KR20240003536A

KR20240003536A - 광추출층을 포함한 유기전계발광소자

Info

Publication number: KR20240003536A
Application number: KR1020220081228A
Authority: KR
Inventors: 손성국
Original assignee: 손성국
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2024-01-09
Also published as: WO2024005436A3; WO2024005436A2

Abstract

광추출층을 포함한 유기전계발광소자가 개시된다. 개시된 광추출층을 포함한 유기전계발광소자는 기판, 제1 전극, 청색 발광층을 포함하는 1 이상의 유기층, 제2 전극, 광추출층을 이 순으로 구비하고, 상기 광추출층이 하기 조건 (1) 내지 조건(3)을 만족시키는 재료를 포함하는 유기전계발광소자로 구성될 수 있다. 여기서, 조건(1) n(@450nm) ≥ 2.00, 조건(2) k@420nm ≥ 0.10, 조건(3) k@450nm ≤ 0.01 (이때, 상기 n은 정의된 파장에서의 굴절률을 나타내고, 상기 k는 정의된 파장에서의 흡광계수를 나타낸다). 이에 의하면, 유기전계발광소자는 광추출층외부발광효율, 색순도를 향상시킬 수 있다.

Description

광추출층을 포함한 유기전계발광소자{Organic electroluminescent device including light extraction layer}

본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로 특히 광추출층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.

유기전계발광 소자의 발광 효율은 내부발광효율과 외부 발광효율로 나뉘어 지는데, 외부발광효율의 경우 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 유기물층에서 발현된 내부발광이 광학적인 과정을 거쳐 약 20% 수준으로 외부로 방출되고, 약 80%는 광학적인 과정에서 소멸된다.

광학추출층은 이렇게 광학적인 과정중 소멸되는 광을 방지하여 외부 발광효율을 향상하기 위해 고굴절률을 갖는 다양한 유기화합물들을 광추출층의 재료로 적용해 왔으며, 현재까지도 외부 발광재까지도 외부발광효율을 높일 수 있는 고굴절률을 갖으면서도 안정적인 유기 화합물을 개발하려는 노력이 계속되고 있으나, 유기전계발광소자에서 청색광의 경우 발광 파장 영역이 440nm~ 510nm부근에서 발광을 하다 보니 고굴절률을 갖는 광추출 층에서 440nm-450nm 영역대의 일부의 광이 흡수가 되면서 효율 저하 및 색순도저하를 초래하게 된다.

또한, 자연계에서 존재하는 UV광 또는 필름봉지공정(TFE: Thin Film Encapsulation) 과정중 발생하는 UV광에 의해 발광층 및 기능층의 변성을 초래하게 된다.

광추출능력을 확대하고자 고굴절률 유기 화합물을 개발함과 동시에 기구의 제조 및 사용 과정중 발생하는 기구의 수명 저하요소인 UV광에 대한 안정성을 갖는 유기화합물을 개발하려는 노력이 계속되어오고 있다.

한국 공개특허 10-2004-0098238호

본 발명은 RGB 화상 표시 장치에 있어서 보다 좋은 기기 사용 수명을 달성하고자 하는 목적이 있다.

일반적으로 광추출을 향상시키지 위해서는 고굴절 광추출층을 적층하게 되는데, 특허문헌 1에서 유기EL소자의 상부 전극 상에 굴절률 1.7이상, 막두께 60nm의 유기 광추출층을 제막하고, 적색 발광과 녹색 발광 소자에 있어서 1.5배 정도의 발광 효율의 향상을 가져왔다.

여기서, RGB화상표시 장치에 있어서 수명의 개선에는 발광층에서 발생하는 광의 파장이 광추출층의 흡수밴드영역에 속하여 자체 광 흡수에 의한 효율 감소를 초래하지 않으면서, 자연광에 존재하는 UV광에 의해 기기의 수명이 저하되는 것을 방지하면서, 기기 제작 공정 중 발생 가능한 UV광원을 흡수함으로써 기기의 수명을 연장시키기 위함이다.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판, 제1 전극, 청색 발광층을 포함하는 1 이상의 유기층, 제2 전극, 광추출층을 이 순으로 구비하고, 상기 광추출층이 하기 조건 (1) 내지 조건(3)을 만족시키는 재료를 포함하는 유기전계발광소자로 구성될 수 있다.

