KR20230103742A - 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 발광 소자는 녹색 스택에서의 구성을 변경하여 색순도 향상과 휘도 향상과 함께 재료적 구동 전압을 감소시키고 수명을 향상시킬 수 있다. 이를 위한 본 발명의 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 p형 전하 생성층, 정공 수송층 및 녹색 발광층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고, 상기 녹색 발광층은 트리아진 계열의 화합물을 호스트로 포함하고, 인광 도펀트를 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 청색 스택과 인접한 인광 스택의 정공 수송층과 녹색 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.
또한, 표시 장치로서 보다 고화질의 요구에 따라 색 순도가 높을 것이 요구되며, 이에 따라 스택 별로 단일 발광층을 구비하여 색 순도를 높이고, 모든 색의 휘도를 향상시키는 것이 연구되고 있다.
그런데, 색순도를 향상시키기 위해 스택별로 단일 색의 발광층을 구비하게 되면 구비된 스택 수가 많아 구동 전압이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 색 순도를 높이기 위해 스택별 단일 발광층을 포함한 복수 스택을 갖는 구조에서도, 구동 전압을 상승시키지 않고, 높은 효율과 향상된 수명을 확보할 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 발명이다.
본 발명의 발광 소자는 녹색 스택에서의 구성을 변경하여 색순도 향상과 휘도 향상과 함께 재료적 구동 전압을 감소시키고 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 본 발명의 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 p형 전하 생성층, 정공 수송층 및 녹색 발광층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고, 상기 녹색 발광층은 트리아진 계열의 화합물을 호스트로 포함하고, 인광 도펀트를 포함하여 이루어질 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.
휘도 향상을 위해 단일 발광층을 각 스택에 갖는 발광 소자에서, 단일 녹색 인광 발광층을 갖는 녹색 스택에 인접한 정공 수송층과 녹색 인광 발광층의 물성을 변경함으로써 녹색 인광 발광층의 주변에 별도의 제어층없이 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 백색을 구현함에 있어서 가장 비율을 많이 차지하는 녹색 스택의 효율을 향상시킴에 의해 백색의 휘도가 향상된다. 또한, 동일 전압을 인가하는 조건에서 백색 휘도가 향상되는 경우, 일정한 휘도를 나타내는데 요구되는 전압이 줄게되므로, 경시적으로 턴온 전압이 줄고, 이에 따라 수명 향상의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자의 일 실시예에 따른 녹색 스택의 층별 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3은 제 1, 제 2 실험예군에서 이용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4는 제 1 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 제 3, 제 4 실험예의 인광 스택의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자의 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 발광 소자를 이용한 발광 표시 장치를 일 실시예에 따라 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자의 일 실시예에 따른 녹색 스택의 층별 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3은 제 1, 제 2 실험예군에서 이용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4는 제 1 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 제 3, 제 4 실험예의 인광 스택의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자의 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
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, 적색 스택(RS), 제 1 청색 스택(BS1), 녹색 스택(GS) 및 제 2 청색 스택(BS2)이 순서대로 구비되고, 각 스택들(RS, BS1, GS, BS2) 사이에 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)이 구비된다.
여기서, 도 1에 따른 발광 소자는, 백색을 나타냄에 있어서, 각 색별 색순도가 높은 효율을 갖기 위해 스택(RS, BS1, GS, BS2)별로 단일 발광층을 구비한 것이다.
여기서, 스택들(RS, BS1, GS, BS2)은 각각의 색 발광층과, 색발광층 하측 ((제 1 전극)(110)에 가까운 측)에 정공 수송층을 구비하고, 색발광층 상측((제 2 전극)(200)에 가까운 측)에 전자 수송층을 구비할 수 있다.
제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)은 각각 양극(Anode)과 음극(cathode)이라고 지칭하기도 한다. 경우에 따라, 도 1에 도시된 바와 반대로 상측에 양극(anode)이, 하측에 음극(cathode)이 구비될 수 있다.
제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 중 적어도 어느 하나는 투명 전극을 포함하고, 나머지는 반사 전극을 포함하여 광의 진행 방향이 결정될 수 있다.
경우에 따라, 제 1전극(110)과 제 2전극(200) 중 어느 하나는 투명 전극으로, 다른 하나는 얇은 반사투과성 전극으로 하여 제 1, 제 2 전극(110, 200)의 스트롱 캐비티 특성을 유지하여 각 발광층에서 나오는 광이 반치폭이 작은 범위로 출사되어 광 효율을 높일 수도 있다.
도 1에는 적색 스택(RS)과 녹색 스택(GS)이 단일로 구비되고, 청색 스택은 제 1, 제 2 청색 스택(BS1, BS2)으로 이중으로 구비된 점을 나타내었다. 이는 형광 발광층을 포함한 청색 스택의 효율이 상대적으로 인광 발광층을 포함한 적색 스택(RS)과 녹색 스택(GS) 대비 낮기 때문에 이를 보완하기 위한 것이다. 경우에 따라, 청색 발광층의 재료를 변경하여 청색 스택의 수를 줄이거나 늘릴 수도 있다.
한편, 도 1에 도시된 적색 스택(RS), 제 1 청색 스택(BS1), 녹색 스택(GS) 및 제 2 청색 스택(BS2)의 위치는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명의 발광 소자의 일 실시예에 따른 녹색 스택의 층별 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 2에서, N은 2 이상의 자연수일 수 있다.
따라서, N번째의 스택으로 녹색 스택은, 제 1 전극(110)으로부터 2번째 이상의 스택에 위치하고, 이후에 다른 색을 발광하는 스택 사이에 있을 수 있다.
도 1을 예로 들면, 녹색 스택(GS)은 제 1, 제 2 청색 스택(BS1, BS2) 사이에 구비된 것으로, 도 2의 구성을 만족할 수 있다.
