KR20230103638A - 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 복수개의 스택 중 적어도 하나의 스택에 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층을 인접하게 구비하되, 발광층의 물성을 변경하여 서로의 발광층에 분배된 엑시톤의 비발광 로스를 방지하거나 최소화하여 양 발광층의 효율 저하가 없고 수명을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 청색 발광층과 다른 색의 발광층이 접한 구조에서 발광층 내부에 소광되는 엑시톤의 비율을 줄이거나 방지함으로써 인접한 발광층들의 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치에 관한 발명이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 표시장치(Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 중, 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.
발광 소자의 자발광 원리를 이용하여 표시를 수행하는 표시 장치에서, 각 서브 화소에 구비된 발광 소자는 서로 다른 색을 발광하는 복수개의 발광층을 2개의 전극 사이에 포함하여 백색 광을 나타낼 수 있다. 그런데, 청색 발광층은 타색 발광층 대비 낮은 효율을 갖는 한계와, 타색 발광층으로부터 에너지를 전달받지만 발광에 이용되지 못하는 문제로, 타색 발광층과 인접하여 청색 발광층을 구비한 발광 소자에서, 청색 발광층 내부에서의 발광 효율은 높아지지 않고 오히려 내부 엑시톤이 발광에 이용되지 않고 소광되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수 발광층이 인접한 구조에서 청색 발광층과 인접한 발광층간의 재료간 삼중항 여기 준위 차를 변경하거나 청색 호스트로의 덱스터 천이를 방지할 수 있는 청색 호스트의 물성을 변경하여 소광되는 엑시톤을 줄여 청색 발광층과 인접한 발광층 모두의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 복수개의 스택 중 적어도 하나의 스택에 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층을 인접하게 구비하되, 발광층의 물성을 변경하여 서로의 발광층에 분배된 엑시톤의 비발광 로스를 방지하거나 최소화하여 양 발광층의 효율 저하가 없고 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층과, 상기 제 1 전극과 상기 비청색 인광 발광층 사이에 제 1 공통층; 및 상기 청색 형광 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 제 2 공통층을 포함하며, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 2 도펀트의 일중항 여기 준위(S1)로 에너지를 전달하고 상기 제 1 도펀트로부터 덱스터 에너지 전이를 억제하는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택 및 상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함한다. 상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 1 도펀트와 상기 제 2 도펀트 사이의 삼중항 여기 준위를 갖는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택 및 상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함한다. 그리고, 상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 코어 화합물과 상기 코어 화합물 외곽에 1nm 이상의 스페이서를 갖는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는, 복수개의 서브 화소를 갖는 기판과, 상기 서브 화소 각각에 구비된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한 구동 회로 및 상기 서브 화소 각각에, 상기 구동 회로와 접속된, 상술한 발광 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 발광 소자는, 청색 형광 발광층과 적어도 하나의 인광 발광층으로 발광층들이 접한 구조에서, 청색 형광 발광층의 호스트가 인접한 인광 발광층으로 덱스터 에너지 전이를 억제하는 스페이서 구조를 갖거나, 물성적으로 삼중항 여기 준위가 높은 재료, 특히, 인접한 인광 발광층의 도펀트의 삼중항 여기 준위보다 삼중항 여기 준위가 높고 청색 형광 발광층의 도펀트의 삼중항 여기 준위보다 낮은 재료로 호스트를 구성함으로써, 청색 형광 발광층에서 비발광 소진되는 원인을 해결하며, 인접한 청색 형광 발광층과 인광 발광층에 공급된 엑시톤의 최대의 효율로 발광에 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 소자는 청색 형광 발광층과 인접한 인광 발광층을 갖는 스택의 발광 효율이 개선되고, 개선된 인광 발광층의 발광 효율을 고려하여, 초기 엑시톤 분배를 청색 형광 발광층에 비중을 더 두어 구비시키며 인광의 효율을 형광 청색효율로 전환시킬 수 있어, 백색 구현시 발광하는 백색의 색온도를 조절하거나, 원하는 색, 특히, 청색의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 통해 발생된 엑시톤이 100%에 가까운 비율로 빛으로 전환될 수 있어, 고효율의 백색 발광 소자를 구현하는데 도움을 줄 수 있다. 본 발명을 통해, 여분의 인광 효율을 형광 청색의 효율로 전환하게 되어, 원하는 색온도의 백색 발광 소자의 발광이 되도록 하고, 적녹청 효율을 원하는 비율로 제어 가능하다. 또한, 청색 형광 발광층을 사용하므로 수명 측면에도 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 발광 소자의 일 예에 따른 층 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자에서 도 1의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 발광 소자의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 양자 효율을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에서 도 1의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 제 1 도펀트로부터 제 2 호스트의 덱스터 에너지 전이 억제 원리를 나타낸 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 13는 도 12의 구체적인 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 14는 도 13의 발광 소자를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 15는 제 1 내지 제 4 실험예에 따른 발광 소자의 백색 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자에서 도 1의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 발광 소자의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 양자 효율을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에서 도 1의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 제 1 도펀트로부터 제 2 호스트의 덱스터 에너지 전이 억제 원리를 나타낸 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 13는 도 12의 구체적인 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 14는 도 13의 발광 소자를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 15는 제 1 내지 제 4 실험예에 따른 발광 소자의 백색 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
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 % 미만이거나 또는 P-타입인 물질이 중량비 30% 미만인 경우에 '도핑된'층에 포함된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 발광 소자 및 이를 포함한 표시 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 발광 소자의 일 예에 따른 층 구조를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자에서 도 1의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극(300)과 제 2 전극(400)과, 상기 제 1 전극(300)과 상기 제 2 전극(400) 사이에, 서로 접한 청색 형광 발광층(330) 및 비청색 인광 발광층(320)과, 상기 제 1 전극(300)과 상기 비청색 인광 발광층(320) 사이에 제 1 공통층(CML1) 및 상기 청색 형광 발광층(330)과 상기 제 2 전극(400) 사이에 제 2 공통층(CML2)을 포함한다. 상기 제 1 전극(300)과 제 2 전극(400)은 어느 한 측이 하측에 위치하여 기판과 접할 수 있고, 다른 한 측이 상측에 위치할 수 있다.
상기 제 1 공통층(CML1)은 정공 주입층(305) 및 정공 수송층(310)을 포함할 수 있으며, 제 1 전극(300)으로부터 정공을 주입하여 상기 비청색 인광 발광층(320)으로 수송하는 기능을 갖는다. 정공 주입층(305) 및 정공 수송층(310) 외에 비청색 인광 발광층(320)에서 전자가 정공 수송층(310)으로 넘어감을 방지하는 전자 저지층이나 정공의 이동 속도를 조절하는 정공 제어층을 제 1 공통층(CML1)에 더 포함할 수도 있다.
제 2 공통층(CML2)은 전자 수송층(340) 및 전자 주입층(350)을 포함할 수 있으며, 제 2 전극(400)으로부터 전자를 주입하여 상기 청색 형광 발광층(330)으로 수송하는 기능을 갖는다. 또한, 제 2 공통층(CML2)은 추가적으로 청색 형광 발광층(330)에서 정공이 빠져나오는 것을 방지하기 위해 정공 저지층이나 제 2 전극(400)으로부터의 전자의 이동 속도를 제어하는 전자 제어층을 더 구비할 수 있다.
제 1, 제 2 공통층(CML1, CML2)은 전극 사이에 발광층만 구비될 경우, 발광층이 각 전극에 대해 받는 에너지 배리어가 크고, 이로 인해 구동 전압 증가가 높으며, 발광층으로의 적절한 정공 및 전자 공급이 어렵기 때문에, 정공 및 전자의 수송성을 강화하기 위해 구비되는 층이다. 도시된 층 이외에 제 1, 제 2 공통층(CML1, CML2)은 발광 소자가 요구되는 정공 수송성 및 전자 수송성이나 캐리어의 분배를 고려하여 추가적인 층이 더 구비될 수 있다.
도 1에 도시된 발광 소자는, 복수개의 발광층이 접한 구조를 서로 대향된 제 1, 제 2 전극(300, 400) 사이에 갖는 것이다. 경우에 따라 제 1 전극(300)이 하측에 위치하고, 제 2 전극(400)이 상측에 위치하는 것도 가능하고, 제 1 전극(300)이 상측에 위치하고 제 2 전극(400)이 하측에 위치하는 것도 가능하다.
그리고, 도 1의 “S” 는 제 1 전극(300)과 제 2 전극(400) 사이에 유기물로 이루어진 내부 스택을 의미한다. 내부 스택(S)는 다른 스택과 전하 생성층 등에 의해 연결될 수 있을 것이다.
여기서, 서로 접한 발광층(320, 330)는 각각 인광과 형광 방식으로 발광되는 것이다. 또한, 본 발명의 발광 소자는 하나의 소자로 다른 색의 발광이 가능하도록 발광층(320, 330)을 이루는 호스트와 도펀트에 다른 재료가 이용된다.
고색순도와 고효율이 요구되는 탠덤 소자에서는 청색 고효율이 요구되는데, 본 발명의 발광 소자는 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층을 접합시켜 비청색 인광 발광층(320)에서 높은 인광 효율을 유지하고, 청색 형광 발광층(330)에서 인접한 비청색 인광 발광층(320)으로 에너지 전달에 의한 청색의 발광 효율의 저하 없이 각 발광층에서 양자 효율을 최대화하고 비발광 손실을 방지하거나 줄인 것을 목적으로 한다.
비청색 인광 발광층(320)은 예를 들어, 적색 인광 발광층이거나, 황녹색 인광 발광층이거나 녹색 인광 발광층일 수 있다. 상기 비청색 인광 발광층(320)은 적색 인광 발광층일 때 발광하는 광은 600nm 내지 650nm 파장에서 발광 피크를 갖고, 녹색 인광 발광층일 때 발광하는 광은 510nm 내지 575nm의 파장에서 발광 피크를 가질 수 있고, 황녹색 인광 발광층일 때 발광하는 광은 540nm 내지 610nm의 파장에서 발광 피크를 가질 수 있다.
