KR20200080898A - 플라스틱 기판과 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라스틱 기판은, 제1 기재층과; 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층; 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하며, 상기 제3 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제2 기재층의 접착강도는 상기 제3 기재층의 접착강도보다 높으며, 상기 제3 기재층은 비평탄한 외면을 가진다. 이러한 플라스틱 기판을 포함하는 본 발명의 조명장치는 백 플레이트를 생략하여 두께 및 무게를 감소시킬 수 있으며, 광효율을 높일 수 있다.

Description

플라스틱 기판과 이를 포함하는 조명장치{Flexible substrate and lighting device including the same}
본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량, 박형 및 고강성 특성을 갖는 플라스틱 기판과 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
현재 조명장치로는 형광등이나 백열등이 주로 사용된다. 그런데, 백열등은 연색지수(color rendering index: CRI)가 좋으나 에너지효율이 매우 낮은 단점이 있다. 또한, 형광등은 효율은 좋으나 연색지수가 낮으며, 수은을 함유하고 있어 환경문제가 있다. 여기서, 연색지수는 색재현을 표시하는 지수로, 광원에 의해 조명된 물체의 색에 대한 느낌이 특정 광원에 의해 조명된 경우와 기준이 되는 광원에 의해 조명된 경우를 비교하여 색감이 어느 정도 유사한가를 나타내는 지수이며, 태양광의 연색지수는 100이다.
종래 조명장치의 문제를 해결하기 위해, 발광다이오드(light-emitting diode: LED)를 적용한 조명장치가 제안되고 있다.
이러한 발광다이오드를 적용한 조명장치는 유리 기판 상에 다수의 층을 적층하여 형성되며, 발광다이오드로부터 발광된 빛은 유리 기판을 통해 외부로 출력된다.
그런데, 유리 기판은 발광다이오드를 구성하는 층과 굴절률이 달라, 발광된 빛이 외부로 출력될 때 굴절 및/또는 반사되어 광 손실이 발생하게 되며, 이로 인해 광효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 광효율을 증가시키기 위해, 추가 구성요소가 필요하며, 이에 따라 조명장치의 두께 및 무게가 증가하게 되고, 제조 비용 또한 상승된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 조명장치의 광효율을 향상시키고자 한다.
또한, 본 발명은 경량 및 박형의 조명장치를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라스틱 기판은, 제1 기재층과; 상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층; 그리고 상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층을 포함하며, 상기 제3 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제2 기재층의 접착강도는 상기 제3 기재층의 접착강도보다 높으며, 상기 제3 기재층은 비평탄한 외면을 가진다.
상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물을 포함한다.
상기 제2 기재층은 상기 실란 화합물의 함량이 상기 실록산 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물보다 크다.
상기 제3 기재층은 코어쉘 입자를 포함하며, 상기 코어쉘 입자는 상기 실록산 화합물의 쉘을 갖는 제1 코어쉘 입자와 상기 실란 화합물의 쉘을 갖는 제2 코어쉘 입자를 포함한다.
상기 제1 및 제2 코어쉘 입자의 각각은 실리콘 코어를 가진다.
상기 실록산 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 포함하고, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기고, n은 1 내지 30이다.
화학식1
Figure pat00001
상기 실란 화합물은 하기의 화학식2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하며, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
화학식2
Figure pat00002
화학식3
Figure pat00003
화학식4
Figure pat00004
화학식5
Figure pat00005
상기 제1 기재층은 1.7 내지 1.8의 굴절률을 갖는 폴리이미드로 이루어진다.
상기 제3 기재층은 외면에 규칙적으로 배열된 오목부를 가질 수 있다.
본 발명의 조명장치는 제1, 제2, 제3 기재층을 포함하는 플라스틱 기판과; 상기 플라스틱 기판 상의 제1 전극과; 상기 제1 전극 상부의 발광층과; 상기 발광층 상부의 제2 전극을 포함하고, 상기 발광층으로부터의 빛은 상기 플라스틱 기판을 통해 외부로 출력된다.
상기 제2 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 제1 전극 사이에 위치한다.
