KR102740822B1

KR102740822B1 - 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치

Info

Publication number: KR102740822B1
Application number: KR1020180166018A
Authority: KR
Inventors: 권주혁; 문제민; 이선희; 김태민; 이정형
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2024-12-09
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: US11094908B2; US20200203649A1; CN111354857B; KR20200076969A; CN111354857A

Abstract

본 발명은 기판, 기판 상에 배치되는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치되고, 복수의 인광 발광층을 포함하는 유기층 및 유기층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 복수의 인광 발광층 중 도펀트의 수평 배향도가 높은 인광 발광층이 제2 전극에 인접하게 배치되어 조명 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

유기 발광 소자를 이용한 조명 장치{LIGHTING APPARATUS USING ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 효율을 향상시킨 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.

현재 조명 장치로는 주로 형광등이나 백열등을 사용한다. 이중에서, 백열등은 연색지수(Color Rendering Index; CRI)가 좋으나 에너지효율이 매우 낮은 단점이 있고, 형광등은 효율은 좋으나 연색지수가 낮고 수은을 함유하고 있어 환경문제가 있다.

연색지수는 색재현을 표시하는 지수로, 광원에 의해 조명된 물체의 색에 대한 느낌이 특정 광원에 의해 조명된 경우와 기준이 되는 광원에 의해 조명된 경우를 비교하여 색감이 어느 정도 유사한가를 나타내는 지수이다. 태양광의 CRI는 100이다.

이러한 종래 조명 장치의 문제를 해결하기 위해, 근래 발광다이오드(LED)가 조명 장치로서 제안되고 있다. 발광다이오드는 무기물 발광물질로 구성되며, 적색 파장대에서 발광효율이 가장 높으며, 적색과 시감도가 가장 높은 색인 녹색 파장대역으로 갈수록 발광효율이 저하된다. 따라서, 적색 발광다이오드와, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드를 조합하여 백색광을 발광하는 경우, 발광효율이 낮아지는 단점이 있다.

다른 대안으로 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 이용한 조명 장치가 개발되고 있다. 유기 발광 소자는 기판 위에 순차적으로 형성된 애노드(anode), 복수의 유기층 및 캐소드(cathode)로 구성된다.

다만, 복수의 유기층에서 발광하는 빛은 복수의 유기층과 캐소드의 계면에서 트랩되어 일부 소멸됨으로 인해, 조명 장치의 발광 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 효율을 향상시킨 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 유기층과 캐소드의 계면에서 손실되는 빛을 최소화 시킨 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치는 기판, 기판 상에 배치되는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치되고, 복수의 인광 발광층을 포함하는 유기층 및 유기층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 복수의 인광 발광층 중 도펀트의 수평 배향도가 높은 인광 발광층이 제2 전극에 인접하게 배치되어 조명 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 수평 배향도가 높은 인광 발광층을 반사 전극에 인접하게 배치함으로써, 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP) 손실을 최소화시켜 조명 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기층의 스택 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 정면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 조명부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.
도 5는 도펀트의 수평 배향도와 계면에서의 광 손실의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 유기 발광층과 제2 전극의 거리에 따른 발광 효율을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 위 (on)로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 예시적으로 보여주는 단면도이다.

본 발명에서는 무기 물질로 이루어진 무기 발광 소자를 이용한 조명 장치가 아니라 유기 물질로 이루어진 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치를 제공한다.

유기 발광 물질로 이루어진 유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 녹색 및 적색의 발광효율이 상대적으로 양호하다. 또한, 유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 적색과, 녹색 및 청색의 발광 피크의 폭이 상대적으로 넓기 때문에 연색지수(Color Rendering Index; CRI)가 향상되어 조명 장치의 광이 좀더 태양광과 유사하게 되는 장점도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)는 면발광이 이루어지는 유기 발광 소자 유닛(110) 및 유기 발광 소자 유닛(110)을 봉지하는 봉지부(120)을 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로 유기 발광 소자 유닛(110)은 하부에서부터 순차적으로 기판(111), 내부 광추출층(112), 평탄화층(113), 배리어층(114), 제1 전극(115), 유기층(116) 및 제2 전극(117)을 포함할 수 있다.

그리고, 유기 발광 소자 유닛(110)의 하부에는 헤이즈를 증가시키기 위한 외부 광추출층(118)이 추가로 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 조명 장치(100)는 외부 광추출층을 구비하지 않을 수도 있다. 여기서, 외부 광추출층(118)은 수지(Resin) 내에 TiO₂ 등의 산란 입자가 분산되어 구성되며, 점착층(미도시)을 통해 기판(111) 하부에 부착될 수 있다.

이에 더하여, 도 3b 및 4를 참조하여 후술할 바와 같이, 유기 발광 소자 유닛(110)은 제1 전극(115)의 전도성을 보완하기 위한 보조 배선(AL) 및 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)의 단락을 방지하기 위한 절연층(INS)을 더 포함할 수 있다.

기판(111)은 투명한 유리로 구성될 수 있다. 또한, 기판(111)은 플렉서블한 특성을 갖는 폴리 이미드(polyimide)와 같은 고분자 물질로 구성될 수도 있다.

