KR102531067B1 - 전기적 연결 신뢰성이 개선된 플렉서블 전계 발광 장치 - Google Patents
전기적 연결 신뢰성이 개선된 플렉서블 전계 발광 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기적 연결 신뢰성이 개선된 플렉서블 전계 발광 장치에 관한 것으로, 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부, 상기 발광부의 일측에 접하며, 외부 전원부와 연결되는 제1전극부 및 상기 발광부의 타측에 상기 제1전극부와 전기적으로 절연되어 접하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부에 상기 제1전극부와 전계를 형성하는 제2전극부를 포함하고, 상기 제1전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 플렉서블 전계 발광 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 유연성과 함께, 외부 충격이나 국부적인 압력이 발생하는 환경에서 사용되어도 발광 기능이 유지될 수 있도록 전기적 연결 신뢰성이 개선된 플렉서블 전계 발광 장치에 관한 것이다.
전계 발광(electro-luminescence)이란 형광체에 전계를 가하면 형광체의 전자가 여기(excitation) 되고, 여기 된 전자가 다시 바닥 상태로 안정화되는 과정을 통해, 에너지를 빛의 형태로 방출하는 현상을 말한다.
전계 발광을 이용한 소자 및 장치는 발광 메커니즘, 발광체를 구성하는 물질 및 구조 등에 따라 다시 세부적으로 구분된다.
예를 들어, 주입형 전계 발광(injection electroluminescence) 소자 및 장치는 전계 작용에 의해 주입된 전자와 정공의 재결합(electron-hole pair recombination)에 의해 빛이 발생하며, 통상적으로 다이오드 구조를 갖는다. 예를 들어, LED 및 OLED가 이에 해당한다.
반면, 진성형 전계 발광(intrinsic electroluminescence) 소자 및 장치는 전계 작용에 의해 가속된 전자가 발광 중심에 충돌하여 여기 된 발광 중심(impact excitation)에 의해 빛이 발생하며, 양단의 전극 사이에 유전체 및 발광 물질을 포함하여 일종의 커패시터 구조를 갖는다.
예를 들어, 도1은 진성 전계 발광 소자 및 장치에 해당하는 무기 EL(electro-luminescence)의 구조를 나타낸 도면이다. 발광부(10)는 발광층(11) 및 유전체층(12)으로 구성되며, 유전체층(12) 하부에 하부전극(30)을 포함하고, 발광층(11) 상부에 상부전극(20)을 포함한다.
무기 EL은 열적으로 안정되며, 후막화가 가능하여 보다 높은 휘도를 갖는 이점이 있다. 또한, 점 발광원인 LED와 비교하여 연속된 면 발광원으로 연색성 및 휘도의 균일성에서 탁월하며, 변형에 유연한 장점을 갖는다.
또한, 소비전력이 낮고 긴 수명으로 경제적이며, 유연성으로 곡면이나 입체면의 표현이 용이하고, 특히 진동과 충격에 강한 장점이 있다.
이에 전술한 전계 발광 소자 및 장치 중에서도, 무기 EL은 전술한 특성에 기반하여 광고 간판, 도로 표지판, 조명 기기, 인테리어 장식, 액세서리, 완구류 등 매우 다양한 분야에 접목되어 사용되며, 특히 유연성에 기반하여 플렉서블 디스플레이, 플렉서블 발광 필름 등 높은 정도의 유연성이 요구되는 제품에 접목되는 추세이다.
추세에 부응하기 위해 해결해야 할 우선적인 문제점은, 플렉서블 전계 발광 소자 및 장치에 기준 이상으로 인장력, 충격 또는 국부적인 압력이 가해지는 경우 전극에 균열(crack)이 발생하여 발광체로서 기능이 상실되는 것이다.
구체적으로 전극에 균열(crack)이 발생하면 저항이 급격하게 증가하고, 심한 경우에는 전자가 이동하는 경로가 단절되어 전극 기능을 상실하게 되어, 전극이 발광체에 전계를 형성할 수 없게 되며, 종국적으로는 플렉서블 전계 발광 소자 및 장치로 기능할 수 없게 된다.
따라서, 플렉서블 전계 발광 소자 및 장치의 개발 방향에 있어서, 강한 인장력, 충격 또는 국부적인 압력에도 전극의 기능이 유지될 수 있도록 전기적 연결 신뢰성을 개선하는 것이 무엇보다 시급한 문제라고 할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강한 인장력이나 충격 또는 국부적인 압력으로 전계 발광 장치의 전극에 균열(crack)이 발생하여도 전극의 기능이 유지되어 발광 기능을 유지할 수 있도록 전기적 연결 신뢰성이 개선된 전계 발광 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명인 플렉서블 전계 발광 장치는 구성으로 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부; 상기 발광부의 일측에 접하며, 외부 전원부와 연결되는 제1전극부; 및 상기 발광부의 타측에 상기 제1전극부와 전기적으로 절연되어 접하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부에 상기 제1전극부와 전계를 형성하는 제2전극부;를 포함하고, 상기 제1전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1도전성 섬유층 또는 상기 제2도전성 섬유층은, 금속이 도금된 섬유재 상에 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 섬유재에 코팅된 도전성 물질은, 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 발광부는 발광층 및 상기 발광층에 접하는 유전체층을 포함하고, 상기 발광층은 발광 물질로 무기물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1전극부는 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층 및 상기 투명전극층에 접하는 상기 제1도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제2전극부는 배면전극층 및 상기 배면전극층에 접하는 상기 제2도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1전극부는 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층, 상기 투명전극층에 접하여 상기 투명전극층의 전류 흐름을 개선하는 제1버스 전극층 및 상기 제1버스 전극층에 접하는 상기 제1도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제2전극부는 배면전극층, 상기 배면전극층에 접하여 상기 배면전극층의 전류 흐름을 개선하는 제2버스 전극층 및 상기 제2버스 전극층에 접하는 상기 제2도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 플렉서블 전계 발광 장치는, 상기 제1전극부의 외면을 덮어 보호하는 정면보호층;을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 플렉서블 전계 발광 장치는, 상기 제2전극부의 외면을 덮어 보호하는 배면보호층;을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 투명전극층은 PEDOT:PSS(Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate), ITO(Indium Tin Oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 배면전극층은 탄소, 금, 은, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 정면보호층 및 상기 배면보호층은, TPU(Thermo Plastic Polyurethane), PET(Poly(ethyl