KR20230030716A - 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역, 정공 수송 영역 상에 배치되고, 제1 파장의 광을 발광하는 제1 발광층, 정공 수송 영역 상에 배치되고, 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 발광하는 제2 발광층, 제1 발광층 및 제2 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역, 및 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고, 제2 발광층은 제1 정공 수송성 호스트 및 제1 전자 수송성 호스트를 포함하는 제1 호스트 및 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층 및 제2 호스트 및 제2 정공 수송성 호스트를 포함하고, 도펀트를 포함하지 않는 제2 서브 발광층을 포함한다. 이에 따라, 발광 소자의 발광 효율이 개선될 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 효율 및 소자 수명이 개선된 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 응답속도가 빠르며, 저 전압으로 구동되는 자발광형 소자이다. 이에 따라, 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치는 별도의 광원을 생략할 수 있어 경량 박형이 가능하며, 휘도가 뛰어나고 시야각 의존성이 없는 등 여러 가지 장점을 가지고 있다.
유기 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 가진 표시 소자이다. 애노드 전극으로부터 제공된 정공과 캐소드 전극으로부터 제공된 전자가 발광층에서 결합하여 여기자를 형성한 후, 여기자로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 광을 생성한다.
탠덤(Tandem) 유기 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 정공수송층/발광층/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.
본 발명은 발광 효율 및 소자 수명이 개선된 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 표시 효율이 개선된 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역, 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 제1 파장의 광을 발광하는 제1 발광층, 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 발광하는 제2 발광층, 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역, 및 상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 발광층은 제1 정공 수송성 호스트 및 제1 전자 수송성 호스트를 포함하는 제1 호스트 및 상기 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층, 및 제2 호스트 및 제2 정공 수송성 호스트를 포함하고, 상기 도펀트를 포함하지 않는 제2 서브 발광층을 포함한다.
상기 제1 파장은 420 nm 이상 480 nm 이하이고, 상기 제2 파장은 520 nm 이상 600 nm 이하일 수 있다.
상기 제1 정공 수송성 호스트는 상기 제1 전자 수송성 호스트보다 높은 LUMO 에너지 준위 값을 가지고, 상기 제2 정공 수송 호스트는 상기 제1 정공 수송성 호스트와 동일하거나 낮은 LUMO 에너지 준위 값을 가지고, 상기 제1 전자 수송성 호스트보다 높은 LUMO 에너지 준위 값을 가질 수 있다.
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 하한 값은 상기 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값일 수 있다.
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 내지 -2.32 eV일 수 있다.
상기 제2 서브 발광층에서, 상기 제2 호스트와 상기 제2 정공 수송성 호스트는 99:1 내지 5:95 범위로 포함될 수 있다.
상기 제2 호스트는 제3 정공 수송성 호스트 및 제2 전자 수송성 호스트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 사이에 배치되는 전하 생성층을 더 포함할 수 있다.
상기 전하 생성층은 p-도펀트가 도핑된 p형 전하 생성층, 및 n-도펀트가 도핑된 n형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 상기 정공 수송 영역 및 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제1 추가 발광층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 사이에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제2 추가 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층, 및 상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층을 포함하고, 상기 전자 수송 영역은 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치되는 전자 수송층, 및 상기 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제2 전극 상에 배치되는 캡핑층을 더 포함할 수 있다. 상기 캡핑층은 굴절률이 1.6 이상일 수 있다.
상기 제1 서브 발광층 및 상기 제2 서브 발광층은 서로 접할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 발광층과 상기 제1 전하 생성층 사이에 배치되는 중간 전자 수송층, 및 상기 제1 전하 생성층과 상기 제2 발광층 사이에 배치되는 중간 정공 수송층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 파장의 광을 방출하는 제1 화소 영역, 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 방출하는 제2 화소 영역, 및 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장과 상이한 제3 파장의 광을 방출하는 제3 화소 영역이 정의되고, 상기 제1 화소 영역 내지 제3 화소 영역에 중첩하여 배치되는 발광 소자를 포함하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제1 화소 영역에 중첩하는 제1 광제어부, 상기 제2 화소 영역에 중첩하는 제2 광제어부 및 상기 제3 화소 영역에 중첩하는 제3 광제어부를 포함하는 광제어층을 포함하고, 상기 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역, 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제1 발광층, 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제2 파장의 광을 발광하는 제2 발광층, 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역, 및 상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 발광층은 제1 정공 수송성 호스트를 포함하는 제1 호스트 및 상기 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층 및 제2 호스트 및 상기 제1 정공 수송성 호스트와 같거나 낮은 LUMO 에너지 준위를 가지는 제2 정공 수송성 호스트를 포함하는 제2 서브 발광층을 포함한다.
상기 제1 파장은 420 nm 이상 480 nm 이하이고, 상기 제2 파장은 520 nm 이상 600 nm 이하일 수 있다.
상기 제1 호스트는 제1 전자 수송성 호스트를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 광제어부는 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환시키는 양자점을 포함하고, 제3 광제어부는 제1 파장의 광 또는 제2 파장의 광을 제3 파장의 광으로 변환시키는 양자점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 상기 광제어층 상에 배치되는 컬러필터층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광 소자에서 발광층의 전하 밸런스를 향상시켜 발광 효율이 개선된 발광 소자 및 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시패널의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시모듈의 일부를 확대하여 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시패널의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시모듈의 일부를 확대하여 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 “상에 있다”, “연결된다”, 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 구성요소들이 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 구성요소들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "상부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 또는 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 출원에서 "직접 배치"된다는 것은 층, 막, 영역, 판 등의 부분과 다른 부분 사이에 추가되는 층, 막, 영역, 판 등이 없는 것을 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, "직접 배치"된다는 것은 두 개의 층 또는 두 개의 부재들 사이에 추가 부재가 배치되지 않는 것을 의미하는 것일 수 있다.
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 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 여기서 명시적으로 정의되지 않는 한 너무 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 및 발광 소자에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈의 단면도이다. 도 2에서는 도 1의 I-I'선에 대응하는 단면도를 나타내었다.
일 실시예에서 표시장치(ES)는 텔레비전, 모니터, 또는 외부 광고판과 같은 대형 표시 장치일 수 있다. 또한, 표시장치(ES)는 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 디지털 단말기, 자동차 내비게이션 유닛, 게임기, 스마트폰, 태블릿, 및 카메라와 같은 중소형 제품에 사용되는 표시 장치일 수 있다. 또한, 이것들은 단지 실시예로서 제시된 것들로서, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 표시 장치로도 채용될 수 있다.
일 실시예의 표시장치(ES)는 윈도우(WM), 표시모듈(DM), 및 하우징(HAU)을 포함하는 것일 수 있다. 표시모듈(DM)은 표시패널(DP)을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 표시장치(ES)는 표시 소자 이외에 터치 소자 또는 검출 소자 등 전기적 신호에 따라 활성화되는 다양한 소자들을 포함할 수 있다.
한편, 도 1 및 이하 도면들에서는 제1 방향(DR1) 내지 제3 방향(DR3)을 도시하였으며, 본 명세서에서 설명되는 제1 내지 제3 방향 (DR1, DR2, DR3)들이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 제3 방향(DR3)은 사용자에게 영상이 제공되는 방향으로 정의된다. 또한, 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)은 서로 직교하고, 제3 방향(DR3)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면에 대한 법선 방향일 수 있다. 도 1에서 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면은 영상이 제공되는 표시면일 수 있다.
일 실시예의 표시장치(ES)에서 윈도우(WM)는 표시모듈(DM) 상에 배치되는 것일 수 있다. 윈도우(WM)는 유리, 사파이어, 또는 플라스틱을 포함하는 재질일 수 있다. 윈도우(WM)는 표시모듈(DM)로부터 제공되는 영상을 투과시키는 투과 영역(TA) 및 투과 영역(TA)에 인접하고, 영상이 투과되지 않는 차광 영역(BA)을 포함한다. 한편, 도 1에 도시된 것과 달리, 일 실시예의 표시장치(ES)에서 윈도우(WM)는 생략될 수 있다.
일 실시예의 표시장치(ES)에서 표시모듈(DM)은 윈도우(WM)의 하부에 배치될 수 있다. 표시모듈(DM)은 표시패널(DP) 및 표시패널(DP) 상에 배치된 광제어부재(CCM)를 포함하는 것일 수 있다.