도 2에 구비된 녹색 스택을 포함한 발광 유닛(Nth Stack)은, p형 전하 생성층(1105), 정공 수송층(1210) 및 녹색 발광층(1220) 및 전자 수송층(1230)이 순서대로 포함될 수 있다.
즉, 도 2의 녹색 스택을 포함한 발광 유닛(Nth Stack)은, 녹색 발광층(1220)의 양측에 정공 수송층(1210)과 전자 수송층(1230)이 위치하는 것으로, 별도의 제어층 없이 단일 인광 발광층으로서 녹색 발광층(1220)으로의 정공과 전자의 제한이 가능하여 녹색 발광층(1220) 내에서 높은 외부 양자 효율로 발광이 가능한 것이다. 그리고 이는 정공 수송층(1210)과 전자 수송층(1230)에 포함된 전자 수송성 호스트(GEH)의 재료를 변경하여 가능하다.
일반적으로 공지된 인광 스택에 이용된 정공 수송층의 재료와 인광 발광층의 호스트로 알려진 재료는, 인광 스택 내에 복수개의 인광 발광층을 구비하고, 각 인광 발광층에 여기자 분배를 위해 고려된 것으로, 녹색 인광 발광층에서 이용될 때 발광 영역이 위치가 정공 수송층이나 전자 수송층과의 계면측으로 치우쳐 녹색 인광 발광층에서 높은 발광 효율을 얻기 힘들다.
도 2에 도시된 발광 유닛에서, p형 전하 생성층(1105)는 녹색 스택이 바로 제 1 전극(또는 Anode)과 인접하지 않아, 녹색 발광층(1220)으로 부족한 정공을 생성하여 공급하는 층이다. p형 전하 생성층(1105)은 아민계 화합물을 호스트(PH)로 포함하고 있고, 그 내부에 플로린(fluorene)계 화합물로 이루어진 유기물이 p형 도펀트(PD)로 0.1wt% 내지 30wt% 로 포함되어, 정공 생성 및 정공 전달을 촉진한다.
p형 도펀트(PD)의 LUMO 에너지 준위는 대략 p형 전하 생성층(1105) 내 호스트(PH)의 HOMO 에너지 준위와 유사하다.
그리고, 정공 수송층(HTL)(1210)의 재료는 대략 -5.8 eV 내지 -5.4eV의 HOMO 에너지 준위를 갖는 것으로, 인접한 p형 전하 생성층(pCGL)(1105)으로부터 정공을 전달받기 위해 p형 전하 생성층(pCGL)(1105)의 호스트 재료(PH)의 HOMO 에너지 준위보다 낮은 HOMO 에너지 준위를 갖는다.
또한, 본 발명의 발광 소자 중 녹색 스택의 녹색 발광층(1220)은 전자 수송성 호스트(GEH), 정공 수송성 호스트(GHH)와 함께, 이들 호스트들(GEH, GHH) 내에 1wt% 내지 30wt% 로 도핑된 녹색 도펀트(GD)를 포함한다.
상기 정공 수송성 호스트(GHH)는 대략 -6.1 eV 내지 -5.4eV의 HOMO 에너지 준위를 갖는 것으로, 인접한 정공 수송층(HTL)(1210)으로부터 정공을 전달받기 위해 정공 수송층(HTL)(1210)의 HOMO 에너지 준위보다 동일하거나 낮은 HOMO 에너지 준위를 갖는다.
그리고, 전자 수송성 호스트(GEH)는 전자를 전달받아 효과적으로 녹색 도펀트(GD)에 전달하기 위한 것으로, 정공 수송성 호스트(GHH)보다 전체적으로 에너지 밴드갭이 하측에 위치한다. 이에 따라, 전자 수송성 호스트(GEH)의 대략 HOMO 에너지 준위는 -6.8eV 내지 -5.6eV 의 값을 갖는다.
또한, 녹색 도펀트(GD)는 정공 수송성 호스트(GHH)로부터 정공을 전달받기 위해 정공 수송성 호스트(GHH)의 HOMO 에너지 준위보다 높은 HOMO 에너지 준위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 녹색 도펀트(GD)는 510 nm 내지 550nm의 파장에서 발광 피크를 갖는 것으로 이리듐 착체 화합물과 같이 금속 착체 화합물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 발광 소자에서는, 녹색 발광층(1220)이 타색 발광층과 접하지 않고 단일로 구성된 구조에서 발광 효율을 최대로 갖는 것으로 이를 위해 녹색 발광층(1220)은 일측이 정공 수송층(1210)과 접하고, 타측이 전자 수송층(1230)에 접한다.
또한, 상기 전자 수송층(1230)은 상기 녹색 발광층(1220)과 접하지 않은 타측이 다음 스택((N+1)th Stack)과의 사이에 있는 전하 생성층(도 1의 CGL 참조)의 n형 전하 생성층(nCGL) 혹은 전자 주입층(도 7의 EIL 참조)과 접할 수 있다. 상기 n형 전하 생성층(nCGL)은 금속이 도핑된 유기층일 수 있고, 상기 전자 주입층은 LiF 또는 Liq 등의 금속 화합물을 갖는 무기물 혹은 유무기 화합물일 수 있다.
또한, 상기 전자 수송층(1230)은 상기 녹색 발광층과 접하지 않은 타측이 금속이 도핑된 유기층 또는 금속 화합물을 갖는 무기층일 수 있다.
상기 p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 청색 발광층을 포함한 청색 스택(도 1의 BS1 또는 BS2)과 이웃하며, 상기 청색 발광층은 420nm 내지 480nm의 발광 피크를 갖는 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 소자에서 녹색 발광층(1220)의 전자 수송성 호스트(GEH)는 하기와 화학식 1의 재료와 같이 트리아진 화합물로 이루어질 수 있다.
[화학식 1]
Re는 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기, 트리페닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 비스카바졸 중에서 선택되고, L은 단일 결합이거나 페닐기, 바이페닐기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기 중에서 선택된다.
