KR20180115859A - 플랙시블 하이브리드 oled 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구 - Google Patents

플랙시블 하이브리드 oled 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구에 관한 것으로서 간단하면서도 효과적인 접착전위방식(AT, adhesive transfer)을 기반으로 높은 표면 충진율, 고광추출 효율, 높은 형광체 광변환율 및 고유연성을 제공하는 다기능성색변환층을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구 {APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING MULTIFUNCTIONAL COLOR CONVERSION LAYER FOR FLEXIBLE HYBRID OLED LIGHTING}
본 발명은 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구에 관한 것이다.
첫 번째 유기발광소자(OLED)는 1987년도에 Ching Tang 및 Steve Van Slyke 박사에 의해 알려진 이후로, 다양한 OLED의 구조 개발에 대한 연구가 화면표시장치(display) 및 조명 분야에서 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 백색광 OLED는 조명연구는 눈부신 방지, 유연성, 고연색지수, 투명성, 다양한 모양성, 다양한 색상구현 등이 가능하기 때문에 미학적인 차세대 웨어러블(wearable)기기에 활용 가능하다. 현재 OLED의 제작은 열증착 법에 의해 생산되고 있으며, OLED의 백색광을 구현하는 방식은 도 1의 도식화로 나타낸 것처럼 발광부의 증착 구조에 따라 크게 5가지가 있다; (1) 수평 적-녹-청 삼색 발광물질 증착, (2) 수직 적-녹-청 삼색 발광물질 증착, (3) 수직 황-청 이색 발광물질 증착, (4) 백색 단일 발광물질 증착, (5) 청색 단일 발광 물질 증착. 하기 표 1은 각 방식에 따라 제조된 백색광 OLED의 생산성, 백색광 품질, 연속공정 용이성의 측면에서 차이를 나타내었다. 특히, 상기 구조들 중 (5) 하이브리드OLED(HOLED)구조의 백색광은 청색 OLED소자와 색변환 매체를 사용하기 때문에 가격, 백색광 품질, 연속공정(R2R) 용이성 측면에서 산업 가능성이 높은 것으로 평가 받고 있다.
[표 1] 백색광 OLED의 구현 방식에 따른 산업 가능성을 가격, 백색품질, 연속공정 용이성에 따라 정리한 표
Figure pat00001
세계적으로 연구원들이 하이브리드OLED의 효율적인 색변환매체를 개발하기 위해 노력하고 있다. 일반적으로 색변환매체는 필름이나 층 형태의 형태로 사용하고 있으며, 본 연구에서는 층 형태로 표현한다. 일반적인 색변환층(CCL, color conversion layer)의 제작방식은 유기용매, 바인더 및 유-무기 형광체 물질이 혼합된 페이스트를 사용하고, 그 페이스트는 약 100 oC 이상의 열경화 과정을 통해 이루어 진다. 페이스트기반의 제작방식에서 상기 형광체들은 열화가 발생하며, 형광체의 비-균일성을 줄이기 위해 층의 두께가 두꺼워진다. 이렇게 두꺼워진 CCL은 두꺼운 층 내부에 광의 TIR(total internal reflection)증가로 HOLED 효율의 절감으로 이어진다. 게다가, 두꺼운 CCL은 HOLED의 광투과도 및 유연성을 저하시키는 요인으로 작용된다.
Dugal 박사는 유-무기 형광체를 HOLED에 처음으로 사용한 연구자로서, 그의 연구에 따르면 HOLED의 휘도 효율 개선(ILE, Improvement of luminance efficiency)을 청색광 OLED와 비교하여 2.17배를 달성 하였고, 연색지수는 93이었다. 국민대 도영락 교수님 연구실은 마이크로 캐비티 구조와 광-재사용 필터를 함께 사용하는 것으로 HOLED의 효율 항상을 증명하였다. 그의 연구에 따르면, 고굴절율 물질과 저굴절율 물질(예: SiO2/TiO2)의 다중쌍을 사용한 RC2LED 를 통해 HOLED의 ILE를 1.92배까지 달성하였다. 더 나아가, RC2LED에 마이크로렌즈 정렬기술을 통해 83 연색지수에 2.29배의 ILE 달성에 성공하였다. 반면, 여전히 색변환층의 두께, 유연성 및 광추출과 관련된 연구는 미비하기 때문에 지속적인 연구가 필요하다.