표시패널(DP)은 발광형 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 표시패널(DP)은 엘이디(light-emitting diode, LED) 표시 패널, 유기 전계 발광(Organic Electroluminescence) 표시 패널, 또는 퀀텀닷 발광 표시 패널일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
엘이디(light-emitting diode, LED) 표시패널 은 발광 다이오드를 포함하고, 유기 전계 발광 표시 패널의 발광층은 유기 전계 발광 물질을 포함하며, 퀀텀닷 발광 표시 패널의 발광층은 퀀텀닷 또는 퀀텀로드 등을 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서의 일 실시예의 표시장치(ES)에 포함된 표시패널(DP)은 유기 전계 발광 표시 패널로 설명된다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예의 표시장치(ES)는 표시패널(DP) 및 표시패널(DP) 상측에 배치된 광제어부재(CCM)를 포함하는 것이며, 일 실시예의 표시장치(ES)는 유기 전계 발광 표시 패널을 포함하는 유기 전계 발광 표시 장치일 수 있다. 표시패널(DP)은 소정의 파장을 가지는 제1 광을 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 표시패널(DP)은 제1 광으로 청색 광을 제공하는 것일 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 표시패널(DP)은 백색 광을 방출하는 것일 수 있다.
광제어부재(CCM)는 표시패널(DP)에서 제공되는 제1 광의 파장을 변환시키거나, 또는 표시패널(DP)에서 제공되는 제1 광을 투과시키는 것일 수 있다. 광제어부재(CCM)는 표시패널(DP)에서 제공된 제1 광의 파장을 변환시키거나, 제1 광을 투과시키는 것일 수 있다.
평면 상에서, 영상이 표시되는 표시패널(DP)의 일면은 표시면으로 정의된다. 표시면은 영상이 표시되는 표시 영역(DA) 및 영상이 표시되지 않는 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 표시 영역(DA)은 평면 상에서 표시패널(DP)의 중앙에 정의되어, 윈도우(WM)의 투과 영역(TA)과 중첩할 수 있다.
하우징(HAU)은 표시패널(DP)의 하부에 배치되어 표시패널(DP)을 수납하는 것일 수 있다. 하우징(HAU)은 표시패널(DP)의 표시면인 상부면이 노출되도록 표시패널(DP)을 커버하여 배치될 수 있다. 하우징(HAU)은 표시패널(DP)의 측면과 바닥면을 커버하며, 상부면 전체를 노출시키는 것일 수 있다.
도 2를 참조하면, 표시패널(DP)은 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-EL)을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 베이스 기판(BS), 회로층(DP-CL), 및 표시 소자층(DP-EL)은 제3 방향(DR3)으로 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
베이스 기판(BS)은 표시 소자층(DP-EL)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스 기판(BS) 상에 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 표시 소자층(DP-EL)의 발광 소자(ED, 도 4a)를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
광제어부재(CCM)는 표시패널(DP) 상에 배치된다. 광제어부재(CCM)는 광제어층(CCL), 컬러필터층(CFL), 및 상부 베이스층(BL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시패널(DP)은 제1 파장의 광 및/또는 제2 파장의 광을 방출하는 발광 소자(ED, 도 4a)를 포함하는 것이고, 광제어부재(CCM)는 발광 소자(ED, 도 4a)에서 제공되는 광의 파장을 변환하거나 광을 투과시키는 광제어층(CCL, 도 4a)을 포함하는 것일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시패널의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 포함된 표시모듈의 일부를 확대하여 도시한 단면도들이다. 도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널 중 표시 영역(DA)의 일부를 도시하였다. 도 4a 및 도 4b에서는 도 3의 II-II'선에 대응하는 부분을 나타내었다.
이하, 도 3, 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명하는 일 실시예의 표시모듈(DM, DM-1)은 도 1 에서 설명한 일 실시예의 표시장치(ES)에 포함되는 것으로, 표시모듈(DM, DM-1)은 표시패널(DP) 및 광제어부재(CCM)를 포함한다.
일 실시예에 따른 표시모듈(DM)은 표시패널(DP) 및 표시패널(DP) 상에 배치된 광제어부재(CCM)를 포함하고, 광제어부재(CCM)는 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL)을 포함할 수 있다. 광제어부재(CCM)는 상부 베이스층(BL), 상부 베이스층(BL) 하측에 배치된 광제어층(CCL), 광제어층(CCL)과 상부 베이스층(BL) 사이에 배치된 컬러필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다. 광제어부재(CCM)에서 광제어층(CCL)이 표시패널(DP)에 인접하여 배치될 수 있다.
광제어부재(CCM)는 복수 개의 격벽들(BK) 및 격벽들(BK) 사이에 배치된 광제어부들(CCP-R, CCP-B, CCP-G)을 포함할 수 있다.
도 3, 도 4a, 및 도 4b을 참조하면, 표시모듈(DM)은 비화소 영역(NPXA) 및 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)을 포함할 수 있다. 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 각각은 발광 소자(ED)에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 각각의 면적은 서로 상이할 수 있으며, 이때 면적은 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다.
화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)은 방출되는 광의 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 3, 도 4a, 및 도 4b에 도시된 일 실시예의 표시모듈(DM)에는 적색광, 청색광, 녹색광을 발광하는 3개의 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시 장치(ES, 도 1)는 서로 구분되는 적색 화소 영역(PXA-R), 청색 화소 영역(PXA-B), 및 녹색 화소 영역(PXA-G)을 포함할 수 있다. 청색 화소 영역(PXA-B)은 제1 화소 영역으로 발광 파장이 410 nm 이상 480 nm 이하인 광을 발광할 수 있다. 녹색 화소 영역(PXA-G)은 제2 화소 영역으로 발광 파장이 500 nm 이상 600 nm 이하인 광을 발광할 수 있다. 적색 화소 영역(PXA-R)은 제3 화소 영역으로 발광 파장이 620 nm 이상 700 nm 이하인 광을 발광할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 일 실시예의 표시모듈(DM, DM-1)에서 표시패널(DP)은 유기층(OL)을 공통층으로 포함하는 발광 소자(ED)를 포함하는 것으로 도시하였다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 따른 일 실시예의 표시모듈(DM, DM-1)에서 표시패널(DP)은 표시모듈(DM)의 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)에 관계없이 동일한 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 표시패널(DP)은 제1 광인 청색 광을 광제어부재(CCM)로 제공할 수 있다. 또는, 표시패널(DP)이 제1 광으로 백색 광을 광제어부재(CCM)로 제공할 수도 있다.
도 3, 도 4a, 및 도 4b에 도시된 일 실시예의 표시모듈(DM, DM-1)에서, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 중 적색 화소 영역(PXA-R) 및 녹색 화소 영역(PXA-G)은 동일한 면적을 가지고, 청색 화소 영역(PXA-B)은 적색 화소 영역(PXA-R) 및 녹색 화소 영역(PXA-G)보다 작은 면적을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 각각은 동일한 면적을 가지거나, 광제어부들(CCP-R, CCP-B, CCP-G)에서 방출하는 색에 따라 다양한 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 표시모듈(DM)에서는 청색 화소 영역(PXA-B)이 가장 큰 면적을 갖고, 녹색 화소 영역(PXA-G)이 가장 작은 면적을 가질 수도 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)은 적색광, 청색광, 녹색광 이외의 다른 색의 광을 발광하는 것이거나, 다른 면적 비율로 발광영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)이 제공될 수 있다.
