KR101217570B1 - 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 투명 스마트 광원은, 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 투명 OLED로부터 발광된 빛을 반사시키거나 투과시켜 조명 방향을 조절하는 반사율/투과율 가변 소자를 포함하며, 이에 따라 목적에 맞게 조명 방향을 간단하게 조절할 수 있으므로, 불필요한 방향으로의 광량 손실을 막을 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 투명 스마트 광원은 조명으로서의 역할뿐만 아니라 외부의 빛이 들어오는 것을 차단하는 커튼의 역할도 할 수 있으며, 태양 전지와 결합하여 전력 생성의 역할도 할 수 있다.
투명, OLED, 스마트, 광원, 조명, 수소, 태양전지

Description

조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원{The transparent smart light source with feature of adjustable direction}
본 발명은 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원에 관한 것으로, 더 자세하게는 반사율과 투과율의 조절이 가능한 소자를 이용하여 조명 방향을 조절할 수 있도록 구성된 투명 스마트 광원에 관한 것이다.
백열등과 형광등 이후 새로운 광원으로서 LED(Light Emitting Diode)가 최근 크게 각광을 받기 시작하고 있다. LED는 초기에는 휘도가 낮고, 색 특성이 저하되는 문제점을 갖고 있었으나, 기술 개발과 함께 고효율 및 우수한 색 특성을 가진 LED가 개발되어 실용화되고 있다.
LED 이후로 최근 활발히 개발되고 있는 광원은 유기 반도체 물질을 활용하여 빛을 내는 OLED(Organic Light Emitting Diode)이다. OLED는 두께가 얇고 무게가 가벼우며 응답속도가 빨라 LCD의 백라이트 유닛(backlight unit, BLU) 및 일반 조명으로서의 응용을 위한 개발이 활발히 진행되고 있다.
도 1은 OLED(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, OLED(100)는 애노드 전극(130)으로부터 주입된 정공과 캐소드 전극(170)으로부터 주입된 전자가 유기 발광층(150)에서 결합되어 엑시톤(exiton)이 형성되면, 상기 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광이 이루어지는 자체 발광형 소자이다.
여기에서, 상기 애노드 전극(130)과 상기 캐소드 전극(170)을 모두 투명 전극으로 구성하면, 배면 발광(bottom emission)과 전면 발광(top emission)이 모두 가능한 투명 OLED를 제조할 수 있으며, 최근 이러한 투명 OLED를 유리 혹은 창문과 집적시킨 스마트 광원의 개발이 일부에서 이루어지고 있다.
그러나, 투명 OLED를 이용하여 면 광원을 구현하는 경우, 투명 OLED는 양방향으로 발광하기 때문에 한쪽 방향으로의 발광만이 필요한 경우에도 불필요하게 나머지 반대편에서도 빛이 발광되어 광량이 손실되는 문제점이 있다.
예를 들어, 투명 OLED를 창문에 적용한 경우, 실내와 실외 양방향으로 빛이 방출되는데, 실외로 방출되는 빛은 실내 조명에 기여하지 못하므로 에너지 낭비를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 목적 및 환경에 모두 적용할 수 있도록 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원은, 전면 발광과 배면 발광의 양방향 발광이 가능한 투명 OLED; 및 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 반사율/투과율이 가변되어 상기 투명 OLED로부터 발광된 빛을 반사시키거나 투과시켜 조명 방향을 조절하는 반사율/투과율 가변 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원은 외부로부터의 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양 전지를 더 포함할 수 있다.
상기 반사율/투과율 가변 소자는 상기 투명 OLED의 배면과 전면 중 어느 한쪽에 집적되거나 상기 투명 OLED의 배면과 전면 양측에 집적되는 것이 바람직하다.