C.W.Tang and S.A.VanSlyke, "Organic electroluminescent Diodes", Applied Physics Letters, Vol.51, No.12, pp.913-915 (1987) A. Duggal, J. Shiang, C. Heller, and D. Foust, "Organic light-emitting devices for illumination quality white light", Applied Physics Letters, Vol.80, No.19, pp.3470-3472 (2002).
본 발명은 접착전위(AT)방식이라는 새로운 CCL 제작 방법을 통해 두께, 유연성 및 광추출효율의 측면에서 우월한 색변환층을 개발하였고, 마이크로렌즈 정렬 기능이 포함된 다기능성 색변환층(MFCCL, multifunctional color conversion layer)을 실험 및 시뮬레이션을 통해 HOLED의 가능성을 증명하였다.
청색 OLED와 색변환층(CCL, color conversion layer)을 사용하는 하이브리드 OLED(HOLED, hybrid OLED)조명은 저가의 비용으로 고품질의 백색 발광을 재현에 있어 간단한 구조이다. 고연색지수(CRI, color rendering index) 및 고효율을 달성하기 위해, 본 발명은 간단하면서도 효과적인 접착전위방식(AT, adhesive transfer)을 기반으로 높은 표면 충진율, 고광추출 효율, 높은 형광체 광변환율 및 고유연성을 제공하는 다기능성색변환층(MFCCL, multifunctional color conversion layer)개발에 성공하였다. 접착전위방식은 용매 없이 YAG(Y3Al5O12:Ce)무기물 형광체 입자를 접착면 위에 분산 및 부착시키는 것으로 단일 및 다층의 색변환층을 제작한다. 광학과, 색공학이 기반이 된 시뮬레이션을 통해 색변환층이 100lm/W급 효율 및 연색지수 80 이상의 조명을 제작 가능성을 계산하였다. 실제 실험에서는 OLED를 전계발광소자로서 사용하는 것으로 다기능성색변환층을 검토 하였으며, OLED에서는 80 연색지수에서 청색광 대비 최대 3.08배 전력효율 및 46% 양자효율의 상승이 확인되었다.
제1도는 OLED 백색광 구현 방식에 따른 대표적인 발광물질 적층의 5가지 구조를 보여주는 도면이다.
제2도는 접착전위(AT)법에 의해 제작된 다기능성 색변환층(MFCCL)의 모식도이다.
제3도는 AT head를 보여주는 도면이다.
제4도는 배면발광 청색 OLED의 내부 증착 구조 및 CCL이 부착된 HOLED 구조의 모식도이다.
제5도는 FE-SEM 사진으로서, (a)는 YAG:Ce 형광체, (b)는 MFCCL1, (c)는 GCCL, (d)는 MFCCL2, (e)는 GCCL 의 상부면 사진, (f)는 MFCCL의 상부면 사진, (f*)는 명암비를 기준으로 표면충진율 계산을 위해 사용한 삽입 사진이다.
제6도는 MFCCL1 및 MFCCL2의 8점의 위치에 따른 균일성 시험 분석 그래프이다.
제7도는 비발괄성층1 및 비발광성층2의 투과도 및 반사도 (a), MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL의 투과도 및 반사도 (b)를 보여주는 그래프이다.
제8도는 비발광성층1 및 비발광성층2를 사용한 청색 OLED 각도에 따른 EQE 변화량 (a); MFCCL1-HOLED, MFCCL2-HOLED 및 GCCL-HOLED의 각도에 따른 EQE변화량 (b)를 나타내는 그래프이다.
