EP1766703A1 - Diode electroluminescente organique (oled ) a extraction de lumiere amerlioree, afficheur correspondant - Google Patents

Diode electroluminescente organique (oled ) a extraction de lumiere amerlioree, afficheur correspondant

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EP1766703A1
EP1766703A1 EP05762550A EP05762550A EP1766703A1 EP 1766703 A1 EP1766703 A1 EP 1766703A1 EP 05762550 A EP05762550 A EP 05762550A EP 05762550 A EP05762550 A EP 05762550A EP 1766703 A1 EP1766703 A1 EP 1766703A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
zones
reflective
oled
diode
extraction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05762550A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Salvatore Cina
Valter Drazic
Landry Chopin
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InterDigital CE Patent Holdings SAS
Original Assignee
Thomson Licensing SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers
    • H10K50/165—Electron transporting layers comprising dopants

Definitions

  • the present invention relates to an organic light emitting diode (OLED) with improved light extraction and a corresponding display. It has applications in the field of optoelectronics, in particular for the production of indicator lights and display devices.
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • They are undergoing significant development. They are based, like conventional light-emitting diodes (LEDs), their predecessors, on the capacities which certain compounds, in particular semiconductors or, here, organic compounds, to emit light when, placed between electrodes, they are subjected to a current which allows the injection of charges, electrons and holes, within them.
  • a conventional structure of organic light-emitting diode comprises on a substrate, two electrodes intended to inject charges of opposite sign and between which is placed an organic layer possibly formed of one or more sublayers.
  • One of the electrodes, the anode injecting holes is usually transparent and generally made of indium tin oxide (ITO), so that light can escape through an exit face through said electrode.
  • the other electrode, the cathode injecting electrons is usually reflective.
  • the emission of light takes place through the substrate, which is therefore necessarily transparent, we speak of emission of light downwards or backwards.
  • the emission is done on the side opposite to the substrate, we speak of light emission upwards or forwards.
  • Rear emission devices are simpler to make and more effective because of the fragility of the organic layer vis-à-vis vis the conditions necessary for the realization of OLED diodes and, in particular, the deposition of the electrodes.
  • the transparent electrodes In order to allow the passage of the light produced, the transparent electrodes must be very thin in thickness, which induces an increase in the electrical surface resistance and can deteriorate the homogeneous distribution of the current over the entire surface of the OLED diode, hence inhomogeneity. light emission, and / or cause detrimental temperature rises by the Joule effect.
  • a very fine electrode has characteristics of reduced mechanical and environmental resistance resulting in production losses and accelerated aging.
  • the organic light-emitting diodes comprise, from the rear face towards the front face, on a substrate, at least one so-called rear electrode, surmounted by an organic light-emitting layer, itself surmounted by a so-called front electrode.
  • Document US 6,396,208 describes a means for improving the extraction of light from such light-emitting diodes, by making holes in the rear electrode which, here, is substantially transparent, or by providing this rear electrode with protrusions; these holes or these protrusions generate a relief on the surface of this electrode, which is transferred, due to the manufacturing process described in this document, to the front electrode, which here is reflective. According to this document, the surface formed by the reflective front electrode is therefore substantially parallel to the surface formed by the rear electrode. However, this means of improving light extraction is still insufficient.
  • the document US 2002/079835 describes a variant of the extraction means described in US 6,396,208.
  • the present invention proposes to increase the light extraction of an organic light-emitting diode (OLED) by a particular implementation of optical reflecting means while paradoxically reducing the surface through which light can escape from the diode.
  • OLED organic light-emitting diode
  • it consists in producing a particular structure in elementary prismatic form with two lateral faces, possibly repeated, on the light exit face of the OLED diode, one of the lateral faces being made reflective.
  • it consists in applying to the flat surface of the front electrode reflective zones comprising bosses.
  • the proposed solution goes against a principle which would like more us of exit surface through which the light can escape from the diode, more the light extraction can be effective.
  • the implementation of the proposed solution is also very simple industrially because it can use known techniques, in particular embossing, for producing the output face of the OLED diode.
  • the invention therefore relates to an organic light-emitting diode (OLED) comprising the face rear towards the front face, on a substrate, at least one electrode of a first kind and called rear, surmounted by an organic electroluminescent layer, itself surmounted by at least one electrode of a second kind and said before, the organic electroluminescent layer producing light when holes and electrons are injected into it by a current flowing in the electrodes, the kinds of electrode corresponding to anode and cathode, at least one of the electrodes being substantially transparent for the light produced in order to allow the latter to escape through one of the faces of said diode, called the exit face.
  • OLED organic light-emitting diode
  • said substantially transparent electrode comprises at least one transparent extraction zone and at least one reflective zone suitable for returning the light produced through the electroluminescent layer,
  • said diode also comprises reflecting means arranged opposite said substantially transparent electrode with respect to the organic electroluminescent layer and adapted to return the light produced towards said substantially transparent electrode through the electroluminescent layer,
  • the surface formed by the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflective zones is approximately not parallel to the surface formed by the reflecting means.
  • the rear electrode which is transparent and the light produced leaves the diode by the rear face through the substrate, we are dealing with a down emission diode.
  • the front electrode is transparent and the light produced comes out of the diode from the front face, we are dealing with an upward emitting diode.
  • the electrode of the first kind is an anode and the electrode of the second kind is a cathode or, at the on the contrary, the first type electrode is a cathode and the second type electrode is an anode.
  • the term reflective zone corresponds to a part of the substantially transparent electrode, part intended to return the light produced by the light-emitting layer to said light-emitting layer.
  • the term transparent extraction zone corresponds to another part of the substantially transparent electrode, another part allowing the light produced by the light-emitting layer to pass out of the OLED diode.
  • the reflecting means either constituted by the other electrode which is then a reflecting electrode, or which are proper reflection means, are intended to return the light produced by the electroluminescent layer towards said electroluminescent layer. There can therefore be multiple reflections in the diode before the light produced by the light-emitting layer can exit through the extraction zones.
  • said reflecting means on the one hand, the shape and the surface of the extraction zones and reflecting zones of the transparent electrode on the other hand, are mutually adapted so that, as regards the light produced by the electroluminescent layer which is reflected by the said reflecting means, a greater proportion of this reflected light passes through the extraction zones and a smaller proportion is reflected by the reflecting zones, before being again “recycled” by the reflecting means .
  • An embossed shape of the substantially transparent electrode can be adapted for this purpose and, conversely, by retaining a flat shape at the transparent electrode but by using an embossed rear electrode as reflecting means, the same effect can be achieved.