상기 반사율/투과율 가변 소자는 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 반사율/투과율이 가변되어 투명 상태, 불투명 상태, 반사 상태로 변하며, 상기 반사율/투과율 가변 소자가 투명 상태일 때에는 상기 투명 OLED의 양방향으로 조명이 가능하고, 반사 상태일 때에는 상기 반사율/투과율 가변 소자의 반대 방향으로 조명이 가 능하다.
일 실시예로서, 상기 반사율/투과율 가변 소자는, 제1 유리 기판; 상기 제1 유리 기판 상부에 형성되며 수소 이온과 반응하여 투명해지는 금속 박막; 상기 금속 박막에 수소 이온을 공급하거나 상기 금속 박막으로부터 수소 이온을 전달받아 저장하는 전해질층; 상기 전해질층을 사이에 두고 상기 금속 박막에 대응하여 형성된 투명 박막; 및 상기 투명 박막 상부에 형성된 제2 유리 기판을 포함한다. 여기에서, 상기 금속 박막은 수소 이온과 반응하면 투명해지는 Gd-Mg, Mg-Ni의 금속 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다른 실시예로서, 상기 반사율/투과율 가변 소자는 인가 전압에 따라 반사율/투과율이 가변되는 스마트 유리로 구성된다.
본 발명에 따른 투명 스마트 광원은 목적에 맞게 조명 방향을 간단하게 조절할 수 있으므로, 불필요한 방향으로의 광량 손실을 막을 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투명 스마트 광원은 조명으로서의 역할뿐만 아니라 외부의 빛이 들어오는 것을 차단하는 커튼의 역할도 할 수 있으며, 태양 전지와 결합하여 전력 생성의 역할도 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 스마트 광원(200A)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 투명 스마트 광원(200A)은, 양방향 발광이 가능한 투명 OLED(100a)에 반사율/투과율 가변 소자(300)가 집적된 구조를 갖는다.
상기 투명 OLED(100a)는 도 1에 도시된 OLED(100)와 구성 및 동작이 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 반사율/투과율 가변 소자(300)는 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 반사율/투과율이 가변되어 상기 투명 OLED(100a)로부터 발광된 빛을 반사시키거나 투과시키며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 있어서 반사율/투과율 가변 소자(300)의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)는, 제1 유리 기판(310a)과, 상기 제1 유리 기판(310a) 상부에 형성되며 수소 이온과 반응하여 투명해지는 금속 박막(330)과, 상기 금속 박막(330)에 수소 이온을 공급하거나 상기 금속 박막(330)으로부터 수소 이온을 전달받아 저장하는 전해질층(350)과, 상기 전해질층(350)을 사이에 두고 상기 금속 박막(330)에 대응하여 형성된 투명 박막(370)과, 상기 투명 박막(370) 상부에 형성된 제2 유리 기판(310b)을 포함한다.
다시 말해서, 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)는 제1, 2 유리 기판(310a, 310b) 사이에 금속 박막(330)과 투명 박막(370)이 전해질층(350)을 사이에 두고 형성된 구조를 갖는다.
여기에서, 상기 금속 박막(330)은 수소 이온과 반응하면 투명해지는 Gd-Mg, Mg-Ni 등의 금속 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 투명 박막(370)은 ITO(Indium-Tin Oxide)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 금속 박막(330)은 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 투명 상태, 불투명 상태, 반사 상태로 변하게 되며, 그 세부 동작에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 3a와 같이 상기 금속 박막(330)과 상기 투명 박막(370)에 (-) 극성의 전압과 (+) 극성의 전압이 각각 인가되면, 상기 전해질층(350)으로부터 상기 금속 박막(330)으로 수소 이온이 공급되며, 이에 따라 상기 금속 박막(330)은 수소 이온과 반응하여 빛을 투과시킬 수 있는 투명 상태가 된다.
이 상태에서, 도 3b와 같이 상기 금속 박막(330)과 상기 투명 박막(370)에 소정 임계치 미만의 크기를 갖는 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압이 각각 인가되면, 상기 금속 박막(330)으로의 수소 이온 공급이 중지되며, 이에 따라 상기 금속 박막(330)은 소정의 반사율과 투과율을 가진 불투명 상태가 된다.
