KR20150083807A - 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 1층은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층이고, 상기 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS}
본 출원은 2014년 1월 10일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2014-0003503호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자를 이용한 조명에 있어서, 고 연색지수를 달성하기 위해서는 표준광원의 SPD(spectral power distribution)과 유사한 것이 바람직하다. 종래 유기 발광 소자 조명의 경우, 일반적으로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 재료를 이용하지만, 녹색(G)과 청색(B)의 발광 피크 사이에 발광이 상대적으로 낮아 연색지수(CRI, color rendering index)가 낮은 한계점이 있다.
상기와 같은 한계점을 보완하기 위하여, 녹색(G) 발광의 캐비티(cavity)를 조절하거나, 발광 도펀트의 농도를 높여 녹색(G) 발광 피크(peak)의 너비를 넓혀 발광이 약한 영역을 감소시키는 방안의 도입이 시도되고 있으나, 여전히 연색지수(CRI) 90% 이상을 얻기에는 한계가 있고, 전력효율 감소가 동반되며, 양산시 캐비티가 서로 다른 제품을 구성하는데 번거로움이 큰 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0015870호
본 명세서에는 연색지수(CRI) 특성이 개선된 백색 조명을 제공할 수 있는 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는,
제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
상기 유기물층 중 적어도 1층은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층이고,
상기 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따른 유기 발광 소자는,
상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층 이외에 추가의 발광층을 추가로 포함한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 상기 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자인 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 상기 유기 발광 소자 또는 백색 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 명세서의 실시상태에 따르면, 청색 발광 물질과 함께 청녹색 발광 물질을 함께 사용함으로써 표준광원의 SPD와 유사한 발광 파장을 구현할 수 있고, 이에 따라 연색지수를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기와 같이 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질을 함께 사용함으로써, 단일 발광 물질을 사용하는 경우에 비하여, 목적하는 발광 파장의 구현과 함께, 발광 물질 선택에 따라 소자의 효율 및/또는 수명의 개선까지도 기대할 수 있다.
도 1은 청색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 포함하는 종래의 백색 유기 발광 소자와, 본 명세서의 일 실시상태에 따라 청색 발광 물질, 청녹색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 함께 사용한 백색 유기 발광 소자에서 구현할 수 있는 발광 파장을 비교한 것이다.
도 2는 형광 호스트, 형광 청색 도펀트 및 형광 청녹색 도펀트를 포함하는 발광층에서 발광 메커니즘을 도식화한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 적층 구조를 예시한 것이다.
도 4 및 도 5는 각각 단일 발광층을 포함하는 유기 발광 소자에서 청녹색 형광 도펀트로서 λmax가 515nm인 물질을 적용한 경우와 λmax가 500nm인 물질을 적용한 경우 각각에 대하여 발광 파장을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 1층은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층이고, 상기 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광 물질은 청색 발광 물질이고, 상기 제2 발광 물질은 청녹색 발광 물질일 수 있다.
본 명세서의 상기 실시상태에 따르면, 청녹색 발광 물질을 청색 발광 물질과 함께 포함하는 발광층을 형성한다. 이 경우, 청색의 에너지를 받아서 청녹색이 발광을 하기 때문에 또 하나의 층을 적층할 필요가 없어 공정 단순화가 가능하다. 즉, 연색지수(CRI)를 올리기 위해 청색과 청녹색의 2층을 사용할 필요가 없다는 것이다. 또한, 청녹색 발광 물질의 수명이 청색 발광 물질의 수명보다 좋기 때문에 수명 개선에도 도움이 된다. 또한, 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질로서 모두 형광 물질을 사용하는 경우, 형광 청색과 청녹색이 모두 에너지가 높기 때문에, 각 색상의 발광층을 적층하는 경우, 전압상승이 크며, 전압 상승 대비 얻을 수 있는 효율이 높지 않다.
