KR101185477B1

KR101185477B1 - 적색 인광 오엘이디를 기반으로 하는 광요법 패드 및 이를 이용한 휴대용 광선치료기

Info

Publication number: KR101185477B1
Application number: KR1020090130552A
Authority: KR
Inventors: 장지근
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-10-02
Also published as: KR20110073807A

Abstract

본 발명은 적색 PhOLED(Phosphorescent Organic Light Emitting Device)를 기반으로 하는 광요법 OLED 패드 및 이를 이용한 휴대용 광선치료기를 제시한다.

본 발명은 중심발광 파장이 600~700 nm 범위에 있는 적색 PhOLED 및 이를 포함한 다색 발광 광요법 패드의 제작과 상기 패드를 이용한 휴대용 광선치료기의 개발을 특징으로 하며, 광 조사에 의해 생체 세포를 활성화시켜 여러 가지 피부질환 치료나 통증 제거 및 근육 이완 등에 효과적 사용을 목적으로 하고 있다.

OLED, 적색 인광, 면광원 패드, 광선치료기, 발광스펙트럼, 휴대용

Description

적색 인광 오엘이디를 기반으로 하는 광요법 패드 및 이를 이용한 휴대용 광선치료기{Photo-therapeutic Pads Based on the Red PhOLEDs and Their Applications to the Portable Light Treatment Apparatus}

본 발명은 적색 인광 OLED(Phosphorescent Organic Light Emitting Device, PhOLED) 를 기반으로 하는 광요법 패드 및 이를 이용한 휴대용 광선치료기에 관한 것으로 특히, 피부질환이나 통증 완화를 목적으로 발광 효율이 우수한 PhOLED를 이용하여 600~700 nm 범위의 적색광을 기본적으로 조사하고 이를 확장한 휴대용 광선치료기에 관한 것으로 적색 PhOLED 또는 이를 포함한 다색 발광 OLED 패드를 이용하여 사용하기 편리하고 높은 휘도 특성을 나타내는 휴대용 광선치료기를 제작하는 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 생체에 광을 조사하면 파장에 따라 피부로부터 광의 침투 깊이가 달라지며 광의 흡수와 자극에 의해 세포의 생화학적 작용이 일어나, 다양한 파장의 입사광에 따른 다양한 질병이 효과적으로 치유될 수 있다는 것이 임상 학적으로 잘 알려져 있다.

OLED는 유기물의 전기적 여기에 의해 발광되는 소자로서 저전력 구동, 자체 발광, 넓은 시야각, 빠른 응답속도 등의 장점을 갖고 있으며 연성의 특성을 가져 차세대 플렉서블 디스플레이에 응용이 모색되고 있다. 또한 제조기술이 간단하고 대면적에 균일한 박막을 형성할 수 있어 저 비용으로 다양한 크기의 휴대용 광원을 쉽게 제작할 수 있다. 이러한 OLED는 휴대폰, PDA, 카메라, 시계, 사무용 기기, 자동차 등의 정보표시 수단으로 널리 활용되면서 관련 부품소재 시장도 급성장하고 있다.

종래의 광선치료기용 광원들로는 사용 스펙트럼에 따라 특수 형광램프 (XeCl 엑시머 방전 램프, 메탈 할라이드 램프 등)나 백열등, LED나 반도체 레이저 등이 있는 데, 이들 광원들은 구조물이 딱딱하고 고가이며, 면 발광을 만들기 위해서는 매트릭스 어레이 형으로 제작되어 장치가 복잡하고 대형으로 일반 사용자가 쉽게 이용할 수가 없다.

광의 생화학적 작용은 광의 스펙트럼, 편광성, 세기에 따라 결정되는데, 임상학적 보고에 따르면 인체에는 600~1000 nm 범위에서 자연광 정도의 세기를 가진 편광된 광이 특정 질병에서 가장 효과가 큰 것으로 알려져 있다.

또한 아토피성 피부염 등 알레르기성 피부질환 같은 경우에서는 알레르기 증상을 발생시키는 백혈구나 림프종 등의 세포를 사멸시키기 위해 400 nm 이하의 장파장 자외선(UV-A)을 조사하는 광요법이 행해지고 있다.

일반적으로 600~700 nm의 광은 헤모글로빈에, 그리고 1,000 nm 정도의 적외 선은 지방과 물에 잘 흡수되어 그 부분의 세포를 활성화 시킨다. 청색광이나 자외선은 피부의 살균 작용이 있다.