  • the following means can be combined according to all the technically possible possibilities, are used:
  • the reflecting means and, on the other hand, the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflective zones are one or the other, or both, on at least one pattern in relief, (in practice, the reflecting means and the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflecting zones, are mutually configured by one / several relief patterns so that the quantity of light produced by the electroluminescent layer and which is reflected by the reflecting means, a greater proportion is reflected towards the extraction zones to be extracted than towards the reflective zones to be returned in the electroluminescent layer;
  • the relief patterns can be simple or, preferably, periodic and of forms - elementary in the case of a periodicity - various and in particular prismatic with straight faces or curved in an arc of a circle, ellipse or other curve not linear, bosses)
  • the relief patterns are obtained by embossing and the surface formed by the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflective zones is not parallel to the surface formed by the reflecting means, (the embossing achieves a / relief patterns as opposed to non-embossing in which the shape is / remains substantially flat; the configuration corresponds in particular to an embossed shape of the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflecting zones, the reflecting means being as for them embossed or, preferably, not embossed; conversely, the substantially transparent electrode can be unembossed and the reflecting means embossed) - the reliefs have a maximum amplitude less than or equal to 2 ⁇ m, (we limit ai nsi advantageously the total thickness of the diode and therefore its price)
  • the relief patterns have a maximum amplitude less than or equal to 2 ⁇ m and greater than or equal to 0.2 ⁇ m
  • the diode comprises, between the organic electroluminescent layer and one and / or the other of the electrodes, a transparent organic layer, of variable thickness depending on the position on the layer, which supports said electrode and forms the relief patterns , (it is understood that in the case where the embossed transparent organic layer is between the organic electroluminescent layer and the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflective zones, said transparent organic layer is in correspondence with the extraction zones and reflective areas)
  • the thickness variability is greater than or equal to 200nm, (half a wavelength in blue)
  • the transparent organic layer is doped so as to be able to transport charges, electrons or holes as the case may be,
  • the light produced escapes from the OLED diode by a set N> 1 of extraction zones and the reflective zones are complementary to these extraction zones on the substantially transparent electrode,
  • the other electrode is reflecting and forms the said reflecting means
  • the other electrode is reflecting and forms said reflecting means, this reflecting electrode is metallic, - for the reflective electrode, the metal is chosen according to the kind of the electrode, for an anode the metal being chosen from gold, platinum, palladium or one of the alloys containing it / them, for a cathode, the metal being chosen from aluminum, silver, chromium or one of the alloys containing it,
  • the substantially transparent electrode with its extraction zones and its reflective zones comprises: - a substantially transparent conductive layer extending both over the reflective zones and over the extraction zones, and, extending only over the reflective zones, a reflective conductive layer supported on said transparent conductive layer, (the extraction zones therefore correspond to zones of presence of a substantially transparent conductive layer and the reflective zones to zones of presence of both a substantially transparent conductive layer surmounted by a reflective layer; the reflective layer is generally opaque and well conductive)
  • the substantially transparent conductive layer is against the light-emitting layer or the transparent organic layer as the case may be, - the reflective layer of the substantially transparent electrode is metallic, the metal being chosen as a function of the kind of electrode, for an anode, the metal being chosen from gold, platinum, palladium or one of the alloys containing it / them, for a cathode, the metal being chosen from aluminum, silver, chromium or one of the alloys containing them,
  • the surface conductivity of the reflective layer is at least ten times greater than the surface conductivity of the substantially transparent conductive layer, (thus, the reflective zones serve as distribution buses for charge carriers, electrons or holes, on the substantially transparent conductive layer and, by the latter, on the active surface of the diode)
  • the reflective layer has a thickness greater than or equal to 100 nm (preferably equal to approximately 500 nm) and the substantially transparent conductive layer to a thickness less than or equal to 10 nm, (preferably equal to approximately 5 nm)
  • the reflective layer of the substantially transparent electrode is doubled by an additional conductive layer of a metal chosen from silver, aluminum or chromium or one of the alloys containing it / them, (in the case where the reflective layer of the electrode substantially transparent is in the same metal / alloy as that of the additional conductive layer, this amounts to increasing the thickness of the reflective layer over at least part of its surface)
  • the substantially transparent conductive layer is a carrier injection layer, (if the substantially transparent electrode is an anode, the substantially transparent conductive layer is a hole injection layer and if the substantially transparent electrode is a cathode, the substantially transparent conductive layer is an electron injection layer, for example of a material chosen from alkali fluorides such as LiF or BaF2, or the alkalines themselves such as Li or Ba)
  • the transparent extraction zone (s) and the reflective zone (s) of the substantially transparent electrode form alternating elongated bands, extraction bands and reflective bands respectively, (the elongated bands can be linear, circular or more generally of shapes bypassed)
  • the transparent extraction zone (s) and the reflective zone (s) of the substantially transparent electrode form parallel alternating elongated strips between them, extraction strips and reflective strips respectively,
  • each strip has a constant width
  • the strips are substantially flat, (in the case where the substantially transparent electrode is on a relief pattern, the strips are inclined relative to each other and relative to the opposite electrode on the other side of the layer organic)
  • the organic light-emitting diode is such that: - the reflective electrode is substantially planar, - each of the reflective zones and of the extraction zones of the substantially transparent electrode is substantially planar and inclined relative to the reflective electrode , the succession of these zones forming at least one elementary triangular prismatic structure whose top edge and the two lateral base edges are substantially parallel to the reflecting electrode, - the light escapes from the OLED diode by an assembly
  • the reflective strips include bosses, - the bosses are made of a material compatible with those of the substantially transparent conductive layer and of the conductive reflective layers of the substantially transparent electrode, (in particular an electrical contact is made between these materials) - the bosses are in a pure metallic material or metal-based alloy,
  • each reflecting strip has only one row of at least hemispheres
  • the substantially transparent conductive layer extends over the entire convex spherical part oriented towards the organic layer of each at least hemisphere,
  • the substantially transparent conductive layer extends only over a portion of the convex spherical part oriented towards the organic layer of each at least hemisphere, (the convex spherical part in its portion embedded in the organic electroluminescent layer or, if it is present , in the transparent organic layer, is not covered with a substantially transparent conductive layer) - the bosses are spheres,
  • the area of the diode is the sum of the total area of the extraction areas with the total area of the reflective areas and the diode has a ratio between the total area of the extraction areas over the area between 40 and 70 percentage
  • the diode further comprises a redirecting optical structure which is arranged at the output of the OLED diode and in relation to each extraction zone in order to preferentially orient the light extracted from the diode in an average direction substantially perpendicular to the general plane of the diode.
  • the invention relates to an organic light-emitting diode (OLED) display comprising a set of diodes (OLED) according to one or more of any of the preceding characteristics.
  • FIG. 1 which shows in cross section an OLED diode according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 which represents a mode of deposition of a second reflecting layer in the case of an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • Figure 3 which shows in perspective view an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • Figure 4 which shows the angular distribution of the light output from an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 5A which represents in cross section an example of a redirection prism with calculation formulas for an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 5A which represents in cross section an example of a redirection prism with calculation formulas for an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 5B which schematically represents a simulation of the implementation of prisms of redirection on an OLED diode according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 6 which represents the spatial distribution of the output light flux of an OLED diode according to the first embodiment of the invention and with redirection prism
  • Figure 7 which shows in cross section an OLED diode according to a second embodiment of the invention
  • Figure 8 which shows the spatial distribution of the output light flux of an OLED diode according to the second embodiment of the invention
  • Figure 9 which represents a schematic perspective view of a third embodiment of the invention
  • Figure 1 0 which represents a view schematic top view for simulation of the third embodiment of the invention
  • Figure 1 1 which represents in cross section an OLED diode according to the third embodiment of the invention
  • Figure 12 which represents the result of a simulation intended determining the variation in the light extraction efficiency of the diode as a function of the ratio between the total area of the extraction zones on the area of the diode
  • FIG. 12 which represents the result of
  • FIG. 1 relates to an organic light-emitting diode (OLED), the light output face of which is the front face, that is to say opposite the substrate on which the diode is constructed.
  • the OLED diode 1 comprises on a substrate 2 on the rear side, at least one rear electrode 3 of a first type, anode or cathode, which also has optical reflection properties so as to be reflective towards the output face and form the medium reflectors.
  • the rear electrode 3, called the reflecting electrode is metallic and is surmounted by an organic electroluminescent layer 4 which may include sub-layers.
  • the organic electroluminescent layer 4 is finally surmounted by an embossed transparent organic layer 5 which has raised patterns arranged periodically and regularly, patterns which form elementary prismatic structures, and whose front surface supports a substantially transparent electrode of a second kind before 6, cathode or anode respectively to the first kind.
  • this second type electrode is distributed in opaque reflecting zones 7 and in transparent extraction zones.
  • the front electrode is extended over the entire front face of the OLED diode.
  • the edges of the prismatic structures are parallel to each other.
  • the front face of the diode can be made in the organic layer 4 or be attached to the latter with a transparent organic layer 5.
  • the embossed layer 5 is made of organic material which is doped appropriately so that the difference in potential applied between the electrodes of the diode generates an approximately constant electric field in all the zones of electroluminescent layer, whatever the thickness of organic matter locally covering this zone.