그리고, 상술한 화학식 1의 화합물들은 예를 들어, TRZ-01 내지 TRZ-27을 들 수 있다.
그리고, 상기 녹색 발광층(G EML)(1220)과 접한 정공 수송층(1210)은 하기의 비스카바졸계 화합물로, 녹색 발광층(1220)과의 사이에 별도의 제어층이 없어도 계면의 적체없이 정공 수송을 원활히 할 수 있다.
정공 수송층(1210)을 이루는 비스카바졸계 화합물은, 즉, 화학식 2의 제 2 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
[화학식 2]
Ra 내지 Rd는 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. m 및 p은 독립적으로, 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다. n 및 o는 독립적으로 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.
또한, 이러한 비스카바졸계 화합물은, 예를 들어, 다음 재료 BCA-01 내지 BCA-44을 들 수 있다.
이하, 녹색 인광 발광층을 단일 스택으로 한 발광 소자 구조에서, 인접한 정공 수송층과 녹색 인광 발광층의 전자 수송성 호스트의 재료 변경을 통해, 각 재료의 의의를 살펴본다.
제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)과 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-71)는 도 3의 발광 소자를 형성하여 비교 실험하였다.
도 3은 제 1, 제 2 실험예군에서 이용된 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3과 같이, 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)에 따른 발광 소자는 다음의 순서로 형성된다.
먼저, ITO 성분의 제 1 전극(10)을 형성한다.
이어, DNTPD와 MgF2를 1:1의 중량비로 7.5nm 공증착하여 정공 주입층(11)을 형성한다.
이어, 아민 계열(HM-01~HM-25)의 재료를 15nm 증착하여 정공 수송층(12)을 형성한다.
이어, 정공 수송성 호스트로 CBP를 이용하고, 전자 수송성 호스트로, 트리아진 계열의 전자 수송성 호스트(GEH)를 1:1로 혼합하고, 이에 Ir(ppy)3(를 15wt% 로 도핑하여 40nm 두께의 녹색 발광층(13)을 형성한다.
이어, TPBI 성분을 25nm으로 증착하여 전자 수송층(14)을 형성한다.
이어, LiF 성분을 2nm 증착하여 전자 주입층(15)을 형성하고, 이어, 알루미늄(Al)으로 제 2 전극(20)을 형성한다.
제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)의 실험은 정공 수송층(12)의 재료를 아민계 재료로 하였고, 녹색 인광 발광층의 전자 수송성 호스트는 화학식 1의 트리아진 계열의 화합물로 하였다.
제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)에서 이용된 아민계 화합물은 하기 HM-01 내지 HM-25일 수 있다.
제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)의 구동 전압, 효율 및 외부 양자 효율은 다음의 표 1과 같다.
| 구조 |
Voltage
(V)@10mA/ cm 2 |
Efficiency
(cd/A) |
EQE
(%) |
||
| HTL | GEH | ||||
| Ex1-1 | HM-01 | TRZ-20 | 3.42 | 59.8 | 16.4 |
| Ex1-2 | HM-02 | TRZ-20 | 3.50 | 58.5 | 16.0 |
| Ex1-3 | HM-03 | TRZ-20 | 3.56 | 59.2 | 16.2 |
| Ex1-4 | HM-04 | TRZ-20 | 3.43 | 70.1 | 19.2 |
| Ex1-5 | HM-05 | TRZ-20 | 3.59 | 58.7 | 16.1 |
| Ex1-6 | HM-06 | TRZ-20 | 3.59 | 58.6 | 16.1 |
| Ex1-7 | HM-07 | TRZ-20 | 3.42 | 60.7 | 16.6 |
| Ex1-8 | HM-08 | TRZ-20 | 3.58 | 59.7 | 16.4 |
| Ex1-9 | HM-09 | TRZ-20 | 3.59 | 68.5 | 18.8 |
| Ex1-10 | HM-10 | TRZ-20 | 3.51 | 68.1 | 18.6 |
| Ex1-11 | HM-11 | TRZ-20 | 3.53 | 70.4 | 19.3 |
| Ex1-12 | HM-12 | TRZ-20 | 3.44 | 57.8 | 15.8 |
| Ex1-13 | HM-13 | TRZ-20 | 3.40 | 71.2 | 19.5 |
| Ex1-14 | HM-14 | TRZ-20 | 3.44 | 66.7 | 18.3 |
| Ex1-15 | HM-15 | TRZ-20 | 3.51 | 57.7 | 15.8 |
| Ex1-16 | HM-16 | TRZ-20 | 3.51 | 70.4 | 19.3 |
| Ex1-17 | HM-17 | TRZ-20 | 3.57 | 64.1 | 17.6 |
| Ex1-18 | HM-18 | TRZ-20 | 3.57 | 65.8 | 18.0 |
| Ex1-19 | HM-19 | TRZ-20 | 3.50 | 70.7 | 19.4 |
| Ex1-20 | HM-20 | TRZ-20 | 3.48 | 63.2 | 17.3 |
| Ex1-21 | HM-21 | TRZ-20 | 3.55 | 69.8 | 19.1 |
| Ex1-22 | HM-22 | TRZ-20 | 3.56 | 63.2 | 17.3 |
| Ex1-23 | HM-23 | TRZ-20 | 3.41 | 63.0 | 17.3 |
| Ex1-24 | HM-24 | TRZ-20 | 3.53 | 66.3 | 18.2 |
| Ex1-25 | HM-25 | TRZ-20 | 3.41 | 63.1 | 17.3 |