화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 영역일 수 있다. 비화소 영역들(NPXA)은 이웃하는 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 사이의 영역들로 화소 정의막(PDL)과 대응하는 영역일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 중 적색 화소 영역(PXA-R) 및 녹색 화소 영역(PXA-G)은 제2 방향(DR2)으로 연장된 기준축을 중심으로 대칭된 형상을 가질 수 있고, 청색 화소 영역(PXA-B)은 적색 화소 영역(PXA-R) 및 녹색 화소 영역(PXA-G)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 방향(DR1)에서 보았을 때, 청색 화소 영역(PXA-B) 중 일부분은 적색 화소 영역(PXA-R) 및 녹색 화소 영역(PXA-G)과 비중첩 할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)은 다양한 다각형상 또는 원형상을 가질 수 있으며, 화소 영역들의 배열 구조 또한 제한되지 않는다. 예를 들어, 청색 화소 영역(PXA-B), 녹색 화소 영역(PXA-G), 및 적색 화소 영역(PXA-R)이 순차적으로 번갈아 가며 배열되는 스트라이프 구조를 가질 수 있고, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)의 배열 구조는 펜타일(PENTILETM) 구조를 가질 수도 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시패널(DP)은 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 배치된 회로층(DP-CL), 회로층(DP-CL) 상에 배치된 표시 소자층(DP-EL)을 포함한다. 표시 소자층(DP-EL)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광 소자(ED), 및 발광 소자(ED) 상에 배치된 박막 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 고분자 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 폴리아크릴레이트(Polyacrylate)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 화소 정의막(PDL)은 고분자 수지 이외에 무기물을 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 화소 정의막(PDL)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 화소 정의막(PDL)은 무기물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질산화규소(SiOxNy) 등을 포함하여 형성되는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)을 정의하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)에 의해 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)과 비화소 영역(NPXA)이 구분될 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 격벽(BK)과 중첩하는 것일 수 있다. 즉, 복수 개의 화소 정의막들(PDL) 각각은 복수의 격벽들(BK) 각각에 대응하여 중첩하는 것일 수 있다.
발광 소자(ED)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 유기층(OL)을 포함한다. 발광 소자(ED)의 유기층(OL)은 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)을 포함할 수 있다. 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 각각에는 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질을 포함하는 기능층들과, 발광 물질을 포함하는 발광층이 포함되는 것일 수 있다. 즉, 일 실시예의 표시 모듈(DM)에 포함된 발광 소자(ED)는 복수의 발광층들을 포함하는 탠덤(Tandem) 구조의 발광 소자일 수 있다. 이하, 발광 소자(ED)에 포함된 각 기능층들과 발광층들에 대한 설명은 후술한다.
도 4a 및 도 4b에서는 유기층(OL)에 포함된 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)들 각각이 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)과 비화소 영역(NPXA) 전체에서 공통층으로 제공되는 실시예를 도시하였다. 즉, 발광 소자(ED)에 포함되는 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 각각은 일부가 화소 정의막(PDL) 상에 배치될 수 있으며, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)에 배치된 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 부분들이 화소 정의막(PDL) 상에서 서로 연결되어, 일체의 형상을 가지는 공통층들을 형성할 수 있다. 이에 따라, 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 내에 배치된 각 기능층들과 발광층들 또한 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)과 비화소 영역(NPXA) 전체에서 일체의 형상을 가지는 공통층들을 형성할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 중 적어도 일부는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부들 내부에 패터닝 되어 제공되는 것일 수 있다. 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 중 적어도 일부, 또는 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 내에 포함된 기능층들과 발광층들 중 적어도 일부는 잉크젯 프린팅법으로 패터닝되어, 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)에 중첩하도록 정의된 화소 정의막(PDL) 개구부 내부에 제공되는 것일 수 있다.
발광 소자(ED) 상에는 박막 봉지층(TFE)이 배치될 수 있으며, 박막 봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 배치되는 것일 수 있다. 박막 봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 직접 배치되는 것일 수 있다. 박막 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 박막 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함한다. 일 실시예에 따른 박막 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 박막 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 발광 소자(ED)를 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 발광 소자(ED)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.
일 실시예의 표시장치는 표시패널 상에 배치된 광제어부재(CCM)를 포함한다. 광제어부재(CCM)는 상부 베이스층(BL), 및 상부 베이스층(BL) 하측에 배치된 광제어층(CCL)을 포함한다. 광제어층(CCL)은 서로 이격되어 배치된 복수의 격벽들(BK) 및 격벽들(BK) 사이에 배치된 복수의 광제어부(CCP-R, CCP-B, CCP-G)들을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 광제어부재(CCM)는 상부 베이스층(BL), 상부 베이스층(BL) 상에 배치된 복수의 격벽들(BK), 서로 이격된 복수의 격벽들(BK) 사이에 배치된 광제어부(CCP-R, CCP-B, CCP-G)들을 포함하는 것일 수 있다. 도 3에서는 광제어층(CCL)이 배치되는 기준면을 제공하는 상부 베이스층(BL)이 별도로 제공되는 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 광제어층(CCL)은 표시 소자층(DP-EL)의 박막 봉지층(TFE)이 제공하는 기준면 상에 배치될 수도 있다.
일 실시예의 광제어부재(CCM)는 복수의 광제어부(CCP-R, CCP-B, CCP-G)를 포함할 수 있다. 광제어부(CCP-R, CCP-B, CCP-G)는 제1 파장의 광으로 통과시키는 제1 광제어부(CCP-B), 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환시키는 제2 광제어부(CCP-G), 및 제1 파장의 광 또는 제2 파장의 광을 제3 파장의 광으로 변환시키는 제3 광제어부(CCP-R)를 포함할 수 있다. 제2 파장의 광은 제1 파장의 광보다 장파장 영역의 광이고, 제3 파장의 광은 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광보다 장파장 영역의 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 파장의 광은 청색광, 제2 파장의 광은 녹색광, 제3 파장의 광은 적색광일 수 있다. 제1 파장의 광은 발광 파장이 410 nm 이상 480 nm 이하인 광이고, 제2 파장의 광은 발광 파장이 500 nm 이상 600 nm 이하인 광이고, 제3 파장의 광은 620 nm 이상 700 nm 이하인 파장 영역의 광일 수 있다. 한편, 제1 파장 및/또는 제2 파장의 광은 표시패널(DP)에서 광제어층(CCL)으로 제공되는 소스광일 수 있다.
제1 광제어부(CCP-B), 제2 광제어부(CCP-G) 및 제3 광제어부(CCP-R) 각각에는 발광체가 포함될 수 있다. 발광체는 입사되는 광의 파장을 변환시켜 다른 파장의 광을 발광하는 입자일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 광제어부(CCP-G) 및 제3 광제어부(CCP-R)에 포함되는 발광체는 양자점(Quantum Dot), 또는 형광체일 수 있다. 예를 들어, 제2 광제어부(CCP-G)는 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환시키는 양자점(QD2)을 포함하고, 제3 광제어부(CCP-R)는 제1 파장의 광 또는 제2 파장의 광을 제3 파장의 광으로 변환시키는 양자점(QD3)을 포함할 수 있다. 한편, 제1 광제어부(CCP-B)에는 양자점 등의 발광체가 포함되지 않을 수 있다. 제1 광제어부(CCP-B)는 제1 광의 파장을 투과시키는 투과부일 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 제1 광제어부(CCP-B)는 제2 파장의 광을 제1 파장의 광으로 변환시키는 양자점(QD1)을 포함할 수 있다.
양자점(Quantum Dot)은 제공되는 광의 파장을 변환하는 입자일 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-VIIII-V족 화합물, I-III-VI족 화합물, III-V족 화합물, III- II-V족 화합물, IIII-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, CdS, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; 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.
III-VI족 화합물은 In2S3, In2Se3 등과 같은 이원소 화합물, InGaS 3 , InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
I-III-VI족 화합물은 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, AgGaS2, CuGaS2 CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 또는 AgInGaS2, CuInGaS2 등의 사원소 화합물로부터 선택될 수 있다.
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, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, 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 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 한편, III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, III- II-V족 화합물로 InZnP 등이 선택될 수 있다.
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. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 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. 코어/쉘 구조에서, 쉘에 존재하는 원소의 농도가 코어로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노 결정을 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. 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.
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.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다. 양자점의 입자 크기가 작을수록 단파장 영역의 광을 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 녹색광을 방출하는 양자점의 입자 크기는 적색광을 방출하는 양자점의 입자 크기 보다 작고, 청색광을 방출하는 양자점의 입자 크기는 녹색광을 방출하는 양자점의 입자 크기 보다 작은 것일 수 있다.
광제어층(CCL)에 포함된 복수의 광제어부(CCP-R, CCP-B, CCP-G) 각각은 산란체(SP)를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 광제어부(CCP-B)는 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP-G)는 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하며, 제3 광제어부(CCP-R)는 제3 양자점(QD3)과 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 광제어부(CCP-B)에서 제1 양자점(QD1)은 생략되고, 제1 광제어부(CCP-B)는 산란체(SP)만을 포함하는 것일 수 있다.
산란체(SP)는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것이거나, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 선택되는 2종 이상의 물질이 혼합된 것일 수 있다.