  • Layer embossed 5 can also be made of a conductive polymer, for example PEDOT-PSS or PANI.
  • the surface of this embossed layer which supports the second type electrode therefore comprises a series of elementary prismatic patterns which are preferably regularly arranged and preferably extend along their length over the entire surface of the organic layer. Issuer.
  • the front electrode of the second type before 6 comprises two layers: a very thin and conductive transparent layer, of the order of 5 nm thickness, covering the entire surface of the embossed organic layer, matching its patterns in relief, and - thicker metal bands, of the order of 500 nm thick, forming the opaque reflecting zones 7, these bands therefore covering only part of the surface of the embossed organic layer, also marrying its patterns in relief.
  • the output face of the OLED diode therefore has an alternation of reflective strips and substantially transparent strips, the reflective strips also being highly conductive of electricity.
  • the organic electroluminescent layer may consist of small molecules, polymers, dendrimers or the like or, even, be hybrid by combination of such materials which can be doped (for fluorescence and / or electrical conduction) or not.
  • sub-layers in particular injection, transport and blocking layers of charges, electrons or holes.
  • Several embodiments of the basic OLED diode described above can be considered in isolation or in combination, in particular depending on the type of front 6 and rear 3 electrodes, depending on the shape of the raised patterns, depending on the distribution of the zones. extraction and reflecting zones on the elementary prismatic structures, depending on the shape and dimensions of each elementary prismatic structure, depending on the extraction side (substrate side or not), depending on the presence of patterns in relief on the substrate side or not and optionally on the two faces of the diode, all the functional combinations being possible.
  • Figure 1 presents a first modality concerning the distribution of the second reflecting layers 7 on the elementary prismatic structures 5 in which the reflecting zones are systematically arranged on the same face of the elementary prismatic structures (left in Figure 1) and are therefore all parallel between - them.
  • a constant elementary prismatic pattern is repeated periodically as can be seen in Figure 3 which is a perspective view of the OLED diode in Figure 1.
  • a 4 micrometers
  • b 1.06 micrometers
  • ⁇ 28 degrees.
  • the height b is generally less than or equal to a maximum of 2 micrometers.
  • This small thickness (height) of the reliefs avoids the use of a large quantity of organic materials and in particular as regards the transparent organic layer, to form the patterns in relief, this type of material being of a particularly high cost.
  • the results obtained by simulation with the OLED diode according to the first modality described above and the preferred dimensions are given below. These results were obtained using a source composed of two Lambertian sources arranged back to back, immersed in the middle of the organic layer and emitting an initial Finite flux equal to 1.
  • FIG. 2 shows a mode of deposition of the reflective strips 7 in the case of an OLED diode according to the first embodiment of the invention as described above.
  • the OLED diode during manufacture is arranged in a spray deposition / projection enclosure of a metal with optical reflection property such as aluminum.
  • the OLED diode is inclined relative to the direction of spraying / projection of the metal so that only one of the two lateral faces of each elementary prismatic structure is covered with said metal.
  • the thick metal strips which form the reflective zones of the front electrode are thus deposited.
  • the areas not covered by the strip metal form the extraction areas of the front electrode.
  • the redirection means is a prism of length approximately 300 micrometers, of width approximately 100 micrometers, which corresponds to the usual size of a pixel of an image display; the height of the prism is adapted in a manner known per se to obtain the light redirection previously described.
  • a redirecting prism is used, as shown in section in Figure 5A, which has a cross section of right triangle in a material of index n 2 of approximately 1.5 and of angle A of approximately 35.45 degrees.
  • the 7 presents a second OLED diode modality 10 concerning the distribution of the reflective zones 7 on the elementary prismatic structures 5 in which the reflective zones are systematically arranged in pairs, that is to say by associations of two adjacent reflective bands which therefore have a common edge corresponding to a common base edge of two adjacent elementary prismatic structures.
  • the extraction zones 6 are also associated in pairs as shown.
  • a prismatic pattern constant elementary is repeated periodically, the extraction zones 6 and the reflective zones 7 are however arranged differently, in pairs, as explained above.
  • the lateral faces towards the outside of the OLED diode have reflective zones 7.
  • the lateral ends may have other arrangements of extraction zones and / or zones reflecting according to the total number of elementary prismatic structures of the OLED diode.
  • OLED OLED according to the second modality and the determined dimensions are given below. These following results were obtained using a source composed of two Lambertian sources arranged back to back, immersed in the middle of the organic layer and emitting an initial flux F in i equal to 1. To calculate extraction gains, a reference device (OLED reference diode) composed of the source in the organic layer surmounted by a glass substrate was considered. The following quantities (arbitrary unit) are given in the results tables:
  • the angular distribution of the light output from the OLED diode is given in Figure 8 on which we can see that the energy emitted is maximum at normal and decreases moderately and symmetrically when the angle of observation increases, which is totally favorable to display applications. Part of the methods and materials used to produce state-of-the-art OLEDs can be used for the production of OLED diodes according to the invention.
  • the realization of the front and / or rear face of the OLED diode will however be different to obtain the prismatic structure (s) elementary on the one hand and reflective strips on the other.
  • prismatic structures it can use embossing techniques; for reflective tapes, it can use differential deposition techniques for materials, in particular metal. From the rear face to the front face of the OLED diode we find:
  • a substrate 2 which can be of any type compatible with the other materials used and, because of the light extraction here from above, transparent or not.
  • a substrate we consider silicon, in particular in the case of active matrix diodes, plastics, glass.
  • the rear reflecting electrode 3, disposed on the substrate, is preferably metallic, for example aluminum, silver, gold, chromium, copper or alloys containing them.
  • an additional layer of a metal with a high extraction function of the Pt, Pd, NiCr type or compatible equivalent is preferably deposited on a first metallic layer of high conductivity. The rear electrode then has good reflectivity.
  • a layer 4 of an electroluminescent organic material is then deposited, sub-layers can be created within the material.
  • the different layers deposited so far are of regular thickness, therefore with parallel opposite faces.
  • the embossed layer 5 is produced by adding material to the organic electroluminescent layer 4.
  • a layer of transparent organic material doped of the type N (N doped) is deposited on layer 4 of organic electroluminescent material and is worked, in particular by embossing, to form the elementary prismatic structures.
  • the embossed layer 5 therefore does not have a regular thickness.
  • the use of a transparent organic material doped to achieve the embossed layer advantageously makes it possible to ensure a constant electric field in the organic electroluminescent layer 4 and to avoid an increase in the working voltage and OLED emission uniformity defects.
  • the substantially transparent front electrode 6 is then deposited on the embossed layer 5.
  • a uniform and regular deposition of an electron injection sublayer of fine thickness (approximately 0.1 to 5 nanometers) of an alkaline fluoride of LiF type or alkaline-earth type of BaF2 or other equivalent product is produced over the entire surface of the embossed layer to be used for the injections of electrons into the diode.
  • the deposition of another sub-layer (approximate thickness between 5 and 20 nanometers) of a material with a low extraction function, in particular Ca, Yb can be carried out in relation to the previous deposition of fluoride or equivalent.
  • transparent conductive materials such as metallic materials or transparent conductive oxides such as indium tin oxide: ITO (“Indium Tin Oxide”), or indium zinc oxide: IZO (“Indium Zinc Oxide”).
  • ITO Indium Tin Oxide
  • IZO Indium Zinc Oxide
  • one / several reflective conductive strips 7 are then produced on the selected lateral faces of elementary prismatic structures according to the chosen embodiment ( Figure 1 or Figure 7, or even other distributions).
  • metallic layers for example aluminum, silver, gold, chromium or alloys containing them.
  • the thickness of these layers is high enough to obtain the desired reflective and conductive properties.
  • the additional layers of materials with weak / strong extraction function are reversed and the embossed layer, in the case where an additional layer is used. , is obtained by depositing an organic P-type material (P-doped).
  • the light produced within the organic material of the OLED diode and directed towards an extraction zone will directly exit from the OLED diode.
