KR102534578B1 - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 그리고 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고, 상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이다.
Description
본 개시는 발광 소자 및 발광 표시 장치에 관한 것이다.
발광 소자는, 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 양극과 음극 사이에 형성된 발광층 내에서 결합하여 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 안정화되면서 광을 방출하는 소자이다.
발광 소자는 넓은 시야각, 빠른 응답 속도, 얇은 두께, 낮은 소비 전력 등의 여러 가지 장점들을 가지기 때문에 텔레비전, 모니터, 휴대폰 등의 다양한 전기 및 전자 장치들에 널리 적용되고 있다.
하지만, 발광 소자는 낮은 발광효율 때문에 디스플레이나 조명에 요구되는 높은 휘도를 구현하기 위해 높은 구동 전압이 필요하며, 이로 인해 소자의 수명을 단축시킬 수 있다.
본 개시의 실시예들은 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층 그리고 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고, 상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이다.
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질을 포함할 수 있다.
상기 쌍극자 물질은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 포함하고, 상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 제1 원소를 갖는 양이온을 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어지고 페로브스카이트 구조를 갖는 제1 화합물, 상기 제1 원소를 갖는 양이온 및 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 포함할 수 있다.
상기 란타넘족 원소는 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 및 유로퓸(Eu) 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 원소는 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 중 하나이고, 상기 제2 원소는 염소(Cl), 브롬(Br) 및 아이오딘(I) 중 하나일 수 있다.
상기 제1 원소는 칼륨(K)이고, 상기 제2 원소는 아이오딘(I)일 수 있다.
상기 제2 전극은 마그네슘(Mg)과 이터븀(Yb) 중 적어도 하나와 은(Ag)의 합금을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극에 포함되는 마그네슘(Mg) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 하나의 함량은 10vol% 내지 30vol%일 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광층과 상기 전자 주입층 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함하고, 상기 전자 수송층은 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층을 포함하고, 상기 청색 발광층 아래 위치하는 보조층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 적색 발광층 아래 위치하는 적색 공진 보조층 및 상기 녹색 발광층 아래 위치하는 녹색 공진 보조층을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층 그리고 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고, 상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고, 상기 란타넘족 원소는 2.7eV 이하의 일함수를 갖는다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 더 포함할 수 있다.
상기 란타넘족 원소는 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 및 유로퓸(Eu) 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 더 포함하고, 상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층 그리고 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이다.
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질을 포함할 수 있다.
상기 쌍극자 물질은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 포함하고, 상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다.
상기 발광층은 복수의 층이 조합되어 백색 또는 청색 발광할 수 있다.
상기 발광 표시 장치는 상기 발광층과 대응하도록 상기 제2 전극 위에 위치하는 색변환층을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 전자 주입 장벽을 낮추고 전자의 이동도를 높일 수 있는 전자 주입층을 형성함으로써 발광 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 한 실시예에 따른 페로브스카이트 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 전자 주입층이 자유 전자를 갖는 것을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 소자와 비교예의 수명 수준을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 발광층을 포함하는 발광 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 발광층의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 한 실시예에 따른 페로브스카이트 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 전자 주입층이 자유 전자를 갖는 것을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 소자와 비교예의 수명 수준을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 발광층을 포함하는 발광 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 발광층의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 개시의 한 실시예에 따른 페로브스카이트 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 서로 중첩하는 제1 전극(120)과 제2 전극(190), 제1 전극(120)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 발광층(150), 제1 전극(120)과 발광층(150) 사이에 위치하는 정공 전달층(130), 발광층(150)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 수송층(160), 전자 수송층(160)과 제2 전극(190) 사이에 위치하는 전자 주입층(180) 및 제2 전극(190) 위에 위치하는 캡핑층(200)을 포함한다.
본 실시예에서 제1 전극(120)은 반사 전극일 수 있다.
본 개시에서 반사 전극이라고 함은 발광층(150)에서 발생한 광을 제2 전극(190)으로 보내기 위해 광을 반사하는 성질을 갖는 물질을 포함하는 전극으로 정의할 수 있다. 여기서, 반사하는 성질이란 입사광에 대한 반사율이 약 70% 이상 약 100% 이하이거나 약 80% 이상 약 100% 이하를 의미할 수 있다.
제1 전극(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 은(Ag)/산화인듐주석(ITO)/은(Ag)의 삼중막 구조 또는 산화인듐주석(ITO)/은(Ag)/산화인듐주석(ITO)의 삼중막 구조 등을 가질 수 있다.
제1 전극(120)은 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착(vapor phase deposition)법, 이온 빔 증착(ion beam deposition)법, 또는 전자빔 증착(electron beam deposition)법 등을 이용해서 형성할 수 있다.
정공 전달층(130)은 제1 전극(120)과 발광층(150) 사이에 위치하는 부대층에 대응할 수 있다. 정공 전달층(130)은 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 정공 주입층은 제1 전극(120)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하고, 상기 정공 수송층은 정공 주입층으로부터 전달되는 정공을 원활하게 수송하는 기능을 수행한다. 정공 전달층(130)은 정공 주입층 위에 정공 수송층이 위치하는 2층 구조로 형성되거나, 정공 주입층을 형성하는 물질과 정공 수송층을 형성하는 물질이 혼합되어 단일층으로 형성될 수도 있다.
정공 전달층(130)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 정공 전달층(130)은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD, MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 전달층(130) 위에 발광층(150)이 위치한다. 발광층(150)은 특정 색을 표시하는 발광 물질을 포함한다. 예를 들어, 발광층(150)은 청색, 녹색 또는 적색과 같은 기본색 또는 이들을 조합하는 색을 표시할 수 있다.
