KR101397067B1 - 광추출 기능을 위한 오엘이디 조명장치 - Google Patents

광추출 기능을 위한 오엘이디 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광추출 기능을 위한 오엘이디 조명장치에 관한 것으로서, 광원 빛의 산란과 광확산 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것인데, 특히 광추출 기능을 위한 광산란 물질을 형성시켜 외부로 방출되는 빛의 비율이 높아지면 전력효율은 물론, 수명도 획기적으로 증가 되어지게 하여 광확산 효율을 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 오엘이디 조명장치는 기판(110), 애노드층(120)과 상기 애노드층(120)에 적층되어 빛을 발하는 유기물층(130) 및 상기 유기물층(130)에 적층되어 유기물층(130)에서 발생하는 빛을 기판 방향으로 반사하는 리플렉터로서 역할도 하는 캐소드층(140)을 포함하여 유기물층에서 발생한 빛의 산란과 확산 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 오엘이디 조명장치에 관한 것이다.

Description

광추출 기능을 위한 오엘이디 조명장치{OLED light source for the light extraction features}
본 발명은 광추출 기능을 위한 오엘이디 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기 전계 발광 소자) 광원 빛의 산란과 광확산 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것인데, 특히 광추출 기능을 위한 광산란 물질을 형성시켜 외부로 방출되는 빛의 비율이 높아지면 전력효율은 물론, 수명도 획기적으로 증가 되어지게 하여 광확산 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 오엘이디 조명에 관한 것이다.
백색 OLED패널이 일반조명용 광원으로 사용되기 위해서는 현재 약점으로 지적되고 있는 상대적으로 낮은 전력효율과 길지 않은 수명의 문제를 해결해야 한다. 효율과 수명의 문제를 해결하기 위해 최근 광추출 기술이 주목받고 있다. LED와 마찬가지로 다층 박막 구조로 되어 있는 OLED는 굴절률이 서로 다른 층을 통과하여 외부 공기로 빛이 방출되기 까지 상당한 비율의 빛이 손실되어 버리는 문제점이 있다.
또한, 종래의 유리 또는 수지기판의 OLED가 사용된 OLED 조명의 경우 빛의 산란과 광산란의 효율이 미비하게 떨어진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판을 폴리머 재질인 Tio2 또는 그래핀 등 광산란 물질로 형성시켜 OLED에서 발생한 빛의 산란과 광추출의 확산 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 오엘이디 조명장치에 관한 것이다.
또한, 광산란과 확산 효율을 향상시킬 수 있도록 광산란층은 굴절률이 서로 다른 이종의 재료를 잘 혼합하여 폴리머 기판위에 도포하기만 하면 되므로 비교적 제조공정이 간단한 장점이 있는 OLED 조명을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리머 기판에 포함되어 있는 광산란 물질의 특징으로 그 효과를 나타낼 수 있다. 그 주내용은 다음과 같이 설명할 수 있다. 385nm 이하 파장의 자외선이 광산란물질(111)에 조사되면 광산란 물질 입자 가전자대 상의 전자가 자외선을 흡수, 전도대로 여기되는 동시에 전자-정공쌍을 생성한다. 상기 광산란 물질(111) 입자의 입경이 적을수록 광자극으로 생성된 전자-전공쌍은 빠른 속도로 입자표면에 도달할 수 있다. 이때, 정공은 입자표면 흡착물질 중의 전자를 탈취하고 전자는 표면의 전자를 받아들여 환원되어 열에너지를 방출하기 때문에 광산란물질(111)은 자외선 흡수 효과를 가질 수 있다.