제1 광제어부(CCP-B), 제2 광제어부(CCP-G), 및 제3 광제어부(CCP-R) 각각은 양자점(QD1, QD2, QD3) 및/또는 산란체(SP)를 분산시키는 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광제어부(CCP-B)는 제1 베이스 수지(BR1) 내에 분산된 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP-G)는 제2 베이스 수지(BR2) 내에 분산된 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하고, 제3 광제어부(CCP-R)는 제3 베이스 수지(BR3) 내에 분산된 제3 양자점(QD3)과 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 양자점(QD1, QD2, QD3) 및 산란체(SP)가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스수지(BR1, BR2, BR3)는 투명 수지일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 베이스 수지(BR1), 제2 베이스 수지(BR2), 및 제3 베이스 수지(BR3) 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
격벽들(BK)은 광제어층(CCL)과 중첩하는 화소 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 각각을 구분하는 개구부를 정의하는 것일 수 있다. 광제어부들(CCP-R, CCP-B, CCP-G)은 격벽들(BK)에 정의된 개구부를 충전하는 것일 수 있다. 한편, 격벽들(BK)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 광제어부재(CCM)는 컬러필터층(CFL)을 더 포함할 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 상부 베이스층(BL)과 광제어층(CCL) 사이에 배치된 것일 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)을 포함하는 것일 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 제1 파장의 광을 투과시키는 제1 필터(CF-B), 제2 파장의 광을 투과시키는 제2 필터(CF-G), 및 제3 파장의 광을 투과시키는 제3 필터(CF-R)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터(CF-B)는 청색 필터, 제2 필터(CF-G)는 녹색 필터이고, 제3 필터(CF-R)는 적색 필터일 수 있다. 필터들(CF-B, CF-G, CF-R) 각각은 고분자 감광수지와 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 청색 안료 또는 염료를 포함하고, 제2 필터(CF-G)는 녹색 안료 또는 염료를 포함하며, 제3 필터(CF-R)는 적색 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 필터(CF-B)는 안료 또는 염료를 포함하지 않는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 고분자 감광수지를 포함하고 안료 또는 염료를 미포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 투명한 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 투명 감광수지로 형성된 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에서 제2 필터(CF-G)와 제3 필터(CF-R)는 황색(yellow) 필터일 수 있다. 제2 필터(CF-G)와 제3 필터(CF-R)는 서로 구분되지 않고 일체로 제공될 수도 있다.
차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(BM)는 흑색 안료 또는 흑색염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 필터들(CF-B, CF-G, CF-R) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 차광부(BM)는 청색 필터로 형성되는 것일 수 있다. 복수의 차광부들(BM) 각각은 복수의 격벽들(BK) 각각에 대응하여 중첩하는 것일 수 있다.
제1 내지 제3 필터(CF-B, CF-G, CF-R) 각각은 청색 화소 영역(PXA-B), 녹색 화소 영역(PXA-G), 및 적색 화소 영역(PXA-R) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
컬러필터층(CFL) 상에는 상부 베이스층(BL)이 배치될 수 있다. 상부 베이스층(BL)은 컬러필터층(CFL) 및 광제어층(CCL) 등이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 상부 베이스층(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 상부 베이스층(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 상부 베이스층(BL)은 생략될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 컬러필터층(CFL)은 저굴절층을 더 포함할 수 있다. 저굴절층은 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)과 광제어층(CCL) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절층의 굴절률은 1.1 이상 1.5 이하인 것일 수 있다. 저굴절층의 굴절률 값은 저굴절층에 포함된 중공 무기 입자, 및/또는 보이드(void) 등의 비율에 의해 조절될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 표시 모듈(DM)은 컬러필터층(CFL)의 상부 또는 하부에 배치되고, 표시 모듈(DM)로 입사하는 외부광을 차단하는 반사방지층을 더 포함할 수 있다. 반사방지층은 외부광 중 일부를 차단할 수 있다. 반사방지층은 외부광에 의해 표시패널(DP)에서 발생하는 반사광을 저감시키는 것일 수 있다. 반사방지층은 예를 들어, 편광층일 수 있다. 일 실시예에서, 표시 모듈(DM)은 상부 베이스층(BL) 하부에 배치된 편광층을 포함하고, 컬러필터층(CFL)은 생략될 수도 있다.
광제어부재(CCM)는 수분 및 산소 등을 차단하고, 상부 및 하부에 배치된 구성을 보호하는 버퍼층(BFL1, BFL2)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL1, BFL2)은 제1 버퍼층(BFL1) 및 제2 버퍼층(BFL2)을 포함할 수 있다. 제1 버퍼층(BFL1)은 박막 봉지층(TFE) 및 광제어층(CCL) 사이에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(BFL2)은 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL) 사이에 배치될 수 있다.
제1 버퍼층(BFL1)은 광제어층(CCL)으로 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)가 침투하는 것을 막는 역할을 하는 층일 수 있다. 제1 버퍼층(BFL1)은 광제어층(CCL) 하부에 배치되어 광제어층(CCL)이 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 제1 버퍼층(BFL1)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 제1 버퍼층(BFL1)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼층(BFL1)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 제1 버퍼층(BFL1)은 유기막을 더 포함할 수 있다. 제1 버퍼층(BFL1)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성되는 것일 수 있다.
제2 버퍼층(BFL2)은 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL)을 보호하는 보호층일 수 있다. 제2 버퍼층(BFL2)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 무기물층일 수 있다. 제2 버퍼층(BFL2)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 모듈(DM-1)은 표시패널(DP) 및 표시패널(DP) 상에 배치된 광제어부재(CCM-1)를 포함하고, 광제어부재(CCM-1)는 광제어층(CCL-1) 및 컬러필터층(CFL-1)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 표시 모듈(DM-1)에서 광제어층(CCL-1)은 표시패널(DP) 상에 배치될 수 있다. 광제어층(CCL-1)은 제1 버퍼층(BFL1)을 사이에 두고 표시패널(DP) 상에 배치될 수 있다.
광제어부재(CCM-1)의 광제어층(CCL-1)은 복수의 격벽들(BK) 및 격벽들(BK) 사이에 배치된 광제어부들(CCP-R, CCP-B, CCP-G)을 포함할 수 있다. 컬러필터층(CFL-1)은 차광부(BM-1) 및 필터들(CF-R1, CF-B1, CF-G1)를 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 표시 모듈(DM)과 비교하여, 도 4b에 도시된 일 실시예에 따른 표시 모듈(DM-1)은 상부 베이스층(BL)이 생략되고, 광제어층(CCL-1) 및 컬러필터층(CFL-1)이 박막 봉지층(TFE)의 상면을 베이스면으로 하여 배치된 실시예이다. 즉, 광제어층(CCL-1)의 광제어부들(CCP-R, CCP-B, CCP-G)은 표시패널(DP) 상에 연속공정으로 형성되고, 컬러필터층(CFL-1)의 필터들(CF-R1, CF-B1, CF-G1)은 광제어층(CCL-1) 상에 연속공정을 통해 순차적으로 형성되는 것일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 컬러필터층(CFL-1)은 저굴절층을 포함할 수 있다. 컬러필터층(CFL-1)에 포함된 차광부(BM-1) 및 필터부(CF-R1, CF-B1, CF-G1) 중 일부는 생략될 수도 있다. 광제어부재(CCM-1)는 수분 및 산소 등을 차단하고, 상부 및 하부에 배치된 구성을 보호하는 버퍼층(BFL1, BFL2)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL1, BFL2)은 박막 봉지층(TFE) 및 광제어층(CCL) 사이에 배치되는 제1 버퍼층(BFL1), 및 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL) 사이에 배치되는 제2 버퍼층(BFL2)을 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다. 이하, 도 5 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(ED, ED-1, ED-2, ED-3)에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)의 사이에 배치되는 n개의 스택들(ST1, STn)을 포함할 수 있고, n은 2 이상의 정수일 수 있다. 즉, 발광 소자(ED)는 적어도 2개 이상의 스택을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 2개의 스택, 3개의 스택 또는 4개 이상의 스택을 포함할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 적어도 제1 발광층(BEML1)을 포함하는 스택(ST1) 및 제2 발광층(GEMLn)을 포함하는 스택(STn)을 반드시 포함한다. 본 발명에서 제1 발광층(BEML1)은 제1 파장의 광을 방출하는 발광층을 의미하고, 제2 발광층(GEMLn)은 제2 파장의 광을 방출하는 발광층을 의미한다. 제1 발광층(BEML1) 및 제2 발광층(GEMLn)의 도면 부호뒤의 숫자(1, n)는 각 발광층이 몇번째 스택에 포함되는 것인지를 의미한다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 제1 발광층(BEML1)을 포함하는 스택 및/또는 제2 발광층(GEMLn)을 포함하는 스택을 복수 개로 포함할 수 있다. 도 5에서는 제1 스택에 제1 발광층(BEML1)이 포함되고, 제n 스택에 제2 발광층(GEMLn)이 포함되는 것을 예시적으로 도시하였다. 다만, 각 스택의 순서는 이에 제한되지 않는다.