여기서, 발광이 이루어지는 유기층(116) 및 유기층(116)의 상하면에 배치되어 유기층(116)에 전하를 공급하는 제1 전극(115)과 제2 전극(117)은 유기 발광 소자(OLED; Organic Light Emitting Diode)을 구성할 수 있다.

일례로, 제1 전극(115)은 유기층(116)에 정공(hole)을 공급하는 양극(anode)일 수 있고, 제2 전극(117)은 유기층(116)에 전자(electron)을 공급하는 음극(cathode)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)은 그 역할 달리할 수 있다.

일반적으로, 제1 전극(115)은 정공 주입이 용이하도록 일함수가 높은 물질이면서, 전도성이 좋은 투명한 금속성 산화물질인 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)으로 구성되거나 얇은 박막의 금속으로 구성될 수 있다. 여기서 얇은 박막의 금속의 구체적인 예로는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 타이타늄(Ti), 인듐(In), 이트륨(Y), 리튬(Li), 가돌리늄(Gd), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn) 및 납(Pb)과 같은 금속, 또는 이들의 합금을 의미하며, 제1 전극(115)는 단일층(Single stack)으로 구성될 수 있으나, 전술한 물질로 구성되는 다중층(Multi stack)으로도 구성될 수 있다.

그리고, 제2 전극(117)은 유기층(116)으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 낮은 도전성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 제2 전극(117)으로 사용되는 물질의 구체적인 예로는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 타이타늄(Ti), 인듐(In), 이트륨(Y), 리튬(Li), 가돌리늄(Gd), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn) 및 납(Pb)과 같은 금속, 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다. 그리고 제2 전극(117) 또한 단일층(Single stack)으로 구성될 수 있으나, 전술한 물질로 구성되는 다중층(Multi stack)으로도 구성될 수 있다.

그리고, 유기층(116)은 발광 효율을 향상시키기 위하여, 다중 스택(multi stack)의 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 적색 유기 발광층(EML), 녹색 유기 발광층(EML) 및 청색 유기 발광층(EML)을 포함하는 다중 스택(multi stack)의 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다.

또한, 유기층(116) 각각의 스택(stack)은 유기 발광층(EML)에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자 주입층(EIL) 및 정공 주입층(HIL)과, 주입된 전자 및 정공을 발광층으로 각각 수송하는 전자 수송층(ETL) 및 정공 수송층(HTL)과, 전자 및 정공과 같은 전하를 생성하는 전하 생성층(CGL)을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 구조는 도 2를 참조하여 후술한다.

제1 전극(115)과 제2 전극(117)에 전류가 인가되면, 제2 전극(117)으로부터 전자가 유기층(116)으로 주입되고 제1 전극(115)으로부터 정공이 유기층(116)으로 주입된다. 이후, 유기층(116)내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 생성된 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생된다.

여기서 유기층(116)에서 발생된 빛은 제1 전극(115) 및 제2 전극(117)의 투과율 및 반사율에 따라 전면 발광할 것인지 배면 발광할 것인지 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 전술한 바와 같이, 제1 전극(115)이 투명 전극이고 제2 전극(117)이 반사 전극으로 이용될 수 있으므로, 유기층(116)에서 발생된 빛은 제2 전극(117)에 의해 반사되어, 제1 전극(115)을 투과해 유기 발광 소자 유닛(110)의 하부로 광이 발생하게 된다. 즉, 본 발명의 일 일시예에 따른 유기 발광 소자 유닛(110)은 배면 발광을 할 수 있다.

다만 이에 한정되지 않고, 제1 전극(115)이 반사 전극이고 제2 전극(117)이 투명전극으로 이용되어, 유기 발광 소자 유닛(110)은 전면 발광을 할 수도 있다.

그리고, 배리어층(114)은 제1 전극(115) 하부에 배치되어, 기판(111) 및 내부 광추출층(112)으로부터 침투되는 수분 및 공기 혹은 미세 입자(particle)를 차단하는 역할을 한다.

수분 및 공기의 침투를 방지하기 위하여, 배리어층(114)은 복수의 무기 배리어층을 포함할 수 있고, 미세 입자(particle)를 차단하기 위하여 배리어층(114)은 복수의 유기 배리어층을 포함할 수 있다.

구체적으로, 무기 배리어층은 무기절연물질인 Al₂O₃, ZrO₂, HfO₂, TiO₂, ZnO, Y₂O₃, CeO₂, Ta₂O₅, La₂O₅, Nb₂O₅ _,SiO₂,SiN_x 중 하나로 구성될 수 있고, 유기 배리어층은 아크릴(Acryl)계 수지 또는 에폭시(epoxy)계 수지등으로 구성될 수 있으며, 구체적으로 포토 아크릴(Photo acryl; PAC)로 구성될 수 있다.

그리고, 내부 광추출층(112)은 기판(111)과 배리어층(114) 사이에 배치되어, 배면 발광하는 유기 발광 소자로부터 발생된 빛이 외부로 추출되는 효율을 증가시킨다.

