KR101542425B1 - 대면적 유기발광 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대면적 유기발광 패널에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 전방의 관찰자가 유기발광 패널들을 연결시키는 이음새를 인지하지 못하도록, 즉, 이음새가 없는 효과를 구현할 수 있는 대면적 유기발광 패널에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 종횡으로 배열되어 있는 복수 개의 유기발광 패널; 및 상기 복수 개의 유기발광 패널 사이에 형성되어 상기 복수 개의 유기발광 패널을 연결시키고, 상기 유기발광 패널로부터 도파관(wave guiding) 효과에 의해 측방으로 방출되는 빛을 전방으로 굴절시키는 이음새부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널을 제공한다.

Description

대면적 유기발광 패널{LARGE AREA ORGANIC LIGHT EMITTING PANEL}
본 발명은 대면적 유기발광 패널에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 전방의 관찰자가 유기발광 패널들을 연결시키는 이음새를 인지하지 못하도록, 즉, 이음새가 없는 효과를 구현할 수 있는 대면적 유기발광 패널에 관한 것이다.
일반적으로, 발광장치는 크게 유기물을 이용하여 발광층을 형성하는 유기 발광장치와 무기물을 이용하여 발광층을 형성하는 무기 발광장치로 구분할 수 있다. 이중, 유기 발광장치를 이루는 유기발광소자는 전자주입전극(cathode)으로부터 주입된 전자와 정공주입전극(anode)으로부터 주입된 정공이 유기 발광층에서 결합하여 엑시톤(exiton)을 형성하고, 이 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광하는 자체 발광형 소자로서, 저전력 구동, 자체발광, 넓은 시야각, 높은 해상도와 천연색 실현, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있다.
최근에는 이러한 유기발광소자를 휴대용 정보기기, 카메라, 시계, 사무용기기, 자동차 등의 정보 표시 창, 텔레비전, 디스플레이 또는 조명용 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상술한 바와 같은 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키기 위해서는 발광층을 구성하는 재료의 발광 효율을 높이거나 발광층에서 발광된 광을 외부로 추출하는 효율을 향상시키는 방법이 있다.
이때, 광추출 효율은 유기발광소자를 구성하는 각 층들의 굴절률에 의해 좌우된다. 일반적인 유기발광소자의 경우, 발광층으로부터 방출되는 광이 임계각 이상으로 출사될 때, 애노드인 투명전극층과 같이 굴절률이 높은 층과 기판 유리와 같이 굴절률이 낮은 층 사이의 계면에서 전반사를 일으키게 되어, 광추출 효율이 낮아지게 되고, 이로 인해, 유기발광소자의 전체적인 발광 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
이를 구체적으로 설명하면, 유기발광소자는 발광량의 20%만 외부로 방출되고, 80% 정도의 빛은 기판 유리와 애노드 및 정공 주입층, 전공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 유기 발광층의 굴절률 차이에 의한 도파관(wave guiding) 효과와 기판 유리와 공기의 굴절률 차이에 의한 전반사 효과로 손실된다. 즉, 내부 유기 발광층의 굴절률은 1.7~1.8이고, 애노드로 일반적으로 사용되는 ITO의 굴절률은 약 1.9이다. 이때, 두 층의 두께는 대략 200~400㎚로 매우 얇고, 기판 유리의 굴절률은 1.5이므로, 유기발광소자 내에는 평면 도파로가 자연스럽게 형성된다. 계산에 의하면, 상기 원인에 의한 내부 도파모드로 손실되는 빛의 비율이 약 45%에 이른다. 그리고 기판 유리의 굴절률은 약 1.5이고, 외부 공기의 굴절률은 1.0이므로, 기판 유리에서 외부로 빛이 빠져 나갈 때, 임계각 이상으로 입사되는 빛은 전반사를 일으켜 기판 유리 내부에 고립되는데, 이렇게 고립된 빛의 비율은 약 35%에 이르기 때문에, 불과 발광량의 20% 정도만 외부로 방출된다.
한편, 최근 들어, 이러한 유기발광소자를 광원으로 채용한 조명장치 또는 디스플레이장치의 대형화는 세계적인 추세이다. 하지만, 조명장치나 디스플레이장치를 대형화하게 되면, 기판의 처짐, 대형화에 따른 장비 가격의 상승 등으로 위험 부담이 가중되고, 제조방법 또한 어려워져, 실제 대형화에는 한계가 있는 것이 현실이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0856980호(2008.08.29.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전방의 관찰자가 유기발광 패널들을 연결시키는 이음새를 인지하지 못하도록, 즉, 이음새가 없는 효과를 구현할 수 있는 대면적 유기발광 패널을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 크기 한계를 극복할 수 있는 유기발광 패널을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 종횡으로 배열되어 있는 복수 개의 유기발광 패널; 및 상기 복수 개의 유기발광 패널 사이에 형성되어 상기 복수 개의 유기발광 패널을 연결시키고, 상기 유기발광 패널로부터 도파관(wave guiding) 효과에 의해 측방으로 방출되는 빛을 전방으로 굴절시키는 이음새부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널을 제공한다.
