KR20230055406A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20230055406A
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light emitting
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layer
emitting layer
hole
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KR1020210137915A
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강남수
박희주
이송은
이현식
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광부를 포함할 수 있다. 발광부는 제1 발광층 및 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하며, 제2 발광층은 제1 호스트와 상이한 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 특성을 나타낼 수 있다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 둘 이상의 발광층을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 영상 표시 장치로서, 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Electroluminescence Display Device) 등의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 전계 발광 표시 장치 등은 제1 전극 및 제2 전극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에서 재결합시킴으로써, 발광층의 발광 재료를 발광시켜 표시를 실현하는 소위 자발광형의 발광 소자를 포함한 표시 장치이다.
발광 소자를 표시 장치에 응용함에 있어서는, 고 발광 효율화 및 장수명화가 요구되고 있으며, 이를 안정적으로 구현할 수 있는 발광 소자의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 우수한 발광 효율 및 장수명 특성을 나타내는 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함하는 발광부; 를 포함하고, 상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 제2 발광층은 상기 제1 호스트와 상이한 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고, 상기 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 상기 정공 수송성 호스트 및 상기 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 발광 소자를 제공한다.
상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다.
상기 제1 호스트의 전자 이동도는 상기 전자 수송성 호스트의 전자 이동도보다 큰 것인 발광 소자.
상기 제1 호스트의 전자 이동도는 상기 전자 수송성 호스트의 전자 이동도의 10배 이상일 수 있다.
상기 제1 호스트의 전자 이동도는 1.0x10-5 cm2/Vs 이상 1.0x10-2 cm2/Vs 이하일 수 있다.
상기 호스트 혼합물의 전자 이동도는 1.0x10-7 cm2/Vs 이상 5.0x10-3 cm2/Vs 이하일 수 있다.
상기 정공 수송성 호스트와 상기 전자 수송성 호스트의 중량비는 2:8 내지 8:2일 수 있다.
상기 제1 호스트의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위의 절댓값은 2.0 eV 이상 3.5 eV 이하일 수 있다.
상기 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위는 상이하고, 상기 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상 0.4 eV 이하일 수 있다.
상기 제1 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위의 절댓값은 4.0 eV 이상 6.0 eV 이하일 수 있다.
상기 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상이하고, 상기 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.1 eV 이상 0.5 eV 이하일 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 정공 수송 영역 및 상기 발광부와 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 전자 저지층을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 정공 수송층을 포함하고, 상기 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 5.25 eV 이상 5.5 eV 이하일 수 있다.
상기 제1 도펀트 및 상기 제2 도펀트 각각은 440nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 것일 수 있다.
상기 제1 도펀트의 발광 파장 영역과 상기 제2 도펀트의 발광 파장 영역의 중첩비율은 80% 이상일 수 있다.
다른 일 실시예는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 순차적으로 적층된 제1 발광부, 제2 발광부, 및 제3 발광부를 포함하고, 상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 중 적어도 하나는 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함하고, 상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 상기 제2 발광층은 상기 제1 호스트와 상이한 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고, 상기 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 상기 정공 수송성 호스트 및 상기 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 발광 소자를 제공한다.
상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 중 어느 하나의 발광부는 상기 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 상기 제2 발광층을 포함하고, 나머지 2개의 발광부들은 각각 독립적으로 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 하나의 발광층을 포함할 수 있다.
상기 제3 발광부 상에 배치된 제4 발광부를 더 포함하고, 상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 각각은 발광 중심 파장이 440nm 이상 480nm 이하인 광을 발광하고, 상기 제4 발광부는 발광 중심 파장이 500nm 이상 650nm 이하인 광을 발광할 수 있다.
상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 하나의 호스트를 포함하는 제1 발광층 및 제1 발광층 상에 배치되고 두 개의 호스트를 포함하는 제2 발광층을 포함하여 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자는 두 개의 호스트를 포함하는 적어도 하나의 발광부를 포함하여 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3b는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3c는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3d는 일 실시예의 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 따른 발광 소자의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6c는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6d는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6e는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6f는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6g는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6h는 일 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 “상에 있다”, “연결된다”, 또는 “결합된다”고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. “및/또는”은 연관된 구성요소들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, “아래에”, “하측에”, “위에”, “상측에” 등의 용어는 도면에 도시된 구성요소들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 여기서 명시적으로 정의되지 않는 한 너무 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 대하여 설명한다. 도 1은 일 실시예의 표시 장치를 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 단면도이다. 도 2는 일 실시예의 표시 장치(DD)의 단면도이다.
표시 장치(DD)는 표시 패널(DP) 및 표시 패널(DP) 상에 배치된 광학층(PP)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)를 포함할 수 있다. 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함할 수 있다. 광학층(PP)은 표시 패널(DP) 상에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 광학층(PP)은 예를 들어, 편광층을 포함하는 것이거나 또는 컬러필터층을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광학층(PP)은 생략될 수 있다.
광학층(PP) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 광학층(PP)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 베이스 기판(BL)은 생략될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 충전층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 충전층(미도시)은 표시 소자층(DP-ED)과 베이스 기판(BL) 사이에 배치되는 것일 수 있다. 충전층(미도시)은 유기물층일 수 있다. 충전층(미도시)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 소자층(DP-ED)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
베이스층(BS)은 표시 소자층(DP-ED)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스층(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스층(BS) 상에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 표시 소자층(DP-ED)의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 후술하는 도 3a 내지 도 3d에 따른 일 실시예의 발광 소자(ED)의 구조를 갖는 것일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각의 발광층들(EML-R, EML-G, EML-B) 중 적어도 하나는 후술하는 발광부(EMA)와 대응되는 것일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각의 발광층들(EML-R, EML-G, EML-B) 중 적어도 하나는 두 개의 층으로 구성된 것일 수 있다.
도 2에서는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-R, EML-G, EML-B)이 배치되며, 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR) 및 제2 전극(EL2)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 전체에서 공통층으로 제공되는 실시예를 도시하였다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 것과 달리 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내부에 패턴닝 되어 제공되는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)의 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-R, EML-G, EML-B), 및 전자 수송 영역(ETR) 등은 잉크젯 프린팅법으로 패턴닝되어 제공되는 것일 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 표시 소자층(DP-ED)을 밀봉하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 절연층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기막(이하, 봉지 무기막)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막(이하, 봉지 유기막) 및 적어도 하나의 봉지 무기막을 포함할 수 있다.
봉지 무기막은 수분/산소로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호하고, 봉지 유기막은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시 소자층(DP-ED)을 보호할 수 있다. 봉지 무기막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄옥사이드, 또는 알루미늄옥사이드 등을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되지 않는다. 봉지 유기막은 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 포함하는 것일 수 있다. 봉지 유기막은 광중합 가능한 유기물질을 포함하는 것일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
봉지층(TFE)은 제2 전극(EL2) 상에 배치되고, 개구부(OH)를 채우고 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 평면 상에서 서로 이격된 것일 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 영역일 수 있다. 비발광 영역들(NPXA)은 이웃하는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 사이의 영역들로 화소 정의막(PDL)과 대응하는 영역일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소(Pixel)에 대응하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구분하는 것일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-R, EML-G, EML-B)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH)에 배치되어 구분될 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에서 생성되는 광의 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 발광하는 3개의 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 서로 구분되는 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서 복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 서로 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 표시 장치(DD)는 적색광을 방출하는 제1 발광 소자(ED-1), 녹색광을 방출하는 제2 발광 소자(ED-2), 및 청색광을 방출하는 제3 발광 소자(ED-3)를 포함할 수 있다. 즉, 표시 장치(DD)의 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)은 각각 제1 발광 소자(ED-1), 제2 발광 소자(ED-2), 및 제3 발광 소자(ED-3)에 대응할 수 있다.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것이거나, 또는 적어도 하나가 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 모두 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서의 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 스트라이프 형태로 배열된 것일 수 있다. 도 1을 참조하면, 복수 개의 적색 발광 영역들(PXA-R), 복수 개의 녹색 발광 영역들(PXA-G), 및 복수 개의 청색 발광 영역들(PXA-B)이 각각 제2 방향축(DR2)을 따라 정렬된 것일 수 있다. 또한, 제1 방향축(DR1)을 따라 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)의 순서로 번갈아 가며 배열된 것일 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적이 모두 유사한 것으로 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광 영역들(PXA-R PXA-G, PXA-B)의 면적은 방출하는 광의 파장 영역에 따라 서로 상이할 수 있다. 한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 제1 방향축(DR1)과 제2 방향축(DR2)이 정의하는 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다.
한편, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 도 1에 도시된 것에 한정되지 않으며, 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B)이 배열되는 순서는 표시 장치(DD)에서 요구되는 표시 품질의 특성에 따라 다양하게 조합되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 형태는 펜타일(PENTILE®) 배열 형태이거나, 다이아몬드 배열 형태를 갖는 것일 수 있다.
또한, 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 면적은 서로 상이한 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 녹색 발광 영역(PXA-G)의 면적이 청색 발광 영역(PXA-B)의 면적 보다 작을 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 3a 내지 도 3d는 일 실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1) 상에 배치된 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 발광부(EMA)를 포함할 수 있다. 또한, 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1)과 발광부(EMA) 사이에 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 발광부(EMA)와 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다.
도 3b는 도 3a와 비교하여, 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 또한, 도 3c는 도 3a와 비교하여 정공 수송 영역(HTR)이 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 및 전자 저지층(EBL)을 포함하고, 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다. 도 3d는 도 3b와 비교하여 제2 전극(EL2) 상에 배치된 캡핑층(CPL)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 일 실시예의 발광부(EMA)를 나타낸 단면도이다. 발광부(EMA)는 제1 발광층(EML1) 및 제1 발광층(EML1) 상에 배치된 제2 발광층(EML2)을 포함할 수 있다. 제1 발광층(EML1)은 정공 수송 영역(HTR)에 인접하게 배치되고, 제2 발광층(EML2)은 전자 수송 영역(ETR)에 인접하게 배치될 수 있다.
제1 발광층(EML1)은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하고, 제2 발광층(EML2)은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광층(EML1)은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 발광층(EML2)은 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트는 상이한 것일 수 있다. 이와 달리, 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트는 동일한 것일 수 있다.
제1 도펀트 및 제2 도펀트 각각은 440nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 것일 수 있다. 제1 도펀트의 발광 파장 영역과 제2 도펀트의 발광 파장 영역의 중첩비율은 80% 이상일 수 있다. 제1 도펀트를 포함하는 제1 발광층(EML1) 및 제2 도펀트를 포함하는 제2 발광층(EML2)은 청색광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발광층(EML1)에서 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제2 발광층(EML2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 제1 정공 이동도는 제2 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 호스트 혼합물은 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트가 혼합된(mixed) 상태일 수 있다. 제1 정공 이동도가 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하고, 제2 정공 이동도가 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하며, 제1 정공 이동도가 제2 정공 이동도보다 큰 값을 갖는 일 실시예의 발광 소자(ED)는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
제1 정공 이동도와 제2 정공 이동도의 차이는 1.0x10-2 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제1 정공 이동도는 제2 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다. 제1 정공 이동도가 제2 정공 이동도의 5배 이상인 발광 소자(ED)는 발광부(EMA) 내에서 정공의 분포가 균일한 특성을 나타낼 수 있다. 정공이 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2) 중 어느 하나에 집중되어 분포하지 않고, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 균일하게 분포될 수 있다.