발광층(150)의 두께는 10nm 내지 50nm일 수 있다. 발광층(150)은 호스트와 도펀트를 포함한다. 발광층(150)은 적색, 녹색, 청색 및 백색을 발광하는 물질을 포함할 수 있으며, 인광 또는 형광물질을 이용하여 형성할 수 있다.
발광층(150)이 적색을 발광하는 경우, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 페릴렌(Perylene)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(150)이 녹색을 발광하는 경우, CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
발광층(150)이 청색을 발광하는 경우, CBP, 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic 를 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 안트라센기를 가지는 호스트 물질을 포함하고, 디아민기를 포함하는 도펀트를 포함하거나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또, 본 실시예에서 설명한 것처럼 발광층(150)이 반드시 유기 물질로만 형성될 필요는 없고, 발광층(150)은 양자점과 같은 무기 물질로 형성될 수도 있다.
발광층(150)과 제2 전극(190) 사이에 전자 수송층(160) 및 전자 주입층(180)이 위치한다. 전자 수송층(160)은 발광층(150)에 인접하도록 위치하고, 전자 주입층(180)은 제2 전극(190)에 인접하도록 위치한다.
전자 수송층(160)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송층(160)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD(2-[4-biphenyl-5-[4-tert-butylphenyl]]-1,3,4-oxadiazole), TAZ(1,2,4-triazole), spiro-PBD(spiro-2-[4-biphenyl-5-[4-tert-butylphenyl]]-1,3,4-oxadiazole), 및 BAlq(8-hydroxyquinoline beryllium salt)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자 수송층(160)은 제2 전극(190)으로부터 발광층(150)으로 전자를 전달할 수 있다. 또한, 전자 수송층(160)은 제1 전극(120)으로부터 주입된 정공이 발광층(150)을 통과하여 제2 전극(190)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전자 수송층(160)은 정공 저지층의 역할을 하여, 발광층(150)에서 정공과 전자의 결합을 돕는다.
전자 주입층(180)은 제2 전극(190)으로부터 전자 수송층(160)으로 전자 주입을 개선하는 역할을 한다. 본 실시예에서 전자 주입층(180)의 두께는 공정 마진을 고려하여 대략 2 옹스트롬 내지 25 옹스트롬일 수 있다.
본 실시예에서 전자 주입층(180)은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함한다. 이하에서는 전자 주입층(180)을 형성하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
전자 주입층(180)은 금속으로 이루어진 제1 물질과 금속 할라이드로 이루어진 제2 물질을 공증착하여 형성할 수 있다. 이때, 제1 물질과 제2 물질은 서로 반응하여 치환 반응이 일어날 수 있는 물질들을 선택한다. 예를 들면, 란타넘족 원소인 Yb로 이루어진 제1 물질과 금속 할라이드인 KI로 이루어진 제2 물질을 공증착하면, 하기 반응식 1, 반응식 2 또는 반응식 3과 같이 치환 반응이 일어날 수 있다.
반응식 1
2KI + Yb → YbI2 + 2K+ + 2e- 또는 YbI2 + 2K
반응식 2
3KI + Yb → YbI3 + 3K+ + 3e- 또는 YbI3 + 3K
반응식 3
3KI + Yb → KYbI3 + 2K+ + 2e- 또는 KYbI3 + 2K
본 실시예에서 제1 물질과 제2 물질은 표준 전극 전위(Standard electrode potential)가 서로 비슷한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 물질과 제2 물질이 각각 1족 원소, 2족 원소 및 란타넘족 원소 가운데 어느 하나를 포함하는 경우에, 강한 반응성에 따라 자발적 반응을 일으키는 것을 하기 실험예를 통해 확인하였다.
실험예
실험을 통해 Yb, Eu 또는 Sm와 같은 란타넘족으로 이루어진 제1 물질과, KI, RbI 또는 CsI와 같은 금속 아이오딘으로 이루어진 제2 물질을 조합하여 공증착하였고, 제1 물질과 제2 물질이 반응하여 층을 형성하였다.
이 때, 층이 투명해지면서 전도도가 상승하는 결과를 얻었다. 하지만, Ag로 이루어진 제1 물질과, KI, RbI 또는 CsI와 같은 금속 아이오딘으로 이루어진 제2 물질을 조합하여 공증착하여 층을 형성하면, 투명해지지도 않고 전도도가 상승하지도 않았다. 또한, Yb, Eu 또는 Sm와 같은 란타넘족으로 이루어진 제1 물질과, CuI로 이루어진 제2 물질을 공증착하여 층을 형성할 때, 투명해지지도 않고 전도도가 상승하지도 않았다. 따라서, 제1 물질과 제2 물질에 포함되는 금속은 반응성이 커서 자발적 반응을 유도할 수 있는 물질인 것이 바람직하다.
할라이드 화합물 가운데 아이오딘 화합물은 아이오딘 자체의 전자 친화도, 전기 음성도가 작기 때문에 아이오딘 화합물이 해리되어 아이오딘 공공(vacancy)을 형성하거나 다른 반응성 금속과 결합하여 신규 화합물을 생성하기 쉽다. 따라서, 금속으로 이루어진 제1 물질과 아이오딘을 포함한 금속 아이오딘의 치환 반응에 의해 생성된 화합물들에 의해 전자 주입 특성을 좋게 할 수 있다.