여기서, 조건(1) n(@450nm) ≥ 2.00

조건(2) k@420nm ≥ 0.10

조건(3) k@450nm ≤ 0.01

(이때, 상기 n은 정의된 파장에서의 굴절률을 나타내고, 상기 k는 정의된 파장에서의 흡광계수를 나타낸다).

상기 제2 전극이 금속을 포함하여 이루어지는 유기 전계 발광 소자로 이루어질 수 있다.

상기 광추출층의 막 두께가 200 ㎚ 이하인 유기 전계 발광 소자로 구성될 수 있다.

상기 청색 발광층에 포함되는 발광 재료의 PL 스펙트럼의 피크 파장이 430 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 유기 전계 발광 소자로 구성될 수 있다.

상기 유기층이 적색 발광층과 녹색 발광층을 더 포함하는 유기 전계 발광 소자로 구성될 수 있다.

상기 조건(1)의 450nm 파장에서 굴절률이 2.20 이상인 유기전계발광소자용 광추출층으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 유기 전계발광소자는 450nm의 파장에서 굴절률(n)이 2.0 이상인 광추출층용 화합물을 포함하는 광추출층을 구비하여, 고효율을 가질 수 있다.

구체적으로 상기 광추출층을 형성함으로써, Blue 소자와 Green, Red 소자에서 모두 높은 효율을 가질 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유기 발광소자는 420nm에서 흡광계수(k)가 0.1이상이고, 450nm에서 흡광계수(k)가 0.01이하인 광추츨층 용 화합물을 이용하여 광추출층을 형성하므로, 가시광 영역 흡수로 인한 효율 감소 및 색변화가능성을 차잔하고, 기기의 제조 공정 및 사용 중에서 노출될 수 있는 UV광을 흡수함으로 유기전계발광소자로 이루어진 기기의 장수명 유지에 도움이 될 수 있다.

상기의 효과 및 추가적인 효과에 대해서는 아래에 자세히 서술하기로 한다.

더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다
도 2는 유기전계발광소자에서 발생하는 청색파장의 스펙트럼과 각 비교화합물에 따른 380nm~530nm범위 내에서의 흡광계수를 도시한 그래프이다.

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 명세서에 사용되는 모든 기술 용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

이하에 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자용 광추출층은 하기조건을 만족할 수 있다.

조건(1) n(@450nm) ≥ 2.00

조건(2) k@420nm ≥ 0.10

조건(3) k@450nm ≤ 0.01

이때, 상기 n은 정의된 파장에서의 굴절률을 나타낸다.

상기 k는 정의된 파장에서의 흡광계수를 나타낸다.

본 발명에 따른 유기 전계 발광소자는 450nm파장에서 굴절률이 2.25이상이고, 420nm에서 흡광계수가 0.10이상이며, 450nm에서 흡광계수가 0.01이하인 광추출층용 화합물을 포함하는 광추출층을 구비하여, 고효율 및 장수명을 가질 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 유기전계발광 소자용 광추출층은 상기 조건(1)의 450nm파장에서 굴절률이 2.0이상인 고굴절률을 가지는 광추출용재료중 420nm에서 0.10이상의 흡광계수를 가질 경우 기기의 공정 및 사용중 UV영역의 고에너지의 효과적은 흡수로 유기전계발광소자 내부의 유기물들의 손상을 최소화함으로써 유기전계발광소자의 사용수명향상에 기여할 수 있다.

또한, 450nm에서 0.01이하의 흡광계수를 가질 경우 유기전계발광소자의 내부의 발광을 흡수하지 않아 효율 및 색 순도 향상에 기여할 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 유기전계발광소자를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 기판(100)위에 순차적으로 적층된 제1 전극(110), 정공주입층(210), 전하발생층(215), 발광층(220), 전자수송층(230), 전자주입층(235), 제2 전극(120), 광추출층(300)을 포함할 수 있다

제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 서로 마주하고 배치되며, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에는 유기물층 (200)이 배치될 수 있다. 유기물층(200)은 정공주입층(210), 전하발생층(215), 발광층(220), 전자수송층(230), 전자주입층(235)를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제시되는 광추출층(300)은 상기 광추출층은 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극의 외측에 배치될 수 있다

