KR20230103753A - 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 것으로, 양 전극 사이에 복수 스택을 갖는 구조에서, 스택 사이의 연결 구조를 변경하여 구동 전압을 줄임과 함께 측부 누설 전류를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 복수개의 스택 및 상기 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트와 금속 도펀트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 제 2 호스트와 유기 도펀트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 복수개의 스택 및 상기 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트와 금속 도펀트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 제 2 호스트와 유기 도펀트를 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 발광 소자에 관한 것으로, 특히 복수 스택을 이용하는 구조에서 스택과 스택을 연결하는 구조를 개선하여 측부 누설 전류를 감소하고, 구동 전압을 감소시킬 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 것이다.
최근 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 자발광 소자를 표시 패널 내에 갖는 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
한편, 최근 발광 표시 장치에 이용되는 발광 소자는, 화질을 나타냄에 보다 높은 효율에 대한 요구가 있어, 복수의 스택을 적층하는 방식이 선호되고 있다.
그런데, 복수 스택 적용시, 스택 내에 각 발광층 사용에 따라 전극에서 멀어진 스택으로 캐리어를 공급하기 위해 스택 사이의 연결 구조가 필요한데, 인접한 두 스택의 발광 원리가 상이할 때 연결 구조에서 인접한 양 스택으로 서로 대등한 수준으로 정공과 전자를 공급하기 어려운 문제가 있다. 또한, 연결 구조에서 인접한 양 스택으로 공급되는 정공 및 전자간 캐리어의 불균형이 발생하는 경우 구동 전압이 늘어나는 문제도 발생한다.
본 발명은 이를 해결하고자 안출된 발명으로 양 전극 사이에 복수 스택을 갖는 구조에서, 스택 사이의 연결 구조를 변경하여 구동 전압을 줄임과 함께 측부 누설 전류를 방지할 수 있는 발광 소자 및 발광 표시 장치에 관한 발명이다.
본 발명은 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 것으로, 양 전극 사이에 복수 스택을 갖는 구조에서, 스택 사이의 연결 구조를 변경하여 구동 전압을 줄임과 함께 측부 누설 전류를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 복수개의 스택 및 상기 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트와 금속 도펀트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 제 2 호스트와 유기 도펀트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 인접하여, 제 1 정공 수송층, 청색 발광층 및 제 1 전자 수송층을 포함한 청색 스택과, 상기 제 2 전극과 인접하여, 제 2 정공 수송층, 적어도 2개 이상의 청색보다 장파장의 발광층들이 접합된 인광 발광부, 및 제 2 전자 수송층을 포함한 인광 스택과, 상기 청색 스택과 상기 인광 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 화학식 2의 유기 도펀트를 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.
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
제 1, 제 2 전극 사이에 복수 스택을 연결하는 구조에서, 전자를 생성하는 전자 생성층에 금속 도펀트가 소량으로 포함된다. 이 경우, 측부 누설 전류를 제한하기 위해 금속 도펀트가 제한되는데, 제한된 금속 도펀트에 맞춰 수직 방향에서의 구동 전압 제어가 필수적이다. 본 발명의 발광 소자는 전자 생성층에 이용되는 호스트를 금속 도펀트와의 호스트간의 호환 동작이 가능한 페난쓰리딘과 포스핀옥사이드계 화합물을 이용하여 측부 누설 전류 방지와 함께 구동 전압 감소의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이러한 전자 생성층에 이어 나오는 정공 생성층의 유기 도펀트의 재료로 변경하여, 보다 구동 전압이 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 영역 내 전자 생성층 및 정공 생성층의 전자 및 정공 생성과 전달에 따른 구동 전압 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제 1 실험예군 내지 제 3 실험예군에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 영역 내 전자 생성층 및 정공 생성층의 전자 및 정공 생성과 전달에 따른 구동 전압 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제 1 실험예군 내지 제 3 실험예군에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 발광 표시 장치를 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 단면도이며, 도 2는 도 1의 A 영역 내 전자 생성층 및 정공 생성층의 전자 및 정공 생성과 전달에 따른 구동 전압 관계를 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)과, 상기 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 사이에, 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS)을 포함하고, 상기 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS) 사이에 전하 생성층(CGL)을 포함한다.
제 1 전극(110)은 정공을 공급하는 관점에서 양극이라 할 수 있고 제 2 전극(200)은 전자를 공급하는 관점에서 음극이라 할 수 있다. 경우에 따라, 도시된 바와 반대로, 하측의 제 1 전극(110)이 음극이고, 제 2 전극(200)이 양극이 될 수 있다.
여기서, 제 1 전극(110)에서 정공이 공급되고, 제 2 전극(200)에서 전자가 공급된다고 할 때, 청색 스택(BS)은 전자 공급이 부족할 수 있고, 인광 스택(PS)은 정공 공급이 부족할 수 있다. 즉, 복수 스택을 갖는 구조에서, 전극으로부터의 거리가 먼 스택에 부족한 전하, 즉, 전자 또는 정공을 공급해주기 위해 제 1, 제 2 전극(110, 200) 내부에 전하 생성층(CGL)이 구비된다.
전하 생성층(CGL)은 전자 생성층(nCGL)과 정공 생성층(pCGL)을 포함할 수 있으며, 각각 전자 생성층(nCGL)은 전자를 생성하여 청색 스택(BS)으로 전자를 전달하며, 정공 생성층(pCGL)은 정공을 생성하여 인광 스택(PS)으로 전달한다.
도 1에 도시된 예는 일예이며, 전하 생성층(CGL)에 대해 인광 스택(PS)이 하측에 있고, 상측에 청색 스택(BS)이 구비되는 예도 가능하다.
또한, 도시된 청색 스택(BS)와 인광 스택(PS) 외에도 인광 스택(PS)과 제 2 전극(200) 사이에 다른 스택이 더 구비되고, 다른 스택과 인광 스택(PS) 사이에 또 다른 전하 생성층이 구비될 수 있다.
한편, 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS) 각각은 정공 수송층과 발광층, 전자 수송층을 포함할 수 있다.