또, 아이오딘은 플루오린에 비해 유기 물질과의 굴절률 차이가 작아 광학 설계에 유리하다. 또, 아이오딘은 플루오린과 같은 물질에 비해 열증발 온도가 낮아 공정성이 유리하다. 또, 플루오린이 열분해되면 가스가 나와 진공도가 떨어지는 문제가 있으나, 아이오딘 열을 가하더라도 고체로 남으므로 진공도가 감소되는 문제가 없다.
상기 실험예에서 할라이드 화합물 가운데 아이오딘 화합물에 대해서 실험을 진행하였으나, 제2 물질로서 KCl, KBr, RbCl, RbBr, CsCl 또는 CsBr 같은 금속 할라이드를 사용한 경우에도 금속 아이오딘과 유사한 결과를 나타냈다.
이하 전도 메커니즘에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에서 제1 물질에 포함된 금속과 제2 물질에 포함된 금속이 서로 치환될 수 있다. 이 때, 제1 물질의 원자가 전자수는 제2 물질에 포함된 금속의 원자가 전자수와 같거나 클 수 있다. 제1 물질의 원자가 전자수가 제2 물질에 포함된 금속의 원자가 전자수보다 크면 추가 발생하는 자유 전자로 인해 전도도가 향상될 수 있다.
또한, 제2 물질에 포함된 할로겐 원소를 제1 물질이 가져가 신규한 물질을 형성하게 되면, 할로겐 공공(vacancy)에 따라 자유 전자가 형성되어 전도도가 향상될 수도 있다.
또한, 반응에 참여하고 남은 금속 이온에 의해 전도도가 향상될 수도 있다.
본 실시예에서 전자 주입층(180)은 상기 제1 물질의 금속과 상기 제2 물질에 포함된 할로겐로 이루어진 쌍극자 물질 및/또는 상기 제1 물질의 금속과 상기 제2 물질의 금속 할라이드로 이루어진 제1 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 쌍극자 물질은 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1 물질의 금속은 약 2.7eV 이하의 란타넘족 원소인 것이 바람직하다. 란타넘족 원소로서 일함수가 2.6eV인 이터븀(Yb), 일함수가 2.7eV인 사마륨(Sm) 또는 일함수가 2.5eV인 유로퓸(Eu)을 사용할 수 있다.
란타넘족 원소 가운데 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 및 유로퓸(Eu)은 이온화 에너지가 가장 낮고, 이온 반경이 작아 알칼리 할라이드 재료와 반응이 쉬우며, 알칼리 할라이드 재료 내부로 확산이 용이하다. 따라서, 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 및 유로퓸(Eu)이 KI, RbI 또는 CsI와 쉽게 반응하여 페로브스카이트 구조의 반응물과 알칼리 금속 또는 이온이 잔존하여 주입 장벽을 원활히 낮출 수 있다.
상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다. 페로브스카이트 구조는, 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소로 이루어질 수 있다. 앞에서 설명한 반응식 1, 2, 3을 참고하면, 전자 주입층(180)은 상기 설명한 쌍극자 물질, 페로브스카이트 구조를 갖는 제1 화합물 외에도 상기 제1 원소를 갖는 양이온 및 자유 전자를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 란타넘족 금속으로 이루어진 제1 물질과 알칼리 금속 할라이드로 이루어진 제2 물질을 공증착하여 전자 주입층(180)을 형성할 수 있고, 제1 물질과 제2 물질을 포함하는 전체 함량에서 제2 물질의 함량은 약 1vol% 내지 약 20vol%의 범위를 가질 수 있다. 최종 생성물인 전자 주입층(180)을 기준으로 설명하면, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 약 1vol% 내지 약 20vol%의 범위를 가질 수 있다.
란타넘족 원소를 갖는 제1 물질이 제2 물질보다 많으므로 전자 주입층(180)은 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 포함할 수도 있다.
바람직하게는 제1 물질이 Yb, Eu 또는 Sm이고, 제2 물질은 KI, RbI 또는 CsI일 수 있다. 예를 들어, RbI와 Yb를 공증착하면 화학 반응이 일어나 YbI2, YbI3, 및 RbYbI3 중에서 적어도 하나가 생성될 수 있다. 여기서, RbYbI3는 도 2에 도시한 바와 같이 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다. 이처럼 화학 반응이 일어나더라도 RbI 및 Yb로 남아 있는 물질도 존재할 수 있다.
본 실시예에 따른 전자 주입층(180)은 제1 물질과 제2 물질이 공증착된 단층 구조일 수 있다. 전자 주입층(180)에서 제1 물질이 제2 물질 대비하여 많이 분포되어 있으면 그 반대인 경우보다 상대적으로 전도성이 증가하나 투과율이 감소할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 제1 물질과 제2 물질이 분포되는 정도(부피)는 발광 소자에서 요구하는 면저항 및 투과율을 고려하여 최적화할 수 있다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 전자 주입층이 자유 전자를 갖는 것을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3을 참고하면, 제1 물질에 포함되는 이터븀(Yb)과 제2 물질에 포함되는 RbI를 사용하여 하나의 막을 형성할 수 있다. 이터븀(Yb)과 RbI가 반응하여 전도체를 형성할 수 있고, 구체적으로 Rb와 Yb가 서로 치환되어 결과적으로 반응물 어딘가에 자유 전자가 형성되고, YbI2 또는 YbI3 화합물을 형성함에 따라 발생하는 아이오딘 공공(vacancy)에 의해 자유 전자가 형성될 수 있다. 이처럼 금속 할라이드의 한 종류인 RbI에 의해 형성되는 자유 전자 및/또는 아이오딘 공공(vacancy)에 의해 형성되는 자유 전자 및 금속 이온 때문에 본 실시예에 따른 전자 주입층(180)이 전자 주입 속도를 빠르게 하는 특성을 가질 수 있다. 비록 도 3에서 금속 할라이드로서 RbI를 설명하였으나, KI 또는 CsI 등에도 동일하게 적용 가능하다.