  • the light may be reflected by the rear reflecting electrode 3 and the reflecting strips 7 (reflecting zones) from the front electrode to an extraction zone of the front electrode. Note that the rear electrode 3 and the reflective strips 7 are not parallel. Almost all of the light produced within the OLED diode (neglecting material re-absorption and imperfections) will be able to be extracted from the OLED diode by the extraction zones through the transparent front electrode.
  • the exemplary embodiments which have just been given so far relate to diodes whose transparent extraction zones and the reflective zones of the substantially transparent electrode form flat elongated strips, of constant width, alternating and parallel to each other, extraction bands and reflective bands respectively.
  • the extraction bands and the reflective bands are not coplanar since they form prismatic structures.
  • the invention in a third embodiment, can also be implemented with extraction zones and reflecting zones which are on the contrary coplanar, but where the reflecting zone is not planar but has bosses. These bosses correspond to structures reflective hemispherical convexes which are oriented towards the organic light emitting layer in order to be able to reflect, directly or by multiple reflections, towards said layer the light rays which it produces and which have not passed through the extraction zones.
  • these light rays can reach the reflecting means (for example reflective cathode) opposite the substantially transparent electrode to be returned.
  • These bosses in themselves, can be hemispherical (hemispheres) or up to being spherical (complete spheres), as long as a hemispherical part of the boss, curved part therefore, is well oriented towards the organic electroluminescent layer.
  • These bosses are related to the reflective conductive layer of the reflective zone and, preferably, in the same metallic material or, at the very least, in a compatible material at least to allow the circulation of current in said layer and the bosses thus that the structural stability of the diode over time.
  • Figure 9 gives a particular mode of implementation of this third embodiment with reflective strips each comprising a line of aligned spherical bosses, joined together.
  • the bosses have identical diameters D.
  • the width of each reflective strip and therefore of the conductive reflective layer corresponds to the diameter of the bosses.
  • Figure 10 is a schematic representation seen from above of the diode of Figure 9 intended to perform numerical simulations making it possible to determine the widths of the transparent extraction strips (substantially transparent conductive layer) and reflective strips (reflective conductive layer against the layer substantially transparent conductive).
  • the diode of Figure 1 1 is made on a substrate 2, for example glass, silicon or other compatible material.
  • a reflecting metal rear electrode 3 of substantially uniform thickness is placed on the substrate 2 to form the reflecting means.
  • a layer of organic electroluminescent material 4 of substantially uniform thickness (preferably comprising under-layers).
  • a substantially thick layer of doped organic material 5 or of a conductive polymer material forming a transparent and conductive organic layer whose thickness varies according to the position and which is surmounted by a substantially electrode transparent (front electrode) comprising extraction zones (strips in this example) 8 and reflective zones 7.
  • the extraction zones 8 of the substantially transparent electrode are formed of a substantially transparent conductive layer 1 1, for example metallic or in ITO or LiF-Ca as already described in the previous examples.
  • the reflecting zones 7 of the substantially transparent electrode are formed of a reflecting conducting layer 12 comprising reflecting spheres (preferably joined together for an increased light efficiency) surmounting the substantially transparent conducting layer 11.
  • the substantially transparent conductive layer is continuous as shown in Figure 1 1.
  • a transparent cover layer 13, for example made of SiO or SiO 2 makes it possible to protect the assembly. To make such a diode, the following steps can be used starting from a structure which can be produced in a conventional manner and which already has on the substrate 2, the rear electrode 3, the organic light-emitting layer 4, the organic layer. transparent 5 doped and the substantially transparent conductive layer 1 1.
  • a layer of a photosensitive resin is deposited on the substantially transparent conductive layer 1 1 and strips are produced thereon.
  • such a diode can be produced with hemispherical patterns by embossing a shape comprising hemispherical patterns deforming the surface of the structure in the strips from which the resin has been removed.
  • the surface of the structure then comprises at least partially hemispherical recesses (20 to 100% of a hemisphere) which will be filled during the deposition of the metal to form the conductive reflecting layer.
  • simulations were carried out with software called ASAP®. It has been shown that spheres (or at least hemispheres) are the most effective among all possible forms (pyramidal ...) of bosses of the conductive reflective layer.
  • an optimum efficiency (EFF) of light extraction could be determined from an efficiency / ratio curve (OAR1) between the total surface extraction zones on the area of the diode (the area of the diode is the sum of the total area of the extraction areas with the total area of the reflective areas).
  • the EFF / OAR1 curve is shown in Figure 12.
  • the OAR1 ratio is between 40 and 70 in percentage and is preferably around 53. It can be seen that the extraction efficiency EFF varies little when the OAR1 ratio remains within this range of values.
  • the extraction means according to the invention is therefore not very sensitive to fluctuations in the manufacturing process which would cause the OAR1 ratio to vary.
  • the width of the extraction and reflective bands may be arbitrary for a given ratio (OAR1)
  • the width of the bands has also been determined by an optimization process by simulation.
  • the curve shown in Figure 13 gives the extraction efficiency (EFF) as a function of the ratio (OAR2) of the widths of the extraction and reflective bands for a given OAR1 value corresponding to the previously determined optimum.
  • the rear reflecting layer 3 which is described as preferably being an electrode (a reflecting metal is a good conductor) can be independent of the rear electrode.
  • the rear reflecting layer can be omitted if the substrate is itself an optical reflector.
  • the reflective layers can be produced by stacking dielectric layers (dielectric mirrors) rather than a monolithic metallic deposit.

Abstract

L'invention concerne une diode électroluminescente organique (1) comportant de la face arrière vers la face avant, sur un substrat (2), au moins une électrode d'un premier genre (3), surmontée d'une couche électroluminescente organique (4), elle-même surmontée d'au moins une électrode d'un second genre (6), la couche électroluminescente organique produisant de la lumière lorsque des charges sont injectées par un courant circulant dans les électrodes, les genres correspondant à anode et cathode, l'une au moins des électrodes étant sensiblement transparente pour la lumière produite afin de permettre à cette dernière de s'échapper par l'une des faces de ladite diode, dite face de sortie. Selon l'invention, ladite électrode sensiblement transparente comprend au moins une zone transparente d'extraction et au moins une zone réfléchissante adaptée pour renvoyer la lumière produite au travers de la couche électroluminescente, et ladite diode comprend également des moyens réflecteurs disposés à l'opposé de ladite électrode sensiblement transparente par rapport à la couche électroluminescente organique et adaptés pour renvoyer la lumière produite vers ladite électrode sensiblement transparente au travers de la couche électroluminescente. La diode peut être configurée par embossage et diverses modalités de mise en œuvre sont décrites.