본 발명의 실시예에 따른 조명장치는, 비교적 높은 접착강도 및 표면경도와 비교적 낮은 수분투과율을 가지는 플라스틱 기판을 포함함으로써, 백 플레이트를 생략하여 조명장치의 두께 및 무게를 감소시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 수분을 차단하기 위한 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있으며, 제조 공정 중 플라스틱 기판 상부에 형성되는 박막이 플라스틱 기판으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 본 발명의 플라스틱 기판의 굴절률은 발광다이오드의 각 층과 유사한 굴절률을 가지므로, 인접한 층간의 굴절률 차이에 의한 계면에서의 굴절 및/또는 반사를 최소화하여 광효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 플라스틱 기판은 빛이 출력되는 쪽에 코어쉘 입자를 포함하여 빛을 산란시킴으로써, 광추출 효과를 유도하여 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판의 코어쉘 입자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 단면도다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 평면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판 및 이를 포함하는 조명장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 정의된 제1 기판(110)을 포함한다. 제1 영역(A1)은 광이 출력되는 조명부이며, 제2 영역(A2)은 외부로부터 조명부에 신호를 인가하기 위한 컨택부이다.
여기서, 제1 기판(110)은 투명한 플라스틱 기판으로서, 제1 기재층(112)과, 제1 기재층(112) 상부의 제2 기재층(114), 제1 기재층(112) 하부의 제3 기재층(116)을 포함한다. 제1 기재층(112)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 제2 및 제3 기재층(114, 116)은 비교적 낮은 수분투과율을 가지며, 제2 기재층(114)은 제3 기재층(116)보다 높은 접착강도를 갖고, 제3 기재층(116)은 제2 기재층(114)보다 높은 표면경도를 가진다. 또한, 제3 기재층(116)은 코어쉘 입자를 포함하여 비평탄한 외면을 가지며, 이에 따라 빛을 산란시켜 광효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 제1 기판(110)에 대해 추후 상세히 설명한다.
제1 기판(110) 상부의 제1 영역(A1)에는 제1 보조전극(122)이 형성되고, 제2 영역(A2)에는 제2 보조전극(124)이 형성된다.
제1 및 제2 보조전극(122, 124)의 각각은 하부 보조전극(122a, 124a)과 상부 보조전극(122b, 124b)을 포함하는 이중층 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제2 보조전극(122, 124)은 단일층 구조를 가질 수도 있다.
제1 및 제2 보조전극(122, 124)은 알루미늄(Al)이나, 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 이루어질 수 있다.
제1 보조전극(122)은 제1 영역(A1) 전체에 걸쳐 얇은 폭을 가지는 매트릭스 형상이나 메쉬(mesh) 형상, 육각형 형상, 팔각형 형상 또는 원형상 등으로 배치될 수 있다. 일례로, 제1 보조전극(122)은 약 2 ㎛ 내지 60 ㎛의 폭을 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 제1 보조전극(122)의 폭은 사용되는 금속의 종류와 조명장치의 면적, 단위발광영역의 크기 등과 같은 요인에 의해 결정될 수 있다.
다음, 제1 및 제2 보조전극(122, 124) 상부에는 제1 전극(130)이 형성된다. 제1 전극(130)은 실질적으로 제1 기판(110) 전면(entire surface)에 형성되어, 제1 영역(A1)에서 제1 보조전극(122)을 덮으며 제1 보조전극(122)과 접촉하고, 제2 영역(A2)에서 제2 보조전극(124)을 덮으며 제2 보조전극(124)과 접촉한다.
제1 전극(130)은 비교적 높은 일함수를 가지는 투명 도전 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1 전극(130)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO)나 인듐-징크-옥사이드(indium zinc oxide: IZO)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 투명 도전 물질로 형성되는 제1 전극(130)은 광을 투과시키는 장점을 가지지만, 금속에 비해 전기저항이 매우 높은 단점이 있다. 이에 따라, 대면적의 조명장치를 제작하는 경우, 투명 도전 물질의 큰 저항으로 인해 넓은 조명영역으로 인가되는 전류의 분포가 고르지 않게 되며, 이러한 불균일한 전류 분포는 대면적 조명장치에 있어서 균일한 휘도의 발광을 불가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치에서는, 제1 전극(130) 하부에 전도성이 좋은 금속으로 이루어진 제1 및 제2 보조전극(122, 124)을 형성함으로써, 조명부 전체에 걸쳐 제1 전극(130)에 균일한 전류가 인가되도록 하여, 대면적 조명장치에 있어서 균일한 휘도의 발광이 가능하게 한다.