본 명세서에 있어서, 연색성(color rendition)이란, 색의 3요소, 즉 색시료(물체), 광원, 눈 중 광원의 특성에 의한 것으로, 똑같은 색시료가 광원의 특성에 따라 색상이 다르게 보이는 현상을 말한다. 야외에서는 아름답게 보이던 양복색이 형광등 아래에서는 색이 죽어 보이는 현상이 우리가 쉽게 접할 수 있는 연색현상의 예이다. 특히, 형광등의 경우에는 자연광과 비슷한 색온도를 갖고 있음에도 불구하고 그 분광분포는 자연광의 그것과 매우 다른 양상을 띠고 있다. 따라서, 광원의 이러한 연색성은 자연광(daylight)과 완전복사체(planckian radiator)의 분광분포를 기준으로 하여 평가를 한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 백색 유기 발광 소자로서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 청색 발광 물질; 청녹색 발광 물질; 적색 발광 물질; 및 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다. 예컨대, 상기 백색 유기 발광 소자는 청색 발광 물질, 청녹색 발광 물질, 녹색 발광 물질, 및 적색 발광 물질을 포함하거나; 청색 발광 물질, 청녹색 발광 물질, 황색 발광 물질, 및 적색 발광 물질을 포함하거나; 청색 발광 물질, 청녹색 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질, 및 적색 발광 물질을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 녹색 발광 물질의 최대 발광 파장은 약 545nm, 황색 발광 물질의 최대 발광 파장은 약 560nm, 적색 발광 물질의 최대 발광 파장은 약 610nm이다.
도 1은 청색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 포함하는 종래의 백색 유기 발광 소자와, 본 명세서의 일 실시상태에 따라 청색 발광 물질, 청녹색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 함께 사용한 백색 유기 발광 소자에서 구현할 수 있는 발광 파장을 비교한 것이다. 도 1에 따르면, 종래기술에 따른 유기 발광 소자에서는 청색과 녹색 사이의 500nm 부근의 발광이 약하기 때문에 연색지수(CRI) 수준을 개선하는데 한계가 있었으나, 본 명세서의 실시상태에 따라 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질을 함께 사용하는 경우 500nm 부근의 발광이 보완됨에 따라 표준 광원의 SPD와 유사한 수준을 구현할 수 있다.
특히, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 갖는 경우에 보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 청녹색 발광 물질은 최대 발광 피크 파장(λmax)이 500nm 초과 550nm 이하인 발광 물질이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 청녹색 발광 물질은 최대 발광 피크 파장(λmax)이 505nm 이상 530nm 이하인 발광 물질이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 청녹색 발광 물질은 최대 발광 피크 파장(λmax)이 515nm인 발광 물질이다.
본 발명자들이 실험한 결과, 상기와 같은 값의 최대 발광 피크 파장을 갖는 청녹색 발광 물질을 청색 발광 물질과 혼합하여 사용하는 경우, 청녹색 발광 물질의 발광 파장에 블루 쉬프트(blue shift)가 발생하여, 파장 500nm의 광을 채우는 우수한 결과를 얻었다. 청녹색 발광 물질의 발광 파장과 청색 발광 물질의 발광 파장의 겹침이 클수록 청색의 발광 에너지가 청녹색 발광 물질로 빼앗긴다. 따라서, 청녹색 발광 물질의 최대 발광 피크 파장이 너무 작은 경우에는 청색의 발광이 너무 빨리 감소하여 실제 소자 구현에는 문제가 발생할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 발광 호스트 및 발광 도펀트를 포함한다. 이 때, 상기 발광 도펀트는 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 발광 물질은 청색 발광 도펀트이고, 상기 제2 발광 물질은 청녹색 발광 도펀트일 수 있다. 상기 발광 호스트는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극으로부터 각각 전달받은 정공과 전자가 결합하여 형성된 여기 에너지를 상기 발광 도펀트에 전달하여 상기 발광 도펀트가 발광하도록 돕는 역할을 하는 물질이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 형광 발광 호스트 및 형광 발광 도펀트를 포함한다. 이 때, 상기 형광 발광 도펀트는 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 발광 물질은 청색 발광 도펀트이고, 상기 제2 발광 물질은 청녹색 발광 도펀트일 수 있다.
