KR20230103696A - 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치 - Google Patents

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KR20230103696A
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조명선
박새미
김중근
김도한
김병수
강혜승
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Abstract

본 발명은 청색 스택과 연결된 인광 스택에서 정공 수송층 및 적색 발광층을 구성을 변경하여, 인광 스택 내에서 색별 여기자 효율을 균등하게 향상시킴으로써 백색 효율을 개선하고, 경시적 안정성을 확보하여 수명을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 발명이다.

Description

발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치 {Light Emitting Device and Light Emitting Display Device Using the Same}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 청색 스택과 인접한 인광 스택의 정공 수송층과 적색 발광층의 재료를 변경하여 인광 스택 내에서 색별 여기자 효율을 균등하게 향상시킴으로써 백색 효율을 개선하고, 경시적 안정성을 확보하여 수명을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 발명이다.
최근 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 별도 광원을 구비하지 않고, 발광 소자를 표시 패널 내에 갖는 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
한편, 발광 표시 장치에 이용되는 발광 소자는, 화질을 나타냄에 보다 높은 효율에 대한 요구가 있어, 복수의 스택을 적층하는 방식이 선호되고 있다. 그런데, 스택별 구현하는 발광 색 및 발광 원리의 상이에 따라 복수 스택만으로는 효율 증가의 한계가 있다. 또한, 효율을 높이기 위해 재료 변경시 안정성에 대한 고려가 없어 신뢰성이 저하하는 문제도 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 청색 스택과 연결된 인광 스택에서 정공 수송층 및 적색 발광층을 구성을 변경하여, 인광 스택 내에서 색별 여기자 효율을 균등하게 향상시킴으로써 백색 효율을 개선하고, 경시적 안정성을 확보하여 수명을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 제 1 청색 스택과, 제 1 전하 생성층 및 인광 스택을 포함하고, 상기 인광 스택은 정공 수송층, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 포함하고, 상기 적색 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 적색 도펀트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 포함한 기판과, 상기 기판 상의 서브 화소에 각각 구비된 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 상술한 발광 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
백색을 구현하는 발광 소자를 형광 스택과 인광 스택을 연결하여 형성한다. 이 중 인광 스택은 형광 스택 대비 높은 내부 양자 효율로 서로 다른 인광 발광층을 접하여 구성하여 여기자 사용을 공유한다. 본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 정공 수송층과 다른 인광 발광층과의 사이에 있는 적색 발광층의 재료를 변경하여 정공 수송층과의 계면에서 발생되는 여기자 손실을 방지하고, 여기자 발생이 인접한 인광 발광층들에 균형적으로 나눠지도록 하여 백색을 나타내기 위해 인접한 인광 발광층들의 효율을 어느 한쪽으로 치우치지 않도록 조절할 수 있다.
결과적으로 적색 발광층과 인접한 인광 발광층의 효율 밸런스를 맞추어 백색 발광 소자에서, 인광 발광층들의 휘도를 균형적으로 상승시킬 수 있으며, 발광 표시 장치로서 효율 또한 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제 1, 제 2 실험예군에서 이용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 제 1 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 제 4 실험예의 인광 스택 내 인광 발광층과 정공 수송층의 인접 구성에서 발생되는 여기자 발생을 나타낸 도면이다.
도 6은 유사 외부 양자 효율을 갖는 제 6 및 제 7 실험예의 발광 소자의, 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 제 6 및 제 7 실험예의 발광 소자를 표시 장치에 적용시 색좌표와 휘도 감소율을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 8 내지 제 10 실험예에 적용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 9는 제 8 내지 제 10 실험예의 발광 소자의 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 발광 소자를 이용한 발광 표시 장치를 일 실시예에 따라 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예 내의 각각의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서에서 '도핑된'이란, 어떤 층의 대부분의 중량비를 차지하는 물질에, 대부분의 중량비를 차지하는 물질과 다른 물성(서로 다른 물성이란, 예를 들어, N-타입과 P-타입, 유기물질과 무기물질)을 가지는 물질이 중량비 30 % 미만으로 첨가가 되어 있음을 의미한다. 달리 말하면, '도핑된' 층이란, 어떤 층의 호스트 물질과 도펀트 물질을 중량비의 비중을 고려하여 분별해 낼 수 있는 층을 의미한다. 그리고 '비도핑된'이란, 도핑된'에 해당하는 경우 이외의 모든 경우를 칭한다. 예를 들어, 어떤 층이 단일 물질로 구성되었거나, 서로 성질이 동일 유사한 물질들이 혼합되어 구성되는 경우, 그 층은 '비도핑된' 층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들 중 적어도 하나가 P-타입이고, 그 층을 구성하는 물질 모두가 N-타입이 아니라면, 그 층은 '비도핑된' 층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들 중 적어도 하나가 유기 물질이고, 그 층을 구성하는 물질 모두가 무기 물질은 아니라면, 그 층은 '비도핑된'층에 포함된다. 예를 들어, 어떤 층을 구성하는 물질들이 모두 유기 물질인데, 그 층을 구성하는 물질들 중 적어도 어느 하나가 N-타입이고 또 다른 적어도 어느 하나가 P-타입인 경우에, N-타입인 물질이 중량비 30 wt% 미만이거나 또는 P-타입인 물질이 중량비 30wt% 미만인 경우에 '도핑된'층에 포함된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 발광 소자 및 이를 포함한 발광 표시 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(200)과, 상기 제 1 전극(110)과 상기 제 2 전극(200) 사이에, 제 1 청색 스택(BS1)과, 제 1 전하 생성층(CGL1) 및 인광 스택(PS)을 포함한다.
그리고, 상기 인광 스택(PS)은 정공 수송층(1210), 적색 발광층(1220), 녹색 발광층(1230) 및 전자 수송층(1240)을 포함하고, 상기 적색 발광층(1220)은 화학식 1(C1)의 전자 수송성 호스트(REH)와, 상기 정공 수송층(1210)과 다른 정공 수송성 호스트(RHH) 및 적색 도펀트(RD)를 포함한다.
여기서, 화학식 1은 다음과 같다.