또한, 광산란물질(111)은 입자가 작으면서 입자수가 매우 많기 때문에 자외선 저지 또는 포획 확률이 크게 제고되고 산란물질은 또한 매우 강한 자외선 산란 능력을 갖게 된다.나노 입자를 혼합한 포토레지스트 용액을 폴리머 기판 위에 스핀 코팅으로 도포하되 그 위에 ITO와 유기 발광층, Ag캐소드 등을 증착하여 제조한 OLED 소자에서 약 2배 정도의 광추출 효율 증대의 효과가 나올 수 있는 오엘이디 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리머 수지로 된 기판을 준비하는 단계, 기판상에 골(VALLEY)을 형성시키는 단계, 기판상에 전도체를 증착시키는 단계, 증착된 전도체를 식각하는 단계, 및 기판상에 애노드층과 유기물층을 적층시키는 단계를 포함하는 오엘이디 조명 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 오엘이디 조명은 폴리머 재질인 기판으로 OLED에서 발생한 빛의 산란과 광확산 효율을 향상시켜 광추출에 의한 외부로 방출되는 빛의 비율이 높아지면 전력 효율은 물론 수명도 획기적으로 증가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 OLED 조명은 다른 이종의 재료를 잘 혼합하여 폴리머 기판위에 도포하기만 하면 되므로 비교적 제조공정이 간단한 장점이 있으며, 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치의 단면도.
도 2 내지 도5는 광산란 물질 포함되어 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치에 대한 복수의 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치는 기판(110), 애노드층(120)과 상기 애노드층(120)에 적층되어 빛을 발하는 유기물층(130) 및 상기 유기물층(130)에 적층되어 유기물층(130)에서 발생하는 빛을 기판 방향으로 반사하는 리플렉터로서 역할도 하는 캐소드층(140)을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치의 휘도를 보충하기 위해, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)의 일측면에 위치하고, 복수 개의 발광 다이오드(LED:LIGHT EMITTING DIODE)로 이루어져 상기 기판(110)의 일측면에 대향하는 타측면을 향해 빛을 발하는 보조광원(250); 포함하여 이루어진다.
상기 기판(110)에서는 상기 유기물층(130)에서 조사되는 빛과 상기 보조광원(250)에서 조사되는 빛의 충돌이 발생하게 된다.
상기 기판(110)은 합성수지로 이루어질 수 있으며, 빛의 간섭과 회절율을 높여서 본 발명에 따른 오엘이디 조명의 휘도가 그 만큼 향상시키고 효율도 향상 시키기 위해서, 기판 제작시 합성수지에 촉매를 첨가할 수도 있다.
유기물층의 굴절율을 20%로 가정하면 기판(110) 외부로 방출되는 빛은 단지 약 20%정도가 된다. 나머지 80%는 유기박막과 기판(110) 내를 옆방향으로 다중반사를 하면서 도파하여 기판(110) 양끝면에 방출되거나 또는 도중의 음극금속 표면에서 없어지게 된다.
실제로 소자의 기판(110) 단면을 관찰하면 강한 빛이 방출되고 있음을 관찰할 수 있으며, 캐소드층(140)에서의 반사 성분과 간섭 현상을 일으키는 경우 광방출효율은 29%로 높아진다.
이들은 어느 경우에도 발광분자의 쌍극자가 무질서하여 발광시 이방성이 없는 경우로서, 공영계 고분자이면서 쌍극자가 분자 축에 인접해 있는 경우는 기판(110) 면에 평행한 방향으로 쌍극자가 모이는 가능성이 있으며 이 경우 광방출효율이 증가한다.
상기 기판(110)을 이루는 재질은 우수한 자료인 폴리머 재질이며 투과율, 면저항, 기계적 성질 그리고 열팽창계수가 우수한 재료인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리에테르설폰(PES) 등이 있다.
특히, 상기 폴리에테르설폰(PES)은 비결정성, 고내열성, 투명성 고분자로서 223의 Tg를 가지며, 최대 사용 고정온도(180)가 높고, 550nm에서 광투과도가 88% 전후로서, 설폰(Sulfone) 그룹은 강성도(stiffness)를 증가시키고 다른 그룹은 유연성을 부여하나 케톤(ketone)계 용매에 대해 내화학성은 약하다.
또한, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)은 글라스(Glass)에 비하여 경량이고 잘 깨지지 않으면서, 성형, 절단, 가공이 쉬운 특징을 가지고 있다.
