KR101277439B1 - High Efficiently Light Extractable Glass Substrate and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 조명, 태양전지, 평판 디스플레이 패널에 사용되는 유리 기판의 광 추출효율 향상을 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 에칭 용액에 유리 기판을 액침하여 수 초 내지 수 분간 방치한 후, 세정하면 유리 기판 표면에 나노 내지는 마이크로 사이즈의 딤플이 다수 랜덤하게 분포하여 광 추출효율을 25 내지 30 % 이상으로 향상시킨다. The present invention is to improve the light extraction efficiency of the glass substrate used in LED lighting, solar cells, flat panel display panels.
According to the present invention, a glass substrate is immersed in an etching solution and left for a few seconds to several minutes, and then washed, a plurality of nano- or micro-sized dimples are randomly distributed on the surface of the glass substrate, thereby increasing light extraction efficiency to 25 to 30% or more. Improve.
Description
본 발명은 OLED 조명, 태양전지, 또는 디스플레이 패널에 사용되는 유리 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 특별하게는 상기 소자에 사용되는 유리 기판의 투광도를 향상시키는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 OLED 조명, 태양전지, 평판 디스플레이 패널에 사용되는 유리 기판은 각종 구동 소자 등을 형성한 쪽과 빛이 투과되어 발광 면을 형성하는 쪽이 있으며, 그중 발광면을 형성하는 유리 기판은 발광된 빛이 유리 기판 밖으로 많이 빠져나올수록 유리하다. In general, glass substrates used in OLED lighting, solar cells, and flat panel display panels have a side on which various driving elements are formed and a side on which light is transmitted to form a light emitting surface, among which a glass substrate forming a light emitting surface is emitted. The more light escapes out of the glass substrate, the better.
특히, OLED 조명의 경우, 인광 유기재료의 개발로 인해 OLED의 내부양자효율은 100%이지만 도 1에서 보듯이 발광층에서 생성된 빛의 약 50 %는 층 간의 웨이브가이드(waveguide) 형성으로 인해 측면으로 빠져나가 버리고 약 30 %는 전반사를 통해 소멸된다. In particular, in the case of OLED lighting, the internal quantum efficiency of the OLED is 100% due to the development of phosphorescent organic materials, but as shown in FIG. 1, about 50% of the light generated in the light emitting layer is formed on the side surface due to the formation of waveguides between the layers. Exit and throw away about 30% is lost through total reflection.
따라서 내부에서 생성된 빛의 약 20 %만이 실제 소자 밖으로 나올 수 있어 OLED의 외부양자효율은 낮은 편이다. 이를 해결하기 위해 (즉, 소자 내부에 갇혀있는 빛을 밖으로 추출하기 위해) 도 2와 같이 소자 내부에 별도의 층을 삽입하는 기술들이 연구되고 있다. 저 굴절율(Low refractive index)를 갖는 층을 투명 애노드(anode) 전극과 기판 사이에 삽입함으로써 전반사로 인한 빛 손실을 줄일 수 있다. 이러한 효과는 미세 캐비티(micro cavity) 층을 삽입하여 더 증대될 수 있으며, 빛을 산란(scattering) 하는 층을 삽입하여 비슷한 효과를 얻을 수 있다. 또한 소자외부 즉, 유리 기판에 별도의 필름(out coupling film) 또는 미세 렌즈 어레이 필름(micro lens array film)을 부착하여 빛 추출 효율을 높일 수 있다. Therefore, only about 20% of the light generated inside can come out of the actual device, so the external quantum efficiency of OLED is low. In order to solve this problem (ie, extracting light trapped inside the device to the outside), as shown in FIG. Light loss due to total reflection can be reduced by inserting a layer having a low refractive index between the transparent anode electrode and the substrate. This effect can be further enhanced by inserting a micro cavity layer, and a similar effect can be achieved by inserting a layer that scatters light. In addition, a light extraction efficiency may be enhanced by attaching an out coupling film or a micro lens array film to the outside of the device, that is, the glass substrate.