Description

ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODE (OLED) WITH IMPROVED LIGHT EXTRACTION AND CORRESPONDING DISPLAY UNIT
La présente invention concerne une diode électroluminescente organique (OLED) à extraction de lumière améliorée et un afficheur correspondant. Elle a des applications dans le domaine de l'optoélectronique, notamment pour la réalisation de voyants lumineux et dispositifs d'affichage. Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) connaissent un développement important. Elles sont basées, comme les diodes électroluminescentes classiques (LED), leurs devancières, sur les capacités qu'ont certains composés, notamment semi-conducteurs ou, ici, composés organiques, d'émettre de la lumière lorsque, placés entre des électrodes, ils sont soumis à un courant qui permet l'injection de charges, électrons et trous, en leur sein. Une structure classique de diode électroluminescente organique (OLED) comprend sur un substrat, deux électrodes destinées à injecter des charges de signe contraire et entre lesquelles est disposée une couche organique éventuellement formée d'une ou plusieurs sous-couches. Une des électrodes, l'anode injectant des trous, est habituellement transparente et en général réalisée en oxyde indium-étain (ITO), afin que la lumière puisse s'échapper par une face de sortie à travers ladite électrode. L'autre électrode, la cathode injectant des électrons, est, quant à elle, habituellement reflective. Dans le cas où l'émission de lumière s'effectue à travers le substrat, qui est donc nécessairement transparent, on parle d'émission de lumière vers le bas ou l'arrière. Dans le cas inverse où l'émission se fait du coté opposé au substrat, on parle d'émission de lumière vers le haut ou l'avant. Les dispositifs à émission arrière sont plus simples à réaliser et pl us efficaces du fait de la fragilité de la couche organique vis-à- vis des conditions nécessaires à la réalisation des diodes OLED et, notamment, le dépôt des électrodes. Afin de permettre le passage de la lumière produite, les électrodes transparentes doivent être très fines en épaisseur ce qui induit une augmentation de la résistance électrique surfacique et peut détériorer la répartition homogène du courant sur toute la surface de la diode OLED, d'où inhomogénéité d'émission lumineuse, et/ou provoquer des élévations de température préjudiciable par effet Joule. De plus, une électrode très fine présente des caractéristiques de résistance mécanique et environnementale plus réduite entraînant des pertes de productions et un vieillissement accéléré. Enfin, selon le matériau utilisé pour réaliser l'électrode très fine, il peut être nécessaire d'ajouter des sous-couches complémentaires à la structure, par exemple d'injection ou de transport de trous ou d'électrons, ce qui est pénalisant du point de vue économique. On est donc conduit à trouver un compromis entre la transparence optique de l'électrode et ses propriétés électriques et électroniques, ce qui conduit à des rendements électro-optiques moyens. Afin d'augmenter ce rendement on a également cherché dans d'autres directions et en particulier on a proposé de mettre en œuvre des structures dotées d'extracteurs de lumière permettant à une plus grande partie de la lumière produite dans la diode OLED de sortir de cette diode. C'est ainsi que l'on a proposé dans U S-6.091 .384 ou dans US-6.229.160 que la lumière produite et qui se propage ou est réfléchie latéralement soit renvoyée vers la face de sortie de la diode par des réflecteurs latéraux. Les diodes électroluminescentes organiques comportent, de la face arrière vers la face avant, sur un substrat, au moins une électrode dite arrière, surmontée d'une couche électroluminescente organique, elle-même surmontée d'une électrode dite avant. Le document US 6.396.208 décrit un moyen pour améliorer l'extraction de lumière de telles diodes électroluminescentes, en réalisant des trous dans l'électrode arrière qui , ici, est sensiblement transparente, ou en dotant cette électrode arrière de protrusions; ces trous ou ces protrusions engendrent un relief sur la surface de cette électrode, qui se reporte, du fait du procédé de fabrication décrit dans ce document, sur l'électrode avant, qui , ici, est réfléchissante. Selon ce document, la surface formée par l'électrode avant réféchissante est donc sensiblement parallèle à la surface formée par l'électrode arrière. Cependant, ce moyen d'amélioration de l'extraction de lumière reste encore insuffisant. Le document US 2002/079835 décrit une variante du moyen d'extraction décrit dans US 6.396.208. La présente invention propose d'augmenter l'extraction lumineuse d'une diode électroluminescente organique (OLED) par une mise en œuvre particulière de moyens réflecteurs optiques tout en réduisant paradoxalement la surface à travers laquelle la lumière peut s'échapper de la diode. Selon un exemple particulier de réalisation, elle consiste à réaliser une structure particulière en forme prismatique élémentaire à deux faces latérales, possiblement répétée, sur la face de sortie de la lumière de la diode OLED, une des faces latérales étant rendue réfléchissante. Selon un autre exemple particulier de réalisation, elle consiste à appliquer sur la surface plane de l'électrode avant des zones réfléchissantes comportant des bossages. La solution proposée va à rencontre d'un principe qui voudrait que pl us on ait de surface de sortie à travers laquelle la lumière peut s'échapper de la diode, plus l'extraction lumineuse peut être efficace. La mise en œuvre de la solution proposée est par ailleurs très simple industriellement car elle peut faire appel à des techniques connues, notamment d'embossage, pour réalisation de la face de sortie de la diode OLED. L'invention concerne donc une diode électroluminescente organique (OLED) comportant de la face arrière vers la face avant, sur un substrat, au moins une électrode d'un premier genre et dite arrière, surmontée d'une couche électroluminescente organique, elle-même surmontée d'au moins une électrode d'un second genre et dite avant, la couche électroluminescente organique produisant de la lumière lorsque des trous et des électrons sont injectés en son sein par un courant circulant dans les électrodes, les genres d'électrode correspondant à anode et cathode, l'une au moins des électrodes étant sensiblement transparente pour la lumière produite afin de permettre à cette dernière de s'échapper par l'une des faces de ladite diode, dite face de sortie. Selon l'invention,
- ladite électrode sensiblement transparente comprend au moins une zone transparente d'extraction et au moins une zone réfléchissante adaptée pour renvoyer la lumière produite au travers de la couche électroluminescente,
- ladite diode comprend également des moyens réflecteurs disposés à l'opposé de ladite électrode sensiblement transparente par rapport à la couche électroluminescente organique et adaptés pour renvoyer la lumière produite vers ladite électrode sensiblement transparente au travers de la couche électroluminescente,
- la surface formée par l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes n'est approximativement pas parallèle à la surface formée par les moyens réflecteurs. Lorsque c'est l'électrode arrière qui est transparente et que la lumière produite sort de la diode par la face arrière à travers le substrat, on a affaire à une diode à émission vers le bas. Lorsque c'est l'électrode avant qui est transparente et que la lumière produite sort de la diode par la face avant, on a affaire à une diode à émission vers le haut. Selon les cas, l'électrode du premier genre est une anode et l'électrode du second genre est une cathode ou, au contraire, l'électrode du premier genre est une cathode et l'électrode du second genre est une anode. Le terme zone réfléchissante correspond à une partie de l'électrode sensiblement transparente, partie destinée à renvoyer la lumière produite par la couche électroluminescente vers ladite couche électroluminescente. Le terme zone transparente d'extraction correspond à une autre partie de l'électrode sensiblement transparente, autre partie laissant passer hors de la diode OLED la lumière produite par la couche électroluminescente. Les moyens réflecteurs, soit constitués par l'autre électrode qui est alors une électrode réfléchissante, soit qui sont des moyens propres de réflexion, sont destinés à renvoyer la lumière produite par la couche électroluminescente vers ladite couche électroluminescente. Il peut donc exister des réflexions multiples dans la diode avant que la lumière produite par la couche électroluminescente puisse sortir à travers les zones d'extraction. De préférence, lesdits moyens réflecteurs d'une part, la forme et la surface des zones d'extraction et des zones réfléchissantes de l'électrode transparente d'autre part, sont mutuellement adaptés pour que, en ce qui concerne la lumière produite par la couche électroluminescente qui est réfléchie par les dits moyens réflecteurs, une proportion plus importante de cette lumière réfléchie traverse les zones d'extraction et une proportion moins importante est réfléchie par les zones réfléchissantes, avant d'être à nouveau « recyclée » par les moyens réflecteurs. Une forme embossée de l'électrode sensiblement transparente peut être adaptée à cet effet et, à l'inverse, en conservant une forme plate à l'électrode transparente mais en utilisant une électrode arrière embossée comme moyens réflecteurs, on peut parvenir au même effet. Dans divers modes de mise en œuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être combinés selon toutes les possibilités techniquement possibles, sont employés :