따라서, 도 2와 같이, 전자 생성층(nCGL)은 인접한 청색 스택(BS)의 전자 수송층(ETL)과 접할 수 있고, 정공 생성층(pCGL)은 인접한 인광 스택(PS)의 정공 수송층(HTL)과 접할 수 있다. 이 경우, 청색 스택(BS)의 전자 수송층(ETL)은 전자 생성층(nCGL)과 접하지 않은 반대면이 청색 발광층(B EML)과 접하고, 인광 스택(PS)의 정공 수송층(HTL)은 정공 생성층(pCGL)과 접하지 않은 반대면이 적색 발광층(R EML)이 접할 수 있다.
한편, 전자 생성층(nCGL)은 제 1 호스트(H1)와 n형 도펀트(ND)를 포함한다. 여기서, n형 도펀트(ND)는 전자 생성층(nCGL) 내의 제 1 호스트(H1)와 상호 작용하며 전자를 발생시키는 것으로, 이터븀(Yb) 등의 전이 금속이나 리튬(Li)이나 마그네슘(Mg) 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 등이 포함된다.
상기 전자 생성층(nCGL)은 인접한 스택(BS)의 안트라센을 코어로 한 화합물로 이루어진 전자 수송층(ETL)과 접할 수 있다. 그러나, 전자 생성층(nCGL)과 접한 전자 수송층(ETL)은 반드시 안트라센을 코어로 한 화합물이 아니더라도, 스택(BS) 내 효율 개선을 목적으로 변형을 갖는 화합물일 수도 있다. 예를 들어, 전자 수송층(ETL)의 재료는 사이클로 알킬기, 아릴기, 헤테로 아릴기 및 카바졸기 등의 재료를 포함한 함질소 화합물일 수 있다.
정공 생성층(pCGL)은 제 2 호스트(H2)와 유기 도펀트(PD)로 이루어진다. 전자 생성층(nCGL)에 비해 상대적으로 정공 생성층(pCGL)은 도펀트 또한 유기물 재료로 이루어지며, 이들의 에너지 밴드갭 차로, 정공 생성 및 전달을 촉진할 수 있다. 즉, 정공 생성층(pCGL)에서 제 2 호스트(H2)의 HOMO 준위에 가깝게 유기 도펀트(PD)의 LUMO 준위를 갖는데, 제 2 호스트(H2)의 HOMO 준위에서 생성된 정공이 인접한 인광 스택(PS)의 정공 수송층(HTL)으로 전달되도록 유기 도펀트(PD)가 작용한다.
상기 정공 생성층(pCGL)에 포함하는 제 2 호스트(H2)는 인접한 스택(PS)의 정공 수송층(HTL)과 다른 아민 계열의 화합물일 수 있다.
예를 들어, 인접한 스택(PS)에서 이용되는 정공 수송층(HTL)이 비스카바졸계 화합물로 형성될 수 있다. 이 경우, 정공 생성층(pCGL)에 포함된 제 2 호스트(H2)는 아민 계열의 화합물로 예를 들어, BPBPA, DNTPD, NPB, m-MTDATA 등이 가능할 수 있다. 그러나, 제 2 호스트(H2)는 반드시 아민 계열의 화합물일 필요도 없고, 유기 도펀트(PD)와 작용하여 정공을 생성할 수 있다면 다른 재료의 화합물일 수도 있다.
도 2를 통해, 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS)이 이웃할 때, 전하 생성층(CGL)에 의한 정공 및 전자의 캐리어 전달과 구동 전압과의 관계를 살펴본다.
인접한 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS)의 사이에는 전자 생성층(nCGL)과 정공 생성층(pCGL)이 구비되어, 각각 청색 형광 스택(BS)으로 생성된 전자를 공급 및 전달하여 주고, 인광 스택(PS)으로 생성된 정공을 공급 및 전달한다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 전하 생성층(CGL)을 제외한 인접한 청색 스택(BS)과 인광 스택(PS)은 동일한 구조와 특성을 갖는다.
이 중 도 2(a)는 전자 생성층(nCGL)의 전자 생성 및 전달 능력이 뛰어나고 정공 생성층(pCGL)의 정공 생성 능력이 떨어진 예로, 전자 생성층(nCGL)에서 생성된 전자를 빠르게 청색 발광층(BEML)로 전달하여 소멸시킬 수 있으나, 정공 생성층(pCGL)에서 생성된 정공은 적색 발광층(REML)으로 전달됨에 있어서 큰 구동 전압이 필요하다. 또한, 인접한 스택간 전자와 정공간의 수송 능력의 차가 발생되어 각 발광층에서 먼저 공급된 전자가 정공을 막아 여기 작용을 저지하거나 그 반대의 작용이 일어나 발광층에서 전자와 정공의 재결합율이 떨어진다.
도 2(b)는, 도 2(a)와 반대로, 전자 생성층(nCGL)의 전자 생성 및 전달 능력이 떨어지고, 정공 생성층(pCGL)의 정공 생성 및 전달 능력이 뛰어난 예로, 정공 생성층(pCGL)에서 생성된 정공은 빠르게 인광 스택(PS)의 정공 수송층(HTL)을 통해 적색 발광층(REML)으로 공급될 수 있으나, 전자 생성층(nCGL)에서 전자 수송층(ETL)을 통해 청색 발광층(BEML)로 공급됨에 있어, 느린 전자 전달이 이루어지고 있어, 큰 구동 전압이 요구된다.
도 2(c)는 정공 생성층(pCGL)이 우수한 정공 생성 능력 및 전달 능력을 갖고, 대응되어 전자 생성층(nCGL) 또한 전자 생성 능력 및 전달 능력을 갖는 것으로, 구동 전압을 낮추는 것이 기대된다.
본 발명의 발광 소자는, 전자 생성층(nCGL)에서 도핑된 금속 도펀트의 사용시 수평적 확산을 제어하기 위해 이터븀(Yb)과 같은 전이 금속으로 재료가 제한될 경우, 전자 생성 능력 및 전달 능력을 향상시킬 수 있는 제 1 호스트(H1)으로 다음의 화학식 1의 재료를 제안한다.