그러나 이와 같은 방법은 고가의 공정이 되며 번거로운 노력을 요하며, 광 추출 효율, 즉, 광 투과율 또한 기대하는 만큼 향상되지 않고 있다. However, such a method is an expensive process and requires a lot of effort, and the light extraction efficiency, that is, the light transmittance, is not improved as expected.
따라서 본 발명의 목적은 좀 더 간편하고 저비용의 공정으로 광 추출효율을 높일 수 있는 유리 기판을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to provide a glass substrate that can increase the light extraction efficiency in a more simple and low-cost process.
본 발명은, 플루오르(F) 이온을 포함하는 에칭 용액에 유리 기판을 액침(dipping) 하여 유리 기판 면에 딤플이 랜덤 하게 다수 형성된 후 에칭 용액으로부터 꺼내어 제조하는 것을 특징으로 하는 고효율 광 추출이 가능한 유리 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 액침 공정은 플루오르(F) 이온을 포함한 상온의 에칭 용액에 1 초 내지 10 분 동안 유리 기판을 침지 하는 것을 특징으로 하는 고효율 광 추출이 가능한 유리 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, a glass substrate is immersed in an etching solution containing fluorine (F) ions, and a plurality of dimples are randomly formed on the surface of the glass substrate, and then removed from the etching solution. It is possible to provide a method for manufacturing a substrate.
In addition, the present invention, the immersion process is to provide a method of manufacturing a glass substrate capable of extracting high efficiency light, characterized in that the glass substrate is immersed in the etching solution at room temperature containing fluorine (F) for 1 second to 10 minutes. Can be.
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본 발명에 따르면, 유리 기판에 형성된 나노 내지는 마이크로 사이
즈의 딤플로 인해 종래 유리 기판 표면에서 반사되던 빛이 오목렌즈의 구면과 같은딤플 표면을 통해 굴절을 일으키면서 유리 기판을 투과하게 되며, 유리 기판이 얇아진 상태이므로 종전에 비해 유리 기판 내에서 흡수되는 빛도 감소하여 전체적으로 광 투과율을 95 % 이상으로 향상시킬 수 있다.According to the present invention, between nano and micro formed on a glass substrate
Due to the dimple of the glass, light reflected from the surface of the glass substrate is transmitted through the glass substrate by refraction through the dimple surface such as the spherical surface of the concave lens, and since the glass substrate is thinned, it is absorbed in the glass substrate. Light can also be reduced to improve the overall light transmittance to 95% or more.
도 1은 종래 OLED 조명의 광 경로 및 광 투과율을 나타내는 단면도이다.
도 2는 OLED 조명의 광 투과율을 향상시키기 위한 종래 기술의 시도들을 나타내는 단면도들이다.(도 1 및 도 2는 인포메이션 디스플레이 2009년 제10권 제6호에 수록되었던 그림이며, 박종운, 이종호, 신동찬 저자님들의 허락으로 본 명세서에 게재하였습니다.)
도 3은 일반적인 유리 기판의 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 유리 기판에 딤플을 형성한 고 투과율 유리 기판의 표면을 나타내는 각각 다른 배율의 SEM 사진들이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과율 유리 기판을 채용한 OLED 조명의 발광 사진이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고 투과율 유리 기판을 채용한 OLED 조명의 발광 사진이다.1 is a cross-sectional view showing a light path and a light transmittance of a conventional OLED lighting.
Figure 2 is a cross-sectional view showing the prior art attempts to improve the light transmittance of OLED lighting. (Figures 1 and 2 are images shown in Information Display, Vol. 10, No. 6, 2009. Posted in this specification with permission of)
3 is a SEM photograph of the surface of a general glass substrate.
4 are SEM images at different magnifications showing the surface of a high transmittance glass substrate having dimples formed thereon in accordance with the present invention.
5 is a light emitting photograph of an OLED light employing a high transmittance glass substrate according to an embodiment of the present invention.
6 is a light emitting photograph of an OLED light employing a high transmittance glass substrate according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 유리 기판을 액침할 때 필요한 에칭 용액을 준비한다.First, the etching solution required when immersing a glass substrate is prepared.
