KR20110109401A - 흡착 필름 및 유기 발광 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소자 외부에서 유입되는 수분과 산소를 차단하여 발광재료와 전극재료의 산화를 방지하는 역할을 하는 흡착 필름과 이를 포함하는 유기 발광 디바이스를 개시한다.

Description

흡착 필름 및 유기 발광 디바이스{Absorption film and organic light emitting device}

본 발명은 흡착필름에 관한 것으로서, 특히 소자 외부에서 유입되는 수분과 산소를 차단하여 발광재료와 전극재료의 산화를 방지하는 역할을 하는 흡착 필름과 이를 포함하는 유기 발광 디바이스에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 통상 유리 기판 상에 투명 전극, 유기막, 금속전극이 형성되어 구성되어 있다. 이러한 유기 발광 소자의 유기막 또는 금속전극은 수분이나 산소 또는 열, 및 구성 부재로부터 발생하는 유기 가스(또는 아웃 가스)에 대해 취약하고, 이는 유기 발광 소자의 수명을 단축시키는 원인이 된다.

일예로 유기 발광 디바이스에 있어서 발광하지 않는 부분 등이 발생하여 발광 특성이 저하되는데, 이 문제의 원인으로는 발광 소자 내부의 구성 부품이나 구성 재료의 표면 등에 흡착되어 있는 수분, 또는 외부로부터 침투하는 수증기, 산소 등에 의한 전극이나 유기 발광 소자 재료 등의 유기 발광 디바이스를 구성하는 부재나 성분 등의 산화나 변성, 또는 전극과 발광 소자 재료의 박리 등을 들 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 일 수단으로서, 발광층의 수명을 늘리기 위해 내부에 수분을 흡수하는 건조제, 산소를 흡착하는 흡착제를 봉입하는 방법이 도입되어 왔다.

이러한 흡착제의 형태는 통상 액상으로 이 경우 흡습제를 얇게 코팅하는 방식이다.

유기 발광 소자의 봉지(encapsulation) 방식이 기존 글래스 캔 방식에서 박막(thin film) 방식 등으로 다양화되어 가고 있고, 유기 발광 디바이스 또한 대면적화되어 감에 따라 필름 형태의 흡습제가 요구되고 있다.

본 발명의 한 구현예에서는 자체의 수분으로 인한 흡습효율 저하를 최소화할 수 있는 흡착 필름을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에서는 함수율이 최대 0.01%인 베이스 필름; 및 화학 흡착계 건조제, 물리 흡착계 건조제 및 물리·화학 흡착계 건조제 중에서 선택되는 적어도 1종의 건조제를 포함하는 흡착층; 을 포함하는 흡착 필름을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 베이스 필름은 함수율이 최대 0.005%인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 베이스 필름은 열처리 가능한 중심관에 감겨진 롤 형태의 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름은 함수율을 제어하기 위한 예비 열처리 구간을 거친 베이스 필름 상에 흡착층을 코팅하거나 필름형의 흡착층과 롤-투-롤 형태로 라미네이트하여 얻어지는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 물리 흡착계 건조제는 제올라이트, 실리카 겔 및 활성 알루미나 중에서 선택되는 적어도 1종의 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 화학 흡착계 건조제는 산화 칼슘, 염화칼슘, 황산 마그네슘, 산화 바륨, 오산화인, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 브롬화 칼륨, 브롬화 칼슘, 황산구리, 염화아연, 황산 칼슘 및 산화 마그네슘 중에서 선택되는 적어도 1종의 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 물리·화학 흡착계 건조제는 유기 금속 화합물일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 있어서, 흡착층은 그 조성이 서로 같은 단일층이거나 그 조성이 서로 다른 적어도 2층 이상의 다층일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름은 또한 흡착층의 나머지 일면에 형성되는 점착층; 및 이형 필름을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 예시적인 일 구현예에서는 상술한 구현예들에 의한 흡착 필름을 포함하는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름에 의하면 필름 자체로부터 발생될 수 있는 수분의 양을 베이스 필름의 함수율 제어로부터 달성함으로써 흡착층이 발현하는 수분 흡착능의 효율이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 이로써 유기 발광 소자의 발광 수명을 최대한 늘릴 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예들에 의한 흡착 필름의 소자 수명의 평가를 위해 OLED 소자와 합착한 구조의 일예.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름은 함수율이 최대 0.01%인 베이스 필름; 및 화학 흡착계 건조제, 물리 흡착계 건조제 및 물리·화학 흡착계 건조제 중에서 선택되는 적어도 1종의 건조제를 포함하는 흡착층; 을 포함하는 것이다.