내부 광추출층(112)은 수지에 산화 타이타늄(TiO₂)입자를 삽입하여, 내부 광산란을 증가시키고, 표면 거칠기를 증가시켜 광추출 효율을 증가시킨다. 구체적으로, 내부 광추출층(112)은 잉크젯코팅(inkjet-coating)을 통해 450nm 두께로 형성될 수 있고, 산화 타이타늄(TiO₂)입자의 직경은 200nm 내지 300nm일 수 있다. 다만, 이러한 구체적인 수치는 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

그리고, 평탄화층(113)은 내부 광추출층(112) 상에 배치되어, 내부 광추출층(112)의 표면 거칠기를 보상하여, 유기 발광 소자 유닛(110)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

평탄화층(113)은 수지에 지르코니아(Zirconia)입자가 삽입되어 구성되며, 내부 광추출층(112)의 표면 거칠기를 보상한다. 구체적으로, 평탄화층(113)은 잉크젯코팅(inkjet-coating)을 통해 150nm 두께로 형성될 수 있고, 지르코니아(Zirconia)입자의 직경은 50nm일 수 있다. 다만, 이러한 구체적인 수치는 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

봉지부(120)는 유기 발광 소자 유닛(110)을 덮어, 외부로부터의 영향을 차단하여 유기 발광 소자 유닛(110)을 보호하는 역할을 하며, 제2 전극(117)에 접촉되는 점착층(121), 점착층(121) 상에 접촉되는 금속 필름(122), 금속 필름(122) 상에 부착되는 보호 필름(123)을 포함한다.

점착층(121)은 금속 필름(122)과 유기 발광 소자 유닛(110)을 부착하는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)로 구성될 수 있고, 점착층(121)의 두께는 30um일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

금속 필름(122)은 점착층(121) 상에 배치되어, 조명 장치(100) 자체의 강성을 유지하는 역할을 한다. 이를 위하여 금속 필름(122)은 20um 두께의 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

그리고 보호 필름(123)은 금속 필름(122) 상에 배치되어, 조명 장치(100)의 외부 충격을 흡수 및 보호하는 역할한다. 이를 위하여, 보호 필름(123)은 100um 두께의 고분자 필름인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 조명 장치(100)의 설계의 필요성에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기층의 스택 구조를 나타내는 단면도이다.

구체적으로 도 2는 트리플 스택(triple stack)을 포함하는 탠덤 구조(tandem structure)의 유기층(116)을 도시하였다.

도 2를 참조하면, 유기층(116)은 제1 전극(115)에 상에 배치되는 순서대로, 제1 유기 발광층(EML1)을 포함하는 제1 스택(ST1), 제2 유기 발광층(EML2)을 포함하는 제2 스택(ST2), 제3 유기 발광층(EML3)을 포함하는 제3 스택(ST3), 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이에 배치되는 제1 전하생성층(CGL1) 및 제2 스택(ST2)과 제3 스택(ST3) 사이에 배치되는 제2 전하생성층(CGL2)을 포함한다.

여기서, 그리고, 제1 전하 생성층(CGL1)은 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제1 P형 전하 생성층(P-CGL1)을 포함하고, 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1)은 제2 전자 수송층(ETL2)에 접하고, 제1 P형 전하 생성층(P-CGL1)은 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제1 정공 수송층(HTL1) 사이에 배치된다.

제2 전하 생성층(CGL2)은 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 및 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)을 포함하고, 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2)은 제3 전자 수송층(ETL3)에 접하고, 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)은 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 및 제2 정공 수송층(HTL2) 사이에 배치된다.

제1 및 제2 전하 생성층(CGL1, 2) 각각은 제1 및 제2 N형 전하 생성층(N-CGL1, 2) 및 제1 및 제2 P형 전하 생성층(P-CGL1, 2)을 포함하는 복수의 층으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 단일층으로 구성될 수도 있다.

제1 N형 전하 생성층(N-CGL1)은 제2 스택(ST2)으로 전자를 주입하고, 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2)은 제3 스택(ST3)으로 전자를 주입한다. 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 각각은 N형 도펀트 물질 및 N형 호스트 물질을 포함할 수 있다. N형 도펀트 물질은 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자를 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, N형 도펀트 물질은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 제1 N형 전하 생성층(N-CGL1) 및 제2 N형 전하 생성층(N-CGL2) 각각은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 또는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 또는 라듐(Ra)과 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층(116)으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. N형 호스트 물질은, 전자를 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, Alq₃(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole)중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

제1 P형 전하 생성층(P-CGL1)은 제1 스택(ST1)으로 정공을 주입하고, 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)은 제2 스택(ST2)으로 정공을 주입한다. 제1 P형 전하 생성층(P-CGL1) 및 제2 P형 전하 생성층(P-CGL2)은 P형 도펀트 물질 및 P형 호스트 물질을 포함할 수 있다. P형 도펀트 물질은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(Hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V₂O₅, MoOx, WO₃ 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. P형 호스트 물질은, 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

그리고 각각의 스택 구조에 대해서 설명하면, 제1 스택(ST1)은 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL), 제1 전자 수송층(Electron Transport Layer 1; ETL 1), 제1 유기 발광층(Emission layer 1; EML1), 제1 전자 저지층(Electron Blocking Layer1; EBL1) 및 제1 정공 수송층(Hole Transport Layer1; HTL1)을 포함하고, 제2 스택(ST2)은 제2 전자 수송층(ETL2), 제2 유기 발광층(EML2), 제2 전자 저지층(EBL2) 및 제2 정공 수송층(HTL2)을 포함하고, 제3 스택(ST3)은 제3 전자 수송층(ETL3), 제3 유기 발광층(EML3), 제3 전자 저지층(EBL3), 제3 정공 수송층(HTL3) 및 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL)을 포함한다.

정공 주입층(HIL)은 제2 전극(117)으로부터 제3 유기 발광층(EML3)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 유기층이다. 정공 주입층(HIL)은, 예를 들어, HAT-CN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), CuPc(phthalocyanine), F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane), 및 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

제1 내지 제 3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3) 각각은 제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3) 각각으로 정공을 원활하게 전달하는 유기층이다. 제1 내지 제 3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3) 은, 예를 들어, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine), s-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

제1 내지 제3 전자 저지층(EBL1, EBL2, EBL3)각각은 제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)에 주입된 전자가 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)으로 넘어오는 것을 저지하기 위한 유기층이다. 제1 내지 제3 전자 저지층(EBL1, EBL2, EBL3)각각은, 전자의 이동을 저지하여 제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)에서 정공과 전자의 결합을 향상시키고, 제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 전자 저지층(EBL1, EBL2, EBL3)각각은 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)과 제1 내지 제3 전자 저지층(EBL1, EBL2, EBL3) 각각은 별개의 층으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3)과 제1 내지 제3 전자 저지층(EBL1, EBL2, EBL3) 각각은 통합될 수 있다.

제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)에서는 제1 전극(115)을 통해 공급된 정공과 제2 전극(117)을 통해 공급된 전자들이 재결합되므로 여기자(exciton)가 생성된다. 그리고, 여기자가 생성되는 영역은 발광 영역(Emission Zone, Emission Area) 또는 재결합 영역(Recombination Zone)이라고 할 수 있다.

제1 내지 제3 유기 발광층(EML1, EML2, EML3) 각각은 제1 내지 제3 정공 수송층(HTL1, HTL2, HTL3) 및 제1 내지 제3 전자 수송층(ETL1, ETL2, ETL3) 사이에 배치되고, 특정 색의 광을 발광할 수 있는 물질을 포함한다. 일례로 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)에서는, 제1 유기 발광층(EML1)은 녹색 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 제2 유기 발광층(EML2)은 청색 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 제3 유기 발광층(EML3)은 적색 광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.

여기서, 각각의 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)은 호스트-도펀트 시스템(Host-Dopant System) 즉, 큰 중량비를 차지하는 호스트 물질에 발광 도펀트 물질이 소량의 중량비를 차지하도록 도핑된 시스템을 가질 수 있다. 이때, 각각의 유기 발광층(EML1, EML2, EML3)은 복수의 호스트 물질들을 포함하거나, 단일 호스트 물질을 포함할 수 있다.

일례로, 제1 유기 발광층(EML1)에는 녹색 인광 도펀트 물질이 도핑된다. 즉, 제1 유기 발광층(EML1)은 녹색 발광층이고, 제1 유기 발광층(EML1)에서 발광하는 광의 파장의 범위는 570nm 내지 490nm일 수 있다.

구체적으로, 제1 유기 발광층(EML1)은, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium), Ir(ppy)2(acac), Ir(mpyp)3을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그리고, 제2 유기 발광층(EML2)에는 청색 형광 도펀트 물질이 도핑된다. 즉, 제2 형광 발광층(EML2)은 청색 발광층이고, 제2 유기 발광층(EML2)에서 발광하는 광의 파장의 범위는 490nm 내지 450nm일 수 있다.

구체적으로, 제2 유기 발광층(EML2)은, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그리고, 제3 유기 발광층(EML3)에는 적색 인광 도펀트 물질이 도핑된다. 즉, 제3 유기 발광층(EML3)은 적색 발광층이고, 제3 유기 발광층(EML3)에서 발광하는 광의 파장의 범위는 720nm 내지 640nm일 수 있다.

구체적으로, 제3 유기 발광층(EML3)은, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium),PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), BtP2Ir(acac), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제1 내지 제3 전자 수송층(ETL1, ETL2, ETL3) 각각은 전자 주입층(EIL) 및 제1 및 제2 N형 전하 생성층(N-CGL1, 2)으로부터 전자를 유기 발광층(EML)으로 전달한다.

또한, 제1 내지 제3 전자 수송층(ETL1, ETL2, ETL3)은 정공 저지층(Hole Blocking Layer; HBL)과 같은 기능을 할 수 있다. 정공 저지층(HBL)은 유기 발광층(EML)에서 재결합에 참여하지 못한 정공이 새어나가는 것을 방지할 수 있다.

제1 내지 제3 전자 수송층(ETL1, ETL2, ETL3)은, 예를 들어, Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium) 중에서 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

전자 주입층(EIL)은 제1 전극(115)으로부터 제 1유기 발광층(EML1)으로 전자의 주입을 원활하게 하는 층이다. 전자 주입층(EIL)은, 예를 들어, LiF, BaF2, CsF 등과 같이 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 이온 형태 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)은 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치(100)의 구조나 특성에 따라 생략될 수도 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 정면도이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치의 조명부를 확대하여 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3a에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.

구체적으로, 도 3a에서는 제1 전극(115), 제2 전극(117) 및 봉지부(120)의 배치 관계에 대하여 도시하였고, 도 4는 제2 전극(117)과 제2 컨택 전극(117p)의 연결 관계 및 제1 전극(115)과 제1 컨택 전극(115p)의 연결 관계를 설명하기 위한 것이다.

도 3a 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(111) 상에 제1 전극(115)이 배치되고, 제1 전극(115) 상에 제2 전극(117)이 배치되고, 제2 전극(117)을 덮도록 봉지부(120)가 배치된다.

여기서, 제1 전극(115)과 제2 전극(117)이 중첩되는 영역은 제1 전극(115)과 제2 전극(117) 사이에 배치된 유기층(116)에서 빛이 발생하는 조명부(EA)로 정의될 수 있다.

다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치(100)는 실제 광을 발광하여 외부로 출력하는 조명부(EA)와 제1 및 제2 컨택 전극(115p, 117p)을 통해 외부와 전기적으로 연결하여 조명부(EA)에 신호를 인가하는 패드부(PA1, PA2)로 나뉠 수 있다.

패드부(PA1, PA2)는 금속 필름(122)과 같은 봉지수단에 의해 가려지지 않아 제1 및 제2 컨택 전극(115p, 117p)을 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 금속 필름(122)은 패드부(PA1, PA2)를 제외한 기판(110)의 조명부(EA) 전면에 부착될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 조명부(EA) 외곽의 패드부(PA1, PA2)에는 유기층(116), 제2 전극(117), 점착층(121) 및 금속 필름(122)가 형성되지 않아 제1 및 제2 컨택 전극(115p, 117p)이 외부로 노출될 수 있다.

패드부(PA1, PA2)는 조명부(EA)의 외측에 위치할 수 있으며, 도 3a는 제2 패드부(PA2)가 제1 패드부(PA1)들 사이에 위치하는 것을 예로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 3a는 패드부(PA1, PA2)가 조명부(EA)의 일 외측에만 위치하는 것을 예로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 패드부(PA1, PA2)는 조명부(EA)의 일 외측과 다른 일 외측에 모두 위치할 수도 있다. 또한, 본 발명의 제1 패드부(PA1)는 조명부(EA)의 일 외측에 위치하고, 제2 패드부(PA2)는 조명부(EA)의 다른 일 외측에 위치할 수도 있다.

이와 관련하여, 제1 패드부(PA1)에 배치된 제1 컨택 전극(115p)은 조명부(EA)에 배치된 제1 전극(115)과 동일 층에 동일 물질로 형성되어, 제1 전극(115) 형성시 동일 공정으로 형성되어, 제1 전극(115)와 전기적으로 연결된다.

그리고, 제2 패드부(PA2)에 배치된 제2 컨택 전극(117p)은 조명부(EA)에 배치된 제1 전극(115)과 동일 층에 동일 물질로 동일 공정에 의해 형성된다. 다만, 제2 컨택 전극(117p)은 제1 전극(115) 및 제1 전극(115)과 전기적으로 연결된 보조 배선(AL)과 분리되고, 제2 전극(117)과 연결홀(CNT)를 통해 전기적으로 연결된다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 컨택 전극(115p)은 보조 배선(AL)을 통해, 제1 전극(115)과 연결되어, 제1 전극(115)과 등전위 면을 이루므로, 제1 컨택 전극(115p), 보조 배선(AL) 및 제1 전극(115)은 도통된다. 그리고, 제2 컨택 전극(117p)은 제2 전극(117) 및 더미 전극(DM)과 도통된다.

상술한 더미 전극(DM)은 보조 배선(AL)과 동일층 상에 동일 물질로 형성되나, 보조 배선(AL)과 전기적으로 분리된다. 이에, 제1 전극(115)과 제2 전극(117)은 도통되지 않게 된다.

이러한 연결구조로 인하여, 제1 패드부(PA1)에 배치된 제1 컨택 전극(115p)은 외부로부터 인가된 신호를 제1 전극(115)에 전달할 수 있고, 제2 패드부(PA2)에 배치된 제2 컨택 전극(117p)은 외부로부터 인가된 신호를 제2 전극(117)에 전달할 수 있다.

한편, 제1 전극(115)을 투명 도전막으로 형성되어 발광되는 광을 투과한다는 장점을 가지지만, 불투명 금속에 비해 전기저항이 매우 높다는 단점이 있다. 따라서, 대면적의 조명 장치(100)를 제작하는 경우, 투명 고저항 도전막의 큰 저항으로 인해 넓은 조명부(EA)로 인가되는 전류의 분포가 고르지 않게 되며, 이러한 불균일한 전류분포는 대면적 조명장치의 균일한 휘도의 발광을 불가능하게 한다.

이에, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 대면적 조명 장치(100)의 균일한 휘도의 발광을 위하여, 조명부(EA)로 인가되는 전류의 분포를 고르게 하는 제1 전극(115)과 전기적으로 연결되는 보조 배선(AL)이 배치될 수 있다.

보조 배선(AL)은 조명부(EA) 전체에 걸쳐 얇은 폭의 그물망 형상, 매시 형상, 육각형이나 팔각형 형상, 또는 원 형상 등으로 배치되고, 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성될 수 있다. 도시하지 않았지만, 보조 배선(AL)은 상부 보조 배선(AL)과 하부 보조 배선(AL)의 2층 구조로 구성될 수도 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단일층으로 구성될 수도 있다.

여기서, 도 4에서는 제1 전극(115)과 전기적으로 연결되는 보조 배선(AL)은 제1 전극(115)과 전기적으로 접촉을 위하여, 제1 전극(115) 하부에 보조 배선(AL)이 배치되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 보조 배선(AL)은 제1 전극(115) 상부에 배치될 수 있다.

그리고, 도 3b 및 4에 도시된 바와 같이, 전류가 공급되는 제1 전극(115)에 단락 방지(Short Reduction) 패턴(SR)을 형성하여 내로우 패스(narrow path)를 구현하고, 복수의 유기층(116)으로 단락방지 패턴(SR)을 덮어 전체 패널의 단락 발생을 방지하고 있다. 즉, 단락 방지 패턴(SR)은 개별 화소의 발광 영역 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 개별 화소에 저항을 추가하여 단락 발생 영역으로 흐르는 전류를 제한하게 된다.

절연층(INS)은 조명부(EA)의 보조 배선(AL)이 배치되는 제1 전극(115)과 제2 전극(117) 사이에 배치되어, 유기층(116)의 손상으로 인해 제1 전극(115)과 제2 전극(117)이 단락되는 것을 방지한다.

구체적으로 절연층(INS)은 보조 배선(AL) 및 제1 전극(115)을 덮도록 구성된다. 이렇게 절연층(INS)은 보조 배선(AL)을 둘러싸도록 형성되어 보조 배선(AL)에 의한 단차를 감소시킴으로써, 이후 절연층(INS)상에 형성되는 각종 층들이 단선되지 않고 안정적으로 형성되도록 할 수 있다.

여기서, 절연층(INS)은 산화 규소(SiOx)나 질화 규소(SiNx) 등의 무기물로 구성될 수 있다. 또한, 절연층(INS)은 포토아크릴(Photoacryl; PAC)과 같은 유기물로 구성될 수도 있고, 무기물 및 유기물의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.

이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 유기 발광층의 배치 관계에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 5는 도펀트의 수평 배향도와 계면에서의 광 손실의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치는 전술한 바와 같이, 제2 전극(117)에서부터 가까운 순서대로, 적색 인광 발광층인 제3 유기 발광층(EML3), 청색 형광 발광층인 제2 유기 발광층(EML2) 및 녹색 인광 발광층인 제1 유기 발광층(EML1)이 배치된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치(100)는, 인광(Phosphorescence) 발광층인 제1 유기 발광층(EML1) 및 제3 유기 발광층(EML3)과 형광(Fluorescence) 발광층인 제2 유기 발광층(EML2)을 포함한다.

여기서, 제1 유기 발광층(EML1)은 제1 인광 발광층으로 정의될 수 있고, 제3 유기 발광층(EML3)은 제2 인광 발광층으로 정의될 수 있다.

여기서, 형광 발광층의 경우에는 일중항 여기자(Singlet excitons)에 의한 발광이므로 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficency; IQE)이 25%인 반면에 형광 발광층의 경우에는 삼중항 여기자(Triplet excitons)에 의한 발광이므로 내부 양자 효율(IQE)이 100%이다.

다만, 형광 발광층의 경우, 지연 형광(Delayed Fluorescence)을 이용하여 내부 양자 효율(IQE)을 증가시키나, 일반적으로 인광 발광층의 내부 양자 효율(IQE)이 형광 발광층의 내부 양자 효율(IQE)보다 2배 이상 높으므로, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)의 발광 효율은 인광 발광층의 발광 효율에 의해서 결정된다.

이에, 이하에서는 인광 발광층인 제1 유기 발광층(EML1) 및 제3 유기 발광층(EML3)의 배치 관계를 설명한 뒤, 형광 발광층인 제2 유기 발광층(EML2)의 배치 관계를 설명한다.

제3 유기 발광층(EML3)에 포함되는 적색 인광 도펀트의 수평 배향도는 제1 유기 발광층(EML1)의 포함된 녹색 인광 도편트의 수평 배향도보다 높다. 일례로, 제3 유기 발광층(EML3)에 포함되는 적색 인광 도펀트의 수평 배향도는 87%일 수 있고, 제1 유기 발광층(EML1)에 포함되는 녹색 인광 도펀트의 수평 배향도는 75%일 수 있다.

여기서 도펀트의 수평 배향도라고 함은, 유기층(116)과 반사 전극인 제2 전극(117)의 경계면을 기준면으로 설정하고, 도펀트의 쌍극자 방향(Dipole direction)과 기준면의 평균 수평 배향 정도를 의미한다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 도펀트(DP1)의 쌍극자 방향(Dipole dirction)과 기준면이 수직일 경우, 제1 도펀트(DP1)의 수평 배향도는 0%이고, 제2 도펀트(DP2)의 쌍극자 방향(Dipole dirction)과 기준면이 수평일 경우, 제2 도펀트(DP2)의 수평 배향도는 100%이다.

이를 토대로 유기층(116)과 반사 전극인 제2 전극(117)의 경계면에서의 표면 플라즈몬 플라리톤(Surface Plasmon Polariton, SPP) 손실에 대해서 설명한다.

먼저, 수평 배향도가 0%인 제1 도펀트(DP1)의 경우에는, 발생하는 빛(전자기파)이 유기층(116)과 제2 전극(117)의 경계면의 수평 방향으로 진행하고, 이는 경계면의 자유전자의 진동인 표면 플라즈몬과 결합되어, 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP) 상태가 된다. 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP)이 증가할수록, 제2 전극(117)에 의한 손실이 커지므로, 수평 배향도가 낮은 제1 도펀트(DP1)에 의해 발생된 빛의 발광 효율은 저하된다.

반면에, 수평 배향도가 100%인 제2 도펀트(DP2)의 경우에는, 발생하는 빛(전자기파)이 유기층(116)과 제2 전극(117)의 경계면의 수직 방향으로 진행하고, 이는 반사 전극인 제2 전극(117)에 의해 반사되어, 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP) 상태에 의해 빛 손실되지 않고 외부로 추출되게 된다. 이에, 수평 배향도가 높은 제2 도펀트(DP2)에 의해 발생된 빛의 발광 효율은 향상된다.

결과적으로, 복수의 인광 발광층 중 도펀트의 수평 배향도가 높은 인광 발광층이 제2 전극(117)에 인접하게 배치되어야, 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP) 상태에 의해 광 손실을 최소화하여, 조명 장치(100)의 전체 발광 효율이 향상된다.

이에, 전술한 바와 같이, 제1 유기 발광층(EML1)에 포함되는 적색 인광 도펀트의 수평 배향도는 제3 유기 발광층(EML3)의 포함된 녹색 인광 도편트의 수평 배향도보다 높으므로, 제3 유기 발광층(EML3)이 제1 유기 발광층(EML1)보다 반사 전극인 제2 전극(117)에 인접하게 배치된다.

도 6은 유기 발광층과 제2 전극의 거리에 따른 발광 효율을 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 1점 쇄선으로 표현된 제1 유기 발광층(EML1)의 최대 발광 효율은 105W/m² 이고, 2점 쇄선으로 표현된 제3 유기 발광층(EML3)의 최대 발광 효율은 110W/m² 으로써, 최대 발광 효율이 높은 제3 유기 발광층(EML3)을 제2 전극(116)에 가장 인접하게 배치함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용하는 조명 장치(100)의 전체 효율 향상시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 이 때의 제2 전극(117)의 하면부터 제3 유기 발광층(EML3)의 상면까지의 거리(D3)는 900Å 내지 1200Å이다.

그리고, 제1 유기 발광층(EML1)은 두번째 최대 발광 효율인 90W/m²을 나타내는 위치인 2600Å 내지 2900Å 구간에 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(117)의 하면으로부터 제1 유기 발광층(EML1)의 상면까지의 거리(D1)는 2600Å 내지 2900Å이다.

이와 별개로, 청색 형광 유기 발광층인 제2 유기 발광층(EML2)은 제2 전극으로부터 700Å 떨어진 부분에서 27W/m²의 최대 발광 효율은 가지나, 이 배치구간에는 전술한 바와 같이 제3 유기 발광층(EML3)이 배치되므로, 두번째 최대 발광 효율인 23W/m²을 나타내는 위치인 1700Å 내지 2000Å 구간에 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(117)의 하면으로 부터 제2 유기 발광층의 상면까지의 거리(D2)는 1700Å 내지 2000Å이다.

이를 정리하면, 제2 전극(117)으로부터 수평 배향도가 높은 적색 인광 발광층인 제3 유기 발광층(EML3)이 900Å 내지 1200Å의 거리에 배치되고, 청색 형광 발광층인 제2 유기 발광층(EML2)이 1700Å 내지 2000Å의 거리에 배치되고, 수평 배향도가 낮은 녹색 인광 발광층(EML1)인 제3 유기 발광층이 2600Å 내지 2900Å의 거리에 배치되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치(100)의 표면 플라즈몬 플라리톤(SPP) 상태로 손실을 최소화하여, 전체 발광 효율은 향상될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치는 기판, 기판 상에 배치되는 제1 전극, 제1 전극 상에 배치되고, 복수의 인광 발광층을 포함하는 유기층 및 유기층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 복수의 인광 발광층 중 도펀트의 수평 배향도가 높은 인광 발광층이 제2 전극에 인접하게 배치되어 조명 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제2 전극은 반사 금속으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유기층은 적어도 하나의 형광 발광층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 인광 발광층은 제1 인광 발광층 및 제1 인광 발광층 보다 도펀트의 수평 배향도가 높은 제2 인광 발광층을 포함하고 제1 전극 상에 제1 인광 발광층이 배치되고, 제1 인광 발광층 상에 적어도 하나의 형광 발광층이 배치되고, 적어도 하나의 형광 발광층 상에 제2 인광 발광층이 배치되고, 제2 인광 발광층 상에 제2 전극이 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 인광 발광층은 녹색광을 발광하고, 적어도 하나의 형광 발광층은 청색광을 발광하고, 제2 인광 발광층은 적색광을 발광할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 전극의 하면으로부터 제1 인광 발광층의 상면까지의 거리는 2600Å 내지 2900Å일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 전극의 하면으로부터 제2 인광 발광층의 상면까지의 거리는 900Å 내지 1200Å일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 전극의 하면부터 적어도 하나의 형광 발광층의 거리는 1700Å 내지 2000Å일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 전극은 내로우 패스(narrow path)를 구현하는 단락 방지(short reduction) 패턴을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 투명 전극에 인접하는 제1 스택은 녹색 인광 발광층을 포함하고, 반사 전극에 인접하는 제3 스택은 적색 인광 발광층을 포함하고, 제1 스택과 제3 스택 사이에 배치되는 제2 스택은 청색 형광 발광층을 포함하여, 조명 장치의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 적색 인광 발광층는 녹색 인광 발광층보다 도펀트의 수평 배향도가 높을 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 조명 장치
110: 유기 발광 소자 유닛
120: 봉지부
111: 기판
112: 내부 광추출층
113: 평탄화층
114: 배리어층
115: 제1 전극
116: 유기층
117: 제2 전극
118: 외부 광추출층
121: 점착층
122: 금속 필름
123: 보호 필름
115p: 제1 컨택 전극
117p: 제2 컨택 전극
AL: 보조 배선
EA: 조명부
PA1: 제1 패드부
PA2: 제2 패드부
DP1: 제1 도펀트
DP2: 제2 도펀트

Claims

기판;
상기 기판 상에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치되고, 제1 인광 발광층, 제2 인광 발광층 및 적어도 하나의 형광 발광층을 포함하는 유기층 및
상기 유기층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고
상기 제2 인광 발광층에 포함되는 도펀트의 수평 배향도는 상기 제1 인광 발광층에 포함되는 도펀트의 수평 배향도보다 높고,
상기 제1 전극 상에 상기 제1 인광 발광층이 배치되고,
상기 제1 인광 발광층 상에 상기 적어도 하나의 형광 발광층이 배치되고,
상기 적어도 하나의 형광 발광층 상에 상기 제2 인광 발광층이 배치되고,
상기 제2 인광 발광층 상에 상기 제2 전극이 배치되는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극은 반사 금속으로 이루어지는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 인광 발광층은 녹색광을 발광하고
상기 적어도 하나의 형광 발광층은 청색광을 발광하고
상기 제2 인광 발광층은 적색광을 발광하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극의 하면으로부터 상기 제1 인광 발광층의 상면까지의 거리는 2600Å 내지 2900Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극의 하면으로부터 상기 제2 인광 발광층의 상면까지의 거리는 900Å 내지 1200Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극의 하면부터 상기 적어도 하나의 형광 발광층의 거리는 1700Å 내지 2000Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극은 내로우 패스(narrow path)를 구현하는 단락 방지(short reduction) 패턴을 포함하는, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
3스택 탠덤(3stack-tandem)방식의 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치에 있어서,
투명 전극에 인접하는 제1 스택은 녹색 인광 발광층을 포함하고,
반사 전극에 인접하는 제3 스택은 적색 인광 발광층을 포함하고,
상기 제1 스택과 상기 제3 스택 사이에 배치되는 제2 스택은 청색 형광 발광층을 포함하며,
상기 적색 인광 발광층에 포함되는 도편트의 수평 배향도는 상기 녹색 인광 발광층에 포함되는 도펀트의 수평 배향도보다 높은, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
삭제
제10 항에 있어서,
상기 반사 전극의 하면으로부터 상기 녹색 인광 발광층의 상면까지의 거리는 2600Å 내지 2900Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제10 항에 있어서,
상기 반사 전극의 하면으로부터 상기 적색 인광 발광층의 상면까지의 거리는 900Å 내지 1200Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치.
제10 항에 있어서,
상기 반사 전극의 하면부터 상기 청색 형광 발광층의 거리는 1700Å 내지 2000Å인, 유기 발광 소자를 이용한 조명 장치