여기서, 상기 이음새부는, 매트릭스 층, 및 상기 매트릭스 층 내부에 분산되어 있는 다수의 광 산란입자를 포함하는 광 산란층으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 매트릭스 층은 상기 유기발광 패널의 유기 발광층보다 굴절률이 작은 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 층의 두께와 상기 광 산란입자의 상기 매트릭스 층에 대한 부피비는 반비례할 수 있다.
그리고 상기 이음새부의 폭은 100~500㎛일 수 있다.
아울러, 상기 이음새부의 후면에는 반사 필름이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 유기발광 패널은, 기판 유리, 상기 기판 유리 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하되, 상기 기판 유리와 상기 제1 전극 사이 및 외부로 노출되는 상기 기판 유리의 표면 중 적어도 어느 한 곳에는 광추출층이 형성될 수 있다.
그리고 상기 유기발광 패널은 조명용 또는 디스플레이용일 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 유기발광 패널을 연결시키는 이음새를 광산란층으로 형성하여, 유기발광 패널로부터 도파관(wave guiding) 효과에 의해 측방으로 방출되는 빛을 전방으로 굴절시킴으로써, 전방의 관찰자가 유기발광 패널들을 연결시키는 이음새를 인지하지 못하도록, 즉, 이음새가 없는 효과를 구현할 수 있고, 이를 통해, 단일 패널과 비교하여 육안 상으로 큰 차이가 없는 화면 품질 또는 조명 품질을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수 개의 유기발광 패널을 종횡 방향으로 이어 붙임으로써, 전광판과 같은 초대형 디스플레이를 구현할 수 있고, 복수 개의 유기발광 패널이 조명용인 경우 대면적 조명을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 디스플레이용 또는 조명용의 대면적 유기발광 패널을 제작함에 있어, 크기 한계를 쉽게 극복할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조명용 유기발광 패널인 경우, 수명이 다 되었거나 암점 혹은 불량점(hot spot)이 발생된 불량 유기발광 패널만을 개별적을 교체할 수 있어, 제조비용 및 교체비용을 현저히 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널을 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 자른 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널을 나타낸 단면도.
도 4는 라이트 툴(light tools)을 이용하여 유기발광 패널에서 추출되는 빛과 이음새부에서 굴절되어 관찰자에게 도달하는 빛의 비율에 대한 측정 그래프.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(100)은 조명이나 디스플레이에 적용되는 유기발광 패널(110)들의 조합으로 이루어진 패널이다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(100)은 복수 개의 유기발광 패널(110) 및 이음새부(120)를 포함하여 형성된다.
복수 개의 유기발광 패널(110)은 종횡 방향으로 배열되고, 이음새부(120)에 의해 확장된 하나의 패널 조립체를 이룬다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(100)은 종횡 방향으로 이어 붙여진 복수 개의 유기발광 패널(110)에 의해 초대형 디스플레이를 이루거나, 복수 개의 유기발광 패널(110)이 조명용인 경우, 대면적 조명을 이루게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(100)은 단순히 복수 개의 유기발광 패널(110)이 종횡 방향으로 확장된 구조이므로, 형성 크기에 제한을 받지 않고, 용도에 따라, 다양한 크기 혹은 면적으로 만들어 질 수 있다. 또한, 대면적 유기발광 패널(100)을 이루는 단위 유기발광 패널(110)이 조명용인 경우, 수명이 다 되었거나 암점 혹은 불량점(hot spot)이 발생된 불량 유기발광 패널(110)만을 개별적으로 교체하는 것이 가능하여, 단일 패널로 이루어진 대형 패널보다 제조비용 및 교체비용을 현저히 줄일 수 있다.
