KR101370317B1 - 유기 전계 발광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 기판(5) 및 기판(5) 상에 배치된 복수의 층들을 갖는 유기 전계 발광원에 관한 것으로서, 상기 층들은 적어도 두 개의 전극들 - 상기 전극들 중 적어도 하나의 전극이 투명하며 하나는 애노드 역할을 하고 하나는 캐소드 역할을 함 -, 상기 전극들 간에 배치되어 있는 적어도 하나의 유기 전계 발광층 - 상기 유기 전계 발광층은 청색광 또는 녹색광을 방출하는 복수의 영역들(6, 7)을 가짐 - , 및 상기 유기 전계 발광원으로부터의 광의 빔 경로에 배치되고 상기 전계 발광층을 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 인광층(8)을 포함한다.
기판, 유기 전계 발광원, 유기 전계 발광층, 빔 경로, 인광층

Description

유기 전계 발광원{ELECTROLUMINESCENT LIGHT SOURCE}
본 발명은 백색광을 방출하기 위한 유기 전계 발광원(OLED)에 관한 것이다. 유기 LED들은 이산 분자들(discrete molecules)(LMW) 또는 폴리머 체인(PLED)에서 방출이 생성되는 비금속, 또는 하이브리드 유기 금속 화합물(hybrid organometallic compounds)이다.
현재는 대영역 광원들 및 백색광을 방출하는 것들에 특히 촛점이 맞추어져 있다.
광의 변환, 즉 인광 입자들에 의해, 한 파장의 광을 흡수한 후, 더 긴 파장의 광을 재방출하는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 2004년에 제너럴 일렉트릭사의 연구소에서는, 610×610 mm 사이즈로, 와트당 15 루멘의 효율 및 1200 루멘의 전체 광속(luminous flux)을 달성한 유기 전계 발광원을 제시하였다.
이 유기 전계 발광원은, 반대의 면에, 광을 황색광(YAG: Ce) 및 적색광(유기 인광체)으로 부분 변환하기 위한 인광 코팅을 갖는 기판 상에 청색광 방출 OLED(폴리머)를 포함한다.
도 1에 도시되어 있는 이 해법에서, 투명기판(22) 및 층들(21)의 시스템을 포함하는 청색광 방출 OLED(2)는 청색광을 부분적으로 황색 및/또는 적색 및 녹색광으로 변환하는 인광층(3)으로 커버된다. 이 방식에서, 유기 전계 발광원에 의해 방출되는 광은 전체적으로 백색이다. 그러나, 무기 LED들의 경우 적용되는 것과는 대조적으로, 청색광 방출 OLED들은 녹색광 방출 및 적색광 방출 OLED들에 비하여 효율이 상당히 낮으며 덜 안정적이다.
본 발명의 일 목적은 긴 수명과 향상된 효율을 갖는 것으로 알려진 백색광을 방출하기 위한 유기 전계 발광원을 제공하는 것이다. 유기 전계 발광원은 또한 산업 생산과 관련하여 효과적으로 생산될 수 있는 것이 의도된다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다.
본 발명에서 본 발명에 따른 유기 전계 발광원은 전극들 간에 배치되어 있는 적어도 하나의 유기 전계 발광층을 가지며, 상기 유기 전계 발광층은 청색광 또는 녹색광을 방출하는 복수의 영역들을 갖고 유기 전계 발광원으로부터의 광의 빔 경로에 배치되어 있고 전계 발광층을 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 인광층을 갖는다.
이것은 유기 전계 발광원으로부터의 광의 색 및 소위 색 온도(color temperature)가 OLED의 상이한 발광 영역들에 대한 적절한 설계에 의하여 또는 적절한 방식으로 상기 영역들을 전기적으로 구동함으로써 선택되거나 가변될 수 있게 할 수 있다. 또한, 녹색광 방출기(green emitter)를 사용하여 향상된 양자 효율(quantum efficiency) 및 향상된 수명이 달성되는데, 왜냐하면 후자는 이들의 관점에서 청색 또는 적색광 방출기들 보다도 크게 양호하기 때문이다.
