KR102543575B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 기재는, 제1 전극, 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층 및 제2 전극 위에 위치하는 캡핑층을 포함하고, 캡핑층은 405 나노미터 파장에서 0.25 이상의 흡수율을 가지는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 개시는 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유해 파장에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
최근 유기 발광 소자를 포함하는 표시 장치의 보급률이 점차 증대되고 있다. 점차 많은 사람들이 유기 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 사용함에 따라, 다양한 환경에서 표시 장치를 사용하는 경우 역시 증대되는 추세이다.
다만, 유기 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 사용되는 유기 발광층의 경우, 외부 환경에 의해 쉽게 손상되어 수명이 짧은 문제점이 있어 왔다. 그러므로, 다양한 환경에서 사용 가능하며, 유기 발광 소자의 손상이 방지되면서도 광 효율이 우수한 표시 장치에 대한 필요성이 증대되고 있다.
실시예들은 유해 파장에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있는 유기 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극, 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층 및 제2 전극 위에 위치하는 캡핑층을 포함하고, 캡핑층은 405 나노미터 파장에서 0.25 이상의 흡수율을 가진다.
캡핑층은 430 나노미터 파장에서 0.25 미만의 흡수율을 가질 수 있다.
캡핑층은, 하기 수학식 1을 만족시킬 수 있다.
[수학식 1]
k1 - k2 > 0.10
수학식 1에서 k1은 405 나노미터 파장의 흡수율이고, k2는 430 나노미터 파장의 흡수율이다.
캡핑층은, 430 나노미터 내지 470 나노미터의 파장 범위에서 2.0 이상의 굴절률을 가질 수 있다.
유기 발광층은 청색 발광층을 포함하고, 청색 발광층에 포함되는 청색 발광 재료의 광 발광 스펙트럼 피크 파장은 430 나노미터 내지 500 나노미터일 수 있다.
제2 전극은 430 나노미터 내지 500 나노미터의 파장 범위에서 20％ 이상의 광 투과율을 가질 수 있다.
유기 발광층은 청색 발광층, 적색 발광층 및 녹색 발광층을 포함하고, 캡핑층은 청색 발광층, 적색 발광층 및 녹색 발광층과 각각 중첩할 수 있다.
캡핑층은, 탄소 원자와 수소 원자를 포함하며, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자, 규소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자로 이루어지는 군에서 하나 이상을 가지는 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소 화합물, 방향족 복소환 화합물 및 아민 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
캡핑층은 200 나노미터 이하의 두께를 가질 수 있다.
캡핑층은 405 나노미터 파장에서 1.0 이하의 흡수율을 가질 수 있다.
캡핑층은 405 나노미터 파장의 빛을 50% 이상 차단할 수 있다.
유기 발광층은 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층이 조합되어 백색 발광할 수 있다.
복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 유해 파장 영역의 빛을 차단하여 유기 발광층의 열화를 방지할 수 있으며, 청색 발광 효율이 저해되지 않는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 1에 해당되는 캡핑층 물질의 흡수율, 굴절률, 투과율 및 태양광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4는 비교예 1에 해당되는 캡핑층 물질의 흡수율, 굴절률, 투과율 및 태양광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 유기 발광층(130) 및 캡핑층(140)을 포함한다.
제1 전극(110)은 기판 상에 형성되어 유기 발광층(130)을 발광시키기 위해 애노드 역할을 할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(120)이 애노드로 기능하는 경우에는 제1 전극(110)이 캐소드가 될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 유기 발광 소자는 전면 발광형 유기 발광 소자일 수 있다. 따라서 제1 전극(110)은 유기 발광층(130)에서 발생된 빛이 후면으로 방출되지 않도록 반사층으로서의 기능을 할 수 있다. 여기서 반사층이라 함은, 유기 발광층(130)에서 발생한 빛을 제2 전극(120)을 통해 외부로 방출시키기 위해 빛을 반사하는 성질을 가지는 층을 뜻한다. 반사하는 성질이란, 입사광에 대한 반사율이 약 70% 이상 약 100% 이하이거나 약 80% 이상 약 100% 이하를 의미할 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 전극(110)은 애노드 역할을 할 수 있으면서 반사층으로 사용될 수 있도록 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 은(Ag)/산화인듐주석(ITO)/은(Ag)의 삼중막 구조 또는 산화인듐주석(ITO)/은(Ag)/산화인듐주석(ITO)의 삼중막 구조 등을 가질 수 있다.