예컨대, 상기 청색 발광 도펀트는 상기 발광 호스트로부터 여기 에너지를 받아 여기되며, 여기 상태에서 바닥 상태로 변환되면서 청색 발광을 하는 물질이다. 상기 청녹색 발광 도펀트는 상기 발광 호스트 및/또는 상기 청색 발광 도펀트로부터 여기 에너지를 받아 여기되며, 여기 상태에서 바닥 상태로 변환되면서 청녹색 발광을 하는 물질이다. 일 예에 따르면, 도 2에 기재된 바와 같이, 상기 청녹색 발광 도펀트의 S1 준위는 상기 청색 발광 도펀트의 S1 준위보다 낮고, 상기 청색 발광 도펀트의 S1 준위는 상기 발광 호스트의 S1 준위보다 낮다. 도 2에 있어서, S1은 형광 물질이 발광 스펙트럼을 갖는 여기 준위이고, T1은 인광 물질이 발광 스펙트럼을 갖는 여기 준위이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광 호스트, 청색 발광 도펀트 및 청녹색 발광 도펀트를 포함하는 발광층에 있어서, 상기 청색 발광 도펀트의 도핑 농도에 비하여 상기 청녹색 발광 도펀트의 농도가 더 낮다. 이와 같이, 청녹색 발광 도펀트의 함량을 청색 발광 도펀트의 함량에 비하여 낮게 함으로써, 청색 발광 도펀트에 의한 청색 발광 강도의 감소를 최소화할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 발광 호스트로부터 청색 발광 도펀트로 에너지가 전이되는 바와 같이, 청색 발광 도펀트로부터 청녹색 발광 도펀트로 에너지 전이가 발생할 수 있기 때문에, 청녹색 발광 도펀트의 도핑 농도를 청색 발광 도펀트의 도핑 농도보다 낮게 함으로써, 청색 발광 도펀트에 의한 발광 강도의 감소를 낮출 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 발광 호스트, 청색 발광 도펀트 및 청녹색 발광 도펀트를 포함하는 발광층 중 상기 청색 발광 도펀트의 함량은 2 내지 10 중량%이고, 상기 청녹색 발광 도펀트의 함량은 1 중량% 미만이다. 상기 청녹색 발광 도펀트의 함량은 0.01 중량% 내지 1 중량% 미만일 수 있다. 상기 청녹색 발광 도펀트의 함량은 0.01 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 유기 발광 소자의 형광 발광층에 청색 발광 도펀트 및 청녹색 발광 도펀트를 공증착하여, 에너지가 높은 청색 발광 도펀트로부터 청녹색 발광 도펀트로 에너지 전달이 수행될 수 있다. 이 때, 청색의 빛의 세기 감소를 최소화하는 것과 동시에 청녹색의 발광을 통하여, 기존에 발광이 매우 약한 영역에서 빛이 발생되게 함으로써 연색지수를 향상시키는 것이 중요하다. 따라서, 청색 발광 도펀트의 최대 발광 피크 파장(λmax)과 청녹색 발광 도펀트의 최대 발광 피크 파장(λmax)의 차이가 작은 경우에는, 반드시 있어야 할 청색의 발광이 매우 작아지면서 청녹색의 발광이 크게 발현된다. 이와 같이, 청색 발광 도펀트의 최대 발광 피크 파장(λmax)과 청녹색 발광 도펀트의 최대 발광 피크 파장(λmax)의 차이가 작은 경우, 예컨대 청색 발광 도펀트의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 500nm인 경우에는 유기 발광 소자의 색온도를 크게 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 적은 양의 청녹색 발광 도펀트를 도핑하는 경우에는 청색의 발광이 크게 감소하기에 양산성도 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 출원에서는 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 가짐으로써, 청색의 발광의 감소가 작아지면서 유기 발광 소자의 색온도를 유지할 수 있고, 연색지수를 향상시킬 수 있는 특징이 있다. 이 때, 상기 제1 발광 물질은 청색 발광 도펀트일 수 있고, 상기 제2 발광 물질은 청녹색 발광 도펀트일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 발광 호스트, 청색 발광 도펀트 및 청녹색 발광 도펀트로는 당 기술분야에 알려져 있는 재료들을 사용할 수 있으며, 예컨대 하기 에너지 준위를 갖는 재료들을 사용할 수 있다.