질병에 따라 특정 파장이나 좁은 스펙트럼을 이용하는 광선치료법에서는 레이저나 LED 방식을 들 수 있다. 레이저 치료 요법에서는 He-Ne 레이저나 YAG 레이저를 사용하거나 크기와 가격면에서 유리한 반도체 레이저 [GaAs(904 nm), InGaAlP (630-685 nm)]를 사용하여, 생체 세포를 손상시키지 않을 정도의 저 에너지로 조사하여 환부의 자연 치유력을 증진시키는 효과를 의료 현장에서 볼 수 있다. 그러나 레이저에 의한 광선치료 요법은 근본적으로 좁은 면적에 일정한 점을 조사하는 침술(Acupuncture) 방식으로 경혈요법에는 적합하나, 수술 부위의 치유 촉진, 넓은 범위의 염증 치료 등 광범위한 면에 광을 골고루 조사하여 생체 세포를 활성화시키고자 하는 경우에는 부적합하다. 또한 레이저 다이오드는 반도체 재료와 소자 구조에 따라서 출력광의 파장과 세기가 결정되기 때문에 특정 질병이나 환부에 최적화된 빛으로 조절하기가 어렵다.

이러한 문제점들을 개선하기 위해 최근에는 서로 다른 파장의 LED를 2~3 종 혼합하여 어레이를 만들어 넓은 면적의 광선치료기로 사용하고 있다. LED는 응집성(Coherent)이 아니기 때문에 조사 파장의 폭을 어느 정도 이하로 집속할 수가 없고 편광 되지 않지만, 레이저 다이오드보다 제조 가격이 싸고, 어레이를 통한 다양한 파장의 광 생성과 대면적화가 가능하며, 인가전압의 변화로 빛의 세기를 조절할 수 있어 새로운 광선치료용 광원으로 사용이 모색되고 있다.

그러나 LED 역시 무기 반도체로 만들어지는 점광원이며, 대면적 조사를 위해 서는 면 배열 기법을 사용해야 하므로 넓은 면적에 균일한 세기로 휴대용 광선치료기를 저가격으로 제작하기는 적절하지 못한 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 광 자극에 의한 인체의 통증 완화나 각종 피부질병 치료, 경혈 치료를 무침범성(수술이 불필요)이고 무투약성으로 경제적 부담 없이 편리하게 제공할 수 있는 광 요법에 사용 가능한 오엘이디 광요법 패드의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 새로운 광선치료용 광원 기술로 적색 PhOLED를 기반으로 하는 전술한 오엘이디 광요법 패드를 이용하여 넓은 환부에 균일한 세기의 빛을 다양한 파장과 세기로 조사할 수 있는 휴대용 광선치료기를 제안한다.

또한 본 발명은 피부질환이나 통증 완화를 목적으로 발광 효율이 우수한 PhOLED를 이용하여 600~700 nm 범위의 적색광을 기본적으로 포함하고 이를 확장한 다색 발광 오엘이디 광요법 패드를 제작하는 방법을 제안한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 투명한 전도성 물질로 제 1전극과, 일함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 전도성 높은 금속으로 제 2전극을 형성하며, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이 에 정공수송층과 전자수송층을 형성하고, 상기 정공수송층과 전자수송층 사이에 유기 발광층을 형성하여서 된 600~700 nm 범위의 세기를 출력하는 적색 PhOLED가 면광원형으로 구성된 광요법 패드를 제공한다.

또한 본 발명은 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 투명한 전도성 물질로 제 1전극과, 일함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 전도성 높은 금속으로 제 2전극을 형성하며, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 정공수송층과 전자수송층을 형성하고, 상기 정공수송층과 전자수송층 사이에 유기 발광층을 형성하여서 된 600~700 nm 범위의 세기를 출력하는 적색 PhOLED와 400~480 nm 범위의 세기를 출력하는 청색 PhOLED가 매트릭스형으로 배열된 광선치료용 2 색 발광 면광원 패드를 제공한다.

또한 본 발명은 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 투명한 전도성 물질로 제 1전극과, 일함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 전도성 높은 금속으로 제 2전극을 형성하며, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 정공수송층과 전자수송층을 형성하고, 상기 정공수송층과 전자수송층 사이에 유기 발광층을 형성하여서 된 600~700 nm 범위의 세기를 출력하는 적색 PhOLED와 400~480 nm 범위의 세기를 출력하는 청색 형광 OLED(Fluorescent Organic Light Emitting Device, FlOLED)가 매트릭스형으로 배열된 광선치료용 2 색 발광 면광원 패드를 제공한다.

또한 본 발명은 전술한 패드를 이용하여 상기 패드에 전원을 공급하는 전원부 및 방출되는 빛의 세기를 조절하는 제어부가 일체형 또는 분리형으로 구성된 적색 PhOLED 기반 광요법 패드를 이용한 휴대용 광선치료기를 제공한다. 여기에서 필 요에 따라 발광색을 선택하는 선택 스위치가 구성될 수 있다.