제2 전극(120)은 이후 설명하는 것과 같이 제1 전극(110)과의 사이에 유기 발광층(130)을 두고, 제1 전극(110)과 중첩 배치된다. 본 실시예에 따른 제2 전극(120)은 캐소드 역할을 할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(110)이 캐소드로 기능하는 경우에는 제2 전극(120)이 애노드가 될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 제2 전극(120)은 유기 발광층(130)에서 발생된 빛이 외부로 방출될 수 있도록 반투과(transflective) 전극일 수 있다. 여기서 반투과 전극이라 함은 제2 전극(120)으로 입사한 빛의 일부는 투과시키고, 나머지 빛의 일부는 제1 전극(110)으로 반사하는 반투과 성질을 가지는 전극임을 뜻한다. 여기서, 반투과 성질이란 입사광에 대한 반사율이 약 0.1% 이상 약 70% 미만이거나 약 30% 이상 50% 이하를 의미할 수 있다.
본 실시예에 따른 제2 전극(120)은 반투과 성질을 가짐과 동시에 전기가 통할 수 있도록 ITO, IZO와 같은 산화물이나, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
이때, 본 실시예의 제2 전극(120)은 유기 발광층(130)에서 발생되는 빛이 외부로 원활하게 방출될 수 있도록, 특히, 청색 계열의 빛이 원활하게 방출될 수 있도록 430 나노미터 내지 500 나노미터 파장의 빛에 대한 광 투과율이 약 20% 이상일 수 있다. 이는 본 실시예에 따른 유기 발광 소자가 원활하게 색을 구현하기 위한 최소 광 투과율이며, 100%에 가까울수록 바람직하다.
유기 발광층(130)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 각각으로부터 전달되는 정공 및 전자가 만나 여기자(exciton)를 형성하며 빛을 방출한다. 도 1에는 유기 발광층(130)은 청색 발광층(130B)을 포함하며, 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G)을 더 포함할 수 있으며, 청색 발광층(130B), 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G)이 각각 하나의 층으로 제1 전극(110) 상에 배치되는 단일층 구조를 가질 수 있다.
청색, 적색 및 녹색은 색을 표현하기 위한 삼원색으로, 이들의 조합에 의해 다양한 색상을 구현할 수 있다. 청색 발광층(130B), 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G)은 각각 청색 화소, 적색 화소 및 녹색 화소를 형성하며, 청색 발광층(130B), 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G)은 각각 제1 전극(110)의 상부면과 실질적으로 평행한 방향으로 병렬 배치될 수 있다.
제1 전극(110)과 유기 발광층(130) 사이에는 정공 전달층(160)이 더 포함될 수 있다. 정공 전달층(160)은 정공 주입층과 정공 수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정공 주입층은 제1 전극(110)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하고, 정공 수송층은 정공 주입층으로부터 전달되는 정공을 원활하게 수송하는 기능을 수행한다. 정공 전달층(160)은 정공 주입층 위에 정공 수송층이 위치하는 이중층으로 형성되거나, 정공 주입층을 형성하는 물질과 정공 수송층을 형성하는 물질이 혼합되어 단일층으로 형성될 수도 있다.
제2 전극(120)과 유기 발광층(130) 사이에는 전자 전달층(170)이 더 포함될 수 있다. 전자 전달층(170)은 전자 주입층과 전자 수송층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 주입층은 제2 전극(120)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하고, 전자 수송층은 전자 주입층으로부터 전달되는 전자를 원활하게 수송하는 기능을 수행한다. 전자 전달층(170)은 전자 수송층 위에 전자 전달층이 위치하는 이중층으로 형성되거나, 전자 주입층을 형성하는 물질과 전자 수송층을 형성하는 물질이 혼합되어 단일층으로 형성될 수도 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 변형예에 따른 유기 발광 소자는 다층 구조를 가지는 유기 발광층(130)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여 도 2를 참고하여 설명하도록 한다.