제9도는 청색 OLED, MFCCL1-HOLED, MFCCL2-HOLED 및 GCCL-HOLED의 다양한 전계발광소자 특성: 전류밀도-휘도-전압 (JVL) 곡선 (a), 전류효율-휘도-전력효율 (CLP) 곡선 (b), 및 발광파장(c) 을 보여주는 그래프이다.
제10도는 ±45도를 기준으로 0o~80o의 시야각에 따른 청색 OLED, MFCCL1-HOLED, MFCCL2 및 GCCL-HOLED의 CIE x,y 좌표 변화; CIE 좌표 x (a), CIE 좌표 y (b)를 보여주는 그래프이다.
제11도는 유연성 MFCCL2 (a), 유연 청색 OLED (B), 유연 백색 MFCCL2-HOLED(c)의 사진이다.
제12도는 MFCCL과 유연성 청색OLED로 제작된 유연성 백색광 HOLED의 연속공정 모식도이다.
제13도는 100%의 외부양자효율 기반 청색OLED의 주파장에 따라 변화에 따라 YAG:Ce CCL 기반 백색광 HOLED의 전력 효율 및 연색지수를 계산한 시뮬레이션 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구에 대해 상세히 설명하도록 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
Experiment
도 2는 접착전위(AT)방식에 의해 MFCCL의 제작방법을 나타내었다. 먼저, 실리콘 접착제 물질은 5㎛를 코팅할 수 있는 바-코터를 통해 100㎛의 플라스틱 기판 위에 코팅된다. 황색 발광물질인 YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+) 형광체 물질이 접착물질이 코팅된 기판 위에 AT head(도 3)를 통해 200gf/cm2의 압력으로 균일하고 빼곡하게 접착된다. 형광체입자 부착된 MFCCL의 접착물질이 완전 경화가 안될 수 있기 때문에 30초 동안 50W의 300nm파장을 갖는 UV노광 장치에서 완전히 경화되고, 비-부착된 형광체 입자는 N2 가스 퍼징을 통해 제거해주는 것으로 단일층 MFCCL(MFCCL1)을 얻고, 상기 과정을 반복하는 방식으로 이중층 MFCCL(MFCCL2)을 얻는다.
도 4는 HOLED에 사용되는 배면 발광 청색 OLED의 구조를 나타내었다. 먼저, 양극의 전극으로서 AgNW 전사된 보호층-PET 플라스틱(투과도: 85%, 면저항: 19Ω/cm2, RMS 6.4nm, Rp-v: 55nm)기판 위에, HAT-CN(10nm), NPB(130nm), TCTA(5nm), 청색 발광물질(20nm), Liq/LG201(1:1, 40nm) and Al/Liq를 차례로 열증착(CVD)법에 의해 비활성기체로 찬 글러브 박스에서 증착 한 후, 원자층 증착(ALD)으로 봉지하여 유연성 청색 OLED를 얻는다.
상기 MFCCL1-과 MFCCL-2은 청색 OLED위에 부착되어 HOLED를 완성하고 일반적인 CCL(GCCL)과 비교하였다. GCCL은 YAG:Ce 형광체 물질과 에폭시 레진이 혼합된 페이스트를 사용하여 제작하였다.MFCCL2와 GCCL에서 사용된 형광체의 량은 동일하였다. 청색 OLED의 발광면적은 20x20 mm2 이었다. 모든 실험과 측정 과정은 상온에서 진행되었다. MFCCL 및 G-CCL은 FE-SEM (JEOL 7600)로 미세구조를 관찰하였다. HOLED의 전계발광 특성(EL, 배광, 색좌표 및 연색지수)들은 CS2000(Minolta)측정 카메라를 통해 분석했다. 상기 CCL 의 종류대로 적분구 기반의 UV-VIS-NIR(Cary 500 Scan) 분광계를 통해 투과도 및 반사도가 분석되었다.