또한 본 발명은 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 5~20 Ω/sq의 면저항을 갖는 제 1전극을 형성하고, 상기 제 1전극의 표면을 플라즈마 처리하는 단계와; 상기 제 1전극 위에 100~1000 Å의 두께로 정공 수송층을 진공 증착하여 형성하는 단계와; 상기 정공 수송층 위에 발광호스트와 상기 발광호스트에 대한 도펀트의 도핑 비율을 0.01~0.2로 한 도펀트를 함께 증착하여 100~1000 Å 두께의 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층 위에 100~1000 Å의 두께로 전자 수송층을 증착하여 형성하는 단계와; 상기 전자 수송층 위에 5~20 Å의 LiF 층과 1000~2000 Å 두께의 Al 층을 순차적으로 증착한 제 2전극을 형성하는 단계와; 상기 유리/플라스틱 기판 및 제 2전극을 모두 봉지하는 단계로 구성된 적색 PhOLED를 포함하는 광요법 패드 제작 방법을 제공한다.

이러한 본 발명은 유리기판과 플라스틱 기판 상에 적색광을 방출하는 면광원 PhOLED 패드를 제작하는 기술과 이를 이용한 휴대용 광선치료기의 제작 기술을 설명한다. 플라스틱 상에 OLED 패드를 제작할 경우, 쉽게 구부릴 수 있어(Bendable) 인체의 어디에나 부착하여 사용할 수 있으며 광원과 전원 장치를 분리하여 사용할 수 있다. 또한 광원과 전원 장치를 일체형으로 하여 휴대폰 크기로 개인이 쉽게 소지하고 사용할 수 있도록 광선치료기를 만들 수 있다. 본 발명에서는 적색광을 방출하는 PhOLED 패드 제작의 실시 예를 들고, 이를 구동하는 전원 시스템의 구성도를 설명한다. 본 발명의 범위는 단일 적색광을 방출하는 PhOLED 광선치료기에 한정된 것은 아니고, 다색 방출의 OLED 광선치료기 제작에도 확장 적용할 수 있다. 예 를 들어 적색 PhOLED와 청색 OLED가 배열된 2 색 방출 OLED 광선치료기의 제작도 본 발명의 범위에 포함된다. 다색 방출 OLED 광선치료기 제작에서 청색광을 방출하는 OLED는 반드시 인광 OLED로 국한되는 것이 아니며, 청색 인광 OLED의 개발 수준이 미진한 관계로 필요에 따라 청색 형광 OLED를 사용할 수도 있다.

이와 같이 하여 본 발명에 따른 적색 인광 유기발광다이오드를 기반으로 한 광선요법 패드의 제작 및 이를 이용한 광선치료기의 제작은 그 구조가 종래의 광선치료 장치보다 훨씬 소형이고, 제조비용이 저렴하여 상품화 가치가 높다. 특히 연성 기판을 사용하여 패드를 제작할 경우 인체에 부착하여 사용할 수 있으므로 휴대성이 뛰어나다.

또한 다색 발광의 OLED 제작이 가능하여 피부질환의 종류에 따라 광 출력과 파장을 변화시켜 다양한 광화학 인체 치료에 그 응용을 넓힐 수 있는 유용한 효과가 있다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 적색 인광 오엘이디(Phosphorescent Organic Light Emitting Device, PhOLED) 기반 광요법 패드의 PhOLED는 저가격으로 균일한 발광이 가능하고 고유의 연성이 있어 휴대용 광선치료기에 응용할 경우 독보적 장점을 갖는다. 이러한 PhOLED는 기본적으로 기판(유리, 플라스틱 등)과 상부 및 하부 전극(양극 및 음극), 그리고 두 전극 사이에 유기물이 삽입된 구조를 갖는다. 유기물은 보통 다층 구조로 나타나며, 발광층은 호스트-도펀트(Host-Dopant) 구성을 갖는다. 이러한 구조에서는 캐리어들이 전극에서 발광층으로 직접 주입되지 않고 수송층을 통과하여 단계적으로 전송됨으로 구동 전압이 낮아진다. 다층 구조에서는 발광층으로 주입된 전자와 정공이 이웃 전극으로 이동할 때, 발광층 가장자리 부근에서 반대 극성의 캐리어 수송층에 의해 이동이 제한됨으로, 엑시톤(Exciton)의 생성이 대부분 발광층에 속박되어 발광 효율이 높아진다. 유기발광소자의 발광색은 호스트-도펀트 조합에 의해 결정되는데, 일반적으로 호스트는 높은 에너지 갭을 가지며 호스트에서 형성된 엑시톤은 보다 낮은 에너지의 도펀트로 에너지 전이를 이룬다.