흡착 필름을 제조하는 데 있어서 베이스 필름으로 합수율이 0.01% 보다 큰 것을 사용하게 되면 유기 발광 소자의 봉지에 사용되어 흡착층에서 의도한 흡습속도 및 흡습량만큼에 도달하지 못하고 베이스 필름에 포함되어 있는 수분을 흡수하기 위해 그만큼 효율이 저감된다.

통상 다양한 필름의 베이스 필름은 롤 상으로 유통되어 각기 다른 층과 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 라미네이트되거나 롤로부터 권취된 베이스 필름 상에 다른 층을 코팅하는 방식으로 필름을 제조하며 특별한 요구가 있지 않고는 밀폐된 롤 형태로 유통되는 것은 아니다.

따라서 어떠한 이유로든 베이스 필름은 수분을 일정량 포함할 수 있으므로, 베이스 필름 자체의 함수율을 인위적으로 저감시킨 후 흡착 필름으로 제작되는 것이 바람직할 수 있다.

베이스 필름의 함수율을 상기 범위 이내로 제어하는 방법이라면 각별히 한정이 있는 것은 아니며, 그 일예로 롤 형태로 유통되는 베이스 필름 롤의 중심관을 열처리 가능한 수단을 구비하여 유통함으로써 롤 내에서의 건조가 가능하도록 하는 방법을 들 수 있다.

또 다른 방법의 일예로 베이스 필름 롤을 권취하면서 베이스 필름 상에 흡착층을 코팅하거나 필름형태의 흡착층과 롤-투-롤 형태로 라미네이트하기 전에 예비 열처리 구간을 두어 베이스 필름 중에 잔존하는 수분의 양을 제어하는 방법을 들 수 있다.

그 외에 권취한 베이스 필름 보관 중 감압하면서 열처리를 하여 필름에 잔존 하는 수분의 양을 제어하는 방법 등을 들 수 있다.

이러한 방법의 일예는 단지 베이스 필름의 함수율을 제어하는 일 수단으로 예시되는 것으로, 베이스 필름의 함수율 제어를 통해 흡착 필름의 효율을 극대화하는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것은 아니다.

바람직하기로는 베이스 필름의 함수율은 최대 0.005%인 것이다.

한편, 베이스 필름의 재질은 각별히 한정이 있는 것은 아니나, 발광 소자로부터의 발광을 저해하지 않는 정도의 투명성을 가지면서 적정의 내열성을 갖춘 필름으로, 일예로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트필름, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리이미드필름 등을 들 수 있다.

베이스 필름의 두께는 가공성의 점에서 10 내지 1000㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름은 흡착층을 포함하며, 흡착층은 건조제를 포함한다. 건조제의 일예로는 물리 흡착계 건조제, 화학 흡착계 건조제 및 물리·화학 흡착계 건조제를 들 수 있다.

상기 및 이하의 기재에서, 물리 흡착계 건조제는 물리적으로 수분을 흡착하는 건조제로 정의한다. 화학 흡착계 건조제는 한번 흡착하면 흡착 성분이 분리되지 않는, 화학적으로 수분을 흡착하는 건조제로 정의할 수 있다. 물리·화학 흡착계 건조제는 흡착 기작면에서 물리 흡착계 건조제와 화학 흡착계 건조제의 흡착 원리가 병행된 건조제로 정의할 수 있다.

물리 흡착계 건조제로는 예를 들어, 제올라이트, 실리카 겔, 활성 알루미나 및 활성탄 등을 들 수 있다. 이러한 물리 흡착계 건조제는 흡착 속도가 빠르기 때문에 수분을 매우 빠르게 흡착할 수 있다.