발광 호스트: HOMO 6eV / LUMO 3eV
청색 발광 도펀트: HOMO 6eV / LUMO 3.2eV
청녹색 발광 도펀트: HOMO 5.3eV / LUMO 2.8eV
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 전술한 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 200 ~ 500Å로 형성될 수 있고, 구체적인 예로서 약 300Å로 형성될 수 있다. 상기 발광층은 진공 열증착을 통해 구성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 발광층 이외에 1층 이상의 발광층을 더 포함한다. 발광층의 수는 특별히 한정되지 않으며, 2층, 3층, 또는 4층 이상의 발광층이 포함될 수 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된, 청색 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 제1 발광층; 및 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다. 이 때, 제1 발광층과 제2 발광층의 적층 순서는 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 제1 발광층이 상기 제2 발광층 보다 상기 제1 전극에 더 가깝게 배치될 수도 있고, 상기 제2 전극에 더 가깝게 배치될 수 있다. 본 발명자들은 상기와 같이 발광층을 2층 적층하는 경우 연색지수 향상이 이루어지는 것을 밝혀내었다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 제1 발광층; 및 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는, 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나와 녹색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 및 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 및 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층은 인광 발광층이고, 상기 제2 발광층은 형광 발광층이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된, 청색 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 청색 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 제3 발광층을 포함한다. 본 발명자들은 상기 실시상태와 같이 3층의 발광층이 적층되는 경우 연색지수(CRI) 증가가 크게 이루어진다는 것을 밝혀내었다.
이 때, 제1 발광층, 제2 발광층 및 제3 발광층의 적층 순서는 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 발광층들은 제1 전극 상에 제1 발광층, 제2 발광층 및 제3 발광층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수도 있고, 제1 전극 상에 제3 발광층, 제2 발광층 및 제1 발광층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수도 있으며, 제1 전극 상에 제1 발광층, 제3 발광층 및 제2 발광층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수도 있고, 제1 전극 상에 제2 발광층, 제1 발광층 및 제3 발광층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수도 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 청색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 청색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 청색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 청색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되고, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하는 제1 발광층; 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 제2 발광층; 및 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하는 제3 발광층이 순차적으로 적층된 발광층들을 포함하는 백색 유기 발광 소자이다. 도 3은 발광층이 3층 적층된 구조에 있어서, 제2 발광층이 청색 발광 물질만을 포함하는 구조에 비하여 제2 발광층이 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질을 모두 포함하도록 개선된 구조를 예시한 것이다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층, 상기 제2 발광층 및 상기 제3 발광층이 상기 제1 전극으로부터 순차적으로 적층된다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 제1 발광층 및 상기 제3 발광층은 인광 발광층이고, 상기 제2 발광층은 형광 발광층이다.
당 기술분야에서는 인광 발광층 재료로서 녹색 및/또는 적색 인광 발광 도펀트를 사용하고 있는데, 녹색 인광 발광 도펀트 및/또는 적색 인광 발광 도펀트와 함께 청녹색 인광 발광 도펀트를 사용하는 경우, 청녹색 인광 발광 도펀트를 적용하기 위하여 추가적인 층을 더 적층할 필요가 있을 수 있다는 문제, 청녹색 인광 발광 도펀트 물질이 아직 수명이 짧아 양산성이 낮다는 문제가 있다. 또한, 하나의 인광 발광층에 청녹색, 녹색 및 적색 인광 발광 도펀트를 모두 적용하기 위해서는 공정 제어가 어려운 단점이 있다. 또한, 청녹색 인광 발광 도펀트를 녹색 인광 발광 도펀트 및 적색 인광 발광 도펀트와 함께 사용하는 경우, 에너지 전위는 청녹색에서 녹색으로, 녹색에서 적색으로 이동되므로, 청녹색 인광 발광 도펀트가 가장 많은 농도로 들어가야 하지만, 전술한 바와 같이 수명 특성이 좋지 못하기 때문에 이와 같은 구성은 실현되기 어렵다. 따라서, 전술한 실시상태에 따르면, 청녹색 형광 발광 도펀트를 청색 형광 발광 도펀트와 함께 포함하는 유기물층을 구현한다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 유기 발광 소자 또는 백색 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 명세서의 실시상태에 따른 조명 장치는 전술한 바와 같이 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질을 함께 포함하는 발광층을 이용한 유기 발광 소자를 이용함으로써, 표준광원의 SPD와 유사한 수준을 구현할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 몇몇 실시상태에 따른 조명 장치는 연색지수(CRI) 90% 이상 도달할 수 있으며, 연색지수(CRI) 92% 초과, 연색지수(CRI) 93% 이상까지도 도달할 수 있다. 이는 종래 유기 발광 소자 조명 장치의 연색지수(CRI) 85%에 비하여 5.8% 이상, 바람직하게는 9% 이상까지도 증가한 수치이다.