도 1은 본 발명의 PhOLED(100)에 대한 기본 구조와 동작 원리를 보여주는 도면이다. 도 1를 살펴보면, 투명 전도성 양극(110)과 금속 물질을 이용한 음극(150) 사이에 정공수송층(120)/발광층(130)/전자수송층(140)의 3 개 유기막이 적층되어 있다. 여기에서 상기 PhOLED 구조의 단일 발광층 대신 이중 발광층을 사용하거나 도 1의 기본 구조에다 정공주입층 및 전자주입층을 삽입할 수도 있다.

이러한 도 1의 구조에 순방향 바이어스를 인가하면 음극에서 전자(160)는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를, 양극에서 정공(170)은 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위를 따라 이동하고 발광층에서 도펀트 에너지를 중심으로 한 엑시톤(180)을 형성한다. 발광층에서 형성된 엑시톤들은 최종적으로 기저상태로 돌아가면서 여기에너지에 해당하는 빛(190)이 방출된다.

이러한 PhOLED를 제작할 때에는 도 2와 같이, 기판을 PES(Polyethersulfone)나 PEN(Polyethylene 2,6-dicarboxyl naphthalate)과 같은 플라스틱 기판(210)을 사용하고 다층 유ㆍ무기 복합막(220)이나 접착 테이프(230) 등으로 덮개를 씌워 밀봉하면, 제품을 구부려 사용할 수도 있다. 또한 대면적으로 유기막을 균일하게 증착할 수 있어서 매트릭스 어레이 방식을 이용하지 않고도 넓은 면광원을 만들 수가 있으며, 공정 기술이 복잡하지 않아 제조비용을 절감할 수 있다. 나아가 발광층의 호스트-도펀트 물질을 다양하게 선택함으로써 여러 가지 발광 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 인가전압을 조절하여 방출되는 빛의 세기를 조절할 수 있다.

도 3에서는 적색 OLED(310)와 청색 OLED(320)를 교번적으로 배열하여 원하는 종류의 빛을 사용자가 임의로 선택하여 사용할 수 있게 만든 다색 면광원 패드를 예시하고 있다. 이러한 원리는 적색 OLED를 포함한 3 종 이상의 OLED를 매트릭스 방식으로 배열하여 다양한 파장의 빛을 선택적으로 사용할 수 있게 하는 데에도 적용할 수가 있다. 이와 같이 OLED는 다른 광원에 비해 이러한 융통성과 편리성, 휴대성과 경제성이 뛰어난 특징을 갖고 있다.

플라스틱 기판이나 유리 기판으로부터 적색 PhOLED를 제작하는 방법을 도 4에서 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극인 양극(410)은 일반적인 유기발광소자의 제조에 사용되는 투명한 전도성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 양극(410)은 ITO [Indium Tin Oxide], IZO[Indium Zinc Oxide] 등을 사용할 수 있다.

제 2 전극인 음극(470)은 불투명하고 전도성이 높은 금속으로 형성되며 입사광을 반사시킨다. 또한 상기 음극(470)은 전자가 주입되는 전극으로 일 함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 도전 물질로 만들어지며, 예컨대 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), LiF/Al 등에서 선택하여 형성할 수 있다. 정공과 전자는 각각의 선택적 캐리어 수송층(420, 440)을 통해 전달되고 어느 정도 충분한 두께의 혼합 발광층(430)에서 결합되므로 캐리어의 주입 효율을 높일 수 있고, 원하지 않는 영역에서의 엑시톤 형성이나 확산에 의한 발광층 엑시톤의 손실을 줄일 수 있다.

도 4에서 각각의 유기층에 바람직하게 사용될 수 있는 물질들로,

정공 수송층(420)의 예를 들면, 2-TNATA[4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine], NPB[N,N'-bis(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine], TPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'- diamine], DNTPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl] -biphenyl-4,4'-diamine] 등이 있다.

전자수송층(440)에 사용 가능한 물질로는 Alq3[Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum], Balq[Bis(8-bydroxyquinaldine)aluminum-biphenoxide], SFC-137[Proprietary Electron Transport Material Produced by SFC] 등이 있다.

발광 호스트(450)로는 양극 캐리어의 이동도가 우수하고 HOMO 준위가 정공수송층의 HOMO 준위와 비슷하며 LUMO 준위가 전자수송층의 LUMO 준위와 비슷한 물질 이 요구된다. 사용 물질로는 Bebq2[Bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium], PH1[Proprietary Material Produced by Merck], TCTA[4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine], TPBI[1,3,5-tris (N-phenylbenzimiazole-2-yl)benzene], CBP[4,4'-N,N'-dicarbazole)biphenyl] 등을 들 수 있다. 상기 호스트 물질들은 보통 단독으로 사용되지만, 경우에 따라 2가지 이상을 혼합하거나 적층하여 사용할 수도 있다.