비청색 인광 발광층(320)은 제 1 호스트(h1)와 청색보다 장파장의 인광 발광 가능한 제 1 도펀트(d1)를 포함한다. 제 1 호스트(h1)는 비청색 인광 발광층(320)으로 공급되는 정공과 전자가 재결합된 엑시톤이 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위(T1)에서 작용하여 발광에 이용될 수 있도록 제 1 도펀트(d1)로 에너지 전달이 가능한 재료 군에서 선택할 수 있다. 제 1 도펀트(d1)은 이리듐(Ir), 백금(Pt), 베릴륨(Be) 등의 금속을 코어로 한 금속 착체물을 이용할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명하는 삼중항 여기 준위(T1)란 트리플릿(삼중항 여기자)이 해당 에너지 준위에서 들 뜬 상태를 갖는 것을 의미하고, 일중항 여기 준위(S1)는 싱글릿(일중항 여기자)이 해당 에너지 준위에서 들 뜬 상태를 갖는 것을 의미한다. 인광 도펀트는 트리플릿이 그라운드 상태로 에너지가 떨어지며 인광 발광이 발생하고, 형광 도펀트는 일중항 여기 준위에서 그라운드 상태로 에너지가 떨어지며 이 과정에서 형광 발광이 발생한다.
청색 형광 발광층(330)은 제 2 호스트(h2)와 청색의 형광 발광 가능한 제 2 도펀트(d2)를 포함한다. 상기 청색 형광 발광층(330)이 발광하는 청색 광은 430nm 내지 480nm 파장에서 발광 피크를 가질 수 있다. 인접한 비청색 인광 발광층(320)으로부터 덱스터 전이된 에너지가 청색 발광층(330)에서 비발광 소멸되는 것을 억제하기 위해 제 2 호스트(h2)는 도 2와 같이, 그 삼중항 여기 준위가 비청색 인광 발광층(320)의 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위와 제 2 도펀트(d2)의 삼중항 여기 준위 사이에 있는 재료가 이용된다. 또한, 제 2 도펀트(d2)는 제 2 호스트(h2)보다 높은 삼중항 여기 준위를 갖는 것으로, 일중항 여기 준위와 삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작은 특성을 갖는다. 이를 위해 상기 제 2 도펀트(d2)는 붕소계 도펀트를 이용할 수 있다. 붕소계 도펀트의 예로 화학식 1 내지 9의 재료를 들 수 있다. 제시된 예는 일예이며, 보론을 중심으로 한 화합물 중 청색 발광이 가능하고, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위보다 높다면 다른 재료로 변경될 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
도 2와 같이, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위가 제 1 도펀트(d1)와 제 2 도펀트(d2)의 사이에 있으며, 이 경우, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위는 2.1eV 내지 2.4eV일 수 있다. 이는 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330) 사이의 삼중항 여기 준위에서 덱스터 에너지 전이가 발생할 때, 청색 형광 발광층(330) 내에서 비발광으로 소진되는 엑시톤 비율을 낮추기 위함이다. 비청색 인광 발광층(320)은 인광 발광이 고려된 것으로, 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위에 있는 삼중항 엑시톤들이 그라운드 상태로 에너지가 떨어지며 인광 발광한다.
만일, 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위가 인접한 청색 형광 발광층(330)의 제 2 호스트(h2)나 제 2 도펀트(d2)의 삼중항 여기 준위보다 높은 경우, 청색 형광 발광층(330)으로 덱스터 에너지 전이가 발생하며, 비청색 인광 발광층(320)에서 청색 형광 발광층으로 엑시톤은 전달되나 청색 형광 발광층을 이루는 재료의 낮은 삼중항 여기 준위에 의해 형광 발광에 이용되지 못하고, 각 재료의 삼중항 여기 준위에서 열 에너지로 방출되어 비발광 소진된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자는, 청색 형광 발광층(330)의 제 2 호스트(h2)나 제 2 도펀트(d2)의 삼중항 여기 준위가 비청색 인광 발광층(320)의 제 1 도펀트(d1)보다 높게 하여, 그 에너지 차에 의해 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330) 사이에서 높은 삼중항 에너지 준위에서 낮은 삼중항 에너지 준위로 이동하는 덱스터 에너지 전이를 방지한 것이다. 이를 통해 청색 형광 발광층에 덱스터 에너지 전이된 에너지를 받는 경우 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위에서 비발광으로 소진되는 엑시톤을 방지하거나 줄일 수 있는 것이다. 그리고, 청색 형광 발광층(330)은 내부 3:1의 비율로 발생되는 트리플릿과 싱글릿 비율에서 싱글릿 엑시톤이 일중항 여기 준위에서 그라운드 상태로 떨어지며 발생되는 형광 발광이 발생하고, 또한, 제 2 호스트(h2)에서 2개의 트리플릿들이 TTF(triplet-triplet fusion)에 의해 상호 작용하여 제 2 도펀트(d2)의 일중항 여기 준위(S1)에서 싱글릿 엑시톤들이 에너지가 그라운드 상태로 떨어지며 추가 형광 발광하며 청색 형광 발광층(330)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
청색 형광 발광층(330)의 제 2 도펀트(d2)에서 제 2 호스트(h2)의 삼중항 에너지 준위간 제 1 덱스터 에너지 전이(DET1), 제 2 호스트(h2)의 삼중항 에너지 준위에서 비청색 인광 발광층(320)의 삼중항 에너지 준위로 제 2 덱스터 에너지 전이(DET2)되며 엑시톤 이동이 있을 수 있지만, 이 경우, 비청색 인광 발광층(320)으로 전달된 엑시톤은 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위에서 온전히 인광 발광에 이용될 수 있어, 내부 양자 효율을 최대화할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자는 제 2 호스트(h2)의 예로는 제 1 도펀트(d1)와 제 2 도펀트(d2) 사이의 삼중항 여기 준위(T1)를 가질 수 있는 화합물로, 화학식 10의 성분을 화합물의 말단기로 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 호스트(h2)는 화학식 10의 말단기 외에 카바졸(carbazole), 플루오렌 (fluorene), 트리아진(triazine) 및 퀴나졸린(quinazoline) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 10]
(X는 수소, 질소 및 붕소 중 어느 하나.
R1, R2는 독립적으로 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합아릴기, 탄소수 2 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기, 탄소수 1 내지 24의 치환 또는 비치환된 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3내지 24의 사이클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 24의 알콕시키, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 24의 아릴 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 24의 아릴 실릴기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, R1 및 R2은 독립적으로 이웃하는 치환기와 축합링을 형성할 수 있다.
그리고, 제 2 호스트의 예로, 화학식 11 및 화학식 12를 들 수 있다.
[화학식 11]
[화학식 12]
본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자에서, 제 2 호스트(h2)로 제시된 상술한 화학식 11 및 화학식 12의 예는 일예이며, 제 1 도펀트(d1)와 제 2 도펀트(d2) 사이의 삼중항 여기 준위를 가지며, 제 2 도펀트(d2)에서 여기에 의한 형광 발광을 돕는 기능을 갖는 한에서 다른 재료로 변경될 수 있다.
한편, 본 발명의 발광 소자에서는 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)이 접하여 있고, 양 쪽의 제 1, 제 2 전극(300, 400)에 전압 인가시 발생되는 전류에 의해 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)으로 이동되는 정공 및 전자가 재결합된 엑시톤들이 양 발광층(320, 330)에 분배되어 발광이 일어난다. 따라서, 한 스택 내 혹은 서로 대향된 2개의 전극 내에 발광층으로 단일 발광층이 이용되는 구조에 비해 2개의 발광층(320, 330)에 분배된 엑시톤으로 발광이 수행되어야 하므로 각 발광층의 효율 증가가 주요한 의미를 갖는다.
2개의 비청색 인광 발광층(320) 및 청색 형광 발광층(330)이 접하였을 때, 발광층 각각의 두께가 조절되거나 혹은 내부의 제 1, 제 2 도펀트(d1, d2)의 각 발광층(320, 330)에 포함된 함량이 조절되어, 각 발광층(320, 330)에 작용하는 엑시톤의 분배를 달리할 수 있다.
이하, 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)에 분배되는 엑시톤 함량에 따라 엑시톤들이 발광에 이용되는 내부 양자 효율을 살펴본다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 3a와 같이, 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)의 엑시톤 분배 비율을 전류 구동과 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)의 두께 비 및 제 1, 제 2 도펀트(d1, d2)의 함량 조절에 의해, 50%, 50%로 할 때, 청색 형광 발광층(330)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능하는 것으로, 50%*1/4에 해당하는 12.5%의 내부 양자 효율을 갖는다.
반면, 비청색 인광 발광층(320)은 공급된 엑시톤이 온전히 인광 발광에 기능하며, 동시에, 청색 형광 발광층(330) 내의 트리플릿이 제 2 도펀트(d2)에서 제 2 호스트(h2)로 제 1 덱스터 에너지 전이(DET1)를 통해 전이되고, 다시 제 2 호스트(h2)에서 비청색 인광 발광층(320)의 삼중항 여기 준위(T1)로 제 2 덱스터 에너지 전이(DET2)를 통해 전이되어, 비청색 인광 발광층(320)에 자체 공급된 50%의 엑시톤과 청색 형광 발광층(330)으로부터 덱스터 에너지 전이된 트리플릿에 의한 37.5%(50%*3/4) 가 함께 인광 발광에 기여할 수 있다. 즉, 비청색 인광 발광층(320)은 릴랙세이션 시간(relaxation time)이 긴 트리플릿을 청색 형광 발광층(330)에서 덱스터 에너지 전이로 받아 87.5% (50%+37.5%)의 내부 양자 효율을 가지며, 제 1 도펀트(d1)에서 발광하는 색의 인광 발광이 가능한 것이다.