[화학식 1]
R1 내지 R6는 사이클로알킬기, 아릴기 및 헤테로아릴기 중 에서 선택된다.
R7은 트리페닐포스핀옥사이드(triphenylphosphine oxide)로 선택된다.
L은 퀴나졸린(quinazoline) 혹은 피리미딘(pyrimidine)으로 선택된다.
그리고, 상기 전자 생성층(nCGL)의 제 1 호스트(H1)로서 화학식 1로 가능한 물질은 다음의 NCH-01 내지 NCH-26을 들 수 있다. 한편, 본 발명의 제 1 호스트(H1)는 NCH-01 내지 NCH-26에 한하지 않으며 화학식 1로 표현될 수 있다면, 다른 재료라도 본원발명에서 설명하는 스택 간 전자 공급시 금속 도펀트의 확산을 방지하고 구동 전압을 낮출 수 있는 동종의 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자는, 전자 생성층(nCGL)에 인접한 정공 생성층(pCGL)에 주 성분으로 포함된 제 2 호스트(H2)에 P형 도펀트로 작용하는 유기 도펀트로 다음 화학식 2의 재료를 제안한다.
[화학식 2]
A는 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 말로노니트릴기, 트리플루오로메틸기 트리플루오로메톡시기, 치환 혹은 비치환된 아릴기 또는 헤테로 아릴기이며, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 할로겐, 시아노, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시에서 선택되고, 치환기는 각각 독립적으로 수소 및 중수소 중 하나이다.
C1 및 C2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기 중 하나이다.
D1 내지 D4는 각각 독립적으로 단일 또는 이중결합으로 연결하고 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시 중 하나로 치환, 적어도 둘 이상은 시아노기를 포함한다.
상기 정공 생성층(pCGL)의 유기 도펀트(PD)로 화학식 2로 가능한 화합물은 다음의 PD-04 내지 PD-36을 들 수 있다.
한편, 이하의 PD-01 내지 PD-03은 본 발명의 화학식 2의 화합물과 구분되는 p형 도펀트로, 대조군으로 제 1 내지 제 2 실험예군에서 대조군으로 이용되어 실험된 것이다.
이하에서는, 본 발명의 백색 발광 소자의 예로서, 복수 스택을 갖는 발광 소자에서 전하 생성층을 전자 생성층의 제 1 호스트와 정공 생성층의 유기 도펀트의 변경에 따라 구동 전압, 적색, 녹색 및 청색 및 백색의 효율, 백색의 색좌표를 평가한 실험을 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 구체적인 단면도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100) 상에 서로 대향된 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)을 포함하고, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 사이에 제 1 내지 제 3 스택(S1, S2, S3)과 제 1 내지 제 3 스택(S1, S2, S3) 사이에 구비된 전하 생성층(150, 170)을 포함한다.
그리고, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 사이의 구성은 주 재료가 유기 재료인 점에서 유기 스택(OS)라고 할 수 있으며, 혹은 제 1, 제 2 전극(110, 200) 사이에 있는 점에서 내부 스택이라고도 한다.
제 1 스택(S1)은 청색을 발광하는 스택으로 정공 주입층(121), 제 1 정공 수송층(122), 제 1 전자 저지층(123), 제 1 청색 발광층(124) 및 제 1 전자 수송층(125)을 포함한다.
정공 주입층(121)은 제 1 전극(110)으로부터 정공 주입을 원활히 하는 층으로, 정공 수송성 재료와 p형 도펀트를 포함하거나, 제 1 전극(110)과의 일함수가 작은 무기 화합물로 이루어질 수 있다.
그리고, 제 1 정공 수송층(122)은 정공 주입층(121)으로부터 정공을 제 1 청색 발광층(124)으로 전달하는 기능을 갖는다.
제 1 전자 저지층(123)은 제 1 정공 수송층(122)과 유사하게 정공 수송 기능과 함께, 제 1 청색 발광층(124)에서 전자가 제 1 정공 수송층(122)으로 넘어가는 것을 막는 기능을 갖는다. 이 기능을 위해 제 1 전자 저지층(123)의 LUMO 준위는 제 1 청색 발광층(124)의 호스트의 LUMO 준위보다 상측에 있을 수 있다.
상기 제 1 청색 발광층(124)은 420nm 내지 480nm의 파장에서 발광 피크를 갖는 것으로, 이를 위해 보론계 도펀트, 파이렌계 도펀트를 이용할 수 있다.
또한, 제 1 전자 수송층(125)은 인접한 전자 생성층(151)에 생성된 전자를 제 1 청색 발광층(124)으로 전달하는 기능을 한다.
제 2 스택(S2)은 인광 스택으로, 제 2 정공 수송층(131)과, 적색 발광층 (132), 황녹색 발광층(133), 녹색 발광층(134) 및 제 2 전자 수송층(135)을 포함한다. 여기서, 적색 발광층(132), 황녹색 발광층(133) 및 녹색 발광층(134)은 인광 발광부(PEML)에 포함된다. 발광 소자가 표현하고자 하는 색역에 따라 인광 발광부(PEML)에 구비되는 발광층의 수는 달라질 수 있다. 예를 들어, 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(134)만으로도 이루어질 수 있고, 적색 발광층(132)과 황녹색 발광층(133) 사이 혹은 황녹색 발녹색 발광층(133)과 녹색 발광층(134) 사이에 중간색 발광층을 더 구비하여 색 표현을 확장시킬 수도 있다.
인광 발광부(PEML)에 구비된 발광층들(132, 133, 134)은 백색을 표현하는데 있는 가중치에 따라 그 두께 또는 도펀트 농도를 달리할 수 있다.
예를 들어, 적색 발광층(132)은 600nm 내지 650nm 의 파장에서 발광 피크를 갖고, 황녹색 발광층(133)은 550nm 내지 600 nm의 파장에서 발광 피크를 가질 수 있고, 녹색 발광층(134)은 500nm 내지 550nm의 파장에서 발광 피크를 가질 수 있으나, 이에 한하지 않으며, 어느 한 발광층이 보다 넓은 범위의 파장에서 발광 피크를 가질 수도 있다.