발광층의 도펀트(460)로는 Ir(piq)3, (pq)2Ir(acac), (btp)2Ir(acac), SFC-411[Proprietary Red Phospho- rescent Dopant Produced by SFC] 등의 이리듐 화합물과, PtOEP[2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23H-porphineplatinum(∥)]로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 도펀트 물질들은 보통 단독으로 사용되지만, 경우에 따라 2 가지 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

바람직하게, 적색 PhOLED의 제조방법의 한 실시 예는 도 5에 도시된 공정 흐름도에 따라 수행될 수 있다. 먼저, 플라스틱 또는 유리 기판 상에 제1 전극(410)으로 ITO를 형성하고, 제1 전극(410)의 표면을 적절히 플라스마 처리하는 것이 바람직하다. ITO의 면저항(Sheet Resistance)은 5~20 Ω/sq 가 바람직하다. 플라즈마 공정은 제 1 전극(양극)(410)으로부터 정공의 주입 장벽을 낮추고, 표면 오염제거 및 제 1 전극(410)과 유기막 간의 접착력 개선에 기여하므로, 유기물 증착 전에 선행 플라즈마 처리는 반드시 실시되어야 한다. 플라스마 처리 후 고진공 상태에서 유기 박막과 금속은 인시추(In-Situ) 방식으로 증착되는데, 상기 제1 전극(410) 위에 정공수송층을 100~1000 Å 두께로 진공 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 다음으로 발광층을 형성하기 위해 상기 정공수송층 위에 발광호스트를 도펀트와 함께 동시 증착하는 데, 발광층의 두께는 100~1000 Å 으로, 호스트에 대한 전체 도펀트의 도핑 비율은 0.01~0.2 로 설정하는 것이 바람직하다. 이후, 상기 발광층 위에 전자수송층을 100~1000 Å 두께로 증착하고, 마지막으로 제 2 전극(470)을 형성함으로써 소자의 기본 제조공정을 완성한다. 제 2 전극(470)의 형성에서는 계면활성층으로 5~20 Å의 LiF 층과 1000~2000 Å 두께의 Al 층을 순차적으로 증착하는 것이 바람직하다. 소자 제작이 완성되면 산소나 습기의 침투를 방지하기 위하여 봉지를 씌워야 하는데, 봉지 기술은 유리 기판일 경우 유리 뚜껑을, 플라스틱 기판일 경우 다층 유ㆍ무기 복합막이나 접착테이프를 사용하여 뚜껑을 씌우는 것이 바람직하다. 접착테이프를 사용하여 봉지할 경우 공정기술은 매우 경제적이고 쉽지만, 완전한 밀봉이 어렵고 테이프의 접착제가 OLED에 침범하지 않도록 보호층을 두어야 한다. 본 발명에서의 소자는 필요에 따라 정공수송층과 제 1 전극 사이에 정공주입층을, 상기 전자수송층과 발광층 사이에 정공/엑시톤 차단층을 적어도 어느 하나 더 포함할 수 있다.

본 발명에서의 사용되는 각각의 유기 물질들은 저분자 물질을 중심으로 하지만, 고분자 및 올리고머로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한 본 발명에서의 모든 유기 물질들은 진공 증착법으로 주로 형성되지만, 용액 주조법 및 잉크젯 인쇄법으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.

도 6은 상기 방법으로 제작된 OLED를 이용하여 만든 광선치료기의 구성을 예시하는 도면이다. 도 6에서 OLED 패드(610)는 전원부 및 제어부와 결합된 일체형(600)으로 만들어지기도 하고, OLED 패드가 연성일 경우 밴드처럼 사람의 인체에 어디든 부착하여 사용할 수 있게 분리형(680)으로 만들어질 수도 있다. 광선치료기에 사용되는 전원(650)은 6~12 V 범위의 DC 전압을 배터리(battery)나 가정용 교류전원로부터 DC 변환기를 이용하여 공급할 수 있으며, 전원을 On/Off 하는 메인 스위치(640)가 있다. 또 한 발광 소자의 휘도를 조절하기 위해 전압조절기(630)를 설치할 수 있으며, 2 종의 OLED를 교번적으로 배열한 패드를 사용하는 경우 발광 색을 선택하기 위해 선택 스위치(620)를 두게 된다. 분리형 패드(660)에서는 끈(670) 또는 접착면을 구성하여 패드를 인체에 붙들어 맬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시 예

소자의 기본구조를 ITO/DNTPD/TAPC/Bebq2:[(pq)2Ir(acac), SFC-411]/SFC-137/LiF/Al로 설계하여 PEN-플라스틱 기판(710) 상에 도 7에 도시된 구조를 갖는 적색 PhOLED(700)를 제작하였다. 도 7하였다. 구조에서 IT0(720)와 LiF/Al(770)은 각각 제 (720(양0)20)과 제 2720(음0)20)으로 사용되었다. 또한계하ㅼNTPD(730)는 F/Al(으로 사용되었고, TAPC(740)은 구조에서 및 각각20(으로, SFC-137(760)은 각각 제 으로 사용되었다. 여기에서 20((750)으로는 Bebq2를 호스트로, (pq)2Ir(acac)와 SFC-411을 이중 적색 도펀트로 사용하였다.