화학 흡착계 건조제로는 예를 들어 산화 칼슘, 염화칼슘, 황산 마그네슘, 산화 바륨, 오산화인, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 브롬화 칼륨, 브롬화 칼슘, 황산구리, 염화아연, 황산 칼슘 및 산화 마그네슘 중에서 선택되는 적어도 1종의 것일 수 있다. 이러한 무기 산화물 이외에 투명한 수분 포착제로 알려져 있는 유기 금속 화합물을 들 수 있다. 유기 금속 화합물, 일예로 알콕시 알루미늄 등은 물리·화학 흡착계 건조제로 분류될 수 있다.

화학 흡착계 건조제는 수분에 의해 물리 흡착계 건조제에 비하면 수분의 흡착 속도는 느리지만 서서히 흡착하고 한번 흡착하면 흡착 성분이 분리되지 않기 때문에 유기 발광 디바이스 내부에 사용하여 고온 환경 하에 노출되어도 수분의 이탈이 없어 발광층을 열화시킬 우려는 없다.

이러한 물리 흡착계 건조제, 화학 흡착계 건조제 및 물리·화학 흡착계 건조제는 각각 사용될 수도 있고 혼합 사용될 수도 있으며 각기 다른 다수의 흡착층에 포함되어 다층으로 적층된 구조로 포함될 수도 있음은 물론이다.

이러한 물리 흡착계 건조제, 화학 흡착계 건조제 또는 물리·화학 흡착계 건조제의 함유율은 전체 흡착층 중량을 기준으로 하여 10 내지 100중량%인 것이 건조 성능 및 성형성을 고려하여 바람직할 수 있다.

이러한 건조제 이외에 흡착층은 필름으로의 성형을 고려하고 건조제를 분산시켜 결합력을 발현하도록 수지 재료를 포함할 수 있다.

이러한 수지 재료의 일예로는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌아크릴산 공중합체의 염, 에틸렌아크릴산 공중합체, 에틸렌메타크릴산 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌에틸렌아크릴레이트 공중합체, 에틸렌메틸아크릴레이트 공중합체 및 에틸렌메틸렌메타크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있다.

흡착층을 이루는 수지와 건조제를 인플레이션법, T 다이법, 공압출 등의 압출 성형 또는 사출 성형하여 흡착층을 필름상으로 제조할 수 있다. 이러한 필름상의 흡착층을 베이스 필름과 합지함으로써 흡착 필름으로 얻을 수 있다.

물론 베이스 필름 상에 흡착층 조액을 코팅하여 흡착 필름으로 얻을 수도 있다.

이때 흡착층의 막 두께는 제한이 있는 것은 아니며, 5 내지 50㎛가 바람직하고, 더욱 바람직하기는 10내지 20㎛이다.

상술한 것과 같이 흡착층은 단일층일 수 있으며 다층일 수 있으며, 각 층간의 조성은 서로 같거나 다를 수 있다. 일예로, 단층일 경우 흡착층 조성 단독이거나 흡착층 조성과 점착제의 혼합 조성일 수 있으며 이들이 복수의 층을 갖는 경우도 포괄적으로는 단층으로 볼 수 있다. 다층 조성일 경우 서로 다른 조성의 흡착층으로 되는 다층, 또는 흡착층 및 점착층으로 되는 다층 등일 수 있으나 이에 국한 되지 않는다.

본 발명의 일 구현예에 의한 흡착 필름은 흡착층의 나머지 일면 상에 점착층을 가질 수 있고 이형필름을 가질 수 있다.

점착층은 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 연신 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌 및 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌 비닐 아세테이트, 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제, 올레핀계 점착제 등을 포함할 수 있고, 특히 범용성의 점에서 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

이형필름은 흡착 필름 사용시에 제거되는 보호 필름으로, 이의 일예로는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 등을 들 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.

이와 같이 얻어지는 흡착 필름을 유기 발광 디바이스의 봉지에 사용하는 일예로는 각별히 한정이 있는 것은 아니다.

유기 발광 디바이스는 기판 상에 형성된 유기 발광 소자와, 기판 상에 배치되어 외부와 물리적으로 차단되는 용기(can)와, 용기의 벽부에 부착되는 흡착 필름을 갖는 형태일 수 있다. 흡착 필름은 기판 상에 형성되는 유기 발광 소자의 배면측에 있을 수 있고 용기의 벽부에 점착제를 이용하여 고정되어 있을 수 있다.

자체적으로 흡착 필름이 점착층을 갖는 경우라면 이형 필름을 제거한 후 용기의 벽부에 점착제층이 오도록 부착하면 된다.