제 3 스택(S3)은 제 2 청색 스택으로 상술한 청색 스택으로 제 1 스택(S1)에서 정공 주입층(121)을 갖는 점만을 제외하고 동일할 구성을 가질 수 있다. 즉, 제 3 스택(S3)은 청색을 발광하는 스택으로 제 3 정공 수송층(141), 제 2 전자 저지층(142), 제 2 청색 발광층(143) 및 제 3 전자 수송층(144)을 포함한다.
한편, 상기 제 2 전극(200)은 제 3 스택(S3)과 접하는 측에 금속 불화물, 혹은 금속 착체의 화합물로 이루어진 전자 주입층을 더 포함할 수 있다. 전자 주입층은 무기 성분을 포함하는 것으로 제 2 전극(200)의 형성 공정에서 함께 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자에서 제 1 스택(S1)과 제 2 스택(S2) 사이와, 제 2 스택(S2)과 제 3 스택(S3)의 사이에는 각각 전자 생성층(151(n-CGL1), 171(n-CGL2)) 및 정공 생성층(153 (p-CGL1), 173 (p-CGL2))가 적층되어 이루어진 제 1 전하 생성층(150) 및 제 2 전하 생성층(170)을 포함한다.
제 1 내지 제 3 실험예군은 제 1 스택(S1)과 제 2 스택(S2) 사이에 구비된 제 1 전하 생성층(150)에서, 전자 생성층(151)의 제 1 호스트(H1)와 정공 생성층(153)의 유기 도펀트(PD)를 변경하여 실험한 것으로, 그 구조는 표 1 내지 표 3을 살펴본다.
| 구분 | 구조 |
Voltage
@0.1Cd/m 2 (V) |
Voltage
@10mA/cm 2 (V) |
Voltage
@50mA/cm 2 (V) |
R_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
G_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
B_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
W_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
CIEx | CIEy | |
| H1 (nCGL) | PD (pCGL) | ||||||||||
| Ex1-1 | Bphen | PD-03 | 11.05 | 13.67 | 16.80 | 6.7 | 23.90 | 3.86 | 67.4 | 0.311 | 0.358 |
| Ex1-2 | Bphen | PD-06 | 11.08 | 13.64 | 16.91 | 6.7 | 23.90 | 3.88 | 67.4 | 0.310 | 0.358 |
| Ex1-3 | Bphen | PD-10 | 11.13 | 13.57 | 17.00 | 6.7 | 23.88 | 3.88 | 67.4 | 0.310 | 0.358 |
| Ex1-4 | Bphen | PD-13 | 11.13 | 13.67 | 16.86 | 6.7 | 23.99 | 3.86 | 67.5 | 0.311 | 0.359 |
| Ex1-5 | Bphen | PD-15 | 11.06 | 13.66 | 16.81 | 6.6 | 23.76 | 3.8 | 67.0 | 0.311 | 0.359 |
| Ex1-6 | Bphen | PD-16 | 11.13 | 13.55 | 16.82 | 6.6 | 23.92 | 3.9 | 67.4 | 0.309 | 0.356 |
| Ex1-7 | Bphen | PD-19 | 11.14 | 13.63 | 16.95 | 6.7 | 23.94 | 3.9 | 67.5 | 0.310 | 0.358 |
| Ex1-8 | Bphen | PD-21 | 11.05 | 13.61 | 16.81 | 6.7 | 24.02 | 3.9 | 67.7 | 0.309 | 0.356 |
| Ex1-9 | Bphen | PD-25 | 11.06 | 13.53 | 16.97 | 6.7 | 24.00 | 3.9 | 67.6 | 0.310 | 0.359 |
| Ex1-10 | Bphen | PD-27 | 11.14 | 13.68 | 16.85 | 6.7 | 24.07 | 3.9 | 67.8 | 0.309 | 0.357 |
| Ex1-11 | Bphen | PD-28 | 11.02 | 13.51 | 16.84 | 6.7 | 23.88 | 3.9 | 67.3 | 0.310 | 0.357 |
| Ex1-12 | Bphen | PD-29 | 11.00 | 13.53 | 16.92 | 6.7 | 23.93 | 3.9 | 67.5 | 0.310 | 0.358 |
| Ex1-13 | Bphen | PD-30 | 11.08 | 13.57 | 16.81 | 6.7 | 24.06 | 3.9 | 67.8 | 0.309 | 0.357 |
| Ex1-14 | Bphen | PD-33 | 11.01 | 13.54 | 16.86 | 6.6 | 23.87 | 3.9 | 67.3 | 0.310 | 0.357 |
| Ex1-15 | Bphen | PD-35 | 11.08 | 13.66 | 16.93 | 6.6 | 23.80 | 3.9 | 67.2 | 0.310 | 0.357 |
먼저, 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-15)의 발광 소자의 제조 방법을 설명한다. 도 3의 발광 소자의 구조를 따른 것으로 다음과 같다.
기판(100) 상에, ITO 성분으로 제 1 전극(110)을 형성하고, 이어, MgF2를 5nm의 두께로 증착하여 정공 주입층(121)을 형성한다.
이어, 화학식 3의 DNTPD 의 성분을 100nm 증착하여 제 1 정공 수송층(122)을 형성한다.
[화학식 3]
이어, 화학식 4의 TCTA 성분을 5nm 증착하여 제 1 전자 저지층(123)을 형성한다.
[화학식 4]
이어, 화학식 5의 MADN 성분을 호스트로 하고, 화학식 6의 DABNA-1 성분을 도펀트로 하고, 5wt% 로 도핑하여 20nm 두께의 제 1 청색 발광층(124)을 형성한다.
[화학식 5]
[화학식 6]
이어, 화학식 7의 ZADN 성분을 15nm 두께로 형성하여 제 1 전자 수송층(125)을 형성한다.
[화학식 7]
이어, 화학식 8의 Bphen을 제 1 호스트로 하고, 이에 Yb를 3 wt% 도핑하여 15nm 두께의 제 1 전자 생성층(151)을 형성한다.
