치하는 m-1개의 전하 생성층을 포함하고,
    상기 전하 생성층은 n형 전하 생성층 및 p형 전하 생성층을 포함하며,
    복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하고,
    상기 n형 전하 생성층에 도핑되는 알칼리 금속과 란타넘 금속은 서로 다른 함량으로 도핑되고,
    상기 m은 3 이상의 자연수인 발광 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 n형 전하 생성층에 도핑된 알칼리 금속은 약 0.1 내지 3 vol%로 포함되고, 상기 n형 전하 생성층에 도핑된 란타넘 금속은 약 1 내지 10 vol%로 포함되는 발광 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 복수의 n형 전하 생성층 각각은 1종의 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  4. 제1항에서,
    상기 m개의 발광 유닛 중 적어도 하나는 청색광을 방출하고, 나머지 발광 유닛 중 적어도 하나는 녹색광을 방출하는 발광 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 m은 4이고,
    상기 발광 소자는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 제3 발광 유닛 및 제4 발광 유닛을 포함하고,
    상기 전하 생성층은 제1 전하 생성층, 제2 전하 생성층 및 제3 전하 생성층을 포함하는 발광 소자.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전하 생성층은 제1-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제2 전하 생성층은 제2-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제3 전하 생성층은 제3-n형 전하 생성층을 포함하는 발광 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되며, 나머지 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되는 발광 소자.
  8. 제7항에서,
    상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 어느 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되는 발광 소자.
  9. 제7항에서,
    상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층 및 상기 제3-n형 전하 생성층 중 2개의 n형 전하 생성층은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지 하나의 n형 전하 생성층은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되는 발광 소자.
  10. 제1항에서,
    상기 n형 전하 생성층은 호스트를 포함하고,
    상기 호스트는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표현되는 화합물 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자:
    Figure pat00034
    [화학식 1]
    Figure pat00035
    [화학식 2].
  11. 제10항에서,
    상기 n형 전하 생성층은 하기 화학식 1-A 및 화학식 2-A로 표현되는 화합물 중 어느 하나를 포함하고,
    하기 화학식 1-A 및 화학식 2-A에서 M은 상기 도펀트이며, 상기 호스트와 착체(complex)를 형성하는 발광 소자:
    Figure pat00036
    [화학식 1-A]
    Figure pat00037
    [화학식 2-A].
  12. 기판,
    상기 기판 상에 배치되는 트랜지스터, 그리고
    상기 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자는,
    제1 전극,
    상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 m개의 발광 유닛,
    인접한 발광 유닛 사이에 위치하는 m-1개의 전하 생성층을 포함하고,
    상기 전하 생성층은 n형 전하 생성층을 포함하며,
    복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며, 복수의 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트를 포함하며,
    상기 m은 3 이상의 자연수인 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 발광 소자 위에 배치되는 색변환부를 더 포함하고,
    상기 색변환부는 양자점을 포함하는 제1 색변환층 및 제2 색변환층, 그리고 투과층을 포함하는 표시 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 n형 전하 생성층에 도핑되는 알칼리 금속과 란타넘 금속은 서로 다른 함량으로 도핑되는 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 n형 전하 생성층에 도핑된 알칼리 금속은 약 0.1 내지 3 vol%로 포함되고, 상기 n형 전하 생성층에 도핑된 란타넘 금속은 약 1 내지 10 vol%로 포함되는 표시 장치.
  16. 제12항에서,
    상기 m개의 발광 유닛 중 적어도 하나는 청색광을 방출하고, 나머지 중 적어도 하나는 녹색광을 방출하는 표시 장치.
  17. 제12항에서,
    상기 m은 4이고,
    상기 발광 소자는 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛, 제3 발광 유닛 및 제4 발광 유닛을 포함하고,
    상기 전하 생성층은 제1 전하 생성층, 제2 전하 생성층 및 제3 전하 생성층을 포함하며,
    상기 제1 전하 생성층은 제1-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제2 전하 생성층은 제2-n형 전하 생성층을 포함하고, 상기 제3 전하 생성층은 제3-n형 전하 생성층을 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층, 상기 제3-n형 전하 생성층 중 어느 하나는 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지는 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되는 표시 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 제1-n형 전하 생성층, 상기 제2-n형 전하 생성층, 상기 제3-n형 전하 생성층 중 2개의 n형 전하 생성층은 란타넘 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되고, 나머지 하나의 n형 전하 생성층은 알칼리 금속을 포함하는 도펀트로 도핑되는 표시 장치.
  20. 제12항에서,
    상기 알칼리 금속은 리튬이고, 상기 란타넘 금속은 이터븀인 표시 장치.
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