구체적으로, 제1 전극 또는 제2 전극의 양측면 중 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 유기물층이 인접한 측을 내측이라고 하고, 유기물층과 인접하지 않은 측을 외측이라 한다. 즉, 제1 전극의 외측에 광추출층이 배치되는 경우 광추출층과 유기물층 사이에 제1 전극이 개재되고, 제2 전극의 외측에 광추출층이 배치되는 경우 광추출층과 유기물층 사이에 제2 전극이 개재된다.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극 및 제2 전극의 내측에 1층 이상의 다양한 유기물층이 개재될 수 있고, 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극 외측에 광추출층이 형성될 수 있다. 즉, 광추출층은 제1 전극의 외측과 제2 전극의 외측에 모두 형성되거나, 제1 전극의 외측 또는 제2 전극의 외측에만 형성될 수 있다

이때, 상기 광추출층은 450nm파장에서의 굴절률이 2.0이상 구체적으로 2.2이상일 수 있으며, 420nm에서의 흡광계수는 0.10 이상, 450nm에서 0.01이하 일 수 있다.

도 1에 도시된 일 실시예의 유기 발광 소자에서 제1 전극(110)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(110)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(110)은 일반적으로 양극(anode)이지만 전극으로의 기능은 제한하지 않는다.

제1 전극(110)은 기판(100) 상부에 전극 물질을 증착법, 전자빔 증발 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 전극(110)의 재료는 유기 발광 소자 내부로 정공의 주입이 용이하도록 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다

본 발명에서 제안되는 광추출층(300)은 유기 발광 소자의 발광방향이 전면발광일 경우에 적용되며 따라서 제1 전극(110)은 반사형 전극을 사용한다. 이들의 재료로는 산화물이 아닌 Mg(마그네슘), Al(알루미늄), Al-Li(알루미늄-리튬), Ca(칼슘), Mg-In(마그네슘-인듐), Mg-Ag(마그네슘-은)과 같은 금속을 사용하여 제작할 수도 있다. 최근에 와서는 CNT(탄소나노튜브), Graphene(그래핀) 등 탄소기판 유연 전극 재료가 사용될 수도 있다.

상기 유기물층(200)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 상기 유기물층(200)이 복수의 층인 경우, 유기물층(200)은 제1 전극(110) 상에 배치된 정공수송영역(210~215), 상기 정공 수송영역 상에 배치된 발광층(220), 상기 발광층(220) 상에 배치된 전자 수송 영역(230~235)를 포함할 수 있다

아울러, 상기 정공주입층(210)은 상기 제1 전극(110)의 상부에 정공주입층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB(Langmuir-Blodgett)법 등과 같은 방법에 의해 증착하여 형성될 수 있다. 상기 진공증착법에 의해 정공주입층(210)을 형성하는 경우, 그 증착조건은 정공주입층(210)의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 정공주입층(210)의 구조 및 열적특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 50-500℃의 증착온도, 10-8 내지 10-3 torr의 진공도, 0.01 내지 100 Å /sec의 증착속도, 10 Å 내지 5 ㎛의 층 두께 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 한편, 정공주입층(210)의 표면에는 전하발생층(215)을 필요에 따라 추가로 증착 할 수 있다. 전하발생층 물질로는 통상의 물질을 사용할 수 있으며, HATCN을 예로 들 수 있다.

이와 더불어, 상기 발광층(220)은 정공수송층(210) 또는 전하발생층(215)의 상부에 발광층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 증착하여 형성될 수 있다. 상기 진공증착법에 의해 발광층(220)을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만 일반적으로 정공주입층(210)의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.

상기 발광층 재료는 공지의 화합물을 호스트 또는 도펀트로 사용할 수 있다.

여기서, 발광층 재료에 인광 도펀트를 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자수송층(230)으로확산되는 현상을 방지하기 위하여 정공억제재료(HBL)를 발광층(220)의 상부에 추가로 진공증착법 또는 스핀코팅법을 통해 적층시킬 수 있다. 사용할 수 있는 정공억제재료는 특별히 제한되지는 않으며, 공지의 재료를 임의로 선택해서 사용할 수 있다. 예를 들면, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 또는 일본특개평 11-329734(A1)에 기재되어 있는 정공억제재료 등을 들 수 있으며, 대표적으로 Balq(비스(8-하이드록시- 2-메틸퀴놀리놀나토)-알루미늄 비페녹사이드), 페난트롤린(phenanthrolines)계 화합물(예: UDC사 BCP(바쏘쿠프로인)) 등을 사용할 수 있다. 이러한 본 발명의 발광층(220)은 1층 이상 또는 2층 이상의 청색 발광층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전자수송층(230)은 발광층(220)의 상부에 형성되며, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 전자수송층(230)의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층(210)의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.