복수의 스택들(ST1, STn) 중 이웃하는 스택들 사이에는 전하생성층(CGL1)이 배치될 수 있다. 전하생성층(CGL1)은 p형 전하생성층(p-CGL1) 및/또는 n형 전하생성층(n-CGL1)을 포함하는 것일 수 있다. 전하생성층(CGL1)은 정공 및/또는 전하의 이동을 촉진하는 것일 수 있다.
이하 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 4개의 스택을 포함하는 일 예시의 발광소자(ED)에 대해 상세히 설명한다.
도 6a를 참조하면, 일 실시예의 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1)과 마주하는 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치되는 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)을 포함한다. 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)은 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2), 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4)을 포함할 수 있다. 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2), 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4) 각각은 발광층을 포함할 수 있다. 도 6a에서는 발광 소자(ED)가 총 4개의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)을 포함하는 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 발광 소자(ED)는 2개, 3개 또는 5개 이상의 스택을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 발광 소자(ED) 구조에서 제2 스택(ST2) 및 제3 스택(ST3)은 생략되고, 제1 스택(ST1) 및 제4 스택(ST4) 2개의 스택을 가지는 발광 소자 구조가 제공될 수도 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 제1 전극(EL1)과 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 사이에는 정공 수송 영역(HTR)이 배치될 수 있다. 제2 전극(EL2)과 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4) 사이에는 전자 수송 영역(ETR)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1)에서 제2 전극(EL2) 방향으로 광을 출사할 수 있다. 일 실시예의 발광 소자(ED)는 광을 출사하는 방향을 기준으로, 정공 수송 영역(HTR)이 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)의 하부에 배치되고 전자 수송 영역(ETR)이 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)의 상부에 배치되는 구조를 예시적으로 도시하였다. 다만, 이에 제한되지 않고 광을 출사하는 방향을 기준으로, 전자 수송 영역(ETR)이 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)의 하부에 배치되고 정공 수송 영역(HTR)이 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)의 상부에 배치되는 인버티드(Inverted) 소자 구조를 가질 수도 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 복수의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)들 사이에 배치되는 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2) 사이에 배치된 제1 전하 생성층(CGL1), 제2 스택(ST2) 및 제3 스택(ST3) 사이에 배치된 제2 전하 생성층(CGL2), 및 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4) 사이에 배치된 제3 전하 생성층(CGL3)을 포함할 수 있다.
전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 전압이 인가되면, 산화-환원 반응을 통하여 착제를 형성함으로써 전하들(전자들 및 정공들)을 생성할 수 있다. 그리고, 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은, 생성된 전하들을 인접한 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)들 각각으로 제공할 수 있다. 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 인접한 각각의 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)들에서 발생하는 전류의 효율을 배로 증가시킬 수 있으며, 인접한 스택(ST1, ST2, ST3, ST4)들 사이에서 전하들의 균형을 조절하는 역할을 할 수 있다.
전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3) 각각은 n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)과 p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)이 서로 접합된 층구조를 가질 수 있다. 제1 전하 생성층(CGL1)은 제1 n형 전하 생성층(n-CGL1)과 제1 p형 전하 생성층(p-CGL1)이 서로 접합된 층구조를 가질 수 있다. 제2 전하 생성층(CGL2)은 제2 n형 전하 생성층(n-CGL2)과 제2 p형 전하 생성층(p-CGL2)이 서로 접합된 층구조를 가질 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3)은 제3 n형 전하 생성층(n-CGL3)과 제3 p형 전하 생성층(p-CGL3)이 서로 접합된 층구조를 가질 수 있다.
n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)은 인접한 스택들로 전자들을 제공하는 전하 생성층일 수 있다. n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3)은 베이스 물질에 n-도펀트가 도핑된 층일 수 있다. p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3)은 인접한 스택들로 정공들을 제공하는 전하 생성층일 수 있다. 도시되지는 않았으나, n형 전하 생성층(n-CGL1, n-CGL2, n-CGL3) 및 p형 전하 생성층(p-CGL1, p-CGL2, p-CGL3) 사이에는 버퍼층이 더 배치될 수 있다.
전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3) 각각은 n형 아릴 아민계 물질을 포함하거나, p형 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3) 각각은 아릴 아민계의 유기 화합물, 금속, 금속의 산화물, 탄화물, 불화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 전하발생 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 아릴 아민계의 유기 화합물은 α-NPD, 2-TNATA, TDATA, MTDATA, sprio-TAD, 또는 sprio-NPB일 수 있다. 예를 들어, 금속은 세슘(Cs), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바륨(Ba), 또는 리튬(Li)일 수 있다. 또한, 예를 들어, 금속의 산화물, 탄화물, 및 불화물은 Re2O7, MoO3, V2O5, WO3, TiO2, Cs2CO3, BaF, LiF, 또는 CsF일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2), 및 제3 스택(ST3) 각각에는 제1 파장의 광을 방출하는 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)이 포함된다. 제1 파장의 광은 청색 파장 영역의 광일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 파장은 420 nm 이상 480 nm 이하 일 수 있다. 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)은 420 nm 이상 480 nm 이하의 파장의 광을 발광하는 유기 재료를 포함할 수 있다. 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)은 예를 들어, 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)은 단일층 구조를 가진다. 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)은 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)과 달리 이중층 구조를 가지지 않는다. 단일층 구조를 가지는 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3)은 10 nm 이상 40 nm 이하의 두께를 가질 수 있으며, 다만 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 제4 스택(ST4)에는 제2 파장의 광을 방출하는 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)이 포함된다. 제2 파장의 광은 녹색 파장 영역의 광일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 파장은 520 nm 이상 600 nm 이하 일 수 있다.
제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)은 제1 서브 발광층(GEML4-1) 및 제2 서브 발광층(GEML4-2)을 포함하는 이중층 구조를 가진다. 제1 서브 발광층(GEML4-1) 및 제2 서브 발광층(GEML4-2) 사이에는 다른 층이 배치되지 않고, 서로 접하는 것일 수 있다. 제2 서브 발광층(GEML4-2)은 제1 서브 발광층(GEML4-1) 상에 직접 배치되는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 이중층 구조 중 제3 중간 정공 수송 영역(MHTR3)에 보다 인접한 하나의 층(GEML4-1, 이하 제1 서브 발광층)은 제1 호스트 및 도펀트를 포함한다. 제1 호스트는 제1 정공 수송성 호스트 및 제1 전자 수송성 호스트를 포함할 수 있다. 도펀트는 제2 파장의 광을 발광하는 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)에 보다 인접한 나머지 하나의 층(GEML4-2, 이하 제2 서브 발광층)은 제2 호스트 및 제2 정공 수송성 호스트를 포함한다. 제2 호스트는 제3 정공 수송성 호스트 및 제2 전자 수송성 호스트를 포함할 수 있다. 제3 정공 수송성 호스트는 제1 정공 수송성 호스트와 동일한 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 서로 상이한 것일 수 있다. 제2 전자 수송성 호스트는 제1 전자 수송성 호스트와 동일한 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 서로 상이한 것일 수 있다.
본 발명에서 정공 수송성 호스트는 분자 구조 내에 정공 수송성 모이어티를 포함하는 물질일 수 있다. 전자 수송성 호스트는 분자 구조 내에 전자 수송성 모이어티를 포함하는 물질일 수 있다.
제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)은 10 nm 이상 30 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 제1 서브 발광층(GEML4-1)은 9 nm 이상 29 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 제2 서브 발광층(GEML4-2)은 1 nm 이상 15 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 제1 서브 발광층(GEML4-1)은 제2 서브 발광층(GEML4-2) 보다 두꺼울 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 제1 서브 발광층(GEML4-1), 및 제2 서브 발광층(GEML4-2)이 서로 동일한 두께를 가질 수 있다.