여기서, 제1 및 제2 보조전극(122, 124)은 제1 전극(130) 하부에 형성되는 것을 예로서 도시하고 있으나, 제1 및 제2 보조전극(122, 124)은 제1 전극(130) 상부에 형성될 수도 있다.
다음, 제1 영역(A1)의 제1 전극(130) 상부에는 보호층(142)이 형성된다. 보호층(142)은 산화실리콘(SiOx)이나 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 보호층(142)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어질 수도 있으며, 무기절연층과 유기절연층이 적층된 다중층 구조를 가질 수도 있다.
보호층(142)은 제1 보조전극(122)에 대응하여 위치하며, 제1 보조전극(122)과 그 상부의 제1 전극(130)을 덮는다. 이러한 보호층(142)은 제1 보조전극(122)을 둘러싸도록 형성되어 제1 보조전극(122)에 의한 단차를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 이후 형성되는 다양한 층이 단선되지 않고 안정적으로 형성될 수 있다.
한편, 보호층(142)은 제1 보조전극(122) 사이의 제1 전극(130)을 노출하며, 노출된 제1 전극(130)에 대응하여 발광영역이 정의될 수 있다.
다음, 제1 전극(130)과 보호층(142)의 상부에는 실질적으로 제1 기판(110) 전면에 발광층(150)과 제2 전극(160)이 순차적으로 형성된다. 이때, 발광층(150)과 제2 전극(160)은 제2 영역(A2)에서 선택적으로 제거되어 제2 보조전극(124) 상부의 제1 전극(130)을 노출한다. 노출된 제1 전극(130)은 외부로부터 신호를 전달 받는 컨택전극의 역할을 할 수 있다.
발광층(150)은 백색광을 방출하며, 적색 발광물질층과 청색 발광물질층 및 녹색 발광물질층으로 구성되거나 청색 발광물질층과 황색-녹색 발광물질층을 포함하는 탠덤(tandem)구조로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 발광층(150)은 발광물질층에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자주입층 및 정공주입층과, 주입된 전자 및 정공을 발광물질층으로 각각 수송하는 전자수송층 및 정공수송층, 그리고 전자 및 정공과 같은 전하를 생성하는 전하생성층을 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극(160)은 비교적 낮은 일함수를 가지는 금속물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제2 전극(160)은 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 은(Ag)과 같은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 전극(130)과 발광층(150) 및 제2 전극(160)은 발광다이오드를 이룬다. 이때, 제1 전극(130)은 애노드(anode)이고 제2 전극(160)은 캐소드(cathode)일 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(130)과 제2 전극(160)에 전압이 인가되면, 제2 전극(160)으로부터 전자가 발광층(150)으로 주입되고 제1 전극(130)으로부터 정공이 발광층(150)으로 주입되어, 발광층(150) 내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 이 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층(150)의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 빛이 발생하게 되어 제1 전극(130) 및 제1 기판(110)을 통해 외부로 출력된다.
다음, 제2 전극(160) 상부에는 접착제(170)가 형성된다. 접착제(170)는 광경화성 접착제 또는 열경화성 접착제를 사용할 수 있다. 이와 달리, 접착제(170)는 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive: PSA)일 수 있다.
여기서, 제2 전극(160)과 접착제(170) 사이에는 하나 이상의 절연막이 더 형성될 수 있다.
이어, 접착제(170) 상부에는 제2 기판(180)이 배치되고, 제2 기판(180)은 접착제(170)를 통해 부착되어 조명장치를 밀봉한다. 제2기판(180)은 외부로부터 수분이나 산소가 침투하는 것을 방지하여 발광다이오드를 보호하기 위한 것으로, 일례로, 알루미늄과 같은 얇은 금속 포일(metal foil)일 수 있다.
다음, 제2 기판(180) 상부에는 보호필름(190)이 배치된다. 보호필름(190)은 유기 및/또는 무기절연막일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 조명장치에서는 신호가 입력되면, 제1 및 제2 보조전극(122, 124)을 통해 제1 전극(130)에 전달되어 제1 전극(130)과 제2 전극(160) 사이에 전류가 인가되고, 이에 따라 발광층(150)이 발광하게 된다. 발광층(150)에서 발광된 빛은 제1 전극(130) 및 제1 기판(110)을 거쳐 하부방향으로 출력된다.