인광층은 녹색광이 적어도 부분적으로 적색광으로 변환되도록 설계된다. 하나의 인광 재료 또는 복수의 인광 재료들의 혼합물을 포함할 수 있는 인광층은 프린팅이나 포토리소그래픽 프로세스들에 의한 통상의 방식으로 도포된다.
본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있는 인광체들로서 간주될 수 있는 인광체들은 스펙트럼의 녹색광 영역에서(녹색광 방출기들의 방출 영역에서) 흡수하는 모든 재료들이다.
전계 발광원은 일반적으로 평면 투명 기판(유리 또는 폴리머)에 도포되고, 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 있는 유기 또는 무기 전계 발광층(EL 층)을 포함하는 계층 구조를 포함한다. 이 경우 EL 층은 복수의 하위층들로부터 구성될 수 있다. 캐소드와 EL 층 사이에는, 또한, 낮은 일함수의 재료로 만들어진 전자 주입층이 배치될 수 있다.
애노드 EL 층 사이에는, 또한, 정공 전송층이 배치될 수 있다. 방출된 광이 커플링 아웃(coupled out)되는 방향에 따라(예를 들면 투명 캐소드를 통하여, 하부 방출기(bottom emitter): 기판을 통한 방출; 상부 방출기(top emitter): 기판으로부터의 방출), 캐소드 또는 애노드는 반사성 재료로 만들어진다. 이 경우에 반사성 애노드는 그 자신이 반사성일 수 있거나, 또한 반사성의 계층 구조를 가질 수 있다. 이것과 조화를 이루어, 다른 전극은 투명 재료로 만들어진다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 것이다.
인광층은 녹색광을 방출하는 유기 전계 발광층의 영역들을 적어도 부분적으로 커버하는 것이 바람직하다.
이것은 청색-녹색-황색 영역들 또는 청색-녹색-적색 영역들을 갖는 램프가 제조되는 것을 가능하게 한다. 후자의 경우, 인광층은, 인광층의 두께에 따라, OLED로부터의 녹색광 방출을 완전히 또는 부분적으로 적색광으로 변환한다.
녹색광 방출층은 이리듐(Ⅲ) 및 특히
Figure 112008010776081-pct00001
를 포함하는 것이 바람직하다. 이 녹색 방출기는, 예를 들면 이 관점에서 적절한 호스트 재료에서, 대략 87%의 내부 양자 수율(internal quantum yield)에서, 대략 60 lm/W의 효율을 달성한다.
바람직한 일 실시예에서, 광원은 개별적으로 어드레스 가능한(separately addressable) 소자들로 분할된다. 이 방식으로 달성될 수 있는 것은, 전체적으로, 균일하게 광을 방출하지만 그 색, 또는 백색광의 경우 색 온도는 변화될 수 있는 영역이다. 게다가, 정보 항목들을 나타내기 위하여 개별적으로 어드레스 가능한 소자들이 이용될 수 있다.
OLED 광원의 적색광 방출 영역들은 따로 구동될 수 있는 적어도 두 영역들로 분할되고, 상기 적어도 두 영역들을 커버하는 인광층들은 그들의 두께 및/또는 사용된 인광 재료가 상이한 것이 바람직하다. 이것은 색 온도가 컬러 렌더링(color rendering)의 표준에 역효과를 미치지 않고 넓은 범위 내에서 변화되는 것이 가능하도록 한다. 게다가, 이러한 종류의 구성으로 백색광이 생성될 수 있을 뿐만 아니라, 분리되어 구동된 영역들에 의하여 미리 설정된 색 공간(color space)에 포함된 상이한 색들이 생성되는 것도 가능하다.
녹색광 방출 영역들의 유기 전계 방출층은 원자번호가 Z > 50 인 전이 금속 이온들을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 인광체들은 굴절률이 1.4보다 큰 투명 매트릭스 재료에 내포되는 것이 바람직하다.
또한, 인광층에 의하여 커버되지 않는 유기 전계 발광층의 영역들은, 추가로, 기판으로부터의 광의 커플링 아웃(coupling of light)을 향상시키기 위한 굴절 구조로 커버되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 15에 기재된 조명 유닛에 의해 달성된다.