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층 구조를 가지는 유기 발광층(130)을 포함하는 유기 발광 소자가 개략적으로 도시되어 있다.
도 2에 도시한 실시예에서, 유기 발광층(130)을 제외한 다른 구성들은 도 1을 참고하여 설명한 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구성들과 유사하다. 따라서 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 중첩 배치되며, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 유기 발광층(130)이 위치하고, 제2 전극(120) 상에는 캡핑층(140)이 위치한다.
이때, 본 실시예에 따른 유기 발광층(130)은 복수의 층(130a, 130b, 130c)이 적층되어 이루어진다. 유기 발광층(130)의 각각의 층(130a, 130b, 130c)들은 서로 다른 색상을 나타내며, 이들의 조합에 의해 백색의 빛이 방출될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유기 발광층(130)은 3개의 층(130a, 130b, 130c)이 적층된 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 층으로 이루어지는 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 3층 구조의 유기 발광층(130)은 각각 청색 발광층(130a), 황색 발광층(130b) 및 청색 발광층(130c)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 색 조합에 의해 백색 광을 방출할 수 있는 발광층이라면, 본 발명의 실시 범위에 포함될 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 2층 구조의 유기 발광층인 경우에는 각 층이 청색 발광층 및 황색 발광층을 포함할 수 있다.
한편, 마찬가지로 도면에 도시되지는 않았으나, 도 2의 복수의 층(130a, 130b, 130c) 중에서 서로 이웃하는 층 사이에는 전하 생성층이 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 유기 발광 소자를 사용한 표시 장치에서는, 방출되는 백색 광을 다른 색상으로 전환하기 위해, 제2 전극(120) 상에 배치되는 컬러 필터층을 더 포함할 수 있다.
일 예로 컬러 필터층은 제2 전극(120)을 통과하여 나온 백색 광을 청색, 적색 또는 녹색으로 전환시킬 수 있으며, 이를 위해 유기 발광 소자의 복수의 서브 화소에 각각 대응되는 복수의 서브 컬러 필터층을 포함할 수 있다.
컬러 필터층은 제2 전극(120)을 통과하여 방출되는 빛의 색상을 변환시키기 위한 것이기 때문에, 컬러 필터층이 제2 전극(120) 상에만 배치된다면, 다양한 위치 설계가 가능하다.
따라서 컬러 필터층이 표시 장치가 외부의 수분이나 산소로부터 보호받기 위해 형성하는 봉지층의 하부 또는 상부에 배치될 수도 있고, 이 외에도 다양한 컬러 필터층의 배치 구조가 가능하며, 본 실시예의 실시 범위는 그러한 배치 구조까지 미칠 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에 따른 유기 발광 소자는 복수의 층(130a, 130b, 130c)으로 이루어지는 유기 발광층(130)을 포함하여 백색의 광을 방출하는 점 이외에는 도 1에 도시된 실시예와 모두 동일하다. 그러므로 이하에서는 도 1에 도시된 유기 발광 소자를 기준으로 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 유기 발광 소자에 대한 설명은 도 2에 도시된 실시예에 모두 동일하게 적용 가능하다.
본 실시예에 따른 청색 발광층(130B)에 포함되는 청색 발광 재료는 광 발광(Photoluminescence, PL) 스펙트럼에서 피크 파장의 범위가 약 430 나노미터 내지 500 나노미터이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 청색 발광층(130B)의 하부에는 청색 발광층(130B)의 효율을 높이기 위한 보조층(BIL)이 위치할 수 있다. 보조층(BIL)은 정공 전하 밸런스(hole Charge Balance)를 조절하여 청색 발광층(130B)의 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
마찬가지로 도 1에 도시된 것과 같이, 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G) 각각의 하부에는 적색 공진 보조층(130R') 및 녹색 공진 보조층(130G')이 위치할 수 있다. 적색 공진 보조층(130R') 및 녹색 공진 보조층(130G')은 각 색상별 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층이다. 이와는 달리 청색 발광층(130B) 및 보조층(BIL)의 하부에는 별도의 공진 보조층이 형성되지 않을 수 있다.