상기 기판(110)에 포함된 광산란물질은 산화티타늄(TiO2) 그래핀(Graphine) 실리콘 옥사이드(SiO2) 실리콘 나이트라이드(SiN) 및 아크릴레이트(Acrylate)등의 물질들로 구성되는 경우가 많다.
이는, 385nm 이하 파장의 자외선이 광산란물질(111)에 조사되면 광산란 물질 입자 가전자대 상의 전자가 자외선을 흡수, 전도대로 여기되는 동시에 전자-정공쌍을 생성한다. 상기 광산란 물질(111) 입자의 입경이 적을수록 광자극으로 생성된 전자-전공쌍은 빠른 속도로 입자표면에 도달할 수 있다. 이때, 정공은 입자표면 흡착물질 중의 전자를 탈취하고 전자는 표면의 전자를 받아들여 환원되어 열에너지를 방출하기 때문에 광산란물질(111)은 자외선 흡수 효과를 가질수 있다.
또한, 광산란물질(111)은 입자가 작으면서 입자수가 매우 많기 때문에 자외선 저지 또는 포획 확률이 크게 제고되고 산란물질은 또한 매우 강한 자외선 산란 능력을 갖게 된다.
이러한 광산란 물질(111)의 특성을 이용하여 본 실시 형태의 오엘이디 조명장치에서는 상기 애노드층(120), 유기물층(130)을 포함하는 금속전극(140)에 적층된 유기물층(130)은 오엘이디 패널을 구동하는 구동회로와 연결되어 인가되는 구동전압에 의해 빛을 발생시킨다.
한편, 유기물층(130) 내에서 발생한 빛은 상기 애노드층(120) 그리고 기판(110)을 통하여 소자 외부로 방출한다. 상기 보조광원(250)은 복수의 발광 다이오드(LED)로 구성되며, 상기 기판(210)의 측면에서 빛을 조사한다.
상기 보조광원(250)의 빛은 기판(210) 내부에서 반사를 통해 기판의 외부로 빛이 발산되거나, 상기 유기물층(230)에서 조사되는 빛과 충돌하여 굴절, 간섭 및 회절을 통해 기판(210)의 외부로 빛을 발산하게 된다.
도 2 내지 도 5을 참조하여, 상술한 본 발명에 따른 오엘이디 조명이 빛을 더욱 균일하게 외부로 발산할 수 있도록 하기 위해 보조광원(250)이 포함된 실시예에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 기판(210)은 상기 애노드층(220)과 접촉하는 면에 패턴(212)이 형성되어, 상기 유기물층(230)과 상기 보조광원(250)에서 조사되는 빛의 충돌횟수를 증가시킴으로써, 빛의 밝기가 균일하게 분포되어 외부로 발산하도록 한다.
상기 패턴(212)은 평평한 합성수지 기판(210)을 팁(TIP)으로 긁거나 레이져 커팅을 통해 ``자형의 골(VALLEY)로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 ``자형의 골에는 전도체(212)인 백금(Pt) 또는 은(Ag)이 채워져 상기 유기물층(230)과 상기 보조광원(250)에서 조사되는 빛의 충돌횟수를 증가시킴으로써 빛의 밝기가 더욱 균일하게 분포되어 외부로 발산되도록 한다.
전도체(212)인 상기 은(Ag) 또는 백금(Pt)은 비록 불투명한 물리적 성질 때문에 상기 유기물층(230)과 상기 보조광원(250)에서 발생하는 빛을 반사시키기도 하지만, 본 발명에서는 극히 미세한 크기로 존재하기 때문에, 상기 유기물층(230)과 상기 보조광원(250)에서 발생하는 빛이 충분히 투과되어 굴절될 수 있다.
도 3 및 도 4는 상기 애노드층(320)의 접촉면과 대향하는 기판(310)의 타측면에 형성된 패턴(312)이 형성된 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 애노드층(320)과의 접촉면과 대향하는 기판(310)의 타측면에 형성된 패턴(312)이 오목하게 음각으로 패터닝되어 있는데, 오목한 형상의 상기 패턴(312) 역시 상기 유기물층(330)과 상기 보조광원(350)에서 생성된 빛을 균일하게 분포되어 외부로 발산되도록 한다.