여기서, 제1 기판(110)의 굴절률은 발광다이오드의 각 층과 유사한 굴절률을 가진다. 이에 따라, 인접한 층간의 굴절률 차이에 의한 계면에서의 굴절 및/또는 반사를 최소화하여 종래에 비해 광효율을 증가시킬 수 있다. 일례로, 발광층(150)의 굴절률은 약 1.72 내지 1.75이고, 제1 전극(130)의 굴절률은 약 1.75이며, 제1 기판(110)의 굴절률은 약 1.72 내지 1.80이다.
또한, 제1 기판(110)의 제3 기재층(116)은 코어쉘 입자를 포함하므로, 외부로 출력되는 빛을 산란시킴으로써, 광추출 효과를 유도하여 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 광효율은 약 110 lm/W이고, 유리 기판을 적용한 종래 조명장치의 광효율은 약 90 lm/W로, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 종래 조명장치에 비해 향상된 광효율을 가진다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판, 즉, 플라스틱 기판에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판(110)은 제1 기재층(112)과, 제1 기재층(112)의 제1 면, 즉, 상면의 제2 기재층(114), 그리고 상기 제1 기재층(112)의 제2 면, 즉, 하면의 제3 기재층(116)을 포함한다.
제1 기재층(112)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 제1 기재층(112)은 투명한 폴리이미드(transparent polyimide)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1 기재층(112)은 비교적 높은 굴절률을 가진다. 일례로, 제1 기재층(112)의 굴절률은 1.7 내지 1.8, 바람직하게는, 1.75 내지 1.8일 수 있다.
다음, 제2 및 제3 기재층(114, 116)의 각각은 1.72 내지 1.75의 굴절률을 가진다. 이러한 제2 및 제3 기재층(114, 116)의 각각은 실란(silane) 화합물과 실록산(siloxane) 화합물을 포함한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 제2 및 제3 기재층(114, 116)은 실란 화합물과 실록산 화합물의 함량이 서로 다르다.
보다 상세하게, 제2 기재층(114)은 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 크고, 제3 기재층(116)은 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 작다. 즉, 제3 기재층(116)은 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물의 함량보다 크다.
이때, 제2 기재층(114)의 실란 화합물의 함량은 제3 기재층(116)의 실란 화합물의 함량보다 크고, 제2 기재층(114)의 실록산 화합물의 함량은 제3 기재층(116)의 실록산 화합물의 함량보다 작을 수 있다. 즉, 제3 기재층(116)의 실록산 화합물의 함량은 제2 기재층(114)의 실록산 화합물의 함량보다 클 수 있다.
이와 달리, 제3 기재층(116)의 두께가 제2 기재층(114)보다 두꺼울 경우, 제3 기재층(116)의 실록산 화합물의 함량은 제2 기재층(114)의 실록산 화합물의 함량보다 크며, 제3 기재층(116)의 실란 화합물의 함량 또한 제2 기재층(114)의 실란 화합물의 함량보다 클 수 있다.
여기서, 제2 기재층(114)은 실란 화합물의 함량이 70 내지 90 wt%이고, 실록산 화합물의 함량이 10 내지 30 wt%인 것이 바람직하다. 또한, 제3 기재층(116)은 실란 화합물의 함량이 10 내지 30 wt%이고, 실록산 화합물의 함량이 70 내지 90 wt%인 것이 바람직하다.
일례로, 실록산 화합물은 하기의 화학식1로 표시되는 폴리실록산(polysiloxane)일 수 있다.
화학식1
Figure pat00006
여기서, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기일 수 있고, n은 1 내지 30일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 실록산 화합물은 분자 크기가 상대적으로 크며, 표면 강도 및 내오염성에서 유리하고, 강한 경도와 내부식성을 가진다. 또한, 실록산 화합물은 실란 화합물에 비해 발수 효과가 크고 접착 특성의 변화가 작다.
한편, 실란 화합물은 하기의 화학식2로 표시되는 메톡시실란(methoxysilane)이거나, 하기의 화학식3으로 표시되는 이소-부틸실란(iso-butysilane), 하기의 화학식4로 표시되는 아미노실란(aminosilane), 또는 하기의 화학식5로 표시되는 n-옥틸실란(n-octylsilane)일 수 있다.