여기에서, 상기 금속 박막(330)이 불투명 상태가 되는 이유는, 상기 금속 박막(330)이 내부에 남아있는 수소 이온, 다시 말해서, 상기 전해질층(350)으로 전달되지 않은 수소 이온과 반응하기 때문이다.
마지막으로, 도 3c와 같이 상기 금속 박막(330)과 상기 투명 박막(370)에 소정 임계치 이상의 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압이 각각 인가되면, 상기 금속 박막(330) 내에 존재하는 수소 이온이 상기 전해질층(350)으로 전달되며, 이에 따라 상기 금속 박막(330)은 어느 한쪽으로만 빛을 투과시킬 수 있는 반사 상태가 된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 투명 스마트 광원(200A)은 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)가 투명 상태일 때에는 양방향으로 조명이 가능하고, 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)가 반사 상태일 때에는 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)의 반대 방향으로만 조명이 가능하다.
예를 들어, 본 발명에 따른 투명 스마트 광원(200A)이 창문형 조명으로 구현된 경우, 반사 상태에서는 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)에 의해 실내쪽으로만 조명 방향을 조절할 수 있다. 이 때, 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)는 광원으로서의 역할뿐만 아니라 외부의 빛이 들어오는 것을 차단하는 커튼의 역할도 할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 투명 OLED(100a)에 반사율/투과율 가변 소자(300)가 집적된 구조에 대하여 설명하였지만, 반사율과 투과율의 조절이 가능한 스마트 유리를 제작하여 상기 스마트 유리를 투명 OLED(100a)의 하부 기판 또는 상부 기판으로 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 투명 스마트 광원(200A)의 두께와 무게를 줄이기 위해, 상기 반사율/투과율 가변 소자(300)의 제1, 2 유리 기판(310a, 310b)을 상기 투명 OLED(100a)의 하부/상부 기판으로 사용하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 스마트 광원(200B)을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 스마트 광원(200B)은 상기 투명 OLED(100a)의 배면과 전면에 제1, 2 반사율/투과율 가변 소자(300a, 300b)가 각각 집적되어 있다.
상기 제1, 2 반사율/투과율 가변 소자(300a, 300b)가 모두 투명 상태일 때에는 양방향으로 조명이 가능하다. 하지만, 상기 제2 반사율/투과율 가변 소자(300b)가 반사 상태가 되면 상기 제1 반사율/투과율 가변 소자(300a)의 방향으로 조명이 가능하며, 반대로 상기 제1 반사율/투과율 가변 소자(300a)가 반사 상태가 되면 상기 제2 반사율/투과율 가변 소자(300b)의 방향으로 조명이 가능하다.
즉, 도 4에 도시된 투명 스마트 광원(200B)은 제1, 2 반사율/투과율 가변 소자(300a, 300b)에 의해 투명 OLED(100a)의 배면 방향, 전면 방향, 양방향 중 어느 하나의 방향으로 조명 방향을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 각 조명 방향에서의 빛의 세기도 조절이 가능하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투명 스마트 광원(200C)을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 투명 스마트 광원(200C)에는 외부로부터의 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양 전지(500)가 더 구비되어 있다.