이 경우, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자는 비발광으로 소진되는 엑시톤없이 비청색 인광 발광층(320)에서 87.5%, 청색 형광 발광층(330)에서 12.5%의 효율로 나누어 기능하는 것으로, 내부 양자 효율을 100%로 하여 발광에 기여할 수 있게 한다.
도 3b와 같이, 도 3a 대비 비청색 인광 발광층(320)보다 청색 형광 발광층(330)의 두께를 늘리거나, 도 3a 대비 청색 형광 발광층(330)의 제 2 도펀트(d2)함량을 늘리거나 혹은 엑시톤 집중이 보다 청색 형광 발광층(330)에 있도록 하여, 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)의 엑시톤 비율이, 20%, 80%로 하면, 청색 형광 발광층(330)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능하는 것으로, 80%*1/4에 해당하는 20%의 내부 양자 효율을 갖는 것으로, 청색 형광 발광층(330)에서의 내부 양자 효율을 높여 발광 소자 내에서 청색의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이 경우, 비청색 인광 발광층(320)은 공급된 20%의 엑시톤과 함께, 동시에, 청색 형광 발광층(330)의 제 2 도펀트(d2) 및 제 2 호스트(h2)에서 덱스터 에너지 전이(DET1, DET2)를 통해 전이된 트리플릿에 의해 인광 발광이 가능한 것으로, 80% (20%+80%*3/4)에 해당하는 내부 양자 효율을 갖는다.
도 3c와 같이, 도 3b와 반대로 비청색 인광 발광층(320)의 두께를 청색 형광 발광층(330)보다 늘리거나, 도 3a 대비 비청색 인광 발광층(320)의 제 1 도펀트(d1)함량을 늘리거나 혹은 엑시톤 집중이 보다 비청색 인광 발광층(320)에 있도록 하여, 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)의 엑시톤 비율이, 80%, 20%로 하면, 청색 형광 발광층(330)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능하는 것으로, 20%*1/4에 해당하는 5%의 내부 양자 효율을 갖는다. 그리고, 이 경우, 비청색 인광 발광층(320)은 공급된 80%의 엑시톤과 함께, 동시에, 청색 형광 발광층(330)의 제 2 도펀트(d2) 및 제 2 호스트(h2)에서 덱스터 에너지 전이(DET1, DET2)를 통해 전이된 트리플릿에 의해 인광 발광이 가능한 것으로, 95% (80%+20%*3/4)에 해당하는 내부 양자 효율을 갖는다.
도 3a 내지 도 3c은 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)의 초기 전하 비율을 조절함에 의해 구분되며, 모든 경우에 전하 비율에 의해 나뉜 초기 상태에서 분배된 엑시톤 중 청색 형광 발광층(330)에서 발광에 기능하지 못한 트리플릿이 청색 형광 발광층(330)에서 비발광 소진되지 않고, 표 1과 같이, 인접한 비청색 인광 발광층(320)으로 전달되어 인광 발광에 기능할 수 있어, 발광층들이 인접한 구조에서 엑시톤의 최대 효율을 꾀할 수 있다. 또한, 발광 소자는, 제 1, 제 2 전극(300, 400)에서 제 1 공통층(CML1), 비청색 인광 발광층(320), 청색 형광 발광층(330), 및 제 2 공통층(CML2)으로 이루어지는 스택(S) 외에 추가적인 스택을 구비하는 경우, 다른 스택의 발광 색과의 조합으로 최종 발광 소자에서 나오는 광의 색역을 고려하여 도 3b와 같이 청색 형광 발광층(330)의 초기 엑시톤 비율을 높이거나 도 3c와 같이, 비청색 인광 발광층(320)의 초기 엑시톤 비율을 높일 수 있다.
| 구분 | 도 3a | 도 3b | 도 3c |
| 초기엑시톤비율(320:330) | 50%:50% | 20%:80% | 80%:20% |
| 내부양자효율 | IQE | IQE | IQE |
| 비청색인광발광층(320) | 87.5% | 80% | 95% |
| 청색형광발광층(330) | 12.5% | 20% | 5% |
| 발광층 총 효율 | 100% | 100% | 100% |
상술한 제 1 실시예에서, 제 2 도펀트의 삼중항 여기 준위는 2.4eV이상이다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자는, 인광 도펀트 대비하여, 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 형광 청색 도펀트와 형광 청색 호스트를 이용한다. 이 경우, 덱스터 에너지 천이를 통해 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위에 있는 삼중항 엑시톤은 형광 호스트의 삼중항 에너지 준위로 전이된다. 이 삼중항 엑시톤은 덱스터 에너지 천이에 의해 다시 인접한 인광 적색 발광층의 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위로 전이되며 적색 발광에 기여할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자와 반대로 비청색 인광 발광층에서 청색 형광 발광층으로 덱스터 에너지 전이 되는 경우에 해당하는 비교예에 따른 발광 소자에 대해 살펴본다.
도 4는 비교예에 따른 발광 소자의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 양자 효율을 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 비교예에 따른 발광 소자는, 도 1의 층 구조를 갖되, 발광층의 구성을 인광 호스트(ph)와 인광 도펀트(pd)를 포함한 비청색 인광 발광층(32)과 청색 호스트(bh)와 청색 도펀트(bd)를 포함한 청색 형광 발광층(33)를 접한 구조로 한 것이다. 청색 형광 발광층(33)의 청색 호스트(bh)와 청색 도펀트(bd)가 비청색 인광 발광층(32)의 인광 도펀트(pd)보다 낮은 삼중항 여기 준위를 갖는 경우를 나타낸다.
이 경우, 비교예에 따른 발광 소자는 청색 형광 발광층(33)의 재료를 단일 청색 발광 소자의 청색 발광층에서 이용하는 안트라센계 호스트와 파이렌계 도펀트를 사용한 것이다.
도 4와 같이, 비교예에 따른 발광 소자는 안트라센계 호스트와 파이렌계 도펀트가 모두 비청색 인광 발광층의 삼중항 여기 준위보다 낮은 삼중항 여기 준위를 갖는다. 따라서, 비교예의 따른 발광 소자는, 비청색 인광 발광층의 인광 도펀트(pd)로부터 청색 호스트(bh)로 덱스터 에너지 전이되고, 청색 도펀트로부터 덱스터 에너지 전이되어 청색 호스트의 삼중항 상태로 전이된 에너지가 그라운드 상태로 떨어질 때 이는 열 방출로 소진되는 것으로 비발광 소진되어, 발광층들에 공급된 엑시톤 중 호스트의 삼중항 상태로 전달된 엑시톤은 발광에 기여하지 못하며, 이는 내부 양자 효율을 경감시키는 원인이 된다.
비교예에 따른 발광 소자의 비청색 인광 발광층(32)은 도 1 내지 2에서 설명한 비청색 인광 발광층의 제 1 호스트와 제 1 도펀트를 이용하였다.
도 5와 같이, 비교예에 따른 발광 소자의 초기 엑시톤 비율을 비청색 인광 발광층(32)과 청색 형광 발광층(33)에 각각 50%, 50%로 하였을 때, 비청색 인광 발광층(32)에서 덱스터 에너지 전이가 공급된 엑시톤의 1/2로 발생한다고 하였을 때, 나머지 엑시톤 1/2에서 인광 발생되는 것으로, 인광 발광에서 이용되는 내부 양자 효율은 50%*1/2에 상당한 25%이다.
그리고, 비청색 인광 발광층(32)에서 나머지 25%에 해당하는 엑시톤 성분에 의해 덱스터 에너지 전이로 청색 형광 발광층(33)의 청색 호스트의 삼중항 준위로 에너지가 전달된다. 따라서, 청색 형광 발광층(33)은 청색 도펀트에서 내부 싱글릿과 트리플릿의 1:3의 발생 비율 차로 인해 공급된 엑시톤 50%의 1/4에 해당하는 싱글릿 성분에 의해 12.5%의 형광 발생과 함께, 각각 청색 도펀트와 비청색 인광 도펀트로부터 청색 호스트의 삼중항 여기 준위로 덱스터 에너지 전이된 트리플릿의 양 62.5 (50*3/4+25)% 중 일부 TTF (Triplet-triplet Fusion) 작용에 의해 일부 싱글릿으로 에너지 전이되고, 다시 청색 도펀트의 일중항 여기 준위로 에너지 전이되며, 이를 형광에 이용할 수 있다. 여기서, TTF 작용은 의해 TTF 작용은 호스트의 삼중항 여기 준위에 있는 대략 1/5에서 발생하므로 TTF 작용으로 추가 형광 발광하는 효율은 62.5%*1/5에 해당하는 12.5%에 해당한다.
따라서, 비교예에 따른 발광 소자는 도 5 및 표 2와 같이, 청색 형광 발광층(33)에서는 발광 소자에 공급되는 엑시톤의 25%(12.5%+12.5%) 비율을 발광에 이용할 수 있고, 비청색 인광 발광층(32)에서는 발광 소자에 공급된 엑시톤의 25%의 비율에서 발광이 발생할 수 있다.
| 구분 | 도 5 |
| 초기엑시톤비율(32:33) | 비청색인광발광층(50%):청색형광발광층(50%) |
| 내부양자효율 | IQE |
| 비청색인광발광층(32) | 25% |
| 청색형광발광층(33) | 25% |
| 발광층 총 효율 | 50% |
한편, 비교예의 발광 소자의 경우, 청색 형광 발광층의 내부 양자 효율이 인접한 비청색 인광 발광층(32)으로부터 덱스터 에너지 전이를 받는 점에 의해 본 발명의 발광 소자보다 청색 형광 발광층의 비율이 높아 보이지만, 비교예의 경우 청색 호스트의 삼중항 여기 준위에 있는 트리플릿 성분이 초기 구동에서 1/5 수준의 TTF 작용을 할 수 있지만 시간이 경과함에 따라 TTA(triplet-triplet annihilation) 등에 의해 트리플릿끼리 반응하며 소멸되거나 청색 형광 발광층(33)에서 비발광 상태의 트리플릿이 잔류하여 형광 발광을 저해하는 기능을 할 수 있어, 수명 저하의 문제도 발생할 수 있다.특히, 비교예의 발광 소자는 비청색 인광 발광층(32)과 청색 형광 발광층(33)이 갖는 물질의 구조적인 삼중항 에너지 준위 차에 의해 청색 호스트의 삼중항 에너지 준위에 있는 트리플릿의 4/5 는 비발광하는 것으로, 내부 양자 효율이 작고, 청색 형광 발광층이 내부 양자 효율의 1/5 수준임을 고려할 때, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층이 인접한 구조에서, 양 발광층에 고른 효율을 얻기 힘들고, 발광에 이용되지 못한 엑시톤이 특히 청색 형광 발광층에 잔류할 경우 발광을 저해하는 원인이 됨을 이해할 수 있다.