제1 서브 발광층(GEML4-1)은 제1 호스트 물질와 도펀트를 포함하고, 제2 서브 발광층(GEML4-2)은 제2 호스트와 제2 정공 수송성 호스트를 포함한다. 한편, 제2 서브 발광층(GEML4-2)은 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하지 않는다. 본 발명의 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)은 전자 수송 영역(ETR)에 인접한 영역에서 도펀트를 포함하지 않고, 정공 수송성 호스트의 비율이 높은 제2 서브 발광층(GEML4-2)을 포함하고, 제2 서브 발광층(GEML4-2)은 전자 트랩의 역할을 수행하여 전하 밸런스(Charge Balance)의 불균일을 방지할 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 서브 발광층(GEML4-1)에 포함되는 제1 호스트는 제1 정공 수송성 호스트 및 제1 전자 수송성 호스트를 포함하는 것일 수 있다. 제2 서브 발광층(GEML4-2)에 포함되는 제2 호스트는 제3 정공 수송성 호스트 및 제2 전자 수송성 호스트를 포함하는 것일 수 있다. 제1 호스트와 및 제2 호스트는 서로 동일한 재료일 수 있다. 즉, 제1 정공 수송성 호스트와 제3 정공 수송성 호스트가 서로 동일하고, 제1 전자 수송성 호스트와 제2 전자 수송성 호스트가 동일한 재료일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 호스트 및 제2 호스트는 서로 상이할 수도 있다. 즉, 제1 정공 수송성 호스트와 제3 정공 수송성 호스트가 서로 상이하고, 제1 전자 수송성 호스트와 제2 전자 수송성 호스트가 서로 상이한 재료일 수 있다. 또는 제1 정공 수송성 호스트와 제3 정공 수송성 호스트가 서로 상이하거나, 제1 전자 수송성 호스트와 제2 전자 수송성 호스트가 서로 상이한 재료일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 제1 서브 발광층(GEML4-1)에 포함된 제1 정공 수송성 호스트는 제1 전자 수송성 호스트 보다 높은 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 제2 서브 발광층(GEML4-2)에 포함된 제2 정공 수송성 호스트는 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값과 동일하거나 작고, 상기 제1 전자 수송성 호스트보다 큰 LUMO 에너지 준위 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 정공 수송성 호스트가 가질 수 있는 LUMO 에너지 준위 값의 상한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값이고, 하한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값일 수 있다. 예를 들어, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 내지 -2.32 eV 일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 이고, 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -2.7eV 일 수 있다. 이에 따라, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값의 상한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값과 동일한 값인 -1.94eV이고, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값의 하한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값인 -2.32eV인 것일 수 있다.
또는, 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 이고, 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -2.5eV 일 수 있다. 이에 따라, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값의 상한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값과 동일한 값인 -1.94eV이고, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값의 하한은 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값인 -2.22eV인 것일 수 있다. 제1 서브 발광층(GEML4-1)에 포함된 도펀트는 제2 파장의 광을 발광하는 것일 수 있다. 도펀트는 제2 파장의 광을 발광하는 것이라면 그 재료가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 도펀트는 유기금속화합물을 포함할 수 있다.
제2 서브 발광층(GEML4-2)은 제2 호스트와 제2 정공 수송성 호스트를 99:1 내지 5:95 범위로 포함할 수 있다. 제2 서브 발광층(GEML4-2)에서 제2 정공 수송성 호스트는 제2 호스트에 도핑되는 것일 수 있다.
제1 스택(ST1)은 제1 전극(EL1)으로부터 제공된 정공들을 제1 발광층(BEML1)으로 수송하는 정공 수송 영역(HTR), 및 제1 전하 생성층(CGL1)으로부터 생성된 전자들을 제1 발광층(BEML1)으로 수송하는 제1 중간 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서, 정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 배치된 정공 주입층(HIL) 및 정공 주입층(HIL) 상에 배치된 정공 수송층(HTL)을 포함할 수 있다. 정공 수송층(HTL)은 제1 발광층(BEML1)의 하면에 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 수송층(HTL) 상에 배치된 정공 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 정공 측 추가층은 정공 버퍼층, 발광 보조층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 버퍼층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시키는 층일 수 있다. 전자 저지층은 전자 수송 영역으로부터 정공 수송 영역으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층일 수 있다.
제1 중간 전자 수송 영역은 제1-1 발광층(BEML1) 상에 배치된 제1 중간 전자 수송층(METL1)을 포함할 수 있다. 제1 중간 전자 수송층(METL1)은 제1-1 발광층(BEML1) 및 제1 전하 생성층(CGL1) 사이에 배치되고, 제1-1 발광층(BEML1) 및 제1 전하 생성층(CGL1) 각각과 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 중간 전자 수송 영역은 제1 중간 전자 수송층(METL1)과 제1-1 발광층(BEML1) 사이에 배치되는 제1 중간 전자 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제1 중간 전자 측 추가층은 전자 버퍼층, 및 정공 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 중간 전자 수송층(METL1) 및 제1 전하 생성층(CGL1) 사이에는 제1 중간 전자 주입층이 배치될 수도 있다.
제2 스택(ST2)은 제1 전하 생성층(CGL1)으로부터 생성된 정공들을 제1-2 발광층(BEML2)으로 수송하는 제1 중간 정공 수송 영역(MHTR1), 및 제2 전하 생성층(CGL2)으로부터 제공된 전자들을 제1-2 발광층(BEML2)으로 수송하는 제2 중간 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
제1 중간 정공 수송 영역(MHTR1)은 제1 전하 생성층(CGL1) 상에 배치된 제1 중간 정공 주입층(MHIL1) 및 제1 중간 정공 주입층(MHIL1) 상에 배치된 제1 중간 정공 수송층(MHTL1)을 포함할 수 있다. 제1 중간 정공 수송층(MHTL1)은 제1-2 발광층(BEML2)의 하면에 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 중간 정공 수송 영역(MHTR1)은 제1 중간 정공 수송층(MHTL1) 상에 배치된 제1 중간 정공 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제1 중간 정공 측 추가층은 정공 버퍼층, 발광 보조층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 중간 전자 수송 영역은 제1-2 발광층(BEML2) 상에 배치된 제2 중간 전자 수송층(METL2)을 포함할 수 있다. 제2 중간 전자 수송층(METL2)은 제1-2 발광층(BEML2) 및 제2 전하 생성층(CGL2) 사이에 배치되고, 제1-2 발광층(BEML2) 및 제2 전하 생성층(CGL2) 각각과 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제2 중간 전자 수송 영역은 제2 중간 전자 수송층(METL2)과 제1-2 발광층(BEML2) 사이에 배치되는 제2 중간 전자 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제2 중간 전자 측 추가층은 전자 버퍼층, 및 정공 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제2 중간 전자 수송층(METL2) 및 제2 전하 생성층(CGL2) 사이에는 제2 중간 전자 주입층이 배치될 수도 있다.
제3 스택(ST3)은 제2 전하 생성층(CGL2)으로부터 생성된 정공들을 제1-3 발광층(BEML3)으로 수송하는 제2 중간 정공 수송 영역(MHTR2), 및 제3 전하 생성층(CGL3)으로부터 제공된 전자들을 제1-3 발광층(BEML3)으로 수송하는 제3 중간 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
제2 중간 정공 수송 영역(MHTR2)은 제2 전하 생성층(CGL2) 상에 배치된 제2 중간 정공 주입층(MHIL2) 및 제2 중간 정공 주입층(MHIL2) 상에 배치된 제2 중간 정공 수송층(MHTL2)을 포함할 수 있다. 제2 중간 정공 수송층(MHTL2)은 제1-3 발광층(BEML3)의 하면에 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제2 중간 정공 수송 영역(MHTR2)은 제2 중간 정공 수송층(MHTL2) 상에 배치된 제2 중간 정공 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제2 중간 정공 측 추가층은 정공 버퍼층, 발광 보조층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제3 중간 전자 수송 영역은 제1-3 발광층(BEML3) 상에 배치된 제3 중간 전자 수송층(METL3)을 포함할 수 있다. 제3 중간 전자 수송층(METL3)은 제1-3 발광층(BEML3) 및 제3 전하 생성층(CGL3) 사이에 배치되고, 제1-3 발광층(BEML3) 및 제3 전하 생성층(CGL3) 각각과 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제3 중간 전자 수송 영역은 제3 중간 전자 수송층(METL3)과 제1-3 발광층(BEML3) 사이에 배치되는 제3 중간 전자 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제3 중간 전자 측 추가층은 전자 버퍼층, 및 정공 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제3 중간 전자 수송층(METL3) 및 제3 전하 생성층(CGL3) 사이에는 제3 중간 전자 주입층이 배치될 수도 있다.