한편, 제1 전극(110) 상에는 화소 정의막(150)이 위치할 수 있다. 화소 정의막(150)은 도 1에 도시된 것과 같이, 청색 발광층(130B), 적색 발광층(130R) 및 녹색 발광층(130G) 각각의 사이마다 위치하여 각 색상별 발광층을 구분한다.
캡핑층(140)은 제2 전극(120) 상에 형성되어, 소자의 광로 길이를 조절하여 광학 간섭 거리의 조정을 행한다. 이때 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 보조층(BIL), 적색 공진 보조층(130R') 및 녹색 공진 보조층(130G')과는 달리, 도 1에 도시된 것과 같이, 청색 화소, 적색 화소 및 녹색 화소 각각에 공통적으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 유기 발광층(130)은 특히, 태양광과 같은 광에 노출될 경우, 405 나노미터 부근의 파장에 의해 열화되어 유기 발광 소자의 성능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 이하에서는 유기 발광 소자를 열화시키는 빛의 파장 범위인 405 나노미터를 유해 파장으로 서술하기로 한다.
본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 유기 발광 소자에 포함되는 유기 발광층(130)의 열화를 방지하기 위하여, 유기 발광층(130)으로 입사되는 빛 중 유해 파장 영역인 405 나노미터 부근의 빛을 차단할 수 있는 성질의 재료를 포함하여 이루어진다.
유해 파장 영역인 405 나노미터 영역의 빛을 차단하기 위하여, 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 405 나노미터에서의 흡수율인 k1이 0.25 이상일 수 있다. k1이 0.25보다 작은 경우에는 본 실시예에 따른 캡핑층(140)이 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛을 원활히 차단하지 못하기 때문에, 유기 발광층(130)의 열화가 방지되는 효과를 발휘하기에 어려움이 있다.
본 실시예에 따라, 앞서 설명한 흡수율인 k1, k2와, 이후 설명하는 굴절률은 실리콘 기판에 유기물을 이용하여 70 나노미터의 두께를 가지는 박막으로 증착하여 본 실시예에 따른 캡핑층(140)을 형성한 뒤, FILMETRICS F10-RT-UV 장비를 이용하여 측정된 값이다.
k1이 증가할수록 유해 파장 영역인 405 나노미터 영역의 빛을 차단하는 효과 역시 함께 증가된다. 본 실시예의 일 예로, k1이 0.8 이하의 범위에서 캡핑층(140)을 형성하는 물질이 선택될 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.0 이하의 범위에서 캡핑층(140)을 형성하는 물질이 선택될 수 있을 것이다. 다만, 이는 일 예에 불과하며, 캡핑층(140)을 형성하는 물질의 선택 범위는 캡핑층(140)의 두께, 사용 환경 등과 같은 다양한 요소를 고려하여 선택될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시예에 따른 유기 발광층(130)은 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛을 차단하면서도 청색 계열의 빛인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 투과율이 높아 청색 계열 빛의 효율이 저해되지 않을 수 있다. 이를 위해서 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 청색 계열 빛의 파장인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2는 0.25 미만일 수 있다.
k2가 0.25보다 큰 경우에는 청색 계열 빛이 캡핑층(140)에 의해 흡수되는 비율이 높아지기 때문에 본 실시예에 따른 유기 발광 소자가 다양한 색을 원활하게 구현하는데 어려움이 발생될 수 있다.
반대로, k2가 0에 가까울수록 캡핑층(140)에 의해 흡수되는 청색 계열의 빛의 비율이 감소되는 것이기 때문에, 청색 계열 빛의 효율이 증대될 수 있다.