본 발명의 이러한 및 다른 양태들은 후술되는 실시예들을 참조하여 자명해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 OLED 램프의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 OLED 램프의 구성의 개략적인 단면도.
도 3은 인광층을 갖는 적색광 방출 OLED의 방출 스펙트럼(emission spectrum)을 표시하는 도면.
도 4는 상이한 상호 관련 색 온도를 갖는 OLED 램프들 LQ1 내지 LQ5의 방출 스펙트럼을 표시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 램프 스펙트럼들 LQ1 내지 LQ5에 대한 CCT(correlated color temperature) 및 CRI(color rendering indexes)를 도시하는 도면.
도 2에는 본 발명에 따른 OLED 램프(4)의 기본적인 계층 구성이 도시되어 있다. 유리 기판(5) 상에는 청색 및 녹색을 방출하는 영역들(6 및 7)을 갖는 전계 발광층들이 제조된다. 광이 방출되는 방향으로 보아서, 기판(5) 위에는, 전계 방출층의 적색광 방출 영역이 적색광 방출 인광층(8)에 의하여 완전히 또는 부분적으로 커버된다.
도 2에서는 도시되지 않지만, OLED의 청색광 및 녹색광 방출 영역들(6 및 7) 은 각각 애노드, 정공 주입층, 정공 전송층, 전자 주입층, 전자 전송층 및 캐소드를 포함한다. ITO 캐소드로 시작하는, 층들의 전체 시퀀스는 대략 1 mm 두께의 유리 기판 상에 위치된다. 본 경우에서 애노드는 대략 140 nm 두께의 ITO(indium tin oxide)층을 포함한다. 모든 후속 층들은 <10-6 mbar의 압력에서 진공으로 열증착에 의해 세정된 ITO층 상에 도포된다. 도핑제(doping agents) 및 매트릭스 재료들의 동시 증착에 의한 통상의 방법으로 도핑들이 만들어진다. 이 경우 증발의 정규 속도(normal rates)는 증발 빔 내의 층 두께를 측정하기 위한 수정 장치들(quartz devices)에 의하여 결정된다.
도시된 실시예에서, OLED(4)는 유리 기판(5)을 통해 방출한다. 그러나, 대안으로서, 다른 기판 재료들(예를 들면, 금속들)이 이용되어 기판으로부터 멀어지는 방향으로 방출이 발생하게 되도록 하는 것도 가능할 수 있다. 이 경우, 반드시 사용되어야 하며 OLED 상에 위치될 보호층에 직접 인광층이 도포될 것이다.
이용된 재료들은 아래와 같다:
정공 주입층:
M-MTDATA:F4TCNQ.
두께 = 40 nm
Figure 112008010776081-pct00002
Figure 112008010776081-pct00003
정공 전송층:
M-MTDATA.
두께 = 10 nm.
전자 전송층:
Figure 112008010776081-pct00004
.
두께 = 50 nm.
전자 주입층:
LiF.
두께 = 1 nm.
녹색광 방출층:
Figure 112008010776081-pct00005
.
두께 = 15 nm.
청색광 방출층:
Figure 112008010776081-pct00006
.
두께 = 10 nm.
적절한 인광체들은 아래와 같다:
Figure 112008010776081-pct00007
Figure 112008010776081-pct00008
인광층의 반사 스펙트럼(실선, RE) 및
Figure 112008010776081-pct00009
인광층의 방출 스펙트럼(일점쇄선, EM)과 함께,
Figure 112008010776081-pct00010
의 적색광 방출 유기층의 방출 스펙트럼(점선, G)이 도 3에서 그래프 형태로 도시된다.
도 4는 본 발명에 따른 다양한 OLED 램프들(LQ1 내지 LQ5)에 대한 방출 스펙트럼을 도시하는 것으로서, 즉 청색-녹색(IRPY) OLED들은 표(도 5)에 도시된 상이한 CCT(correlated color temperatures)를 갖는 Sr2Si5 - xAlxN8 - xOx:Eu(LED4803) 인광층들을 갖는다.