반면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자는 비교예의 발광 소자 대비 청색 형광 발광층(330)의 제 2 호스트, 제 2 도펀트를 인접한 비청색 인광 발광층(320)의 제 1 도펀트 대비 높은 삼중항 여기 준위가 되도록 하여, 비청색 인광 발광층(320)로부터 청색 형광 발광층(330)으로의 덱스터 에너지 전이를 방지하여, 비교예의 발광 소자에 발생되는 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위에서 트리플릿이 비발광 로스로 소진되어 내부 양자 효율이 떨어지는 점을 방지할 수 있다. 또한, 발광 소자에서 공급된 엑시톤을 온전히 접한 구조의 비청색 인광 발광층(320)과 청색 형광 발광층(330)에 이용하도록 하여 발광 소자 각각의 효율을 최대화하며 발광층(320, 330)에서 발광에 이용되지 못하고 잔류되는 엑시톤을 줄이거나 방지하여, 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 제 2 실시예의 발광 소자는, 도 1의 구조를 따르되, 발광 소자내의 비청색 인광 발광층(420)에, 인광 도펀트의 작용을 돕는 제 1 호스트(h1)와 함께, 높은 삼중항 에너지 준위를 갖는 제 2 호스트(h2)를 포함하여 청색 형광 발광층(330)에서 비청색 인광 발광층(420)으로 덱스터 에너지 전이를 원활히 한 것이다.
이 경우, 청색 형광 발광층(330)은 도 1 내지 도 2에서 상술한 제 2 호스트(h2)와 제 2도펀트(d2)를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 발광 소자에서, 제 1 전극(300), 제 2 전극(400), 제 1 공통층(CML1), 제 2 공통층(CML2)은 제 1 실시예에서 상술한 바와 같다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자는 제 2 실시예의 변형예로, 도 1의 구조를 따르되, 발광 소자내의 발광층들은, 제 1 비청색 인광 발광층(440), 제 2 비청색 인광 발광층(445) 및 청색 형광 발광층(330)으로 구비한 것이다. 여기서, 제 1 비청색 인광 발광층(440)은, 도 2의 제 1 호스트(h1)와 제 1 도펀트(d1)를 포함한 비청색 인광 발광층과 동일한 구성이며, 제 2 비청색 인광 발광층(445)는 제 1, 제 2 호스트(h1, h2)와 제 1 도펀트(d1)를 포함한 구성이며, 청색 형광 발광층(330)은 도 2의 제 2 호스트(h2)와 제 2 도펀트(d2)를 포함한 구성이다. 즉, 제 1 비청색 인광 발광층(440)과 청색 형광 발광층(330) 사이에 덱스터 에너지 전이를 제 1 비청색 인광 발광층(440)으로 하기 위해 높은 삼중항 여기 준위를 갖는 제 2 호스트(h2)를 더 포함한 것이다.
제 1, 제 2 비청색 인광 발광층(440, 445)은 모두 제 1 도펀트를 발광 도펀트로 포함한 것으로, 동일한 색을 발광한다.
제 2 실시예와 제 3 실시예의 발광 소자 모두 덱스터 에너지 전이된 트리플릿의 이동이 청색 형광 발광층에서 비청색 인광 발광층으로 원활히 되어, 청색 형광 발광층의 삼중항 여기 준위에 트리플릿이 잔류하여 비발광 로스로 소진되는 것을 억제하여, 인접한 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층에서 엑시톤이 발광에 이용되는 효율을 최대화할 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에서, 비청색 인광 발광층의 제 1 도펀트와 제 1 호스트간의 덱스터 에너지 전이는 오비탈이 물리적으로 겹칠 때 가능하기 때문에, 호스트 내 도펀트 함량이 상대적으로 청색 형광 발광층보다 높다. 형광 발광층은 제 2 호스트의 흡수 에너지 스펙트럼과 제 2 도펀트의 발광 스펙트럼의 겹침에 의해 에너지 전이가 가능하여, 상대적으로 인광 발광층 대비 도펀트 함량이 작다. 각각 비청색 인광 발광층에서, 제 1 호스트에 대한 제 1 도펀트의 함량은 20wt% 이하로 하며, 바람직하게는 10wt% 이하, 보다 바람직하게는 2wt% 내지 5wt%로 한다.
그리고, 청색 형광 발광층에서, 제 2 호스트에 대한 제 2 도펀트의 함량은 10wt% 이하로 하며, 바람직하게는 5wt% 이하, 보다 바람직하게는 0.1wt% 내지 4wt% 로 한다. 어느 경우나, 인접한 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층에서 도펀트 함량은 청색 형광 발광층이 작다.
본 발명의 발광 소자는, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층에 공급된 엑시톤을 100%의 비율로 빛으로 전환할 수 있어, 고효율의 발광 소자로, 백색 발광 소자 내 하나의 스택으로 적용시 구동 전압을 낮추며, 높은 효율로 복수 색의 발광이 가능하다. 즉, 본 발명의 발광 소자는, 제 1, 제 2 전극(300, 400) 사이의 제 1 공통층(CML1)부터 제 2 공통층(CML2)까지의 스택 구성 외에 다른 스택들과 연결시켜 백색 발광 소자로서 기능할 수 있다.
그리고, 본 발명의 발광 소자는 인접한 발광층들에서 초기 상태의 엑시톤 비율을 조절함에 의해 비청색 인광 발광층의 효율을 높이거나 청색 형광 발광층의 효율을 높일 수 있다. 그리고, 청색 형광 발광층 내의 트리플릿을 잔류시키지 않고, 이를 인광 발광층으로 덱스터 에너지 전이로 넘겨주어, 청색 형광 발광층 내의 소광을 줄여, 청색을 발광할 수 있는 스택의 수명을 향상시킬 수 있다.
즉, 장파장의 인광 발광층과 단파장의 형광 발광층이 인접한 이중 발광층 구조를 가지는 발광 소자에서, 삼중항 여기 준위가 높은 호스트와 형광 도펀트를 사용하면, 형광 발광층의 형광 도펀트의 일중항 엑시톤은 그라운드 상태로 에너지 준위가 떨어지며 발광하고, 삼중항 엑시톤은 덱스터 에너지 전이를 통해 인광 발광층내 인광 도펀트로 에너지가 전달되며 인광 발광에 기여한다. 따라서, 전체 양자 효율 관점에서 효율 저하 없이 다색 발광이 가능하다.
이하, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예와 다른 원리로 청색 형광 발광층으로부터 비청색 인광 발광층으로의 덱스터 에너지 전이를 억제하는 방식을 적용한 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에 따른 단면도이며, 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자에서 도 8의 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 에너지 전달 및 발광 원리를 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9의 제 1 도펀트로부터 제 2 호스트의 덱스터 에너지 전이 억제 원리를 나타낸 도면이다.
도 8과 같이 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극(500) 및 제 2 전극(600)과, 상기 제 1, 제 2 전극(500, 600) 사이에 정공 주입층(505), 정공 수송층(510), 비청색 인광 발광층(520), 청색 형광 발광층(530), 전자 수송층(540), 전자 주입층(550)을 포함한 스택(S)을 포함할 수 있다. 상기 스택(S)과 더불어, 다른 스택을 전자 수송층(540)과 전자 주입층(550) 사이, 혹은 정공 주입층(505)과 정공 수송층(510) 사이에 더 포함할 수 있다. 그리고, 더 구비되는 다른 스택은 도 8에 도시된 스택(S)과 다른 발광층의 구조를 가질 수 있다. 또한, 더 구비되는 다른 스택은 복수개로, 복수개의 스택 중 적어도 하나는 청색 발광층을 발광층으로 단일로 포함하는 스택일 수 있다. 복수개의 스택 및 상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자는, 비청색 인광 발광층(520)은 비청색의 파장을 인광 발광하는 제 1 도펀트(d1)와 제 1 도펀트(d1) 의 여기 작용을 돕는 제 1 호스트(h1)를 포함한다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자의 비청색 인광 발광층(520)의 구성은 상술한 제 1 내지 제 3 실시예에서 이용하는 비청색 인광 발광층과 동일 구성일 수 있으며, 설명을 생략한다.
청색 형광 발광층(530)의 제 2 호스트(h2)가, 코어 화합물(531a)과 상기 코어 화합물(531a) 외곽에 1nm 이상의 스페이서(531b)를 갖는다.
여기서, 상기 청색 형광 발광층(530)의 제 2 호스트(h2) 내 코어 화합물(531a)은, 도 9와 같이, 제 1 도펀트(d1)의 삼중항 여기 준위보다 낮은 삼중항 여기 준위를 갖더라도, 도 10과 같이, 제 2 호스트(h2)는 코어 화합물(531a) 외곽에 덱스터 에너지 전이를 방지할 수 있는 구조물로 스페이서(531b)를 더 구비함으로써, 인접한 비청색 인광 발광층(520)에서 청색 형광 발광층(530) 내의 호스트로 덱스터 에너지 전이가 방지된다.