[화학식 8]
이어, DNTPD를 제 2 호스트로 하고, 이에 상술한 유기 도펀트의 재료 중 PD-03, PD-06, PD-10, PD-13, PD-15, PD-16, PD-19, PD-21, PD-25, PD-27, PD-28, PD-29, PD-30, PD-33, 및 PD-35로 재료를 변경하며, 각각의 제 2 호스트에 대해 20wt% 도핑하여, 7nm 두께의 제 1 정공 생성층(153)을 형성한다.
이어, 화학식 9의 BPBPA를 20nm의 두께로 증착하여 제 2 정공 수송층(131)을 형성한다.
[화학식 9]
이어, BPBPA와 화학식 10의 TPBi를 1:1의 비로 공증착하고, 이에 화학식 11의 Ir(piq)2acac를 5wt% 도핑하여, 10nm 두께의 적색 발광층(132)을 형성한다.
[화학식 10]
[화학식 11]
이어, 화학식 12의 CBP, TPBi 를 호스트로 이용하며 이들을 1:1의 중량 비로 하고 화학식 13의 PO-01 를 15wt%로 도핑하여, 20nm의 두께의 황녹색 발광층(133)을 형성한다.
[화학식 12]
[화학식 13]
이어, CBP, TPBi를 호스트로 이용하며 이들을 1:1의 중량 비로 하고, 화학식 14의 Ir(ppy)3을 15wt%로 도핑하여 10nm의 두께의 녹색 발광층(134)을 형성한다.
[화학식 14]
이어, TPBi 를 20nm의 두께로 증착하여, 제 2 전자 수송층(135)을 형성한다.
이어, Bphen 를 호스트로 하고, 이에 Li을 3wt%로 도핑하여, 제 2 전자 생성층(171)을 형성한다.
이어, DNTPD를 호스트로 하고, 상술한 PD-03의 p형 도펀트로 20 wt% 도핑하여, 제 2 정공 생성층(173)을 형성한다.
이어, DNTPD를 100nm 두께로 제 3 정공 수송층(141)을 형성한다.
이어, TCTA를 5nm 의 두께로 제 2 전자 저지층(142)을 형성한다.
이어, MADN를 호스트로 하고, DABNA-1를 5 wt%로 도핑하여 제 2 청색 발광층(143)을 20nm의 두께로 형성한다.
이어, ZADN을 20nm 의 두께로 제 3 전자 수송층(144)을 형성한다.
이어, LiF을 1.5nm로 두께로 형성하여 전자 주입층을 형성한다.
이어, Al을 100nm 의 두께로 형성하여 음극(200)을 형성하여 발광 소자를 형성한다.
표 1에서는 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-15)에 대해 각각 휘도 0.1Cd/m2에서의 턴온 전압과, 전류 밀도 10mA/cm2에서의 구동 전압, 전류 밀도 50mA/cm2에서의 구동전압, 전류 밀도 10mA/cm2에서의 적색, 녹색, 청색 및 백색의 휘도 효율과 백색의 색좌표 값을 비교 평가하였다.
이러한 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-15)은 제 1 전자 생성층(151) 내에 제 1 호스트(H1)로 페난쓰롤린(phenanthroline)의 화합물을 포함한 것으로, 제 1 전자 생성층(151) 내에서 도핑된 Yb와 페난쓰롤린계 화합물이 원활하게 동작되지 않는 것으로 보이며, 이에 따라 어떠한 종류의 유기 도펀트(PD)를 포함한 정공 생성층(153)이 뒤따르더라도, 턴온 전압이 11.0V 이상이 됨을 알 수 있다.
이하, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-15)는 제 1 전자 생성층(151) 내의 제 1 호스트(H1)의 재료를 화학식 1의 페난쓰리딘(phenanthridine)과 포스핀옥사이드(phophine oxide)계의 화합물을 이용한 것으로, NCH-01, NCH-03, NC-05, NCH-07, NCH-08, NCH-10, NCH-12, NCH-13, NCH-15, NCH-16, NCH-18, NCH-20, NCH-22, NCH-23, NCH-24의 재료로 변경하여 실험하였고, 제 1 정공 생성층(153)의 유기 도펀트(PD)는 상술한 PD-03으로 고정하였다.
| 구분 | 구조 |
Voltage@0.1cd/m
2
(V) |
Voltage@10mA/cm 2 (V) |
Voltage@
50mA/cm 2 (V) |
R_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
G_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
B_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
W_Efficiency
@10mA/cm 2 (Cd/A) |
CIEx | CIEy | |
| H1 (nCGL) | PD (pCGL) | ||||||||||
| Ex2-1 | NCH-01 | PD-03 | 9.05 | 12.01 | 14.13 | 6.7 | 23.99 | 3.9 | 67.6 | 0.310 | 0.358 |
| Ex2-2 | NCH-03 | PD-03 | 9.16 | 12.19 | 14.09 | 6.7 | 23.99 | 3.9 | 67.6 | 0.310 | 0.358 |
| Ex2-3 | NCH-05 | PD-03 | 9.00 | 12.19 | 14.06 | 6.7 | 23.91 | 3.9 | 67.4 | 0.310 | 0.357 |
| Ex2-4 | NCH-07 | PD-03 | 9.01 | 12.06 | 14.05 | 6.7 | 24.02 | 3.9 | 67.6 | 0.311 | 0.360 |
| Ex2-5 | NCH-08 | PD-03 | 9.13 | 12.16 | 14.05 | 6.7 | 23.85 | 3.9 | 67.3 | 0.311 | 0.358 |
| Ex2-6 | NCH-10 | PD-03 | 9.08 | 12.19 | 14.19 | 6.7 | 23.93 | 3.9 | 67.5 | 0.310 | 0.357 |
| Ex2-7 | NCH-12 | PD-03 | 9.10 | 12.17 | 14.20 | 6.7 | 24.14 | 3.9 | 67.9 | 0.311 | 0.360 |
| Ex2-8 | NCH-13 | PD-03 | 9.06 | 12.14 | 14.13 | 6.6 | 23.79 | 3.9 | 67.2 | 0.310 | 0.356 |
| Ex2-9 | NCH-15 | PD-03 | 9.06 | 12.15 | 14.16 | 6.7 | 23.82 | 3.8 | 67.2 | 0.311 | 0.359 |