benzene-1,4-dicarboxylate)), PC(polycarbonate), PEN(Polyethylene Naphthalate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예인 플렉서블 전계 발광 장치는 구성으로 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부 복수개가 이격되어 형성하는 발광부 어레이; 상기 발광부의 일측에 접하여 상기 발광부 어레이를 연결하며, 외부 전원부와 연결되는 제1전극부; 및 상기 발광부의 타측에 상기 제1전극부와 전기적으로 절연되어 접하여 상기 발광부 어레이를 연결하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부 어레이에 상기 제1전극부와 전계를 형성하는 제2전극부;를 포함하고, 상기 제1전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1도전성 섬유층 또는 상기 제2도전성 섬유층은, 금속이 도금된 섬유재 상에 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 발광부는 발광층 및 상기 발광층에 접하는 유전체층을 포함하고, 상기 발광층은 발광 물질로 무기물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1전극부는 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층 및 상기 투명전극층에 접하며 상기 발광부 어레이를 연결하는 상기 제1도전성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부는 배면전극층 및 상기 배면전극층에 접하며 상기 발광부 어레이를 연결하는 상기 제2도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1전극부는 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층, 상기 투명전극층에 접하여 상기 투명전극층의 전류 흐름을 개선하며 상기 발광부 어레이를 연결하는 제1버스 전극층 및 상기 제1버스 전극층에 접하여 상기 발광부 어레이를 연결하는 상기 제1도전성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부는 배면전극층, 상기 배면전극층에 접하여 상기 배면전극층의 전류 흐름을 개선하며 상기 발광부 어레이를 연결하는 제2버스 전극층 및 상기 제2버스 전극층에 접하며 상기 발광부 어레이를 연결하는 상기 제2도전성 섬유층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 상술한 구성 및 결합 관계에 따라 강한 인장력이나 충격 또는 국부적인 압력이 가해지는 상황에 의해 전극에 균열(crack)이 발생하여도 전극의 기능이 유지되어 전기적 연결 신뢰성이 비약적으로 개선된 플렉서블 전계 발광 장치를 제공할 수 있다.
위와 같은 장점으로 본 발명의 일 실시 예인 플렉서블 전계 발광 장치는 활용 분야 및 경쟁력에 있어서 기존 장치와 확연한 차이가 있다.
예를 들어, 반복적으로 구겨지거나 접힌 상태로 보관되는 의류 등에 부착되어 사용되거나, 지속적으로 강한 인장력이 요구되는 텐트의 스트링(string)에 접목되어 사용될 수 있으며, 국부적으로 강한 압력이 가해질 수 있는 강아지 목줄 등에도 접목되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서 또 다른 실시 예로 제시하는, 발광부 어레이를 단일의 전극부로 연결하는 플렉서블 전계 발광 장치는, 전극부에 도전성 섬유층을 포함하여 내구성 및 전기적 연결 신뢰성이 개선됨에 따라 다양한 발광 이미지 섹션(section)을 포함하는 플렉서블 전계 발광 장치를 안정적으로 구현 가능하다.
또한, 발광부 어레이를 구성하는 각각의 발광부에 전계를 인가하기 위하여 요구되는 전극부가 기존 대비 현저하게 적으므로, 공정상 편의성이 우수하며, 소요되는 비용 및 재료에 있어서도 경재성을 확보할 수 있다.
도1은 진성 전계 발광 소자 및 장치에 해당하는 무기 EL(electro-luminescence)의 구조를 나타낸 도면이다
도2는 본 발명에 따른 일 실시 예로 일면에 발광 이미지를 표시하는 플렉서블 전계 발광 장치의 도면이다.
도3은 도2에 도시된 플렉서블 전계 발광 장치를 y-z 평면으로 자른 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 다른 일 실시 예로 버스 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 전계 발광 장치를 적층 순서가 보이도록 자른 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 또 다른 일 실시 예로 발광부 어레이를 포함하는 플렉서블 전계 발광 장치의 적층 모습을 파악할 수 있도록 구성하는 층을 구분하여 나타낸 도면이다.
도6은 제1실험의 결과를 나타내는 동영상 이미지이다.
도7은 제2실험을 결과를 나타내는 동영상 이미지이다.
도2는 본 발명에 따른 일 실시 예로 일면에 발광 이미지를 표시하는 플렉서블 전계 발광 장치의 도면이다.
도3은 도2에 도시된 플렉서블 전계 발광 장치를 y-z 평면으로 자른 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 다른 일 실시 예로 버스 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 전계 발광 장치를 적층 순서가 보이도록 자른 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 또 다른 일 실시 예로 발광부 어레이를 포함하는 플렉서블 전계 발광 장치의 적층 모습을 파악할 수 있도록 구성하는 층을 구분하여 나타낸 도면이다.
도6은 제1실험의 결과를 나타내는 동영상 이미지이다.
도7은 제2실험을 결과를 나타내는 동영상 이미지이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 “포함하다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에서 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어, 결합되어” 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 결합되어” 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
우선 본 발명은 플렉서블 전계 발광 장치의 전기적 연결 신뢰성을 개선하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 일 실시 예에서 플렉서블 전계 발광 장치는 구성으로 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부(100), 상기 발광부(100)의 일측에 접하고, 외부 전원부(미도시)와 연결되며, 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층(250)을 포함하는 제1전극부(200), 및 상기 발광부(100)의 타측에 상기 제1전극부(200)와 전기적으로 절연되어 접하며, 상기 외부 전원부(미도시)와 연결되어, 상기 발광부(100)에 상기 제1전극부(200)와 전계를 형성하며, 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층(350)을 포함하는 제2전극부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 발광 장치가 연성 기판 상에 형성되어 플렉서블 전계 발광 장치로 기능하기 위해서는 플렉서블 전계 발광 장치를 구부리거나 휘었을 때 전극에 균열(crack)이 발생하는 문제를 해결해야 한다.