Results and discussions
도 5는 YAG:Ce 형광체를 사용하여 제작된 GCCL, MFCCL1 및 MFCCL2의 FE-SEM 사진을 나타낸 것이다. 그럼 5(a)에서 관찰되는 것처럼, MFCCL1 및 MFCCL2의 YAG:Ce 형광체 입자는 대략 15㎛ 크기의 둥근 구형의 입자로서 기판 위에 균일하게 단-분산 되어 있는 것을 확인하였고, 형광체입자의 반정도 접착 면에 주입되어 있는 것으로 나타났다. 도 5(b) 및 5(d)에서 관찰되는 것처럼, MFCC1 및 MFCCL의 두께는 15㎛ 및 45㎛이었고, 표면형태가 마이크로렌즈 정렬과 비슷한 고밀집 굴곡형태를 나타내었다. 또한, 형광체 입자의 불균일 입도 분포로 인해 굴곡형태의 크기 및 높낮이는 임의적으로 결정되었다. 도 5(f*)에서 나타내는 것처럼, 형광체 입자의 표면 충진율은 92%로 명암비 관찰법에 의해 측정되었다 (명암비에 의한 표면 충진율 관련 공식은 아래와 같다).
Figure pat00002
반면, 도 5(c)에서 나타내는 것처럼 GCCL의 두께는 500㎛로 MFCCL1과 MFCCL2와 비교하여 약 33에서 11배 두께차이가 관찰되었다. 또한, GCCL의 표면상태는 평평하며, 형광체입자들이 대부분 내부에 묻혀져 있는 상태가 확인되었다.
도 6은 MFCCL1 및 MFCCL2의 8점 위치에 따른 균일성 시험을 실시한 결과를 나타내었다. MFCCL1이 MFCCL2보다 8점 위치의 발광강도 측정에서 좀더 균일한 것을 확인 하였으나, 양쪽 다 오차율은 5% 미만이었다.
도 7은 비발광성 YAG 형광체(Ce원소가 첨가되지 않은 YAG결정체)와 황색 발광 YAG:Ce 형광체를 사용하여 AT방법에 의해 제작된 단일 비발광성층 (비발광성층1), 이중 비발광성층 (비발괄성층2), MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL의 투과도 및 반사도에 대한 정보를 측정한 그래프이다. 도 6(a)는 비발광성층1 및 비발광성층2에 대한 투과 및 반사도를 측정한 결과로서 전체 가시광선 영역의 투과도 및 반사도의 합의 평균이 각각 약 108% 및 106%를 도달하였다. 일반적인 비발광성 필름은 UV-VIS분광계의 측정 파장범위 내의 투과 및 반사도의 합을 통해 필름의 효율(Fμ)을 계산하며, 그 공식은 아래와 같다.
Figure pat00003
TF는 측정 필름의 투과도이고, RF는 측정 필름의 반사도이다. 일반 필름의 경우 가시광영역(380nm 내지 780nm)은 측정 범위로 하고, 형광체 필름의 경우 형광체의 흡수파장을 제외한 영역(ex: YAG:Ce 경우 500nm 내지 780nm)을 기준으로 한다. 도 6(b)는 MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL에 대한 투과 및 반사도를 측정한 결과로서 500nm에서 780nm의 가시광선 영역에서 투과도 및 반사도의 합의 평균이 각각 약 107%, 104% 및 96%를 도달하였다. 일반적으로 투과도와 반사도의 합을 통해 해당 필름의 광손실량을 측정하지만, 두 값의 합이 100%가 넘는 것은 투과도 측정 시 사용하였던 100μm PET 비교기판에서 갇힌 광량이 MFCCL의 표면 굴곡구조로 인해 추출된 것으로 사료된다. YAG:Ce 형광체 결정내의 Ce원소를 통해 청색광이 흡수 및 광변환되는 과정에서 손실되는 MFCCL1 및 MFCCL2의 광량은 약 0.92% 및 1.89%로 계산된다.