| Ex2-10 | NCH-16 | PD-03 | 9.14 | 12.06 | 14.15 | 6.6 | 23.81 | 3.9 | 67.1 | 0.310 | 0.357 |
| Ex2-11 | NCH-18 | PD-03 | 9.16 | 12.05 | 14.11 | 6.7 | 24.09 | 3.9 | 67.8 | 0.309 | 0.357 |
| Ex2-12 | NCH-20 | PD-03 | 9.20 | 12.19 | 14.20 | 6.7 | 24.03 | 3.8 | 67.6 | 0.311 | 0.360 |
| Ex2-13 | NCH-22 | PD-03 | 9.08 | 12.18 | 14.16 | 6.7 | 23.90 | 3.8 | 67.4 | 0.311 | 0.359 |
| Ex2-14 | NCH-23 | PD-03 | 9.06 | 12.18 | 14.16 | 6.7 | 23.91 | 3.9 | 67.4 | 0.309 | 0.356 |
| Ex2-15 | NCH-24 | PD-03 | 9.16 | 12.08 | 14.11 | 6.6 | 23.88 | 3.9 | 67.3 | 0.310 | 0.357 |
표 2와 같이, 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-15)는, 제 1 전자 생성층(151) 내 제 1 호스트(H1)의 재료를 페난쓰리딘 및 포스핀옥사이드계 화합물을 이용한 것으로, 대체적으로 모든 실험예에서, 제 1 호스트(H1)들이 도핑된 Yb와 동작하여 휘도 0.1Cd/m2에서의 turn-on 전압이 9V수준으로 내려온 것을 확인 할 수 있었다. 즉, 제 1 전자 생성층(151) 내의 제 1 호스트를 화학식 1의 재료로 변경하여 금속 도펀트의 상호 동작과 함께 구동 전압 저하의 의미 있는 결과를 도출할 수 있다.
이하, 표 3의 제 3 실험예군(Ex3-1~Ex3-15)은, 제 1 전자 생성층(151) 내 제 1 호스트(H1)의 재료를 페난쓰리딘 및 포스핀옥사이드계 화합물을 이용함과 함께, 제 1 정공 생성층(153)의 유기 도펀트(PD)를 화학식 2의 재료와 같이, PD-4, PD-5, PD-6, PD-10, PD-13, PD-15, PD-16, PD-19, PD-21, PD-25, PD-27, PD-28, PD-29, PD-30, PD-33, PD-35로 한 것이다.
| 구분 | 구조 |
Voltage
@ 0.1cd/m 2 (V) |
Voltage
@ 10mA/cm 2 (V) |
Voltage
@ 50mA/cm 2 (V) |
R_Efficiency
@10mA/cm 2 (cd/A) |
G_Efficiency
@10mA/cm 2 (cd/A) |
B_Efficiency
@10mA/cm 2 (cd/A) |
W_Efficiency
@10mA/cm 2 (cd/A) |
CIEx | CIEy | |
| H1 (nCGL) | PD (pCGL) | ||||||||||
| Ex3-1 | NCH-01 | PD-04 | 8.65 | 11.52 | 13.57 | 6.7 | 23.98 | 3.9 | 67.5 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-2 | NCH-03 | PD-06 | 8.55 | 11.56 | 13.58 | 6.7 | 23.95 | 3.8 | 67.5 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-3 | NCH-05 | PD-10 | 8.54 | 11.50 | 13.69 | 6.7 | 23.94 | 3.9 | 67.5 | 0.309 | 0.356 |
| Ex3-4 | NCH-07 | PD-13 | 8.67 | 11.58 | 13.59 | 6.7 | 24.02 | 3.9 | 67.6 | 0.311 | 0.360 |
| Ex3-5 | NCH-08 | PD-15 | 8.60 | 11.57 | 13.65 | 6.7 | 23.87 | 3.9 | 67.3 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-6 | NCH-10 | PD-16 | 8.65 | 11.57 | 13.62 | 6.6 | 23.76 | 3.9 | 67.0 | 0.310 | 0.358 |
| Ex3-7 | NCH-12 | PD-19 | 8.69 | 11.55 | 13.55 | 6.6 | 23.91 | 3.9 | 67.4 | 0.309 | 0.356 |
| Ex3-8 | NCH-13 | PD-21 | 8.63 | 11.50 | 13.53 | 6.7 | 23.98 | 3.9 | 67.6 | 0.310 | 0.357 |
| Ex3-9 | NCH-15 | PD-25 | 8.51 | 11.56 | 13.62 | 6.7 | 24.00 | 3.9 | 67.6 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-10 | NCH-16 | PD-27 | 8.64 | 11.66 | 13.55 | 6.6 | 23.95 | 3.9 | 67.5 | 0.309 | 0.356 |
| Ex3-11 | NCH-18 | PD-28 | 8.55 | 11.64 | 13.51 | 6.6 | 23.84 | 3.8 | 67.2 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-12 | NCH-20 | PD-29 | 8.54 | 11.65 | 13.66 | 6.7 | 23.96 | 3.8 | 67.5 | 0.311 | 0.359 |
| Ex3-13 | NCH-22 | PD-30 | 8.67 | 11.67 | 13.62 | 6.7 | 24.05 | 3.9 | 67.7 | 0.310 | 0.358 |
| Ex3-14 | NCH-23 | PD-33 | 8.53 | 11.64 | 13.54 | 6.6 | 23.76 | 3.9 | 67.1 | 0.310 | 0.357 |
| Ex3-15 | NCH-24 | PD-35 | 8.62 | 11.63 | 13.69 | 6.7 | 24.07 | 3.9 | 67.8 | 0.310 | 0.358 |
제 3 실험예군(Ex3-1~Ex3-15)에서는 휘도 0.1Cd/m2에서의 턴온 전압이 8.5V수준으로 내려온 것으로, 상술한 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-15)보다 구동 전압 저감 효과를 보다 얻을 것을 확인 할 수 있었다.