| Ex1-26 | HM-01 | TRZ-01 | 3.48 | 68.7 | 18.8 |
| Ex1-27 | HM-01 | TRZ-02 | 3.56 | 70.8 | 19.4 |
| Ex1-28 | HM-01 | TRZ-03 | 3.56 | 59.0 | 16.2 |
| Ex1-29 | HM-01 | TRZ-04 | 3.41 | 62.4 | 17.1 |
| Ex1-30 | HM-01 | TRZ-05 | 3.45 | 70.7 | 19.4 |
| Ex1-31 | HM-18 | TRZ-06 | 3.46 | 60.2 | 16.5 |
| Ex1-32 | HM-18 | TRZ-07 | 3.53 | 62.2 | 17.1 |
| Ex1-33 | HM-18 | TRZ-08 | 3.57 | 57.3 | 15.7 |
| Ex1-34 | HM-18 | TRZ-09 | 3.53 | 58.2 | 15.9 |
| Ex1-35 | HM-18 | TRZ-10 | 3.41 | 63.1 | 17.3 |
| Ex1-36 | HM-18 | TRZ-11 | 3.57 | 59.1 | 16.2 |
| Ex1-37 | HM-22 | TRZ-12 | 3.50 | 59.3 | 16.2 |
| Ex1-38 | HM-22 | TRZ-13 | 3.50 | 64.7 | 17.7 |
| Ex1-39 | HM-22 | TRZ-14 | 3.51 | 65.4 | 17.9 |
| Ex1-40 | HM-22 | TRZ-15 | 3.55 | 67.1 | 18.4 |
| Ex1-41 | HM-22 | TRZ-16 | 3.44 | 59.6 | 16.3 |
| Ex1-42 | HM-22 | TRZ-17 | 3.59 | 63.7 | 17.4 |
| Ex1-43 | HM-22 | TRZ-18 | 3.53 | 62.1 | 17.0 |
| Ex1-44 | HM-22 | TRZ-19 | 3.52 | 59.8 | 16.4 |
| Ex1-45 | HM-22 | TRZ-20 | 3.48 | 64.5 | 17.7 |
| Ex1-46 | HM-22 | TRZ-21 | 3.44 | 58.7 | 16.1 |
| Ex1-47 | HM-22 | TRZ-22 | 3.43 | 59.7 | 16.4 |
| Ex1-48 | HM-22 | TRZ-23 | 3.55 | 58.1 | 15.9 |
| Ex1-49 | HM-22 | TRZ-24 | 3.45 | 68.2 | 18.7 |
| Ex1-50 | HM-22 | TRZ-25 | 3.41 | 67.1 | 18.4 |
| Ex1-51 | HM-22 | TRZ-26 | 3.50 | 59.8 | 16.4 |
| Ex1-52 | HM-22 | TRZ-27 | 3.54 | 69.2 | 18.9 |
즉, 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)에서, 도 3의 정공 수송층(12)으로 아민 계열의 화합물을 이용할 경우, 외부 양자 효율이 16%~19%로 변동성을 갖는 것을 확인 할 수 있었으며, 이러한 특징은 녹색 발광층의 전자 수송성 호스트의 재료와는 상관 없이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-71)은 도 3의 소자 구조를 이용하되, 정공 수송층(12)의 재료를 비스카바졸 계열의 화합물로 변경하고, 녹색 발광층(13)의 전자 수송성 호스트의 재료는 트리아진계열의 화합물을 이용하였고, 그 결과는 표 2와 같다.
| 구분 | 구조 |
Voltage
(V)@10mA/cm 2 |
Efficiency
(cd/A) |
EQE
(%) |
|
| HTL | GEH | ||||
| Ex2-1 | BCA-01 | TRZ-20 | 3.57 | 82.3 | 22.5 |
| Ex2-2 | BCA-02 | TRZ-20 | 3.58 | 87.5 | 24.0 |
| Ex2-3 | BCA-03 | TRZ-20 | 3.44 | 87.0 | 23.8 |
| Ex2-4 | BCA-04 | TRZ-20 | 3.40 | 86.6 | 23.7 |
| Ex2-5 | BCA-05 | TRZ-20 | 3.59 | 87.7 | 24.0 |
| Ex2-6 | BCA-06 | TRZ-20 | 3.48 | 85.6 | 23.5 |
| Ex2-7 | BCA-07 | TRZ-20 | 3.44 | 87.0 | 23.8 |
| Ex2-8 | BCA-08 | TRZ-20 | 3.43 | 83.5 | 22.9 |
| Ex2-9 | BCA-09 | TRZ-20 | 3.55 | 90.5 | 24.8 |
| Ex2-10 | BCA-10 | TRZ-20 | 3.45 | 86.8 | 23.8 |
| Ex2-11 | BCA-11 | TRZ-20 | 3.57 | 82.5 | 22.6 |
| Ex2-12 | BCA-12 | TRZ-20 | 3.46 | 87.5 | 24.0 |
| Ex2-13 | BCA-13 | TRZ-20 | 3.51 | 89.6 | 24.5 |
| Ex2-14 | BCA-14 | TRZ-20 | 3.59 | 82.2 | 22.5 |
| Ex2-15 | BCA-15 | TRZ-20 | 3.55 | 83.2 | 22.8 |
| Ex2-16 | BCA-16 | TRZ-20 | 3.49 | 90.3 | 24.7 |
| Ex2-17 | BCA-17 | TRZ-20 | 3.54 | 88.7 | 24.3 |
| Ex2-18 | BCA-18 | TRZ-20 | 3.60 | 82.3 | 22.5 |
| Ex2-19 | BCA-19 | TRZ-20 | 3.42 | 89.6 | 24.6 |
| Ex2-20 | BCA-20 | TRZ-20 | 3.44 | 84.6 | 23.2 |
| Ex2-21 | BCA-21 | TRZ-20 | 3.48 | 85.6 | 23.4 |
| Ex2-22 | BCA-22 | TRZ-20 | 3.60 | 89.5 | 24.5 |
| Ex2-23 | BCA-23 | TRZ-20 | 3.44 | 86.4 | 23.7 |
