KR20050027982A - 피드백 증대 발광 다이오드를 이용한 조명 기구 - Google Patents

피드백 증대 발광 다이오드를 이용한 조명 기구 Download PDF

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KR20050027982A
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매그노죤엔
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Abstract

피드백 증대 발광 기구를 사용하는 조명 기구(200)가 개시된다. 캐소드(102) 및 애노드(104)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 상기 조명 기구는 바닥 피드백 층(106) 부근에 배치된 기재(106)도 포함할 수 있다. 피드백 요소 사이에 배치되는 발광 다이오드(FE-LED)가 상기 조명 기구에서 발광 요소로서 사용될 수 있다. 상기 발광 요소는 광 분배 요소에 연결될 수 있다. 한 가지 양태에서, 상기 발광 다이오드는 유기 발광 다이오드(FE-OLED)일 수 있다.

Description

피드백 증대 발광 다이오드를 이용한 조명 기구{LIGHTING DEVICES USING FEEDBACK ENHANCED LIGHT EMITTING DIODE}
본 출원은 2002년 5월 8일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제60/379,141호의 이점을 수반하며, 상기 가출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 합체된다. 본 출원은 2003년 5월 8일에 출원된 "피드백 증대 발광 다이오드 소자"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제__호와, 2003년 5월 8일에 출원된 "피드백 증대 조명 다이오드를 이용한 디스플레이 기구"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제__호와 관련된 것으로서, 이들 출원 역시 그 전체가 본 명세서에 참고로 합체된다.
본 발명은 피드백 증대 발광 다이오드를 이용한 조명 기구(lighting device)에 관한 것이다.
실내 및 실외에 조명을 제공하는 종래의 조명 기구는 통상적으로, 백열 전구, 형광 램프 또는 할로겐 램프를 사용한다. 그러나, 기존의 조명 기구는 수명이 짧고, 비용이 비싸며, 및/또는 그 기구와 관련된 위험성을 갖고 있다. 최근에, 기존의 조명 기구의 단점 일부를 극복하는 일반적인 조명을 제공하기 위하여 발광 다이오드(LED) 램프가 사용되고 있다. 그러나, LED 동작식 램프조차도, 대부분의 광은 흡수되거나 열로 소실되어, 광으로서 제공될 수 있는 에너지의 상당 비율을 낭비한다. 따라서, 에너지 손실을 제거 또는 감소시킬 수 있고 보다 효과적으로 조명을 제공할 수 있는 보다 효율적인 조명 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에서 조명 기구에 사용될 수 있는 방출 소자를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 조명 기구에 사용되는 한 가지 실시예의 피드백 증대 발광 다이오드를 나타낸다.
도 3은 한 가지 실시예에 다른 광을 보여준다.
도 4는 다른 실시예에 따른 건축용 램프를 나타낸다.
도 5는 단일 모드형 FE-OLED와 다중 모드형 FE-OLED의 구조를 대비하여 보여주는 도면이다.
도 6은 한 가지 실시예의 광 분배기를 나타낸다.
피드백 증대 발광 소자를 사용한 조명 기구가 제공된다. 한 가지 양태에 있어서, 조명 기구는 두 피드백 층 사이에 배치되는 적어도 하나의 발광 재료층을 포함하는 광원을 포함한다. 상기 두 피드백 층 중 적어도 하나는 주기적으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖고 있다.
상기 광원은 적어도 하나의 개구가 있는 하우징 내에 장착될 수 있다. 광 분배 요소(light distribution element)가 상기 하우징 내에 장착되고 상기 개구와 광원 사이에 배치되어, 광원으로부터 방출되는 광을 상기 개구를 향해 분배할 수 있다. 다른 양태에 있어서, 전방 디퓨저(forward diffuser)와 같은 제2 광 분배 요소가 상기 개구와 광 분배 요소 사이에서 상기 하우징 내에 장착될 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 상기 제2 광 분배 요소는 상기 하우징의 개구를 덮도록 장착될 수도 있다.
한 가지 양태에 있어서, 상기 피드백 층 중 하나 또는 두 층 모두는 적어도하나의 홀로그래픽 기록 재료층을 포함한다. 상기 홀로그래픽 기록 재료층은 그 재료에 패턴화되어 있는 평면파 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 다른 양태에 있어서, 상기 피드백 층 중 하나 또는 두 층 모두는, 광의 상이한 파장들에 대응하는 복수 개의 평면파 간섭 패턴을 갖고 있는 홀로그래픽 기록층을 포함할 수 있다.