제1 호스트, 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트는 서로 상이한 것일 수 있다. 제1 호스트의 정공 이동도와 정공 수송성 호스트의 정공 이동도는 상이한 것일 수 있다. 제1 호스트의 전자 이동도와 전자 수송성 호스트의 전자 이동도는 상이한 것일 수 있다. 제1 호스트는 정공 수송 및 전자 수송이 모두 가능한 호스트이다. 정공 수송성 호스트는 전자 수송 특성보다 정공 수송 특성이 강한 호스트이다. 전자 수송성 호스트는 정공 수송 특성보다 전자 수송 특성이 강한 호스트이다.
제1 발광층(EML1)의 제1 호스트의 전자 이동도는 제2 발광층(EML2)의 전자 수송성 호스트의 전자 이동도보다 큰 것일 수 있다. 제1 호스트의 전자 이동도와 전자 수송성 호스트의 전자 이동도 차이는 1.0x10-3 cm2/Vs 이상 1.0x10-1 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제1 호스트의 전자 이동도는 전자 수송성 호스트의 전자 이동도의 10배 이상일 수 있다. 제1 호스트의 전자 이동도가 전자 수송성 호스트의 전자 이동도의 10배 이상인 발광 소자(ED)는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1 발광층(EML1)에서 제1 호스트의 전자 이동도는 1.0x10-5 cm2/Vs 이상 1.0x10-2 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제2 발광층(EML2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 전자 이동도는 1.0x10-7 cm2/Vs 이상 5.0x10-3 cm2/Vs 이하일 수 있다. 하나의 호스트를 포함하는 제1 발광층(EML1)의 전자 이동도가 두 개의 호스트를 포함하는 제2 발광층(EML2)의 전자 이동도보다 큰 값을 가짐에 따라, 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)을 포함하는 발광 소자(ED)는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
제2 발광층(EML2)에서 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트의 중량비는 2:8 내지 8:2일 수 있다. 예를 들어, 제2 발광층(EML2)에서, 정공 수송성 호스트의 중량과 전자 수송성 호스트의 중량은 동일한 것일 수 있다. 이와 달리, 제2 발광층(EML2)에서, 정공 수송성 호스트의 중량과 전자 수송성 호스트의 중량은 상이한 것일 수 있다. 제2 발광층(EML2)에서 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트의 중량비는 2:8, 4:6, 5:5, 6:4, 또는 8:2 일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 제2 발광층(EML2)에서, 정공 수송성 호스트와 전자 수송성 호스트의 중량비는 이에 한정되지 않는다.
도 5a 및 도 5b에서는 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)이 포함하는 도펀트의 에너지 준위를 도시하였다. 도 5a는 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트가 동일한 경우의 에너지 준위를 나타낸 것이다. 도 5b는 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트가 상이한 경우의 에너지 준위를 나타낸 것이다. 도 5a 및 도 5b에서는 제1 발광층(EML1)에 정공 수송층(HTL)이 인접하게 배치되고, 제2 발광층(EML2)에 정공 저지층(HBL) 및 전자 수송층(ETL)이 인접하게 배치된 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 수송층(HTL), 정공 저지층(HBL), 및 전자 수송층(ETL)에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
도 5a에서는, 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트가 동일하여, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에서 도펀트의 LUMO 에너지 준위(E_LUMO)가 동일한 것으로 도시하였다. 또한, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에서 도펀트의 HOMO 에너지 준위(E_HOMO)가 동일한 것으로 도시하였다. 본 명세서에서, LUMO 에너지 준위는 최저 비점유 분자 궤도 함수(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)의 에너지 준위이며, HOMO 에너지 준위는 최고 점유 분자 궤도 함수(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 준위이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에서 도펀트의 LUMO 에너지 준위(E_LUMO)가 동일하고, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에서 도펀트의 HOMO 에너지 준위(E_HOMO)가 동일함에 따라, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에서 에너지 밴드 갭(band gap)이 동일할 수 있다. 에너지 밴드 갭은 도펀트의 HOMO 에너지 준위(E_HOMO)와 도펀트의 LUMO 에너지 준위(E_LUMO)의 차이이다.
이와 달리, 도 5b에서는 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트와 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트가 상이하여, 제1 발광층(EML1)의 에너지 준위와 제2 발광층(EML2)의 에너지 준위가 상이한 것으로 도시하였다. 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트의 제1 LUMO 에너지 준위(1_LUMO)는 제2 발광층(EML2)의 제2 LUMO 에너지 준위(2_LUMO)보다 큰 값일 수 있다. 제1 발광층(EML1)의 제1 도펀트의 제1 HOMO 에너지 준위(1_HOMO)는 제2 발광층(EML2)의 제2 도펀트의 제2 HOMO 에너지 준위(2_HOMO)보다 작은 값일 수 있다. 따라서, 제1 발광층(EML1)에서의 에너지 밴드 갭은 제2 발광층(EML2)에서의 에너지 밴드 갭보다 큰 것일 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서, 정공(C1)은 정공 수송층(HTL)에서 제1 발광층(EML1) 측으로 이동하고, 전자(C2)는 전자 수송층(ETL)에서 제2 발광층(EML2)으로 이동하는 것일 수 있다. 이에 따라, 발광부(EMA) 내에서 정공(C1)과 전자(C2)가 결합하여 여기자(exciton)가 형성되고 발광이 일어날 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발광층(EML1)의 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 2.0 eV 내지 3.5 eV일 수 있다. 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제2 발광층(EML2)의 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위는 상이한 것일 수 있다. 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상 0.4 eV 이하일 수 있다. 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위는 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위보다 0.2 eV 내지 0.4 eV 만큼 작은 것일 수 있다. 이와 달리, 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위는 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위보다 0.2 eV 내지 0.4 eV 만큼 큰 것일 수 있다.
예를 들어, 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.3 eV일 수 있다. 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 1.7 eV 이상 3.8 eV 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 약 2.43 eV이고, 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 약 2.63 eV일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 2.0 eV 이상 3.0 eV 이하일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 약 2.42 eV일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발광층(EML1)의 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 4.0 eV 이상 6.0 eV 이하일 수 있다. 제1 발광층(EML1)의 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 제2 발광층(EML2)의 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상이한 것일 수 있다. 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위와 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.1 eV 이상 0.5 eV 이하일 수 있다. 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위는 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위보다 0.1 eV 내지 0.5 eV 만큼 작은 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 약 5.55 eV이고, 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 약 5.65 eV일 수 있다. 이와 달리, 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위는 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위보다 0.1 eV 내지 0.5 eV 만큼 큰 것일 수 있다.
한편, 전자 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 제1 호스트 및 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값보다 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 4.0 eV 이상 6.0 eV 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 전자 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 약 5.70 eV일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발광층(EML1)의 제1 호스트는 하기 화합물군 1의 호스트 화합물들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 발광층(EML1)은 하기 화합물군 1의 호스트 화합물들 중 어느 하나를 호스트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 호스트는 안트라센 유도체 또는 피렌 유도체를 포함할 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
또한, 제1 발광층(EML1)은 플루오란텐 유도체, 크리센 유도체, 디하이드로벤즈안트라센 유도체, 또는 트리페닐렌 유도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광층(EML1)은 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 E-1로 표시되는 화합물은 제1 발광층(EML1)의 제1 호스트로 사용될 수 있다.
[화학식 E-1]
Figure pat00004
화학식 E-1에서, R31 내지 R40은 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 티오기, 치환 또는 비치환된 옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 10 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 이상 10 이하의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기이거나, 인접하는 기와 결합하여 고리를 형성하는 것일 수 있다. 한편, R31 내지 R40은 인접하는 기와 서로 결합하여 포화탄화수소 고리, 불포화탄화수소 고리, 포화헤테로 고리 또는 불포화헤테로 고리를 형성할 수 있다.
화학식 E-1에서 c 및 d는 각각 독립적으로 0 이상 5 이하의 정수일 수 있다.
화학식 E-1은 하기 화합물 E1 내지 화합물 E19 중 어느 하나로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
제2 발광층(EML2)의 정공 수송성 호스트는 하기 화합물군 2의 정공 수송 화합물들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 발광층(EML2)은 화합물군 2의 정공 수송 화합물들 중 어느 하나를 호스트로 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송성 호스트는 카바졸 유도체 또는 아민 유도체를 포함할 수 있다.
[화합물군 2]
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
제2 발광층(EML2)의 전자 수송성 호스트는 하기 화합물군 3의 전자 수송 화합물들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 발광층(EML2)은 화합물군 3의 전자 수송 화합물들 중 어느 하나를 호스트로 포함할 수 있다. 전자 수송성 호스트는 헤테로아릴 유도체를 포함할 수 있다. 헤테로아릴 유도체는 N, O, 또는 S를 고리 형성 원자로 포함하는 헤테로아릴기를 포함할 수 있다.
[화합물군 3]
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
하나의 호스트 및 하나의 도펀트로 구성된 하나의 발광층을 포함하는 발광 소자는, 정공 수송 영역에 인접한 재결합 영역(recombination zone)을 포함한다. 발광 소자에서, 재결합 영역은 정공과 전자가 결합하는 영역으로, 하나의 호스트가 정공 수송 특성보다 전자 수송 특성이 강한 경우, 재결합 영역이 정공 수송 영역에 인접하게 형성된다. 재결합 영역이 정공 수송 영역에 인접함에 따라, 정공 수송 영역이 포함하는 전자 저지층 등이 열화되어 발광 소자의 효율 및 수명 저하를 야기하였다.
일 실시예의 발광 소자(ED)는 제1 발광층(EML1)에서 제1 호스트의 제1 정공 이동도가 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하고, 제2 발광층(EML2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도가 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하며, 제1 정공 이동도가 제2 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 이에 따라, 재결합 영역이 발광부(EMA) 내의 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)의 계면으로 이동하여, 발광부(EMA)에 인접한 정공 수송 영역(HTR) 등의 열화 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED)는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
다시 도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되지 않는다. 또한, 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, W 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 제1 전극(EL1)은 상기의 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(EL1)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다. 제1 전극(EL1)의 두께는 약 700Å 내지 약 10000Å일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)의 두께는 약 1000Å 내지 약 3000Å일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 버퍼층 또는 발광보조층(미도시), 및 전자 저지층(EBL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)의 두께는 예를 들어, 약 50Å 내지 약 15,000Å인 것일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/버퍼층(미도시), 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(EBL)의 구조를 가질 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은 정공 수송층(HTL)을 포함하고, 정공 수송층(HTL)의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 5.25 eV 이상 5.5 eV 이하일 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(HTL)은 HOMO 에너지 준위의 절댓값이 5.35 eV인 NPB를 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 정공 수송층(HTL)이 포함하는 물질은 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에서, HOMO 에너지 준위의 절댓값이 5.25 eV 이상 5.5 eV 이하를 만족하는 정공 수송층(HTL)을 포함하는 발광 소자(ED)는 전자 저지층(EBL)을 포함하지 않을 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 발광 소자(ED)는 HOMO 에너지 준위의 절댓값이 5.25 eV 이상 5.5 eV 이하의 범위를 만족하는 정공 수송층(HTL)과 전자 저지층(EBL)을 모두 포함할 수 있다. 발광 소자(ED)에서, 전자 저지층(EBL)은 발광부(EMA)의 제1 발광층(EML1)에 인접하게 배치될 수 있다.