이와 같이 유기 발광 디바이스 내부에 흡착 필름을 부착하게 되면 소자 외부에서 유입되는 수분과 산소를 흡착층에서 흡착함으로써 차단하여 발광재료와 전극재료의 산화를 방지할 수 있다. 이때 흡착 필름 중 베이스 필름은 함수율이 극히 적어서 유기 발광 디바이스 내부로부터 발생되는 의도하지 않은 수분을 흡착층에서 흡착하는 것을 배제할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2

(1) 흡착층 제조

톨루엔 300g에 알루미늄 이소프로폭사이드(ALDRICH) 0.2mol%, 에틸 헥사노익산(ALDRICH) 0.6mol%를 혼합하여 800rpm으로 강하게 24시간 동안 교반한 후 증발기(evaporater)를 이용하여 150℃에서 2시간 동안 감압하여 유기 금속 화합물로 대별되는 건조제를 수득하였다. 건조제 100중량부와 톨루엔 60중량부에 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(듀폰) 40중량부를 용해시킨 것을 혼합하여 건조제 및 수지를 포함하는 흡착층 조액을 얻었다.

(2) 흡착 필름 제작

다음 표 1에 나타낸 것과 같이 함수율이 제어된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 120㎛)을 이용하여, 상기 (1)로부터 제조된 흡착층 조액을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 코팅후 90℃에서 30분간 용매제거한 후, 라미네이터를 이용하여 이형 필름을 합지하여 흡착 필름을 제작하였다. 이때 흡착층의 건조후 두께는 20㎛이었다. 모든 공정은 질소 분위기이며 수분이 1ppm 이하의 분위기 하에서 수행되었다.

베이스 필름의 함수율의 제어 방법으로는 롤 상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 권취롤로부터 권취하여 흡착층 조액을 코팅하기 전에 100 내지 150℃ 온도 구간을 갖는 예비열처리부를 거쳤다. 예비 열처리 구간의 온도 및 시간을 제어하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 함수율을 다음 표 1에 나타낸 것과 같이 각각 조절하였다.

베이스 필름의 함수율 측정은 가열 방식 수분 측정기(모델명MX 70, 제조사 CORETECH)를 이용하여 측정하였다. 구체적으로 베이스 필름 10g(필름의 초기 중량)을 150℃에서 3시간 동안 가열한 후 감소된 무게(필름의 중량 감소량)를 측정하여 다음 식에 의거 함수율을 산출하였다.

함수율(%)= [필름의 중량 감소량/필름의 초기 중량] × 100

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
베이스 필름 함수율(%)	0.005	0.01	0.05	0.1

한편 흡착필름으로 제조된 이후로 유통과정 중에 흡착층으로 인한 베이스 필름의 함수율 변화 여부를 확인하기 위하여 상기 실시예 및 비교예들로부터 얻어진 흡착 필름을 12시간 동안 질소 분위기이며 수분이 1ppm 이하의 분위기 하에서 보관하고 밀봉 기판에 라미네이트를 통하여 흡착층을 전사시킨 후 흡착 필름으로부터 베이스 필름을 벗겨내는 방법으로 흡착층을 제거하고, 상술한 방법으로 베이스 필름의 함수율을 평가하였다.

그 결과는 다음 표 2와 같다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
베이스 필름 함수율(%)	0.005	0.008	0.03	0.05

상기 표 2의 결과로부터, 흡착 필름으로 제조된 이후로 유통과정 중에서 베이스 필름이 갖는 고유한 함수율은 흡착층에 의한 수분 흡착으로 인해 약간 감소하는 경향을 보임을 알 수 있다.

이와 같은 결과로부터 유통되는 흡착 필름을 가져다가 흡착층을 제거한 후 베이스 필름의 함수율을 상기와 같이 평가하여 그 함수율이 0.01%라면 실질적으로는 베이스 필름이 갖는 고유한 함수율은 0.01%를 초과하였을 것임을 미루어 짐작할 수 있다.

또 하나 경향성을 파악할 수 있는 것은 베이스 필름이 갖는 고유한 함수율이 클 경우 진공상태로 유통과정 중에 흡착층이 베이스 필름의 수분을 흡수하는 양 또한 비례적으로 증가함을 알 수 있다. 이는 베이스 필름의 고유한 함수율이 클 경우 결과적으로 흡착필름의 기능이 유통과정 중 저하될 것임을 미루어 짐작할 수 있다.