트리플릿의 삼중항 여기 준위 차에 의해 발생되는 덱스터 에너지 전이는 오비탈의 인접 또는 겹침에 가능하다. 대략 덱스터 에너지 전이를 받는 측과 주는 측의 거리가 1nm 미만일 때 덱스터 에너지 전이가 가능하다. 본 발명의 제 2 호스트(h2)의 외곽에 있는 스페이서(531b)가 1nm 이상이 되도록 하여 물리적으로, 덱스터 에너지 전이가 억제되도록 한 것이다.
상기 제 2 호스트(h2)의 코어 화합물은 안트라센을 중심에 포함한 화합물일 수 있으며, 상기 스페이서(531b)는 메틸(methyl) 기, 터셔리 부틸(tertiary-butyl)기, 페닐(phenyl) 기 등일 수 있다. 상기 스페이서(531b)는 상기 코어 화합물(531a)의 말단기에 치환될 수 있다.
예를 들어, 제 2 호스트(h2)의 코어 화합물이 화학식 13과 같을 때, 제 2 호스트(h2)는 화학식 14 내지 16 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 13]
[화학식 14]
[화학식 15]
[화학식 16]
한편, 상기 청색 형광 발광층(530)의 제 2 도펀트는 보론계 도펀트로 제 1 내지 제 3 실시예에서 설명한 바와 동일하게 상기 비청색 인광 발광층(520)의 제 1 도펀트(d1)보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자 역시 제 2 호스트(h2)가 구조적으로 인접 재료에 의한 덱스터 에너지 전이가 억제되도록, 공간적 방해 구조인 스페이서(531b)를 더 구비함으로써, 비청색 인광 도펀트로부터 청색 형광 발광층 내 제 2 호스트로 삼중항 준위 차에 의한 덱스터 에너지 전이가 억제되며, 트리플릿이 비청색 인광 발광층에서 여기에 작용하도록 하며, 이로써, 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위에 트리플릿이 잔류하여 발생되는 비발광 로스를 줄이고, 청색 형광 발광층(530) 내에서 트리플릿이 유발하는 소광 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자 역시 인접한 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층에서 엑시톤이 발광에 이용되는 효율을 최대화할 수 있으며, 수명 향상을 기대할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9의 발광 원리에 따른 발광 소자에 있어서, 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 엑시톤 비율에 따른 각 발광층의 내부 발광 효율을 나타낸 도면이다.
도 11a와 같이, 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)의 초기 엑시톤 분배 비율을 전류 구동과 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)의 두께 비 및 제 1, 제 2 도펀트(d1, d2)의 함량 조절에 의해, 50%, 50%로 할 때, 비청색 인광 발광층(520)은 인접한 청색 형광 발광층(530)의 제 2 호스트(h2)가 공간적으로 덱스터 에너지 전이를 받을 수 없어, 내부의 엑시톤들이 인광 발광에 모두 기여할 수 있다. 즉, 비청색 인광 발광층(520)은 공급된 50%의 엑시톤을 모두 발광에 이용할 수 있어, 내부 양자 효율 50%를 갖는다.
이 경우, 청색 형광 발광층(530)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능함과 함께, 제 2 도펀트(d2)와 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위 사이는, 제 2 삼중항 여기 준위가 높은 제 2 도펀트(d2)에서 낮은 제 2 호스트(h2)로 덱스터 에너지 전이가 발생하고, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위에 있는 트리플들간 TTF 작용으로 일중항 여기 전이로 천이하고, 이는 제 2 도펀트(d2)의 일중항 여기 준위로 전이로 추가적인 형광 발광이 가능하다. 대략적으로 TTF 작용을 이용한 추가적 형광 발광은 엑시톤 비율이 1/5 수준에서 가능하다. 따라서, 청색 형광 발광층(530)은 1/4의 싱글릿 비율에 의한 50%*1/4에 해당하는 12.5%의 내부 양자 효율과, 내부 제 2 도펀트(d2)에서 제 2 호스트(h2)로의 덱스터 에너지 전이 및 TTF 작용에 의한 추가적 형광 발광에 의한 37.5%*1/5을 더한 값인 20% (50%*1/4+37.5%*1/5)의 내부 양자 효율을 갖는다.
즉, 표 3과 같이, 도 11a의 경우 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)의 내부 양자 효율을 합한 값은 70%인 것으로, 덱스터 에너지 전이를 억제할 수 없는 비교예 대비 내부 양자 효율의 개선이 있는 점을 확인할 수 있다.
도 11b는, 엑시톤 초기 비율을 분배 비율을 전류 구동과 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)간 75%, 25%로 한 것으로, 비청색 인광 발광층(520)은 인접한 청색 형광 발광층(530)의 제 2 호스트(h2)가 공간적으로 덱스터 에너지 전이를 받을 수 없어, 내부의 엑시톤들이 인광 발광에 모두 기여할 수 있다. 즉, 비청색 인광 발광층(520)은 공급된 75%의 엑시톤을 모두 발광에 이용할 수 있어, 내부 양자 효율 75%를 갖는다.
이 경우, 청색 형광 발광층(530)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능함과 함께, 제 2 도펀트(d2)와 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위 사이는, 제 2 삼중항 여기 준위가 높은 제 2 도펀트(d2)에서 낮은 제 2 호스트(h2)로 덱스터 에너지 전이가 발생하고, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위에 있는 트리플들간 TTF 작용으로 일중항 여기 전이로 천이하고, 이는 제 2 도펀트(d2)의 일중항 여기 준위로 전이로 추가적인 형광 발광이 가능하다. 대략적으로 TTF 작용을 이용한 추가적 형광 발광은 엑시톤 비율이 1/5 수준에서 가능하다. 따라서, 청색 형광 발광층(530)은 1/4의 싱글릿 비율에 의한 25%*1/4에 해당하는 6.25%의 내부 양자 효율과, 내부 제 2 도펀트(d2)에서 제 2 호스트(h2)로의 덱스터 에너지 전이 및 TTF 작용에 의한 추가적 형광 발광에 의한 18.75%*1/5을 더한 값인 10% (25%*1/4+18.75%*1/5)의 내부 양자 효율을 갖는다.
즉, 표 3과 같이, 도 11b의 경우에도 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)의 내부 양자 효율을 합한 값은 85%인 것으로, 덱스터 에너지 전이를 억제할 수 없는 비교예 대비 내부 양자 효율의 개선이 있는 점을 확인할 수 있다.
도 11c는, 엑시톤 초기 비율을 분배 비율을 전류 구동과 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)간 80%, 20%로 한 것으로, 비청색 인광 발광층(520)은 인접한 청색 형광 발광층(530)의 제 2 호스트(h2)가 공간적으로 덱스터 에너지 전이를 받을 수 없어, 내부의 엑시톤들이 인광 발광에 모두 기여할 수 있다. 즉, 비청색 인광 발광층(520)은 공급된 80%의 엑시톤을 모두 발광에 이용할 수 있어, 내부 양자 효율 80%를 갖는다.
이 경우, 청색 형광 발광층(530)은 3:1로 발생된 트리플릿과 싱글릿의 비율로, 일중항 여기 준위(S1)에 있는 싱글릿들이 청색 형광에 기능함과 함께, 제 2 도펀트(d2)와 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위 사이는, 제 2 삼중항 여기 준위가 높은 제 2 도펀트(d2)에서 낮은 제 2 호스트(h2)로 덱스터 에너지 전이가 발생하고, 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위에 있는 트리플들간 TTF 작용으로 일중항 여기 전이로 천이하고, 이는 제 2 도펀트(d2)의 일중항 여기 준위로 전이로 추가적인 형광 발광이 가능하다. 대략적으로 TTF 작용을 이용한 추가적 형광 발광은 엑시톤 비율이 1/5 수준에서 가능하다. 따라서, 청색 형광 발광층(530)은 1/4의 싱글릿 비율에 의한 20%*1/4에 해당하는 5%의 내부 양자 효율과, 내부 제 2 도펀트(d2)에서 제 2 호스트(h2)로의 덱스터 에너지 전이 및 TTF 작용에 의한 추가적 형광 발광에 의한 15%*1/5을 더한 값인 8% (20%*1/4+15%*1/5)의 내부 양자 효율을 갖는다.
즉, 표 3과 같이, 도 11c의 경우 비청색 인광 발광층(520)과 청색 형광 발광층(530)의 내부 양자 효율을 합한 값은 88%인 것으로, 덱스터 에너지 전이를 억제할 수 없는 비교예 대비 내부 양자 효율의 개선이 있는 점을 확인할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c의 실험 및 표 3은 비청색 인광 발광층(520)이 온전히 인광 발광에 이용되는 것으로, 비청색 인광 발광층(520)의 초기 엑시톤 분배 비율을 높일 때 내부 양자 효율의 활용이 높은 점을 확인할 수 있다. 그러나, 어느 경우나, 비청색 인광 발광층(520)은 덱스터 에너지 전이로 인한 엑시톤 저감이 없는 것으로, 이로 인해 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자는 비청색 인광 발광층의 엑시톤 저감없이 내부 양자 효율을 높일 수 있는 것을 확인할 수 있다.
| 구분 | 도 11a | 도 11b | 도 11c |
| 초기엑시톤비율(520:530) | 50%:50% | 75%:25% | 80%:20% |
| 내부 양자효율 | IQE | IQE | IQE |
| 비청색인광발광층(520) | 50% | 75% | 80% |
| 청색형광발광층(530) | 20% | 10% | 8% |
| 발광층 총 효율 | 70% | 85% | 88% |
이하, 복수 스택 구조로 발광 소자를 적용한 예를 살펴본다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이며, 도 13는 도 12의 구체적인 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 12와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향된 제 1, 제 2 전극(110, 200) 사이의 전하 생성층(CGL1. CGL2. CGL3, CGL4)으로 구분된 제 1 내지 제 4 스택(S1. S2. S3. S4)을 포함한 것이다.