전자 저지층(EBL)은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지할 수 있다. 또한, 전자 저지층(EBL)은 정공 전하 밸런스를 조절하여 청색광을 발광하는 발광층(예를 들어, 제1 발광층 및 제2 발광층)의 발광 효율을 높일 수 있다.
발광부(EMA)는 공지의 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 공지의 도펀트 재료로 스티릴 유도체(예를 들어, 1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazolyl)vinyl]benzene(BCzVB), 4-(di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine(N-BDAVBi)), 4,4'-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl(DPAVBi) , 페릴렌 및 그 유도체(예를 들어, 2, 5, 8, 11-Tetra-t-butylperylene(TBP)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1, 1-dipyrene, 1, 4-dipyrenylbenzene, 1, 4-Bis(N, N-Diphenylamino)pyrene) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광부(EMA) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광부(EMA)로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 하기 화학식 ET-1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 ET-1]
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화학식 ET-1에서, X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고 나머지는 CRa이다. Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다. Ar1 내지 Ar3 은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴기일 수 있다.
화학식 ET-1에서, a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 10 이하의 정수일 수 있다. 화학식 ET-1에서 L1 내지 L3은 각각 독립적으로 직접 결합(direct linkage), 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다. 한편, a 내지 c가 2 이상의 정수인 경우 L1 내지 L3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 6 이상 30 이하의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 고리 형성 탄소수 2 이상 30 이하의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역(ETR)은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazol-1-yl)phenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI, KI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또한 상기의 할로겐화 금속과 란타넘족 금속의 공증착 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 공증착 재료로 KI:Yb, RbI:Yb 등을 포함할 수 있다. 한편, 전자 수송 영역(ETR)은 Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(8-hydroxyl-Lithium quinolate) 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 재료 이외에 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), TSPO1(diphenyl(4-(triphenylsilyl)phenyl)phosphine oxide) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)은 상술한 전자 수송 영역의 화합물들을 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 및 정공 저지층(HBL) 중 적어도 하나에 포함할 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함하는 경우, 전자 수송층(ETL)의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함하는 경우, 전자 주입층(EIL)의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)이 애노드인 경우 제2 전극(EL2)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(EL1)이 캐소드인 경우 제2 전극(EL2)은 애노드일 수 있다.
제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, Yb, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgYb)을 포함할 수 있다. 또는 제2 전극(EL2)은 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(EL2)은 상술한 금속재료, 상술한 금속재료들 중 선택된 2종 이상의 금속재료들의 조합, 또는 상술한 금속재료들의 산화물 등을 포함하는 것일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항을 감소 시킬 수 있다.
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED)의 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(CPL)이 더 배치될 수 있다. 캡핑층(CPL)은 다층 또는 단층을 포함할 수 있다.
캡핑층(CPL)은 유기층 또는 무기층일 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(CPL)이 무기물을 포함하는 경우, 무기물은 LiF 등의 알칼리금속 화합물, MgF2 등의 알칼리토금속 화합물, SiON, SiNX, SiOy 등을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 캡핑층(CPL)이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-tetra (biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"- Tris (carbazol-9-yl) triphenylamine) 등을 포함하거나, 에폭시 수지, 또는 메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 캡핑층(CPL)은 하기와 같은 화합물 P1 내지 P5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
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한편, 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다. 구체적으로, 550nm 이상 660nm 이하의 파장 범위의 광에 대해서 캡핑층(CPL)의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 발광부들을 포함할 수 있다. 도 6a 내지 도 6h에서는 복수의 발광부들을 포함하는 발광 소자(ED-TDa1 내지 ED-TDa3, ED-TDb1 내지 ED-TDb3, ED-TDc, ED-TDd)를 도시하였다. 발광 소자(ED-TDa1 내지 ED-TDa3, ED-TDb1 내지 ED-TDb3, ED-TDc, ED-TDd)는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 제1 발광부(EMA1), 제2 발광부(EMA2), 및 제3 발광부(EMA3)를 포함할 수 있다.
제1 발광부(EMA1), 제2 발광부(EMA2), 및 제3 발광부(EMA3) 중 적어도 하나는 제1 발광층(EML1, EML1-1, EML2-1, EML3-1) 및 제2 발광층(EML2, EML1-2, EML2-2, EML3-2)을 포함할 수 있다. 제1 발광층(EML1, EML1-1, EML2-1, EML3-1)은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 제2 발광층(EML2, EML1-2, EML2-2, EML3-2)은 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광층(EML1, EML1-1, EML2-1, EML3-1)에서 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제2 발광층(EML2, EML1-2, EML2-2, EML3-2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 제1 정공 이동도는 제2 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 복수의 발광부들(EMA1, EMA2, EMA3) 중 적어도 하나의 발광부가 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자(ED-TDa1 내지 ED-TDa3, ED-TDb1 내지 ED-TDb3, ED-TDc, ED-TDd)는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
이하 도 6a 내지 도 6h를 참조하여 설명하는 일 실시예의 발광 소자에 대한 설명에 있어서 상술한 도 1 내지 도 5b에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 6a 내지 도 6c에서는 3개의 발광부(EMA1, EMA2, EMA3)를 포함하고, 어느 하나의 발광부가 2개의 발광층(EML1, EML2)을 포함하는 발광 소자(ED-TDa1, ED-TDa2, ED-TDa3)를 도시하였다. 도 6a를 참조하면, 발광 소자(ED-TDa1)는 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 제1 발광부(EMA1), 제2 발광부(EMA2), 제3 발광부(EMA3), 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 발광 소자(ED-TDa1)에서, 제1 발광부(EMA1)는 2개의 발광층(EML1, EML2)을 포함하고, 제2 발광부(EMA2) 및 제3 발광부(EMA3) 각각은 하나의 발광층을 포함할 수 있다.
제2 발광부(EMA2) 및 제3 발광부(EMA3) 각각은 하나의 도펀트 및 하나의 호스트를 포함할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 호스트는 제1 발광부(EMA1)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 도펀트는 제1 발광부(EMA1)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 호스트는 제1 발광부(EMA1)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 발광부(EMA3)의 도펀트는 제1 발광부(EMA1)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 호스트와 제3 발광부(EMA3)의 호스트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 도펀트와 제3 발광부(EMA3)의 도펀트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 발광 소자(ED-TDa2)의 제2 발광부(EMA2)은 제1 발광층(EML1) 및 제1 발광층(EML1) 상에 배치된 제2 발광층(EML2)을 포함할 수 있다. 발광 소자(ED-TDa2)에서, 제1 발광부(EMA1) 및 제3 발광부(EMA3) 각각은 하나의 발광층을 포함할 수 있다.
제1 발광부(EMA1) 및 제3 발광부(EMA3) 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 호스트는 제2 발광부(EMA2)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 도펀트는 제2 발광부(EMA2)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 발광부(EMA3)의 호스트는 제2 발광부(EMA2)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 발광부(EMA3)의 도펀트는 제2 발광부(EMA2)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 호스트와 제3 발광부(EMA3)의 호스트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 도펀트와 제3 발광부(EMA3)의 도펀트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 발광 소자(ED-TDa3)의 제3 발광부(EMA3)는 제1 발광층(EML1) 및 제1 발광층(EML1) 상에 배치된 제2 발광층(EML2)을 포함할 수 있다. 발광 소자(ED-TDa3)에서, 제1 발광부(EMA1) 및 제2 발광부(EMA2) 각각은 하나의 발광층을 포함할 수 있다.
제1 발광부(EMA1) 및 제2 발광부(EMA2) 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 호스트는 제3 발광부(EMA3)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 도펀트는 제3 발광부(EMA3)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 호스트는 제3 발광부(EMA3)의 제1 호스트, 정공 수송성 호스트, 및/또는 전자 수송성 호스트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)의 도펀트는 제3 발광부(EMA3)의 제1 도펀트 및/또는 제2 도펀트와 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 호스트와 제2 발광부(EMA2)의 호스트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 도펀트와 제2 발광부(EMA2)의 도펀트는 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 제1 전극(EL1)과 제1 발광부(EMA1) 사이에 제1 정공 수송 영역(HTR1)이 배치될 수 있다. 제1 발광부(EMA1)와 제2 발광부(EMA2) 사이에 제1 전자 수송 영역(ETR1), 제1 전하 생성층(CGL1), 제2 정공 수송 영역(HTR2)이 순차적으로 적층될 수 있다. 제2 발광부(EMA2)과 제3 발광부(EMA3) 사이에 제2 전자 수송 영역(ETR2), 제2 전하 생성층(CGL2), 및 제3 전자 수송 영역(ETR3)이 순차적으로 적층될 수 있다. 제3 발광부(EMA3)와 제2 전극(EL2) 사이에 제3 전자 수송 영역(ETR3)이 배치될 수 있다.
제1 전하 생성층(CGL1) 및 제2 전하 생성층(CGL2)은 이웃하는 발광부들 사이에 배치될 수 있다. 제1 전하 생성층(CGL1) 및 제2 전하 생성층(CGL2) 각각은 p형 전하 생성층 및/또는 n형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED-TDb1, ED-TDb2, ED-TDb3)는 제3 발광부(EMA3) 상에 배치된 제4 발광부(EMA4)를 더 포함할 수 있다. 도 6d 내지 6f에서는 4개의 발광부(EMA1, EMA2, EMA3, EMA4)를 포함하는 발광 소자(ED-TDb1, ED-TDb2, ED-TDb3)를 도시하였다.
제4 발광부(EMA4)는 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3)와 상이한 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다. 이와 달리, 제4 발광부(EMA4)는 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3) 중 적어도 하나와 동일한 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3)는 중심 파장이 440nm 이상 480nm 이하인 광을 발광하고, 제4 발광부(EMA4)는 500nm 이상 650nm 이하인 광을 발광하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3)는 청색광을 발광하고, 제4 발광부(EMA4)는 녹색광을 발광하는 것일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 발광부(EMA1 내지 EMA4)에서 발광하는 광의 색상은 이에 한정되지 않는다.
도 6d에서는, 발광 소자(ED-TDb1)의 제1 발광부(EMA1)가 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)을 포함하고, 제2 발광부 내지 제4 발광부(EMA2 내지 EMA4) 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것으로 도시하였다. 즉, 도 6d의 발광 소자(ED-TDb1)는 도 6a의 발광 소자(ED-TDa1)가 제3 전하 생성층(CGL3), 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제4 발광부(EMA4), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)을 더 포함하는 것일 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3), 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제4 발광부(EMA4), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)은 제3 전자 수송 영역(ETR3)과 제2 전극(EL2) 사이에 순차적으로 적층될 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3)은 이웃하는 발광부들 사이에 배치될 수 있다. 제3 전하 생성층(CGL3)은 p형 전하 생성층 및/또는 n형 전하 생성층을 포함할 수 있다.