화학식2
Figure pat00007
화학식3
Figure pat00008
화학식4
Figure pat00009
화학식5
Figure pat00010
여기서, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 실란 화합물은 분자 크기가 상대적으로 작으며, 내부에 잔존하는 수분 제거에 유리하다. 또한, 다른 층의 물질과 강한 화학적 결합을 함으로써 접착력이 좋으며, 유해 성분에 대한 보호막을 형성하고 물이나 염소 이온의 침투를 차단한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판(110)에서, 제2 기재층(114)은 제3 기재층(116)보다 높은 접착강도를 갖고, 제3 기재층(116)은 제2 기재층(114)보다 높은 표면경도를 가진다. 여기서, 접착강도는 무기막 또는 금속막에 대한 접착강도를 의미하며, 무기막은 비정질 실리콘막이나 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)일 수 있다.
일례로, 제2 기재층(114)의 비정질 실리콘막에 대한 접착강도는 0.7 N/cm 이상일 수 있으며, 바람직하게, 접착강도는 1.0 내지 2.0 N/cm일 수 있다. 반면, 제3 기재층(116)의 비정질 실리콘막에 대한 접착강도는 0.08 내지 0.45 N/cm일 수 있다.
또한, 제2 기재층(114)의 금속막에 대한 접착강도는 0.2 내지 0.4 N/cm일 수 있다. 여기서, 금속막은 알루미늄(Al)이나 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금일 수 있다. 반면, 비교예로 어떠한 첨가제도 포함하지 않는 폴리이미드로 이루어진 플라스틱 기판은 금속막에 대해 0.05 내지 0.1 N/cm의 접착강도를 가진다. 또한, 접착력 향상을 위한 첨가제로 접착 촉진제(adhesion promoter)를 포함하는 폴리이미드로 이루어진 플라스틱 기판은 금속막에 대해 0.1 내지 0.2 N/cm의 접착강도를 가진다.
여기서, 이러한 제2 기재층(114)은 실란계 화합물이 유무기 커플링제 역할을 함으로써, 플라스틱 기판(110) 상부에 형성되는 무기막 또는 금속막과의 계면 접착력을 향상시켜, 발광다이오드와 같은 소자의 형성을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 플라스틱 기판(110)은, 첨가제를 추가하지 않더라도 조명장치의 제조 과정 중 플라스틱 기판(110) 상에 형성되는 박막이 플라스틱 기판(110)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제3 기재층(116)의 표면경도는 3H와 같거나 클 수 있다. 이러한 제3 기재층(116)의 표면경도는 플라스틱 기판의 백 플레이트로 널리 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 필름의 표면경도에 비해 높기 때문에, 백 플레이트를 생략하여 조명장치의 두께를 감소시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다. 일반적으로, PET 필름의 표면경도는 2H 이하이다.
일례로, 본 발명의 플라스틱 기판(110)은 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 가지며, 이에 제한되지 않는다. 반면, 백 플레이트로 사용되는 PET 필름은 100 ㎛ 이상의 두께를 가진다.
한편, 이러한 제2 및 제3 기재층(114, 116)을 포함하는 플라스틱 기판(110)은 비교적 낮은 수분투과율을 가지며, 비교적 큰 접촉각, 즉, 액체에 대한 접촉각을 가진다.
보다 상세하게, 본 발명의 플라스틱 기판(110)의 수분투과율은 약 10-4 g/m2·day로, PET 필름이 적용된 플라스틱 기판의 수분투과율인 약 101 g/m2·day 및 다중층 구조, 일례로, 4중 무기막의 버퍼층을 포함하는 플라스틱 기판의 수분투과율인 약 10-3 g/m2·day에 비해 낮다. 이에 따라, 다중층 구조의 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있으며, 버퍼층에 비해 수분 차단 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 플라스틱 기판(110)의 접촉각은 100 내지 110도로, 50 내지 53도인 버퍼층을 포함하지 않는 플라스틱 기판의 접촉각 및 25 내지 30도인 버퍼층을 포함하는 플라스틱 기판의 접촉각에 비해 크다. 이에 따라, 본 발명의 플라스틱 기판(110)은 종래의 플라스틱 기판에 비해 수분이나 이물에 의한 오염을 줄여, 내오염성을 향상시킬 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 제3 기재층(116)은 코어쉘 입자를 포함하며, 이러한 코어쉘 입자를 도 3a 및 도 3b에 도시한다.
도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이, 제3 기재층(116)은 제1 코어쉘 입자(118)와 제2 코어쉘 입자(119)를 포함한다. 제1 코어쉘 입자(118)는 실리콘(silicone) 코어(118a)와 실록산 화합물의 쉘(118b)을 가지며, 제2 코어쉘 입자(119)는 실리콘 코어(119a)와 실란 화합물의 쉘(119b)을 가진다.