다른 양태에 있어서, 조명 기구는 두 피드백 층 사이에 배치되는 적어도 하나의 광 방출 재료층을 포함할 수 있다. 상기 광 방출 재료는 유기 재료일 수 있다. 상기 두 피드백 층 중 적어도 하나는 주기적으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖고 있다. 상기 광 방출 재료층으로부터 방출되는 광을 확산시키기 위하여, 광 발산 스크린(light diverging screen) 또는 디퓨저와 같은 광 분배 요소가 상기 광원에 부착될 수 있다. 한 가지 양태에 있어서, 상기 피드백 층 중 하나 또는 두 층 모두는 적어도 하나의 홀로그래픽 기록 재료층을 포함한다. 상기 홀로그래픽 기록 재료층은 그 재료에 패턴화되어 있는 평면파 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 다른 양태에 있어서, 상기 두 피드백 층 중 하나 또는 두 층 모두는 광의 상이한 파장들에 대응하는 복수 개의 평면파 간섭 패턴을 갖고 있는 홀로그래픽 기록 재료를 포함할 수 있다.
여러 가지 실시예의 구조 및 동작 뿐만 아니라 다른 특징은 첨부 도면을 참조로 한 이하의 상세한 설명에 기재되어 있다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.
피드백 증대 발광 다이오드를 사용하는 램프와 같은 조명 기구가 개시된다. 본 명세서에 있어서, 발광 재료, 방출 재료, 에미터 재료 등의 용어는 상호 교환되어 사용 가능하고, 발광 성질을 갖고 있는 재료들을 지칭한다. 피드백 증대 발광 다이오드의 구조 및 동작은 계류 중인 "피드백 증대 발광 소자"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제__호에 그 전체가 개시되어 있다. 예컨대, 도 1 및 도 2는 본 발명의 조명 기구에 사용될 수 있는 피드백 증대 발광 다이오드를 나타낸다.
도 1은 한 가지 실시예에서 본 발명의 조명 기구에 사용될 수 있는 방출 소자를 나타낸다. 상기 소자(1)는 방출층(2)과 피드백 요소(4)를 포함한다. 피드백 요소(4)는 일부 광이 피드백 요소(4)를 통과할 수 있도록 해주는 주기적인 굴절률 변화를 갖고 있는 층일 수 있다. 다른 양태에서, 피드백 요소(4)는 주기적이고 연속적인 굴절률 변화를 갖고 있는 층일 수 있다. 주기적이고 연속적인 굴절률 변화를 갖고 있는 피드백 요소 층은 계류 중에 있는 "피드백 증대 발광 소자"라는 명칭의 미국 특허 출원 제__호에 상세하게 개시되어 있다.
두 피드백 요소(4, 6) 사이에 상기 방출층이 있도록 제2 피드백 요소(6)가 포함될 수 있다. 상기 제2 피드백 요소(6)는 일부 광이 제2 피드백 요소(6)를 통과할 수 있도록 해주거나 그 요소에 입사하는 광을 실질적으로 반사시킬 수 있다. 한 가지 실시예에서, 주기적인 굴절률 변화를 갖고 있는 구조, 평면 거울, 분배 브래그 반사체(distributed Bragg reflector, DBR), 또는 다른 반사체가 제2 피드백 요소(6)로서 사용될 수 있다. 상기 방출층(2)은 유기 재료로 구성될 수 있다. 또한, 방출층(2)은 유기 발광 다이오드일 수도 있다.
한 가지 양태에서, 상기 피드백 증대 발광 다이오드는 다른 요소, 예컨대 피드백 층과 방출층 사이에 놓이는 투광성 버퍼층, 디퓨저, 애노드, 캐소드 또는 다른 요소를 포함할 수도 있다. 도 2는 추가의 요소들을 구비하고 있는 방출 소자(200)를 나타낸다. 예컨대, 캐소드(102)와 애노드(104)와 같은 한 쌍의 전극이 방출층(2)과 상부 피드백 층(4) 및 바닥 피드백 층(6) 사이에 각각 배치될 수 있다.
캐소드(102)는 방출층(2) 내로 전자를 주입할 수 있도록, 방출층(2) 부근에 일함수가 작은 표면을 갖는 투광성 전도 구조를 포함할 수 있다. 한 가지 양태에서, 캐소드(102)가 원하는 투광성을 제공하도록 하기 위하여, 두 층 구조의 캐소드가 제공될 수 있다. 상기 두 층 구조의 캐소드는, 본질적으로 투광성인 매우 얇은, 예컨대 5 nm의 금속 캐소드를 포함할 수 있다. 다음에, 상기 금속은, 인듐-주석 옥사이드(ITO)와 같은 투광성 전도체로 예컨대 피드백 층 측에 배킹 처리되어, 충분히 큰 전도성을 제공함으로써, 임피던스가 작은 소자를 얻을 수 있다. 애노드(104)는 정공을 방출층(2) 내에 주입할 수 있도록 일함수가 큰 투광성 전도 재료를 포함할 수 있다.
상기 방출층(2)은 상단 피드백 층(4) 및 바닥 피드백 층(6)의 반사 밴드와 겹치는 스펙트럼 방출 밴드를 갖고 있는 유기 전기 발광 재료를 포함할 수 있다. 한 가지 양태에서, 상기 방출층(2)은 형광 또는 인광 방출 재료, GaAs, AlGaAs 또는 InGaN과 같은 방출 무기 반도체 재료일 수도 있다.