도 6e에서는, 발광 소자(ED-TDb2)의 제2 발광부(EMA2)가 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)을 포함하는 것으로 도시하였다. 발광 소자(ED-TDb2)의 제1 발광부(EMA1), 제3 발광부(EMA3), 및 제4 발광부(EMA4) 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것으로 도시하였다. 도 6e의 발광 소자(ED-TDb2)는 도 6b의 발광 소자(ED-TDa2)가 제3 전자 수송 영역(ETR3)과 제2 전극(EL2) 사이에 순차적으로 적층된 제3 전하 생성층(CGL3), 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제4 발광부(EMA4), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)을 더 포함하는 것일 수 있다.
도 6f에서는, 발광 소자(ED-TDb3)의 제3 발광부(EMA3)가 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)을 포함하는 것으로 도시하였다. 발광 소자(ED-TDb3)의 제1 발광부(EMA1), 제2 발광부(EMA2), 및 제4 발광부(EMA4) 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것으로 도시하였다. 도 6f의 발광 소자(ED-TDb3)는 도 6c의 발광 소자(ED-TDa3)가 제3 전자 수송 영역(ETR3)과 제2 전극(EL2) 사이에 순차적으로 적층된 제3 전하 생성층(CGL3), 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제4 발광부(EMA4), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)을 더 포함하는 것일 수 있다.
도 6g 및 도 6h를 참조하면, 발광 소자(ED-TDc, ED-TDd)는 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3)를 포함하고, 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3) 각각은 2개의 발광층을 포함할 수 있다.
제1 발광부(EMA1)는 제1-1 발광층(EML1-1) 및 제1-1 발광층(EML1-1) 상에 배치된 제1-2 발광층(EML1-2)을 포함할 수 있다. 제2 발광부(EMA2)는 제2-1 발광층(EML2-1) 및 제2-1 발광층(EML2-1) 상에 배치된 제2-2 발광층(EML2-2)을 포함할 수 있다. 제3 발광부(EMA3)는 제3-1 발광층(EML3-1) 및 제3-1 발광층(EML3-1) 상에 배치된 제3-2 발광층(EML3-2)을 포함할 수 있다.
제1 발광부(EMA1)의 제1-1 발광층(EML1-1), 제2 발광부(EMA2)의 제2-1 발광층, 및 제3 발광부(EMA3)의 제3-1 발광층(EML3-1)에 대해서는 상술한 제1 발광층(EML1)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 제1 발광부(EMA1)의 제1-2 발광층(EML1-2), 제2 발광부(EMA2)의 제2-2 발광층(EML2-2), 및 제3 발광부(EMA3)의 제3-2 발광층(EML3-2)에 대해서는 상술한 제2 발광층(EML2)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
제1-1 발광층(EML1-1)에서 제1 호스트의 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제1-2 발광층(EML1-2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제1-1 발광층(EML1-1)에서의 정공 이동도는 제1-2 발광층(EML1-2)에서의 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 제1-1 발광층(EML1-1)에서의 정공 이동도는 제1-2 발광층(EML1-2)에서의 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다.
제2-1 발광층(EML2-1)에서 제1 호스트의 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제2-2 발광층(EML2-2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제2-1 발광층(EML2-1)에서의 정공 이동도는 제2-2 발광층(EML2-2)에서의 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 제2-1 발광층(EML2-1)에서의 정공 이동도는 제2-2 발광층(EML2-2)에서의 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다.
제3-1 발광층(EML3-1)에서 제1 호스트의 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제3-2 발광층(EML3-2)에서 정공 수송성 호스트 및 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하일 수 있다. 제3-1 발광층(EML3-1)에서의 정공 이동도는 제3-2 발광층(EML3-2)에서의 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 제3-1 발광층(EML3-1)에서의 정공 이동도는 제3-2 발광층(EML3-2)에서의 정공 이동도의 5배 이상일 수 있다.
제1-1 발광층(EML1-1), 제2-1 발광층(EML2-1), 및 제3-1 발광층(EML3-1) 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1-1 발광층(EML1-1), 제2-1 발광층(EML2-1), 및 제3-1 발광층(EML3-1)에서 호스트는 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다. 제1-1 발광층(EML1-1), 제2-1 발광층(EML2-1), 및 제3-1 발광층(EML3-1)에서 도펀트는 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다.
제1-2 발광층(EML1-2), 제2-2 발광층(EML2-2), 및 제3-2 발광층(EML3-2) 각각은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 제1-2 발광층(EML1-2), 제2-2 발광층(EML2-2), 및 제3-2 발광층(EML3-2)에서 도펀트는 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다. 제1-2 발광층(EML1-2), 제2-2 발광층(EML2-2), 및 제3-2 발광층(EML3-2)에서, 2개의 호스트들은 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다.
제1-2 발광층(EML1-2)의 정공 수송성 호스트, 제2-2 발광층(EML2-2)의 정공 수송성 호스트, 및 제3-2 발광층(EML3-2)의 정공 수송성 호스트는 모두 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다. 제1-2 발광층(EML1-2)의 전자 수송성 호스트, 제2-2 발광층(EML2-2)의 전자 수송성 호스트, 및 제3-2 발광층(EML3-2)의 전자 수송성 호스트는 서로 동일하거나 적어도 하나가 상이할 수 있다.
도 6h를 참조하면, 제3 발광부(EMA3) 상에 제4 발광부(EMA4)가 더 배치될 수 있다. 도 6h의 발광 소자(ED-TDd)는 도 6g의 발광 소자(ED-TDc)가 제3 전자 수송 영역(ETR3)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 제3 전하 생성층(CGL3), 제4 정공 수송 영역(HTR4), 제4 발광부(EMA4), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)을 더 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자(ED-TDd)에서, 제4 발광부(EMA4)는 하나의 발광층을 포함하고, 제1 발광부 내지 제3 발광부(EMA1, EMA2, EMA3) 각각은 두 개의 발광층을 포함할 수 있다.
한편, 도 6a 내지 도 6h에서 제1 정공 수송 영역(HTR1), 제2 정공 수송 영역(HTR2), 제3 정공 수송 영역(HTR3), 및 제4 정공 수송 영역(HTR4)에 대해서는 전술한 정공 수송 영역(HTR)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제1 전자 수송 영역(ETR1), 제2 전자 수송 영역(ETR2), 제3 전자 수송 영역(ETR3), 및 제4 전자 수송 영역(ETR4)에 대해서는 전술한 전자 수송 영역(ETR)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 이하 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하는 일 실시예에 대한 표시 장치에 대한 설명에 있어서 상술한 도 1 내지 도 6h에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 표시 소자층(DP-ED)을 포함하는 표시 패널(DP), 표시 패널(DP) 상에 배치된 광제어층(CCL) 및 컬러필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다.
도 7에 도시된 일 실시예에서 표시 패널(DP)은 베이스층(BS), 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-ED)을 포함하고, 표시 소자층(DP-ED)은 발광 소자(ED)를 포함하는 것일 수 있다.
발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1) 상에 배치된 정공 수송 영역(HTR), 정공 수송 영역(HTR) 상에 배치된 발광부(EMA), 발광부(EMA) 상에 배치된 전자 수송 영역(ETR), 및 전자 수송 영역(ETR) 상에 배치된 제2 전극(EL2)을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도 7에 도시된 발광 소자(ED)의 구조는 상술한 도 3a 내지 도 6h의 발광 소자의 구조가 동일하게 적용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광부(EMA)는 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH) 내에 배치되는 것일 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)에 의해 구분되어 각 발광 영역(PXA-R, PXA-G, PXA-B)에 대응하여 제공된 발광층(EML)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 발광부(EMA)는 청색광 또는 백색광을 방출하는 것일 수 있다. 한편, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 발광부(EMA)는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 전체에 공통층으로 제공되는 것일 수 있다.
광제어층(CCL)은 표시 패널(DP) 상에 배치될 수 있다. 광제어층(CCL)은 광변환체를 포함하는 것일 수 있다. 광변환체는 양자점 또는 형광체 등일 수 있다. 광변환체는 제공받은 광을 파장 변환하여 방출하는 것일 수 있다. 즉, 광제어층(CCL)은 양자점을 포함하는 층이거나 또는 형광체를 포함하는 층일 수 있다.
광제어층(CCL)은 복수 개의 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 포함하는 것일 수 있다. 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)은 서로 이격된 것일 수 있다.
도 7을 참조하면, 서로 이격된 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3) 사이에 분할패턴(BMP)이 배치될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에서 분할패턴(BMP)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 비중첩하는 것으로 도시되었으나, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)의 엣지는 분할패턴(BMP)과 적어도 일부가 중첩할 수 있다.
광제어층(CCL)은 발광 소자(ED)에서 제공되는 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제1 양자점(QD1)을 포함하는 제1 광제어부(CCP1), 제1 색광을 제3 색광을 변환하는 제2 양자점(QD2)을 포함하는 제2 광제어부(CCP2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 광제어부(CCP3)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 제1 광제어부(CCP1)는 제2 색광인 적색광을 제공하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제3 색광인 녹색광을 제공하는 것일 수 있다. 제3 광제어부(CCP3)는 발광 소자(ED)에서 제공된 제1 색광인 청색광을 투과시켜 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 양자점(QD1)은 적색 양자점이고 제2 양자점(QD2)은 녹색 양자점일 수 있다.
양자점(QD1, QD2)의 코어는 II-VI족 화합물, III-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, III-V족 화합물, III-II-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, CdS, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-VI족 화합물은 In2S3, In2Se3 등과 같은 이원소 화합물, InGaS 3 , InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
I-III-VI족 화합물은 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, AgGaS2, CuGaS2 CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 또는 AgInGaS2, CuInGaS2 등의 사원소 화합물로부터 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 한편, III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, III- II-V족 화합물로 InZnP 등이 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어/쉘 구조에서, 쉘에 존재하는 원소의 농도가 코어로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다.
또한, 광제어층(CCL)은 산란체(SP)를 더 포함하는 것일 수 있다. 제1 광제어부(CCP1)는 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하며, 제3 광제어부(CCP3)는 양자점을 미포함하고 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다.
산란체(SP)는 무기 입자일 수 있다. 예를 들어, 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 산란체(SP)는 TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것이거나, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2, 및 중공 실리카 중 선택되는 2종 이상의 물질이 혼합된 것일 수 있다.