나아가, 상기 전자주입층(235)은 상기 전자수송층(230)의 상부에 전자주입층 물질을 증착하여 형성될 수 있으며, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 제2 전극(120)은 전자주입전극으로 사용되며, 상기 전자주입층(235)의 상부에 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(120)의 재료로는 다양한 금속이 사용될 수 있다. 구체적인 예로 알루미늄, 금, 은, 마그네슘 등의 물질이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 유기 발광 소자는 앞서 설명한 광추출층(300), 제1 전극(100), 정공주입층(210), 전하발생층(215),발광층(220), 전자수송층(230), 전자주입층(235), 제2 전극(120) 및 광추출층(300)을 포함하는 구조의 유기전계발광소자 뿐만 아니라, 다양한 구조의 유기전계발광소자가 가능하며, 필요에 따라 1층 또는 2층의 중간층을 더 추가로 포함하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에 따라 형성되는 각 유기물층의 두께는 요구되는 정도에 따라 조절할 수 있으며, 구체적으로는 1내지 1,000 ㎚ 이며, 더욱 구체적으로는 1 내지 150 ㎚ 일 수 있다. 상기 광추출층(300)은 상기 제1 전극(110)의 양측면 중 정공주입층(210)이 형성되지 않은 외측면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(120)의 양측면 중 전자주입층(235)이 형성되지 않은 외측면에도 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 광추출층(300)은 증착 공정으로 형성될 수 있으며, 광추출층(300)의 두께는 100 내지 2,000 Å이며, 더욱 구체적으로는 300 내지 1,000Å 일 수 있다. 이와 같은 두께 조절을 통해 광추출층(300)의 투과율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 1에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 광추출층(300)과 제1 전극(110)의 사이 또는 광추출층(300)과 제2 전극(120)의 사이에 다양한 기능을 하는 유기물층이 추가적으로 형성될 수 있다. 또는, 광추출층(300)의 상부(외측 표면)에도 다양한 기능을 하는 유기물층이 추가적으로 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

유기 발광 소자에서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 각각 전압이 인가됨에 따라 제1 전극(110)으로부터 주입된 정공(hole)은 정공 수송 영역(210~215)을 거쳐 발광층(220)으로 이동되고, 제2 전극(120)로부터 주입된 전자가 전자 수송 영역(230~235)을 거쳐 발광층(220)으로 이동된다. 전자와 정공은 발광층(220)에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 여기자가 여기 상태에서 바닥 상태로 떨어지면서 발광하게 된다.

발광층(220)에서 발생된 광경로는 유기 발광 소자를 구성하는 유무기물들의 굴절률에 따라 매우 다른 경향을 나타낼 수 있다. 제2 전극(120)을 통과하는 빛은 제2 전극(120)의 임계각보다 작은 각도로 투과되는 빛들만 통과할 수 있다. 그 외 임계각보다 크게 제2 전극(120)에 접촉하는 빛들은 전반사 또는 반사되어 유기 발광 소자 외부로 방출되지 못한다.

광추출층(300)의 굴절률이 높으면 이러한 전반사 또는 반사 현상을 줄여서 발광효율 향상에 기여하고 또한 적절한 두께를 갖게 되면 미소공동현상(Micro-cavity)현상의 극대화로 높은 효율 향상과 색순도 향상에도 기여하게 된다.

광추출층(300)은 유기 발광 소자의 가장 바깥에 위치하게 되며, 소자의 구동에 전혀 영향을 주지 않으면서 소자특성에는 지대한 영향을 미친다. 따라서 광추출층(300)은 유기 발광 소자의 내부 보호역할과 동시에 소자특성 향상 두가지 관점에서 모두 중요하다. 유기물질들은 특정 파장영역의 광에너지를 흡수하며 이는 에너지 밴드갭에 의존한다. 이 에너지 밴드갭을 유기 발광 소자내부의 유기물질들에 영향을 줄 수 있는 UV영역의 흡수를 목적으로 조정하면 광추출층(300)이 광학특성 개선을 포함하여 유기 발광 소자 보호의 목적으로도 사용될 수 있다.