예를 들어, ITO(indium tin oxide) 투명 전극 등 다양한 연성 전극이 개발되었지만 여전히 한계가 존재하며, 강한 인장력이나 국부적인 강한 압력에 쉽게 균열(crack)이 발생하고, 균열(crack)에 의해 전자의 흐름이 차단되어 전극 및 발광 장치로 기능할 수 없게 된다.
이에 본 발명에 따른 일 실시 예는 전극을 도전성 섬유층(250, 350)으로 대체하거나 도전성 섬유층(250, 350)을 포함하여 상기 문제를 해결한다.
구체적으로 상기 도전성 섬유층(250, 350)은 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있으며, 바람직하게는 금속이 도금된 섬유재상에 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있다.
도전성 섬유층(250, 350)은 1차적으로 섬유(fabric)재를 포함하여, 기존의 연성 전극보다 인장력이나 국부적인 강한 압력에 강하며, 2차적으로 섬유재상에 코팅된 도전성 물질은 코팅 과정에서 도전성 물질을 포함하는 잉크가 섬유층 내부에 스며들고 흡수되어, 도전성 물질이 섬유재의 매트릭스(matrix)에 의해 지지가 되므로 균열(crack)의 발생이 적고, 섬유재가 끊어지지 않는 한 전자의 흐름이 단절되지 않는다.
또한, 도전성 섬유층(250, 350)이 기존의 전극에 부착되는 경우 기존 전극에 균열(crack)이 발생하더라도, 도전성 섬유층(250, 350)이 균열(crack) 사이를 이어 전자의 흐름이 단절되는 것을 방지한다.
이는 도전성 섬유층(250, 350)에 코팅된 도전성 물질에 균열(crack)이 발생하더라도 섬유재의 매트릭스(matrix)에 의해 지지가 되는 도전성 물질과 기존 전극 간에는 매트릭스(matrix)가 상이하여 균열(crack)의 경로가 상이하므로 전자의 흐름이 단절될 가능성이 현저하게 감소시킨다.
더욱이, 금속이 도금된 섬유재상에 도전성 물질이 코팅된 도전성 섬유층(250, 350)은 전술한 효과에 더하여, 섬유재가 끊어지지 않는 이상 금속이 도금된 섬유재가 전자가 흐를 수 있는 경로를 유지하여, 강한 인장력이나 국부적인 강한 압력으로 기존 전극이나 코팅된 도전성 물질층에 균열(crack)이 발생하더라도 전극부의 기능이 유지되므로 전극부의 전기적 연결 신뢰성이 현저하게 개선된다.
도전성 섬유층(또는 제1도전성 섬유층(250) 및 제2도전성 섬유층(350))의 물질로, 섬유재는 폴리에스테르나 아크릴계 등의 직조물일 수 있다.
상기 섬유재에 니켈, 금, 은, 구리, 주석, 코발트 등과 같은 금속이 도금될 수 있다.
상기 금속이 도금된 섬유재상에 코팅되는 도전성 물질은 카본 블랙(carbon black), 금속 반도체 및 금속 산화물 등의 도체 재료를 포함하는 것일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는 용액형 폴리우레탄수지 또는 수분산성 폴리에스테르 수지 등의 수지와 흑색의 전도성 카본 블랙(carbon black)을 계면활성제와 함께 혼합한 카본블랙수지일 수 있다.
이하 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
설명에 있어서 전술한 실시 예와 동일한 구성은 동일한 구조, 기능 및 작용 효과를 갖는 것으로 해석될 수 있으며, 중복된 설명은 생략하거나 간략하게 하며, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시 예는 상기 제1전극부(200)로 투명전극층(210)과 제1도전성 섬유층(250)을 포함하며, 제1도전성 섬유층(250)이 투명전극층(210)에 접하여 투명전극층(210)의 전기적 연결 신뢰성을 개선하며, 제2전극부(300)로 배면전극층(310)과 제2도전성 섬유층(350)을 포함하며, 제2도전성 섬유층(350)이 배면전극층(310)에 접하여 배면전극층(310)의 전기적 연결 신뢰성을 개선하는 것을 특징으로 한다.
도2 및 도3을 참조하여 각 구성을 살피면, 상기 발광부(100)는 전계가 인가되면 빛을 발산하는 기능을 하며, 발광 메커니즘에 따라 구조를 달리할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시 예에서, 상기 발광부(100)는 구성으로 발광층(110) 및 상기 발광층(110)에 접하는 유전체층(120)을 포함하며, 상기 발광층(110)의 발광 물질로 무기물을 포함하는 무기계 플렉서블 전계 발광 장치인 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
무기계 플렉서블 전계 발광 장치는 면 발광원으로 점 발광원인 LED 등과 비교하여 연색성 및 휘도의 균일성이 탁월하고 유연한 장점을 가지므로, 곡면 이미지, 대면적 이미지 등을 포함하여 다양한 발광 이미지 표현에 장점을 가지며, 특히 플렉서블 발광 장치로 강점을 갖는다.
상기 무기계 플렉서블 전계 발광 장치에 있어서, 발광 물질은 예를 들어, ZnS를 포함하여 무기계 전계 발광 장치의 발광 물질로 통상적으로 채택되는 물질을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
상기 유전체층(120)은 상기 발광층(110)의 일면 또는 복수로 구비되어 발광층(110)의 양면에 접하도록 위치할 수 있다.
상기 유전체층(120)이 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 상기 발광층(110)의 일면에만 형성된 경우 상기 유전체층(120)의 두께는 7㎛ 내지 70㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유전체층(120)의 두께가 7㎛보다 얇으면 내전압이 약해 고전압이 인가 시 소비전류가 높아지고 제품의 파손의 우려가 있으며, 70㎛보다 두꺼우면 내전압은 강하나 밝기가 어두워지기 때문이다.
상기 유전체층(120)의 소재로는 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 니오브산칼륨(KNbO3), 니오브산리튬(LiNbO3), 황산리튬(Li2SO4), 티탄산납(PbTiO3), 리듐탄타레이트(LiTaO3), BaSnO3, Bi4Ti3O12, CdS, 지르콘티탄산납(PZT)계 화합물, ZnO, 니오브산나트륨(NaNbO3), 및 CaBi4Ti4O15 등의 유전 물질의 소재 중에서 선택된 하나 이상의 소재가 사용될 수 있고 이에 한정되지 않는다.
다음으로 도2 및 도3을 참조하여, 본 발명에 따른 일 실시 예에서, 상기 제1전극부(200)는 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층(210) 및 투명전극층(210)에 접하는 제1도전성 섬유층(250)을 포함하고, 상기 제2전극부(300)는 배면전극층(310) 및 배면전극층(310)에 접하는 제2도전성 섬유층(350)을 포함할 수 있다.
투명전극층(210)은 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 외부로 방출되어 보일 수 있도록 하며, 동시에 전극으로 기능을 하여 발광부(100)에 전계를 형성하는 역할을 한다.
도3에 도시된 바와 같이 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 외부로 방출되는 방향에 위치하는 발광부(100)의 일면에 접하도록 위치하며, 발광부(100)의 전부 또는 일부에 접할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 투명전극층(210)은 발광부(100)의 일면 전부를 덮을 수 있는 폭(예를 들어, 도 2에서 y축 길이)과 길이(예를 들어, 도 2에서 x축 길이)로 형성되어 발광부(100)의 일면 전부에 접하며, 폭 방향(예를 들어, 도 2에서 y축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분(도 2 및 도 3c 참조)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 투명전극층(210)은 발광부(100)의 일면 전부를 덮을 수 있는 폭(예를 들어, 도 2에서 y축 길이)과 길이(예를 들어, 도 2에서 x축 길이)로 형성되어 발광부(100)의 일면 전부에 접하며, 폭 방향(예를 들어, 도 2에서 y축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분(도 2 및 도 3c 참조)을 포함할 수 있다.
투명전극층(210)은 ITO(indium tin oxide) 및 PEDOT:PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate)을 포함하여 형성되거나, 탄소(carbon), 은(Ag)과 같은 금속 물질을 나노 크기의 입자로 구비하여 투명하게 코팅하는 방식으로 형성될 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 연성 투명전극으로 채택하는 물질을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
제1도전성 섬유층(250)은 상기 투명전극층(210)의 균열(crack)을 방지하여 전기적 연결 신뢰성을 개선하기 위한 것으로, 도3에 도시된 바와 같이 투명전극층(210)의 일면에 접하도록 다양한 위치에 구비될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치는 외피 필름(500)에서부터 순차적으로 적층하여 배면보호층(420)을 최후에 적층하는 순서로 형성되므로, 제1도전성 섬유층(250)에 우선하여 투명전극층(210)을 형성하고, 형성된 투명전극층(210) 상에 제1도전성 섬유층(250)이 부착되는 도3 a) 또는 도3 c)와 같은 구조가 바람직하다.
또한, 제1도전성 섬유층(250)이 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 방출되는 것을 방해하지 않도록 투명전극의 일부에 접하도록 위치하거나, 발광 경로를 상에는 발광 창(window)을 구비하며 투명전극 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)이 폭 방향(도 2에서 y축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)이 폭 방향(도 2에서 y축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
배면전극층(310)은 투명전극층(210)과 함께 발광부(100)에 전계를 형성하는 전극으로, 발광부(100)에 전계를 형성할 수 있도록 발광부(100)를 사이에 두고 투명전극층(210)과 대향되도록 위치할 수 있다.
배면전극층(310)의 물질로는 탄소(carbon), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 입자를 포함할 수 있다.
제2도전성 섬유층(350)은 상기 배면전극층(310)의 부족한 전기적 흐름을 보완하고, 배면전극층(310)에 균열(crack)이 발생하는 것을 방지하여 전기적 연결 신뢰성을 개선하는 것으로 도3에 도시된 바와 같이 배면전극층(310)의 일면에 접하도록 위치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
제1도전성 섬유층(250)과 마찬가지로 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치의 제조 순서를 고려할 때, 도3에 도시된 바와 같이 유전체층(120)에 접하여 배면전극층(310)이 형성되고, 이후 배면전극층(310)에 접하도록 제2도전성 섬유층(350)이 형성되는 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다.
다음으로 도4를 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
설명에 있어서 전술한 실시 예와 동일한 구성은 동일한 구조, 기능 및 작용 효과를 갖는 것으로 해석될 수 있으며, 중복된 설명은 생략하거나 간략하게 하며, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 소자는, 상기 제1전극부(200)로 상기 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층(210), 상기 투명전극층(210)에 접하여 상기 투명전극층(210)의 전류 흐름을 개선하는 제1버스 전극층(220) 및 상기 제1버스 전극층(220)에 접하는 상기 제1전도성 섬유층을 포함하며, 상기 제2전극부(300)로는 배면전극층(310), 상기 배면전극층(310)에 접하여 상기 배면전극층(310)의 전류 흐름을 개선하는 제2버스 전극층(320) 및 상기 제2버스 전극층(320)에 접하는 상기 제2전도성 섬유층을 포함할 수 있다.
버스 전극층을 더 포함하고, 도전성 섬유층이 버스 전극층에 부착된 것을 특징으로 하는 일 실시 예이다.
투명전극층(210) 및 배면전극층(310)은 기재상에 도전성 물질을 포함하는 잉크로 인쇄를 하여 형성하는 점에서, 도전성 물질을 포함하는 잉크가 기재의 표면에만 부착되므로, 외부 충격에 의해 균열(crack)이 쉽게 발생하고, 통상적으로 높은 저항값을 갖기 때문에, 전극부의 전체 저항을 낮추고자 높은 전기 전도율을 갖는 버스 전극층을 더 포함하는 것이다.
버스 전극층의 물질로는 금(Au), 은(Ag), 탄소(carbon) 등을 포함할 수 있다.
다만, 버스 전극층 또한 투명전극층(210) 및 배면전극층(310)과 마찬가지로 도전성 물질을 잉크화하여 기재상에 코팅하는 방식으로 제조되므로, 외부 충격에 의해 균열(crack)이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 버스 전극층에 도전성 섬유층이 접하도록 부착하여, 균열(crack)의 발생을 억제한다.
본 실시 예에서 제1전극부(200)의 결합 또는 배치 관계는, 가시광선이 방출되는 방향에 위치하는 발광부(100)의 일면에 투명전극층(210)이 접하여 위치하고, 발광 경로를 차단하지 않도록 투명전극층(210) 일측에 제1버스 전극층(220)이 접하여 위치한다.
제1도전성 섬유층(250)은 제1버스 전극층(220)의 전부 또는 일부에 접하도록 위치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1버스 전극층(220)은 투명전극층(210)이 폭 방향으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)과의 사이에 제1버스 전극층(220)이 위치하도록 제1버스 전극층(220)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제1버스 전극층(220)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1버스 전극층(220)은 투명전극층(210)이 폭 방향으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)과의 사이에 제1버스 전극층(220)이 위치하도록 제1버스 전극층(220)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제1버스 전극층(220)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
제2전극부(300)의 결합 또는 배치 관계는, 배면전극층(310)이 발광부(100)에 전계를 형성할 수 있도록 발광부(100)를 사이에 두고 투명전극층(210)과 대향되도록 발광부(100)의 타면에 위치하고, 제2버스 전극층(320)이 배면전극층(310)의 전부 또는 일부에 접하며, 제2도전성 섬유층(350)이 제2버스 전극층(320)의 전부 또는 일부에 접하도록 위치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2버스 전극층(320)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과의 사이에 제2버스 전극층(320)이 위치하도록 제2버스 전극층(320)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제2버스 전극층(320)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2버스 전극층(320)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 2에서 x축 방향)에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과의 사이에 제2버스 전극층(320)이 위치하도록 제2버스 전극층(320)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제2버스 전극층(320)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
다음으로 도2 내지 도4를 참조하여, 전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치는 상기 제1전극부(200)의 외면을 덮어 보호하는 정면보호층(410) 및 상기 제2전극부(300)의 외면을 덮어 보호하는 배면보호층(420)을 더 포함할 수 있다.
상기 정면보호층(410) 및 배면보호층(420)은 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)에 외부 습기가 침투하여 도전성 물질이 산화, 부식되는 것을 방지하거나, 외부 이물질의 침입 또는 외부 충격으로부터 보호하기 위함이다.
정면보호층(410) 및 배면보호층(420)의 물질로는 TPU(Thermo Plastic Polyurethane), PET(Poly(ethyl benzene-1,4-dicarboxylate)), PC(polycarbonate), PEN(Polyethylene Naphthalate) 등의 투명 필름재를 포함할 수 있으며, 경우에 최종 제품에 연성이 필요 없는 경우에는 유리(glass) 등의 연성이 없거나 저조한 소재도 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 전술한 구성에 따라 전극의 전기적 연결 신뢰성이 확연히 개선되므로, 플렉서블 전계 발광 장치의 일 예시로 반복적으로 구겨지거나 접힌 상태로 보관되는 의류 등에 부착되어 사용되거나, 지속적으로 강한 인장력이 요구되는 텐트의 스트링(string)에 접목되어 사용될 수 있으며, 국부적으로 강한 압력이 가해질 수 있는 강아지 목줄 등에도 접목되어 사용될 수 있다.
다음으로 도5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
설명에 있어서 전술한 실시 예와 동일한 구성은 동일한 구조, 기능 및 작용 효과를 갖는 것으로 해석될 수 있으며, 중복된 설명은 생략하거나 간략하게 하며, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 소자는, 구성으로 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부(100) 복수개가 이격되어 형성하는 발광부(100) 어레이, 상기 발광부(100)의 일측에 접하여 상기 발광부(100) 어레이를 연결하며, 외부 전원부와 연결되는 제1전극부(200) 및 상기 발광부(100)의 타측에 상기 제1전극부(200)와 전기적으로 절연되어 접하여 상기 발광부(100) 어레이를 연결하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부(100) 어레이에 상기 제1전극부(200)와 전계를 형성하는 제2전극부(300)를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제1전극부(200)는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층(250)을 포함하며, 상기 제2전극부(300)는 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층(350)을 포함할 수 있다.
제1전극부(200) 및 제2전극부(300)를 포함하는 한 쌍의 전극부가 복수의 발광부(100) 또는 발광부(100) 어레이를 연결하는 것을 특징으로 하는 일 실시 예이다.
통상적으로 복수의 발광부(100)에 전계를 인가하기 위해서는 안정성을 위해 각 발광부(100)마다 전극부가 구비되나, 본 발명에 따른 일 실시 예에서 제시하는 플렉서블 전계 발광 장치는 전극부에 도전성 섬유층을 포함하여 전극부의 내구성 및 전기적 연결 신뢰성이 비약적으로 개선됨에 따라 한 쌍의 전극부만으로 복수의 발광부(100)를 안정적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 기존에는 복수개의 발광부(100)를 전기적으로 연결하기 위하여, 복수개의 발광부(100)에 개별적으로 전극부를 형성하거나, 또는 메쉬(mesh) 구조, 판상 구조 등으로 전극부를 형성하여 연결하므로, 전극부의 연결에 소요되는 재료 및 비용이 과도하게 투입되었다.
또한 전극부의 두께 및 면적이 증가할수록 이를 포함하는 플렉서블 전계 발광 장치의 연성이 저하됨은 자명하므로, 복수의 발광부(100)를 연결하기 위한 전극부를 줄여나가기 위한 노력은 플렉서블 전계 발광 장치에 있어서 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.
이러한 점에서 본 발명에 따른 일 실시 예가 제시하는, 한 쌍의 전극부로 복수의 발광부(100)를 연결하는 플렉서블 전계 발광 장치의 연성은 기존 대비 확연하게 우수함을 예상할 수 있으며, 매우 고무적인 것이라고 할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 일 실시 예가 제시하는 플렉서블 전계 발광 장치의 각 구성을 살펴보면, 상기 제1도전성 섬유층(250) 또는 상기 제2도전성 섬유층(350)은, 바람직하게는 금속이 도금된 섬유재 상에 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있다.
섬유재는 폴리에스테르나 아크릴계 직조물일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
섬유재에 도금되는 금속은 니켈, 금, 은, 구리, 주석, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
섬유재상에 코팅되는 도전성 물질은 카본 블랙(carbon black), 금속 반도체 및 금속 산화물 등의 도체 재료를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
바람직하게는 용액형 폴리우레탄 수지 또는 수분산성 폴리에스테르 수지 등의 수지와 흑색의 전도성 카본 블랙(carbon black)을 계면활성제와 함께 혼합한 카본블랙수지일 수 있다.
다음으로 발광부(100)는 발광층(110) 및 상기 발광층(110)에 접하는 유전체층(120)을 포함하고, 발광층(110)의 발광 물질로 무기물을 포함하는 무기계 전계 발광 소자의 구조일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 발광 물질로는 ZnS를 포함하여 무기계 전계 발광 장치의 발광 물질로 통상적으로 채택되는 물질일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 일 실시 예에서 상기 제1전극부(200)는 투명전극층(210) 및 제1도전성 섬유층(250)으로 구성될 수 있으며, 투명전극층(210)은 발광부(100)에서 발생한 가시광선이 방출되는 방향에 접하도록 위치하고, 복수의 발광부(100)를 전기적으로 연결할 수 있도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 투명전극층(210)은 발광부(100)의 일면 전부를 덮을 수 있는 폭(예를 들어, 도 5에서 x축 길이)과 길이(예를 들어, 도 5에서 y축 길이)로 형성되어 발광부(100)의 일면에 접하되, 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 투명전극층(210)은 발광부(100)의 일면 전부를 덮을 수 있는 폭(예를 들어, 도 5에서 x축 길이)과 길이(예를 들어, 도 5에서 y축 길이)로 형성되어 발광부(100)의 일면에 접하되, 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분을 포함할 수 있다.
투명전극층(210)은 ITO(indium tin oxide) 및 PEDOT:PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate)을 포함하여 형성되거나, 탄소(carbon), 은(Ag)과 같은 금속 물질을 나노 크기의 입자로 구비하여 투명하게 코팅하는 방식으로 형성될 수 있다.
제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)에 균열(crack)이 생기는 것을 방지하거나, 균열(crack)이 생기더라도 전하의 흐름이 단절되지 않도록 하기 위한 것으로, 투명전극층(210)에 접하도록 위치하며, 복수의 발광부(100)를 연결할 수 있도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)이 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)이 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
다음으로 제2전극부(300)는 배면전극층(310) 및 제2도전성 섬유층(350)으로 구성될 수 있으며, 배면전극층(310)은 발광부(100)를 사이에 두고 투명전극층(210)과 대향되도록 위치할 수 있으며, 각 발광부(100)의 일면에 접하는 배면전극층(310) 간에 연결되도록 구비될 수 있으나, 이 경우 배면전극층(310)은 투명전극층(210) 및 제1도전성 섬유층(250)과 전기적으로 절연되도록 구비되어야 한다.
배면전극층(310)의 물질로는 탄소(carbon), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 입자를 포함할 수 있다.
제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)에 균열(crack)이 생기는 것을 방지하거나, 균열(crack)이 생기더라도 전하의 흐름이 단절되지 않도록 하기 위한 것으로, 배면전극층(310)에 접하도록 위치하며, 복수의 발광부(100)를 연결할 수 있도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 일 실시 예로 상기 제1전극부(200) 및 상기 제2전극부(300)는 버스 전극층을 더 포함하여 투명전극층(210) 및 배면전극층(310)의 높은 저항으로 인한 낮은 전기 전도율을 개선할 수 있다.
본 실시 예에서 제1전극부(200)는 투명전극층(210), 제1버스 전극층(220) 및 제1도전성 섬유층(250)을 포함할 수 있다.
투명전극층(210)은 전술한 바와 같으며, 제1버스 전극층(220)은 투명전극층(210)의 낮은 전기 전도도를 보완하고자 투명전극층(210)에 접하도록 구비되며, 특히 복수의 발광부(100)를 연결할 수 있도록 구비될 수 있다.
제1도전성 섬유층(250)은 제1버스 전극층(220)에서 발생할 수 있는 균열(crack)을 방지하고, 균열(crack)이 발생하더라고 전자의 흐름을 유지할 수 있도록 하기 위해 제1버스 전극층(220)의 표면에 접하도록 구비될 수 있으며, 제1버스 전극층(220)과 마찬가지로 복수의 발광부(100)를 전기적으로 연결하도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1버스 전극층(220)은 투명전극층(210)이 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며, 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)과의 사이에 제1버스 전극층(220)이 위치하도록 제1버스 전극층(220)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제1버스 전극층(220)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서 제1버스 전극층(220)은 투명전극층(210)이 폭 방향(예를 들어, 도 5에서 x축 방향)으로 발광부(100)보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며, 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제1도전성 섬유층(250)은 투명전극층(210)과의 사이에 제1버스 전극층(220)이 위치하도록 제1버스 전극층(220)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제1버스 전극층(220)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
다음으로 제2전극부(300)는 배면전극층(310), 제2버스 전극층(320) 및 제2도전성 섬유층(350)을 포함할 수 있으며, 제2버스 전극층(320) 및 제2도전성 섬유층(350)이 복수의 발광부(100)를 전기적으로 연결하도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서, 제2버스 전극층(320)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과의 사이에 제2버스 전극층(320)이 위치하도록 제2버스 전극층(320)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제2버스 전극층(320)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에서, 제2버스 전극층(320)은 배면전극층(310)과 맞닿아 길이 방향(예를 들어, 도 5에서 y축 방향)에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
또한, 제2도전성 섬유층(350)은 배면전극층(310)과의 사이에 제2버스 전극층(320)이 위치하도록 제2버스 전극층(320)의 일면에 부착될 수 있으며, 구체적으로 제2버스 전극층(320)과 맞닿아 길이 방향에 있어서 발광부(100) 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착될 수 있다.
- 실험예 -
내구성 및 전기적 연결 신뢰성 확인 실험
(1) 실험 개요
본 발명에서 제시하는 일 실시 예에 따라 제조된 플렉서블 전계 발광 장치의 내구성 및 전기적 연결 신뢰성이 우수함을 확인하고자, 도4 및 도5에 도시된 구조로 플렉서블 전계 발광 장치를 제조하고, 실제 제품에 적용 및 구현하여 여러 가지 극한 상황을 재현하였다.
실험에 사용된 플렉서블 전계 발광 장치는 도4 및 도5의 구조에 있어서, 외피 필름(500)으로 PET(Poly(ethyl benzene-1,4-dicarboxylate)) 필름을 사용하고, 정면보호층(410) 물질에는 TPU(Thermo Plastic Polyurethane)를, 투명전극층(210) 물질로는 PEDOT:PSS(Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate)를, 발광층(110) 물질로는 ZnS를 포함하는 무기 형광체 혼합물을, 배면전극층(310)의 도전성 물질로는 탄소(carbon)를, 제1버스 전극층(220) 및 제2버스 전극층(320)으로는 은(Ag)을, 제1도전성 섬유층(250) 및 제2도전성 섬유층(350)의 물질로는 니켈이 도금된 섬유재에 블랙카본(black carbon) 수지가 코팅된 것을 사용하여 제조하였다.
(2) 제1실험 내용 및 결과
본 발명은 국부적인 강한 압력에도 본 발명에 따른 플렉서블 전계 발광 장치의 전기적 연결이 유지되는지 확인하고자 수행하였다.
본 발명에 따른 플렉서블 전계 발광 장치가 적용될 수 있는 제품으로 애완동물용 목줄이 있으며, 애완동물용 목줄에 사용되는 플렉서블 전계 발광 장치는 강아지의 날카로운 이빨과 강한 악력에 의해 국부적이고 강한 압력이 장치에 가해지더라도 전기적 연결이 유지될 수 있어야 한다.
애완동물용 목줄에 주로 사용되는 폴리에스터계 직조물을 이용하여 일정한 폭을 갖도록 목줄을 제조하고, 목줄의 양 표면에 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치를 부착하였다.
강아지가 날카로운 이빨과 강한 악력으로 애완동물용 목줄을 물었을 때를 가정하고자, 전선탈피기(wire stripper)를 이용하여 본 발명에 따른 플렉서블 전계 발광 장치가 적용된 애완동물용 목줄의 양단을 가압하고, 회전과 함께 강한 힘으로 당기는 것을 반복하였다.
도6을 참조하여 결과를 살피면, 도6-3) 내지 도6-11) 과정 동안 플렉서블 전계 발광 장치가 적용된 애완동물용 목줄의 양단이 가압된 채로, 강한 회전과 함께 강한 힘으로 당겨지는 과정이 나타난다.
본 과정 동안 플렉서블 전계 발광 장치의 불이 꺼졌으나, 이는 가압으로 인하여 양극이 도체로 만들어진 전선탈피기에 의해 눌려 합선이 발생하고 이로 인해 일시적으로 단락이 발생하였을 뿐이며, 도6-12)에 가압이 해제되었을 때 다시 불이 정상적으로 들어오는 것을 통해, 본 발명에 다른 플렉서블 전계 발광 장치의 전극이 영구적으로 단선되지 않고 유효하게 기능을 함을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치의 전극에 균열(crack)이 발생하더라도 전극에 부착된 도전성 섬유층(250, 350)이 끊어지지 않는 한 전극이 유효하게 기능을 함을 확인한 결과라고 할 수 있다.
(3) 제2실험 내용 및 결과
본 실험은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치가 텐트 스트링(string)과 같이 지속적으로 강한 인장력이 작용하는 제품이 적용되어 사용될 때에도 전극의 기능이 유지될 수 있는지를 확인하고자 수행하였다.
텐트 스트링(string)이란 아웃도어용 텐트나 타프가 자립할 수 있도록 하거나 텐트가 바람에 펄럭이는 것을 막도록 텐트에 텐션을 주는 역할을 하는 것으로 지속적으로 강한 인장력이 부여된다.
이를 구현하고자, 텐트 스트링(string) 소재로 사용되는 폴리에스터 직조물을 이용하여 일정한 폭을 갖도록 텐트 스트링(string)을 제조하고, 텐트 스트링(string)의 양 표면에 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치를 부착하였다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치가 부착된 텐트 스트링(string)의 양 단을 강한 힘으로 늘리는 과정을 반복 수행하며 전극의 기능 유지 여부를 살펴보았다.
도7을 참조하여 결과를 살피면, 플렉서블 전계 발광 장치가 부착된 텐트 스트링(string)의 양 단을 강한 힘으로 늘리는 과정은 약 10초 동안 지속되고(도7-3),5),7)) 다시 이완(도7-4),6),8))되는 과정을 반복하는 방식으로 수행되었으며, 결과 전극이 유효하게 기능하여 플렉서블 전계 발광 장치가 발광 장치로 유효하게 작동함을 확인하였다.
상기 결과를 통해, 본 발명이 제시하는 플렉서블 전계 발광 장치의 내구성이 매우 뛰어나며, 강한 인장력이 지속적으로 작용하여 전극에 균열(crack)이 발생하더라도, 도전성 섬유층(250, 350)이 전극에 부착되어 전극의 기능이 상실되지 않음을 확인할 수 있었다.
(4) 실험 결과 정리
극한의 상황을 가정하고자, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 전계 발광 장치를 애완동물용 목줄 및 텐트용 스트링에 적용하여 내구성 및 전기적 연결 신뢰성에 관한 실험을 수행하였으며, 결과 강한 인장력이나 국부적으로 강한 압력이 가해지더라도 전극이 유효하게 기능함을 확인할 수 있었다.
상기 결과를 통해, 본 발명이 제시하는 플렉서블 전계 발광 장치의 내구성 및 전기적 연결 신뢰성이 매우 우수하며, 애완동물용 목줄 및 텐트용 스트링 이외에도 기존에 사용되지 못하였던 다양한 환경에서 사용되는 제품에도 채택될 수 있음을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정하기 위한 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 이미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
A : 발광 이미지
10 : 발광부
11 : 발광층
12 : 유전체층
20 : 상부전극
30 : 하부전극
100 : 발광부
110 : 발광층
120 : 유전체층
200 : 제1전극부
210 : 투명전극층
220 : 제1버스 전극층
250 : 제1도전성 섬유층
300 : 제2전극부
310 : 배면전극층
320 : 제2버스 전극층
350 : 제2도전성 섬유층
410 : 정면보호층
420 : 배면보호층
500 : 외피 필름
10 : 발광부
11 : 발광층
12 : 유전체층
20 : 상부전극
30 : 하부전극
100 : 발광부
110 : 발광층
120 : 유전체층
200 : 제1전극부
210 : 투명전극층
220 : 제1버스 전극층
250 : 제1도전성 섬유층
300 : 제2전극부
310 : 배면전극층
320 : 제2버스 전극층
350 : 제2도전성 섬유층
410 : 정면보호층
420 : 배면보호층
500 : 외피 필름
Claims (14)
- 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부;
상기 발광부의 일측에 접하며, 외부 전원부와 연결되며, 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층과 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층을 포함하는 제1전극부; 및
상기 발광부의 타측에 상기 제1전극부와 전기적으로 절연되어 접하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부에 상기 제1전극부와 전계를 형성하는 배면전극층과 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층을 포함하는 제2전극부;를 포함하고,
상기 투명전극층은 상기 발광부의 일면 전부를 덮을 수 있는 폭과 길이로 형성되며, 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분을 포함하고,
상기 제1도전성 섬유층은 상기 투명전극층이 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고,
상기 제2도전성 섬유층은 상기 배면전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되어,
상기 제1전극부 및 상기 제2전극부의 전기적 연결 신뢰성이 개선된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1도전성 섬유층 또는 상기 제2도전성 섬유층은, 금속이 도금된 섬유재 상에 도전성 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 섬유재에 코팅된 도전성 물질은, 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부는 발광층 및 상기 발광층에 접하는 유전체층을 포함하고,
상기 발광층은 발광 물질로 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1전극부는 상기 투명전극층과 상기 제1도전성 섬유층 사이에 상기 투명전극층의 전류 흐름을 개선하는 제1버스 전극층을 더 포함하여,
상기 제1버스 전극층은 상기 투명전극층이 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고, 상기 제1도전성 섬유층은 상기 제1버스 전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되며,
상기 제2전극부는 상기 배면전극층과 상기 제2도전성 섬유층 사이에 제2버스 전극층을 더 포함하여,
상기 제2버스 전극층은 상기 배면전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고, 상기 제2도전성 섬유층은 상기 제2버스 전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되어, 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부의 전기적 연결 신뢰성이 개선된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 전계 발광 장치는, 상기 제1전극부의 외면을 덮어 보호하는 정면보호층; 및
상기 제2전극부의 외면을 덮어 보호하는 배면보호층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 투명전극층은 PEDOT:PSS(Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate), ITO(Indium Tin Oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 배면전극층은 탄소, 금, 은, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제7항에 있어서,
상기 정면보호층 및 상기 배면보호층은, TPU(Thermo Plastic Polyurethane), PET(Poly(ethyl benzene-1,4-dicarboxylate)), PC(polycarbonate), PEN(Polyethylene Naphthalate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 전계가 인가되면 빛을 발산하는 발광부 복수개가 이격되어 형성하는 발광부 어레이;
상기 발광부의 일측에 접하여 상기 발광부 어레이를 연결하며, 외부 전원부와 연결되고, 상기 발광부에서 발생한 가시광선이 방출될 수 있는 투명전극층과 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제1도전성 섬유층을 포함하는 제1전극부; 및
상기 발광부의 타측에 상기 제1전극부와 전기적으로 절연되어 접하여 상기 발광부 어레이를 연결하며, 상기 외부 전원부와 연결되어, 상기 발광부 어레이에 상기 제1전극부와 전계를 형성하는 배면전극층과 섬유재에 도전성 물질이 코팅된 제2도전성 섬유층을 포함하는 제2전극부;를 포함하고,
상기 투명전극층은 상기 복수개의 발광부 각각을 모두 덮을 수 있는 폭과 길이로 형성되며, 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분을 포함하고,
상기 제1도전성 섬유층은 상기 투명전극층이 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고,
상기 제2도전성 섬유층은 상기 배면전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되어,
상기 제1전극부 및 상기 제2전극부의 전기적 연결 신뢰성이 개선된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1도전성 섬유층 또는 상기 제2도전성 섬유층은, 금속이 도금된 섬유재 상에 도전성 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 제10항에 있어서,
상기 발광부는 발광층 및 상기 발광층에 접하는 유전체층을 포함하고, 상기 발광층은 발광 물질로 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 제1전극부는 상기 투명전극층과 상기 제1도전성 섬유층 사이에 상기 투명전극층의 전류 흐름을 개선하는 제1버스 전극층을 더 포함하여,
상기 제1버스 전극층은 상기 투명전극층이 폭 방향으로 상기 발광부보다 더 연장된 부분과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고, 상기 제1도전성 섬유층은 상기 제1버스 전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되며,
상기 제2전극부는 상기 배면전극층과 상기 제2도전성 섬유층 사이에 제2버스 전극층을 더 포함하여,
상기 제2버스 전극층은 상기 배면전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되고, 상기 제2도전성 섬유층은 상기 제2버스 전극층과 맞닿아 길이 방향에 있어서 상기 발광부 어레이 전부에 대응되며 연속적인 접촉면을 형성하도록 부착되어, 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부의 전기적 연결 신뢰성이 개선된 것을 특징으로 하는, 플렉서블 전계 발광 장치.
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