| Ex2-24 | BCA-24 | TRZ-20 | 3.41 | 83.1 | 22.8 |
| Ex2-25 | BCA-25 | TRZ-20 | 3.51 | 86.6 | 23.7 |
| Ex2-26 | BCA-26 | TRZ-20 | 3.56 | 90.1 | 24.7 |
| Ex2-27 | BCA-27 | TRZ-20 | 3.52 | 87.4 | 23.9 |
| Ex2-28 | BCA-28 | TRZ-20 | 3.47 | 86.6 | 23.7 |
| Ex2-29 | BCA-29 | TRZ-20 | 3.58 | 87.8 | 24.1 |
| Ex2-30 | BCA-30 | TRZ-20 | 3.55 | 82.6 | 22.6 |
| Ex2-31 | BCA-31 | TRZ-20 | 3.58 | 82.8 | 22.7 |
| Ex2-32 | BCA-32 | TRZ-20 | 3.49 | 82.6 | 22.6 |
| Ex2-33 | BCA-33 | TRZ-20 | 3.46 | 88.4 | 24.2 |
| Ex2-34 | BCA-34 | TRZ-20 | 3.58 | 86.1 | 23.6 |
| Ex2-35 | BCA-35 | TRZ-20 | 3.46 | 84.1 | 23.0 |
| Ex2-36 | BCA-36 | TRZ-20 | 3.50 | 89.9 | 24.6 |
| Ex2-37 | BCA-37 | TRZ-20 | 3.58 | 85.7 | 23.5 |
| Ex2-38 | BCA-38 | TRZ-20 | 3.55 | 84.9 | 23.3 |
| Ex2-39 | BCA-39 | TRZ-20 | 3.52 | 89.2 | 24.4 |
| Ex2-40 | BCA-40 | TRZ-20 | 3.51 | 82.3 | 22.6 |
| Ex2-41 | BCA-41 | TRZ-20 | 3.44 | 87.3 | 23.9 |
| Ex2-42 | BCA-42 | TRZ-20 | 3.49 | 83.0 | 22.7 |
| Ex2-43 | BCA-43 | TRZ-20 | 3.58 | 82.1 | 22.5 |
| Ex2-44 | BCA-44 | TRZ-20 | 3.46 | 90.3 | 24.7 |
| Ex2-45 | BCA-02 | TRZ-01 | 3.42 | 84.2 | 23.1 |
| Ex2-46 | BCA-02 | TRZ-02 | 3.59 | 88.4 | 24.2 |
| Ex2-47 | BCA-02 | TRZ-03 | 3.58 | 84.1 | 23.0 |
| Ex2-48 | BCA-02 | TRZ-04 | 3.58 | 87.2 | 23.9 |
| Ex2-49 | BCA-02 | TRZ-05 | 3.46 | 87.4 | 23.9 |
| Ex2-50 | BCA-02 | TRZ-06 | 3.57 | 82.7 | 22.6 |
| Ex2-51 | BCA-02 | TRZ-07 | 3.59 | 84.0 | 23.0 |
| Ex2-52 | BCA-02 | TRZ-08 | 3.50 | 84.3 | 23.1 |
| Ex2-53 | BCA-02 | TRZ-09 | 3.47 | 85.2 | 23.3 |
| Ex2-54 | BCA-02 | TRZ-10 | 3.58 | 82.5 | 22.6 |
| Ex2-55 | BCA-02 | TRZ-11 | 3.42 | 88.7 | 24.3 |
| Ex2-56 | BCA-02 | TRZ-12 | 3.56 | 88.6 | 24.3 |
| Ex2-57 | BCA-02 | TRZ-13 | 3.53 | 88.0 | 24.1 |
| Ex2-58 | BCA-02 | TRZ-14 | 3.47 | 83.3 | 22.8 |
| Ex2-59 | BCA-02 | TRZ-15 | 3.57 | 85.3 | 23.4 |
| Ex2-60 | BCA-02 | TRZ-16 | 3.56 | 88.9 | 24.4 |
| Ex2-61 | BCA-02 | TRZ-17 | 3.41 | 89.4 | 24.5 |
| Ex2-62 | BCA-02 | TRZ-18 | 3.45 | 90.3 | 24.7 |
| Ex2-63 | BCA-02 | TRZ-19 | 3.45 | 81.6 | 22.4 |
| Ex2-64 | BCA-02 | TRZ-20 | 3.56 | 90.3 | 24.7 |
| Ex2-65 | BCA-02 | TRZ-21 | 3.40 | 85.7 | 23.5 |
| Ex2-66 | BCA-02 | TRZ-22 | 3.41 | 88.8 | 24.3 |
| Ex2-67 | BCA-02 | TRZ-23 | 3.50 | 89.0 | 24.4 |
| Ex2-68 | BCA-02 | TRZ-24 | 3.45 | 88.6 | 24.3 |
| Ex2-69 | BCA-02 | TRZ-25 | 3.52 | 89.2 | 24.4 |
| Ex2-70 | BCA-02 | TRZ-26 | 3.44 | 83.2 | 22.8 |
| Ex2-71 | BCA-02 | TRZ-27 | 3.59 | 87.9 | 24.1 |
표 2를 살펴보면, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-71)은 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)와 달리 외부 양자 효율(EQE)이 22%이상으로 상향 평준화 됨을 알 수 있으며, 정공 수송층이 아민 계열인 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-52)와 대비 효율이 크게 개선된 점을 확인할 수 있다.
도 4는 제 1 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고, 도 5는 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4 대비 도 5의 제 2 실험예군의 발광 스펙트럼이 녹색 발광의 세기가 25% 내지 30% 이상 향상됨을 알 수 있는 것으로, 비스카바졸계 정공 수송층과 녹색 단일 인광 발광층의 재료 중 전자 수송성 호스트를 트리아진계열의 화합물 이용시 효율 또한 녹색의 발광 효율이 높은 비율로 향상됨을 알 수 있다.
이하에서는, 구조를 변경하여 외부 양자 효율을 향상한 제 3 실험예(Ex3) 구조와 본 발명의 정공 수송층 및 녹색 발광층 구조를 갖는 제 4 실험예(Ex4) 구조에서의 구동 전압, 효율 및 수명의 관계를 살펴본다.
| G mono기준 | 구동전압 @100mA/cm2 |
효율(EQE) | 수명 |
| Ex3 | 7.6V | 23.5% | 100% |
| Ex4 | 4.5V | 16.8% | 111% |
도 6a 및 도 6b는 제 3, 제 4 실험예의 녹색 인광 스택(GS)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a와 같이, 제 3 실험예의 녹색 인광 스택(GS)은, 녹색 발광층(G EML)과 정공 수송층(HTL) 사이에 전자가 녹색 발광층(G EML)에서 정공 수송층(HTL)으로 넘어가는 저지하는 전자 저지층(EBL)을 구비하고, 녹색 발광층(G EML)과 전자 수송층(ETL) 사이에 녹색 발광층(G EML)에서 정공이 전자 수송층(ETL)으로 넘어가는 것을 방지하기 위해 정공 저지층(HBL)을 형성한 구조이다.
여기서, 제 3 실험예(Ex3)의 정공 수송층(HTL)은 아민 계열의 재료를 이용하였고, 녹색 발광층(G EML) 내 전자 수송성 호스트는 TPBi와 같이 인광 도펀트와 함께 사용되는 공지된 전자 수송성 호스트 재료를 이용하였다.
제 3 실험예(Ex3)에서 전류 밀도를 100mA/cm2 로 하였을 때, 외부 양자 효율(EQE) 23.5% 을 맞추게 되면, 표 3과 같이, 구동 전압이 7.6V 소요된다.
도 6b와 같이, 제 4 실험예(Ex4)의 녹색 인광 스택(GS)은 상술한 제 3 실험예(Ex3)와 달리 녹색 (인광)발광층(G EML)(1220)을 정공 수송층(HTL)(1210)과 전자 수송층(ETL)(1230)에 접한 구성을 갖는 것으로, 별도의 수송층 외에 정공 및 전자 수송과 관련된 제어층을 구비하지 않는 것이다. 단, 제 4 실험예(Ex4)의 정공 수송층(HTL)(1210)은 아민 계열의 화합물을 이용하였고, 녹색 발광층의 전자 수송성 호스트는 트리아진 계열의 화합물을 이용한 것으로, 표 1의 제 1 실험예군에서 이용된 재료들을 이용하였다.
이 경우, 제 4 실험예(Ex4)는 녹색 인광 스택(GS) 내에서 층 사용을 저감함으로써, 표 3과 같이, 구동 전압이 4.5V 감소되어, 제 3 실험예 대비 41% 감소됨을 확인할 수 있다. 이는 녹색 인광 스택(GS) 내의 계면 수를 줄여 구동 전압을 저감시킨 것이다.
또한, 수명이 제 3 실험예 대비하여 111%의 수준으로 11%의 개선 효과를 확인할 수 있다.
한편, 표 2에서 살펴본 바와 같이, 제 1 실험예 대비 녹색 발광층(1220)과 접한 정공 수송층의 재료를 비스카바졸계 화합물로 할 때, 전자와 정공이 제한되며 녹색 발광층(1220) 내부에 전자와 정공의 재결합률이 높아져 효율이 상승된 바를 알 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 발광 소자는 적어도 단일 녹색 발광층을 포함하는 녹색 인광 스택에 있어서, 정공 수송층의 재료를 비스카바졸계 화합물로 하고 이와 접한 녹색 발광층의 전자 수송성 호스트를 트리아진계열의 화합물로 하여 구동 전압 감소 및 수명 향상과 함께 효율 증가의 효과를 함께 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 상술한 녹색 인광 스택의 구조를 포함하여 도 1의 4 스택 구조로 발광 소자를 구현한 예를 살펴본다.
도 7은 본 발명의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 발광 소자(OLED)는 제 1 전극(110) 상에 순서대로 적색 스택(RS), 제 1 전하 생성층(CGL1), 제 1 청색 스택(BS1), 제 2 전하 생성층(CGL2), 녹색 스택(GS), 제 3 전하 생성층(CGL3), 및 제 2 청색 스택(BS2)을 형성한 것이다.
여기서, 적색 스택(RS)과 녹색 스택(GS)은 인광 스택으로 하고, 제 1, 제 2 청색 스택(BS1, BS2)은 형광 스택으로 한다.
적색 스택(RS)은 양극(110) 상에 차례로 정공 주입층(121), 제 1 정공 수송층(122), 적색 발광층(123) 및 제 1 전자 수송층(124)을 포함한다.
제 1 내제 제 3 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3)은 각각 n형 전하 생성층(nCGL1, nCGL2, nCGL3)과 p형 전하 생성층(pCGL1, pCGL2, pCGL3)을 포함한다.
제 1 청색 스택(BS1)은 제 1 전하 생성층(CGL1) 상에 형성되며, 제 2 정공 수송층(131), 제 1 전자 저지층(132), 제 1 청색 발광층(133) 및 제 2 전자 수송층(134)을 포함한다.
또한, 녹색 스택(GS)은 제 3 정공 수송층(141), 녹색 발광층(142) 및 제 3 전자 수송층(143)을 포함한다.
제 2 청색 스택(BS2)은 제 3 전하 생성층(CGL3) 상에 형성되며, 제 4 정공 수송층(151), 제 2 전자 저지층(152), 제 2 청색 발광층(153), 제 4 전자 수송층(154) 및 전자 저지층(155)을 포함한다.
여기서, 제 1, 제 2 청색 스택(BS1, BS2)은 타색 스택 대비 제 1, 제 2 전자 저지층(132, 152)을 각각 포함한 것으로, 인접한 인광 스택들과 대응되어 효율을 높이기 전자 수송층(134, 154)에서 이동 속도가 빠른 재료를 이용하여, 전자가 정공 수송층(131, 151)으로 넘어가지 않기 위해 사용된 것이다. 경우에 따라 정공 수송층(131, 151)의 재료를 변경하여 생략될 수 있다.