제 1 내지 제 4 스택(S1~S4) 중 어느 하나(S1)는 도 1 및 도 8에서 설명한 바와 같이, 정공 수송층(310), 비청색 인광 발광층(320 또는 520)과 청색 형광 발광층(330 또는 530), 전자 수송층(340)을 포함한 스택일 수 있다. 도시된 예에서는 제 1 스택(S1)이 비청색 인광 발광층(320 또는 520)과 청색 형광 발광층(330 또는 520))이 접한 구조를 나타내었다. 그러나, 도시된 예에 한하지 않고, 비청색 인광 발광층(320 또는 520)과 청색 형광 발광층(330 또는 520)이 접한 스택의 구성은, 제 1 스택(S1)이 아닌 제 2 내지 제 4 스택(S2~S4) 중 어느 하나에 배치될 수도 있다.
여기서, 비청색 인광 발광층(320 또는 520)은 적색을 발광하는 발광층일 수 있다. 이 경우, 상기 비청색 인광 발광층(320 또는 520)은 600nm 내지 650nm 파장의 발광 피크를 갖고, 상기 청색 형광 발광층(330 또는 530)은 430nm 내지 480nm 파장의 발광 피크를 가질 수 있다.
그리고, 나머지 스택들(S2~S4)은 제 1 스택(S1)과 다른 구성을 갖는 것으로, 적어도 발광층으로 단일 발광층을 갖는 것으로, 이 중 하나는 녹색 발광층을 포함하는 녹색 스택일 수 있고, 나머지 스택들은 청색 발광층을 포함하는 청색 스택일 수 있다. 도시된 예에서는 제 3 스택(S3)이 녹색 스택이고, 제 2, 제 4 스택(S2, S4)이 청색 스택인 예를 나타내었으나, 이에 한하지 않으며, 상기 비청색 인광 발광층(320 또는 520)과 청색 형광 발광층(330 또는 530)이 접한 구조의 발광 스택이나, 녹색 발광층을 발광층으로 하는 녹색 스택은 다른 위치로 변경 가능할 것이다.
도시된 도 12의 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 복수 적층에 의해 백색을 구현한 것이다. 발광층으로서 백색의 기여도가 가장 높은 녹색을 발광하는 녹색 발광층을 단일로 포함하는 녹색 스택(S3)과, 청색의 부족한 효율을 보충하기 위해 나머지 스택 구성을 청색 발광층을 포함한 구성으로 하였다.
한편, 도 12의 예는 4개의 스택을 제 1, 제 2 전극(110, 200) 사이에 구성한 예를 나타내었다. 그러나, 본 발명의 발광 소자로서 비청색 인광 발광층(320 또는 520)과 청색 형광 발광층(330 또는 530)을 하나의 스택에 발광층으로 구비하고, 나머지 스택에 녹색을 발광할 수 있는 발광 스택을 포함한 2 스택 이상의 구성을 갖는 한, 본 발명의 사상은 적용 가능하다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자로서 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층을 접하는 갖는 다층 발광층 구비 스택과, 녹색 발광층을 포함한 녹색 스택을 기본 구성으로 하여, 그 외에 추가적으로 청색의 부족한 효율을 보충하기 위해 하나 이상의 청색 발광 스택을 포함하는 예로의 변경이 가능하다.
도 12에서 설명하지 않은 층은 정공 수송층 혹은 전자 수송층의 공통층이다.
도 13과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향된 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)과, 상기 제 1 전극(110, 200) 사이에 전하 생성층(171, 172, 173)에 의해 구분되는 제 1 내지 제 4 스택(S1, S2, S3, S4)을 포함한다.
상기 전하 생성층(171, 172, 173)은 전자를 생성하여 인접한 스택의 전자 수송층으로 전달하는 n형 전하 생성층(171n, 172n, 173n)과 정공을 생성하여 인접한 스택의 정공 수송층으로 전달하는 p형 전하 생성층(171p, 172p, 173p)을 포함한다.
상기 제 1 스택(S1)은 정공 주입층(131), 제 1 정공 수송층(132), 적색 인광 발광층(133), 청색 형광 발광층(134) 및 제 1 전자 수송층(135)을 포함하며, 적색과 청색을 함께 발광한다. 상술한 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 발광 소자에서 설명한 바와 같이, 인접한 적색 인광 발광층(133)과 청색 형광 발광층(134)이 같은 스택에 있으며, 엑시톤이 분배되어 발광이 이루어지므로, 초기 엑시톤 분배 비율을 조정하여, 적색의 발광 효율을 높이거나 청색의 발광 효율을 높일 수 있다. 청색 형광 발광층(134)은 제 2 호스트(h2)의 삼중항 여기 준위가 청색 형광 발광층(134) 내의 제 2 도펀트(d2)의 삼중항 여기 준위와, 적색 인광 발광층(133)의 제 1 도펀트(ㅇ1)의 삼중항 여기 준위 사이에 있거나, 혹은 제 2 호스트(h2)가 코어 화합물 외곽에 적색 도펀트로부터 덱스터 에너지 전이를 방지할 수 있는 스페이서를 더 구비한 것으로, 적색 인광 발광층(133)으로부터 청색 형광 발광층(134)으로의 덱스터 에너지 전이가 억제된다. 이에 따라, 적색 인광 발광층(133)은 초기 분배된 엑시톤을 모두 발광에 이용할 수 있고, 경우에 따라, 반대로 청색 형광 발광층(134)에서의 덱스터 에너지 전이로 추가된 트리플릿에 의한 인광 발광의 효율 향상이 가능한 이점이 있다. 더불어, 청색 형광 발광층(134)은 적색 인광 발광층(133)으로부터 덱스터 에너지 전이가 억제되어 추가적인 트리플릿이 공급되지 않아 트리플릿 잔류에 의해 소광되는 현상을 방지하며 이로 인해 수명 향상이 가능하다.
제 1 스택(S1)에 구비된 적색 인광 발광층(133)은 제 1 내지 제 4 실시예에서 설명한 발광 소자의 비청색 인광 발광층(320 또는 520)의 특징 및 재료의 구성을 따르며, 청색 형광 발광층(134)은 제 1 내지 제 4 실시예에서 설명한 발광 소자의 청색 형광 발광층(330 또는 530)의 특징 및 재료의 구성을 따른다.
적색 인광 발광층(133)의 제 1 호스트(h1)는 일예로, BeBq2, BeMq2 및 BAlq 중 어느 하나의 화합물일 수 있고, 제 1 도펀트(d1)는 일예로 이리듐 착체 화합물일 수 있다.
제 2 스택(S2)은 제 2 정공 수송층(141), 제 1 청색 발광층(142) 및 제 2 전자 수송층(143)을 포함하며, 청색을 발광한다.
제 3 스택(S3)은 제 3 정공 수송층(151), 녹색 발광층(152) 및 제 3 전자 수송층(153)을 포함하며, 녹색을 발광한다.
제 4 스택(S4)은 제 4 정공 수송층(161), 제 2 청색 발광층(162), 제 4 전자 수송층(163) 및 전자 주입층(164)을 포함하며, 청색을 발광한다.
청색을 발광하는 제 2 및 제 4 스택(S2, S4)은 백색 발광 소자에서 타색에 비해 시인성이 낮은 청색의 부족한 효율을 보충하기 위한 것이다. 제 2 및 제 4 스택(S2, S4)에 구비된 제 1, 제 2 청색 발광층(142, 162)은, 상기 발광 소자를 표시 장치의 이용시 순색 특성을 높이기 위해 반치폭이 40nm 이하인 것이 바람직하다. 제 1, 제 2 청색 발광층(142, 162)은 각각 혹은 일부가 상기 제 1 스택(S1)에 있는 청색 형광 발광층(134)을 이루는 재료와 동일할 수 있다. 경우에 따라, 제 1, 제 2 청색 발광층(142, 162)은 청색 형광 발광층(134)의 제 2 도펀트(d2)와 동일하고, 제 2 호스트(h2)는 제 2 도펀트(d2)의 여기 특성을 향상시키도록 청색 형광 발광층(134)의 제 2 호스트와 성분을 달리할 수 있다. 경우에 따라, 제 1, 제 2 청색 발광층(142, 162) 중 적어도 어느 하나는 청색 형광 도펀트가 아닌 청색 인광 도펀트를 이용하거나, 형광 도펀트와 인광 도펀트의 조합을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 3 스택(S3)은, 녹색 발광층(152)은 녹색 인광 발광층일 수 있다. 도 13에 따른 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 발광층으로서 단일의 녹색을 발광하는 녹색 인광 발광층을 포함하고 있어, 복수 인광 발광층에서 인광 발광층을 접한 구성에서 엑시톤이 분배되는 구조 대비, 효율을 2배 이상 향상시킬 수 있다. 그리고, 제 1 스택(S1)의 적색 인광 발광층(133)은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예 적용시 적색 인광 발광층(133)에서 청색 형광 발광층(134)으로 덱스터 에너지 전이가 억제되어 소광되는 엑시톤의 비율을 현저히 낮추고, 적색 인광 발광층(133) 내의 효율을 높일 수 있는 것으로, 역시 적색 인광 발광층과 타색 인광 발광층을 접한 구조의 스택에서보다 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 발광 소자를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치에 대해 설명한다.
한편, 상술한 발광 소자는 복수 서브 화소들에 공통적으로 적용하여 출사측의 전극측으로 백색 광을 출사할 수 있다.
도 14는 도 13의 발광 소자를 적용한 본 발명의 발광 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 14와 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 백색 발광 소자(OLED)와, 상기 서브 화소 각각에 구비되며, 백색 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.