연색지수를 규정하는 방법으로는 파장대역법(spectral band method)과 시험색시편 사용방법(test color method)이 소개되어 있으나, CIE에서는 시험색시편 사용방법의 성능을 인정하여 추천한 바 있다.
파장대역법은 광원의 분광분포를 파장범위별로 일정한 가중치를 주어 자연광선(planckian radiator, daylight)과 얼마나 차이가 나는지 나타내는 방법이다. 한편 시험색시편 사용방법은 CIE No.13.2 (TC-3.2) 1974의 방법으로 여러 색시편(sample)의 색(color)을 기준광원(시험광원의 색온도와 같은 온도의 완전복사체) 아래에서의 색좌표값과 시험광원 아래에서의 색좌표값을 비교하여 그 색차(?)를 가지고 계산을 한다.
본 명세서에서 연색지수(CRI)의 값은 표준광원인 태양광 대비 비교 광원의 표준샘플에 대한 상대 반사율로 측정하였다.
또한, 본 명세서의 몇몇 실시상태에 따른 조명 장치는 R9가 40% 이상까지도 도달할 수 있다. 이는 종래 유기 발광 소자 조명 장치의 R9가 22%인데 비하여 약 82% 증가한 수치이다. R9은 연색지수(CRI)를 평가하기 위한 표준 시료 중 진한 빨강색에 해당하는 표준샘플에 대한 연색지수를 나타낸다. R9이 높을수록 빨강색에 대한 색 재현능력이 매우 우수하다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서의 몇몇 실시상태에 따른 조명 장치는 CCT(상관 색 온도, Correlated Color Temperature)가 3,000K를 초과한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 전술한 발광 물질을 포함하는 유기물층과 전극 사이, 또는 전술한 발광 물질을 포함하는 유기물층들 사이에 추가의 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 추가의 유기물층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 차단층 또는 버퍼층 등일 수 있다. 이들 유기물층들은 당 기술분야에 알려져 있는 재료 및 구성을 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 청색 발광 물질 및 청녹색 발광 물질을 포함하는 발광층 이외에 1층 이상의 발광층을 더 포함하고, 발광층들 사이에는 중간전극 또는 전하 발생층이 포함된다. 상기 중간전극 및 전하 발생층은 각각 단일층으로 구성될 수도 있고, 2층 이상의 적층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 중간전극은 1층 또는 2층 이상으로 이루어지며, 제1 전극 또는 제2 전극의 재료로 사용될 수 있는 전도성 금속, 금속 산화물 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 전하 발생층은 1층 또는 2층 이상으로 이루어지며, 당 기술분야에 알려져 있는 재료 및 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 전하 발생층은 양극측으로부터 n형 유기물층과 상기 n형 유기물층과 NP접합을 형성하는 p형 유기물층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 n형 유기물층의 양극측에 n형 도핑된 유기물층이 추가로 구비될 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 양극(ITO)/HIL/HTL 1/HTL 2/인광 G+R/ETL/CGL/HIL/HTL1/HTL 2/형광 B+BG/ETL/CGL/HIL/HTL 1/HTL 2/인광 G+R/ETL/EIL/cathode (Al or Ag)와 같이 구성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 어느 하나는 양극이고, 나머지 하나는 음극이다. 이들은 당 기술분야에 알려져 있는 재료 및 기술을 이용하여 구성될 수 있다. 필요에 따라 보조전극을 추가로 사용할 수 있다.
상기 조명 장치는 전술한 유기 발광 소자만으로 이루어질 수도 있고, 건물의 천장이나 벽에 설치하기 용이하도록 구비된 프레임이나 전원연결부가 추가로 구비될 수도 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서에 기재된 실시상태들을 더욱 상세히 예시한다. 그러나, 이하의 실시예들은 예시를 목적으로 한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정할 것을 의도한 것은 아니다.
<실험예>
청색 형광 도펀트 및 청녹색 형광 도펀트를 포함하는 단일 발광층을 형성하였을 때, 상기 청녹색 형광 도펀트로서 λmax가 515nm인 물질을 적용한 경우와 λmax가 500nm인 물질을 적용한 경우 각각에 대하여, 발광 파장을 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다. 도 4 및 도 5에 따르면, 청녹색 형광 도펀트의 발광 파장의 블루 쉬프트 현상에 의하여 λmax가 500nm인 물질에 비하여 λmax가 515nm인 물질이 파장 500nm의 발광을 보완할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, λmax가 515nm인 물질을 사용하는 경우, 청색 발광 피크 감소가 커지는 문제가 있다. 따라서 515nm의 발광 파장을 갖는 청녹색 형광 도펀트 적용이 바람직함을 알 수 있다.