이하에서는 도 4 및 하기 표 1을 참고하여, 란터넘족 원소를 갖는 제1 물질과 공증착되는 알칼리 금속 할라이드를 갖는 제2 물질의 함량이 1vol% 내지 20vol%일 때, 구동 전압 감소로 인한 수명 증가 효과에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 소자와 비교예의 수명 수준을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 비교예 1은 이터븀(Yb)으로 형성된 전자 주입층을 포함하는 발광 소자를 나타내고, 본 실시예에 따른 발광 소자는 이터븀(Yb)과 RbI를 9:1의 부피비로 공증착하여 전자 주입층을 형성한 실시예 1과, 이터븀(Yb)과 KI를 9:1의 부피비로 공증착하여 전자 주입층을 형성한 실시예 2를 나타낸다.
도 4를 참고하면, 섭씨 85도에서 약 240시간 동안, 시간에 따른 화이트 광효율을 평가하였고, 그 결과, 비교예에서는 100 시간 이후 급격하게 광효율이 저하되었고, 이것으로 볼 때 수명이 저하되는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 본 개시에 따른 실시예에서는 광효율이 98.4% 이상 유지되고 있으므로 수명이 개선됨을 확인할 수 있다.
하기 표 1은, 도 4에서 설명한 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2를 섭씨 85도에서 약 240시간 동안, 시간에 따른 화이트/레드/그린/블루 광효율을 평가한 결과이다.
하기 표 1을 참고하면, 비교예에 따른 구동 전압은 시간이 지남에 따라 점점 증가하나, 실시예 1, 2에 따른 따른 구동 전압의 증가 폭은 크지 않고 오히려 감소하는 경우가 대부분이다. 이처럼, 본 개시에 따른 실시예에서는 구동 전압 저감으로 인해 전력 효율이 17% 내지 26% 개선되며, 이로 인해, 도 4에서 살펴본 것처럼 수명이 개선될 수 있다. 섭씨 85도에 해당하는 조건은, 실외에서 강한 빛에 노출되는 자동차와 유사한 환경일 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예에 따른 발광 소자를 자동차에 적용할 경우에 고온에서도 구동 전압이 유지되고 수명이 개선되는 효과가 있다.
| 레서피(시간) | 구동 전압(V) | |||
| W | R | G | B | |
| 비교예 1(0hr) | 3.85 | 2.49 | 3.17 | 2.72 |
| 비교예 1(120hr) | 4.42 | 3.12 | 3.28 | 2.64 |
| 비교예 1(240hr) | 5.04 | 3.76 | 3.76 | 2.91 |
| 실시예 1(0hr) | 2.66 | 2.5 | 1.67 | 1.56 |
| 실시예 1(120hr) | 2.65 | 2.01 | 1.48 | 1.47 |
| 실시예 1(240hr) | 2.52 | 2.27 | 1.68 | 1.5 |
| 실시예 2(0hr) | 2.46 | 2.26 | 1.71 | 1.64 |
| 실시예 2(120hr) | 2.29 | 2.06 | 1.45 | 1.42 |
| 실시예 2(240hr) | 2.55 | 2.05 | 1.63 | 1.46 |
이하에서는, 란터넘족 원소를 갖는 제1 물질과 알칼리 금속 할라이드를 갖는 제2 물질의 부피비에 따른 광효율 및 소자의 신뢰성에 대해 살펴보기로 한다.
하기 표 2는, Liq를 포함하는 전자 수송층과 AgMg를 포함하는 음극을 포함하는 발광 소자에서, 비교예 1-1은 이터븀(Yb)으로 전자 주입층을 형성하고, 실시예 1-1 내지 실시예 1-6은 이터븀(Yb)과 KI를 공증착하여 전자 주입층을 형성한 경우이다. 실시예 1-1 내지 실시예 1-6에서 전자 주입층에 포함된 KI의 함량은 각각 1vol%, 3vol%, 5vol%, 10vol%, 15vol%, 20vol%이다. 하기 표 2의 수치들은 조건 당 패널 30개의 효율의 평균에 해당하는 값들이다.
| R 효율 | G 효율 | B 효율 | W 효율 | |
| 비교예 1-1 | 37.4 | 53.8 | 4.973 | 29.9 |
| 실시예 1-1 | 38.3 | 56.3 | 5.131 | 31.2 |
| 실시예 1-2 | 38.6 | 56.8 | 5.179 | 31.2 |
| 실시예 1-3 | 39.1 | 57.1 | 5.218 | 31.2 |
| 실시예 1-4 | 38.9 | 59.0 | 5.360 | 31.7 |
| 실시예 1-5 | 39.6 | 59.0 | 5.467 | 31.9 |
| 실시예 1-6 | 38.3 | 59.1 | 5.492 | 32.0 |
하기 표 3은, Liq를 포함하는 전자 수송층과 AgYb로 형성된 음극을 포함하는 발광 소자에서, 비교예 1-1은 이터븀(Yb)으로 전자 주입층을 형성하고, 실시예 2-1 내지 실시예 2-6은 이터븀(Yb)과 KI를 공증착하여 전자 주입층을 형성한 경우이다. 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서 전자 주입층에 포함된 KI의 함량은 각각 1vol%, 3vol%, 5vol%, 10vol%, 15vol%, 20vol%이다.