이때, 본 발명에 따른 소자의 제조방법은 도 5에 도시된 공정 흐름도에 따라 수행되었다. 먼저, 면저항(sheet resistance)이 15 Ω/sq인 ITO 박막이 코팅된 PEN 기판으로부터 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 양극 전극을 패터닝(patterning)한 후 초음파를 이용한 화학 세정을 실시하고 건조 후 플라스마 처리실로 옮겨 O2/Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF전력 조건으로 2분간 플라스마 표면처리를 실시하였다. 기판의 플라스마 처리는 유기물 증착 전 기판상에 생길 수 있는 오염을 제거하고 유기물과 ITO사이의 계면 접착력을 향상시키며 ITO의 일함수를 증가시켜 양극으로부터 정공주입층으로 정공의 주입장벽을 낮추는 기능을 제공한다. 유기물 증착과 음극전극을 위한 금속물 증착 과정은 5×10-8 Torr 이하의 고진공 상태에서 in-situ 방식으로 실시되었다. 박막 공정으로는 먼저 정공주입층으로 500Å 두께의 DNTPD를 증착한 후 정공수송층으로 300Å 두께의 TAPC를 순차적으로 증착하였다. 다음으로, 발광층의 형성 과정에서는 Bebq2 를 호스트로 사용하고 인광 도펀트로 (pq)2Ir(acac)와 SFC-411를 호스트에 대한 체적비로 각각 7%와 3% 이중 도핑하여 총 330Å 두께의 Bebq2:[7% (pq)2Ir(acac)+3% SFC-411] 층을 형성하였다. 이중 도핑은 삼중항 에너지가 상대적으로 높은 제 1 인광 도펀트인 (pq)2Ir(acac) 에서 장파장 발광의 낮은 삼중항 에너지를 갖는 제 2 인광 도펀트인 SFC-411 로 에너지 전이를 가능하게 한다. 이중 도핑 방식에서 제 2 도펀트는 최종 발광체이며, 제 1도펀트는 호스트 에너지를 제 2 도펀트로 용이하게 전이해 주는 역할을 한다. 이후 전자수송층으로 SFC-137을 500Å 두께로 증착하고, 시료를 금속 증착실로 옮겨 LiF와 Al을 각각 10Å과 1200Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성함으로써 소자의 제조 공정이 완성되었다.

도 8은 제작된 소자의 사진이며, 이의 전계발광 특성은 아래의 실험 예에서 설명된다.

실험 예

외부의 빛을 차단할 수 있는 암실에서 Polaronix M6100 테스트 장치와 CS-1000 분광복사계를 이용하여 전류효율-휘도(current efficiency - luminance) 특성, 전계발광 스펙트럼 및 Commission Internationale de I'Eclairage(CIE) 색 좌표를 측정하였다. 전류 효율은 캐리어 수송층이나 전극구조 등에 따라 구동전압이 다를 경우에도 인가전압에 관계없이 소자의 발광 성능을 알아보는 유용한 파라미터이다. 전류 효율은 발광휘도와 전류밀도의 비로 표현되며, 전류효율 대 휘도 특성의 그래프를 도 9에 나타내었다.

도 9에서 전류효율은 비교적 낮은 휘도 상태에서 최대값을 보이다가 이후 휘도가 증가할수록 다소 감소되는 특성을 나타내었다. 인광 소자의 고휘도 상태에서 전류효율의 감소는 삼중간-삼중항 소멸(triplet- triplet annihilation)에 주로 기 인하는 것으로 알려져 있다. 제작된 소자의 전류효율은 10,000 cd/m2 에서 17.3 cd/A로 나타났으며, 최대 전류효율은 580 cd/m2 에서 22.4 cd/A로 나타났다. 상기 실험예에서의 최대 전류효율은 진 적색을 방출하는 OLED로부터 지금까지 보고된 값으로는 가장 높은 값을 보이고 있다. 더욱이, 실험 소자는 플라스틱 기판상에서 제작되어 디스플레이 응용뿐만 아니라 고휘도 특성을 요구하는 조명용 광원 개발에도 유용하게 활용될 수 있는 독창적 장점을 갖고 있다.

도 10은 제작된 소자의 전계발광 스펙트럼 분포이다. 도 10의 전계발광 스펙트럼에서 중심 발광 파장은 623 nm 로 나타났으며, 최대 반폭치(full width at half maximum, FWHM)는 약 60 nm를 나타내었다. 전계발광 스펙트럼에서 중심 발광 파장이 620 nm ~ 630 nm 범위이면 진 적색(deep red)에 가까우며 최대 반폭치가 좁을수록 단색성이 우수하게 나타난다.

도 11은 CIE 도표 상에서 색 좌표를 보여주고 있다. 도 11에서 제작된 적색 인광소자의 색 좌표는 (0.66, 0.34)로 나타났으며 약 90% 이상의 색 순도를 나타내고 있다. 실험 소자의 CIE(0.66, 0.34)는 천연색 구현을 위한 National Television Standards Committee(NTSC)적색 기준 (0.67, 0.33)에 가까우며, 높은 색 순도와 진 적색의 중심파장, 그리고 비교적 좁은 FWHM을 고려할 때 광선치료용 적색 발광에 우수한 특성을 보이고 있다.

결과적으로, 본 발명에 따른 적색 인광소자는 높은 휘도 및 전류 효율, 그리고 620 nm 이상의 진 적색 중심발광 파장을 나타내어 기존의 적색광을 이용하는 피부질환 치료, 통증 제거, 근육이완 요법 등에 사용하는 광원을 대체할 수 있다. 또 한 플라스틱 기판상에 제작되어 연성의 특성을 가지므로 인체에 부착하여 편리하게 사용할 수 있으며, 면광원이고 소형이므로 환부에 균일한 세기로 조사되는 휴대용 광선치료기의 광원으로 장점을 갖는다.

상기 실시 예에서는 저분자 물질의 호스트와 이중 인광 도펀트를 사용하여 진공증착법으로 적색 유기발광소자를 제작하였다. 그러나, 본 발명의 진 적색 인광 소자를 제작하는 기술은 유기박막층의 재료를 변경시키거나, 단일 인광 도펀트를 사용하거나, 용액 기반 기술로 유기박막을 형성하는 등 성막 기술을 변경시켜 소자를 제작하는 기술에 이르기까지 그 적용 범위를 확대시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기재하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 해당 기술 분야의 기술자는 상기 기재된 범위 및 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 및 수정시킬 수 있음을 인지할 수 있다.

본 발명은 종래의 대형 경구조 광선치료기의 단점을 보완하고 소형 경량으로 휴대 가능하며 플라스틱 기판을 사용할 경우 인체에 부착 사용할 수 있는 새로운 적색 인광 OLED 기반 광선요법 패드 및 광선치료기 제작에 적용된다.

광의 생화학적 작용은 광의 스펙트럼, 편광성, 세기에 따라 결정되는데, 적색광은 피하 조직까지 깊이 침투하여 인체의 광 자극에 의해 근육 이완, 혈액 흐름의 개선, 통증 치료 등에 효과가 있다는 임상학적 보고가 있다. 또한 단파장인 자 외선은 피부 소독과 상처 회복 작용에 효과가 있어 아토피나 건선 등의 피부질환 치료에 사용되고 있다.

본 발명에서는 고휘도 진적색의 인광 OLED를 기본으로 하고, 필요시 청색 OLED 등을 함께 배열한 다색 OLED 패드를 제작하여 하나의 장치로 여러 가지 질환를 선택적으로 치료할 수 있는 휴대용 광선치료기의 제작 기술을 제공한다. 나아가 유리 기판이외에도 플라스틱 기판을 사용함으로써 OLED 패드와 전원 제어부가 일체된 일체형뿐만 아니라 OLED 패드를 인체에 따로 부착하여 사용할 수 있는 분리형 광선치료기의 기술을 독창적으로 제공한다.

도 1은 인광 유기발광소자(PhOLED)의 기본 구조와 동작 원리

도 2a, 2b는 플라스틱 기판을 사용하는 연성 OLED의 봉지 기술

도 3은 적색과 청색을 발광하는 소자들이 어레이된 다색 면광원 패드

도 4는 적색 PhOLED의 적층 구조

도 5는 소자 제조공정 순서도

도 6은 OLED 패드를 이용하여 만든 광선치료기의 구성

도 7은 적색 PhOLED에 대한 실시예의 소자 구조

도 8는 실시예로 만들어진 소자의 발광 사진

도 9는 실시예의 소자에 대한 전류효율-휘도 특성

도 10은 실시예의 소자에 대한 전계발광 스펙트럼

도 11은 실시예의 소자에 대한 CIE 색좌표

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110: 일반 PhOLED 구조에서 제1 전극(양극 전극)