표시 장치로서 백색을 구현하는 발광 소자가 요구되고, 서브 화소는 컬러 필터(109R, 109G, 109B)가 선택된 파장 투과성에 의해 해당 파장의 광을 서브 화소별로 투과시켜 다양한 색을 구현할 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.
이와 같이 도시된 예는, 백색 서브 화소(W_SP)에서는 컬러 필터가 생략되어 있는 바를 나타내나, 이에 한하지 않고, 백색 서브 화소(W_SP)에 대응하여서도 인접한 서브 화소와 단차를 줄이기 위해 투명 유기막을 발광부에 대응되는 영역에 더 구비할 수 있다.
여기서, 발광 소자(OLED)는 투명한 제 1 전극(110)과, 이에 대향된 반사성 전극의 제 2 전극(200)과 상기 제 1, 제 2 전극(110, 200) 사이에, 도 13과 같이, 전하 생성층(CGL1, CGL2, CGL3, CGL4)으로 구분되는 스택들(S1, S2, S3, S4) 중 어느 하나에 상술한 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 비청색 인광 발광층과 청색 형광 발광층이 접한 구조를 구비한 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.
여기서, 설명하지 않은 119는 뱅크(Bank)를 나타내는 것으로, 뱅크 사이의 BH는 뱅크 홀을 의미한다. 뱅크 홀을 통해 개구된 영역에 발광이 이루어지는 것으로, 상기 뱅크 홀은 각 서브 화소의 발광부를 정의한다.
한편, 상기 제 1 전극(110)의 하측의 구성으로 기판(100)을 포함하여, 박막 트랜지스터(TFT)과 컬러 필터(109R, 109G, 109B)와 이들 구성이 배치된 절연막들을 포함하여 박막 트랜지스터 어레이 기판(1000)이라 한다.
도 15는 제 1 내지 제 4 실험예(Ex1~Ex4)에 따른 발광 소자의 백색 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
| 구분 | EQE(%) | 색온도 (K) |
풀 화이트 [nit] | BT2020 중첩(%) |
|||||
| Blue | Green | Red | R_SP | G_SP | B_SP | W_SP | |||
| Ex1 | 16.6 | 22.2 | 22.6 | 5632 | 510.1 | 388.6 | 282.2 | 195.5 | 85.7 |
| Ex2 | 18.6 | 22.2 | 20.6 | 6402 | 465.9 | 387.9 | 316.8 | 240.1 | 86.1 |
| Ex3 | 20.6 | 22.2 | 18.6 | 7381 | 421.9 | 387.5 | 351.5 | 259.5 | 86.3 |
| Ex4 | 22.6 | 22.2 | 16.6 | 8669 | 378.0 | 387.5 | 386.4 | 270.4 | 86.4 |
도 15 및 표 1의 제 1 실험예(Ex1)은 도 13의 발광 소자를 통해 나오는 청색(Blue) 광의 외부 양자 효율(EQE)을 16.6%로 하고, 녹색(Green) 광의 외부 양자 효율을 22.2%로 하고, 적색(Red) 광의 외부 양자 효율을 22.6%로 한 것이다. 도 13의 발광 소자에서 제 1 스택의 적색 인광 발광층과 접한 청색 형광 발광층(134) 외에 제 2 및 제 4 청색 발광 스택에서도 제 1, 제 2 청색 발광층(142, 163)을 갖는 것으로, 단일 청색 발광층 구비시의 청색 광의 외부 양자 효율을 보완한 것이다. 외부 양자 효율(EQE)는 컬러 필터 적용 전이다.그리고, 제 2 실험예(Ex2) 내지 제 4 실험예(Ex4)는 각각 제 1 실험예(Ex1)와 비교하여, 청색의 발광 효율을 2%, 4%, 6%로 늘리고, 적색의 발광 효율을 2%, 4%, 6%로 줄인 것을 나타낸다. 이러한 적색 인광 발광층과 청색 형광 발광층간의 발광 효율 전환은, 앞서 도 3a 내지 도 3c 혹은 도 11a 내지 도 11c와 같이, 인접한 적색 인광 발광층과 청색 형광 발광층의 초기 엑시톤 비율을 조정하여 가능하다.
또한, 각 실험예(Ex1~Ex4)의 풀화이트 적용시의 조도는, 도 13의 발광 소자를 도 14의 발광 표시 장치에 적용시 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브 화소에 나타나는 조도를 나타낸 것이다.
제 1 실험예(Ex1)에서 풀화이트 표현시, 풀 화이트 적용시 백색의 조도는 195.5nit 에 해당하고, 이 경우, 색온도는 5632K로 나타난다. 그리고, 이 경우, 색역을 나타내는 BT2020 기준 값에 대해 85.7%의 중첩비를 갖는 것을 알 수 있다.
표 4 및 도 15와 같이, 제 2 실험예(Ex2)는, 제 1 실험예(Ex1) 대비 청색의 외부 양자 효율을 2% 늘리고 적색의 외부 양자 효율을 2% 늘릴 경우, 백색 서브 화소에서의 조도가 240.1 nit 가 되며, 색온도는 6402K가 되는 것으로, 백색의 효율이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 제 2 실험예(Ex2)의 BT2020 기준 값에 대한 중첩비가 86.1%로 제 1 실험예(Ex1) 대비 향상되었다.
표 4 및 도 15와 같이, 제 3 실험예(Ex3)는, 제 1 실험예(Ex1) 대비 청색의 외부 양자 효율을 4% 늘리고 적색의 외부 양자 효율을 4% 늘릴 경우, 백색 서브 화소에서의 조도가 259.5 nit 가 되며, 색온도는 7381K가 되는 것으로, 백색의 효율이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 제 3 실험예(Ex3)의 BT2020 기준 값에 대한 중첩비가 86.3%로 제 2 실험예(Ex2) 대비 향상되었다.
표 4 및 도 15와 같이, 제 4 실험예(Ex4)는, 제 1 실험예(Ex1) 대비 청색의 외부 양자 효율을 6% 늘리고 적색의 외부 양자 효율을 6% 늘릴 경우, 백색 서브 화소에서의 조도가 270.4 nit 가 되며, 색온도는 8660K가 되는 것으로, 백색의 효율이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 제 4 실험예(Ex4)의 BT2020 기준 값에 대한 중첩비가 86.3%로 제 3 실험예(Ex3) 대비 향상되었다.
즉, 표 4 및 도 15에 따른 실험은, 적색 인광 발광층과 청색 형광 발광층이 접한 구조에서 엑시톤의 초기 비율에 따라 외부 양자 효율을 청색 형광 발광층으로 전환시 백색의 효율을 현저히 개선 가능하며, 높은 색온도 표현이 가능하고, 높은 색역 기준은 BT2020과의 중첩 비가 늘어 고화질의 표시가 가능함을 의미한다. 특히, 제 4 실험예(Ex4)로 갈수록, 풀화이트 적용시 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소, 청색 서브 화소간의 휘도 밸런스가 좋아져, 각 서브 화소의 요구되는 구동 전압 차를 줄일 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 실험예(Ex1~Ex3)와 동일 구동 전압 조건에서 휘도를 증가시킬 수 있다. 그리고, 청색의 효율을 개선한 제 4 실험예(Ex4)로 발광 소자를 적용한 표시 장치는, 구동시 각 서브 화소가 유사 경시적 변화를 갖게 하여, 영역별 열화 편차를 줄일 수 있고, 높은 색온도 표현이 가능하여, 화질을 향상시키며, 색역의 높은 기준도 맞출 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 소자 및 이를 이용한 발광 표시 장치는, 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층을 접하여 다층 발광층 구조에서 청색 형광 발광층으로 덱스터 에너지 전이에 의한 트리플릿 집중을 방지하며, 엑시톤을 인접한 발광층에서 비발광 로스없이 최대의 효율로 이용할 수 있다.
또한, 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층을 갖는 스택 외에 청색 발광 스택과 녹색 발광 스택을 결합한 구조를 적용하며, 청색의 효율을 향상시킬 수 있고, 복수 스택에 의한 백색 표현시 인접한 청색 형광 발광층과 비청색 인광 발광층간의 초기 엑시톤 비율을 조절하여, 백색 구현시 색온도를 높이며, 풀화이트 구현시 각 서브 화소의 밸런스를 유지하여, 구동 전압 편차를 줄이고, 경시적 변화에서 유사 수명을 갖게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층과, 상기 제 1 전극과 상기 비청색 인광 발광층 사이에 제 1 공통층; 및 상기 청색 형광 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 제 2 공통층을 포함하며, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 2 도펀트의 일중항 여기 준위(S1)로 에너지를 전달하고 상기 제 1 도펀트로부터 덱스터 에너지 전이를 억제하는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 호스트는 상기 제 1 도펀트와 상기 제 2 도펀트 사이의 삼중항 여기 준위를 가질 수 있다. 상기 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위는 2.1eV 내지 2.4eV 일 수 있다.
그리고, 상기 제 2 호스트의 일중항 여기 준위는 상기 제 2 도펀트의 일중항 여기 준위보다 높고, 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위에서 상기 제 1 도펀트의 삼중항 여기 준위로 덱스터 에너지 전이가 발생할 수 있다.
혹은 상기 제 2 호스트는 코어 화합물과, 상기 코어 화합물 외곽에 1nm 이상의 스페이서를 가질 수 있다.
상기 스페이서는 메틸(methyl)기, 터셔리 부틸(tertiary-butyl)기 및 페닐(phenyl)기 중 어느 하나이며, 상기 스페이서는 상기 코어 화합물의 말단기에 치환될 수 있다. 상기 제 2 호스트의 상기 코어 화합물은 상기 제 1 도펀트보다 낮은 삼중항 여기 준위를 가질 수 있다.
상기 비청색 인광 발광층은 600nm 내지 650nm 파장의 발광 피크를 갖고, 상기 청색 형광 발광층은 430nm 내지 480nm 파장의 발광 피크를 가질 수 있다.