도 8은 비발광성층1, 비발괄성층2, MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL를 청색 OLED에 부착 후 EQE(external quantum efficiency)를 분석한 그래프이다. 청색 OLED와 비교하여 비발광성층1 및 비발광성층2를 사용한 OLED의 EQE상승량은 각각 46% 및 39%이었다. MFCCL1, MFCC2 및 GCCL을 사용한 HOLED의 EQE는 각각 44%, 34% 및 -40%를 기록했다. GCCL 기반 HOLED(GCCL-HOLED)의 EQE가 감소하는 것은 TIR이 증가하기 때문으로 사료된다. MFCCL이나 비발광성층이 청색 OLED상에 부착되었을 때 EQE가 상승되는 것은 형광체 입자들이 AT에 의해 부착되어 생성된 표면 굴곡구조 때문인 것으로 사료되며, EQE의 상량 정도는 마이크로렌즈 정렬만큼 높은 것이었다.
도 9는 MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL 기반 HOLED의 다양한 전계발광특성; 전류밀도(J)-전압(V)-휘도(L), 전류효율(C)-휘도(L)-전력효율(P) 및 HOLED의 발광 파장을 나타낸 그래프이다. 도 9(a)에서 MFCCL1-HOLED, MFCCL2-HOLED 및 GCCL-HOLED의 JVL 곡선을 통해 계산된 ILE(휘도효율 개선량)는 청색 OLED와 비교하여 각각 약 2.38, 3.08 및 1.17배에 달하였다. CCL의 사용에 의한 ILE 변화량은 동일한 전류밀도 하에서 가압전압(0-10V)의 변화에 따라 거의 일정하게 상승되는 결과를 나타내었다. 도 9(b)는 CLP 곡선을 나타내는 것으로 MFCCL1-HOLED, MFCCL2-HOLED 및 GCCL-HOLED의 휘도에 따른 전력효율(lm/W) 및 연색지수의 변화 값을 100cd/m2 (nit) 및 1,000cd/m2을 기준으로 측정하여 표 2에 표시하였다.
[표 2] 100cd/m2 및 1,000cd/m2에서 청색 OLED, GCCL-HOLED, MFCCL1-HOLED 및 MFCCL2-HOLED의 전력효율(lm/W), 청색 OLED 대비 효율 변화량, 연색지수, 형광체 광변환율
Figure pat00004
MFCCL2-HOLED는 1000nit를 기준으로 9.13lm/W 및 80의 연색지수를 기록하였다. 표 2에서 MFCCL1-HOLED, MFCCL2-HOLED 및 GCCL-HOLED의 형광체 광변환율(PCμ, phosphor-converted photon efficiency)은 각각 35.5, 57.5, 65.1%를 달성하였으며, 형광체 광변환율의 계산은 다음과 같다.
Figure pat00005
Ph는 황색 형광체의 표준화된 발광파장이며, B는 청색 OLED의 표준화된 발광파장이다. 황색 형광체의 주 발광 영역은 500nm 내지 780nm를 기준으로 한다. 같은 량의 형광체를 사용하고도 GCCL의 형광체 광변환율이 높은 이유는 아마도 TIR에 의해 내부 광-반사가 증가하기 때문이다. MFCCL1-HOLED는 형광체 광변환율이 낮아 백색 locus 곡선 내에 위치하지 못하였기 때문에 연색지수를 구할 수 없었다. MFCCL2 및 GCCL의 연색지수는 각각 72 및 80을 기록 했으며 전력효율은 1,000cd/m2 에서 각각 3.47 lm/W 및 9.13 lm/W를 나타내었다.