상기 상단 및 바닥 피드백 층(4, 6)은, 광을 흡수하지 않으며 주기적으로 변하는 굴절률을 갖고 있는 재료를 포함할 수 있다. 상기 상단 및 바닥 피드백 층(4, 6)은 도면에서 "출광(light out)"(110)이라 표시된 축을 따라 전파하는 주어진 파장 밴드의 광을 반사시키는 광자 결정으로서 작용할 수 있다.
상기 층의 법선을 따라 피드백 층의 재료로 들어가는 광은 굴절률 진동의 한 사이클을 통과할 때마다 작은 반사를 겪는다. 피드백 요소가 충분히 두꺼운 경우, 상기 피드백 요소는 공진 파장(2d)에서 거의 완전한 반사체로서 작용할 수 있는데, d는 굴절률 공간 진동(refractive index spatial oscillation)의 피치(pitch)이다.
한 가지 양태에서, 상기 피드백 층들은 원하는 방출 파장에서 피크 반사율을 갖고 있는 평면파 홀로그램으로부터 제작된다. 한 가지 양태에서, 도 2에 도시한 소자(200)는 뒤집어 질 수 있다. 즉, 캐소드(102)와 애노드(104)의 위치가 서로 바뀔 수 있다.
상기 소자는 또한 바닥 피드백 층(6) 부근에 배치되는 기재(106)를 포함할 수 있다. 상기 기재(106)는 상기 소자가 만들어지는 층으로서 사용된다. 한 가지 양태에서, 상기 기재(106)는 투광성 재료를 포함할 수 있다. 한 가지 양태에서, 커버(108)로서 기능하도록 상기 소자 위에 재료가 적용될 수 있다. 커버(108)는, 예컨대 주변의 물과 산소를 기밀식으로 밀봉하거나, 그렇지 않으면 화학적 또는 다른 열화 요인으로부터 상기 소자를 보호하는 기능을 한다.
상기 소자의 다른 구성 요소들은 애노드(104)와 방출층(2) 사이에 정공 수송층을 포함할 수 있다. 상기 정공 수송층은 상기 방출층(2)에서 보다 많은 전자/정공 재결합이 일어나도록 하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 보통 정공 이동도가 낮은 것과 같이 전자 이동도와 정공 이동도 사이에 불균형이 있는 방출층에서, 전자/정공 재결합은 상기 애노드에서 일어나는 경향이 있다. 유사하게, 직접적인 애노드/에미터 인터페이스를 갖고 있는 소자는 비효율적으로 되는 경향이 있는데, 왜냐하면 많은 트랩, 즉 에미터의 비복사성 탈여기(non-radiative de-excitation)가 일어나는 사이트가 에미터/애노드 인터페이스에 존재하기 때문이다. 예컨대, 정공 이동도가 큰 정공 수송층을 사용하면, 애노드에서 일어나는 전자/정공 재결합의 문제가 최소화된다. 상기 정공 수송층은 애노드(104)의 정공 전도 밴드와 방출층(2)의 정공 전도 밴드 사이 중간의 정공 전도 밴드를 갖는 것으로 선택하여, 정공이 보다 효율적으로 애노드로부터 에미터로 주입될 수 있도록 할 수 있다.
상기 애노드(104)와 정공 수송층 사이에 정공 주입층도 제공될 수 있다. 예컨대, 인듐-주석 옥사이드(ITO)와 같이 명확한 밴드 구조가 적어 상기 소자로의 비효율적인 정공 주입을 야기할 수도 있는 애노드 재료가 사용된다면, ITO와 정공 수송층 재료 사이 중간의 에너지 레벨을 갖는 밴드 구조를 보다 잘 형성하기 위하여 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine)과 같은 정공 주입층이 제공될 수도 있다. 추가의 정공 주입층을 제공하면, 정공을 주입하는 데에 도움이 될 수 있고, 보다 효과적인 소자를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 정공 주입층과 에미터 사이에 추가의 정공 수송층이 삽입되어, 밴드 에너지 차이를 더욱 고르게 할 수 있다. 에미터 부근의 정공 수송층이 에미터와 거의 동일한 에너지 레벨에서 그 전자 전도 밴드를 갖고 있다면, 전자들은 에미터보다는 정공 수송층에서 일어나는 재결합으로 에미터를 "오버슈트"(overshoot)"할 수 있다. 이러한 오버슈트는 큰 에너지 전자 전도 밴드를 갖고 있지만 양호한 정공 전도성을 갖고 있는 전자 차단층을 에미터와 정공 수송층 사이에 개재시켜 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 캐소드(102)와 방출층(2) 사이에 전자 수송층이 제공될 수 있다. 전자 수송층은 정공 수송층이 정공에 대해 수행하는 것과 유사한 기능을 전자에 대해 수행한다. 정공 수송층에서와 같이, 밴드 에너지 매칭을 보조하기 위하여, 추가의 전자 수송층이 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 캐소드(102)와 전자 수송층 사이에 전자 주입층이 제공될 수 있다. 이상적으로, 전자를 상기 소자에 주입하는 데에 에너지가 소비되지 않도록, 상기 캐소드가 가능한 한 작은 일함수를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 칼슘과 같이 일함수가 매우 작은 금속을 사용할 수 있다. 그러나, 칼슘은 습기와 산소에 대해 화학적으로 매우 반응성이 있을 수 있고 또 매우 민감할 수 있다. 알루미늄도 사용될 수 있다. 알루미늄은 더 큰 일함수를 갖고 있기는 하지만, 알루미늄을 리튬 또는 마그네슘 플루오라이드와 같은 매우 얇은 박막 재료로 오버코팅하면, 밴드 에너지 불일치를 완화시키는 것을 도와주는 "밴드 벤딩(band bending)" 효과가 제공된다는 것이 밝혀졌다.