이때, 상기 보조광원(350)에서 조사되는 빛은 오목한 음각 패턴(312)에 1차로 반사되고 상기 유기물층(330) 상에 적층된 캐소드층에서 2차로 반사되어 상기 기판(310)으로 조사되게 된다.
위와 같은 반사과정을 통해 상기 보조광원(350)에서 조사되는 빛의 이동거리가 연장됨에 따라, 상기 유기물층(330)에서 조사되는 빛과의 충돌확률이 높아지게 되고, 빛들 간의 간섭률과 회절률이 향상되어 결국 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치의 휘도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 애노드층(420)과의 접촉면과 대향하는 기판(410)의 타측면에 형성된 패턴(412)이 볼록하게 양각으로 패터닝되어 있는데, 볼록한 형상의 상기 패턴(412)은 상기 유기물층(430)과 상기 보조광원(450)에서 생성된 빛을 균일하게 분포되어 외부로 발산되도록 한다.
기존에 20% 정도인 광방출 효율을 향상시키기 위해 본 발명에서는 마이크로 렌즈 어레이를 기판(410)에 배치시키는 방법 즉, 상술한 바와 같이 볼록한 형상의 패턴(412)을 기판(410)에 형성시키는 방법을 실시한다.
위와 같은 볼록한 형상의 패턴(412)을 기판(410)에 형성시키는 방법 외에도 실리카 미소공을 펼쳐서 기판(410) 내의 도파성분을 외부로 방출하는 방법이 실시될 수 있다.
상기 기판(410)은 합성수지로 이루어져 빛의 간섭과 회절율이 탁월하기 때문에, 본 발명에 따른 오엘이디 조명장치는 그만큼 휘도가 향상되고 보다 향상된 효율을 위해서 기판 제작시 자체에 촉매를 첨가할 수도 있다.
상기 기판(410)의 오목한 패턴(312)과 볼록한 패턴(412)은 금형과정을 통해 형성되어 진다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예는 상기 유기물층(530)과 접촉하는 기판(510)의 일측면 모서리 부분을 원형지게 하고, 대향하는 타측면 모서리 부분과 단차가 이루어지도록 하여 단차진 부분으로 상기 보조광원(550)이 배치되는 구조이다.
이때, 상기 기판(510)의 원형진 부분은 반사판(560)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
위와 같은 구조는 상기 보조광원(550)에서 발생된 빛의 일부가 반사판(560)으로 이루어진 상기 원형진 부분에서 반사되어 상기 유기물층(530)에서 발생한 빛과 충돌하여 빛이 균일하게 분포되어 외부로 발산되도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.
110, 210, 310, 410, 510 : 기판
111, 211, 311, 411, 511 : 광산란물질(TiO2 등)
212, 312, 412 : 패턴
120, 220, 320, 420, 520 : 애노드층(ITO)
130, 230, 330, 430, 530 : 유기물층(Organic)
140, 240, 340, 440, 540 : 금속전극(Metal)
250, 350, 450, 550 : 보조광원
560 : 반사판

Claims (3)

  1. 일측면의 상부 모서리 부분이 원형지면서 반사판(560)을 이루고, 하부는 단차진 형상의 기판(110);
    상기 기판(110)상에 적층된 애노드층(120);
    상기 애노드층(120)상에 적층된 유기물층(130);
    상기 유기물층(130)상에 적층된 금속전극층(140);
    상기 기판에 포함되는 광산란물질(111); 및
    상기 기판(110)을 향해 빛을 조사하도록, 상기 기판(110)의 단차진 부분에 삽입되는 보조광원;
    을 포함하는 오엘이디 조명장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판(110)은 폴리머 재질인 것을 특징으로 하는 오엘이디 조명장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광산란물질(111)은 산화티타늄(TiO2) 그래핀(Graphine) 실리콘 옥사이드(SiO2 )실리콘나이트라이드(SiN) 및 아크릴레이트(Acrylate) 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 오엘이디 조명장치.
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