제4 스택(ST4)은 제3 전하 생성층(CGL3)으로부터 생성된 정공들을 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)으로 수송하는 제3 중간 정공 수송 영역(MHTR3), 및 제2 전극(EL2)으로부터 제공된 전자들을 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)으로 수송하는 전자 수송 영역(ETR)을 더 포함할 수 있다.
제3 중간 정공 수송 영역(MHTR3)은 제3 전하 생성층(CGL3) 상에 배치된 제3 중간 정공 주입층(MHIL3) 및 제3 중간 정공 주입층(MHIL3) 상에 배치된 제3 중간 정공 수송층(MHTL3)을 포함할 수 있다. 제3 중간 정공 수송층(MHTL3)은 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)의 하면에 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제3 중간 정공 수송 영역(MHTR3)은 제3 중간 정공 수송층(MHTL3) 상에 배치된 제3 중간 정공 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 제3 중간 정공 측 추가층은 정공 버퍼층, 발광 보조층, 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2) 상에 배치된 전자 수송층(ETL), 및 전자 수송층(ETL) 상에 배치된 전자 주입층(EIL)을 포함할 수 있다. 전자 수송층(ETL)은 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)과 접촉할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 수송층(ETL)과 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2) 사이에 배치된 전자 측 추가층을 더 포함할 수 있다. 전자 측 추가층은 전자 버퍼층, 및 정공 저지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6b 및 도 6c를 참조하면, 일 실시예의 발광 소자(ED-1, ED-2)는 도 6a에 도시된 발광 소자(ED)와 비교할 때, 제2 발광층이 제4 스택(ST4)에 포함되지 않고 다른 스택에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED-1)와 같이, 제3 스택(ST3)이 제2 발광층(GEML3-1, GEML3-2)을 포함하고, 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2) 및 제4 스택(ST4) 각각이 제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML4)을 포함하는 것일 수 있다. 또는, 도 6c에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED-2)와 같이, 제1 스택(ST1)이 제2 발광층(GEML1-1, GEML1-2)을 포함하고, 제2 스택(ST2), 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4) 각각이 제1 발광층(BEML2, BEML3, BEML4)을 포함하는 것일 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제2 스택(ST2)이 제2 발광층을 포함하고, 나머지 제1 스택(ST1), 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4) 각각이 제1 발광층을 포함하는 것일 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c를 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(ED, ED-1, ED-2, ED-3)에서 제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되지 않는다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED, ED-1, ED-2, ED-3)에서 제1 전극(EL1)은 반사형 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 반사율이 높은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, W, In, Zn, Sn, 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 제1 전극(EL1)은 상기의 물질로 형성된 반사막 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)은 ITO/Ag의 2층 구조 및 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(EL1)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다. 제1 전극(EL1)의 두께는 약 70 nm 내지 약 1000 nm 일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)의 두께는 약 100 nm 내지 약 300 nm일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED, ED-1, ED-2)에서, 정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3)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.
정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각은, 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) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각은 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.
정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각은 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) 등을 포함할 수도 있다.
또한, 정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각은 CzSi(9-(4-tert-Butylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), CCP(9-phenyl-9H-3,9'-bicarbazole), 또는 mDCP(1,3-bis(1,8-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)benzene)등을 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 상술한 정공 수송 영역의 화합물들을 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 정공 측 추가층 중 적어도 하나에 포함할 수 있다. 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3)은 상술한 정공 수송 영역의 화합물들을 중간 정공 주입층(MHIL1, MHIL2, MHIL3), 중간 정공 수송층(MHTL1, MHTL2, MHTL3), 및 중간 정공 측 추가층 중 적어도 하나에 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각의 두께는 약 10nm 내지 약 1000nm, 예를 들어, 약 10nm 내지 약 500 nm일 수 있다. 정공 주입층(HIL) 및 중간 정공 주입층(MHIL1, MHIL2, MHIL3) 각각의 두께는 예를 들어 약 5 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 정공 수송층(HTL) 및 중간 정공 수송층(MHTL1, MHTL2, MHTL3) 각각의 두께는 약 5 nm 내지 약 100 nm 일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)이 정공 측 추가층을 포함하는 경우 정공 측 추가층의 두께는 약 1nm 내지 약 100nm일 수 있다. 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3)이 중간 정공 측 추가층을 포함하는 경우 중간 정공 측 추가층의 두께는 약 1nm 내지 약 100nm일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3)과, 이들에 포함된 각 층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 각각은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(HTR) 및 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p형 도펀트(dopant)일 수 있다. p형 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, p형 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 등을 들 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 발광층(BEML1, BEML2, BEML3) 및 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)은 정공 수송 영역(HTR) 또는 중간 정공 수송 영역(MHTR1, MHTR2, MHTR3) 상에 제공된다. 제1-1 발광층(BEML1)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공되고, 제1-2 발광층(BEML2)은 제1 중간 정공 수송 영역(MHTR1) 상에 제공되고, 제1-3 발광층(BEML3)은 제2 중간 정공 수송 영역(MHTR2) 상에 제공되고, 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2)은 제3 중간 정공 수송 영역(MHTR3)에 제공된다.
전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 제1 발광층(BEML-1, BEML-2, BEML-3) 및 제2 발광층(GEML4-1, GEML4-2) 상에 배치된다. 전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 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) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, T2T(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) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 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) 및 중간 전자 수송 영역은 공증착 재료로 KI:Yb, RbI:Yb 등을 포함할 수 있다. 한편, 전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역은 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) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 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(metal stearate)를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각은 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.
전자 수송 영역(ETR)은 상술한 전자 수송 영역의 화합물들을 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)에 포함할 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)이 전자 측 추가층을 포함할 경우, 전자 측 추가층에 상술한 물질을 포함할 수 있다. 중간 전자 수송 영역은 상술한 전자 수송 영역의 화합물들을 중간 전자 수송층(METL1, METL2, METL3)에 포함할 수 있다. 중간 전자 수송 영역은 상술한 전자 수송 영역의 화합물들을 중간 전자 측 추가층 또는 중간 전자 주입층에 포함할 수도 있다.
전자 수송 영역(ETR) 및 중간 전자 수송 영역 각각의 두께는 예를 들어, 약 100 nm 내지 약 150 nm인 것일 수 있다. 전자 수송층(ETL)의 두께는 약 0.1nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 0.3nm 내지 약 50nm일 수 있다. 전자 수송층(ETL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다. 전자 주입층(EIL)의 두께는 약 0.1 nm 내지 약 10nm, 약 0.3 nm 내지 약 9nm일 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. 중간 전자 수송 영역에 포함된 중간 전자 수송층(METL1, METL2, METL3)의 두께는 약 0.1nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 0.1nm 내지 약 50nm일 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)이 애노드인 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(EL1)이 캐소드인 경우 제2 전극(EL2)은 애노드일 수 있다.
제2 전극(EL2)은 반투과형 전극 또는 투과형 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, In, Zn, Sn, 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.
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED, ED-1, ED-2)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 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 sol-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.