제 5 내지 제 7 실험예는 각각 녹색 스택(GS)의 제 3 정공 수송층(141)과 녹색 발광층(142) 내 전자 수송성 호스트의 재료에서만 차이를 갖고 나머지 층들의 조건은 동일 조건으로 하여 실험하였다.
| Ex5 | Ex6 | Ex7 | ||
| 효율 | R [Cd/A] | 14.3 | 13.6 | 14.2 |
| G[Cd/A] | 39.5 | 28.8 | 40.3 | |
| B[Cd/A] | 5.2 | 4.8 | 5.3 | |
| EQE(%) | 45.6 | 40.2 | 46.0 | |
| 구동전압 | V | 21.5 | 17.4 | 17.5 |
| 색좌표 | Rx | 0.692 | 0.693 | 0.692 |
| Ry | 0.306 | 0.305 | 0.307 | |
| Gx | 0.276 | 0.272 | 0.276 | |
| Gy | 0.692 | 0.690 | 0.692 | |
| Bx | 0.148 | 0.147 | 0.148 | |
| By | 0.060 | 0.054 | 0.060 | |
| Wx | 0.341 | 0.332 | 0.339 | |
| Wy | 0.355 | 0.313 | 0.355 | |
도 8은 도 7의 제 5 내지 제 7 실험예에 따른 발광 소자의 백색 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
제 5 실험예(Ex5), 제 6 실험예(Ex6)는 제 1 실험예군의 Ex1-15와 같이, 제 3 정공 수송층(142)을 HM-15으로 하고, 녹색 발광층(142)의 전자 수송성 호스트(GEH)를 TRZ-20으로 한 것이다. 단, 제 5 실험예(Ex5)은 효율 향상을 목적으로 전자 저지층(EBL)과 정공 저지층(HBL)을 각각 녹색 발광층(142)에 접하여 추가 구성한 것이다.
제 7 실험예(Ex7)는 제 3 정공 수송층(142)을 BCA-03으로 하고, 녹색 발광층(142)의 전자 수송성 호스트(GEH)를 TRZ-20으로 한 것이다.
제 5 실험예(Ex5)는 도 8과 같이, 특히 녹색의 효율 개선 효과를 얻지만, 표 4와 같이, 구동 전압이 제 6 실험예(Ex6) 대비 4V 이상 차이남을 알 수 있다. 즉, 구동 전압이 증가하는 구조이며, 장시간 구동시 전력 소모가 커 수명에도 영향을 줌을 예상할 수 있다.
제 6 실험예(Ex6)은 구동 전압을 개선되며, 백색을 구현함에 있어, 녹색의 비중이 큰 상황에서 녹색의 효율이 제 5 실험예(Ex5) 대비 10.7Cd/A의 효율 차가 있어, 백색을 발광하는 소자로 구현시 원하는 백색 휘도를 맞추기 위해 발광 소자 외의 보상 수단이 필요함을 예상할 수 있다.
이와 달리, 본 발명의 발광 소자와 같이, 제 7 실험예(Ex7)의 경우에는 효율이 제 5 실험예(Ex5)에 대응되는 수준 이상으로 향상되고, 동일 층상 구조를 갖는 제 6 실험예(Ex6) 대비하여는 구동 전압이 동등 수준인데, 효율이 11.5Cd/A 이상 개선된 것으로, 백색 발광 소자로 구현시 구동 전압이 저하한 상태에서도 효율 향상 효과를 얻을 수 있음을 예상할 수 있다. 이는 장시간 구동시 낮은 구동 전압으로 동작이 가능한 것을 의미하는 것으로 수명 향상에도 직접적으로 영향을 줌을 이해할 수 있다.
이하는 본 발명의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 9와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 도 7의 발광 소자와 비교하여, 적색 발광층(323) 접하여 제 1 청색 발광층(324)을 갖고, 그 상부에 제 1 전자 수송층(325)을 구비한 것으로, 색온도 향상 요구에 맞추어 청색 발광층을 인광 발광층인 적색 발광층(323)에 접하여 더 구비한 것이다.
이 경우, 제 1, 제 2청색 스택(BS1, BS2)은 각각 정공 수송층(331, 351), 전자 저지층(332, 352), 청색 발광층(333, 353) 및 전자 수송층(334, 354)를 갖고, 음극(400)과 접한 제 2 청색 스택(BS2)은 추가적으로 전자 주입층(360)을 더 구비한다.
또한, 녹색 발광층(GS)은 도 7에서 설명한 바와 같이, 단순 구조로 정공 수송층(341), 녹색 발광층(342) 및 전자 수송층(343)의 구조를 갖는 것으로, 상술한 바와 같이, 단순 구조로 구동 전압을 감소시킬 수 있고, 정공 수송층(341)과 녹색 발광층(342) 내 전자 수송성 호스트의 재료 변경에 의해 효율 향상 및 구동 전압 감소와 더불어 수명 향상의 효과를 함께 가질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 발광 소자를 발광 표시 장치에 이용한 예를 살펴본다.
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, 상술한 설명과 같이, 녹색의 인광 스택에 단일 녹색 발광층을 포함하는 구조에서, 녹색 발광층과 접한 정공 수송층의 재료를 화학식 2의 비스카바졸계 화합물로 하고, 녹색 발광층 내 전자 수송성 호스트의 재료를 화학식 1의 트리아진계 화합물로 하여, 효율 향상, 구동 전압 저감 및 수명 향상을 더불어 얻을 수 있다.
본 발명의 발광 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.
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.
[화학식 1]
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.
본 발명의 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 p형 전하 생성층, 정공 수송층 및 녹색 발광층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고, 상기 녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함하여 이루어질 수 있다.