(3) 유기 발광 디바이스로의 제작 및 평가

상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 각각의 흡착 필름으로부터 이형 필름을 제거하고 밀봉기판에 라미네이터를 이용하여 흡착층이 밀봉기판에 접하도록 접착한 후 베이스 필름을 제거하고, 흡착층 주변에 실란트를 도포한 후 OLED 소자와 압착하였다. 합착 후 2000mJ의 에너지로 실란트를 광경화시킨 후 80℃로 1시간 동안 열을 가하여 흡습층을 연화시켜 소자부와 밀봉 기판 사이가 채워지도록 하였다. 합착된 OLED 구조는 도 1과 같다.

도 1을 참조하여 합착된 OLED 구조를 설명하면, 기판(10) 상에는 양극(20), 유기층(30) 및 광투과형 음극(40)이 적층되고, 그 상부에 무기수분베리어층(50)이 형성되어 소자부가 형성된다. 상기 무기수분배리어층(50) 상에 상기 유기층(30)과 음극(40)을 둘러싸도록 흡착층(60)이 형성되며, 상부에는 밀봉기판(80)이, 흡착층 주변에는 UV 경화형 실란트(70)가 설치되어 있다.

이와 같은 구조를 갖도록 합착한 OLED 소자에 대해 초기 발광 세기를 IVL TEST를 이용하여 측정하고, 이를 70℃ RH 80% 항온 항습기에서 보관하면서 시간 경과에 따른 발광 세기가 50%로 감소한 시간을 측정하여 이를 소자 수명으로 결정하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
소자 수명(시간)	810	790	560	400

상기 표 3의 결과로부터, 베이스 필름의 함수율을 0.01% 이하로 제어하는 경우 소자 수명이 790 시간 이상으로 나타난 반면, 베이스 필름의 함수율이 이보다 큰 경우 소자 수명이 현격히 줄어들게 됨을 알 수 있다.

10 : 기판 20 : 양극
30 : 유기층 40 : 광투과형 음극
50 : 무기수분배리어층 60 : 흡착층
70 : UV 경화형 실란트 80 : 밀봉기판

Claims (10)

1. 함수율이 최대 0.01%인 베이스 필름; 및
   화학 흡착계 건조제, 물리 흡착계 건조제 및 물리·화학 흡착계 건조제 중에서 선택되는 적어도 1종의 건조제를 포함하는 흡착층;
   을 포함하는 흡착 필름.
2. 제 1 항에 있어서, 베이스 필름은 함수율이 최대 0.005%인 것인 흡착 필름.
3. 제 1 항에 있어서, 베이스 필름은 열처리 가능한 중심관에 감겨진 롤 형태로 유통되는 것인 흡착 필름.
4. 제 1 항에 있어서, 함수율을 제어하기 위한 예비 열처리 구간을 거친 베이스 필름 상에 흡착층을 코팅하거나 필름형의 흡착층과 롤-투-롤 형태로 라미네이트하여 얻어지는 것인 흡착 필름.
5. 제 1 항에 있어서, 물리 흡착계 건조제는 제올라이트, 실리카 겔, 활성 알루미나 및 활성탄 중에서 선택되는 적어도 1종의 것인 흡착 필름.
6. 제 1 항에 있어서, 화학 흡착계 건조제는 산화 칼슘, 염화칼슘, 황산 마그네슘, 산화 바륨, 오산화인, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 브롬화 칼륨, 브롬화 칼슘, 황산구리, 염화아연, 황산 칼슘 및 산화 마그네슘 중에서 선택되는 적어도 1종의 것인 흡착 필름.
7. 제 1 항에 있어서, 물리·화학 흡착계 건조제는 유기 금속 화합물인 것인 흡착 필름.
8. 제 1 항에 있어서, 흡착층은 그 조성이 서로 같은 단일층이거나 그 조성이 서로 다른 적어도 2층 이상의 다층인 것인 흡착 필름.
9. 제 1 항에 있어서, 흡착층의 나머지 일면에 형성되는 점착층; 및 이형 필름을 포함하는 흡착 필름.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 흡착 필름을 포함하는 유기 발광 소자.

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