다른 실시예에서, 에미터로부터의 정공 "오버슈트"를 제거하기 위하여, 상기 에미터와 정공 수송층 사이에 정공 차단층이 제공될 수 있다. 전술한 캐리어 수송층, 캐리어 주입층 및 캐리어 차단층은 종래의 OLED 소자에서 통상적으로 사용된다. 따라서, 이들 요소에 대한 추가의 상세한 설명은 생략한다.
한 가지 실시예에서, 상기 소자(300)는 버퍼층, 예컨대 전극과 피드백 층 사이에 개재된 투명한 유전체를 포함할 수도 있다. 버퍼층이 캐소드(102)와 상단 피드백 층(4) 사이에 배치되는 경우, 그 버퍼층은, 특히 후속 처리 과정 동안에 캐소드와 외부 환경 사이에서 기밀의 배리어로서 작용할 수 있다. 상기 버퍼층은 또한, 두 피드백 층 사이에 정확한 크기의 공간을 제공하여, 두 피드백 층 사이의 갭에서 광의 소멸적 간섭이 일어나지 않도록 할 수 있다. 이러한 기능을 달성하기 위하여, 상기 버퍼층은 상기 소자의 광학적 두께를 조정하도록 상기 피드백 층과 전극 사이에 삽입될 수 있다. 상기 버퍼층은 또한, 상기 두 피드백 층에서 굴절률 프로파일 사이의 적절한 위상 관계를 유지하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층은 피드백 층 사이의 갭의 두께를 조정하는 데에 사용되어, 상기 갭에서 공진하고 있는 광의 모드의 파장을 조절한다.
도 1 및 도 2에 도시된 소자는 경계에서의 굴절률 불일치로 일어날 수도 전체 내부 반사를 실질적으로 감소 또는 제거한다. 이는 상기 소자 내부의 광 흡수 손실의 실질적인 제거를 통해, 상기 소자로부터 추출되는 광량을 거의 배가시킨다.
한 가지 양태에서, 도 1을 다시 참조하면, 방출층(2)의 양쪽에 위치한 피드백 요소(4, 6)는 공진 공동(resonant cavity)을 형성한다. 피드백 요소(4, 6)는 광을 다시 방출층(2) 재료 내로 반사시키고, 충분한 광이 상기 방출층(2) 내로 반사되는 경우 자극 방출(stimulated emission)이 일어날 수 있도록 해준다. 예컨대, 광자와 엑시톤 사이의 상호 작용의 수는 상기 자극 방출의 속도를 조절한다. 따라서, 상기 공진 공동 내에 광을 국부화시키고, 따라서 방출층(2)에서의 광자 밀도를 크게 함으로써, 매우 빠른 자극 방출 전환이 생성될 수 있다.
통상적으로, 상기 유도 자극 방출이 없다면, 비교적 느리고 순수히 통계적 과정인 자발적 방출이 방출 재료 내에서 광 생성 프로세스보다 우위에 서게 된다. 자극 방출로의 빠른 전환은, 광으로의 전환을 위한 여기 상태 에너지가 없거나 거의 없는 채로 자발 방출 프로세스를 남겨둔다. 훨씬 느린 프로세스인, 비복사성 탈여기는 여기 상태 에너지를 열로 전환시킨다. 따라서, 자극 방출은 열로의 여기 상태 에너지의 전환을 점유하는데, 왜냐하면 열 형성 메커니즘은 자극 방출의 메커니즘보다 몇 십배 더 느리기 때문이다. 그 결과, 소자(1)의 여기 상태 에너지는 열이 아니라, 지배적으로 광으로 전환된다. 이에 따른 열 생성의 감소는 소자 내의 온도 감소로 이어지고, 이는 소자의 보다 긴 수명 및 더 큰 효율을 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 램프(300)를 보여준다. 램프(300)는 표준의 형광 튜브 램프를 대체하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 램프(300)의 파워 전환 효율은 전기 사용량을 감소시키고, 및/또는 조도를 더 크게 한다. 램프(300)는 피드백 증대 발광 다이오드(FE-LED) 또는 피드백 증대 유기 발광 다이오드(FE-OLED) 광원(302)과, 광 분배 요소(304)와, 하우징(306)과, 전방 디퓨저 같은 제2 광 분배 요소(308)를 포함한다. 상기 FE-LED 또는 FE-OLED 광원(302)은, 예컨대 형광 조명에 사용되는 고정구에 장착되는 기존의 형광 고정구를 사용할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 광 분배 요소(304)는 상기 광원(302)과는 별도로 형성된 광 분배 스크린을 구비할 수도 있고, 또는 램프(300)를 구성하는 구성 요소의 개수를 줄이기 위하여 광원(302)에 일체로 형성될 수도 있다.
광 분배 스크린의 구조 및 동작은 2002년 12월 16일에 출원된 "광원 및 방법"이라는 명칭의 현재 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제10/319,631호에 개시되어 있으며, 이 미국 특허 출원은 본 명세서에 참고로 합체된다. 예를 들면, 도 5는 상기 발명의 한 실시예에 따른 광원/광 분배 요소 조합체의 예를 보여주고 있다. 상기 조합 발광체(500)는 피드백 증대 LED 또는 OLED 광원(502), 광 발산부(504), 광을 방출하지 않는 영역(506)에 배치되는 장식용 또는 기능성 표면부를 포함한다. 유기 발광 다이오드 광원은 폿팅 재료(potting material)(508), 후방 글라스(back glass)(510), 후방 피드백 층(512), 전방 피드백 층(514), 유기 발광 다이오드(OLED)(516), 애노드 버스(518), 캐소드 버스(520) 및 전방 글라스(522)를 포함할 수 있다. 전방 피드백 층(514) 및 후방 피드백 층(512)은, 유기 발광 다이오드(516)에서 증대된 광 방출을 자극하는 공진 공동(524)을 형성할 수 있고, 광선이 실질적으로 시준(collimate) 되도록 할 수 있다. 광 발산부(504)는 접착제(530)에 의해 광 발생부(502)에 접착식으로 결합될 수 있다. 광원(502)으로부터의 광은 광 발산부(504)에 입사된다. 광 발산부(504)는 광 발생부(502)로부터 받은 광을 작은 개구(534) 쪽으로 안내하는 테이퍼형 광 가이드(532)를 포함한다. 다음에, 그 광은 시준되어 있거나 또는 실질적으로 시준되어 있다면, 소정 각도의 범위에 걸쳐 발산되도록 소정 범위의 각도에 걸쳐 방출되어, 그 소정 각도의 범위에 걸쳐 볼 수 있고 그 소정 범위의 각도에 걸쳐 조사하는 광원을 제공하게 된다. 테이퍼형 광 가이드(532)의 구성은 미국 특허 번호 제5,563,738호 및 제5,481,385호에 더 상세히 기재되어 있고, 이들 특허는 본 명세서에 참고로 합체된다. 상기 영역(506)은 굴절률이 광 가이드(532)의 굴절률보다 작은 투명 재료(538)로 채워지거나, 채색 또는 반사성 재료 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 두 광 분배 요소는 광 확산을 보다 잘 시키기 위하여 램프(300)에 사용될 수 있다. 하우징(306)은 램프 하우징용의 종래의 구조의 것이거나 다른 적당한 구조의 것일 수 있다. 전방 디퓨저(308) 역시 종래의 구조 또는 임의의 적당한 다른 구조의 것일 수 있다. 상기 구조의 램프는 표준 형광 램프의 조사 효율의 거의 두배, 백열 램프보다는 거의 10배의 조사 효율을 갖고 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건축용 램프를 보여준다. 상기 건축용 램프(400)는 FE-LED 또는 FE-OLED(402)의 전방에 직접 결합된 스크린 또는 디퓨저(404)를 포함한다. 램프(400)는 벽, 천장, 바닥 또는 다른 표면에 배치되어, 심미적으로 즐거운 조명을 제공할 수 있다.
상이한 파장 밴드를 방출하는 두 개, 세 개, 네 개 또는 5개 이상의 피드백 증대 OLED 또는 LED 소자가 소정의 작은 기하 도메인의 패턴으로 동일한 기재 상에서 제작되는 경우, 광대역 스펙트럼 분포를 갖는 램프가 제조되어, 관찰자의 눈이 상기 파장 밴드를 융화시켜 백색광 또는 원하는 색의 광을 만들어 내게 할 수 있다. 예컨대, 3가지 색의 경우에, FE-OLED 에미터의 스트라이프는, VGA 디스플레이에서의 수직 칼라 스트라이프처럼, 반복되는 적색/청색/녹색 배열로 패턴화될 수 있다. 그 램프 출력은 백색광처럼 보이는데, 통합된 스펙트럼 출력은 상기 스트라이프들이 충분히 좁은 경우에는 각 구조에서 복합선처럼 보인다.