<실시예 1>
양극과 음극 사이에, 적색 인광 도펀트 0.45 중량% 및 녹색 인광 도펀트 10 중량%를 포함하는 제1 발광층; 청색 형광 도펀트 5 중량% 및 청녹색 형광 도펀트 0.25 중량%를 도핑한 제2 발광층; 및 적색 인광 도펀트 0.45 중량% 및 녹색 인광 도펀트 10 중량%를 포함하는 제3 발광층을 포함하는 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1>
제2 발광층 형성시, 청녹색 형광 도펀트를 사용하지 않고, 청색 형광 도펀트 5 중량%만 도핑한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 유기 발광 소자의 연색지수 등을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
CRI(%) R9(%) CCT
실시예 1 94 63 3,500K
비교예 1 88 31 3,500K
상기 결과와 같이, 본 명세서의 실시상태에 따르면, 청색 발광 물질과 함께 청녹색 발광 물질을 함께 사용함으로써 표준광원의 SPD와 유사한 발광 파장을 구현할 수 있고, 이에 따라 연색지수를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기와 같이 청색 발광 물질과 청녹색 발광 물질을 함께 사용함으로써, 단일 발광 물질을 사용하는 경우에 비하여, 목적하는 발광 파장의 구현과 함께, 발광 물질 선택에 따라 소자의 효율 및/또는 수명의 개선까지도 기대할 수 있다.

Claims (23)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 유기물층 중 적어도 1층은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층이고,
    상기 제1 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax) 대비하여 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 40 ~ 80nm의 갭(gap)을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 발광 물질은 청색 발광 물질이고, 상기 제2 발광 물질은 청녹색 발광 물질인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 505nm 이상 530nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 발광 물질의 최대 발광 피크 파장(λmax)이 515nm인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 발광층은 발광 호스트 및 발광 도펀트를 포함하고,
    상기 발광 도펀트는 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광층은 형광 발광 호스트 및 형광 발광 도펀트를 포함하고,
    상기 형광 발광 도펀트는 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 발광 물질의 도핑 농도에 비하여 상기 제2 발광 도펀트의 농도가 더 낮은 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 발광층 내에서 상기 제1 발광 물질의 함량은 2 내지 10 중량%이고, 상기 제2 발광 물질의 함량은 1 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 발광층은 적색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 황색 발광 물질 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  10. 청구항 2에 있어서, 상기 발광층은 제1 발광 물질, 제2 발광 물질, 적색 발광 물질 및 녹색 발광 물질을 포함하거나; 제1 발광 물질, 제2 발광 물질, 적색 발광 물질 및 황색 발광 물질을 포함하거나; 제1 발광 물질, 제2 발광 물질, 적색 발광 물질, 녹색 발광 물질 및 황색 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광층 이외에 1층 이상의 발광층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  12. 청구항 2에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 상기 제1 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  13. 청구항 2에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제1 발광층 및 제2 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하며,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 발광층은 인광 발광층이고, 상기 제2 발광층은 형광 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  15. 청구항 2에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제1 발광층, 제2 발광층 및 제3 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 상기 제1 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하고,
    상기 제3 발광층은 상기 제1 발광 물질, 녹색 발광 물질, 황색 발광 물질 및 적색 발광 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  16. 청구항 2에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제1 발광층, 제2 발광층 및 제3 발광층을 포함하고,
    상기 제1 발광층은 상기 제1 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하며,
    상기 제2 발광층은 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하고,
    상기 제3 발광층은 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질을 포함하거나, 녹색 발광 물질과 황색 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 제1 발광층 및 상기 제3 발광층은 인광 발광층이고, 상기 제2 발광층은 형광 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  18. 청구항 11에 있어서, 상기 발광층들 사이에 구비된 중간 전극 또는 전하 발생층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자의 연색지수(CRI)는 90% 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자의 R9는 40% 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자의 CCT(Correlated Color Temperature)가 3,000K 초과인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  23. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항의 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치.
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