도 10은 MFCCL1, MFCCL2 및 GCCL 기반 HOLED의 ±45o를 중심으로 시야각에 따른 CIE x, y 좌표의 변화를 표시한 그래프이다. 시야각이 커질수록 MFCCL1과 GCCL을 사용한 HOLED의 CIE x, y 좌표가 MFCCL2의 시야각과 비교하여 더욱 크기 변화였다. 이것은 MFCCL1과 GCCL을 통해 청색광의 색변환 과정에서 높은 시야각 방향으로 형광체 광변환되는 통로가 길기 때문으로 사료된다. 또한, GCCL은 내부 난반사가 일어나기 쉬운 구조이기 때문에 시야각이 큰 방향으로 형광체 광변환율이 높은 광들이 방출된다. 반면, MFCCL2는 큰 시야각으로 형광체 광변환되는 통로의 광들이 이중층의 구조로 인해 다시 입자 산란에 의한 반사 및 투과되는 과정에서 각도에 따른 발광 특성이 개선되는 것으로 사료된다. 시야각에 따른 변화는 표 3에 표시되었다.
[표 3] ±45o 시야각을 기준으로 청색 OLED 및 다양한 CCL-HOLED의 CIE x, y 좌표 변화량
Figure pat00006
도 11은 유연 MFCCL2, 청색 OLED 및 유연 MFCCL2-HOLED의 디지털 카메라로 찍은 사진을 나타낸 것이다. 청색 OLED를 기반으로 MFCCL2-HOLED이 쉽게 휘는 것을 확인하였다.
도 12는 HOLED의 연속공정에 대한 가능성을 도식화한 것이다. AT법에 의한 유연성 MFCCL의 간단한 제조방법을 기반과 청색OLED의 연속공정이 가능해졌을 때, 백색광 HOLED가 MFCCL과 청색OLED의 간단한 적층을 통해 연속공정으로 대량생산이 가능해 질 것이다.
HOLED는 간단한 구조로 백색광을 구현할 수 있는 차세대 조명 기술이다. 특히, 본 연구에서 제시한 AT법을 기반으로 간단히 제조 가능한 MFCCL은 유연성, 광추출효율, 형광체변환율, 균일성, 얇은 두께 등에 대해 HOLED에 사용되는 CCL로서 우수한 특성을 지녔다. 여전히 청색광 OLED에 있어서 수명 및 효율 등이 개선되어야 하지만, 차후 청색광 OLED가 연속공정이 가능해지는 시기에 HOLED를 연속공정으로 생산할 날도 머지 않았을 것으로 기대 해본다.
Simulation
인간의 눈에는 다양한 가시광 영역의 빛을 구별하기 위해 빛 자극을 받아드리는 시세포가 있으며, 원물모양의 시세포는 약 600만 개의 이상의 원추세포와 9천만 개 이상의 간상세포로 나뉜다. 각각의 세포는 특정 색상의 빛의 자극을 받아드려 뇌에 신호를 줌으로서 색상을 구별하게 되는데 이 때, 청색광, 녹색광, 적색광의 자극을 받아드리는 세포의 분포가 1/6/3으로 다르기 때문에 빛에 대한 인간의 민감도가 다르다.
이를 바탕으로 청색광 전계발광소자가 색변환 물질에 의해 백색광으로 변할 때 다음 공식에 따라 인간이 감지하는 빛의 전력효율의 변화를 예상할 수 있다.
Figure pat00007
Km(=683lm/W)은 555nm 단색파장에서의 전자가 광자로 변화하는 최대 효율이다. 표준화된 값으로 V는 일반적인 인간 눈이 빛에 반응할 수 있는 파장이다. 어떤 소자가 Φe는 전자가 광자로 변화는 파장분포이다.