에칭 용액은 플루오르(F) 이온을 포함하는 것으로 제조하며, 증류수 및/또는 구연산(이에 한하지 않음) 등의 약산을 혼합하여 스프레이와 같이 유리 기판에 외압을 가하는 방식으로 유리 기판에 대해 에칭 성능을 평가하여 제조한다. 이때 분당 수 μm 이내의 식각 능력을 구비할 수 있는 조성비를 선택하여 제조함이 생산성 측면에서 바람직하다. The etching solution is prepared by containing fluorine (F) ions, and performs etching performance on the glass substrate by applying an external pressure to the glass substrate such as a spray by mixing distilled water and / or weak acid such as but not limited to citric acid. Evaluate and prepare. In this case, it is preferable to select a composition ratio capable of having an etching ability within several μm per minute in terms of productivity.
이때 사용되는 유리 기판의 두께는 제한이 없으나 본 실시예에서는 0.2 mm 내지 2 mm의 유리 기판을 사용하였고, 에칭 용액은 F 이온을 포함하는 산성 용액으로 조성하지만 그 조성비를 어느 하나의 수치범위로 한정할 필요는 없고 스프레이 노즐과 그 분사 압력을 조절하면서 유리 기판에 분사하는 에칭 테스트 결과 분당 수 μm 이내로 유리 기판이 식각 될 수 있으면 만족스러운 에칭 용액이 될 수 있다. 이러한 식각 능력 또한 예시적인 것이나 생산성 등을 고려하여 상기와 같은 식각 능력을 가진 에칭 용액을 선택한 것이다. At this time, the thickness of the glass substrate used is not limited, but in this embodiment, a glass substrate of 0.2 mm to 2 mm was used, and the etching solution is composed of an acid solution containing F ions, but the composition ratio is limited to any one numerical range. There is no need to do this, and the etching test that sprays the glass substrate while controlling the spray nozzle and its spraying pressure can be a satisfactory etching solution if the glass substrate can be etched within a few μm per minute. The etching ability is also an example, in consideration of productivity and the like is selected an etching solution having the above etching ability.
유리 기판의 재질도 제한되지 않으나 본 실시예에서는 0.2 mm 내지 2 mm 사이의 소다 라임 유리 기판을 사용하였고, F 이온의 농도에 차등을 두면서 고정된 분사압력(0.5 내지 2 kgf/cm2)을 가진 스프레이 분사 에칭 테스트를 거쳐 에칭 용액을 여러 가지 혼합비로 조성하였다. 이러한 에칭 용액의 제조는 예시적인 것이며, 에칭 용액의 제조는 F 이온의 농도, 분사압력, 그에 따른 식각 능력과 함께 후술할 액침 공정의 시간을 상호 조절함으로써 얼마든지 다양한 조합의 실시예가 있을 수 있다. The material of the glass substrate is also not limited, but in this embodiment, a soda lime glass substrate between 0.2 mm and 2 mm is used, and has a fixed spray pressure (0.5 to 2 kgf / cm 2 ) with a difference in concentration of F ions. The etching solution was prepared by spray spray etching test at various mixing ratios. The preparation of such an etching solution is exemplary, and the preparation of the etching solution may have various combinations of embodiments by mutually controlling the time of the immersion process to be described later along with the concentration of the F ions, the injection pressure, and the etching ability thereof.
상기와 같이 제조된 에칭 용액을 실온에서 수조에 채우고 유리 기판을 침지하여 수 초 내지 수 분간 액침 상태로 두면, 유리 기판에 수 nm 내지 수 μm 사이즈의 나노 내지는 마이크로 딤플이 도 4의 사진과 같이 형성된다. 도 4의 좌측 사진에 비해 우측 사진은 고배율 사진이다. 이는 도 3의 액침 공정 실시 이전의 일반적인 유리 기판의 표면과 비교될 수 있으며, 나노 내지는 마이크로 딤플의 크기는 도 4와 같이 랜덤하다. 이러한 나노 내지는 마이크로 딤플은 오목 렌즈와 같이 빛을 발산시키면서 난반사를 일으키는 것과 같이 작용하며, 평면의 경계면에서 일어나는 전반사 등을 방지하여 더욱 많은 빛을 유리 기판 밖으로 투과되게 한다.