도 4a 내지 도 4c는 제 1 실험예군 내지 제 3 실험예군에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c 와 위의 표 1 내지 3을 살펴보면, 제 1 실험예군(Ex1-1~Ex1-15), 제 2 실험예군(Ex2-1~Ex2-15), 제 3 실험예군(Ex3-1~Ex3-15) 의 색 특성은 유사하게 나타난다.
표 1 내지 표 3과 연관하여 제 1 내지 제 3 실험예군(Ex1-1~Ex1-15, Ex2-1~Ex2-15, Ex3-1~Ex3-15)의 의의를 살펴보면, 동일한 백색을 구현하기 위해 금속 도펀트가 도핑되는 전자 생성층의 호스트를 화학식 1의 재료로 할 경우, 금속 도펀트와 호스트간의 호환 동작으로 구동 전압 감소의 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 전자 생성층에 이어 나오는 정공 생성층의 유기 도펀트로 화학식 2의 재료를 이용하였을 때 보다 구동 전압이 감소되는 것을 의미한다.
측부 누설 전류를 막기 위해 주로 전자 생성층에 알칼리 금속 보다는 이터븀(Yb)을 적용할 수 있다. 그런데, 이터븀을 적용할 경우 제 1 실험예군과 같이, 대부분 구동전압이 상승하게 되어 이로인한 소비전력 내지 구동회로부에 부담을 주게 된다. 본 발명의 발광 소자는 이러한 이터븀에 맞는 전자생성층 호스트 소재와 정공생성 및 전달능력이 뛰어난 정공생성 도펀트 소재를 동시 적용하여 소자의 구동 전압을 크게 개선 할 수 있다.
그리고, 구동 전압의 개선은 발광 표시 장치로 구현시, 적은 구동 전압으로 동일 휘도를 나타낼 수 있어, 장시간 구동되는 발광 표시 장치의 수명 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 이상의 제 1 내지 제 3 실험예군은 각각 전자 생성층의 화학식 1의 호스트 재료의 의의와 정공 생성층에서 화학식 2의 유기 도펀트의 의의를 살펴보기 위해 제 1 전하 생성층 내에서만 재료를 변경하여 실험을 진행하였으나, 본 발명의 발광 소자에는 이에 한정되지 않는다. 서로 다른 스택을 연결하는 연결 구성으로 전하 생성이 필요하다면, 전자 생성층에 상술한 화학식 1의 호스트 재료를 이용할 수 있고, 정공 생성층으로서 화학식 2의 유기 도펀트 재료를 이용할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 제 2 전하 생성층(170)에도 제 3 실험예군에서 적용한 제 1 전하 생성층(150: 151, 153)의 구성을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자는 도 3에 3 스택 구조에 한한 것이 아니, 2스택 이상의 복수 스택에서 스택과 스택을 연결하는 전하 생성층에 모두 적용할 수 있다. 그리고, 적어도 전자 생성층에 화학식 1의 호스트를 적용하여도 구동 전압 감소의 효과를 얻을 수 있을 것이고, 이어 구비된 정공 생성층의 화학식 2의 유기 도펀트를 적용시 보다 개선된 구동 전압 감소 효과를 얻을 수 있다.
상기 정공 생성층(pCGL)에 포함되는 유기 도펀트(PD)는 상기 정공 생성층에 1wt% 내지 30wt% 로 포함되고, 상기 전자 생성층에 포함되는 금속 도펀트(ND)는 상기 전자 생성층에 0.1wt% 내지 5wt%로 포함될 수 있다.
상기 금속 도펀트(ND)는 과량일 경우 수평적으로 확산될 수 있으므로, 정공 생성층에 포함된 유기 도펀트(PD)보다는 적은 양으로 한다.
한편, 전자 생성층(nCGL)에 포함되는 호스트는 페난쓰롤린(phenanthroline)을 포함하지 않는 것이다. 페난쓰롤린은 전자 생성층(nCGL)에 포함되는 금속 도펀트가 Yb일 경우, 금속 도펀트와 작용하지 않을 수 있고, 이에 따라 구동 전압을 상승시킬 수 있어, 금속 도펀트가 Yb인 경우, 화학식 1과 같이 Yb와 반응성이 있고, 확산을 제어하는 포스핀 옥사이드를 포함한 호스트를 이용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 상술한 본 발명의 발광 소자를 발광 표시 장치에 적용한 예를 살펴본다.
이하에서는 본 발명의 발광 소자를 발광 표시 장치에 이용한 예를 살펴본다.
도 5는 본 발명의 발광 소자를 이용한 발광 표시 장치를 일 실시예에 따라 나타낸 단면도이다.
도 5와 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.
한편, 상술한 발광 소자(OLED)는 복수 스택 사이의 전하 생성층의 구성에 특징으로 갖는 것으로, 이를 통해 구동 전압 감소의 효과를 갖는 것이다. 따라서, 이러한 발광 소자를 포함하여 발광 표시 장치에 적용시 동등한 수준 이상의 구동 전압 감소의 효과를 얻을 수 있는 이점과 이에 따라 표시 장치로서, 수명 향상을 더불어 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 복수개의 스택 및 상기 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트와 금속 도펀트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 제 2 호스트와 유기 도펀트를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
R1 내지 R6는 사이클로알킬기,아릴기 및 헤테로아릴기 중 에서 선택되고, R7은 트리페닐포스핀옥사이드로 선택되며, L은 퀴나졸린 혹은 피리미딘으로 선택된다.
그리고, 상기 제 2 호스트는 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
A는 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 말로노니트릴기, 트리플루오로메틸기 트리플루오로메톡시기, 치환 혹은 비치환된 아릴기 또는 헤테로 아릴기이며, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 할로겐, 시아노, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시에서 선택되고, 치환기는 각각 독립적으로 수소 및 중수소 중 하나이다. C1 및 C2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기 중 하나이다. D1 내지 D4는 각각 독립적으로 단일 또는 이중결합으로 연결하고 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시 중 하나로 치환, 적어도 둘 이상은 시아노기를 포함한다.