한편, 이와 같이 대면적 유기발광 패널(100)을 이루는 단위 유기발광 패널(110)은 기판 유리(111), 제1 전극(112), 유기 발광층(113) 및 제2 전극(114)를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 기판 유리(111)는 유기 발광층(113)으로부터 발생된 광을 외부로 방출시키는 통로 역할을 한다. 이를 위해, 기판 유리(111)는 유기 발광층(113)의 전방, 즉, 유기 발광층(113)으로부터 발생되는 광이 외부로 방출되는 방향에 배치된다. 또한, 기판 유리(111)는 제1 전극(112), 유기 발광층(113) 및 제2 전극(114)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다. 이러한 기판 유리(111)로는 화학강화유리인 소다라임 유리(SiO2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트계 유리(SiO2-Al2O3-Na2O)가 사용될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광 패널(110)이 조명용인 경우, 기판 유리(111)로는 소다라임 유리가 사용될 수 있다. 또한, 기판 유리(111)로는 두께 1.5㎜ 이하의 박판 유리가 사용될 수 있는데, 이러한 박판 유리는 퓨전(fusion) 공법 또는 플로팅(floating) 공법을 통해 제조될 수 있다. 그리고 기판 유리(111)의 전방면 즉, 외부로 노출된 표면에는 광추출 효율 향상을 위한 광추출층 혹은 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(112)은 기판 유리(111) 상에 형성된다. 이러한 제1 전극(112)은 유기발광 패널(110)의 애노드(anode) 역할을 하는 투명전극으로, 유기 발광층(113)으로의 정공 주입이 잘 일어나도록, 예컨대, 일함수(work function)가 큰 ITO로 이루어질 수 있다. 이때, 기판 유리(111)와 제1 전극(112) 사이에는 광추출 효율 향상을 위해, 광추출층이 형성될 수 있다.
그리고 유기 발광층(113)은 제1 전극(112) 상에 형성된다. 이러한 유기 발광층(113)은 제1 전극(112) 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 유기 발광층(113)의 구조에 따라, 애노드인 제1 전극(112)과 캐소드(cathode)인 제2 전극(114) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(excition)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드와 캐소드 사이에 흐르는 전류??에 비례하게 된다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기발광 패널(110)이 조명용 백색 유기발광 패널로 이루어지는 경우, 예컨대, 발광층은 청색 영역의 광을 방출하는 고분자 발광층과 오렌지-적색 영역의 광을 방출하는 저분자 발광층의 적층 구조로 형성될 수 있고, 이 외에도 다양한 구조로 형성되어 백색 발광을 구현할 수 있다. 또한, 유기 발광층(113)은 텐덤(tandem) 구조를 이룰 수 있다. 즉, 유기 발광층(113)은 복수 개로 구비될 수 있고, 각각의 유기 발광층(113)이 연결층(interconnecting layer)(미도시)을 매개로 교번 배치될 수 있다.
제2 전극(114)은 유기 발광층(113) 상에 형성된다. 이러한 제2 전극(114)은 유기발광 패널(110)의 캐소드 역할을 하는 금속전극으로, 유기 발광층(113)으로의 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 이때, 발광 효율을 증가시키기 위해, 제2 전극(114)은 제1 전극(112)과 미세 공동(micro-cavity)을 이루도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(112)과 제2 전극(114)이 미세 공동 구조를 이루게 되면, 유기 발광층(113)으로부터 발광된 빛은 미세 공동 내에서 보강간섭 및 공진 현상을 통해 발광하게 되고, 이에 따라, 기판 유리(111) 측으로의 발광 효율은 증가될 수 있다.
이음새부(120)는 종횡으로 배열되어 있는 복수 개의 유기발광 패널(110) 사이에 형성되어 복수 개의 유기발광 패널(110)을 연결시키는 접합 물질로서의 역할을 한다. 즉, 이음새부(120)는 각 유기발광 패널(110)의 측방에 형성된다. 또한, 이음새부(120)는 유기발광 패널(110)로부터 도파관(wave guiding) 효과에 의해 측방으로 방출되어 유입되는 빛을 전방으로 굴절시키는 역할을 한다. 이와 같이, 유기발광 패널(110)로부터 측방으로 방출되는 빛을 전방으로 굴절시키면, 대면적 유기발광 패널(100) 전방의 관찰자가 복수 개의 유기발광 패널(110)을 연결시키는 이음새부(120)를 인지하지 못하게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(100)은 유기발광 패널(110), 보다 상세하게는 유기 발광층(113)으로부터 측방으로 소실되는 빛을 전방으로 굴절시키는 이음새부(120)를 통해, 이음새부(120)가 없는 효과를 구현할 수 있고, 이를 통해, 단일 대형 패널과 비교하여, 육안 상으로 큰 차이가 없는 화면 품질 또는 조명 품질을 구현할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이음새부(120)는 매트릭스 층(121) 및 매트릭스 층(121) 내부에 분산되어 있으며 굴절률이 다른 다수의 광 산란입자(122)를 포함하는 광 산란층으로 이루어질 수 있다. 여기서, 매트릭스 층(121)은 유기 발광층(113)으로부터 소실되는 빛을 더 많이 받아들일 수 있도록, 유기 발광층(113)보다 굴절률이 작은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 매트릭스 층(121)의 두께와 광 산란입자(122)의 매트릭스 층(121)에 대한 부피비는 반비례할 수 있다. 즉, 매트릭스 층(121)이 두껍게 형성되는 경우, 매트릭스 층(121)이 상대적으로 얇게 형성되는 경우에 비해, 내부에 상대적으로 적은 수의 광 산란입자(122)가 분산되는 것이 바람직하다. 그리고 복수 개의 유기발광 패널(110)을 연결하여 대면적 유기발광 패널(100)을 제작할 때, 유기발광 패널(110) 간의 간격, 즉, 이음새부(120)의 폭은 100~500㎛로 제어될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널에 대하여 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널을 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대면적 유기발광 패널(200)은 복수 개의 유기발광 패널(110) 및 이음새부(220)를 포함하여 형성된다.