본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.

이하 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 출원의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실험예 1>

굴절률 및 흡광계수의 측정 방법

상기 <실험예 2>에서 준비된 광추출층용 화합물에 대하여 J.A. WOOLLAM사의 Ellipsometer기기를 이용하여 굴절률(n) 및 흡광계수(k)을 측정한다.

측정용 시편의 제작 :

화합물의 광학 특성을 측정하기 위해 실리콘 기판을 Ethanol, DI Water, Acetone에 Ultrasonic을 이용하여 각각 20분씩 세척한 후, 세척된 실리콘 기판

위에 준비된 화합물을 2.0x10-7 Torr의 진공도에서 1Å/sec의 속도로 두께 50nm 층착막을 성막 하여 시편을 제작한다.

제작된 시편은 상기 엘립소미터 장치를 이용하여 380nm~530nm파장범위에서의 굴절률 및 흡광계수를 측정하였다.

<실험예2>

유기전계발광소자의 제조

표 1.은 일반적인 유기 발광 소자의 구조를 나타낸 것으로서, 본 발명은 예시로서 제조된 유기 발광 소자는 아래로부터 제1전극(110)) / 정공주입층(210) /전하발생층(215) / 발광층(220) / 전자수송층(230) / 전자주입층(235) / 제2전극(120)) / 광추출층(300) 순으로 적층되어 있다 .

정공주입층(210), 전하발생층(215), 발광층(220), 전자수송층(230), 전자주입층(235)에는 하기 표1에 정리된 물질들을 사용하였다.

전자주입층(235) 위에 전자 주입을 위한 제2전극(120)을 형성하였다. 음극으로는 다양한 금속이 사용될 수 있다.

또한, 제2전극(120) 위에 광추출층(300)을 형성하였다.

HIL-1	HIL-2	BH01

BD01	ET01	Liq

이하 표 2.에는 비교예 1 및 실시예 1 내지 실시예 4에서 광추출층에 이용한 재료의 구조식을 나타낸다.

Alq3	k-Test1

k-Test2	k-Test3

k-Test4

<비교예 1>

유리 기판을 제공하고, 상기 기판 상부에 제 1 전극의 반사막으로 Ag를 포함하는 반사층을 형성하고, 상기 Ag로 형성된 반사막 상부에 ITO를 증착하였다. 이어서, ITO 상부에 유기막층으로서 정공 주입층에 HIL-1 100nm, 전하발생층으로 HIL-1 및 HIL-2 (9:1, wt./wt.)의 혼합물을 10nmfmf 제막 후 호스트 BH01에 도펀트 BD01을 2중량%로 도핑하여 발광층으로 25nm를 제막하였다. 전자 수송층에는 ET01과 Liq(1:1, wt./wt.)의 혼합물로 30nm의 두께로 형성한 후 LiF를 1nm 증착하여 전자주입층을 형성하였다. 이어서, 제 2 전극으로서 MgAg 15nm의 두께로 증착 하였으며, 상기 제2전극위에 광추출층으로 도 2.에 표기된 Alq3를 60nm두께로 증착하였다. 이렇게 제작된 소자를 글러브박스에서 밀봉(Encapsulation)함으로써 Blue 유기전개발광소자를 제작하였다.

<실시예 1> 내지 <실시예 4>

상기 비교예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 2에 표시된 k-Test1, k-Test2, k-Test3, k-Test4화합물을 사용하여 광추출층으로 제막한 유기전계발광소자를 제작하였다.

<실험예3>

유기전계발광소자의 성능평가

효율 및 색좌표 평가에 있어서 전압은 키슬리 2400 소스 메져먼트 유닛(Kiethley 2400 source measurement unit)으로 전압을 인가 하여 전자 및 정공을 주입하고, 코니카미놀타 분광복사계( Konica Minolta CS-2000)를 이용하여 빛이 방출 될 때의 휘도 및 색좌표를 측정하였다.