| R 효율 | G 효율 | B 효율 | W 효율 | |
| 비교예 1-1 | 37.4 | 53.8 | 4.973 | 29.9 |
| 실시예 2-1 | 37.7 | 55.2 | 5.096 | 31.2 |
| 실시예 2-2 | 38.0 | 56.5 | 5.230 | 31.4 |
| 실시예 2-3 | 38.6 | 57.1 | 5.142 | 31.2 |
| 실시예 2-4 | 38.9 | 57.7 | 5.291 | 31.2 |
| 실시예 2-5 | 38.7 | 58.9 | 5.564 | 31.7 |
| 실시예 2-6 | 37.4 | 60.3 | 5.469 | 32.1 |
상기 표 2, 표 3을 참고하면, 비교예 1-1 대비하여 실시예 1-1 내지 실시예 1-6 및 실시예 2-1 내지 실시예 2-6의 경우에 화이트 광효율이 대략 4% 내지 7% 상승하는 효과가 있다.
하기 표 4는, 이터븀(Yb)과 RbI를 공증착하여 전자 주입층을 형성하고, 이터븀(Yb)과 KI를 공증착하여 전자 주입층을 형성할 때, 공증착되는 2가지 물질의 부피비에 따라 발광 소자를 포함하는 표시 패널의 신뢰성을 평가한 결과이다.
| 전자 주입층 | 부피비(vol%) | 신뢰성 | 전자 주입층 | 부피비(vol%) | 신뢰성 |
| Yb:RbI | 9:1 | 양품 | Yb:KI | 9:1 | 양품 |
| Yb:RbI | 8:2 | 양품 | Yb:KI | 8:2 | 양품 |
| Yb:RbI | 7:3 | 불량 | Yb:KI | 7:3 | 불량 |
| Yb:RbI | 5:5 | 불량 | Yb:KI | 5:5 | 불량 |
| Yb:RbI | 3:7 | 불량 | Yb:KI | 3:7 | 불량 |
| Yb:RbI | 1:9 | 불량 | Yb:KI | 1:9 | 불량 |
| RbI 단독 | - | 불량 | KI 단독 | - | 불량 |
상기 표 4를 참고할 때, 이터븀(Yb)과 RbI의 부피비가 9:1 및 8:2인 경우에 표시 패널이 정상적으로 동작하였고, RbI의 함량이 20vol%를 넘게 되면, 패턴 얼룩과 같은 현상이 발생하여 표시 패널의 불량률이 높아질 수 있다.
Yb와 KI의 비율에서, KI가 늘어남에 따라 반응물 가운데 페로브스카이트 구조를 많이 갖게 되며, 페로브스카이트의 경우, 개구부 얼라인 장치인 마그네틱 지그에서 발생하는 자장에 굉장히 민감하게 반응하여 증착 공정 시, 표면에서 마그네틱 지그와 같은 패턴의 얼룩이 발생하는 것이 확인된다. 페로브스카이트 구조의 경우, 이원계 화합물보다 약 10배 이상의 높은 유전율을 지니게 됨에 따라 자장 변화에 민감하게 반응할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 개시에 따른 발광 소자는, 신뢰성 및 광효율 관점에서 란터넘족 원소를 갖는 제1 물질과 공증착되는 알칼리 금속 할라이드를 갖는 제2 물질의 함량이 1vol% 내지 20vol%인 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참고하면, 전자 주입층(180) 위에 제2 전극(190)이 위치한다. 제2 전극(190)은 반투과 전극일 수 있다.
본 개시에서 반투과 전극이라고 함은 제2 전극(190)으로 입사한 광의 일부를 투과시키고, 나머지 광을 제1 전극(120)으로 반사하는 반투과 성질을 갖는 물질을 포함하는 전극으로 정의할 수 있다. 여기서, 반투과 성질이란 입사광에 대한 반사율이 약 0.1% 이상 약 70% 미만이거나 약 30% 이상 50% 이하를 의미할 수 있다.
제2 전극(190)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이터븀(Yb) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
앞에서 언급한 제2 전극(190)을 합금으로 형성하는 경우에 합금 비율은 증착원의 온도, 분위기, 진공도 등에 의해 제어되고 적절한 비율로서 선택될 수 있다. 본 실시예에서 제2 전극(190)은 약 50 옹스트롬 내지 약 150 옹스트롬의 두께를 가질 수 있다. 제2 전극(190)의 두께가 50 옹스트롬보다 작으면 면저항을 확보하기 어려운 문제가 있고, 150 옹스트롬보다 크면 반사율이 높이지기 때문에 광각 특성(Wide Angle Distribution; WAD)이 나빠져 옆에서 보았을 때 색변화가 일어날 수 있다.
본 실시예에서 제2 전극(190)은 AgMg 또는 AgYb로 형성하는 것이 바람직하다.
AgMg 또는 AgYb 전극 적용 시, Mg 또는 Yb의 함량이 높을수록 전자 주입 장벽이 낮아지게 되고, 이에 따라 많은 전자가 주입되게 된다. 전체 소자에서 전자-정공 밸런스가 틀어지게 되면, 소자 내에 열화가 발생하게 되어 수명 및 효율이 급감할 수 있다. 이러한 전자-정공 밸런스를 고려하여 제2 전극(190)에 포함되는 Mg 또는 Yb의 함량은 약 10vol% 내지 약 30vol%인 것이 바람직하다.