본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 비교하여, 이음새부의 구조에만 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이음새부(220)에는 반사 필름(223)이 형성된다. 즉, 반사 필름(223)은 빛이 방출되는 방향인 전방과 반대되는 이음새부(220)의 후면에 형성된다. 이와 같이, 이음새부(220)의 후면에 반사 필름(223)이 형성되면, 유기 발광층(113)으로부터 측후방으로 향하는 빛까지 전방으로 보낼 수 있어, 본 발명의 일 실시 예보다 이음새부(220)가 없는 효과를 보다 확실하게 구현할 수 있다.
한편, 유기발광 패널에서 추출되는 빛과 이음새부에서 굴절되어 관출자에게 도달되는 빛의 비율이 어느 정도 되는지, 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 이음새부의 효과를 확인하기 위해, 라이트 툴(light tools)을 이용하여 그 비율을 측정하였고, 그 결과를 도 4에 그래프로 나타내었다. 여기서, 예컨대, 도 4의 Gap100_500_Reflect_5%는 유기발광 패널 간의 간격이 100㎛, 이음새부의 두께가 500㎛, 반사 필름이 형성되어 있고, 광 산란입자의 부피비가 5%라는 의미이다.
도 4를 보면, 이음새부에서 우수한 굴절 효율을 나타내기 위해서는 이음새부의 두께가 두꺼운 경우에는 광 산란입자의 부피비가 작아야 하고, 반대로, 이음새부의 두께가 얇은 경우에는 광 산란입자가 상대적으로 큰 부피비를 가져야 하는 것으로 확인되었다. 즉, Gap100_500_Reflect_5%인 경우와 Gap100_10_Reflect_40%인 경우, X좌표와 Intensity가 각 최고치에 대해 normalized되어 있으며, 유기발광 패널의 평균 Intensity는 93.7%, 이음새부의 평균 Intensity는 31.9%로서, 도파(wave guiding)된 빛의 1/3에 해당하는 빛이 발광층이 없는 산란층인 이음새부에서 굴절되는 것으로 확인되었고, 이로써, 이음새부는 양쪽 유기발광 패널이 다른 색일 경우, 양쪽 유기발광 패널의 평균적인 색을 띄게 되어, 대면적 유기발광 패널 전방의 관찰자가 이음새부를 인지하지 못하게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200: 대면적 유기발광 패널 110: 유기발광 패널
111: 기판 유리 112: 제1 전극
113: 유기 발광층 114: 제2 전극
120, 220: 이음새부 121: 매트릭스 층
122: 광 산란입자 223: 반사 필름

Claims (8)

  1. 종횡으로 배열되어 있는 복수 개의 유기발광 패널; 및
    상기 복수 개의 유기발광 패널 사이에 형성되어 상기 복수 개의 유기발광 패널을 연결시키고, 상기 유기발광 패널로부터 도파관(wave guiding) 효과에 의해 측방으로 방출되는 빛을 전방으로 굴절시키는 이음새부;
    를 포함하되,
    상기 이음새부는,
    매트릭스 층, 및
    상기 매트릭스 층 내부에 분산되어 있는 다수의 광 산란입자를 포함하는 광 산란층으로 이루어지고,
    상기 매트릭스 층은 상기 유기발광 패널의 유기 발광층보다 굴절률이 작은 물질로 이루어지며,
    상기 매트릭스 층의 세로방향 길이로 정의되는 두께와 상기 광 산란입자의 상기 매트릭스 층에 대한 부피비는 반비례하는 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이음새부의 폭은 100~500㎛인 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이음새부의 후면에는 반사 필름이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광 패널은,
    기판 유리,
    상기 기판 유리 상에 형성되는 제1 전극,
    상기 제1 전극 상에 형성되는 유기 발광층, 및
    상기 유기 발광층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하되,
    상기 기판 유리와 상기 제1 전극 사이 및 외부로 노출되는 상기 기판 유리의 표면 중 적어도 어느 한 곳에는 광추출층이 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광 패널은 조명용 또는 디스플레이용인 것을 특징으로 하는 대면적 유기발광 패널.
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