수명평가의 경우 동일 장비를 활용하여 10mA/cm2에서의 휘도 변화를 측정하였으며, 일상 사용하는 상황(Lighting Room)을 재현하기 위하여 측정실 내의 시편에 LED광원을 고르게 비춘 상태에서 수명 평가를 진행하였다. (측성시에는 소등 후 암실 측정)

재료 자체의 수명 평가를 위해서 암실(Darkroom)을 구현하여 수명평가를 진행하여 일상사용 상황일 때의 수명 변화와 재료 자체의 수명 평가상황을 때의 수명 변화를 측정하여 비교하여 그 결과를 표3에 나타내었다.

	n	k@420	k@450	Cd/A	CIE_y	BI	Life (Lightingroom)	Life (Darkroom)
Alq3	1.82	0.04	0.00	5.35	0.046	116	118	203
k-Test1	2.00	0.01	0.00	6.25	0.047	133	120	199
k-Test2	2.31	0.08	0.00	7.07	0.047	150	145	205
k-Test3	2.34	0.34	0.01	7.16	0.049	146	175	211
k-Test4	2.43	1.00	0.26	8.95	0.116	77	197	205

실험예 1 및 실험예 3의 결과에서 각 재료들의 파장에 따른 흡광계수 및 파장에 따른 발광 스펙트럼을 도2에 나타내었다.

도 2.에서와 같이 광추출재료별 파장에 따른 흡광계수를 보면 발광층(EML)에서 발생된 광을 흡수 할수도 있고, 자연계 또는 유기전계발광소자의 제작중 발생하는 UV를 흡수 할 수도 있음을 볼 수 있다.

비교예 1과 실시예 1내지 실시예 4의 결과로부터 청구항 1에서 조건(1)을 만족하는 재료를 광추출층으로 시용하였을 때 현저한 효율 상승을 갖는 것을 확인하였다.

또한 불꺼진방(Darkroom)에서는 모든 재료의 수명이 대동소이 하나 조건(2)를 만족하는 재료를 광추출층으로 사용하였을 때 불이 켜진 방(Lightingroom)에서 수명이 향상되는 것을 확인하였다.

조건(3)을 벗어나는 재료의 경우, 고굴절에 따른 효율 상승을 이룰 수 있었지만, CIE_y가 급격히 증가되고, BI가 감소함을 볼 수 있었는데, 이는 결과적으로 광추출층 자체가 발광층에서 발생하는 광을 일부 흡수함에 따른 것임을 알 수 있었다.

이상의 결과로부터, 광추출층의 굴절률이 클수록 효율이 증가함을 알 수 있었으며, 흡광계수의 경우 k@420nm≥0.10인 재료의 경우 자연환경에서 기기를 실제 사용할 경우 실제 사용수명향상을 가져올 수 있으며, k@450nm≤0.01인 재료의 경우에서 발광층에서 발생되는 광의 흡수를 피할 수 있음을 확인하여, 고효율, 장수명, 고색순도를 갖는 유기전계발광소자를 구현할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100...기판
110...제1전극
200...유기물층
210...정공주입층
215...전하발생층
220...발광층
230...전자수송층
235...전자주입층
120...제2전극
300...광추출층

Claims

기판, 제1 전극, 청색 발광층을 포함하는 1 이상의 유기층, 제2 전극, 광추출층을 이 순으로 구비하고, 상기 광추출층이 하기 조건 (1) 내지 조건(3)을 만족시키는 재료를 포함하는 유기전계발광 소자.
조건(1) n(@450nm) ≥ 2.00
조건(2) k(@420nm) ≥ 0.10
조건(3) k(@450nm) ≤ 0.01
(이때, 상기 n은 정의된 파장에서의 굴절률을 나타내고, 상기 k는 정의된 파장에서의 흡광계수를 나타낸다).
제 1 항에 있어서,
상기 제2 전극이 금속을 포함하여 이루어지는 유기 전계 발광 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 광추출층의 막 두께가 200 ㎚ 이하인 유기 전계 발광 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 청색 발광층에 포함되는 발광 재료의 PL 스펙트럼의 피크 파장이 430 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 유기 전계 발광 소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기층이 적색 발광층과 녹색 발광층을 더 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 조건(1)의 450nm 파장에서 굴절률이 2.20 이상인 유기전계발광소자용 광추출층.