- d'une part, les moyens réflecteurs et, d'autre part, l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes, sont les uns ou l'autre, ou les deux, sur au moins un motif en relief, (en pratique, les moyens réflecteurs et l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes, sont mutuellement configurés par un/des motifs en relief afin que de la quantité de lumière produite par la couche électroluminescente et qui est réfléchie par les moyens réflecteurs, une proportion plus importante soit réfléchie vers les zones d'extraction pour être extraite que vers les zones réfléchissantes pour être renvoyée dans la couche électroluminescente; les motifs en reliefs peuvent être simples ou, de préférence, périodiques et de formes - élémentaires dans le cas d'une périodicité- diverses et notamment prismatique à faces droites ou courbées en arc de cercle, d'ellipse ou autre courbe non linéaire, des bossages)
- les motifs en relief sont obtenus par embossage et la surface formée par l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes n'est pas parallèle à la surface formée par les moyens réflecteurs, (l'embossage réalise un/des motifs en relief par opposition à un non-embossage dans lequel la forme est/reste sensiblement plane ; la configuration correspond notamment à une forme embossée de l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes, les moyens réflecteurs étant quant à eux embossés ou, de préférence, non embossés ; à l'inverse, l'électrode sensiblement transparente peut être non embossée et les moyens réflecteurs embossés) - les reliefs présentent une amplitude maximale inférieure ou égale à 2 μm, (on limite ai nsi avantageusement l'épaisseur totale de la diode et donc son prix)
- les motifs en relief ont une amplitude maximale inférieure ou égale à 2μm et supérieure ou égale à 0,2μm,
- les motifs en relief sont obtenus par pressage de sphères réfléchissantes,
- la diode comprend, entre la couche électroluminescente organique et l'une et/ou l'autre des électrodes, une couche organique transparente, d'épaisseur variable selon la position sur la couche, qui supporte ladite électrode et forme l es motifs en relief, (on comprend que dans le cas où la couche organique transparente embossée est entre la couche électroluminescente organique et l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes, ladite couche organique transparente est en correspondance avec les zones d'extraction et les zones réfléchissantes)
- la variabilité d'épaisseur est supérieure ou égale à 200nm, (une demi-longueur d'onde dans le bleu)
- la couche organique transparente est dopée de manière à pouvoir assurer le transport de charges, électrons ou trous selon le cas,
- la lumière produite s'échappe de la diode OLED par un ensemble N>1 de zones d'extraction et les zones réfléchissantes sont complémentaires de ces zones d'extraction sur l'électrode sensiblement transparente,
- l'une seulement des électrodes étant sensiblement transparente, l'autre électrode, dite électrode réfléchissante, est réfléchissante et forme lesdits moyens réflecteurs,
- de préférence, dans le cas où l'une seulement des électrodes étant sensiblement transparente, l'autre électrode est réfléchissante et forme lesdits moyens réflecteurs, cette électrode réfléchissante est métallique, - pour l'électrode réfléchissante, le métal est choisi en fonction du genre de l'électrode, pour une anode le métal étant choisi parmi l'or, le platine, le palladium ou un des alliages le/les contenant, pour une cathode, le métal étant choisi parmi l'aluminium, l'argent, le chrome ou un des alliages le/les contenant,
- l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes comprend : - une couche conductrice sensiblement transparente s'étendant à la fois sur les zones réfléchissantes et sur les zones d'extraction, et, s'étendant uniquement sur les zo nes réfléchissantes, une couche réfléchissante conductrice appuyée sur ladite couche conductrice transparente, (les zones d'extractions correspondent donc à des zones de présence d'une couche conductrice sensiblement transparente et les zones réfléchissantes à des zones de présence à la fois d'une couche conductrice sensiblement transparente surmontée d'une couche réfléchissante ; la couche réfléchissante est généralement opaque et bien conductrice)
- de préférence, la couche conductrice sensiblement transparente est contre la couche électroluminescente ou la couche organique transparente selon le cas, - la couche réfléchissante de l'électrode sensiblement transparente est métallique, le métal étant choisi en fonction du genre de l'électrode, pour une anode le métal étant choisi parmi l'or, le platine, le palladium ou un des alliages le/les contenant, pour une cathode, le métal étant choisi parmi l'aluminium, l'argent, le chrome ou un des alliages le/les contenant,
- la conductivité surfacique de la couche réfléchissante est au moins dix fois supérieure à la conductivité surfacique de la couche conductrice sensiblement transparente, (ainsi, les zones réfléchissantes servent de bus de distribution des porteurs de charges, électrons ou trous, sur la couche conductrice sensiblement transparente et, par cette dernière, sur la surface active de la diode)
- la couche réfléchissante a une épaisseur supérieure ou égale à 100 nm (de préférence égale à environ 500 nm) et la couche conductrice sensiblement transparente à une épaisseur inférieure ou égale à 10 nm, (de préférence égale à environ 5 nm)
- la couche réfléchissante de l'électrode sensiblement transparente est doublée par une couche additionnelle conductrice d'un métal choisi parmi argent, aluminium ou chrome ou un des alliages le/les contenant, (dans le cas où la couche réfléchissante de l'électrode sensiblement transparente est dans le même métal/alliage que celui de la couche additionnelle conductrice, cela revient à augmenter l'épaisseur de la couche réfléchissante sur au moins une partie de sa superficie)
- la couche conductrice sensiblement transparente est une couche d'injection de porteurs, (si l'électrode sensiblement transparente est une anode, la couche conductrice sensiblement transparente est une couche d'injection de trous et si l'électrode sensiblement transparente est une cathode, la couche conductrice sensiblement transparente est une couche d'injection d'électrons, par exemple en matériau choisi parmi les fluorures alcalins comme LiF ou BaF2, ou les alcalins eux-mêmes comme Li ou Ba)
- la/les zones transparentes d'extraction et la/les zones réfléchissantes de l'électrode sensiblement transparente forment des bandes allongées alternées, bandes d'extraction et bandes réfléchissantes respectivement, (les bandes allongées peuvent être linéaires, circulaires ou plus généralement de formes contournées)
- la/les zones transparentes d'extraction et la/les zones réfléchissantes de l'électrode sensiblement transparente forment des bandes allongées alternées parallèles entre elles, bandes d'extraction et bandes réfléchissantes respectivement,
- chaque bande a une largeur constante,
- les bandes sont sensiblement planes, (dans le cas où l'électrode sensiblement transparente est sur un motif en relief, les bandes sont inclinées les unes par rapport aux autres et par rapport à l'électrode opposée de l'autre coté de la couche organique)
- la diode électroluminescente organique (OLED) est telle que : - l'électrode réfléchissante est sensiblement plane, - chacune des zones réfléchissantes et des zones d'extraction de l'électrode sensiblement transparente est sensiblement plane et inclinée par rapport à l'électrode réfléchissante, la succession de ces zones formant au moins une structure prismatique triangulaire élémentaire dont l'arête sommitale et les deux arêtes de base latérales sont sensiblement parallèles à l'électrode réfléchissante, - la lumière s'échappe de la diode OLED par un ensemble
N> 1 de zones d'extraction séparées chacune de la suivante par une zone réfléchissante, ces zones d'extraction sont parallèles entre elles et ces zones réfléchissantes sont parallèles entre-elles, les zones d'extraction et les zones réfléchissantes étant régulièrement disposées sur l'électrode sensiblement transparente selon une répétition périodique régulière de la structure prismatique triangulaire élémentaire,