[화학식 1]
Re는 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기, 트리페닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 비스카바졸 중에서 선택되고, L은 단일 결합이거나 페닐기, 바이페닐기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기 중에서 선택된다.
그리고, 상기 정공 수송층은 화학식 2의 제 2 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
[화학식 2]
Ra 내지 Rd는 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. m 및 p은 독립적으로, 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다. n 및 o는 독립적으로 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.
상기 인광 도펀트는 510nm 내지 550nm 의 발광 피크를 갖는 금속 착체 화합물일 수 있다.
상기 녹색 발광층은 상기 정공 수송층과 접하지 않은 타측이 전자 수송층과 접할 수 있다.
상기 전자 수송층은 상기 녹색 발광층과 접하지 않은 타측이 전자 주입층 또는 n형 전하 생성층과 접할 수 있다.
상기 전자 수송층은 상기 녹색 발광층과 접하지 않은 타측이 금속이 도핑된 유기층 또는 금속 화합물을 갖는 무기층일 수 있다.
상기 p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 청색 발광층을 포함한 청색 스택과 이웃하며, 상기 청색 발광층은 420nm 내지 480nm의 발광 피크를 갖는 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 p형 전하 생성층은 상기 제 1 전극으로부터 50nm 이상 이격될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 및 p형 전하 생성층, 정공 수송층, 녹색 발광층 및 전자 수송층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고, 녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함하고, 상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물의 제 2 물질을 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, 적색 스택, 제 1 청색 스택, 녹색 스택 및 제 2 청색 스택을 순서대로 포함하고 상기 녹색 스택은 정공 수송층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 순서대로 포함하고, 녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함하고, 상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물의 제 2 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 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
1105: p형 전하 생성층 1210: 정공 수송층
1220: 녹색 발광층 1230: 전자 수송층
200: 제 2 전극 GS: 녹색 스택
GEH:전자 수송성 호스트 GHH: 정공 수송성 호스트
GD: 녹색 도펀트
1105: p형 전하 생성층 1210: 정공 수송층
1220: 녹색 발광층 1230: 전자 수송층
200: 제 2 전극 GS: 녹색 스택
GEH:전자 수송성 호스트 GHH: 정공 수송성 호스트
GD: 녹색 도펀트
Claims (13)
- 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
p형 전하 생성층, 정공 수송층 및 녹색 발광층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고,
상기 녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함한 발광 소자
[화학식 1]
(Re는 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기, 트리페닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 비스카바졸 중에서 선택되고, L은 단일 결합이거나 페닐기, 바이페닐기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기 중에서 선택된다). - 제 1항에 있어서,
상기 정공 수송층은 화학식 2의 제 2 물질을 포함한 발광 소자
[화학식 2]
(Ra 내지 Rd는 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. m 및 p은 독립적으로, 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다. n 및 o는 독립적으로 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.). - 제 1항에 있어서,
상기 인광 도펀트는 510nm 내지 550nm 의 발광 피크를 갖는 금속 착체 화합물인 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 녹색 발광층은 상기 정공 수송층과 접하지 않은 타측이 전자 수송층과 접한 발광 소자. - 제 4항에 있어서,
상기 전자 수송층은 상기 녹색 발광층과 접하지 않은 타측이 전자 주입층 또는 n형 전하 생성층과 접한 발광 소자. - 제 4항에 있어서,
상기 전자 수송층은 상기 녹색 발광층과 접하지 않은 타측이 금속이 도핑된 유기층 또는 금속 화합물을 갖는 무기층인 발광 소자. - 제 4항에 있어서,
상기 p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층 중 적어도 하나는 청색 발광층을 포함한 청색 스택과 이웃하며,
상기 청색 발광층은 420nm 내지 480nm의 발광 피크를 갖는 청색 도펀트를 포함한 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 p형 전하 생성층은 상기 제 1 전극으로부터 50nm 이상 이격된 발광 소자. - 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
p형 전하 생성층, 정공 수송층, 녹색 발광층 및 전자 수송층이 순서대로 적층된 발광 유닛을 포함하고,
녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함하고,
상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물의 제 2 물질을 포함한 발광 소자
[화학식 1]
(Re는 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기, 트리페닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 비스카바졸 중에서 선택되고, L은 단일 결합이거나 페닐기, 바이페닐기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기 중에서 선택된다). - 제 9항에 있어서,
상기 제 2 물질은 화학식 2로 표현되는 발광 소자
[화학식 2]
(Ra 내지 Rd는 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. m 및 p은 독립적으로, 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다. n 및 o는 독립적으로 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.). - 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 적색 스택, 제 1 청색 스택, 녹색 스택 및 제 2 청색 스택을 순서대로 포함하고
상기 녹색 스택은 정공 수송층, 녹색 발광층 및 전자 수송층을 순서대로 포함하고,
녹색 발광층은 화학식 1의 제 1 물질과 인광 도펀트를 포함하고,
상기 정공 수송층은 비스카바졸계 화합물의 제 2 물질을 포함한 발광 소자
[화학식 1]
(Re는 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기, 트리페닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 비스카바졸 중에서 선택되고, L은 단일 결합이거나 페닐기, 바이페닐기, 다이벤조퓨란기, 다이벤조싸이오펜기 중에서 선택된다). - 제 11항에 있어서,
상기 제 2 물질은 화학식 2로 표현되는 발광 소자
[화학식 2]
(Ra 내지 Rd는 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. m 및 p은 독립적으로, 0에서 4까지의 정수 중에서 선택된다. n 및 o는 독립적으로 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.). - 복수개의 서브 화소를 포함한 기판;
상기 기판 상의 서브 화소에 각각 구비된 박막 트랜지스터; 및
상기 박막 트랜지스터와 접속되며, 상기 제 1항 내지 제 12항의 어느 한 항에 따른 발광 소자를 포함한 발광 표시 장치.
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