AgMg 전극과 AgYb 전극을 비교할 때, Mg의 경우 발화성이 높으므로 환경 및 안전 이슈 측면에서 AgYb가 좀 더 바람직할 수 있다. 또, 전자 주입층에서 Yb를 포함하기 때문에, AgMg 전극 제조 대비하여 AgYb 전극 제조 시 필요한 재료 수가 적으므로 공정 및 제조 단가면에서 AgYb가 좀 더 바람직할 수 있다.
제2 전극(190) 위에 캡핑층(200)이 위치하고, 캡핑층(200)은 유기 물질 또는 무기 물질로 형성될 수 있으며, 제2 전극(190)을 보호하거나 제2 전극(190)과 함께 공진 세기와 공진 위상의 변화를 유도하는 역할을 할 수도 있다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 발광층을 포함하는 발광 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 5에서, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 각각 대응하는 발광 소자를 기판(23) 위에 도시한다.
도 5를 참고하면, 도 1의 발광층(150)이 적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 및 청색 발광층(150B)을 포함하고, 이들은 제1 전극(120)에 평행한 방향으로 수평 배치되어 있다. 정공 전달층(130)은 적색 발광층(150R)과 제1 전극(120) 사이, 녹색 발광층(150G)과 제1 전극(120) 사이 및 청색 발광층(150B)과 제1 전극(120) 사이에 공통적으로 위치하고, 공통적으로 위치하는 부분에서 정공 전달층(130)의 두께는 실질적으로 동일할 수 있다.
적색 발광층(150R), 녹색 발광층(150G), 및 청색 발광층(150B) 중에서 서로 이웃하는 발광층 사이에는 화소 정의막(25)이 위치할 수 있다.
본 실시예에서, 청색 발광층(150B) 하부에 청색 발광층(150B)의 효율을 높이기 위한 보조층(BIL)이 위치할 수 있고, 보조층(BIL)은 정공 전하 밸런스(hole Charge Balance)를 조절하여 청색 발광층(150B)의 효율을 높이는 역할을 할 수 있다. 보조층(BIL)은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 1
상기 화학식 1에서 A1, A2 및 A3는 각각 수소, 알킬기, 아릴기, 카르바졸, 디벤조티오펜(dibenzothiophene), 디벤조퓨란(Dibenzofuran; DBF), 비페닐(biphenyl)일 수 있고, a, b, c는 각각 0 내지 4의 정수일 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물들의 일례로 하기 화학식 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6을 포함할 수 있다.
화학식 1-1
화학식 1-2
화학식 1-3
화학식 1-4
화학식 1-5
화학식 1-6
변형 실시예로 보조층(BIL)은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 2
상기 화학식 2에서 a, b, c는 각각 독립적으로 0 내지 3이고, X는 O, N 및 S 중에서 선택될 수 있으며, X는 서로 같거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 2를 나타내는 화합물의 일례로 하기 화학식 2-1 내지 2-5를 포함할 수 있다.
화학식 2-1
화학식 2-2
화학식 2-3
화학식 2-4
화학식 2-5
변형 실시예로 보조층(BIL)은 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 3
화학식 3에서 A1은 수소, 알킬기, 아릴기, 카르바졸, 디벤조티오펜(dibenzothiophene), 디벤조퓨란(Dibenzofuran; DBF)일 수 있고, L1과 L2는 각각 
(n은 0 내지 3의 정수)일 수 있으며, L1과 L2에 연결된 디벤조퓨란 은 카르바졸 또는 디벤조티오펜(dibenzothiophene)으로 대체될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자는 적색 발광층(150R) 하부에 적색 공진 보조층(150R')이 위치하고, 녹색 발광층(150G) 하부에 녹색 공진 보조층(150G')이 위치할 수 있다. 이들 적색 공진 보조층(150R')과 녹색 공진 보조층(150G')은 각 색상별 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층이다. 이와 달리, 청색 발광층(150B) 및 보조층(BIL) 하부에는 이들과 정공 전달층(130) 사이에 위치하는 별도의 공진 보조층이 형성되지 않을 수 있다.
전자 주입층(180) 및 제2 전극(190)은 적색 발광층(150R)과 캡핑층(200) 사이, 녹색 발광층(150G)과 캡핑층(200) 사이 및 청색 발광층(150B)과 캡핑층(200) 사이에 공통적으로 위치하고, 공통적으로 위치하는 부분에서 전자 주입층(180) 및 제2 전극(190)의 두께는 실질적으로 동일할 수 있다.
여기서, 도 1에서 설명한 내용들을 중복 설명하지는 않는다. 다만, 도 5에 도시한 기판(110)과 제1 전극(120) 사이에 박막 트랜지스터, 층간 절연막을 포함하는 소자와 절연막 등이 형성될 수 있으나, 도 5에는 생략하였고, 도 7을 참고하여 후술하기로 한다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 발광층의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1에서 설명한 발광 소자와 대부분의 구성이 동일하다. 이하에서는 도 1의 실시예와 차이가 있는 부분에 대해서 설명하기로 하고, 도 1을 참고하여 설명한 내용은 도 6의 실시예에 모두 적용 가능하다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층(150a, 150b, 150c)이 조합되어 백색 또는 청색 발광하는 발광층(150)을 포함한다. 복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조일 수 있고, 도 6에서는 3층의 발광층(150)을 도시하고 있다. 도시하지 않았으나, 발광층(150)에서 발생한 광은, 제2 전극(190) 위에 위치하는 색변환층을 통과하면서 원하는 색상을 구현할 수 있다. 색변환층은 각 화소 영역에 대응하도록 복수개 형성될 수 있다. 복수의 색변환층은 염료 또는 안료를 포함하는 적색, 녹색 및 청색의 색필터이거나, 각기 크기가 다른 나노 입자, 예를 들어 양자점을 포함할 수도 있다. 발광층(150)이 청색을 발광하는 경우에는, 청색의 색필터가 생략되거나 청색 화소 영역에 대응하는 부분에 색변환층 대신 투과층이 형성되어 발광층(150)에서 발생된 청색 광을 그대로 투과시킬 수도 있다. 이때, 복수의 층(150a, 150b, 150c)이 조합되어 청색 발광하는 경우뿐만 아니라, 단일층으로 청색 발광하는 발광층과 색변환층의 조합에 의한 발광 소자 구조를 형성하는 것도 가능하다.