[화학식 1]
Figure pat00001
R1 내지 R2는 아로마틱링, 페닐기 중에서 선택된다.
R3 내지 R4는 아릴기, 페닐기, 나프탈렌기, 바이페닐기 중에서 선택된다.
X는 N, O 및 S 중 하나로 선택된다.
적색 발광층(1220)에 포함된 전자 수송성 호스트(REH)는 벤조 카바졸계 화합물로, 예를 들어, 다음의 BZC-01 내지 BZC-27에 해당할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
그러나, 제시된 벤조 카바졸 화합물의 예는 일 예이며, 화학식 1에 해당한다면 전자 수송성 호스트(REH)는 상술한 화합물들에 한하지 않고 유사한 열적 안정성과 적색 발광층(1220) 내에서 호스트로 작용하며 인접한 인광 발광층인 녹색 발광층(1230)으로의 정공 전달을 저해하지 않는 화합물이면 된다.
본 발명의 적색 발광층(1220)에 포함된 전자 수송성 호스트(REH)는, 열적 안정성을 갖는다. 따라서, 정공 수송성 호스트(RHH)와 전자 수송성 호스트(REH)가 함께 공증착될 때 열 데미지는 두 재료에 공통적으로 분산되므로, 형성된 적색 발광층(1220)이 증착 후 시간이 경과하여도 열적 안정성을 확보할 수 있다.
정공 수송성 호스트(RHH)는 구조적 및 열적으로 안정된 아민 계열의 화합물을 사용하고 있어, 본 발명의 적색 발광층(1220)이 전자 수송성 호스트(REH)에 벤조 카바졸계 화합물을 사용할 경우 대등한 열적 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 적색 발광층(1220)의 전자 수송성 호스트(REH)는 전자 수송 효율이 높지만, 인접한 정공 수송층(1210)과의 상호 작용을 일으키지 않아 정공 수송층(1210)과의 계면에서 여기자가 발생됨을 방지하고, 계면 여기자에 축적으로 적색 발광층(1220) 및 녹색 발광층(1230)에서 내부 여기자 로스가 발생됨을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 발광 소자는 단순히 적색 발광층(1220)의 효율만을 개선한 것이 아니라 인접한 녹색 발광층(1230)으로의 정공을 원활하게 전달해 주는 역할을 한다.
적색 발광층(1220)은 정공 수송층(1210)과 녹색 발광층(1230)의 사이에 위치하며, 정공 수송성 호스트(RHH)와 전자 수송성 호스트(REH)의 상호 작용을 통해 적색 도펀트(RD)에서 여기를 통한 발광이 이루어지고, 여기자(exciton) 발생에 이용되지 않은 정공들은 정공 수송성 호스트(RHH)의 정공 수송으로 다시 녹색 발광층(1230)으로 전달시킨다. 여기서, 상기 전자 수송성 호스트(REH)는 정공 수송층(1210)의 비스카바졸계 화합물과 PL(Photoluminescence) 스펙트럼의 중첩이 거의 없어 정공 수송층(1210)과 적색 발광층(1220)의 계면에서 상호 작용이 없고, 계면에서의 여기자 발생을 방지하고, 정공 수송층(1210)에서 적색 발광층(1220)으로 정공이 전달됨에 있어, 에너지 배리어를 크게 받지 않고 적색 발광층(1220)으로 전달되어, 적색 발광층(1220) 내부와 녹색 발광층(1230)의 내부 사이에 여기자 발생이 이루어지도록 한다.
이를 위해, 전자 수송성 호스트(REH)와 상호 작용을 일으키지 않고, 적색 발광층(1220)으로의 정공 수송 효율을 높이기 위해, 본 발명의 정공 수송층(1210)은, 비스카바졸계 화합물을 이용한다. 정공 수송층(1210)으로 이용되는 비스카바졸계 화합물은, 3, 3 비스카바졸계 화합물로, 하기 화학식 2로 표현할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00011
화학식 2에서, Rd 내지 Rg는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1에서 6의 알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 3에서 6의 사이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6에서 15의 아릴기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5에서 9의 헤테로아릴기, 카바졸기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조티오펜기, 트리알킬실릴기, 트리아릴실릴기 중에서 선택된다.
j, k, l, m, p, q, r은 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다.
n, o는 0에서 3까지의 정수 중에서 선택된다.
R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1에서 6의 알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6에서 15의 아릴기, 카바졸기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조티오펜기 중에서 선택된다.
그리고, 예를 들어, 상기 3, 3, 비스카바졸 화합물을 다음 재료 BCA-01 내지 BCA-44을 들 수 있다.
Figure pat00012
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한편, 도 1에서 상기 정공 수송층(1210)과 접한 전하 생성층(CGL1)은 아민계 화합물에 플로린(Fluorene)계 화합물이 도핑된 p형 전하 생성층(p CGL)이다. 즉, 본 발명의 발광 소자의 인광 스택(PS)은 그 하측에 청색 스택(BS)을 가지며, 청색 스택(BS) 과 인광 스택(PS)에서 나오는 광과의 조합으로 백색을 구현할 수 있다.
또한, 상기 전하 생성층(CGL)은 상기 p형 전하 생성층(p CGL)이 상기 정공 수송층(1210)과 접한 면과 반대 면에 n형 전하 생성층(n CGL)을 포함하며, 상기 n형 전하 생성층(n CGL)은 청색 스택(BS)으로 생성된 전자를 원활히 공급하기 위해 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이 금속이 도핑될 수 있다.
상기 인광 스택(PS)의 정공 수송층(1210)은 8nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있는 것으로, p형 전하 생성층(p CGL)에서 전달되는 정공을 정공 수송층(1210)으로부터 적색 발광층(1220)으로 계면 적체 없이 넘겨 준다. 또한, 정공 수송층(1210)은 인광 스택(PS)의 발광층들이 적절히 공진을 위한 거리를 제 1 전극(110)으로부터 일정 간격 이격하여 갖기 위하여 소정 두께를 갖는다.