상기 태양 전지(500)는 실리콘(a-Si), CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물), 유기물(카드늄, 텔루라이드 화합물) 중 어느 하나를 이용하여 박막 형태로 구성될 수 있으며, 일반적으로 사용되는 투명 전지와 그 구성 및 동작이 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
즉, 상기 투명 스마트 광원(200C)은 조명으로서의 역할 뿐만 아니라 전력 생성의 역할과, 외부의 광이 실내로 들어오는 것을 막아주는 커튼의 역할도 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투명 스마트 광원은, 투명 OLED에 집적된 반사율/투과율 가변 소자를 통해 투명 OLED로부터 방출되는 빛의 반사율과 투과율을 조절할 수 있으며, 이에 따라 간단하게 조명 방향을 조절할 수 있는 잇점이 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 OLED를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 스마트 광원을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 있어서 반사율/투과율 가변 소자의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 스마트 광원을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투명 스마트 광원을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : OLED
110 : 하부 기판 130 : 애노드 전극
150 : 유기 발광층 170 : 캐소드 전극
190 : 상부 기판
200 : 투명 스마트 광원
100a : 투명 OLED
300, 300a, 300b : 반사율/투과율 가변 소자
310a, 310b : 제1, 2 유리 기판
330 : 금속 박막 350 : 전해질층
370 : 투명 박막
500 : 태양 전지

Claims (10)

  1. 전면 발광과 배면 발광의 양방향 발광이 가능한 투명 OLED; 및
    인가 전압의 극성 및 크기에 따라 반사율/투과율이 가변되어 상기 투명 OLED로부터 발광된 빛을 반사시키거나 투과시켜 조명 방향을 조절하는 반사율/투과율 가변 소자를 포함하고,
    상기 반사율/투과율 가변 소자는 인가 전압의 극성 및 크기에 따라 반사율/투과율이 가변되어 투명 상태, 불투명 상태, 반사 상태로 변하고,
    상기 반사율/투과율 가변 소자가 투명 상태일 때에는 상기 투명 OLED의 양방향으로 조명이 가능하고, 반사 상태일 때에는 상기 반사율/투과율 가변 소자의 반대 방향으로 조명이 가능하며,
    상기 반사율/투과율 가변 소자는 상기 투명 OLED의 배면과 전면 중 어느 한쪽에 집적되거나 상기 투명 OLED의 배면과 전면 양측에 집적되는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 반사율/투과율 가변 소자는,
    제1 유리 기판;
    상기 제1 유리 기판 상부에 형성되며 수소 이온과 반응하여 투명해지는 금속 박막;
    상기 금속 박막에 수소 이온을 공급하거나 상기 금속 박막으로부터 수소 이온을 전달받아 저장하는 전해질층;
    상기 전해질층을 사이에 두고 상기 금속 박막에 대응하여 형성된 투명 박막; 및
    상기 투명 박막 상부에 형성된 제2 유리 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 금속 박막은 수소 이온과 반응하면 투명해지는 Gd-Mg, Mg-Ni의 금속 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 박막과 상기 투명 박막에 (-) 극성의 전압과 (+) 극성의 전압이 각각 인가된 경우, 상기 금속 박막은 상기 전해질층으로부터 공급된 수소 이온과 반응하여 빛을 투과시킬 수 있는 투명 상태가 되는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 박막으로의 수소 이온 공급이 중지되도록 상기 금속 박막과 상기 투명 박막에 소정 임계치 미만의 크기를 갖는 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압이 각각 인가된 경우, 상기 금속 박막은 내부에 남아있는 수소 이온과 반응하여 소정의 반사율과 투과율을 가진 불투명 상태가 되는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 금속 박막 내부에 남아있는 수소 이온이 상기 전해질층으로 이동되도록 상기 금속 박막과 상기 투명 박막에 소정 임계치 이상의 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압이 각각 인가된 경우, 상기 금속 박막은 외부의 빛을 반사시키는 반사 상태가 되는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    외부로부터의 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양 전지를 더 포함하고, 상기 태양 전지는 상기 반사율/투과율 가변 소자와 상기 투명 OLED 사이에 집적되거나, 상기 반사율/투과율 가변 소자를 사이에 두고 상기 투명 OLED와 대향하도록 상기 반사율/투과율 가변 소자에 집적되는 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 반사율/투과율 가변 소자는 인가 전압에 따라 반사율/투과율이 가변되는 스마트 유리인 것을 특징으로 하는 조명 방향의 조절이 가능한 투명 스마트 광원.
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