3층의 발광층(150)은 각각 블루, 옐로우, 및 블루를 나타낼 수 있고, 도시하지 않았으나, 2층의 발광층인 경우에는 각 층이 블루, 옐로우를 나타낼 수 있다. 도시하지 않았으나, 도 6의 복수의 층(150a, 150b, 150c) 중에서 서로 이웃하는 층 사이에 적어도 하나의 전하 생성층이 위치할 수 있다.
도 1에서 설명한 전자 주입층(180)에 관한 설명은 도 6의 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 7은 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 개시의 한 실시예에 따른 발광 표시 장치는 기판(23), 구동 박막 트랜지스터(30), 제1 전극(120), 발광 소자층(100) 및 제2 전극(190)을 포함한다. 제1 전극(120)은 애노드 전극, 제2 전극(190)은 캐소드 전극일 수 있으나, 제1 전극(120)이 캐소드 전극이고 제2 전극(190)이 애노드 전극일 수 있다.
기판(23) 위에는 기판 버퍼층(26)이 위치할 수 있다. 기판 버퍼층(26)은 불순 원소의 침투를 방지하며, 표면을 평탄화하는 역할을 하나, 반드시 필요한 구성은 아니며, 기판(23)의 종류 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
기판 버퍼층(26) 위에는 구동 반도체층(37)이 형성된다. 구동 반도체층(37)은 다결정 규소를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 구동 반도체층(37)은 불순물이 도핑되지 않은 채널 영역(35), 채널 영역(35)의 양 옆에서 도핑되어 형성된 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)을 포함한다. 이때, 도핑되는 이온 물질은 붕소(B)와 같은 P형 불순물이며, 주로 B2H6이 사용될 수 있다. 여기서, 이러한 불순물은 박막 트랜지스터의 종류에 따라 달라진다.
구동 반도체층(37) 위에는 게이트 절연막(27)이 위치한다. 게이트 절연막(27) 위에는 구동 게이트 전극(33)을 포함하는 게이트 배선이 위치한다. 그리고, 구동 게이트 전극(33)은 구동 반도체층(37)의 적어도 일부, 특히 채널 영역(35)과 중첩되도록 형성된다.
한편, 게이트 절연막(27) 상에는 구동 게이트 전극(33)을 덮는 층간 절연막(28)이 형성된다. 게이트 절연막(27)과 층간 절연막(28)에는 구동 반도체층(37)의 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)을 드러내는 제1 접촉 구멍(22a) 및 제2 접촉 구멍(22b)이 형성되어 있다. 층간 절연막(28) 위에는 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)을 포함하는 데이터 배선이 위치할 수 있다. 또한, 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)은 각각 층간 절연막(28) 및 게이트 절연막(27)에 형성된 제1 접촉 구멍(22a) 및 제2 접촉 구멍(22b)을 통해 소스 영역(34) 및 드레인 영역(36)과 연결된다.
이와 같이, 구동 반도체층(37), 구동 게이트 전극(33), 구동 소스 전극(73) 및 구동 드레인 전극(75)을 포함하는 구동 박막 트랜지스터(30)가 형성된다. 구동 박막 트랜지스터(30)의 구성은 전술한 예에 한정되지 않고, 당해 기술 분야의 전문가가 용이하게 실시할 수 있는 공지된 구성으로 다양하게 변경 가능하다.
그리고, 층간 절연막(28) 상에는 데이터 배선을 덮는 평탄화막(24)이 형성된다. 평탄화막(24)은 그 위에 형성될 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해 단차를 없애고 평탄화시키는 역할을 한다. 또한, 평탄화막(24)에는 제3 접촉 구멍(22c)이 형성되어 구동 드레인 전극(75)과 후술하는 제1 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
여기에서, 본 개시의 실시예는 전술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 평탄화막(24)과 층간 절연막(28) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화막(24) 위에는 발광 소자(LD)의 제1 전극(120)이 위치한다. 평탄화막(24)과 제1 전극(120) 위에 화소 정의막(25)이 위치한다. 화소 정의막(25)에는 제1 전극(120)의 일부와 중첩하여 개구부가 형성되어 있다. 이때, 화소 정의막(25)에 의해 형성된 개구부마다 발광 소자층(100)이 위치할 수 있다.
한편, 제1 전극(120) 위에는 발광 소자층(100)이 위치한다. 발광 소자층(100)은 도 1에서 설명한 발광 소자에서 정공 전달층(130), 발광층(150), 전자 수송층(160) 및 전자 주입층(180)에 대응한다. 뿐만 아니라, 도 5 및 도 6에서 설명한 발광 소자에 관한 내용도 본 개시에 따른 발광 표시 장치에 적용 가능하다.