이러한 제1 및 제2 코어쉘 입자(118, 119)의 크기는 약 100 nm 내지 500 nm일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
여기서, 제3 기재층(116)은 제1 코어쉘 입자(118)의 함량이 제2 코어쉘 입자(119)의 함량보다 많다. 이에 따라, 제3 기재층(116)은 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물의 함량보다 크다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판(110)은 제2 및 제3 기재층(114, 116)이 비교적 높은 접착강도 및 표면경도를 가지며, 비교적 낮은 수분투과율을 가진다. 이에 따라, 백 플레이트를 생략하여 조명장치의 두께 및 무게를 감소시킬 수 있으며, 내스크래치 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화할 수 있으며, 제조 공정 중 플라스틱 기판(110) 상부에 형성되는 박막이 플라스틱 기판(110)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 플라스틱 기판(110)의 제3 기재층(116)은 제1 및 제2 코어쉘 입자(118, 119)를 포함하므로, 외부로 출력되는 빛을 산란시킴으로써, 광추출 효과를 유도하여 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판을 포함하는 조명장치의 제조 과정에 대해 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 캐리어 기판(210) 상에 희생층(220)을 형성한다. 여기서, 희생층(220)은 무기막으로, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 일례로, 희생층(220)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 캐리어 기판(210)은 유리로 이루어질 수 있다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 희생층(220) 상부에 제1 기재층(112)을 형성한다. 제1 기재층(112)은 비교적 높은 굴절률을 갖는 투명 폴리이미드 수지를 도포 후 경화함으로써 형성될 수 있다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 제1 기재층(112) 상부에 실록산 화합물과 실란 화합물을 포함하는 수지를 코팅한 후, 이를 경화하여 제2 기재층(114)을 형성한다. 여기서, 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 크며, 실란 화합물의 함량은 70 내지 90 wt%이고, 실록산 화합물의 함량은 10 내지 30 wt%일 수 있다.
이어, 도 4d에 도시한 바와 같이, 제2 기재층(114) 상부에 제1 전극(130)과 발광층(150) 및 제2 전극(160)을 순차적으로 형성하여 발광다이오드를 형성한다. 또한, 도시하지 않았지만, 제2 기재층(114) 상부에는 제1 및 제2 보조전극(도 1의 122, 124) 및 보호층(도 1의 142)이 더 형성된다.
이때, 제2 기재층(114)은 무기막 또는 금속막에 대한 접착강도가 0.7 내지 2.0 N/cm로, 제2 기재층(114) 상부에 무기막 또는 금속막의 형성을 가능하게 한다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 제2 전극(160) 상부에 접착제(170)를 형성하고, 접착제(170) 상부에 제2 기판(180)을 배치한 후, 접착제(170)를 통해 제2 기판(180)을 부착한다. 이때, 접착제(170)는 광이나 열을 통해 경화됨으로써 제2 기판(180)을 부착할 수 있다. 이와 달리, 접착제(170)는 압력을 가함으로써 제2 기판(180)을 부착할 수도 있다.
이어, 제2 기판(180) 상부에 보호필름(190)을 형성한다.
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 캐리어 기판(210)의 배면에서 레이저를 조사하여, 희생층(220)의 결정성을 변화시킴으로써, 보호필름(190)이 형성된 제1 기재층(112)을 캐리어 기판(210) 상부의 희생층(220)으로부터 분리시킨다.
다음, 도 4g에 도시한 바와 같이, 제1 기재층(112)의 외면에 제1 및 제2 코어쉘 입자를 포함하는 수지를 도포 후 열경화 또는 자연경화함으로써 제3 기재층(116)을 형성한다.
한편, 제1 및 제2 코어쉘 입자는 유기용매에 희석되어 도포될 수도 있으며, 이 경우, 섭씨 약 150도에서 약 2시간 동안 열 경화함으로써 용매를 제거할 수 있다.
이러한 제3 기재층(116)은 비평탄한 외면을 가지며, 제3 기재층(116)의 외면은 불규칙한 요철을 가질 수 있다.
여기서, 제1 코어쉘 입자는 실리콘 코어와 실록산 화합물의 쉘을 포함하고, 제2 코어쉘 입자는 실리콘 코어와 실란 화합물의 쉘을 포함하며, 제1 코어쉘 입자의 함량이 제2 코어쉘 입자의 함량보다 크다.