소정의 식각 능력을 가진 에칭 용액에 대하여, 액침 시간이 너무 짧으면 딤플의 형성 정도가 만족스럽지 못하여 빛의 투과율이 향상되지 않으며, 수 분을 넘긴 액침은 생산성을 해하고, 또한 유리 기판이 뿌옇게 흐려지는 백화 현상이 나타날 수 있으므로 최적의 액침 시간을 선택할 필요가 있다. 액침 시간은 상술한 바와 같이 에칭 용액의 식각 능력과 유리 기판의 두께 등에 의해 최적의 선택으로 조절할 수 있다.
When the etching solution prepared as described above is filled in a water bath at room temperature, and the glass substrate is immersed and left in the immersion state for several seconds to several minutes, nano to micro dimples having a size of several nm to several μm are formed on the glass substrate as shown in the photograph of FIG. 4. do. Compared with the left photograph of FIG. 4, the right photograph is a high magnification photograph. This can be compared with the surface of a typical glass substrate before the immersion process of Figure 3, the size of the nano or micro dimple is random as shown in FIG. These nano- or micro-dimples act as if they cause diffuse reflection while emitting light like a concave lens, and prevent more total reflection occurring at the interface of the plane to allow more light to pass through the glass substrate.
For an etching solution having a certain etching ability, if the immersion time is too short, the degree of dimple formation is not satisfactory, and the light transmittance does not improve. It may be necessary to select the optimal immersion time. As described above, the immersion time can be adjusted to an optimal selection by the etching ability of the etching solution and the thickness of the glass substrate.
나노 내지는 마이크로 딤플은 유리 기판의 양면에 형성할 수 있으나, 마스크 또는 필름 등을 이용하여 한쪽 면에만 형성할 수도 있다.Nano to micro dimples may be formed on both surfaces of the glass substrate, but may also be formed on only one surface by using a mask or a film.
이후, 나노 내지는 마이크로 딤플이 형성된 유리 기판을 세정한다. 세정 공정은 다음과 같다.Thereafter, the glass substrate on which the nano or micro dimples are formed is cleaned. The cleaning process is as follows.
상기 유리 기판을 증류수에 10 분 이내로 1 차 침적하고, 다시 새로운 증류수에 10분 이내로 2 차 침적하여 강산용액의 성분을 희석한다. The glass substrate is first immersed in distilled water within 10 minutes, and further immersed in fresh distilled water within 10 minutes to dilute the components of the strong acid solution.
다음, 에칭 공정을 마친 유리 기판을 수산화나트륨(NaOH)과 같은 알칼리 수용액으로 세정하여 중화반응을 통해 유리 기판에 잔류하여 유리 기판을 부식시킬 수 있는 에칭 용액의 산성 성분을 제거한다.Next, the glass substrate after the etching process is washed with an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide (NaOH) to remove the acidic components of the etching solution that may remain on the glass substrate through the neutralization reaction to corrode the glass substrate.
상기 단계에서 사용되는 알칼리 용액의 PH는 12±2이며, 처리온도는 45±5 ℃ 이고, 처리시간은 10분 정도로 함이 바람직하나 이에 한정되지 않고 각 변수를 상호 조절하여 변형할 수 있다. The pH of the alkaline solution used in the step is 12 ± 2, the treatment temperature is 45 ± 5 ℃, the treatment time is preferably about 10 minutes, but is not limited to this can be modified by mutual control of each variable.
처리방법은 세정하고자 하는 유리기판을 컨베이어에 실어 수평 이송하면서 노즐에 의해 수산화나트륨 용액을 스프레이식으로 유리기판의 위 아래로 분사시켜 유리기판을 전체적으로 세정한다. 노즐의 분사 압력은 1.5 ± 0.5 kgf/cm2 으로 하고, 유리기판의 이송속도는 세정에 적절하도록 1.0 내지 1.5 m/min., 바람직하게는 1.2 m/min. 로 한다.In the treatment method, the glass substrate to be cleaned is conveyed on a conveyor and horizontally transported, so that the sodium hydroxide solution is sprayed up and down the glass substrate by a nozzle to clean the glass substrate as a whole. The injection pressure of the nozzle is 1.5 ± 0.5 kgf / cm 2 , the feed rate of the glass substrate is 1.0 to 1.5 m / min., Preferably 1.2 m / min. Shall be.