한 가지 예에서, 상기 피드백 층 모두는, 예컨대 방출층에 대하여 전술한 바와 같이, 적색/청색/녹색 구조로 패턴화된다. 이 실시예에서, 상기 방출층은 상이한 파장 밴드의 에미터가 피드백 층 패턴에 대응되게 패턴화될 수도 있다. 예컨대, 비교적 좁은 밴드의 에미터를 구비한 실시예에서, 피드백 층의 피치가 바뀔 때마다, 에미터는 방출 밴드 및 반사 밴드가 겹치도록 바뀐다.
제2 실시예에서, 방출 밴드가 두 개 이상의 패턴화된 영역에서 피드백 층의 반사 밴드와 겹치는 광대역 에미터가 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 에미터가, 적색 및 녹색에 대하여 설정된 피드백 층 피치를 갖고 있는 패턴화된 영역에 대하여 적색광 및 녹색광을 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 예컨대, 충분히 광대역인 에미터가 사용되는 경우, 상기 방출층은 원하는 효과를 위해 패턴화될 필요가 없을 수 있다.
본 발명에 따른 방출 소자는 단일 모드형 또는 다중 모드형 소자일 수 있다. 단일 모드형 소자는, 대략 에미터에 의해 방출되는 광 파장의 폭을 갖고 있는 공진 공동(피드백 층 사이의 거리)을 갖는 소자를 제작하여 제조될 수 있고, 다중 모드형 소자는 에미터에 의해 방출되는 광 파장보다 적어도 수 배의 폭으로 되어 있는 공진 공동을 갖고 있다. 예를 들면, 도 5는 단일 모드형 FE-OLED(802)와 다중 모드형 FE-OLED(804)의 구조를 대비한다. 단일 모드형 FE-OLED(802)는 폭이 약 400 nm인 공진 진동과, 약 0.5 ㎛의 모드 간격과, 약 1.5 nm의 스펙트럼 선폭을 갖고 있는 홀로그래픽 피드백 층(806, 808)을 글라스 패키지 내부에 구비하고 있다.
다중 모드형 FE-OLED(804)는 상기 글라스 패키지 외부에 홀로그래픽 피드백 층(810, 812)을 갖고 있다. 예를 들면, 약 0.2 nm의 모드 간격은 1 nm 만큼 분리되어 있고 500 nm 파장의 광을 사용하는 피드백 층에서 일어난다. 스펙트럼 선 폭은 피드백 층(810, 812)의 반사 대역폭에 의해 정해지며, 약 100 nm이다. 다중 모드형 소자(804)에서, 홀로그램은 OLED가 조립된 후에 적용될 수 있으므로 제조하기가 더 쉽다.
다른 실시예에서, 상기 다중 모드형 소자는 글라스 패키지 내에 여러 피드백 층을 구비할 수 있고, 또는 글라스 패키지 내에 하나의 피드백 층과 글라스 패키지 외부에 하나의 피드백 층을 구비할 수 있다. 비교적 두꺼운 투광성 스페이서를 포함하는 투광 공간(transparent space)은 상기 방출 소자와 피드백 층 사이의 공간을 채워, 원하는 공진 공동 두께를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 접근법의 한 가지 이점은 상기 공동 두께가 소자 패키징시의 기계적 고려 사항과는 별도로 설정될 수 있고, 시차 문제 없이 픽셀레이트(pixelate)될 수 있는 다중 모드형 소자를 제공하는 데에 이용될 수 있다느 것이다.
제1 근사법 정도로, 피드백 층이 구비되어 있는 단일 모형 소자에 대한 이상적인 구조는 원하는 출력광의 파장의 1/2의 공진 공동 두께를 갖고 있고, 피드백 층 내부 표면에서 동일한 위상의 주기적인 굴절률 변화를 갖고 있다. 동일한 크기 정도의 다른 두께 및 다른 위상 관계가 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 계류 중인 "피드백 증대 발광 소자"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제__호에 개시된 것과 같은 디펙트(defect) 모드형 FE-OLED를 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 계류 중인 "피드백 증대 발광 소자"라는 명칭의 미국 특허 출원 제__호에 개시된 것과 같은 밴드-엣지 레이저 조사 FE-OLED를 사용할 수 있다.
전술한 실시예들은 설명을 위한 예이며, 본 발명이 이들 특정의 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 당업자라면 첨부한 청구의 범위에 한정된 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 여러가지 변화 및 수정을 할 수 있을 것이다.