청색광이 녹색광, 황색광, 또는 적색광으로 색변환되는 기능을 하는 형광체는 일반적으로 높은 에너지를 흡수하여 낮은 에너지로 변환해주는 역할을 하는 거의 100% 고효율을 갖는 물질이다. 형광체를 통해 청색광에서 백색광으로 변환되는 OLED소자를 상기에서 HOLED라고 정의 했으며, 백색광 HOLED의 효율계산은 청색광에서 백색광으로 색변환되는 혼합파장을 계산하는 것으로 예측할 수 있다. 아래 공식은 형광체의 광변환율 및 광손실량을 기반으로 HOLED의 혼합 백색광의 파장을 계산할 수 있다.
Figure pat00008
Sn은 CCL의 층수에 따른 HOLED의 파장이며, n이 0인 경우 청색 OLED의 파장을 의미한다. αn는 CCL의 충수에 따른 형광체의 흡수파이며 Wn는 CCL의 층수에 따른 CCL의 양자효율이다. Cn은 CCL의 층수에 따른 CCL의 자가 흡수파장이며, Pn은 CCL의 층수에 따른 형광체의 발광파장이다. 상기 공식들을 이용하여, 비색, 방사 및 광 계측정법으로 응용하여 연색지소, 소자의 광효율 및 양자효율을 계산한다. 도 13은 가상의 YAG:Ce 형광체를 사용한 MFCCL2와 청색광 OLED의 주파장 변화와 양자효율 변화에 따른 백색광 HOLED의 전력효율 나타낸 그래프이다. 또한. 표 4는 전력효율 및 양자 효율의 값들을 수치로 정리해둔 것이다. 주파장 463nm기반의 청색 OLED의 외부 양자효율이 42%에 도달하면 LED와 견줄 수 있는 100lm/W급 효율에 도달 할 수 있는 것으로 계산할 수 있다.
[표4] 청색OLED의 주파장 및 양자효율의 변화에 따라 YAG:Ce CCL 기반 백색광 HOLED의 전력 효율 및 연색지수를 계산한 시뮬레이션 값을 정리한 표
Figure pat00009
Conclusion
본 연구는 새로운 다기능성 색변환층(MFCCL)과 그 제조방법인 접착전위(AT)법을 소개하였다. MFCCL을 효과적인 제조를 위해 고안된 AT법은 상온에서 유기 용매 없이 고밀도의 얇은 색변환층을 생산할 수 있는 기술이다. 청색 OLED와 MFCCL2로 구성된 HOLED는 청색 OLED의 효율을 기준으로 3.08배 효율이 증가한 것으로 확인되었고, 80의 연색지수를 나타내었다. 또한, 청색 OLED 기준으로 외부양자효율(EQE)이 약 40% 증가하는 것이 측정되었다. MFCCL2-HOLED는 시야각에 따른 안정성이 MFCCL1 및 GCCL 보다 높다는 것을 확인하였다. 유연성 청색 OLED에 MFCCL를 사용하여 유연성 HOLED를 제작하였다. 생산공정이 간단한 유연성 MFCCL은 차 후 청색 OLED와 함께 연속공정으로 생산 가능할 것으로 기대한다. 또한, 본 연구의 시뮬레이션을 통해 광추출 기술이 접목된 청색 OLED의 외부양자효율이 42%를 넘을 경우 HOLED의 전력효율은 LED와 견줄 수 있는 100lm/W에 도달하게 된다는 것을 예측할 수 있었다.
지금까지 본 발명의 실시예에 따른 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변환층의 제작방법 및 그 기구를 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 기판 상부에 접착 물질을 코팅하는 제1 단계;
    접착 물질이 코팅된 상기 기판 상부에 YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+) 형광체 입자를 균일하게 접착시키는 제2 단계;
    상기 형광체 입자가 접착된 상기 접착 물질을 경화시키는 제3 단계;
    상기 제1 내지 제3 단계를 반복하여 이중층의 MFCCL을 형성하는 것을 특징으로 하는 플랙시블 하이브리드 OLED 조명용 고효율 다기능성 색변화층 제작방법.
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