제1 광제어부(CCP1), 제2 광제어부(CCP2), 및 제3 광제어부(CCP3) 각각은 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)를 분산시키는 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광제어부(CCP1)는 제1 베이스 수지(BR1) 내에 분산된 제1 양자점(QD1)과 산란체(SP)를 포함하고, 제2 광제어부(CCP2)는 제2 베이스 수지(BR2) 내에 분산된 제2 양자점(QD2)과 산란체(SP)를 포함하고, 제3 광제어부(CCP3)는 제3 베이스 수지(BR3) 내에 분산된 산란체(SP)를 포함하는 것일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 양자점(QD1, QD2) 및 산란체(SP)가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스 수지(BR1, BR2, BR3)는 투명 수지일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 베이스 수지(BR1), 제2 베이스 수지(BR2), 및 제3 베이스 수지(BR3) 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
광제어층(CCL)은 베리어층(BFL1)을 포함하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 하는 것일 수 있다. 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)이 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1)은 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)을 커버하는 것일 수 있다. 또한, 광제어부들(CCP1, CCP2, CCP3)과 컬러필터층(CFL) 사이에도 베리어층(BFL2)이 제공될 수도 있다.
베리어층(BFL1, BFL2)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 베리어층(BFL1, BFL2)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베리어층(BFL1, BFL2)은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 베리어층(BFL1, BFL2)은 유기막을 더 포함할 수 있다. 베리어층(BFL1, BFL2)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성되는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러필터층(CFL)은 광제어층(CCL) 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우 베리어층(BFL2)은 생략될 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 필터들(CF1, CF2, CF3)을 포함하는 것일 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 제2 색광을 투과시키는 제1 필터(CF1), 제3 색광을 투과시키는 제2 필터(CF2), 및 제1 색광을 투과시키는 제3 필터(CF3)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터(CF1)는 적색 필터, 제2 필터(CF2)는 녹색 필터이고, 제3 필터(CF3)는 청색 필터일 수 있다. 필터들(CF1, CF2, CF3) 각각은 고분자 감광수지와 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF1)는 적색 안료 또는 염료를 포함하고, 제2 필터(CF2)는 녹색 안료 또는 염료를 포함하며, 제3 필터(CF3)는 청색 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제3 필터(CF3)는 안료 또는 염료를 포함하지 않는 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 고분자 감광수지를 포함하고 안료 또는 염료를 미포함하는 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 투명한 것일 수 있다. 제3 필터(CF3)는 투명 감광수지로 형성된 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에서 제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)는 황색(yellow) 필터일 수 있다. 제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)는 서로 구분되지 않고 일체로 제공될 수도 있다.
제1 내지 제3 필터(CF1, CF2, CF3) 각각은 적색 발광 영역(PXA-R), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 청색 발광 영역(PXA-B) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
컬러필터층(CFL) 상에는 베이스 기판(BL)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(BL)은 컬러필터층(CFL) 및 광제어층(CCL) 등이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 일 실시예에서 베이스 기판(BL)은 생략될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 8에서는 도 7의 표시 패널(DP)에 대응하는 일 부분의 단면도를 도시하였다. 일 실시예의 표시 장치(DD-TD)에서 발광 소자(ED-TD)는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자(ED-TD)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에서 두께 방향으로 순차적으로 적층되어 제공되는 복수 개의 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3)을 포함하는 것일 수 있다. 발광구조들(OL-B1, OL-B2, OL-B3) 각각은 하나 또는 둘의 발광층, 발광층을 사이에 두고 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다. 도 8의 발광 소자(ED-TD)는 전술한 도 6a 내지 6h의 발광 소자들(ED-TDa1 내지 ED-TDa3, ED-TDb1 내지 ED-TDb3, ED-TDc, ED-TDd) 중 어느 하나일 수 있다. 도시된 것과 달리, 도 8의 발광 소자(ED-TD)는 3개의 전하 생성층 및 전하 생성층을 사이에 두고 배치된 5개 이상의 발광층을 포함할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치(DD-a)를 나타낸 평면도이다. 도 1과 달리, 백색 발광 영역(PXA-W)을 더 포함하는 것으로 도시하였다. 전술한 바와 같이, 일 실시예의 발광 소자에서 백색광을 발광하는 경우, 표시 장치(DD-a)는 백색 발광 영역(PXA-W)을 더 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 백색 발광 영역(PXA-W)을 포함하는 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B, PXA-W)의 형상 및 배치는 도시된 것에 한정되지 않는다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예시이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 발광 소자의 제작 및 평가
1-1) 발광 소자의 제작
실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자 및 비교예 1-1 내지 1-8의 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자는 일 실시예에 따른 발광 소자이며, 발광부의 제1 발광층이 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하고, 발광부의 제2 발광층이 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 1-1 내지 1-8의 발광 소자는 하나의 발광층을 포함하거나, 두 개의 발광층을 포함하는 것이다.
유리 기판 상에 ITO/Ag/ITO를 포함하는 3층 구조의 제1 전극을 형성한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 발광부를 형성하였다. 이후 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 300Å의 층을 형성하고, Yb로 두께 10Å의 층을 형성하여 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, AgMg(부피비 10%의 Mg를 포함)로 두께 100Å의 제2 전극을 형성하였다. 또한, 제2 전극(EL2) 상에 P4로 두께 700Å의 캡핑층을 형성하였다.
비교예 1-1 내지 1-4 및 1-8은 발광부를 형성하기 전에, NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하였다.
(발광 소자 제작 시 사용한 화합물)
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
비교예 1-1 내지 1-8 및 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자에서 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 1에 나타내었다. 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 발광부의 도펀트 재료는 모두 D1을 사용하였다. 표 1에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 1-1 H3-1 180 없음
비교예 1-2 H2-5 180 없음
비교예 1-3 H1-1 180 없음
비교예 1-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 1-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 1-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 1-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 1-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 1-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 1-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 1-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
비교예 1-7 H2-5, H3-1 (5:5) 90 H1-1 90
비교예 1-8 H1-1, H2-5, H3-1
(1:1:1)		 180 없음
표 1에서, 비교예 1-4 및 1-7의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 발광층을 형성한 것이다. 비교예 1-8의 발광 소자는 H1-1, H2-5, 및 H3-1을 중량 비율 1:1:1의 호스트로 제공하여 제1 발광층을 형성한 것이다.실시예 1-1 내지 실시예 1-5의 발광 소자는 제2 발광층이 2개의 호스트 H2-5와 H3-1을 포함하는 것이다. 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자는 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
실시예 1-1의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 1-2의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 6:4의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 1-3의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 1-4의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 4:6의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 1-5의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 2:8의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다.
1-2) 발광 소자의 평가
표 2는 비교예 1-1 내지 1-8 및 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자에서 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 1-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 1500nit를 기준으로 하였다. 표 2에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 2에서 발광 소자의 구동 전압 및 효율은 Photo Research사의 PR670 spectrometer과 Keithley사의 2602B SourceMeter를 사용하여 측정하였다. 발광 소자의 수명은 ENC사에서 제작한 항온 평가 설비를 사용하고, Photodiode(BPW-34S)와 Keithley사의 K6500를 사용하여 측정하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 1-1 100% 100% 100%
비교예 1-2 95% 90% 100%
비교예 1-3 95% 85% 80%
비교예 1-4 98% 95% 100%
비교예 1-5 100% 105% 145%
비교예 1-6 95% 103% 145%
실시예 1-1 92% 131% 162%
실시예 1-2 92% 121% 169%
실시예 1-3 93% 115% 174%
실시예 1-4 94% 112% 179%
실시예 1-5 95% 110% 181%
비교예 1-7 105% 85% 80%
비교예 1-8 99% 96% 100%
표 2를 참조하면, 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자는 비교예 1-1 내지 1-8의 발광 소자에 비해, 효율 및 수명이 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 실시예의 발광 소자는 비교예의 발광 소자에 비해 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다. 제1 발광층에 2개의 호스트를 포함하고, 제2 발광층에 하나의 호스트를 포함하는 비교예 1-7의 발광 소자는 구동 전압이 상승하고, 효율 및 수명이 저하된 것을 알 수 있다.
실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하는 것으로, 제1 발광층에 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하고, 제2 발광층에 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하여 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다. 발광 소자의 재결합 영역이 제1 발광층과 제2 발광층 사이의 계면에 형성되고, 제1 발광층에 인접한 정공 수송 영역 등의 구성에서 열화 현상이 방지됨에 따라 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다. 이에 따라, 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선될 수 있다.
2. 발광 소자의 제작 및 평가
2-1) 발광 소자의 제작
비교예 2-1 내지 2-10의 발광 소자 및 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자를 다음의 방법으로 제조하였다. 비교예 2-1 내지 2-3의 발광 소자는 NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하지 않은 것을 제외하고, 비교예 1-1 내지 1-3의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 2-4 내지 2-6의 발광 소자는 비교예 1-1 내지 1-3의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 2-7 및 2-8의 발광 소자는 비교예 1-5 및 1-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 2-9 및 2-10의 발광 소자는 발광부를 형성하기 전에, NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성한 것을 제외하고, 비교예 1-5 및 1-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 2-1 내지 2-10 및 실시예 1-1 내지 1-5의 발광 소자에서 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 3에 나타내었다. 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 발광부의 도펀트 재료는 모두 D1을 사용하였다. 표 3에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 2-1 H3-1 180 없음
비교예 2-2 H2-5 180 없음
비교예 2-3 H1-1 180 없음
비교예 2-4 H3-1 180 없음
비교예 2-5 H2-5 180 없음
비교예 2-6 H1-1 180 없음
비교예 2-7 H1-1 90 H2-5 90
비교예 2-8 H1-1 90 H3-1 90
비교예 2-9 H1-1 90 H2-5 90
비교예 2-10 H1-1 90 H3-1 90
실시예 2-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 2-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 2-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 2-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 2-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
표 3에서, 비교예 2-1 내지 2-6의 발광 소자는 제1 발광층을 포함하고, 제2 발광층을 포함하지 않는 것이다. 비교예 2-7 내지 2-10의 발광 소자는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하며, 제1 발광층 및 제2 발광층 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다.
실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광층은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하며, 제2 발광층은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
2-2) 발광 소자의 평가
표 4는 비교예 2-1 내지 2-10 및 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 2-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 1500nit를 기준으로 하였다. 표 4에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 4에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 2-1 100% 100% 100%
비교예 2-2 95% 90% 100%
비교예 2-3 95% 85% 80%
비교예 2-4 112% 95% 52%
비교예 2-5 115% 72% 48%
비교예 2-6 128% 65% 20%
비교예 2-7 100% 105% 145%
비교예 2-8 95% 103% 145%
비교예 2-9 98% 108% 145%
비교예 2-10 93% 106% 145%
실시예 2-1 92% 132% 160%
실시예 2-2 92% 122% 165%
실시예 2-3 93% 115% 170%
실시예 2-4 94% 112% 175%
실시예 2-5 95% 111% 182%
표 4를 참조하면, 비교예 2-1 내지 2-10의 발광 소자에 비해, 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 2-1 내지 2-10의 발광 소자에 비해, 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다. 실시예 2-1 내지 2-5의 발광 소자는 하나의 호스트를 포함하는 제1 발광층 및 두 개의 호스트를 포함하는 제2 발광층을 포함하여 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
3. 발광 소자의 제작 및 평가
3-1) 발광 소자의 제작
비교예 3-1 내지 3-8의 발광 소자 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 비교예 3-1 내지 3-8의 발광 소자 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 3개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 도 6g의 발광 소자(ED-TDc)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 3-1 내지 3-4 및 3-8의 발광 소자에서, 3개의 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 3-5 내지 3-7 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자에서, 3개의 발광부 각각은 두 개의 발광층을 포함하는 것이다.