Claims (67)

  1. 조명 기구로서, 상기 조명 기구는 광원과 광 분배 요소를 포함하고,
    상기 광원은 적어도,
    광을 수용 및 반사하도록 되어 있는 제1 피드백 층과;
    상기 제1 피드백 층 상에 형성되는 제1 전극과;
    상기 제1 전극 위에 형성되고, 적어도 하나는 발광 재료를 포함하는 하나 이
    상의 반도체 층과;
    상기 하나 이상의 반도체 층 위에 배치되는 제2 전극과;
    상기 제2 전극 위에 배치되어 광을 수용 및 반사하도록 되어 있는 제2 피드
    백 층
    을 포함하며,
    상기 광 분배 요소는 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 중 어느 하나 또는 두 층 모두에 인접하여 배치되고 상기 피드백 층들로부터 방출되는 광을 분배하도록 구성되어 있는 것인 조명 기구.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 개구가 있는 하우징을 더 포함하며, 상기 광원은 상기 하우징 내에 장착되고 실질상 상기 개구의 방향으로 광을 방출하도록 배치되며, 상기 광 분배 요소는 상기 하우징 내에 장착되고 상기 개구와 상기 광원 사이에 배치되어 광을 상기 개구를 향해 분배하는 것인 조명 기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 상기 광원에 부착되는 것인 조명 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 상기 광원에 바로 인접하여 배치되는 것인 조명 기구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 광 발산 스크린을 포함하는 것인 조명 기구.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 발산 스크린은 복수 개의 테이퍼형 광 가이드를 포함하는 것인 조명 기구.
  7. 제2항에 있어서, 상기 하우징 내에서 상기 개구와 광 분배 요소 사이에 배치되는 제2 광 분배 요소를 더 포함하는 조명 기구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 광 분배 요소는 상기 하우징의 개구를 덮도록 장착되는 것인 조명 기구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 상기 광원으로부터 방출되는 광을 확산시키는 디퓨저를 포함하는 것인 조명 기구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원과 광 분배 요소는 실질상 편평하고 가늘고 긴 형태로 성형되는 것인 조명 기구.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광원과 광 분배 요소는 서로 직접 결합되는 것인 조명 기구.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구는 벽 또는 천장 또는 이들 둘 모두에 부착되도록 되어 있는 것인 조명 기구.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구는 복수 개의 광 분배 요소를 포함하는 것인 조명 기구.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 이들 피드백 층은 광자 결정 구조를 갖고 있는 적어도 하나의 층을 포함하는 것인 조명 기구.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 이들 피드백 층은 적어도 하나의 홀로그래픽 기록 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 이들 피드백 층은 평면파 간섭 패턴을 갖고 있는 적어도 하나의 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 이들 피드백 층은 광의 상이한 파장들에 대응되는 평면파 간섭 패턴들을 갖고 있는 적어도 하나의 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광의 각 파장에 대응되는 평면파 간섭 패턴은, 상기 재료층의 면에 기하학적으로 형성된 도메인 또는 영역을 분리시키도록 각각 국한되어 있는 것인 조명 기구.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기하학적으로 형성된 영역은 평행한 스트라이프를 포함하는 것인 조명 기구.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 피드백 재료층 내의 별도의 기하학적으로 형성된 도메인 또는 영역은 실질상 동일한 기하학적 형태를 갖고 있고, 상기 제2 피드백 재료층의 면에서 실질상 동일한 위치를 차지하는 것인 조명 기구.
  21. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 피드백 재료층은 적어도 하나의 홀로그래픽 기록 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  22. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 피드백 재료층은 적어도 하나의 광자 결정 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  23. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 피드백 재료층은 적어도 하나의 홀로그래픽 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  24. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 피드백 재료층은 적어도 하나의 광자 결정 재료층을 포함하는 것인 조명 기구.
  25. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료층은 2종 이상의 발광 재료를 포함하고, 이들 각각의 발광 재료는 상기 발광 재료층의 면에 기하하적으로 형성된 도메인 또는 영역으로 별도로 패턴화된 것인 조명 기구.
  26. 제25항에 있어서, 상기 발광 재료의 면에 기하학적으로 형성된 도메인 또는 영역은 실질상 동일한 형태를 갖고 있으며, 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 상기 제1 피드백 층 및 제2 피드백 층 모두의 상기 면에서 실질상 동일한 위치를 차지하는 것인 조명 기구.
  27. 제26항에 있어서, 상기 각각의 발광 재료는 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 상기 제1 피드백 층 및 제2 피드백 층 모두의 대응 도메인 또는 영역에서 상기 간섭 패턴의 반사 밴드와 실질적으로 겹치는 스펙트럼 방출 밴드를 갖고 있는 것인 조명 기구.
  28. 제27항에 있어서, 상기 발광 재료 중 하나 이상은, 광의 상이한 파장들에 대응되는 평면파 간섭 패턴들을 갖고 있는 상기 제1 피드백 층 또는 제2 피드백 층 또는 이들 피드백 층의 도메인 또는 영역에 대응하여 위치된 발광 재료의 도메인 또는 영역에 사용될 수 있는 넓은 스펙트럼 방출 밴드를 갖고 있는 것인 조명 기구.
  29. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 사이의 거리는 방출된 광의 번파장의 1/2 정도인 것인 조명 기구.
  30. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 사이의 거리는 방출된 광의 반파장의 2배 이상 정도인 것인 조명 기구.
  31. 제1항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 상기 광원과 일체로 되어 있는 것인 조명 기구.
  32. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층의 반사 밴드와 겹치는 스펙트럼 방출 밴드를 갖고 있는 전자 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  33. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극과, 상기 하나 이상의 반도체 층은, 상기 제1 및 제2 피드백 층에 의해 형성되는 연속 광자 결정 중에 디펙트로 형성되는 것인 조명 기구.
  34. 제33항에 있어서, 상기 디펙트는 방출된 광의 한 파장보다 작은 광자 결정의 공간 위상에 위상-슬립을 포함하는 것인 조명 기구.
  35. 제33항에 있어서, 상기 발광 재료층으로부터 방출된 광은 결함 모드로 발산되는 것인 조명 기구.
  36. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층은 그 스펙트럼 반사 밴드 중 피크 파장에서 광을 전혀 통과시키지 않고, 상기 발광 재료는 광을 밴드-엣지 레이저 모드로 방사시키는 것인 조명 기구.
  37. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 제1 피드백 층과 하나 이상의 반도체 층 사이에 배치되는 정공 주입층을 더 포함하는 것인 조명 기구.
  38. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 제2 피드백 층과 하나 이상의 반도체 층 사이에 배치되는 전자 주입층을 더 포함하는 것인 조명 기구.
  39. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 정공 주입층과 하나 이상의 반도체 층 사이에 배치되는 정공 수송층을 더 포함하는 것인 조명 기구.
  40. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 전자 주입층과 하나 이상의 반도체 층 사이에 배치되는 전자 수송층을 더 포함하는 것인 조명 기구.
  41. 제14항에 있어서, 상기 광자 결정 구조는 1차원, 2차원 또는 3차원 광자 결정 구조 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 조명 기구.
  42. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 중 하나 또는 둘 모두는 각 피드백 층의 면에 수직하거나 실질적으로 수직한 축을 따라 주기적으로 적어도 부분적으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖고 있는 것인 조명 기구.
  43. 제42항에 있어서, 주기적으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖고 있는 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 중 하나 또는 둘 모두는 적어도 부분적으로 연속적으로 변하는 굴절률 프로파일을 갖고 있는 것인 조명 기구.
  44. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 사이의 거리는, 이들 피드백 층 사이의 공간이 하나 이상의 원하는 파장의 광이 보강 간섭하는 공동을 구성하도록 하는 거리인 것인 조명 기구.
  45. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 중 하나 또는 두 층 모두에 의해 반사된 광은 상기 하나 이상의 발광 재료층으로부터의 광 방출을 자극하는 것인 조명 기구.
  46. 제45항에 있어서, 상기 자극된 광 방출의 열과 상기 조명 기구에 의해 방출되는 광은 실질적으로 시준되는 것인 조명 기구.
  47. 제45항에 있어서, 상기 자극된 광 방출의 결과 레이저 조사 작용이 이루어지는 것인 조명 기구.
  48. 제33항에 있어서, 상기 광자 결정 구조는 1차원, 2차원 또는 3차원 광자 결정 구조 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 조명 기구.
  49. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 순수 재료, 고용체, 합금 또는 비균질 혼합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 조명 기구.
  50. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 중합체 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  51. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 가교 결합된 유기 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  52. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 작은 분자와 중합체 사이의 분자량을 갖고 있는 분자들을 포함하는 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  53. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 중합체 호스트 중에 용해된 작은 분자의 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  54. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 형광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  55. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 인광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  56. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 유기 및 무기 복합 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  57. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 무기 발광 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  58. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료는 액정 재료를 포함하는 것인 조명 기구.
  59. 제2항에 있어서, 상기 광 분배 요소는 광 발산 스크린을 포함하는 것인 조명 기구.
  60. 제59항에 있어서, 상기 광 발산 스크린은 복수 개의 테이퍼형 광 가이드를 포함하는 것인 조명 기구.
  61. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구에 의해 방출되는 광은 모두 단일 광 전파 모드를 차지하는 것인 조명 기구.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제1 피드백 층과 제2 피드백 층 사이의 간격은 반사로 인한 위상 이동을 배제한 λ/2와 같고, λ는 상기 단일 광 전파 모드에서의 광의 파장인 것인 조명 기구.
  63. 제1항에 있어서, 상기 조명 기구에 의해 방출되는 광은 2개 이상의 광 전파 모드를 차지하는 것인 조명 기구.
  64. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층 및 제2 피드백 층 중 하나 또는 둘 모두는 복수의 주기적인 공간 변화 주파수를 포개 놓은 굴절률 프로파일을 포함하는 것인 조명 기구.
  65. 제1항에 있어서, 상기 제1 피드백 층이 위에 배치되는 기재를 더 포함하는 조명 기구.
  66. 제65항에 있어서, 상기 기재는 유리 기재를 포함하는 것인 조명 기구.
  67. 제65항에 있어서, 상기 기재는 가요성의 플라스틱 기재, 금속 기재, 반도체 재료 중 하나 이상을 포함하는 것인 조명 기구.
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