측정이 이루어진 OLED 램프들 LQ1 내지 LQ5에 대하여, R1(스펙트럼의 청색 영역 내의 측정 간격)으로부터 R14(스펙트럼의 청색 영역 내의 측정 간격)에 이르는, 파장의 함수로서 CCT 및 CRI(color redering indexed), 및 전체 가시 스펙트럼에 걸친 CRI의 평균값 Ra에 대한 리스팅이 도 5에 도시된다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 기판(5) 및 상기 기판(5) 상에 배치된 복수의 층들을 구비한 유기 전계 발광원으로서, 상기 층들은,
    적어도 두 개의 전극들 - 상기 전극들 중 적어도 하나의 전극이 투명하며 하나는 애노드 역할을 하고 하나는 캐소드 역할을 함 - ,
    상기 전극들 간에 배치되어 있는 적어도 하나의 유기 전계 발광층 - 상기 유기 전계 발광층은 청색광을 방출하는 제1 복수의 영역들(6)과 녹색광을 방출하는 제2 복수의 영역들(7)을 가짐 - , 및
    상기 유기 전계 발광원으로부터의 광의 빔 경로에 배치되어 있고 상기 유기 전계 발광층을 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 인광층(8)
    을 포함하는 유기 전계 발광원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인광층(8)은 녹색광을 방출하는 상기 제2 복수의 영역들(7)을 적어도 부분적으로 커버하는 유기 전계 발광원.
  3. 제1항에 있어서, 녹색광을 방출하는 상기 제2 복수의 영역들(7)의 유기 전계 발광층은 원자번호가 Z > 50 인 전이 금속 이온들을 포함하는 유기 전계 발광원.
  4. 제1항에 있어서, 녹색광을 방출하는 상기 제2 복수의 영역들(7)의 유기 전계 발광층은 이리듐(Ⅲ)을 포함하는 유기 전계 발광원.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인광층(8)은
    Figure 112008010776081-pct00011
    또는
    Figure 112008010776081-pct00012
    중 적어도 하나의 재료로 구성된 인광체들을 포함하며, 이 경우
    Figure 112008010776081-pct00013
    인 유기 전계 발광원.
  6. 제5항에 있어서, 상기 인광체들은 굴절률이 1.4보다 큰 투명 매트릭스 재료에 내포되는 유기 전계 발광원.
  7. 제4항에 있어서, 인광 입자들의 평균 직경은 > 200 nm 이고 < 20 ㎛인 유기 전계 발광원.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유기 전계 발광원은 개별적으로 어드레스 가능한 소자들로 분할되는 유기 전계 발광원.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기 전계 발광원의 상기 제1 및 제2 복수의 영역들(6, 7)은 따로 구동될 수 있는 유기 전계 발광원.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유기 전계 발광원의 상기 제2 복수의 영역들(7)은 따로 구동될 수 있는 적어도 두 개의 영역들로 분할되며, 상기 적어도 두 영역들을 커버하는 상기 인광층들은 그들의 두께 및/또는 사용된 인광 재료가 상이한 유기 전계 발광원.
  11. 제1항에 있어서, 상호 연관된 색 온도(correlated color temperature)는 전기 구동에 의해 가변될 수 있는 유기 전계 발광원.
  12. 제1항에 있어서, 정보 항목들은 전기 구동에 의해 나타내어지고 가변될 수 있는 유기 전계 발광원.
  13. 제1항에 있어서, 상기 인광층(8)에 의하여 커버되지 않는 상기 유기 전계 발광층의 영역들은, 추가로, 상기 기판(5)으로부터의 광의 커플링 아웃(coupling of light)을 향상시키기 위한 굴절 구조로 커버되는 유기 전계 발광원.
  14. 제1항에 있어서, 상기 인광층(8)에 의해 커버되지 않는 상기 유기 전계 발광층의 영역들은, 추가로, 산란 입자들의 층으로 커버되는 유기 전계 발광원.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광원을 적어도 하나 포함하는 조명 유닛.
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