유리 기판 상에 ITO/Ag/ITO를 포함하는 3층 구조의 제1 전극을 형성한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제1 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제1 발광부를 형성하였다. 제1 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 300Å의 층을 형성하여 제1 전자 수송 영역을 형성하였다.
제1 전자 수송 영역 상에 BCP 및 Li를 1:100의 중량 비율로 공증착하여 두께 100Å의 제1 전하 생성층을 형성하였다. 다음으로, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제2 정공 수송 영역을 형성하였다.
제2 정공 수송 영역 상에 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제2 발광부를 형성하였다. 제2 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 300Å의 층을 형성하여 제2 전자 수송 영역을 형성하였다.
제2 전자 수송 영역 상에 BCP 및 Li를 1:100의 중량 비율로 공증착하여 두께 100Å의 제2 전하 생성층을 형성하였다. 다음으로, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제3 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제3 발광부를 형성하였다. 제3 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 300Å의 층을 형성하고, Yb를 10Å의 두께로 증착하여 제3 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, AgMg(부피비 10%의 Mg를 포함)로 두께 100Å의 제2 전극을 형성하였다. 또한, 제2 전극(EL2) 상에 P4로 두께 700Å의 캡핑층을 형성하였다.
Figure pat00029
한편, 비교예 3-1 내지 3-4 및 3-8은 제1 발광부를 형성하기 전에 NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하고, 제2 발광부를 형성하기 전에 NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하고, 제3 발광부를 형성하기 전에 NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하였다.
비교예 3-1 내지 3-8 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자 각각에서 제1 발광부 내지 제3 발광부는 모두 동일하게 형성하였다. 예를 들어, 실시예 3-1의 발광 소자에서, 제1 발광부, 제2 발광부 및 제3 발광부는 모두 동일하게 형성하였다.
비교예 3-1 내지 3-8 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자에서 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 5에 나타내었다. 비교예 3-1 내지 3-8 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자에서, 발광부의 도펀트 재료는 D1을 사용하였다. 표 5에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 3-1 H3-1 180 없음
비교예 3-2 H2-5 180 없음
비교예 3-3 H1-1 180 없음
비교예 3-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 3-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 3-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 3-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 3-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 3-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 3-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 3-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
비교예 3-7 H2-5, H3-1 (5:5) 90 H1-1 90
비교예 3-8 H1-1, H2-5, H3-1 (1:1:1) 180 없음
표 5를 참조하면, 비교예 3-1 내지 3-4 및 3-8의 발광 소자 각각에서, 제1 내지 제3 발광부가 하나의 발광층을 포함하며, 제1 내지 제3 발광부에서 호스트 및 도펀트는 동일한 것이다. 비교예 3-5 내지 3-7 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자 각각은 제1 내지 제3 발광부가 2개의 발광층을 포함하고, 제1 내지 제3 발광부의 제1 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일하고, 제1 내지 제3 발광부의 제2 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일한 것이다.
비교예 3-4의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, 제2 발광층은 형성하지 않은 것이다. 비교예 3-7의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을을 형성하고, H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다. 비교예 3-8의 발광 소자는 H1-1, H2-5 및 H3-1을 중량 비율 1:1:1의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, 제2 발광층은 형성하지 않은 것이다.
실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
3-2) 발광 소자의 평가
표 6은 비교예 3-1 내지 3-8 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 3-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 비교예 3-1 내지 3-8 및 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 4500nit를 기준으로 하였다. 표 6에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 6에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 3-1 100% 100% 100%
비교예 3-2 95% 90% 98%
비교예 3-3 96% 84% 81%
비교예 3-4 99% 96% 100%
비교예 3-5 100% 104% 148%
비교예 3-6 96% 102% 145%
실시예 3-1 91% 128% 158%
실시예 3-2 92% 123% 168%
실시예 3-3 93% 117% 173%
실시예 3-4 95% 113% 182%
실시예 3-5 95% 110% 185%
비교예 3-7 106% 83% 82%
비교예 3-8 100% 97% 101%
표 6을 참조하면, 비교예 3-1 내지 3-8의 발광 소자에 비해, 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3-1 내지 3-8의 발광 소자에 비해, 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다.
비교예 3-7의 발광 소자는 3개의 발광부를 포함하고, 3개의 발광부 각각은 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 3-7의 발광 소자는 제1 발광층이 2개의 호스트를 포함하고 제2 발광층이 1개의 호스트를 포함하여 효율 및 수명이 저하되고, 구동 전압이 증가한 것으로 판단된다.
실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 3개의 발광부를 포함하고, 3개의 발광부 각각은 2개의 발광층을 포함하며, 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 이에 따라, 실시예 3-1 내지 3-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
4. 발광 소자의 제작 및 평가
4-1) 발광 소자의 제작
비교예 4-1 내지 4-8 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자를 아래의 방법으로 제조하였다. 비교예 4-1 내지 4-8의 발광 소자 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 도 6h의 발광 소자(ED-TDd)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 4-1 내지 4-4 및 4-8의 발광 소자에서, 4개의 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 4-5 내지 4-7 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자에서, 제1 내지 제3 발광부 각각은 두 개의 발광층을 포함하고, 제4 발광부는 하나의 발광층을 포함하는 것이다.
유리 기판 상에 ITO/Ag/ITO를 포함하는 3층 구조의 제1 전극을 형성한 후, 초순수로 세척하고 초음파로 세정한 후 30분 동안 UV를 조사하고 이후 오존 처리를 실시하였다. 그 후, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제1 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제1 발광부를 형성하였다. 제1 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하여 제1 전자 수송 영역을 형성하였다.
제1 전자 수송 영역 상에 BCP 및 Li를 1:100의 중량 비율로 공증착하여 두께 100Å의 제1 전하 생성층을 형성하였다. 다음으로, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제2 정공 수송 영역을 형성하였다.
제2 정공 수송 영역 상에 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제2 발광부를 형성하였다. 제2 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하여 제2 전자 수송 영역을 형성하였다.
제2 전자 수송 영역 상에 BCP 및 Li를 1:100의 중량 비율로 공증착하여 두께 100Å의 제2 전하 생성층을 형성하였다. 다음으로, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하여 제3 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, 도펀트와 호스트를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제3 발광부를 형성하였다. 제3 발광부 상에 T2T로 두께 50Å의 층을 형성하고, TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하여 제3 전자 수송 영역을 형성하였다.
제3 전자 수송 영역 상에 BCP 및 Li를 1:100의 중량 비율로 공증착하여 두께 100Å의 제3 전하 생성층을 형성하였다. 그 후, 50Å 두께로 HATCN을 증착하고, NPB를 600Å 두께로 증착하고, TCTA를 50Å 두께로 증착하여 제4 정공 수송 영역을 형성하였다.
다음으로, Irppy3과 TPBi를 3:97의 중량 비율(weight ratio)로 공증착하여 제4 발광부를 형성하였다. 제4 발광부 상에 TPM-TAZ과 Liq를 5:5의 중량 비율로 공증착하여 두께 200Å의 층을 형성하고, Yb를 10Å의 두께로 증착하여 제4 전자 수송 영역을 형성하였다. 다음으로, AgMg(부피비 10%의 Mg를 포함)로 두께 100Å의 제2 전극을 형성하였다. 또한, 제2 전극(EL2) 상에 P4로 두께 700Å의 캡핑층을 형성하였다.
비교예 4-1 내지 4-4 및 4-8은 제1 발광부 내지 제3 발광부를 형성하기 전에, NPB 상에 TCTA로 두께 50Å의 층을 형성하였다. 비교예 4-1 내지 4-8 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자 각각에서 제1 발광부 내지 제3 발광부는 모두 동일하게 형성하였다. 예를 들어, 실시예 4-1의 발광 소자에서, 제1 발광부 내지 제3 발광부는 동일하게 형성하였다.
비교예 4-1 내지 4-8 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 7에 나타내었다. 비교예 4-1 내지 4-8 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자에서, 발광부의 도펀트 재료는 D1을 사용하였다. 표 7에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 4-1 H3-1 180 없음
비교예 4-2 H2-5 180 없음
비교예 4-3 H1-1 180 없음
비교예 4-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 4-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 4-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 4-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 4-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 4-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 4-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 4-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
비교예 4-7 H2-5, H3-1 (5:5) 90 H1-1 90
비교예 4-8 H1-1, H2-5, H3-1 (1:1:1) 180 없음
표 7에서, 비교예 4-1 내지 4-4 및 4-8의 발광 소자 각각에서, 제1 내지 제3 발광부가 하나의 발광층을 포함하며, 제1 내지 제3 발광부에서 호스트 및 도펀트는 동일한 것이다. 비교예 4-5 내지 4-7 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자 각각은 제1 내지 제3 발광부가 2개의 발광층을 포함하고, 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일하고, 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일한 것이다.
비교예 4-4의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, 제2 발광층은 형성하지 않은 것이다. 비교예 4-7의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다. 비교예 4-8의 발광 소자는 H1-1, H2-5 및 H3-1을 중량 비율 1:1:1의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성한 것이고, 제2 발광층은 형성하지 않은 것이다.
실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
4-2) 발광 소자의 평가
표 8은 비교예 4-1 내지 4-8의 발광 소자 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 4-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 비교예 4-1 내지 4-8의 발광 소자 및 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 20000nit를 기준으로 하였다. 표 8에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 8에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 4-1 100% 100% 100%
비교예 4-2 95% 93% 100%
비교예 4-3 97% 86% 84%
비교예 4-4 98% 96% 99%
비교예 4-5 101% 107% 143%
비교예 4-6 95% 105% 140%
실시예 4-1 92% 138% 159%
실시예 4-2 92% 126% 165%
실시예 4-3 94% 121% 178%
실시예 4-4 95% 112% 189%
실시예 4-5 95% 111% 190%
비교예 4-7 104% 86% 85%
비교예 4-8 100% 98% 102%
표 8을 참조하면, 비교예 4-1 내지 4-8의 발광 소자에 비해, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 4-1 내지 4-8의 발광 소자에 비해, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다.
실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하고, 제1 내지 제3 발광부 각각은 2개의 발광층을 포함하며, 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 이에 따라, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
5. 발광 소자의 제작 및 평가
5-1) 발광 소자의 제작
비교예 5-1 내지 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자를 다음의 방법으로 제조하였다. 비교예 5-1 내지 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 도 6d의 발광 소자(ED-TDb1)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 5-1 내지 5-4의 발광 소자는 비교예 4-1 내지 4-4의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 5-5 및 5-6의 발광 소자는 제2 발광부 및 제3 발광부 형성 시, 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 비교예 4-5 및 4-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 제2 발광부 및 제3 발광부 형성 시, 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 5-1 내지 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자에서, 제2 발광부 및 제3 발광부는 하나의 발광층만을 포함하며, 하나의 발광층은 H3-1의 호스트 및 D1의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 5-1 내지 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자에서 제1 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 9에 나타내었다. 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 도펀트 재료는 모두 D1을 사용하였다. 표 9에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 5-1 H3-1 180 없음
비교예 5-2 H2-5 180 없음
비교예 5-3 H1-1 180 없음
비교예 5-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 5-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 5-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 5-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 5-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 5-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 5-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 5-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
표 9를 참조하면, 비교예 5-1 내지 5-4의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 5-5, 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자에서, 제1 발광부는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제2 발광부 및 제3 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다.