다음, 수산화나트륨 수용액의 강알칼리 성분이 유리 기판에 잔류하지 않도록 유리 기판을 약산으로 세정한다. 사용되는 약산으로는 구연산, 아세트산, 탄산 등이며, 그 PH는 약 3 내지 4로 하여 사용할 수 있다. 약산에 의한 세정 처리 온도는 상온 내지 60 ℃ 정도로 할 수 있으며, 바람직하게는 45±5 ℃ 이고, 세정 방식은 세정하고자 하는 유리기판을 컨베이어에 실어 수평 이송하면서 노즐에 의해 약산 용액을 스프레이식으로 유리기판의 위 아래로 분사시켜 유리기판을 전체적으로 세정하는 방식을 채택한다. 노즐의 분사 압력은 1.0 ± 0.5 kgf/cm2으로 하고, 유리기판의 이송속도는 세정에 적절하도록 1.0 내지 1.5 m/min., 바람직하게는 1.2 m/min.로 한다. 이러한 세정 조건은 예시적인 것으로 변수들을 상호 조절하여 다른 선택으로도 최적화할 수 있다.Next, the glass substrate is washed with a weak acid so that the strong alkali component of the aqueous sodium hydroxide solution does not remain on the glass substrate. The weak acid used is citric acid, acetic acid, carbonic acid, and the like, and the pH thereof can be used at about 3-4. The cleaning treatment temperature by the weak acid may be about room temperature to about 60 ° C., preferably 45 ± 5 ° C., and the cleaning method may be performed by horizontally transporting the glass substrate to be cleaned on a conveyor and spraying the weak acid solution by the nozzle. It adopts a method of cleaning the glass substrate as a whole by spraying up and down the substrate. The injection pressure of the nozzle is 1.0 ± 0.5 kgf / cm 2 , the feed rate of the glass substrate is 1.0 to 1.5 m / min., Preferably 1.2 m / min. These cleaning conditions are exemplary and can be adjusted to other choices by coordinating the parameters.
상기 약산 세정 단계 이후, 유리 기판을 증류수(순수)로 세정하여 세정 단계를 마감한다.After the weak acid cleaning step, the glass substrate is washed with distilled water (pure water) to finish the cleaning step.
상기 공정을 통해 나노 내지는 마이크로 딤플이 형성된 유리 기판에 대해 광원을 이용하여 투광도를 테스트하였으며 그에 대한 사진이 도 5 및 6이다.
도 5와 6은 동일 에칭 용액 하에서 액침 시간의 차이에 따라 나타나는 나노 내지는 마이크로 딤플이 형성된 유리 기판의 투광도 차이를 육안으로 확인할 수 있음을 알려준다. 따라서 에칭 용액의 조성과 액침 시간에 대한 최적의 투광도를 나타내는 조합을 찾아낼 수 있다.
본 발명에 따라 제작된 나노 내지는 마이크로 딤플이 형성된 유리기판의 광 투과율은 95 % 이상으로 높게 나타난다.
Through the above process, light transmittance was tested using a light source on a glass substrate on which nano or micro dimples were formed, and photographs thereof are shown in FIGS. 5 and 6.
5 and 6 show that the light transmittance difference of the glass substrate in which the nano- or micro-dimples are formed according to the difference in immersion time under the same etching solution can be visually confirmed. Therefore, it is possible to find a combination that shows the optimum light transmittance with respect to the composition of the etching solution and the immersion time.
The light transmittance of the glass substrate on which the nano- or micro-dimples formed according to the present invention is shown is high as 95% or more.
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본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
도면부호 없음No reference sign
Claims (4)
A method of manufacturing a glass substrate with high efficiency light extraction, characterized in that the immersion (dipping) the glass substrate in the etching solution containing fluorine (F) ions are formed by randomly forming a plurality of dimples on the surface of the glass substrate and then taken out from the etching solution. .
The method of claim 2, wherein the immersion process is immersed in the etching solution at room temperature containing fluorine (F) ions for 1 second to 10 minutes.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
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| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |