KR101376558B1 - 조명장치 - Google Patents

Abstract

제1 전극층(5), 제2 전극층(6) 및 복수의 광시준 수단과 함께 적어도 하나의 연속적 OLED층(4)을 구비한 조명장치에서, 제2 전극층(6)은 시준 수단의 수용각 내에 배열된, 이격된 섹션들(6a) 내의 OLED층(4)과만 전기적으로 접촉한다. 이러한 조명장치는 효율적으로 제조될 수 있으며 에너지 효율이 높다.

제1 전극층, 제2 전극층, 광시준 수단, OLED층, 분리층

Description

조명장치{STRUCTURED OLED WITH MICRO OPTICS FOR GENERATING DIRECTED LIGHT}

본 발명은 유기 발광장치(OLED)를 구비한 조명장치에 관한 것이다.

오늘날 유기 발광장치들은 조명 또는 디스플레이 제품들로의 통합에 쉽게 이용가능하다. 특히, OLED 기술은 극히 얇게 만들어질 수 있으면서, 비교적 넓은 표면 면적으로부터 비추는 조명장치들의 제조를 가능하게 하기 때문에 바람직하다.

OLED는 넓은 빔 발산(beam divergence)을 발생시키는 램버시안 방사 패턴(lambertian radiation pattern)을 보인다. 디스플레이 응용들의 경우, 예를 들어 디스플레이 패널용 광원으로서 OLED층을 이용하는 경우, 램버시안 방사 패턴이 바람직하다. 한편, 예를 들면 차량 응용들에서와 같은, 조명 또는 신호(signaling) 응용들의 경우, 지향된 빔(directed beam)이 요구되는 것이 보통이다. 에텐듀 보존의 법칙(law of etendue conservation) 때문에, OLED와 같은 대면적 광방사체들(large-area light emitters)의 광을 시준하는 것이 문제가 된다.

문헌 EP1051582는 대면적 광방사체를 보이는 조명장치를 개시한다. 생성된 광을 시준하기 위하여, 복수의 투명한 광지향 부재들(transparent light-directing members)이 제공된다. 상기 광지향 부재들 상에는, OLED들과 같은 복수의 반도체 조명장치들이 배열된다. 각각의 반도체 조명장치는 각각의 광지향 부재에 광을 방출하며, 이것은 그 후 소정의 빔 형상이 생성될 수 있도록 시준된다. 이 해법은 대면적 광방사체로부터 지향된 광을 방출하는 조명장치의 구성을 가능하게 하지만, 복수의 OLED들을 구비한 그러한 장치의 제조는 매우 복잡하고 비용이 많이 든다.

따라서, 본 발명의 목적은 지향된 빔이 생성되는 것을 가능하게 하고 효율적이고 저렴하게 제조될 수 있는 OLED 조명장치를 제공하는 것이다. 이 목적은 본원의 청구항 1에 따른 조명장치에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 것이다.

본 발명에 따라서, 적어도 하나의 연속적인 OLED층이 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 개재되며, 이 전극층들은 OLED층의 제1 표면 및 제2 표면의 각각에 전기적으로 접촉한다. 지향된 광빔을 생성하기 위하여, 적어도 제2 전극층에 의해 OLED층으로부터 이격된, 광시준 수단들이 제공된다. 상기 시준 수단의 각각은, 시준 수단에 의해 광이 수용되어 지향된 출력 광빔을 형성하는 수용각(acceptance angle)을 정의한다. 본 발명에서, 시준 수단의 각각의 수용각은 OLED층 상에 수용 영역을 형성하는데, OLED층에서 생성된 광은 이곳으로부터 시준 수단에 의해 수용된다. 본 발명과 관련하여, 수용각들이라는 용어는 복수의 시준 수단들에 의해 정의된 복수의 각도 범위들을 의미한다.

제2 전극층은, 각각의 시준 수단의 수용각 내에 각각 있는 이격된 섹션들(spaced sections) 내의 OLED층과만 전기적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 따라서, OLED층 내의 광의 방출은 수용각들 내에서만 자극된다(stimulated). 유리하게도, 본 발명은 연속적인 OLED층의 이용을 가능하게 하지만, 광이 시준 수단에 의해 수용될 수 없고 따라서 지향된 출력 빔을 형성하는 데에 기여하지 않을 OLED층의 영역들에서는 광이 생성되지 않는다. 본 발명과 관련하여 하나 이상의 섹션들은 시준 수단들의 각각의 수용각 내에 형성될 수 있다.

"OLED층"이라는 용어는 본 발명과 관련하여, 이용된 OLED 기술에 따라, 필요한 방사체(EL), ETL(electron transport) 및 HTL(hole transport layers), 및 임의의 다른 결과적으로 필요한 층을 포함하는 것으로 이해된다.

OLED 구조들 내에서, 광은 OLED층에 도입되는, EL층에서의 전자/정공 쌍들의 재결합(recombination)에 의해 생성된다. 통상적으로, 전자/정공 쌍들을 도입하기 위하여 OLED의 표면들 상에 적절한 전극들이 얇은 판을 이루어 배열된다. 전자/정공 쌍의 재결합에 의해 방출된 에너지는, EL층 내의 분자를 자극하여 소정 파장에서 광자를 방출하여 소정의 컬러 광을 생성하는 여기자(exciton)를 생성한다.

OLED층은, SM-OLED(small-molecule OLED) 및 PLED(polymer-light-emitting-diode)를 포함하는 임의의 상용 OLDE 재료로 형성될 수 있다.

OLED층은 상기 제1 및 상기 제2 전극층들에 의해 전기적으로 접촉된다. 본 발명의 관점에서, OLED층의 상기 제2 표면은 발광면(light emitting surface)으로서 정의될 것이다. 조명장치의 충분한 유효성(efficacy)을 위하여, 제2 전극층은 소정의 파장 범위에서 적어도 부분적으로 투명하다. 예를 들어, 제2 전극층은 가시광 파장범위에서 투명한 ITO(indium-tin-oxide)로부터 형성될 수 있다. 제1 전극층은 투명할 필요가 없으며 예를 들면 금속이나 금속 합금으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, OLED층의 상기 제1 표면에 접촉하는 제1 전극층의 표면은 조명장치의 훨씬 더 높은 유효성을 가능하게 하기 위하여 소정의 파장 범위에서 반사성이어야 한다.

정의된 출력 빔의 형성을 가능하게 하기 위하여, 적어도 상기 제2 전극층에 의해 OLED층으로부터 이격되어, OLED층의 제2 표면, 즉 발광면측에 복수의 광시준 수단들이 배열된다. 복수의 광시준 수단은 OLED층에 의해 방출된 광을 시준한다. 시준 수단은, 구체적인 응용에 따라, 조명 시스템의 광축에 수직인 한 축에서만 광을 시준하거나 바람직하게는 광축에 각각 수직인 두 축에서 광을 시준하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 관점에서, 광축은 OLED층의 제2 표면의 중심에서 제2 표면에 수직하게 정의된다.

시준 수단은, 소정의 출력 빔 형상 및 따라서 필요한 굴절률의 차이에 따라, 임의의 적절한 재료(바람직하게는 유리 또는 폴리머 재료)로 형성될 수 있다. 시준 수단의 재료는 소정의 파장 범위에서 관련된 손실을 유도하지 않도록 선택되어야 하는 것이 당연하다. 광시준 수단은, 폴리머 재료가 이용되는 경우, 바람직하게는 복수의 렌즈들 또는 마이크로렌즈들, 또는 렌즈들이나 마이크로렌즈들의 포일(foil)에 의해 형성될 수 있다. 폴리머 포일의 사용이 특히 바람직한데, 그 이유는 이러한 폴리머 포일은 유리하게 비용효율적인 주입 몰딩 프로세스로 형성될 수 있기 때문이다. 시준 수단은 예를 들면, 원통형 렌즈, 구형 렌즈 또는 CPC(compound parabolic compressor) 시준기일 수 있다.

예를 들어, 굴절률이 소정의 출력 빔 형상에 따라 가변되는 재료를 이용하여, 입사광을 시준하는 단순 형상 소자들을 포함하는 것도 가능할 수 있다. 이러한 소자들은 예를 들면 원통형 굴절률 구배(cylindrical gradient index) 렌즈일 수 있다. 시준 수단은, 응용에 따라서, 추가적인 시준기들, 렌즈들, 렌즈 그룹들, 렌즈 어레이들 또는 이들의 임의의 조합을 더 포함할 수 있다.

복수의 시준 수단의 광학 특성은, 무한 촛점을 갖는 시준된 출력 빔을 형성하기 위하여, 서로 동일할 수 있다. 필요하다면, 복수의 시준 수단들의 각각은 또한 개개의 광학 특성들을 보여, 특정 형상의 출력 빔을 획득할 수도 있다. 여기에서, 각각의 시준 수단은 출력 빔의 특정 형상을 결정하는 전체 "가상 렌즈"의 일 부분을 형성한다. 복수의 단일 시준 소자들에 의해 형성된 이러한 "가상 렌즈"는 유한 요소법(finite elements method)을 이용하여 설계되는 것이 보통이다.

간단한 예에서는, 빔의 가장 바깥쪽 시준 수단은 소정의 촛점에서 광축을 향하도록 광을 지향시키도록 형성될 수 있는 한편, 안쪽의 시준 수단들은 조명장치의 광축을 따라 광을 지향시키도록 형성되어, 소정의 촛점에서 좁은 빔(narrow beam at the defined focal point)을 발생시킨다.

광시준 수단은 제2 전극층 상에 직접 또는 바람직하게는 조명장치의 광축을 따라 소정의 근접도 내에서 형성될 수 있다. 두 번째 경우에서, 제2 전극층과 시준 수단 사이의 갭은 소정의 굴절률을 갖는 재료, 예를 들면 굴절률 매칭 유체로 채워지거나, 단순히 공기로 채워지도록 남겨질 수 있다. 제2 전극층의 소정의 근접도 내의 시준 수단의 구성은 특히, 시준 수단이 차량 램프의 상부 커버와 통합형으로 형성되어 차량 램프의 전체 비용을 절감하는 차량 응용들에서 바람직하다.

복수의 광시준 수단의 각각은 소정의 수용각 내에서만, 즉 OLED층의 표면 상의 소정의 수용 영역 내에서만 시준 수단에 입사된 광을 수용한다. 본 발명에 따르면, 제2 전극층은 이격된 섹션들을 보이므로, 제2 전극층은 광시준 수단의 각각의 수용각 내의 OLED와만 전기적으로 접촉하고 수용각들 사이에서는 전기적으로 접촉하지 않는다.

따라서, 광은 시준 수단의 각각의 수용각 내에서만 생성되는데, 그 이유는 제2 전극층의 형성으로 인하여, 전하 캐리어들이 수용각들 내의 OLED층 내로만 지향되기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 조명장치는 매우 에너지 효율적인데, 그 이유는 시준 수단에 의한 수용이 확보된 영역들에서만 광자들이 생성되기 때문이다. 수용각들의 외부에서 생성된 어떠한 광자도 시준 수단에 의해 수용되지 않을 것이므로 직접적으로 조명장치의 손실에 기여한다. 따라서 본 발명에 따른 장치에서는 OLED층의 복잡한 스트럭쳐링(structuring) 또는 복수의 OLED들의 제조가 필요하지 않으면서, 필요한 곳에서만 광이 생성된다.

시준 수단의 렌즈 변형으로 인하여, 섹션들의 치수의 변화가 출력 빔에서의 개구수(numerical aperture)의 변화를 발생시킬 것이다. 따라서, 시준 수단의 광학 특성들은 일정하게 유지되면서, 섹션들의 치수를 변화시킴으로써 출력 빔의 형상이 제어될 수 있다. 제2 전극층의 각각의 섹션의 치수는, 응용에 따라, 독립적으로 선택되거나 또는 동일할 수 있는 것이 당연하다.

예를 들면 차량 신호 응용들에서와 같은, 많은 응용들에서, 비대칭 빔 형상이 소망된다. 따라서, 섹션들의 가로세로비(aspect ratio)는 비대칭인 것이 바람직하다.

비대칭으로 형성된 섹션들을 제공하는 경우, 시준 수단을 소정의 출력 빔 형상으로 구체적으로 형성하는 것이 불필요한데, 이것은 더욱 비용 효율적이다. 상기에서 설명한 바와 같이 섹션들을 비대칭으로 형성하는 경우, 표준 회전 대칭형(rotation-symmetric) 렌즈들이 이용될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 렌즈 변형으로 인하여, 출력 빔 형상의 개구수는 섹션들의 가로세로비와 동일한 대칭성을 보일 것이다. 예를 들어, 섹션들이 2:1의 가로세로비를 보이면, 광축에 수직인 두 축들에서의 결과적인 빔 폭도 2°:1°가 될 것이다.

출력 빔을 더 성형하기 위하여, 섹션들의 각각의 치수는 OLED층의 범위에 걸쳐 가변될 수 있다. 예를 들어, 출력 빔과 관련하여 가장 바깥쪽의 섹션들은 안쪽의 섹션들보다 더 작은 치수를 보일 수 있다. 이 경우, 빔의 가장 바깥쪽 영역들에서 강도가 감소되며, 이는 예를 들면 차량 응용들에서 소망될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2 전극층은 섹션들 사이에서는(in between) 불연속적이어서, 이 공간들에서는, OLED층에 전하 캐리어들이 도입되지 않는다. 이러한 구조의 전극층은 프린팅 기술들에 의해 또는 각각의 마스크를 통한 피착에 의해 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 제2 전극층의 단일 전극들은 본딩(bonding) 또는 납땜(soldering) 처리를 이용하여 전기 배선에 접촉될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제2 전극층은 적어도 복수의 섹션들에 걸쳐 연속적이며 섹션들 사이에서 분리층에 의해 전기적으로 분리된다. 이 바람직한 실시예는 제2 전극층의 매우 비용 효율적인 제조를 가능하게 하는데, 그 이유는 전극의 스트럭쳐링(structuring)이 불필요하기 때문이다. 분리층은 공지되어 있는 바와 같은 임의의 기술들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 분리층은 OLED층이나 제2 전극층 상에 프린트되거나 페인트되거나 또는 스프레이되는 표준 인쇄 회로 보드들로부터 알려진 분리 래커(isolating lacquer)일 수 있다. 또한, 섹션들 사이의 영역들 내의 전하 캐리어들의 도입이 충분히 차단될 수 있는 한, 표준 반도체들로부터 알려진 임의의 분리층이 이용될 수 있다. 제2 전극층이 모든 섹션들에 걸쳐 연속적인 것이 특히 바람직하며, 이는 훨씬 더 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 단면을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 제2 실시예의 단면을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면.

본 발명은 이하에서 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1을 참조하면, 스택된(stacked) OLED(2) 및 시준 렌즈 어레이(3)로 조명장치(1)가 형성된다. 렌즈 어레이(3)는, 가시광 파장 범위에서 투명한 PMMA(Polymethylmethacrylate)로 형성된다. 렌즈 어레이(3)의 각각의 단일의 렌즈는 도 1에서 점선으로 표시된 수용각을 보인다.

렌즈 어레이(3)로부터 이격되어, 규정된 근접도 내에서 OLED 스택(2)이 제공 된다. OLED 스택(2)은 적어도 OLED층(4) 및, OLED층(4)의 후면에 배열된 제1 연속 전극층(5)을 포함한다. OLED층(4)의 전면(front side)에는 제2 전극층(6)이 제공된다.

제2 전극층(6)은 연속적이지만, 렌즈 어레이(3)의 렌즈들의 수용각들 내에 있는 섹션들(6a) 내의 OLED층(4)과만 접촉된다. 섹션들 사이에는, 분리층(9)이 존재한다. 이 때문에, OLED층(4) 내에서의 광의 생성은 수용각들 내에서만 자극된다. 제1 전극층(5)은 알루미늄과 같은 금속으로부터 제조될 수 있는 한편, 제2 전극층(6)은 가시광 파장 범위에서는 투명한 ITO 전극이다. 도시되어 있지는 않지만, 명료성을 위하여 여기에서는 도시되어 있지 않은 다른 층들이 OLED 스택(2)에 존재할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 렌즈 어레이의 각각의 렌즈는 2.2 mm의 곡률반경(7)을 보인다. OLED 스택(2)과 렌즈 어레이(3) 사이의 거리는 2.3 mm이다. 섹션들(6a)의 길이는 도시된 연장 부분(8)을 따라 0.2 mm이다. 광은 OLED 스택(2)과 대향하는(opposite) 면의 렌즈 어레이(3)로부터 출력된다.