실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 제1 발광부가 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광층은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하며, 제2 발광층은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제1 발광부의 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
5-2) 발광 소자의 평가
표 10은 비교예 5-1 내지 5-6 및 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 5-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 20000nit를 기준으로 하였다. 표 10에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 10에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 5-1 100% 100% 100%
비교예 5-2 95% 93% 100%
비교예 5-3 97% 86% 84%
비교예 5-4 98% 96% 99%
비교예 5-5 101% 101% 113%
비교예 5-6 97% 103% 112%
실시예 5-1 95% 112% 121%
실시예 5-2 95% 110% 131%
실시예 5-3 95% 108% 137%
실시예 5-4 96% 105% 142%
실시예 5-5 97% 104% 146%
표 10을 참조하면, 비교예 5-1 내지 5-6의 발광 소자에 비해, 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 5-1 내지 5-6의 발광 소자에 비해, 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다. 비교예 5-5 및 5-6의 발광 소자는 제1 발광부가 2개의 발광층을 포함하며, 2개의 발광층 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 5-5의 발광 소자는 구동 전압이 상승한 것을 알 수 있다.
실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하고, 제1 발광부는 2개의 발광층을 포함하며, 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 이에 따라, 실시예 5-1 내지 5-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
6. 발광 소자의 제작 및 평가
6-1) 발광 소자의 제작
비교예 6-1 내지 6-6 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자를 다음의 방법으로 제조하였다. 비교예 6-1 내지 6-6의 발광 소자 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 도 6e의 발광 소자(ED-TDb2)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 6-1 내지 6-4의 발광 소자는 비교예 4-1 내지 4-4의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 6-5 및 6-6의 발광 소자는 제1 발광부 및 제3 발광부 형성 시, 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 비교예 4-5 및 4-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 제1 발광부 및 제3 발광부 형성 시, 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 6-1 내지 6-6 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자에서, 제1 발광부 및 제3 발광부는 하나의 발광층만을 포함하며, 하나의 발광층은 H3-1의 호스트 화합물 및 D1의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 6-1 내지 6-6 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자에서 제2 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 11에 나타내었다. 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 도펀트 재료는 모두 D1을 사용하였다. 표 11에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 6-1 H3-1 180 없음
비교예 6-2 H2-5 180 없음
비교예 6-3 H1-1 180 없음
비교예 6-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 6-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 6-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 6-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 6-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 6-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 6-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 6-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
표 11을 참조하면, 비교예 6-1 내지 6-4의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 6-5, 6-6 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자에서, 제2 발광부는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광부 및 제3 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다.
실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 제2 발광부가 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광층은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하며, 제2 발광층은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제2 발광부의 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
6-2) 발광 소자의 평가
표 12는 비교예 6-1 내지 6-6 및 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 6-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 20000nit를 기준으로 하였다. 표 12에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 12에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 6-1 100% 100% 100%
비교예 6-2 95% 93% 100%
비교예 6-3 97% 86% 84%
비교예 6-4 98% 96% 99%
비교예 6-5 101% 100% 111%
비교예 6-6 97% 102% 110%
실시예 6-1 95% 113% 120%
실시예 6-2 95% 111% 129%
실시예 6-3 95% 109% 135%
실시예 6-4 96% 106% 140%
실시예 6-5 97% 105% 143%
표 12를 참조하면, 비교예 6-1 내지 6-6의 발광 소자에 비해, 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 6-1 내지 6-6의 발광 소자에 비해, 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다. 비교예 6-5 및 6-6의 발광 소자는 제1 발광부가 2개의 발광층을 포함하며, 2개의 발광층 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 6-5의 발광 소자는 구동 전압이 상승한 것을 알 수 있다.
실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하고, 제2 발광부는 2개의 발광층을 포함하며, 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 이에 따라, 실시예 6-1 내지 6-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
7. 발광 소자의 제작 및 평가
7-1) 발광 소자의 제작
비교예 7-1 내지 7-6 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자를 다음의 방법으로 제조하였다. 비교예 7-1 내지 7-6의 발광 소자 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 도 6f의 발광 소자(ED-TDb3)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 7-1 내지 7-4의 발광 소자는 비교예 4-1 내지 4-4의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 7-5 및 7-6의 발광 소자는 제1 발광부 및 제2 발광부 형성 시, 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 비교예 4-5 및 4-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 제1 발광부 및 제2 발광부 형성 시 하나의 발광층만을 형성하는 것을 제외하고, 실시예 4-1 내지 4-5의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 7-1 내지 7-6 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자에서, 제1 발광부 및 제2 발광부는 하나의 발광층만을 포함하며, 하나의 발광층은 H3-1의 호스트 및 D1의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 7-1 내지 7-6 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자에서 제3 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 13에 나타내었다. 비교예 및 실시예의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 도펀트 재료는 모두 D1을 사용하였다. 표 13에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 7-1 H3-1 180 없음
비교예 7-2 H2-5 180 없음
비교예 7-3 H1-1 180 없음
비교예 7-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 7-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 7-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 7-1 H1-1 90 H2-5, H3-1 (8:2) 90
실시예 7-2 H1-1 90 H2-5, H3-1 (6:4) 90
실시예 7-3 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
실시예 7-4 H1-1 90 H2-5, H3-1 (4:6) 90
실시예 7-5 H1-1 90 H2-5, H3-1 (2:8) 90
표 13을 참조하면, 비교예 7-1 내지 7-4의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 7-5, 7-6 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자에서, 제3 발광부는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광부 및 제2 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다.
실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 제3 발광부가 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고, 제1 발광층은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하며, 제2 발광층은 두 개의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 8:2, 6:4, 5:5, 4:6, 또는 2:8의 호스트로 제공하여 제1 발광부의 제2 발광층을 형성한 것이다. 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 제2 발광층에서 두 개의 호스트가 2:8 내지 8:2의 중량비를 갖는 것이다.
7-2) 발광 소자의 평가
표 14는 비교예 7-1 내지 7-6 및 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 7-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 20000nit를 기준으로 하였다. 표 14에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 14에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 7-1 100% 100% 100%
비교예 7-2 95% 93% 100%
비교예 7-3 97% 86% 84%
비교예 7-4 98% 96% 99%
비교예 7-5 101% 101% 114%
비교예 7-6 97% 102% 111%
실시예 7-1 95% 112% 118%
실시예 7-2 95% 110% 125%
실시예 7-3 95% 108% 130%
실시예 7-4 96% 106% 134%
실시예 7-5 97% 105% 139%
표 14를 참조하면, 비교예 7-1 내지 7-6의 발광 소자에 비해, 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 7-1 내지 7-6의 발광 소자에 비해, 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 구동 전압이 감소한 것을 알 수 있다. 비교예 7-5 및 7-6의 발광 소자는 제3 발광부가 2개의 발광층을 포함하며, 2개의 발광층 각각은 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 것이다. 비교예 7-5의 발광 소자는 구동 전압이 상승한 것을 알 수 있다.
실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하고, 제3 발광부는 2개의 발광층을 포함하며, 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 이에 따라, 실시예 7-1 내지 7-5의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 것으로 판단된다.
8. 발광 소자의 제작 및 평가
8-1) 발광 소자의 제작
비교예 8-1 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자를 다음의 방법으로 제조하였다. 비교예 8-1 내지 8-9의 발광 소자 및 실시예 8의 발광 소자는 4개의 발광부를 포함하는 것이다. 실시예 8의 발광 소자는 도 6h의 발광 소자(ED-TDb)가 캡핑층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
비교예 8-1 내지 8-4의 발광 소자에서, 4개의 발광부 각각은 하나의 발광층을 포함하는 것이다. 비교예 8-5 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자에서, 제1 내지 제3 발광부 각각은 두 개의 발광층을 포함하고, 제4 발광부는 하나의 발광층을 포함하는 것이다.
실시예 8의 발광 소자는 실시예 4-3의 발광 소자의 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 8-1 내지 8-6의 발광 소자는 비교예 4-1 내지 4-6의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. 비교예 8-7 내지 8-9의 발광 소자는 제1 내지 제3 발광부의 형성 시 사용한 호스트를 제외하고 비교예 4-5의 발광 소자와 동일한 방법으로 제조하였다. HO 4 및 HO 5는 비교예 8-7 내지 8-9의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 형성 시 사용된 호스트이다. HO 4의 정공 이동도는 2.3x10-7 cm2/Vs이고, HO 5의 정공 이동도는 1.5x10-7 cm2/Vs 이다.
Figure pat00030
Figure pat00031
비교예 8-1 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자에서 제1 내지 제3 발광부의 호스트 재료 및 발광부의 두께는 표 15에 나타내었다. 비교예 8-1 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자에서, 제1 내지 제3 발광부의 도펀트 재료는 D1을 사용하였다. 표 15에서, "없음"은 제2 발광층을 형성하지 않은 것이다.
구 분 제1 발광층 제2 발광층
호스트 두께(Å) 호스트 두께(Å)
비교예 8-1 H3-1 180 없음
비교예 8-2 H2-5 180 없음
비교예 8-3 H1-1 180 없음
비교예 8-4 H2-5, H3-1 (5:5) 180 없음
비교예 8-5 H1-1 90 H2-5 90
비교예 8-6 H1-1 90 H3-1 90
실시예 8 H1-1 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
비교예 8-7 HO 4 90 H2-5, H3-1 (5:5) 90
비교예 8-8 H1-1 90 HO 5 90
비교예 8-9 HO 4 90 HO 5 90
표 15에서, 비교예 8-1 내지 8-4의 발광 소자 각각은 제1 내지 제3 발광부가 하나의 발광층만을 포함하며, 제1 내지 제3 발광부에서 호스트 및 도펀트는 동일한 것이다. 비교예 8-7 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자 각각은 제1 내지 제3 발광부가 2개의 발광층을 포함하며, 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일하고, 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층은 호스트 및 도펀트가 동일한 것이다.
비교예 8-4의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, 제2 발광층은 형성하지 않은 것이다. 비교예 8-7의 발광 소자는 HO 4의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다.
비교예 8-8의 발광 소자는 H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, HO 5의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다. 비교예 8-9의 발광 소자는 HO 4의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성하고, HO 5의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다.
실시예 8의 발광 소자는 H1-1의 호스트를 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제1 발광층을 형성한 것이다. 또한, 실시예 8의 발광 소자는 H2-5와 H3-1을 중량 비율 5:5의 호스트로 제공하여 제1 내지 제3 발광부 각각의 제2 발광층을 형성한 것이다.