이때 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 청색 영역에서의 발광 효율이 저하되지 않도록 청색 영역 빛의 굴절률이 높은 재료를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 파장이 430 나노미터 내지 470 나노미터의 범위에서 2.0 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 캡핑층(140)의 굴절률이 높아지면, 굴절에 의해 공진 효과가 보다 원활하게 발생될 수 있어 발광 효율이 증대될 수 있다.
본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 원활한 공진 효과를 발생시키기 위하여 200 나노미터 이하(0을 포함하지 않음)의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 60 나노미터 내지 80 나노미터의 두께를 가지는 캡핑층(140)을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 하기 수학식 1을 만족시키는 재료를 포함할 수 있다.
[수학식 1]
k1 - k2 > 0.10
이때, 수학식 1에서, k1은 앞서 설명한 것과 같이 405 나노미터의 파장을 가지는 빛의 흡수율이며, k2는 430 나노미터의 파장을 가지는 빛의 흡수율이다.
수학식 1에서 k1과 k2 값의 차이는 클수록 바람직하다. 따라서 수학식 1에서 k1과 k2 값의 차이가 0.1 보다 크다는 것은 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이에 대한 하한치이다.
k1과 k2 값의 차이가 0.1보다 작은 경우에는 유해 파장 영역의 빛의 차단 효과는 확보할 수 있으나 청색 계열 빛의 발광 효율이 감소하거나, 반대로 청색 계열 빛의 발광 효율은 유지할 수 있지만 유해 파장 영역의 빛을 원활하게 차단하지 못해 유기 발광층(130)의 열화를 방지할 수 없음을 뜻한다.
따라서, 유해 파장 영역의 빛을 원활하게 차단하면서도 청색 계열 빛의 발광 효율을 확보하기 위해서는 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이가 0.1보다 큰 것이 바람직하며, 차이가 클수록 유해 파장 영역의 빛을 많이 흡수하면서도 청색 영역의 빛의 흡수율은 낮아 효율이 높아질 수 있다. 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이가 0.3보다 큰 경우가 더 바람직하며, 더욱 바람직하게는 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이가 0.5보다 큰 경우에 유해 파장 영역의 빛을 더 많이 흡수하면서도 청색 영역 빛의 효율이 더 높아질 수 있다. 따라서 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이에 대한 상한의 제한을 두는 것은 무의미하다.
그러므로, 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k1과 청색 계열 빛의 파장 영역인 430 나노미터 파장의 빛에 대한 흡수율인 k2의 차이가 0.1보다 크다는 것은, 유해 파장 영역의 빛을 흡수하면서도 청색 영역 빛의 효율을 유지할 수 있는 최소한의 임계값임을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 캡핑층(140)은 탄소 원자와 수소 원자를 포함하는 유기물로, 이 외에도 산소 원자, 황 원자, 질소 원자, 불소 원자, 규소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자로 이루어지는 군에서 하나 이상을 가지는 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소 화합물, 방향족 복소환 화합물 및 아민 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다.
본 실시예에 따른 캡핑층(140)으로 이용될 수 있는 구체적인 예로는 이하에 기재된 화학식 1 내지 화학식 7에 따른 물질일 수 있다.
화학식 1
Figure 112016033780260-pat00001
화학식 2
Figure 112016033780260-pat00002
화학식 3
Figure 112016033780260-pat00003
화학식 4
Figure 112016033780260-pat00004
화학식 5
Figure 112016033780260-pat00005
화학식 6
Figure 112016033780260-pat00006
화학식 7
Figure 112016033780260-pat00007
이하에서는 본 실시예에 따른 유기 발광 소자의 효과를 확인하기 위하여 상기 화학식 1 내지 화학식 7 중, 화학식 1 내지 화학식 6을 실시예 1 내지 실시예 6으로 선정하고, 비교예 1 및 비교예 2는 하기와 같은 화학식 8 내지 화학식 9와 같은 물질을 선정하여 흡수율, 굴절률 및 차단율을 측정하고 차단 효과를 확인하였다.