상기 제 1 공통층, 상기 비청색 인광 발광층, 상기 청색 형광 발광층 및 상기 제 2 공통층을 포함한 제 1 스택과, 상기 제 2 전극 사이에 제 2 내지 제 4 스택을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 4 스택 사이에 각각 전하 생성층을 포함하고, 상기 제 2 내지 제 4 스택 중 어느 하나는 발광층으로 녹색 인광 발광층을 단일로 포함하고, 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 청색 형광 발광층을 단일로 포함할 수 있다.
상기 제 2 호스트는 상기 비청색 인광 발광층에 더 포함될 수 있다.
상기 비청색 인광 발광층은, 상기 청색 형광 발광층과 일면이 접하며, 상기 제 1 호스트, 상기 제 2 호스트 및 상기 제 1 도펀트를 포함한 제 1 층과, 상기 청색 형광 발광층과 접하지 않는 상기 제 1 층의 타면에 접하며, 상기 제 1 호스트, 상기 제 1 도펀트를 포함한 제 2 층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택 및 상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함한다. 상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 1 도펀트와 상기 제 2 도펀트 사이의 삼중항 여기 준위를 갖는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 호스트는 카바졸(carbazole) 계, 플루오렌(fluorine) 계, 디벤조 퓨란(dibenzofuran) 계, 트리아진(triazine) 계, 및 퀴나졸린(quinazoline) 계 화합물 중 적어도 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택 및 상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함한다. 그리고, 상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고, 상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고, 상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 코어 화합물과 상기 코어 화합물 외곽에 1nm 이상의 스페이서를 갖는 제 2 호스트를 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 메틸(methyl)기, 터셔리 부틸(tertiary-butyl)기 및 페닐(phenyl)기 중 어느 하나이며, 상기 스페이서는 상기 코어 화합물의 말단기에 치환될 수 있다.
상기 비청색 인광 발광층은 600nm 내지 650nm 파장의 발광 피크를 갖고, 상기 청색 형광 발광층은 430nm 내지 480nm 파장의 발광 피크를 가질 수 있다.
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 상기 복수개의 스택은 4개 이상 포함되며, 상기 비청색 인광 발광층과 상기 청색 형광 발광층을 접하여 갖는 스택은 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 적어도 어느 하나에 접할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 상기 복수개의 스택은 4개 이상 포함되며, 상기 비청색 인광 발광층과 상기 청색 형광 발광층을 접하여 갖는 스택을 갖는 스택에는, 적어도 하나 이상의 청색 발광층 포함한 청색 스택과, 상기 청색 인광 발광층과 다른 색을 발광하는 인광 발광층을 포함한 인광 스택을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 표시 장치는, 복수개의 서브 화소를 갖는 기판과, 상기 서브 화소 각각에 구비된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한 구동 회로 및 상기 서브 화소 각각에, 상기 구동 회로와 접속된, 상술한 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 서브 화소 중 적어도 어느 하나에 대응하여, 상기 기판과 상기 발광 소자 사이에, 컬러 필터를 더 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, 300, 500: 제 1 전극
131, 305: 정공 주입층 132, 141, 151, 161: 정공 수송층
133: 적색 인광 발광층 134: 청색 형광 발광층
135, 143, 153, 163, 340: 전자 수송층
164, 350: 전자 주입층 200, 400, 600: 제 2 전극
320, 520: 비청색 인광 발광층 330, 530: 청색 형광 발광층
S, S1~S4: 스택 CML1: 제 1 공통층
CML2: 제 2 공통층 h1: 제 1 호스트
d1: 제 1 도펀트 h2: 제 2 호스트
d2: 제 2 도펀트
131, 305: 정공 주입층 132, 141, 151, 161: 정공 수송층
133: 적색 인광 발광층 134: 청색 형광 발광층
135, 143, 153, 163, 340: 전자 수송층
164, 350: 전자 주입층 200, 400, 600: 제 2 전극
320, 520: 비청색 인광 발광층 330, 530: 청색 형광 발광층
S, S1~S4: 스택 CML1: 제 1 공통층
CML2: 제 2 공통층 h1: 제 1 호스트
d1: 제 1 도펀트 h2: 제 2 호스트
d2: 제 2 도펀트
Claims (20)
- 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에, 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층;
상기 제 1 전극과 상기 비청색 인광 발광층 사이에 제 1 공통층; 및
상기 청색 형광 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 제 2 공통층을 포함하며,
상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고,
상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 2 도펀트의 일중항 여기 준위(S1)로 에너지를 전달하고 상기 제 1 도펀트로부터 덱스터 에너지 전이를 억제하는 제 2 호스트를 포함한 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 상기 제 1 도펀트와 상기 제 2 도펀트 사이의 삼중항 여기 준위를 갖는 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 제 2 호스트의 삼중항 여기 준위는 2.1eV 내지 2.4eV 인 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 제 2 호스트의 일중항 여기 준위는 상기 제 2 도펀트의 일중항 여기 준위보다 높고,
제 2 호스트의 삼중항 여기 준위에서 상기 제 1 도펀트의 삼중항 여기 준위로 덱스터 에너지 전이가 발생하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 코어 화합물과, 상기 코어 화합물 외곽에 1nm 이상의 스페이서를 갖는 발광 소자. - 제 5항에 있어서,
상기 스페이서는 메틸(methyl)기, 터셔리 부틸(tertiary-butyl)기 및 페닐(phenyl)기 중 어느 하나이며,
상기 스페이서는 상기 코어 화합물의 말단기에 치환된 발광 소자. - 제 6항에 있어서,
상기 제 2 호스트의 상기 코어 화합물은 상기 제 1 도펀트보다 낮은 삼중항 여기 준위를 갖는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 비청색 인광 발광층은 600nm 내지 650nm 파장의 발광 피크를 갖고,
상기 청색 형광 발광층은 430nm 내지 480nm 파장의 발광 피크를 갖는 발광 소자. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 공통층, 상기 비청색 인광 발광층, 상기 청색 형광 발광층 및 상기 제 2 공통층을 포함한 제 1 스택과, 상기 제 2 전극 사이에 제 2 내지 제 4 스택을 더 포함하며,
상기 제 1 내지 제 4 스택 사이에 각각 전하 생성층을 포함하고,
상기 제 2 내지 제 4 스택 중 어느 하나는 발광층으로 녹색 인광 발광층을 단일로 포함하고, 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 청색 형광 발광층을 단일로 포함한 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 상기 비청색 인광 발광층에 더 포함된 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 비청색 인광 발광층은,
상기 청색 형광 발광층과 일면이 접하며, 상기 제 1 호스트, 상기 제 2 호스트 및 상기 제 1 도펀트를 포함한 제 1 층과,
상기 청색 형광 발광층과 접하지 않는 상기 제 1 층의 타면에 접하며, 상기 제 1 호스트, 상기 제 1 도펀트를 포함한 제 2 층을 포함한 발광 소자. - 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택; 및
상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함하며,
상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고,
상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고,
상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 상기 제 1 도펀트와 상기 제 2 도펀트 사이의 삼중항 여기 준위를 갖는 제 2 호스트를 포함한 발광 소자. - 제 12항에 있어서,
상기 제 2 호스트는 카바졸(carbazole) 계, 플루오렌(fluorine) 계, 디벤조 퓨란(dibenzofuran) 계, 트리아진(triazine) 계, 및 퀴나졸린(quinazoline) 계 화합물 중 적어도 어느 하나의 화합물을 포함한 발광 소자. - 서로 대향하며 이격한 제 1 전극 및 제 2 전극;
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 복수개의 스택; 및
상기 스택들 사이에 구비된 전하 생성층을 포함하며,
상기 스택들 중 어느 하나는 서로 접한 청색 형광 발광층 및 비청색 인광 발광층을 갖고, 상기 스택들 중 다른 적어도 어느 하나는 발광층으로 단일 발광층을 갖고,
상기 비청색 인광 발광층은 제 1 호스트 및 제 1 도펀트를 포함하고,
상기 청색 형광 발광층은, 상기 제 1 도펀트보다 일중항-삼중항 여기 준위 차(ΔEst)가 작고 삼중항 여기 준위(T1)가 높은 제 2 도펀트와, 코어 화합물과 상기 코어 화합물 외곽에 1nm 이상의 스페이서를 갖는 제 2 호스트를 포함한 발광 소자. - 제 14항에 있어서,
상기 스페이서는 메틸(methyl)기, 터셔리 부틸(tertiary-butyl)기 및 페닐(phenyl)기 중 어느 하나이며,
상기 스페이서는 상기 코어 화합물의 말단기에 치환된 발광 소자. - 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
상기 비청색 인광 발광층은 600nm 내지 650nm 파장의 발광 피크를 갖고,
상기 청색 형광 발광층은 430nm 내지 480nm 파장의 발광 피크를 갖는 발광 소자. - 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 상기 복수개의 스택은 4개 이상 포함되며,
상기 비청색 인광 발광층과 상기 청색 형광 발광층을 접하여 갖는 스택은 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 어느 하나에 접한 발광 소자. - 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 상기 복수개의 스택은 4개 이상 포함되며,
상기 비청색 인광 발광층과 상기 청색 형광 발광층을 접하여 갖는 스택 외의 스택은, 적어도 하나 이상의 청색 발광층 포함한 청색 스택과, 상기 비청색 인광 발광층과 다른 색을 발광하는 인광 발광층을 포함한 인광 스택을 포함한 발광 소자. - 복수개의 서브 화소를 갖는 기판;
상기 서브 화소 각각에 구비된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한 구동 회로; 및
상기 서브 화소 각각에, 상기 구동 회로와 접속된, 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자를 포함한 발광 표시 장치. - 제 19항에 있어서,
상기 복수개의 서브 화소 중 적어도 어느 하나에 대응하여, 상기 기판과 상기 발광 소자 사이에, 컬러 필터를 더 포함한 발광 표시 장치.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210194662A KR20230103638A (ko) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 |
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