도 7에서, 발광 소자층(100)이 화소 정의막(25)의 개구부 내에만 위치하는 것으로 도시하였으나, 도 5에서 설명한 것처럼 발광 소자층(100)을 구성하는 일부 층들은 제2 전극(190)처럼 화소 정의막(25) 상부면 위에도 위치할 수 있다.
발광 소자층(100) 위에는 제2 전극(190) 및 캡핑층(200)이 위치한다.
캡핑층(200) 위에는 박막 봉지층(300)이 위치한다. 박막 봉지층(300)은 기판(23) 위에 형성되어 있는 발광 소자(LD)와 구동 회로부를 외부로부터 밀봉시켜 보호한다.
박막 봉지층(300)은 서로 하나씩 교대로 적층되는 봉지 유기막(300a, 300c)과 봉지 무기막(300b, 300d)을 포함한다. 도 7에서는 일례로 2개의 봉지 유기막(300a, 300c)과 2개의 봉지 무기막(300b, 300d)이 하나씩 교대로 적층되어 박막 봉지층(300)을 구성하는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
이상에서 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시에 의한 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 발광 소자층 120: 제1 전극
130: 정공 전달층 150: 발광층
160: 전자 전달층 180: 전자 주입층
190: 제2 전극 200: 캡핑층
130: 정공 전달층 150: 발광층
160: 전자 전달층 180: 전자 주입층
190: 제2 전극 200: 캡핑층
Claims (26)
- 제1 전극,
상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 그리고
상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고,
상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고,
상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이고,
상기 란타넘족 원소는 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 또는 유로퓸(Eu)이고,
상기 제1 원소는 칼륨(K), 루비듐(Rb) 또는 세슘(Cs)이고,
상기 제2 원소는 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 아이오딘(I)인 발광 소자. - 제1항에서,
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질을 포함하는 발광 소자. - 제2항에서,
상기 쌍극자 물질은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제1항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 포함하고,
상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 갖는 발광 소자. - 제1항에서,
상기 전자 주입층은 상기 제1 원소를 갖는 양이온을 포함하는 발광 소자. - 제1항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 포함하는 발광 소자. - 제1항에서,
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질, 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어지고 페로브스카이트 구조를 갖는 제1 화합물, 상기 제1 원소를 갖는 양이온 및 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 포함하는 발광 소자. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 제1 원소는 칼륨(K)이고, 상기 제2 원소는 아이오딘(I)인 발광 소자. - 제1항에서,
상기 제2 전극은 마그네슘(Mg)과 이터븀(Yb) 중 적어도 하나와 은(Ag)의 합금을 포함하는 발광 소자. - 제11항에서,
상기 제2 전극에 포함되는 마그네슘(Mg) 및 이터븀(Yb) 중 적어도 하나의 함량은 10vol% 내지 30vol%인 발광 소자. - 제1항에서,
상기 발광층과 상기 전자 주입층 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함하고,
상기 전자 수송층은 유기 물질을 포함하는 발광 소자. - 제1항에서,
상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층을 포함하고,
상기 청색 발광층 아래 위치하는 보조층을 더 포함하는 발광 소자. - 제14항에서,
상기 적색 발광층 아래 위치하는 적색 공진 보조층 및 상기 녹색 발광층 아래 위치하는 녹색 공진 보조층을 더 포함하는 발광 소자. - 제1 전극,
상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층, 그리고
상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고,
상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고,
상기 란타넘족 원소는 2.7eV 이하의 일함수를 갖고,
상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이고,
상기 란타넘족 원소는 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 또는 유로퓸(Eu)이고,
상기 제1 원소는 칼륨(K), 루비듐(Rb) 또는 세슘(Cs)이고,
상기 제2 원소는 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 아이오딘(I)인 발광 소자. - 제16항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제17항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소를 갖는 단원자 분자를 더 포함하는 발광 소자. - 삭제
- 제16항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 더 포함하고,
상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 갖는 발광 소자. - 기판,
상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 그리고
상기 박막 트랜지스터와 연결되는 발광 소자를 포함하고,
상기 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 발광층 그리고 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 전자 주입층을 포함하고,
상기 전자 주입층은 란타넘족 원소, 알칼리 금속인 제1 원소 및 할로겐인 제2 원소를 포함하고,
상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 갖는 전체 물질 중에서, 상기 제1 원소를 갖는 물질과 상기 제2 원소를 갖는 물질의 합은 1vol% 내지 20vol%이고,
상기 란타넘족 원소는 이터븀(Yb), 사마륨(Sm) 또는 유로퓸(Eu)이고,
상기 제1 원소는 칼륨(K), 루비듐(Rb) 또는 세슘(Cs)이고,
상기 제2 원소는 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 아이오딘(I)인 발광 표시 장치. - 제21항에서,
상기 전자 주입층은 서로 극성이 다른 상기 란타넘족 원소와 상기 제2 원소를 갖는 쌍극자 물질을 포함하는 발광 표시 장치. - 제22항에서,
상기 쌍극자 물질은 상기 란타넘족 원소를 2가 원소로 포함하는 화합물 및 상기 란타넘족 원소를 3가 원소로 포함하는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 표시 장치. - 제21항에서,
상기 전자 주입층은 상기 란타넘족 원소, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소로 이루어진 제1 화합물을 포함하고,
상기 제1 화합물은 페로브스카이트 구조를 갖는 발광 표시 장치. - 제21항에서,
상기 발광층은 복수의 층이 조합되어 백색 또는 청색 발광하는 발광 표시 장치. - 제25항에서,
상기 발광층과 대응하도록 상기 제2 전극 위에 위치하는 색변환층을 더 포함하는 발광 표시 장치.
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