- la lumière s'échappe de la diode OLED par un ensemble N> 1 de zones d'extraction regroupées par paires, les deux zones d'extraction d'une paire étant adjacentes entre ell es et ayant une arête de base commune et étant séparées de la paire de zones d'extraction suivante par une paire de zones réfléchissantes adjacentes entre elles et ayant une arête de base commune, les paires de zones d'extraction et de zones réfléchissantes étant régulièrement disposées sur l'électrode sensiblement transparente selon une répétition périodique régulière de la structure prismatique triangulaire élémentaire,
- au moins une des bandes allongées présente des bossages,
- les bandes réfléchissantes comportent des bossages, - les bossages sont dans un matériau compatible avec ceux de la couche conductrice sensiblement transparente et des couches réfléchissantes conductrices de l'électrode sensiblement transparente, (notamment un contact électrique est réalisé entre ces matériaux) - les bossages sont dans un matériau métallique pur ou alliage à base métallique,
- les bossages sont dans un matériau identique au matériau des couches réfléchissantes conductrices de l'électrode sensiblement transparente, - les bossages sont au moins des hémisphères réfléchissants et jusqu'à des sphères réfléchissantes, de diamètre D déterminé dont la partie spherique convexe est orientée vers la couche organique, lesdits au moins hémisphères étant alignés et au contact les uns des autres le long de la bande allongée de la zone réfléchissante, la largeur de chaque bande réfléchissante étant un multiple n de D avec n entier >= 1 , (il peut y avoir plusieurs rangées parallèles de bossages dans une bande réfléchissante)
- chaque bande réfléchissante ne comporte qu'une rangée d'au moins hémisphères,
- la couche conductrice sensiblement transparente s'étend sur toute la partie spherique convexe orientée vers la couche organique de chaque au moins hémisphère,
- la couche conductrice sensiblement transparente ne s'étend que sur une portion de la partie spherique convexe orientée vers la couche organique de chaque au moins hémisphère, (la partie spherique convexe dans sa portion enfoncée dans la couche électroluminescente organique ou, si elle est présente, dans la couche organique transparente, n'est pas recouverte de couche conductrice sensiblement transparente) - les bossages sont des sphères,
- les bandes réfléchissantes comportent des bossages, les bossages sont au moins des hémisphères réfléchissants et jusqu'à des sphères réfléchissantes, de diamètre D déterminé dont la partie spherique convexe est orientée vers la couche organique, lesdits au moins hémisphères étant alignés et au contact les uns des autres le long de chaque bande réfléchissante, la largeur de chaque bande réfléchissante étant un multiple n de D avec n entier >=1 , - les bossages sont des sphères et n=1 ,
- l'aire de la diode est la somme de la surface totale des zones d'extraction avec la surface totale des zones réfléchissantes et la diode présente un rapport entre la surface totale des zones d'extraction sur l'aire comprise entre 40 et 70 en pourcentage,
- la diode comprend en outre une structure optique redirectrice qui est disposée à la sortie de la diode OLED et en relation avec chaque zone d'extraction afin d'orienter préférentiellement la lumière extraite de la diode selon une direction moyenne sensiblement perpendiculaire au plan général de la diode. L'invention concerne enfin un afficheur à diode électrolumi nescente organique (OLED), comportant un ensemble de diodes (OLED) selon l'une ou plusieurs quelconque des caractéristiques précédentes. La présente invention va maintenant être exemplifiée sans pour autant en être limitée avec la description qui suit en relation avec les figures suivantes : la Figure 1 qui représente en coupe transversale une diode OLED selon un premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 2 qui représente une modalité de déposition d'une seconde couche réfléchissante dans le cas d'une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 3 qui représente en vue perspective plongeante une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 4 qui représente la distribution angulaire du flux lumineux de sortie d'une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 5A qui représente en coupe transversale un exemple de prisme de redirection avec formules de calcul pour une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 5B qui représente schématiquement une simulation de la mise en œuvre de prismes de redirection sur une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 6 qui représente la distribution spatiale du flux lumineux de sortie d'une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention et avec prisme de redirection, la Figure 7 qui représente en coupe transversale une diode OLED selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la Figure 8 qui représente la distribution spatiale du flux lumineux de sortie d'une diode OLED selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, la Figure 9 qui représente une vue perspective schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention, la Figure 1 0 qui représente une vue de dessus schématique pour simulation du troisième mode de réalisation de l'invention, la Figure 1 1 qui représente en coupe transversale une diode OLED selon le troisième mode de réalisation de l'invention, la Figure 12 qui représente le résultat d'une simulation destinée à déterminer la variation de l'efficacité d'extraction lumineuse de la diode en fonction du rapport entre la surface totale des zones d'extraction sur l'aire de la diode, et la Figure 13 qui représente le résultat d'une simulation destinée à déterminer la variation de l'efficacité d'extraction lumineuse de la diode en fonction du rapport des largeurs des bandes d'extraction et réfléchissantes. La figure 1 concerne une diode électroluminescente organique (OLED) dont la face de sortie de la lumière est la face avant, c'est à dire à l'opposé du substrat sur lequel la diode est construite. La diode OLED 1 comporte sur un substrat 2 coté face arrière, au moins une électrode arrière 3 d'un premier genre, anode ou cathode, qui présente également des propriétés optiques de réflexion de manière à être réfléchissante vers la face de sortie et former les moyens réflecteurs. L'électrode arrière 3 dite électrode réfléchissante est métallique et est surmontée d'une couche organique électroluminescente 4 qui peut comporter des sous-couches. La couche organique électroluminescente 4 est enfin surmontée par une couche organique transparente embossée 5 qui présente des motifs en relief disposés périodiquement et régulièrement, motifs qui forment des structures prismatiques élémentaires, et dont la surface avant supporte une électrode sensiblement transparente d'un second genre avant 6, cathode ou anode respectivement au premier genre. Sur les faces des structures prismatiques, cette électrode du second genre se répartit en zones opaques réfléchissantes 7 et en zones transparentes d'extraction. De préférence, l'électrode avant est étendue sur toute la face avant de la diode OLED. Les arêtes des structures prismatiques sont parallèles entre-elles. La face avant de la diode peut être réalisée dans la couche organique 4 ou être rapportée sur cette dernière avec une couche organique transparente 5. De préférence, la couche embossée 5 est réalisée en matière organique qui est dopée de manière adaptée pour que la différence de potentiel appliquée entre les électrodes de la diode génère un champ électrique approximativement constant dans toutes les zones de couche électroluminescente, quelle que soit l'épaisseur de matière organique recouvrant localement cette zone. La couche embossée 5 peut également être réalisée en polymère conducteur, par exemple en PEDOT-PSS ou en PANI. La surface de cette couche embossée qui supporte l'électrode de second genre comporte donc une série de motifs prismatiques élémentaires qui sont, de préférence, régulièrement disposés et de préférence s'étendent sur leur longueur sur l'ensemble de la surface de la couche organique émettrice. L'électrode avant du second genre avant 6 comprend deux couches : - une couche transparente très fine et conductrice, d'épaisseur de l'ordre de 5 nm, couvrant l'ensemble de la surface de la couche organique embossée, en épousant ses motifs en relief, et - des bandes métalliques plus épaisses, d'épaisseur de l'ordre de 500 nm, formant les zones opaques réfléchissantes 7, ces bandes ne couvrant donc qu'une partie de la surface de la couche organique embossée, en épousant également ses motifs en relief. La face de sortie de la diode OLED présente donc une alternance de bandes réfléchissantes et de bandes sensiblement transparentes, les bandes réfléchissantes étant également fortement conductrices de l'électricité. La couche organique électroluminescente peut être constituée de petites molécules, de polymères, de dendrimères ou autres ou, même, être hybride par combinaison de tels matériaux qui peuvent être dopés (pour la fluorescence et/ou la conduction électrique) ou non. Elle peut également comporter des sous-couches, notamment des sous-couches d'injection, de transport, et de blocage de charges, électrons ou trous. Plusieurs modalités de réalisation de la diode OLED de base précédemment décrite peuvent être considérées