상기 유기 도펀트는 상기 정공 생성층에 1wt% 내지 30wt% 로 포함되고, 상기 금속 도펀트는 상기 전자 생성층에 0.1wt% 내지 5wt%로 포함될 수 있다.
상기 금속 도펀트는 Yb일 수 있다.
상기 제 1 호스트는 페난쓰롤린을 포함하지 않을 수 있다.
상기 제 2 호스트는 인접한 스택의 정공 수송층과 다른 아민 계열의 화합물일 수 있다.
상기 전자 생성층은 인접한 스택의 안트라센을 코어로 한 화합물로 이루어진 유기층과 접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 인접하여, 제 1 정공 수송층, 청색 발광층 및 제 1 전자 수송층을 포함한 청색 스택과, 상기 제 2 전극과 인접하여, 제 2 정공 수송층, 적어도 2개 이상의 청색보다 장파장의 발광층들이 접합된 인광 발광부, 및 제 2 전자 수송층을 포함한 인광 스택과, 상기 청색 스택과 상기 인광 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며, 상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트를 포함하고, 상기 정공 생성층은 화학식 2의 유기 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 정공 생성층에 상기 유기 도펀트는 아민 계열의 제 2 호스트에 포함되고, 상기 정공 생성층에 내에 상기 제 2 호스트는 상기 유기 도펀트보다 많은 양일 수 있다.
상기 전자 생성층은 상기 제 1 전자 수송층과 접하고, 상기 정공 생성층은 상기 제 2 정공 수송층과 접할 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
nCGL: 전자 생성층 pCGL: 정공 생성층
CGL: 전하 생성층 BS: 청색 스택
PS: 인광 스택 OLED: 발광 소자
200: 제 2 전극
nCGL: 전자 생성층 pCGL: 정공 생성층
CGL: 전하 생성층 BS: 청색 스택
PS: 인광 스택 OLED: 발광 소자
200: 제 2 전극
Claims (13)
- 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 복수개의 스택; 및
상기 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며,
상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트와 금속 도펀트를 포함하고,
상기 정공 생성층은 제 2 호스트와 유기 도펀트를 포함한 발광 소자.
[화학식 1]
(R1 내지 R6는 사이클로알킬기,아릴기 및 헤테로아릴기 중 에서 선택되고, R7은 트리페닐포스핀옥사이드로 선택되며, L은 퀴나졸린 혹은 피리미딘으로 선택된다). - 제 1항에 있어서,
상기 유기 도펀트는 화학식 2로 표현되는 발광 소자.
[화학식 2]
(A는 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 말로노니트릴기, 트리플루오로메틸기 트리플루오로메톡시기, 치환 혹은 비치환된 아릴기 또는 헤테로 아릴기이며, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 할로겐, 시아노, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시에서 선택되고, 치환기는 각각 독립적으로 수소 및 중수소 중 하나이다. C1 및 C2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기 중 하나이다. D1 내지 D4는 각각 독립적으로 단일 또는 이중결합으로 연결하고 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시 중 하나로 치환, 적어도 둘 이상은 시아노기를 포함한다). - 제 1항에 있어서,
상기 유기 도펀트는 상기 정공 생성층에 1wt% 내지 30wt% 로 포함되고,
상기 금속 도펀트는 상기 전자 생성층에 0.1wt% 내지 5wt%로 포함된 발광 소자. - 제 3항에 있어서,
상기 금속 도펀트는 Yb인 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 호스트는 페난쓰롤린을 포함하지 않는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 인접한 스택의 정공 수송층과 다른 아민 계열의 화합물인 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 전자 생성층은 인접한 스택의 안트라센을 코어로 한 화합물로 이루어진 유기층과 접한 발광 소자. - 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 인접하여, 제 1 정공 수송층, 청색 발광층 및 제 1 전자 수송층을 포함한 청색 스택;
상기 제 2 전극과 인접하여, 제 2 정공 수송층, 적어도 2개 이상의 청색보다 장파장의 발광층들이 접합된 인광 발광부, 및 제 2 전자 수송층을 포함한 인광 스택;
상기 청색 스택과 상기 인광 스택 사이에, 전자 생성층 및 정공 생성층의 적층으로 이루어진 전하 생성층을 포함하며,
상기 전자 생성층은 화학식 1의 제 1 호스트를 포함하고,
상기 정공 생성층은 화학식 2의 유기 도펀트를 포함한 발광 소자.
[화학식 1]
(R1 내지 R6는 사이클로알킬기,아릴기,헤테로아릴기 중 에서 선택되고, R7은 트리페닐포스핀옥사이드로 선택되며, L은 퀴나졸린 혹은 피리미딘으로 선택된다),
[화학식 2]
(A는 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 말로노니트릴기, 트리플루오로메틸기 트리플루오로메톡시기, 치환 혹은 비치환된 아릴기 또는 헤테로 아릴기이며, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 치환 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 할로겐, 시아노, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시에서 선택되고, 치환기는 각각 독립적으로 수소 및 중수소 중 하나이다. C1 및 C2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기 중 하나이다. D1 내지 D4는 각각 독립적으로 단일 또는 이중결합으로 연결하고 할로겐, 시아노기, 말로노니트릴, 트리플루오로메틸, 트리플루오로메톡시 중 하나로 치환, 적어도 둘 이상은 시아노기를 포함한다). - 제 8항에 있어서,
상기 유기 도펀트는 상기 정공 생성층에 1wt% 내지 30wt% 로 포함되고,
상기 전자 생성층은 상기 제 1 호스트에 금속이 도핑된 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 호스트는 페난쓰롤린을 포함하지 않는 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 정공 생성층에 상기 유기 도펀트는 아민 계열의 제 2 호스트에 포함되고,
상기 정공 생성층에 내에 상기 제 2 호스트는 상기 유기 도펀트보다 많은 양인 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 전자 생성층은 상기 제 1 전자 수송층과 접하고, 상기 정공 생성층은 상기 제 2 정공 수송층과 접한 발광 소자. - 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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