화학식 8
Figure 112016033780260-pat00008
화학식 9
Figure 112016033780260-pat00009
도 3은 실시예 1에 해당되는 캡핑층 물질의 흡수율, 굴절률, 투과율 및 태양광 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 4는 비교예 1에 해당되는 캡핑층 물질의 흡수율, 굴절률, 투과율 및 태양광 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2에 해당되는 각 물질별 흡수율, 굴절률 및 차단율을 측정하여 계산한 결과를 [표 1]로 정리하였다.
실험 k1
(405nm)		 k2
(430nm)		 n
(450nm)		 k1(405nm)-
k2(430nm)		 차단율
(405nm)		 차단효과
(405nm)
실시예 1 0.539 0.134 2.248 0.405 83.80% 1.66배
실시예 2 0.511 0.089 2.177 0.422 82.49% 1.64배
실시예 3 0.459 0.067 2.254 0.392 79.00% 1.57배
실시예 4 0.730 0.216 2.269 0.514 91.52% 1.82배
실시예 5 0.754 0.228 2.299 0.526 90.50% 1.80배
실시예 6 0.673 0.227 2.310 0.446 87.50% 1.74배
비교예 1 0.0800 0.00 1.920 0.080 50.29% 1.00배
비교예 2 0.248 0.00 2.269 0.248 66.38% 1.28배
상기 [표 1]에 기재된 것과 같이, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 캡핑층(140) 물질은 405 나노미터 파장에서의 흡수율인 k1이 0.25보다 작은 값을 가진다. 비교예 1은 k2가 0으로 본 실시예의 조건을 만족하긴 하지만, 450 나노미터 파장에서의 굴절률 n이 2보다 작으며, [수학식 1]에 따른 k1과 k2의 차가 0.1보다 작기 때문에, k2를 제외한 본 실시예에 따른 캡핑층(140)의 조건을 모두 만족하지 못하는 경우이다. 비교예 2는 k2가 0이며, 수학식 1에 따른 k1과 k2의 차가 0.1보다 크긴 하지만, k1이 0.25보다 작은 0.248을 가지는 물질을 선정하였다.
이때, 비교예 1이 유해 파장 영역의 빛인 405 나노미터 파장의 빛을 차단하는 차단율을 기준으로, 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 2의 차단율을 상대적으로 계산하여 차단효과로 기재하였다.
비교예 2와 같이 다른 조건들을 모두 만족하고, k1만 0.25보다 작은 경우에도 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛을 차단하는 차단효과가 비교예 1에 비해 20% 이상 상승한 것을 알 수 있다.
그러나, [표 1]에 기재된 것과 같이 실시예 1 내지 실시예 6의 경우, 비교예 1에 비하여 최소 50%보다 넘는 비율로 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장의 빛을 차단하는 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 2를 실시예 1 내지 실시예 6과 비교하는 경우, 가장 차단효과가 낮게 측정된 실시예 3이 비교예 1에 비해 57% 상승된 것을 참조하면, 비교예 2는 실시예 3에 대해 절반 이하의 상승률을 가지는 것을 알 수 있다.
이하에서는 실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 캡핑층(140)을 포함하는 유기 발광 소자를 유해 파장 영역인 405 나노미터를 포함하는 광원에 일정 시간 노출시키면서, 유기 발광 소자에 포함된 유기 발광층(130)의 열화 정도를 비교한 결과를 [표 2]에 기재하였다. 본 실시예에 따라 사용되는 광원은 인공적으로 태양광 스펙트럼과 유사한 빛을 방출할 수 있는 인공 태양광원을 사용하였다.
실험 색온도 (1cycle: 8 hr 광원 노출 시간) 색온도 변화량
(ΔK)
0 cycle (0 hr) 4 cycle (32hr)
실시예 1 7207 K 7257 K 50
실시예 2 7312 K 7373 K 61
실시예 3 7189 K 7270 K 81
실시예 4 7283 K 7293 K 10
실시예 5 7190 K 7202 K 12
실시예 6 7260 K 7283 K 23
비교예 1 7136 K 7703 K 567
비교예 2 7334 K 7746 K 412
각 샘플들은 0 cycle 노출 시간에서 측정되는 것과 같이, 7200K의 색온도를 가지도록 제조된다. 이후 일정 시간 동안 유해 파장 영역인 405 나노미터를 포함하는 광원에 노출되면, 각 샘플들에 포함된 유기 발광층(130)이 유해 파장에 의해 손상되어 색온도가 변하게 된다. 따라서 색온도 변화량이 클수록 유기 발광층(130)의 열화가 많이 발생된 것으로 볼 수 있다.