8-2) 발광 소자의 평가
표 16은 비교예 8-1 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자에서, 구동 전압, 효율, 및 수명을 평가하여 나타낸 것이다. 구동 전압, 효율, 및 수명은 상대적인 값이며, 비교예 8-1의 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명을 각각 100%로 하여 비교한 값을 나타낸 것이다. 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가 시, 휘도는 20000nit를 기준으로 하였다. 표 16에서 수명(T97)은 휘도가 초기 휘도의 97%로 감소되는데 소요된 시간의 상대적인 값을 나타낸 것이다. 표 16에서, 발광 소자의 구동 전압, 효율, 및 수명 평가는 표 2의 방법과 동일한 방법으로 진행하였다.
구 분 구동 전압 효율 수명(T97)
비교예 8-1 100% 100% 100%
비교예 8-2 95% 93% 100%
비교예 8-3 97% 86% 84%
비교예 8-4 98% 96% 99%
비교예 8-5 101% 107% 143%
비교예 8-6 95% 105% 140%
실시예 8 94% 121% 178%
비교예 8-7 101% 107% 122%
비교예 8-8 101% 105% 120%
비교예 8-9 102% 103% 121%
표 16을 참조하면, 비교예 8-1 내지 8-9의 발광 소자에 비해, 실시예 8의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 8-5 및 8-7 내지 8-9의 발광 소자는 구동 전압이 상승하고, 실시예 8의 발광 소자는 구동 전압이 가장 많이 감소한 것을 알 수 있다. 실시예 8에서 제1 발광층은 약 2.0x10-4 cm2/Vs 의 정공 이동도를 갖는 H1-1의 호스트를 포함하는 것이고, 제2 발광층은 약 4.3x10-5 cm2/Vs 의 정공 이동도를 갖는 중량 비율 5:5의 호스트 H2-5와 H3-1을 포함하는 것이다. 즉, 실시예 8의 발광 소자에서 제1 발광층에서 호스트의 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하에 해당하며, 제2 발광층에서 중량 비율 5:5의 2가지 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하에 해당하는 것이다. 이에 따라, 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하의 제1 정공 이동도를 갖는 제1 발광층 및 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하의 제2 정공 이동도를 갖는 제2 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
비교예 8-7의 발광 소자는 2개의 발광층 중 정공 수송 영역에 인접한 제1 발광층은 하나의 호스트를 포함하고, 전자 수송 영역에 인접한 제2 발광층은 2개의 호스트를 포함하는 것이다. 비교예 8-7의 발광 소자에서, 제1 발광층은 5.0x10-6 cm2/Vs 미만의 정공 이동도를 갖는 HO 4를 포함하는 것이다. 이에 따라, 비교예 8-7의 발광 소자는 구동 전압이 상승한 것으로 판단된다.
비교예 8-8 및 8-9의 발광 소자는 제1 발광층이 하나의 호스트를 포함하고, 제2 발광층이 하나의 호스트를 포함하는 것이다. 비교예 8-8 및 8-9의 발광 소자에서, 제2 발광층은 1.0x10-6 cm2/Vs 미만의 정공 이동도를 갖는 HO 5를 포함하는 것이다. 이에 따라, 비교예 8-8 및 8-9의 발광 소자는 실시예 8의 발광 소자보다 효율이 낮고 구동 전압은 상승한 것으로 판단된다.
9. 화합물 평가
표 17은 비교예 8-1 내지 8-9 및 실시예 8의 발광 소자 제작 시 사용된 호스트의 전자 이동도, 정공 이동도, HOMO 에너지 준위, LUMO 에너지 준위를 나타낸 것이다. 호스트 H 2-5와 호스트 H 3-1은 중량 비율 5:5의 혼합물로 제공하여 전자 이동도 및 정공 이동도를 측정하였다. 전자 이동도 및 정공 이동도는 Keithley사의 2602B SourceMeter를 사용하여 측정하였다. HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위 값은 비경험적 분자 궤도법에 의해 계산되었다. 구체적으로, HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위 값은 Gaussian사의 Gaussian 09를 사용하여 B3LYP/6-31G(d)로 계산되었다.
구 분 전자 이동도
(cm2/Vs)		 정공 이동도
(cm2/Vs)		 HOMO (eV) LUMO (eV)
H 1-1 5.2x10-4 2.0x10-4 -5.56 -2.41
H 2-5 3.1x10-5
(H2-5:H3-1 =5:5)		 4.3x10-5
(H2-5:H3-1 =5:5)		 -5.67 -2.57
H 3-1 -5.65 -2.63
HO 4 2.0x10-7 2.3x10-7 -5.65 -2.52
HO 5 7.0x10-7 1.5x10-7 - 5.66 -2.61
표 17을 참조하면, 실시예 8의 발광 소자에서 제1 발광층에 사용된 H 1-1의 호스트의 정공 이동도는 약 2.0x10-4 cm2/Vs이며, 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다. H 1-1의 호스트의 전자 이동도는 약 5.2x10-4 cm2/Vs이며, 1.0x10-5 cm2/Vs 이상 1.0x10-2 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다. H 1-1의 호스트의 LUMO 에너지 준위의 절댓값은 2.41 eV이며, 2.0 eV 이상 3.5 eV 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다. H 1-1의 호스트의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 5.56 eV이며, 4.0 eV 이상 6.0 eV 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 8의 발광 소자에서 제2 발광층에 사용된 중량 비율 5:5의 H 2-5와 H 3-1의 호스트 혼합물의 정공 이동도는 약 4.3x10-5 cm2/Vs이며, 이는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다. H 2-5와 H 3-1의 호스트 혼합물의 전자 이동도는 약 3.1x10-5 cm2/Vs이며, 1.0x10-7 cm2/Vs 이상 5.0x10-3 cm2/Vs 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다.
정공 수송성 호스트인 H 2-5의 호스트와 H 1-1의 호스트의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.11 eV이며, 0.1 eV 이상 0.5 eV 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다. 전자 수송성 호스트인 H 3-1의 호스트와 H 1-1의 호스트의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.22 eV이며, 0.2 eV 이상 0.4 eV 이하의 범위를 만족하는 것을 알 수 있다.
일 실시예의 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치된 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광부를 포함하고, 발광부는 제1 발광층 및 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함할 수 있다. 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고, 제2 발광층은 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트, 및 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 발광층에서의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 제2 발광층에서의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며, 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 것일 수 있다. 제1 발광층에서의 제1 정공 이동도 및 제2 발광층에서의 제2 정공 이동도가 전술한 특징을 만족함에 따라, 재결합 영역이 제1 발광층과 제2 발광층의 계면에 형성될 수 있다. 재결합 영역이 발광부 내에 형성됨에 따라, 발광부에 인접한 정공 수송 영역 등의 열화 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 하나의 호스트를 포함하는 제1 발광층 및 두 개의 호스트를 포함하는 제2 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자는 효율 및 수명이 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 복수의 발광부들을 포함할 수 있다. 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 내지 제3 발광부가 배치될 수 있고, 제1 내지 제3 발광부 중 적어도 하나는 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 발광부들 중 적어도 하나의 발광부가 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하는 일 실시예의 발광 소자는 효율 및 수명이 개선된 특성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
ED: 발광 소자 EL1: 제1 전극
EL2: 제2 전극 EMA: 발광부
HTR: 정공 수송 영역 ETR: 전자 수송 영역

Claims (22)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함하는 발광부; 를 포함하고,
    상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 호스트와 상이한 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 상기 정공 수송성 호스트 및 상기 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며,
    상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도의 5배 이상인인 발광 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트의 전자 이동도는 상기 전자 수송성 호스트의 전자 이동도보다 큰 것인 발광 소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 호스트의 전자 이동도는 상기 전자 수송성 호스트의 전자 이동도의 10배 이상인 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트의 전자 이동도는 1.0x10-5 cm2/Vs 이상 1.0x10-2 cm2/Vs 이하인 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 호스트 혼합물의 전자 이동도는 1.0x10-7 cm2/Vs 이상 5.0x10-3 cm2/Vs 이하인 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 정공 수송성 호스트와 상기 전자 수송성 호스트의 중량비는 2:8 내지 8:2인 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위의 절댓값은 2.0 eV 이상 3.5 eV 이하인 발광 소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위는 상이하고,
    상기 전자 수송성 호스트의 LUMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0.2 eV 이상 0.4 eV 이하인 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위의 절댓값은 4.0 eV 이상 6.0 eV 이하인 발광 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상이하고,
    상기 정공 수송성 호스트의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 호스트의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.1 eV 이상 0.5 eV 이하인 발광 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 호스트는 하기 화합물군 1의 호스트 화합물들 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 1]
    Figure pat00032

    Figure pat00033

    Figure pat00034
    .
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 정공 수송성 호스트는 하기 화합물군 2의 정공 수송 화합물들 중 어느 하나를 포함하고, 상기 전자 수송성 호스트는 하기 화합물군 3의 전자 수송 화합물들 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자:
    [화합물군 2]
    Figure pat00035

    Figure pat00036

    Figure pat00037

    [화합물군 3]
    Figure pat00038

    Figure pat00039

    Figure pat00040
    .
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 정공 수송 영역 및 상기 발광부와 상기 제2 전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함하는 발광 소자.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 전자 저지층을 포함하는 발광 소자.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 상기 제1 전극과 상기 발광부 사이에 배치된 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위의 절댓값은 5.25 eV 이상 5.5 eV 이하인 발광 소자.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트 및 상기 제2 도펀트 각각은 440nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에서 발광 중심 파장을 갖는 발광 소자.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도펀트의 발광 파장 영역과 상기 제2 도펀트의 발광 파장 영역의 중첩비율은 80% 이상인 발광 소자.
  19. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 순차적으로 적층된 제1 발광부, 제2 발광부, 및 제3 발광부를 포함하고,
    상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 중 적어도 하나는 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제1 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 호스트와 상이한 정공 수송성 호스트, 전자 수송성 호스트 및 제2 도펀트를 포함하고,
    상기 제1 호스트의 제1 정공 이동도는 5.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-3 cm2/Vs 이하이고, 상기 정공 수송성 호스트 및 상기 전자 수송성 호스트를 포함하는 호스트 혼합물의 제2 정공 이동도는 1.0x10-6 cm2/Vs 이상 1.0x10-4 cm2/Vs 이하이며,
    상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도보다 큰 발광 소자.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 중 어느 하나의 발광부는 상기 제1 발광층 및 상기 제1 발광층 상에 배치된 상기 제2 발광층을 포함하고,
    나머지 2개의 발광부들은 각각 독립적으로 하나의 호스트 및 하나의 도펀트를 포함하는 하나의 발광층을 포함하는 발광 소자.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 제3 발광부 상에 배치된 제4 발광부를 더 포함하고,
    상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 제3 발광부 각각은 발광 중심 파장이 440nm 이상 480nm 이하인 광을 발광하고, 상기 제4 발광부는 발광 중심 파장이 500nm 이상 650nm 이하인 광을 발광하는 발광 소자.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 정공 이동도는 상기 제2 정공 이동도의 5배 이상인 발광 소자.
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