120: 일반 PhOLED 구조에서 정공주입층

130: 일반 PhOLED 구조에서 발광층

140: 일반 PhOLED 구조에서 전자수송층

150: 일반 PhOLED 구조에서 제2 전극(음극 전극)

160: 음극에서 주입되는 전자

170: 양극에서 주입되는 정공

180: 발광층에서 형성된 엑시톤

190: 엑시톤으로 부터의 빛의 방출

210: 연성 OLED를 제작하기 위한 플라스틱 기판

220: 유ㆍ무기 복합막을 이용한 봉지

230: 테이프 부착을 이용한 봉지

310: 다색면광원패드에서 적색방출OLED

320: 다색면광원패드에서 청색방출OLED

410: 적색 PhOLED의 양극층

420: 적색 PhOLED의 정공수송층

430: 적색 PhOLED의 호스트-도펀트 발광층

440: 적색 PhOLED의 전자수송층

450: 적색 PhOLED의 호스트

460: 적색 PhOLED의 도펀트

470: 적색 PhOLED의 음극층

600: 일체형 휴대 광선치료기 시스템

610: 일체형 휴대 광선치료기에서 OLED 패드

620: 휴대 광선치료기의 발색 선택 스위치

630: 휴대 광선치료기의 휘도 조절 스위치

640: 휴대 광선치료기의 메인 스위치

650: 휴대 광선치료기의 밧테리 팩

660: 분리형 휴대 광선치료기에서 분리된 OLED 패드

670: 분리형 OLED 패드 스트링

680: 분리형 휴대 광선치료기 시스템

700: 실시예의 소자에 대한 전체 단면구조

710: 실시예의 소자에 대한 기판으로서의 PEN 플라스틱

720: 실시예의 소자에 대한 제1 전극(양극 전극)으로서의 ITO 층

730: 실시예의 소자에 대한 정공주입층으로서의 DNTPD 층

740: 실시예의 소자에 대한 정공수송 및 전자차단층으로서의 TAPC 층

750: 실시예의 소자에 대한 발광층, Bebq2를 호스트로 (pq)2Ir(acac)와 SFC-411을 이중도펀트로 사용

760: 실시예의 소자에 대한 전자수송층으로서의 SFC-137 층

770: 실시예의 소자에 대한 제2 전극(음극 전극)으로서의 Al/LiF 층

Claims

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유리 기판 위에 5~20 Ω/sq의 면저항을 갖는 제 1전극을 형성하고, 상기 제 1전극의 표면을 플라즈마 처리하는 단계와;

상기 제 1전극 위에 100~1000 Å의 두께로 정공 수송층을 진공 증착하여 형성하는 단계와;

상기 정공 수송층 위에 발광호스트와 상기 발광호스트에 대한 도펀트의 도핑 비율을 0.01~0.2로 한 도펀트를 함께 증착하여 100~1000 Å 두께의 발광층을 형성하는 단계와;

상기 발광층 위에 100~1000 Å의 두께로 전자 수송층을 증착하여 형성하는 단계와;

상기 전자 수송층 위에 5~20 Å의 LiF 층과 1000~2000 Å 두께의 Al 층을 순차적으로 증착한 제 2전극을 형성하는 단계와;

상기 유리 기판 및 제 2전극을 모두 유리 두껑으로 봉지하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 오엘이디 기반 광요법 패드 제작 방법.
플라스틱 기판 위에 5~20 Ω/sq의 면저항을 갖는 제 1전극을 형성하고, 상기 제 1전극의 표면을 플라즈마 처리하는 단계와;

상기 제 1전극 위에 100~1000 Å의 두께로 정공 수송층을 진공 증착하여 형성하는 단계와;

상기 정공 수송층 위에 발광호스트와 상기 발광호스트에 대한 도펀트의 도핑 비율을 0.01~0.2로 한 도펀트를 함께 증착하여 100~1000 Å 두께의 발광층을 형성하는 단계와;

상기 발광층 위에 100~1000 Å의 두께로 전자 수송층을 증착하여 형성하는 단계와;

상기 전자 수송층 위에 5~20 Å의 LiF 층과 1000~2000 Å 두께의 Al 층을 순차적으로 증착한 제 2전극을 형성하는 단계와;

상기 플라스틱 기판 및 제 2전극을 모두 접착 테이프로 봉지하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는오엘이디 기반 광요법 패드 제작 방법.
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상기 발광층 위에 100~1000 Å의 두께로 전자 수송층을 증착하여 형성하는 단계와;

상기 전자 수송층 위에 5~20 Å의 LiF 층과 1000~2000 Å 두께의 Al 층을 순차적으로 증착한 제 2전극을 형성하는 단계와;

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