제2 예시적인 OLED 스택(22)의 상세도가 도 2에 따른 본 발명의 제2 실시예에서 도시된다. 도 2는 OLED 스택(22)을 통한 단면을 도시하며, 방출된 광의 방향은 화살표에 의해 표시된다. OLED 스택(22)을 기계적으로 지지하기 위하여 유리 기판(23)이 제공된다. 투명한 제2 전극층이 ITO 전극(24)으로서 형성되고 이 실시예에서는 유리 기판(23) 상에 불연속적으로 배열되어, 각각의 렌즈들의 수용각들 내의 OLED 스택(22)에서만 광이 생성된다. ITO 전극(24)은 적절한 전원에 전기적 으로 접속된다. 알루미늄 전극(33)에 의해 형성되는 제1 전극층에 의해 전원으로의 또 다른 접속이 제공된다. OLED 스택(22)의 완전한 설정은 다음의 표에 상세히 설명된다.

상기 설명된 설정은 백색광 유기 LED를 제공한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 예시적인 설정을 도시하는 평면도이다. 조명장치는 비대칭 형상 출력 빔을 획득하도록 설계된다. 상기에 설명된 바와 같이, OLED층(34)은 분리된 섹션들(35)을 형성하는 불연속적인 제2 전극층에 의해 접촉된다. 섹션들(35)은 점선들로 도시되어 있는 렌즈 어레이의 렌즈들(36) 각각의 수용각 내에 있다.

제2 전극층의 각각의 섹션(35)은 가로세로비 2:1로 비대칭으로 형성된다. 따라서, 출력 빔의 결과적인 빔 각도도 2:1이다. 본 실시예에서, 제2 전극층의 각각의 섹션(35)은 길이가 1mm이고 폭은 0.5mm이다. 각각의 섹션의 대응하는 두 에지들 간의 길이(37)는 2mm이고 길이(38)는 1mm이다. 이 특정한 설정은 각각 20°/10°의 빔폭을 갖는 빔을 발생시키며, 이는 특히 차량 신호 응용들에서 바람직하다. 도 3에 도시된 설정은 또한 FF(fill factor)가 1/8인 것을 보여주는데, 이것은 매우 에너지 효율적이다. 섹션들(35)을 상기 설명된 바와 같이 비대칭으로 형성하는 경우, 유리하게는 표준 회전 대칭형 렌즈들이 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. OLED 스택(2)을 갖는 조명 시스템으로서,

   대향된(opposed) 제1 및 제2 표면을 갖는 적어도 하나의 연속 유기 발광층(4),

   상기 유기 발광층(4)의 상기 제1 표면에 전기 접촉하는 제1 전극층(5),

   상기 유기 발광층(4)의 상기 제2 표면에 전기 접촉하는 제2 전극층(6), 및

   적어도 상기 제2 전극층(6)에 의해 상기 유기 발광층(4)으로부터 이격되며, 수용각(acceptance angle)을 각각 정의하는 복수의 광시준 수단들

   을 포함하고,

   상기 제2 전극층(6)은, 상기 광시준 수단들의 수용각들 내에 배열되는, 이격된 섹션들(6a) 내의 상기 유기 발광층(4)과만 전기적으로 접촉하고, 상기 OLED 스택(2) 및 상기 복수의 광시준 수단들은 상기 OLED 스택(2)의 광축을 따라 규정된 근접도로 이격되는 조명 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광시준 수단들의 분리된 위치는, 규정된 굴절률을 갖는 재료로 채워지는, 상기 광시준 수단들과 상기 OLED 스택(2) 사이의 갭을 정의하는 조명 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 섹션들(6a)의 가로세로비(aspect ratio)는 비대칭인 조명 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 광시준 수단들은 복수의 렌즈에 의해 형성되는 조명 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 광시준 수단들은 폴리머 포일을 포함하는 조명 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극층(6)은 적어도 복수의 섹션들(6a)에 걸쳐 연속적이며, 상기 섹션들(6a) 사이에서(in between) 분리층(isolating layer; 9)에 의해 상기 유기 발광층(4)으로부터 전기적으로 분리되는 조명 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극층(6)은 상기 섹션들(6a) 사이에서(in between) 불연속적인 조명 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 광시준 수단들은 본질적으로 회전 대칭형(rotation-symmetric) 광시준 특성들을 나타내는 조명 시스템.

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