도시된 예는 적색 발광층(1220)과 녹색 발광층(1230)이 접한 예를 들어 설명하였지만, 추가적으로 상기 적색 발광층(1220)과 상기 녹색 발광층(1230) 사이에 황녹색 발광층을 더 포함할 수 있다. 이 경우에도 본 발명의 발광 소자는 정공 수송층(1210)과 적색 발광층(1220)의 전자 수송성 호스트의 재료를 변경하여 동일 효과를 가질 수 있다.
한편, 상기 전자 수송성 호스트는 2.4eV이하의 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있는 것으로, 이는 적색 도펀트(RD)의 원활한 여기 동작을 위해서이다. 전자 수송성 호스트의 삼중항 에너지 준위는 1.8eV 이상일 수 있다.
또한, 상기 인광 스택(PS)과 상기 제 2 전극(200) 사이에는 청색 발광층을 포함한 제 2 청색 스택을 하나 이상 포함할 수 있다. 이는 상대적으로 형광 발광층으로 형성하는 청색 발광층의 효율을 보완하고 높아지는 색온도 요구에 맞추어 청색 효율을 향상시키기 위함이다.
이하의 실험을 통해 본 발명의 발광 소자의 의의를 살펴본다.
이하의 실험은 적색 발광층(1220)의 전자 수송성 호스트(REH)의 재료에 의한 영향을 살펴보고자 한 것으로, 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-14)과 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27) 실험은 정공 수송층(1210)의 재료를 상기 비스카바졸계 화합물 중 BCA-6으로 동일하게 하고, 전자 수송성 호스트(REH)의 재료를 변경하여 실험을 진행하였다.
제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-14)에서 적색 발광층의 전자 수송성 호스트는 다음의 REH-1~REH-14의 재료를 이용하였고, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)에서는 상술한 벤조카바졸계의 BZC-1 ~BZC-27를 이용하였다.
Figure pat00028
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도 2는 제 1, 제 2 실험예군에서 이용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
제 1 실험예군에 이용된 발광 소자는 도 2와 같이, 다음의 순서로 형성한다.
즉, 먼저 기판 상에 ITO 성분의 제 1 전극(10)을 형성한다.
이어, 화학식 3의 DNTPD 와, MgF2을 1:1의 중량 비로 하여 7.5nm의 두께로 형성하여 정공 주입층(11)을 형성한다.
[화학식 3]
Figure pat00035
이어, 상술한 BCA-06의 재료로 10nm 증착하여 정공 수송층(12)을 형성한다.
이어, 정공 수송성 호스트(RHH)로 화학식 4의 BPBPA를 이용하고, 전자 수송성 호스트로 상술한 REH-1~REH-14를 변경하며 이용하고 이들을 1:1의 중량비로 혼합하고, 여기에 이리듐 화합물인 화학식 5의 Ir(piq)2acac 을 5wt% 도핑하여 20nm 두께의 적색 발광층(13)을 형성한다.
[화학식 4]
Figure pat00036
[화학식 5]
Figure pat00037
이어, 화학식 6의 CBP, 화학식 7의 TPBi를 공통 호스트로 하여 1:1의 중량비로 혼합하고, 여기에, 화학식 8의 Ir(ppy)3를 15wt%로 도핑하여, 20nm 두께의 녹색 발광층(14)을 형성한다.
[화학식 6]
Figure pat00038
[화학식 7]
Figure pat00039
[화학식 8]
Figure pat00040
이어, TPBi로 25 nm 두께로 전자 수송층(15)을 형성한다.
이어, LiF로 2nm 두께로 전자 주입층(16)을 형성한다.
이어, 알루미늄(Al)을 증착하여 제 2 전극(20)을 형성한다.
한편, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)에서는 적색 발광층(13)의 전자 수송성 호스트(REH) 를 상술한 벤조카바졸계의 BZC-1 ~BZC-27로 변경하고, 나머지 조건은 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-14)과 동일하게 발광 소자를 형성하였다.
구분 REM (REH) Voltage
(V) 		Efficiency
(Cd/A) 		EQE
(%) 		R_Cd/A G_Cd/A CIEx CIEy
Ex1-1 REH-1 3.38 42.6 23.6 10.2 14.4 0.503 0.516
Ex1-2 REH-2 3.42 41.1 23.1 10.1 13.7 0.507 0.513
Ex1-3 REH-3 3.46 40.7 22.0 9.4 14.0 0.498 0.522
Ex1-4 REH-4 3.38 36.8 21.4 9.6 11.9 0.515 0.506
Ex1-5 REH-5 3.45 39.3 22.1 9.7 13.1 0.506 0.514
Ex1-6 REH-6 3.40 40.4 22.6 9.9 13.5 0.506 0.514
Ex1-7 REH-7 3.50 39.2 22.5 10.0 12.9 0.512 0.509
Ex1-8 REH-8 3.48 38.8 21.9 9.6 12.9 0.508 0.512
Ex1-9 REH-9 3.46 43.9 23.7 10.1 15.1 0.497 0.522
Ex1-10 REH-10 3.46 43.0 23.5 10.1 14.7 0.500 0.519
Ex1-11 REH-11 3.47 41.7 23.4 10.3 13.9 0.507 0.513
Ex1-12 REH-12 3.40 41.8 23.3 10.2 14.0 0.505 0.515
Ex1-13 REH-13 3.45 39.0 21.7 9.4 13.1 0.504 0.516
Ex1-14 REH-14 3.51 40.0 22.0 9.5 13.6 0.502 0.518
표 1과 같이, 제 1실험예군(Ex1-1~Ex1-14)을 적색 발광층의 전자 수송성 호스트로 이용한 경우에는, 적색 및 녹색의 인광 광이 합한 값으로 색좌표가 생성되기 때문에, CIEx가 대략 0.5 이상이 됨을 알 수 있다. 이는 녹색 효율이 적색 발광층(13)에서 녹색 발광층(14)으로 전달되는 정공의 전달 효율이 낮아짐을 의미한다. 특히, 이는 청색 스택과 조합하여 백색 발광 소자를 형성시 백색에서 녹색 효율 저하가 크고, 이를 보상하여 전체 백색을 맞출 경우, 발광 표시 장치에서 휘도가 크게 떨어짐을 의미한다. 이하, 표 2를 통해 적색 발광층의 전자 수송성 호스트로 벤조 카바졸계 화합물을 이용한 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)의 결과를 살펴본다.
구분 REM (REH) Voltage
(V) 		Efficiency
(Cd/A) 		EQE
(%) 		R_Cd/A G_Cd/A CIEx CIEy
Ex2-1 BZC-1 3.43 49.6 22.9 8.5 18.9 0.461 0.556
Ex2-2 BZC-2 3.39 50.0 23.0 8.5 19.1 0.460 0.556
Ex2-3 BZC-3 3.39 48.9 22.7 8.5 18.6 0.463 0.554
Ex2-4 BZC-4 3.45 51.2 23.5 8.7 19.6 0.460 0.557
Ex2-5 BZC-5 3.42 51.7 23.7 8.8 19.8 0.460 0.557
Ex2-6 BZC-6 3.49 49.3 22.9 8.6 18.7 0.463 0.554
Ex2-7 BZC-7 3.39 51.2 23.5 8.7 19.6 0.460 0.557
Ex2-8 BZC-8 3.44 50.4 23.4 8.7 19.2 0.462 0.555
Ex2-9 BZC-9 3.50 50.6 23.3 8.6 19.4 0.460 0.556
Ex2-10 BZC-10 3.42 50.0 23.1 8.6 19.1 0.461 0.556
Ex2-11 BZC-11 3.47 50.4 23.5 8.8 19.2 0.463 0.554
Ex2-12 BZC-12 3.45 52.0 23.9 8.8 20.0 0.460 0.557
Ex2-13 BZC-13 3.42 51.1 23.7 8.8 19.5 0.462 0.555
Ex2-14 BZC-14 3.43 50.2 23.1 8.6 19.2 0.461 0.556
Ex2-15 BZC-15 3.38 50.1 23.1 8.6 19.1 0.461 0.556
Ex2-16 BZC-16 3.52 50.5 23.2 8.5 19.4 0.460 0.557
Ex2-17 BZC-17 3.47 50.0 23.3 8.7 19.0 0.463 0.554
Ex2-18 BZC-18 3.41 51.8 23.8 8.8 19.9 0.460 0.557
Ex2-19 BZC-19 3.43 50.3 23.1 8.5 19.3 0.460 0.557
Ex2-20 BZC-20 3.38 49.4 23.0 8.6 18.8 0.463 0.554
Ex2-21 BZC-21 3.41 50.0 23.2 8.7 19.0 0.462 0.555
Ex2-22 BZC-22 3.39 51.7 23.8 8.8 19.8 0.460 0.557
Ex2-23 BZC-23 3.50 50.4 23.4 8.7 19.2 0.462 0.555
Ex2-24 BZC-24 3.51 51.1 23.5 8.6 19.6 0.460 0.557
Ex2-25 BZC-25 3.50 49.5 23.0 8.6 18.9 0.462 0.555
Ex2-26 BZC-26 3.47 50.2 23.3 8.7 19.1 0.463 0.554
Ex2-27 BZC-27 3.39 50.2 23.1 8.5 19.2 0.460 0.556
표 2와 같이, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)에서 벤조 카바졸계 화합물로 적색 발광층의 전자 수송성 호스트를 이용할 경우, 도 2의 발광 소자로 제조시 CIEx가 대략 0.46 으로 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-14) 대비 0.04 정도 낮아짐을 확인할 수 있다. 또한, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)은 적색 효율은 감소하고, 녹색 효율은 상승한 것을 확인할 수 있다. 그런데, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)에서 녹색 효율이 상승하며 전체적인 휘도 효율이 개선됨으로써, 이는 청색 스택과 조합하여 백색을 구현하는 발광 소자를 구현시 전체 휘도에서 큰 부분을 차지하는 녹색 효율의 큰 개선 효과로 발광 소자 외의 다른 보상을 적용하지 않고도 높은 효율의 백색 효율을 얻을 수 있음을 의미한다. 도 3은 제 1 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 4는 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3과 도 4의 발광 스펙트럼을 살펴보면, 적색 발광층의 전자 수송성 호스트의 차이로 각각 적색 효율과 녹색의 발광 스펙트럼의 차이를 보임을 알 수 있다. 도 3의 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-14)의 발광 소자의 발광 스펙트럼은 전체적으로 적색 효율의 상승 효과는 두드러지나, 녹색 효율은 이와 반대로 효율이 떨어짐을 알 수 있다.
반면 도 4의 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-27)의 발광 소자의 발광 스펙트럼은 적색과 녹색이 균등하게 상승 효과를 보이고 있다. 이는 제 2실험예군(Ex2-1~Ex2-27) 적용시 청색 스택과 조합하여 백색 발광 소자를 구현시 별도의 보상을 적용하지 않고 인광 스택 자체로 적절히 적색과 녹색의 발광을 얻을 수 있음을 의미하며, 발광 소자에서 나오는 광을 최대한 이용할 수 있음을 나타낸다.
한편, 상술한 제 1, 제 2 실험예군들에서, 적색 발광층의 정공 수송성 호스트(RHH)는 BPBPA를 이용하였으나 본 발명의 발광 소자는 이에 한정되지 않는다. 화학식 1의 벤조카바졸계 화합물로 이루어진 전자 수송성 호스트와 적색 발광층(R EML) 내에서 적색 발광에 필요한 동작을 하고, 녹색 발광층(G EML)로 정공을 전달하는 데 있어 기능을 한다면 대체 가능하다. 따라서, BPBPA와 같은 아민계 재료도 가능하며, 상술한 비스카바졸계 화합물로도 대체 가능하다. 예를 들어, 적색 발광층과 접한 정공 수송층의 재료를 BCA-1~BCA-44 중 어느 하나의 비스카바졸계 재료로 형성한다면, 적색 발광층의 정공 수송성 호스트는 정공 수송층에서 선택된 재료와 다른 비스카바졸계 재료를 이용하는 것도 가능할 것이다.
이하에서는 정공 수송층과 적색 발광층의 전자 수송성 호스트의 재료에 따라 적색 및 녹색 발광의 효율 차가 발생하는 이유를 살펴본다.
표 3과 같이, 정공 수송층과 적색 발광층의 전자 수송성 호스트의 재료를 변경하여 정공 수송층과 적색 발광층의 계면에서 발생되는 현상을 살펴본다.
도 5는 제 4 실험예의 인광 스택 내 인광 발광층과 정공 수송층의 인접 구성에서 발생되는 여기자 발생을 나타낸 도면이다.
구조 Ex3 Ex4 Ex5
정공 수송층(HTL) BPBPA BPBPA BCA-6
적색발광층 내전자수송성 호스트(REH) REH-1 BZC-01 BZC-01
외부양자효율 우수 저하 우수
REH 열안정성 낮음 우수 우수
표 3과 같이, 제 3 실험예(Ex3)는 정공 수송층(HTL)으로 BPBPA을 이용하고, 적색 발광층 내 전자 수송성 호스트(REH)로서 REH-1을 이용한 것으로, REH-1 의 재료는 위의 제 1 실험예군에서 실험된 바와 같이, 높은 외부 양자 효율에 의해 적색 효율 자체는 상승시킬 수 있지만 재료적으로 비대칭성의 피리딘(pyridine)과 피리미딘(pyrimidine)의 비대칭성의 구성을 포함하고 있어 이들의 전자 구름 불균형으로 인해 재료의 안정성이 떨어진다. 따라서, 낮은 안정성으로 공정시간 혹은 공정 온도가 증가하면 재료 변성이 발생하며, 이로써 경시적으로 안정한 적색 발광층으로 적용하기 힘들 수 있다.한편, 제 4 실험예(Ex4)는 정공 수송층(HTL)으로 BPBPA을 이용하고, 적색 발광층(R EML) 내 전자 수송성 호스트(REH)로서 BZC-01을 이용한 것으로, 도 5와 같이, 정공 수송층의 재료인 BPBPA와 전자 수송성 호스트의 상호 발광이 작용이 발생하며, 정공 수송층에서 전달되는 정공과 적색 발광층에서의 전자가 정공 수송층(HTL)과 적색 발광층(R EML)의 계면에서 여기자(exciton)이 발생한다. 이 경우, 적색 발광층(R EML)과 녹색 발광층(G EML)의 내부에서 작용하여야 하는 여기자의 일부가 정공 수송층(HTL)과 적색 발광층(R EML)의 계면에서 생성되어 여기자 로스가 발생하며, 이로 인해 실질적인 외부 양자 효율이 떨어질 수 있다.
반면, 제 5 실험예(Ex5)는 본 발명의 발광 소자와 같이, 정공 수송층으로 적색 발광층의 재료와 상호 작용을 일으키지 않고 정공 수송 기능을 갖는 비스카바졸 계열의 화합물인 BCA-6을 이용하고, 적색 발광층 내 전자 수송성 호스트(REH)로서 BZC-01을 이용한 것이다. 이 경우, 전자 수송성 호스트(REH)는 높은 열 안정성을 가져 적색 발광층을 형성 후 시간이 경과하여도 변형이 없어 열안정성을 확보할 수 있고, 또한, 정공 수송층과의 상호 작용없이 정공을 전달받을 수 있어, 정공 수송층과 적색 발광층 사이의 계면에서의 여기자 적체없이 적색 발광층(R EML)과 녹색 발광층(G EML)으로 여기자가 잘 분배되어 적색 발광층과 녹색 발광층 양측에서 모두 높은 효율의 발광을 나타낼 수 있다.
이하, 유사한 외부 양자 효율을 갖되, 각각 적색과 녹색의 효율 차가 상이한 제 6 및 제 7 실험예를 통해 색별 효율에 따라 백색 발광 소자에서 보상이 필요한 점과, 본 발명의 발광 소자에서 녹색 효율이 개선된 점의 의의를 살펴본다.
도 6은 유사 외부 양자 효율을 갖는 제 6 및 제 7 실험예의 발광 소자의, 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 7은 제 6 및 제 7 실험예의 발광 소자를 표시 장치에 적용시 색좌표와 휘도 감소율을 나타낸 도면이다.
도 6은, 상술한 제 2 실험예군에서 실험된 결과와 같이, 녹색과 적색이 고른 효율을 갖는 제 6 실험예(Ex6)와 상술한 제 1 실험예군의 녹색보다 적색 효율이 높은 제 7 실험예(Ex7)에서의 백색 발광 스펙트럼을 비교한 것이다.
제 6 실험예(Ex6)와 제 7 실험예(Ex7)는 도 2의 발광 소자 구성에, 각각 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20)에 인접하여 청색 스택을 동일하게 구성한 것이다.
제 6 실험예(Ex6)와 제 7 실험예(Ex7)는 외부 양자 효율이 유사하게 35.6%, 35.7%이나, 제 7 실험예(Ex7)는 적색 발광층에 집중되어 발광이 이루어져 적색 효율이 녹색 효율 보다 큰 세기를 갖는 것이다.
제 6 실험예(Ex6)와 제 7 실험예(Ex7)를 적용한 발광 소자의 동일 청색 스택과의 조합으로 백색 발광 소자 구현시 나오는 백색의 색좌표를 관찰하면, 제 6 실험예(Ex6)는 (0.286, 0.292)이며, 제 7 실험예(Ex7)는 (0.296, 0.272)로 제 7 실험예(Ex7)가 적색 효율이 높아 CIEx 값이 높은 값을 나타냄을 알 수 있다.
한편, 실제로 발광 표시 장치에서 충분한 색역을 표시하고자 할 때 백색을 표현함에 있어 녹색 휘도 효율이 총 백색의 휘도 효율에서 타색보다 가장 큰 부분을 차지한다. 따라서, 녹색 효율이 낮은 발광 소자는 발광 표시 장치의 회로 등을 통해 보상이 필요하며, 색별 조절이 필요하기 때문에 휘도 감소가 발생할 수 있다.
도 7은 발광 표시 장치에서 적용시 색좌표별 휘도 감소율을 평가한 것으로 녹색의 효율이 높은 제 6 실험예(Ex6)은 휘도 감소율은 대략 80%인 점에 비해 적색의 효율이 높은 제 7 실험예(Ex7) 의 휘도 감소율은 대략 60%를 나타내고 있어, 휘도 감소가 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 발광 소자는 제 6 실험예(Ex6)와 같이, 녹색의 효율과 적색의 효율과 유사한 정도로 하여, 전체 백색 발광 소자로서 색밸런스를 조절하여 발광 소자의 효율을 최대한 이용할 수 있는 장점을 갖는다.
이하에서는 도 8의 구조를 갖는 백색 발광 소자로 적용한 제 8 내지 제 10 실험예를 참조하여 본 발명의 발광 소자의 의의를 살펴본다.
도 8은 본 발명의 제 8 내지 제 10 실험예에 적용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 8과 같이, 제 8 내지 제 10 실험예에 적용된 발광 소자는 도 2의 발광 소자 구성에, 각각 제 1 전극과 제 2 전극에 인접하여 청색 스택을 동일하게 구성한 것이다.
즉, 먼저 기판 상에 ITO로 이루어진 제 1 전극(210)을 형성한다.
그리고, 제 1 청색 스택(BS1)으로, 먼저 제 1 전극(210) 상에, MgF2 성분을 5nm 두께로 하여 정공 주입층(HIL)(221)을 형성한다.
이어, DNTPD 성분을 100nm 두께로 형성하여 제 1 정공 수송층(222)을 형성한다.
이어, 화학식 9의 TCTA를 5nm 두께로 형성하여 제 2 정공 수송층(223)을 형성한다.
[화학식 9]
Figure pat00041
이어, 화학식 10의 MADN를 호스트로 이용하고 이에 화학식 11의 DABNA-1를 5wt%로 도핑하여, 20nm 두께의 제 1 청색 발광층(224)을 형성한다.
[화학식 10]
Figure pat00042
[화학식 11]
Figure pat00043
이어, ZADN 등의 전자 수송성 물질로 15nm 두께의 제 1 전자 수송층(225)을 형성한다.
이어, 화학식 12의 Bphen을 호스트 성분으로 포함하고, Li을 2wt% 로 도핑하여, 15nm 두께의 제 1 n형 전하 생성층(251)을 형성한다.
[화학식 12]
Figure pat00044
이어, DNTPD를 호스트로 하고, p형 도펀트를 20wt%로 도핑하여, 제 1 p형 전하 생성층(253)을 7nm의 두께로 형성한다.
제 1 n 형 전하 생성층(251)과 제 1 p형 전하 생성층(253)을 적층하여 제 1 전하 생성층(CGL1)을 이룬다.
인광 스택(PS)은 도 2에서 설명한 바와 유사하며, 이어, 상술한 BPBPA 또는 BCA-6 으로 변경하여 20nm 의 두께로 형성하여 제 3 정공 수송층(231)을 형성한다.
이어, BPBPA 성분의 정공 수송성 호스트(RHH), REH-1이나 BZC-02로 전자 수송성 호스트(REH)를 변경하여 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트를 1:1의 비로 공용 호스트로 이용하고, 이리듐 화합물의Ir(piq)2acac 를 5wt% 도핑하여, 20nm 두께의 적색 발광층(232)을 형성한다.
이어, CBP, TPBi를 공통 호스트로 하여 1:1의 중량비로 혼합하고, 여기에, 이리듐 화합물 Ir(ppy)3를 15wt%로 도핑하여, 20nm 두께의 녹색 발광층(233)을 형성한다.
이어, TPBi 성분을 20 nm 두께로 형성하여 제 2 전자 수송층(234)을 형성한다.
이어, Bphen 성분을 호스트로 이용하고, Li을 3wt% 도핑하여, 20nm 두께의 제 2 n형 전하 생성층(271)을 형성한다.
이어, DNTPD 성분을 호스트로 이용하고, p형 도펀트를 20wt% 도핑하여 10nm 두께의 제 2 p형 전하 생성층(273)을 형성한다.
제 2 n 형 전하 생성층(271)과 제 2 p형 전하 생성층(273)을 적층하여 제 2 전하 생성층(CGL2)을 이룬다.
이어, 형성하는 제 2 청색 스택(BS2)은 상술한 제 1 청색 스택(BS1)의 제 1 정공 수송층(222)부터 제 1 전자 수송층(225)까지 유사하게, 제 4 정공 수송층(241), 제 5 정공 수송층(242), 제 2 청색 발광층(243) 및 제 3 전자 수송층(244)을 형성한다.
이어, LiF성분을 1.5nm 두께로 형성하여, 전자 주입층을 형성하고, 이어, Al을 100nm 두께로 형성하여 음극(220)을 형성한다.
구분 HTL3 REH
Ex8 BPBPA BZC-02
Ex9 BCA-6 REH-1
Ex10 BCA-6 BZC-02
표 4와 같이, 제 8 내지 제 10 실험예(Ex8, Ex9, Ex10)는 도 8의 구조에서, 인광 스택에 접한 정공 수송층(HTL3)과 적색 발광층의 전자 수송성 호스트(REH)를 변경하여 실험을 진행하였다.도 9는 제 8 내지 제 10 실험예의 발광 소자의 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
표 5의 결과는 제 8 내지 제 10 실험예(Ex8, Ex9, Ex10) 의 구동 전압, 외부 양자 효율, 각 색 효율을 나타낸 것으로, 표 6은 적색, 녹색, 청색 및 백색의 색좌표를 나타낸 것이다.
구분 Voltage[V] EQE(%) R 효율
[Cd/A]		 G 효율
[Cd/A]		 B 효율
[Cd/A]		 W 효율
[Cd/A]
Ex8 11.4 27.9 6.8 23.3 4.6 58.9
Ex9 11.2 30.7 11.2 17.5 4.2 54.5
Ex10 11.3 30.8 9.2 23.4 4.6 62.9
구분 Rx Ry Gx Gy Bx By Wx
Ex8 0.681 0.316 0.220 0.707 0.140 0.064 0.282
Ex9 0.684 0.314 0.218 0.700 0.141 0.060 0.320
Ex10 0.683 0.315 0.221 0.706 0.141 0.064 0.304
표 5 및 표 6과 도 9를 통해, 제 8 실험예(Ex8)와 같이, 정공 수송층의 재료가 비스카바졸 계열이 아닐 경우, 전체적으로 효율이 제 10 실험예(Ex10) 대비 낮은 것을 알 수 있다. 제 9 실험예(Ex9)는 적색 발광층의 전자 수송성 호스트(REH)가 벤조카바졸 계열이 아닌 경우, 도 5에서 설명한 바와 같이, 정공 수송층과 적색 발광층간의 계면에서 여기자 로스가 발생하고 이에 따라 적색 효율은 상승하나 녹색 효율의 감소로 전체 백색 효율이 저하함을 알 수 있다.
제 10 실험예(Ex10)와 같이, 적색 발광층과 접한 구성의 정공 수송층을 비스카바졸 계열로 하고, 적색 발광층의 전자 수송성 호스트(REH)을 벤조카바졸 계열로 할 경우, 구동 전압이 늘지 않으며, 높은 외부 양자 효율을 적색과 녹색의 효율을 모두 도 9와 같이 균등하게 상승시키며, 백색의 색좌표 특성도 안정 범위에 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 발광 소자는 복수 서브 화소들에 공통적으로 적용하여 출사측의 전극측으로 백색 광을 출사할 수 있다.
도 10은 본 발명의 발광 소자를 이용한 발광 표시 장치를 일 실시예에 따라 나타낸 단면도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 표시 장치는 복수개의 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP, W_SP)를 갖는 기판(100)과, 상기 기판(100)에 공통적으로 구비되는 발광 소자(OLED)와, 상기 서브 화소 각각에 구비되며, 발광 소자(OLED)의 상기 제 1 전극(110) 과 접속된 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 서브 화소 중 적어도 어느 하나의 상기 제 1 전극(110) 하측에 구비된 컬러 필터층(109R, 109G, 109B)을 포함할 수 있다.
도시된 예는 백색 서브 화소(W_SP)를 포함한 예를 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 백색 서브 화소(W_SP)가 생략되고, 적색, 녹색 및 청색 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP)만 구비한 구조도 가능할 것이다. 경우에 따라, 적색, 녹색 청색 서브 화소를 대체하여 조합하여 백색을 표현할 수 있는 시안(cyan) 서브 화소, 마젠타(magenta) 서브 화소 및 옐로우(yellow) 서브 화소의 조합도 가능하다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 일 예로, 게이트 전극(102)과, 반도체층(104), 및 상기 반도체층(104)의 양측과 접속된 소스 전극(106a) 및 드레인 전극(106b)을 포함한다. 그리고, 상기 반도체층(104)의 채널이 위치한 부위 상부에는 직접적인 소스/드레인 전극(106a, 106b)과 상기 반도체층(104)의 접속을 방지하기 위해 채널 보호층(105)이 더 구비될 수 있다.
상기 게이트 전극(102)과 반도체층(104) 사이에는 게이트 절연막(103)이 구비된다.
상기 반도체층(104)은 예를 들어, 산화물 반도체, 비정질 실리콘 및 다결정 실리콘 중 어느 하나이거나 앞서 열거된 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(104)이 산화물 반도체인 경우, 박막 트랜지스터 형성에 소요되는 가열 온도를 낮출 수 있어 기판(100) 사용에 자유도가 높아 플렉서블 표시 장치로의 적용이 유리할 것이다.
또한, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(106b)은 제 1 전극(110)과 제 1, 제 2 보호막(107, 108) 내에 구비된 콘택홀(CT) 영역에서 접속될 수 있다.
상기 제 1 보호막(107)은 일차적으로 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해 구비되며, 그 상부에 컬러 필터(109R, 109G, 109B)가 구비될 수 있다.
상기 복수개의 서브 화소는 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소, 청색 서브 화소 및 백색 서브 화소를 포함할 때, 상기 컬러 필터는 백색 서브 화소(W_SP)를 제외한 나머지 서브 화소들에 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)로 나뉘어 구비되어, 상기 제 1 전극(110)을 통과하여 출사되는 백색 광을 각 파장별로 통과시킨다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)를 덮으며, 상기 제 1 전극(110) 하측에 제 2 보호막(108)이 형성된다. 제 1 전극(110)은 콘택홀(CT)을 제외하여 제 2 보호막(108) 표면에 형성된다.
여기서, 상기 기판(100)에서부터 박막 트랜지스터(TFT), 컬러 필터(109R, 109G, 109B) 및 제 1, 제 2 보호막(107, 108)까지 포함하여 박막 트랜지스터 어레이 기판(1000)이라 한다.
발광 소자(OLED)는 발광부(BH)를 정의하는 뱅크(119)를 포함한 박막 트랜지스터 어레이 기판(100) 상에 형성된다. 발광 소자(OLED)는 일 예로 투명한 제 1 전극(110)과, 이에 대향된 반사성 전극의 제 2 전극(200)과, 상기 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 사이에, 도 1a 내지 도 2 및 도 5에서 설명한 바와 같이, 제 1, 제 2 전하 생성층(CGL1, CGL2)으로 구분되는 스택들 중 청색 발광 스택(S1, S3)에 화학식 2의 전자 저지물질로 이루어지는 전자 저지층(123), 보론계 청색 도펀트를 갖는 청색 발광층(124) 및 화학식 1의 전자 수송 물질을 포함한 전자 수송층(125)으로 이루어지는 전자 수송 및 저지 유닛(ETBU)을 포함한 것에 특징이 있다.
상기 제 1 전극(110)은 각 서브 화소별로 구분되어 나뉘어 있으며, 백색 발광 소자(OLED)의 나머지 층들은 서브 화소별 구분없이 표시 영역 전체에 일체형으로 구비된다.
본 발명의발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는, 백색을 구현하는 발광 소자를 형광 스택과 인광 스택을 연결하여 형성한다. 이 중 인광 스택은 형광 스택 대비 높은 내부 양자 효율로 서로 다른 인광 발광층을 접하여 구성하여 여기자 사용을 공유한다. 본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 정공 수송층과 다른 인광 발광층과의 사이에 있는 적색 발광층의 재료를 변경하여 정공 수송층과의 계면에서 발생되는 여기자 손실을 방지하고, 여기자 발생이 인접한 인광 발광층들에 균형적으로 나눠지도록 하여 백색을 나타내기 위해 인접한 인광 발광층들의 효율을 어느 한쪽으로 치우치지 않도록 조절할 수 있다.
결과적으로 적색 발광층과 인접한 인광 발광층의 효율 밸런스를 맞추어 백색 발광 소자에서, 인광 발광층들의 휘도를 균형적으로 상승시킬 수 있으며, 발광 표시 장치로서 효율 또한 개선할 수 있다.
일 예에 따른 본 발명의 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 제 1 청색 스택과, 제 1 전하 생성층 및 인광 스택을 포함하고, 상기 인광 스택은 정공 수송층, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 포함하고, 상기 적색 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 적색 도펀트를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00045
R1 내지 R2는 아로마틱링, 페닐기 중에서 선택되고, R3 내지 R4는 아릴기, 페닐기, 나프탈렌기, 바이페닐기 중에서 선택되며, X는 N, O 및 S 중 하나로 선택된다.
상기 인광 스택의 상기 정공 수송층은 3, 3 비스카바졸계 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 정공 수송층과 접한 전하 생성층은 아민계 화합물에 플로린계 화합물이 도핑된 p형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
상기 전하 생성층은 상기 p형 전하 생성층이 상기 정공 수송층과 접한 면과 반대 면에 n형 전하 생성층을 포함하며, 상기 n형 전하 생성층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이 금속이 도핑될 수 있다.
상기 정공 수송층은 8nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 적색 발광층과 상기 녹색 발광층 사이에 황녹색 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송성 호스트는 2.4eV이하의 삼중항 에너지 준위를 가질 수 있다.
상기 인광 스택과 상기 제 2 전극 사이에 청색 발광층을 포함한 제 2 청색 스택을 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 제 1 청색 스택과, 제 1 전하 생성층 및 인광 스택을 포함하고, 상기 인광 스택은 정공 수송층, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 포함하고, 상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물로 이루어지고, 상기 적색 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 적색 도펀트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, p형 전하 생성층, 정공 수송층, 제 1 발광층, 제 2 발광층 및 전자 수송층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고, 상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물로 이루어지고, 상기 제 1 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 600nm 내지 650nm의 발광 피크를 갖는 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 제 2 발광층은 상기 제 1 도펀트보다 단파장의 발광 피크를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 포함한 기판과, 상기 기판 상의 서브 화소에 각각 구비된 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 상술한 발광 소자를 포함할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 110: 제 1 전극
PS: 인광 스택 1210: 정공 수송층
1220: 적색 발광층 1230: 녹색 발광층
1240:전자 수송층 200: 제 2 전극
BS, BS1, BS2: 청색 스택

Claims (11)

  1. 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 제 1 청색 스택과, 제 1 전하 생성층 및 인광 스택을 포함하고,
    상기 인광 스택은 정공 수송층, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
    상기 적색 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 적색 도펀트를 포함한 발광 소자
    [화학식 1]
    Figure pat00046

    (R1 내지 R2는 아로마틱링, 페닐기 중에서 선택되고, R3 내지 R4는 아릴기, 페닐기, 나프탈렌기, 바이페닐기 중에서 선택되며, X는 N, O 및 S 중 하나로 선택된다.).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인광 스택의 상기 정공 수송층은 3, 3 비스카바졸계 화합물 중 어느 하나인 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 수송층과 접한 전하 생성층은 아민계 화합물에 플로린계 화합물이 도핑된 p형 전하 생성층을 포함한 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전하 생성층은 상기 p형 전하 생성층이 상기 정공 수송층과 접한 면과 반대 면에 n형 전하 생성층을 포함하며,
    상기 n형 전하 생성층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이 금속이 도핑된 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 8nm 내지 100nm의 두께를 갖는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 적색 발광층과 상기 녹색 발광층 사이에 황녹색 발광층을 더 포함한 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 수송성 호스트는 2.4eV이하의 삼중항 에너지 준위를 갖는 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인광 스택과 상기 제 2 전극 사이에 청색 발광층을 포함한 제 2 청색 스택을 하나 이상 포함한 발광 소자.
  9. 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 제 1 청색 스택과, 제 1 전하 생성층 및 인광 스택을 포함하고,
    상기 인광 스택은 정공 수송층, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
    상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물로 이루어지고,
    상기 적색 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 적색 도펀트를 포함한 발광 소자
    [화학식 1]
    Figure pat00047

    (R1 내지 R2는 아로마틱링, 페닐기 중에서 선택되고, R3 내지 R4는 아릴기, 페닐기, 나프탈렌기, 바이페닐기 중에서 선택되며, X는 N, O 및 S 중 하나로 선택된다.).
  10. 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, p형 전하 생성층, 정공 수송층, 제 1 발광층, 제 2 발광층 및 전자 수송층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고,
    상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물로 이루어지고,
    상기 제 1 발광층은 화학식 1의 전자 수송성 호스트와, 상기 정공 수송층과 다른 정공 수송성 호스트 및 600nm 내지 650nm의 발광 피크를 갖는 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 제 2 발광층은 상기 제 1 도펀트보다 단파장의 발광 피크를 갖는 발광 소자
    [화학식 1]
    Figure pat00048

    (R1 내지 R2는 아로마틱링, 페닐기 중에서 선택되고, R3 내지 R4는 아릴기, 페닐기, 나프탈렌기, 바이페닐기 중에서 선택되며, X는 N, O 및 S 중 하나로 선택된다.).
  11. 복수개의 서브 화소를 포함한 기판;
    상기 기판 상의 서브 화소에 각각 구비된 박막 트랜지스터; 및
    상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 상기 제 1항 내지 제 10항의 어느 한 항에 따른 발광 소자를 포함한 발광 표시 장치.
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