한편, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 420 nm 이상 480 nm 이하 파장 범위의 광을 발광하는 제1 발광층과, 520 nm 이상 600 nm 이하 파장 범위의 광을 발광하는 제2 발광층을 포함하는 한편, 제1 발광층은 단일층의 구조를 가지고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층 및 제1 호스트 및 제2 정공 수송성 호스트를 포함하는 제2 서브 발광층을 포함하는 이중층의 구조를 가진다. 제2 서브 발광층은 전자 수송 영역과 인접한 영역에서 정공 수송성 호스트의 비율을 향상시켜 전하 밸런스를 100%에 가깝게 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 소광 현상(Quenching)을 방지 또는 줄여서 발광 효율을 개선할 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 특성 평가 결과를 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(표시 장치의 제작 및 평가)
하기 실시예들 및 비교예들은 제4 스택(ST4)의 구조 또는 재료가 상이한 점을 제외하고는 모두 동일하게 도 4a의 구조를 가지는 표시 모듈로 제작하였다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2는 도 6a와 같은 발광 소자의 구조를 가진다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2는 제2 발광층이 24nm의 제1 서브 발광층(GEML4-1) 및 1nm의 제2 서브 발광층(GEML4-2)을 포함하고, 다만, 제2 서브 발광층(GEML4-2)에 포함되는 제2 정공 수송성 호스트의 비율이 표 1과 같이 상이하다. 한편, 비교예 1은 25nm의 제1 서브 발광층(GEML4-1)을 가지고, 제2 서브 발광층은 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예들의 구성과 동일하다. 실시예들 및 비교예들의 제2 발광층에 포함된 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 레벨 값은 -1.93 이고, 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 레벨 값은 -1.90 이다.
| 제2 발광층 | 재료 | |
| 비교예 1 | GEML4-1 | 제1 호스트 및 도펀트 |
| 비교예2 | GEML4-1 | 제1 호스트 및 도펀트 |
| GEML4-2 | 제2 호스트 : 제2 정공 수송성 호스트 = 99.5 : 0.5 |
|
| 실시예 1 | GEML4-1 | 제1 호스트 및 도펀트 |
| GEML4-2 | 제2 호스트 : 제2 정공 수송성 호스트 = 99.0 : 1.0 |
|
| 실시예 2 | GEML4-1 | 제1 호스트 및 도펀트 |
| GEML4-2 | 제2 호스트 : 제2 정공 수송성 호스트 = 98.5 : 1.5 |
실시예와 비교예들의 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 표 2의 표시 모듈의 평가에 있어서, 각 화소 영역에서 색좌표 및 발광 효율을 측정하였다. 비교예 1을 기준으로 전체 발광 효율의 개선 정도를 %로 나타내었다.
| 적색 화소 영역 (PXA-R) |
녹색 화소 영역 (PXA-G) |
청색 화소 영역 (PXA-B) |
개선율 (%) | ||||
| 색좌표 (x,y) |
효율 (Cd/A) | 색좌표 (x,y) |
효율 (Cd/A) |
색좌표 (x,y) |
효율 (Cd/A) |
||
| 비교예 1 | 0.697, 0.300 | 2.15 | 0.231, 0.731 | 15.21 | 0.143, 0.045 | 4.32 | 100.0 |
| 비교예 2 | 0.696, 0.300 | 2.11 | 0.232, 0.731 | 15.05 | 0.143, 0.045 | 4.32 | 98.9 |
| 실시예 1 | 0.696, 0.301 | 2.17 | 0.233, 0.731 | 15.33 | 0.143, 0.045 | 4.32 | 100.9 |
| 실시예 2 | 0.696, 0.301 | 2.24 | 0.234, 0.730 | 15.67 | 0.143, 0.045 | 4.32 | 103.7 |
표 2의 결과를 참조하면, 실시예들의 표시 모듈은 비교예들의 표시 모듈과 비교하여 향상된 발광 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 청색 화소 영역에서 종래와 동등한 발광 효율을 가지면서, 적색 화소 영역 및 녹색 화소 영역에서 동시에 향상된 발광 효율을 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 청구범위에 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 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
ES: 표시장치
ED: 발광 소자
EL1: 제1 전극 EL2: 제2 전극
BEML1: 제1-1 발광층 BEML2: 제1-2 발광층
BEML3: 제1-3 발광층 GEML: 제2 발광층
CGL1: 제1 전하 생성층 GEML4-1: 제1 서브 발광층
GEML4-2: 제2 서브 발광층
EL1: 제1 전극 EL2: 제2 전극
BEML1: 제1-1 발광층 BEML2: 제1-2 발광층
BEML3: 제1-3 발광층 GEML: 제2 발광층
CGL1: 제1 전하 생성층 GEML4-1: 제1 서브 발광층
GEML4-2: 제2 서브 발광층
Claims (21)
- 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 제1 파장의 광을 발광하는 제1 발광층;
상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 발광하는 제2 발광층;
상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
상기 제2 발광층은
제1 정공 수송성 호스트 및 제1 전자 수송성 호스트를 포함하는 제1 호스트 및 상기 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층; 및
제2 호스트 및 제2 정공 수송성 호스트를 포함하고, 상기 도펀트를 포함하지 않는 제2 서브 발광층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 파장은 420 nm 이상 480 nm 이하이고, 상기 제2 파장은 520 nm 이상 600 nm 이하인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 정공 수송성 호스트는 상기 제1 전자 수송성 호스트보다 높은 LUMO 에너지 준위 값을 가지고,
상기 제2 정공 수송 호스트는 상기 제1 정공 수송성 호스트와 동일하거나 낮은 LUMO 에너지 준위 값을 가지고, 상기 제1 전자 수송성 호스트보다 높은 LUMO 에너지 준위 값을 가지는 발광 소자. - 제3항에 있어서,
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 하한 값은 상기 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값인 발광 소자. - 제3항에 있어서,
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 내지 -2.32 eV인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 서브 발광층에서, 상기 제2 호스트와 상기 제2 정공 수송성 호스트는 99:1 내지 5:95 범위로 포함되는 것인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 호스트는 제3 정공 수송성 호스트 및 제2 전자 수송성 호스트를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 사이에 배치되는 전하 생성층을 더 포함하는 발광 소자. - 제8항에 있어서,
상기 전하 생성층은
p-도펀트가 도핑된 p형 전하 생성층; 및
n-도펀트가 도핑된 n형 전하 생성층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 정공 수송 영역 및 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제1 추가 발광층을 더 포함하는 발광 소자. - 제10항에 있어서,
상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 사이에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제2 추가 발광층을 더 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층, 및 상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층을 포함하고,
상기 전자 수송 영역은 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치되는 전자 수송층, 및 상기 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극 상에 배치되는 캡핑층을 더 포함하고,
상기 캡핑층은 굴절률이 1.6 이상인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 서브 발광층 및 상기 제2 서브 발광층은 서로 접하는 발광 소자. - 제5항에 있어서,
상기 제1 발광층과 상기 제1 전하 생성층 사이에 배치되는 중간 전자 수송층, 및
상기 제1 전하 생성층과 상기 제2 발광층 사이에 배치되는 중간 정공 수송층을 더 포함하는 발광 소자. - 제1 파장의 광을 방출하는 제1 화소 영역, 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 방출하는 제2 화소 영역, 및 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장과 상이한 제3 파장의 광을 방출하는 제3 화소 영역이 정의되고, 상기 제1 화소 영역 내지 제3 화소 영역에 중첩하여 배치되는 발광 소자를 포함하는 표시 패널; 및
상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제1 화소 영역에 중첩하는 제1 광제어부, 상기 제2 화소 영역에 중첩하는 제2 광제어부 및 상기 제3 화소 영역에 중첩하는 제3 광제어부를 포함하는 광제어층; 을 포함하고,
상기 발광 소자는
제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제1 파장의 광을 발광하는 제1 발광층;
상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 상기 제2 파장의 광을 발광하는 제2 발광층;
상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
상기 제2 발광층은 제1 정공 수송성 호스트를 포함하는 제1 호스트 및 상기 제2 파장의 광을 발광하는 도펀트를 포함하는 제1 서브 발광층 및 제2 호스트 및 상기 제1 정공 수송성 호스트와 같거나 낮은 LUMO 에너지 준위를 가지는 제2 정공 수송성 호스트를 포함하는 제2 서브 발광층을 포함하는 표시 장치. - 제16항에 있어서,
상기 제1 파장은 420 nm 이상 480 nm 이하이고, 상기 제2 파장은 520 nm 이상 600 nm 이하인 표시 장치. - 제16항에 있어서,
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위 값은 -1.94eV 내지 -2.32 eV인 표시 장치. - 제18항에 있어서,
상기 제1 호스트는 제1 전자 수송성 호스트를 더 포함하고,
상기 제2 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 하한 값은 상기 제1 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 평균값인 표시 장치. - 제16항에 있어서,
상기 제2 광제어부는 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환시키는 양자점을 포함하고,
제3 광제어부는 제1 파장의 광 또는 제2 파장의 광을 제3 파장의 광으로 변환시키는 양자점을 포함하는 표시 장치. - 제16항에 있어서,
상기 광제어층 상에 배치되는 컬러필터층을 더 포함하는 표시 장치.
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