따라서, 제1, 제2, 제3 기재층(112, 114, 116)으로 이루어진 플라스틱 기판(110)을 포함하는 조명장치를 제작할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 기판(110)을 포함하는 조명장치는 백 플레이트를 생략하여 두께를 감소시키고, 유연성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 백 플레이트 부착을 위한 라미네이션 공정이 필요하지 않으므로, 면적 제한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 버퍼층을 생략하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 제조 공정 중 플라스틱 기판(110) 상부에 형성되는 박막이 플라스틱 기판(110)으로부터 박리되는 것을 막을 수 있다. 게다가, 제2 및 제3 기재층(114, 116)은 제1 기재층(112) 상에 코팅 방법으로 형성되므로, 별도의 접착제가 필요하지 않으므로, 접착제의 굴절률에 의한 광효율 저하를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 단면도이고, 도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판의 개략적인 평면도로, 제3 기재층의 외면을 도시한다. 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판은 제3 기재층을 제외하고 앞선 실시예와 동일한 구성을 가지며, 동일한 부분에 대한 설명은 생략하거나 간략히 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 기판(210)은 제1 기재층(212)과, 제1 기재층(212)의 제1 면, 즉, 상면의 제2 기재층(214), 그리고 상기 제1 기재층(212)의 제2 면, 즉, 하면의 제3 기재층(216)을 포함한다.
제1 기재층(212)은 열적 안정성이 비교적 높은 플라스틱으로 이루어진다. 일례로, 제1 기재층(212)은 투명한 폴리이미드로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 제1 기재층(212)은 비교적 높은 굴절률을 가지며, 일례로, 제1 기재층(212)의 굴절률은 1.7 내지 1.8, 바람직하게는, 1.75 내지 1.8일 수 있다.
다음, 제2 및 제3 기재층(214, 216)의 각각은 1.72 내지 1.75의 굴절률을 가진다. 이러한 제2 및 제3 기재층(214, 216)의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물을 포함한다. 이때, 제2 기재층(214)은 실란 화합물의 함량이 실록산 화합물의 함량보다 크고, 제3 기재층(216)은 실록산 화합물의 함량이 실란 화합물의 함량보다 크다.
여기서, 제2 기재층(214)은 실란 화합물의 함량이 70 내지 90 wt%이고, 실록산 화합물의 함량이 10 내지 30 wt%인 것이 바람직하다. 또한, 제3 기재층(216)은 실란 화합물의 함량이 10 내지 30 wt%이고, 실록산 화합물의 함량이 70 내지 90 wt%인 것이 바람직하다.
이에 따라, 제2 기재층(214)은 제3 기재층(216)보다 높은 접착강도를 갖고, 제3 기재층(216)은 제2 기재층(214)보다 높은 표면경도를 가진다.
이러한 제2 및 제3 기재층(214, 216)을 포함하는 플라스틱 기판(210)은 약 10-4 g/m2·day의 비교적 낮은 수분투과율을 가지며, 100 내지 110도의 비교적 큰 접촉각, 즉, 액체에 대한 접촉각을 가진다. 따라서, 플라스틱 기판(210)은 수분 차단 특성이 우수하고, 수분이나 이물에 의한 오염을 줄여, 내오염성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제3 기재층(216)은 제1 및 제2 코어쉘 입자를 포함하고, 제1 코어쉘 입자는 실리콘 코어와 실록산 화합물의 쉘을 가지며, 제2 코어쉘 입자는 실리콘 코어와 실란 화합물의 쉘을 가진다. 여기서, 제1 코어쉘 입자의 함량이 제2 코어쉘 입자의 함량보다 많다.