[표 2]에 기재된 것과 같이, 비교예 1 및 비교예 2의 경우 400K 이상의 온도 변화를 나타내었다. 색온도 변화량이 400K 이상이 되는 경우에는 사용자의 시감도, 육안으로 확인 시 화이트 색변화를 감지할 수 있기 때문에 불량 패널로 간주된다. 반면에, 실시예 1 내지 실시예 6의 경우 모두 10K 내지 80K 정도의 작은 색온도 변화량을 나타내었으며, 색온도 변화량이 육안으로 감지될 수 있는 400K와는 큰 차이를 가지는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여, 실시예 1 내지 실시예 6에 포함된 캡핑층(140)에 의해 유해 파장 영역인 405 나노미터 파장 빛이 차단되어, 유기 발광층(130)의 열화가 감소되었음을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 실시예에 따른 유기 발광 소자에 대해 설명하였다. 본 기재에 따르면, 유해 파장 영역의 빛을 차단하여 유기 발광층(130)의 열화를 방지할 수 있으며, 청색 발광 효율이 저해되지 않는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130R: 적색 발광층
130R1': 적색 공진 보조층
130G: 녹색 발광층
130G': 녹색 공진 보조층
130B: 청색 발광층
BIL: 보조층
140: 캡핑층
150: 화소 정의막
160: 정공 전달층
170: 전자 수송층

Claims (13)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유기 발광층; 및
    상기 제2 전극 위에 위치하는 캡핑층을 포함하고,
    상기 캡핑층은 405 나노미터 파장에서 0.25 이상의 흡수율을 가지고,
    상기 캡핑층은 하기 화학식 1 내지 화학식 7에 개시된 화합물 중 하나 이상을 포함하는 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112023020808041-pat00014

    [화학식 2]
    Figure 112023020808041-pat00015

    [화학식 3]
    Figure 112023020808041-pat00016

    [화학식 4]
    Figure 112023020808041-pat00017

    [화학식 5]
    Figure 112023020808041-pat00018

    [화학식 6]
    Figure 112023020808041-pat00019

    [화학식 7]
    Figure 112023020808041-pat00020
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캡핑층은 430 나노미터 파장에서 0.25 미만의 흡수율을 갖는 유기 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캡핑층은,
    하기 수학식 1을 만족시키는 유기 발광 소자:
    [수학식 1]
    k1 - k2 > 0.10
    상기 수학식 1에서 k1은 405 나노미터 파장의 흡수율이고, k2는 430 나노미터 파장의 흡수율이다.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 캡핑층은,
    430 나노미터 내지 470 나노미터의 파장 범위에서 2.0 이상의 굴절률을 가지는 유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 청색 발광층을 포함하고,
    상기 청색 발광층에 포함되는 청색 발광 재료의 광 발광 스펙트럼 피크 파장은 430 나노미터 내지 500 나노미터인 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 430 나노미터 내지 500 나노미터의 파장 범위에서 20％ 이상의 광 투과율을 가지는 유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 청색 발광층, 적색 발광층 및 녹색 발광층을 포함하고,
    상기 캡핑층은 상기 청색 발광층, 상기 적색 발광층 및 상기 녹색 발광층과 각각 중첩하는 유기 발광 소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캡핑층은 200 나노미터 이하의 두께를 가지는 유기 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캡핑층은 405 나노미터 파장에서 1.0 이하의 흡수율을 가지는 유기 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 캡핑층은 405 나노미터 파장의 빛을 50% 이상 차단하는 유기 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 서로 다른 색상을 나타내는 복수의 층이 조합되어 백색 발광하는 유기 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 층은 2층 또는 3층으로 적층된 구조를 포함하는 유기 발광 소자.
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