한편, 제3 기재층(216)은 외면에 규칙적인 패턴을 가진다. 보다 상세하게, 제3 기재층(216)은 외면에 규칙적인 오목부(216a)을 가지며, 인접한 오목부(216a) 사이는 볼록부가 된다. 이러한 오목부(216a)는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 플라스틱 기판(210)의 가로 및 세로 방향을 따라 규칙적으로 형성될 수 있으며, 도 6b에 도시한 바와 같이, 플라스틱 기판(210)의 교차하는 제1 및 제2 대각 방향을 따라 규칙적으로 형성될 수도 있다. 이와 달리, 도 6c에 도시한 바와 같이, 오목부(216a)는 플라스틱 기판(210)의 세로 방향을 따라 연장되고 가로 방향을 따라 이격되어 규칙적으로 형성될 수 있으며, 도 6d에 도시한 바와 같이, 오목부(216a)는 플라스틱 기판(210)의 제1 대각 방향을 따라 연장되고 제2 대각 방향을 따라 이격되어 규칙적으로 형성될 수 있다. 또는, 도 6e에 도시한 바와 같이, 각 오목부(216a)와 이를 둘러싸는 볼록부(216b)가 하나의 단위 패턴을 이루어, 각 단위 패턴이 플라스틱 기판(210)의 가로 및 세로 방향을 따라 규칙적으로 형성될 수 있으며, 이때, 단위 패턴은 세로 방향을 따라 서로 접촉하고, 가로 방향을 따라 서로 이격되어 있을 수 있다.
여기서, 도 6a와 도 6b의 패턴을 갖는 플라스틱 기판을 포함하는 조명장치의 광효율은 약 110 lm/W이고, 도 6c 내지 도 6e의 패턴을 갖는 플라스틱 기판을 포함하는 조명장치의 광효율은 약 100 내지 110 lm/W이다.
이때, 오목부(216a)의 폭(w1)과 간격(d1)은 1 ㎛ 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다. 오목부(216a)의 폭(w1)과 간격(d1)이 해당 범위를 벗어날 경우 발광면에서 산란 효과가 달라져 균일도가 달라지게 되고, 광효율이 낮아진다.
이러한 오목부(216a)는 레이저 패터닝을 통해 형성될 수 있다.
한편, 도 6a와 도 6b 및 도 6e에서는 오목부(216a)가 사각형인 것을 예로서 설명하였으나, 이에 제한되지 않으며, 오목부(216a)는 원형이나, 타원형, 또는 사각형 이외의 다각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 제1 기판 112: 제1 기재층
114: 제2 기재층 116: 제3 기재층
130: 제1 전극 150: 발광층
160: 제2 전극 170: 접착제
180: 제2 기판 190: 보호필름

Claims (12)

  1. 제1 기재층과;
    상기 제1 기재층의 제1 면에 제2 기재층; 그리고
    상기 제1 기재층의 제2 면에 제3 기재층
    을 포함하며,
    상기 제3 기재층의 표면경도는 상기 제2 기재층의 표면경도보다 높고, 상기 제2 기재층의 접착강도는 상기 제3 기재층의 접착강도보다 높으며,
    상기 제3 기재층은 비평탄한 외면을 가지는 플라스틱 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 기재층의 각각은 실란 화합물과 실록산 화합물을 포함하는 플라스틱 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 상기 실란 화합물의 함량이 상기 실록산 화합물의 함량보다 크고, 상기 제3 기재층은 상기 실록산 화합물의 함량이 상기 실란 화합물보다 큰 플라스틱 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제3 기재층은 코어쉘 입자를 포함하는 플라스틱 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어쉘 입자는 상기 실록산 화합물의 쉘을 갖는 제1 코어쉘 입자와 상기 실란 화합물의 쉘을 갖는 제2 코어쉘 입자를 포함하는 플라스틱 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코어쉘 입자의 각각은 실리콘 코어를 가지는 플라스틱 기판.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 실록산 화합물은 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 포함하고, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기고, n은 1 내지 30인 플라스틱 기판.
    화학식1
    Figure pat00011

  8. 제2항에 있어서,
    상기 실란 화합물은 하기의 화학식2 내지 화학식 5로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하며, R은 수소, 메틸기 또는 에틸기인 플라스틱 기판.
    화학식2
    Figure pat00012

    화학식3
    Figure pat00013

    화학식4
    Figure pat00014

    화학식5
    Figure pat00015

  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층은 1.7 내지 1.8의 굴절률을 갖는 폴리이미드로 이루어지는 플라스틱 기판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 기재층은 외면에 규칙적으로 배열된 오목부를 가지는 플라스틱 기판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 플라스틱 기판과;
    상기 플라스틱 기판 상의 제1 전극과;
    상기 제1 전극 상부의 발광층과;
    상기 발광층 상부의 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 발광층으로부터의 빛은 상기 플라스틱 기판을 통해 외부로 출력되는 조명장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기재층은 상기 제1 기재층과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 조명장치.
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