isolément ou en combinaison notamment en fonction du genre des électrodes avant 6 et arrière 3, en fonction de la forme des motifs en relief, en fonction de la répartition des zones d'extraction et des zones réfléchissantes sur les structures prismatiques élémentaires, en fonction de la forme et des dimensions de chaque structure prismatique élémentaire, en fonction du côté de l'extraction (côté substrat ou non), en fonction de la présence de motifs en relief côté substrat ou non et éventuellement sur les deux faces de la diode, toutes les combinaisons fonctionnelles étant possibles. La Figure 1 présente une première modalité concernant la répartition des secondes couches réfléchissantes 7 sur les structures prismatiques élémentaires 5 dans laquelle les zones réfléchissantes sont systématiquement disposées sur la même face des structures prismatiques élémentaires (gauche sur la Figure 1 ) et sont donc toutes parallèles entre- elles. Un motif prismatique élémentaire constant est répété périodiquement tel qu'on peut le voir sur la Figure 3 qui est une vue en perspective plongeante de la diode OLED de la Figure 1 . Dans une telle modalité, on a déterminé par calcul la structure et les dimensions préférées du motif prismatique élémentaire qui est triangulaire symétrique (les deux faces latérales, zone réfléchissante 7 et zone d'extraction 6, sont de surfaces sensiblement égales) avec a = largeur à la base, b = hauteur et α = angle d'arête de base. On a ainsi déterminé les valeurs approximatives suivantes : a = 4 micromètres, b = 1 ,06 micromètres et α = 28 degrés. En pratique, la hauteur b est généralement inférieure ou égale au maximum à 2 micromètres. Cette faible épaisseur (hauteur) des reliefs évite l'emploi d'une quantité importante de matériaux organiques et notamment en ce qui concerne la couche organique transparente, pour former les motifs en relief, ce type de matériau étant d'un coût particulièrement élevé. Les résultats obtenus par simulation avec la diode OLED selon la première modalité décrite ci dessus et les dimensions préférées sont donnés à la suite. Ces résultats ont été obtenus en utilisant une source composée de deux sources lambertiennes disposées dos à dos, immergées au milieu de la couche organique et émettant un flux initial Fini égal à 1 . Pour calculer des gains en extraction, un dispositif de référence (diode OLED de référence) composé de la source dans la couche organique surmontée d'un substrat en verre plat a été choisi. Les grandeurs suivantes (unité arbitraire) sont données dans les tableaux de résultats : RaL coefficient de réflexion des revêtements d'aluminium lo intensité lumineuse en observation normale (0°) Fout flux total sortant F15 flux sortant dans un cône d'ouverture 15° F30 flux sortant dans un cône d'ouverture 30° F60 flux sortant dans un cône d'ouverture 60° Résultats pour une diode OLED de référence avec lame de verre selon l'art antérieur :
Résultats pour une diode OLED du type de la Figure 1 et ses dimensions préférées selon l' invention:
On peut remarquer que la valeur de R3L a une grande influence sur l'efficacité du système. En effet, l'extraction est princi palement due au recyclage de la lumière par réflexion sur les zones réfléchissantes de l'électrode avant et sur l'électrode arrière, qui peuvent être notamment en aluminium. Les surfaces réfléchissantes des électrodes doivent donc être de la meilleure qual ité possible. Si l'on considère des surfaces réfléchissantes de qualité parfaite (RaL = 1 ) le gain d'extraction en lumière peut même atteindre jusqu'à 150%, d'où l'intérêt d'avoir des surfaces réfléchissantes de bonne qualité. Avec une valeur réaliste R3L = 0.9, on obtient un gain de 1 ,59 soit 59%. On a représenté à la Figure 2 une modalité de déposition des bandes réfléchissantes 7 dans le cas d'une diode OLED selon le premier mode de réalisation de l'invention tel que décrit précédemment. Après mise en forme des structures prismatiques élémentaires dans la couche organique embossée 5 et après dépôt de la couche transparente très fine de l'électrode transparente avant sur toute la surface de la couche organique embossée, la diode OLED en cours de fabrication est disposée dans une enceinte de déposition par pulvérisation/projection d'un métal à propriété de réflexion optique tel que de l'aluminium. La diode OLED est inclinée par rapport à la direction de pulvérisation/projection du métal afin qu'une seule des deux faces latérales de chaque structure prismatique élémentaire soit recouverte dudit métal. On obtient ainsi le dépôt des bandes métalliques épaisses qui forment les zones réfléchissantes de l'électrode avant. Les zones non recouvertes par le métal en bande forment les zones d'extraction de l'électrode avant. Bien que la diode OLED précédente permette d'obtenir une extraction lumineuse bien améliorée, cette extraction se fait dans une direction moyenne légèrement décalée (de 25 degrés) par rapport à la normale à la face de sortie de la diode OLED comme on peut le voir sur la Figure 4. En effet, l'intensité lumineuse est maximale pour un angle d'observation d'environ 25 degrés par rapport à la normale de la diode OLED. On propose donc, dans une version améliorée, de disposer sur la face avant un moyen de redirection du/des flux lumineux extraits de la diode OLED à type de prisme de redirection qui est adapté pour rediriger la lumière extraite dans une direction moyenne normale à la face de sortie de la diode ce qui correspond en général à une direction moyenne normale au plan général de la diode. Bien que l'on puisse disposer d'un tel moyen de redirection par zone d'extraction (les dimensions du moyen de redirection sont alors en rapport voisin des dimensions de la structure prismatique élémentaire), on préfère mettre en œuvre un moyen de redirection agissant sur un ensemble de plusieurs zones d'extraction correspondant en pratique à un « pixel » de diode OLED. Dans ce dernier cas, le moyen de redirection est un prisme de longueur environ 300 micromètres, de largeur environ 100 micromètres, ce qui correspond à la taille habituelle d'un pixel d'un afficheur d'image ; la hauteur du prisme est adaptée d'une manière connue en elle-même pour obtenir la redirection de lumière précédemment décrite. Pour rediriger selon la normale un cône de lumière qui présente une inclinaison de la direction moyenne d'émission de 25 degrés par rapport à la normale, on utilise un prisme redirecteur, tel que représenté en coupe sur la Figure 5A, qui a une section de triangle rectangle dans une matière d'indice n2 d'environ 1 ,5 et d'angle A d'environ 35,45 degrés. Ces valeurs sont obtenues en considérant pour un prisme dans l'air comme représenté Figure 5B où une diode OLED 1 (représenté en coupe) émet un cône de lumière dans l'air n i = 1 dans l'espace libre 8 vers le prisme redirecteur 9 à travers lequel les rayons lumineux préférentiellement émis à 25 degrés par la diode OLED sont renvoyés vers l'avant. Dans cet exemple, le prisme redi recteur est donc séparé de la face avant de la diode par une couche d'air d'indice n i = 1 . Les résultats obtenus par simulation sont donnés à la suite. Résultats pour une diode OLED du type de la Figure 1 et ses dimensions préférées et avec le prisme redi recteur de la Figure 5B selon l'invention:
En considérant toujours R3L = 0,9, le gain en flux total est voisin de 1 . Si on considère un cône plus étroit de 1 5 degrés, le gain atteint alors 1 ,78 et même 2,72 pour l'intensité normale. Le rayonnement de la diode OLED avec prisme redirecteur est donc plus directif comme le montre la Figure 6. Avec une diode OLED telle que décrite et prisme directeur on perd environ 40% de flux et on se retrouve donc avec des caractéristiques d'extraction voisines des OLED de l'état de l'art. Toutefois, dans ce cas, on obtient un gain de 170% pour l'intensité lumineuse normale car le rayonnement de sortie est très directif. La Figure 7 présente une deuxième modalité de diode OLED 10 concernant la répartition des zones réfléchissantes 7 sur les structures prismatiques élémentaires 5 dans laquelle les zones réfléchissantes sont systématiquement disposées par paires, c'est-à-dire par associations de deux bandes réfléchissantes adjacentes qui ont donc un bord commun correspondant à une arrête de base commune de deux structures prismatiques élémentaires adjacentes. Les zones d'extractions 6 sont également associées par paires comme représenté. Comme précédemment, un motif prismatique élémentaire constant est répété périodiquement, les zones d'extractions 6 et les zones réfléchissantes 7 sont toutefois disposées différemment, par paires, comme expliqué ci- dessus. De préférence, aux extrémités latérales de la diode OLED, les faces latérales vers l'extérieur de la diode OLED ont des zones réfléchissantes 7. On comprend cependant que les extrémités latérales puissent avoir d'autres dispositions de zones d'extraction et/ou zones réfléchissantes selon le nombre total de structures prismatiques élémentaires de la diode OLED. Dans une telle modalité, on a déterminé par calcul la structure et les dimensions préférées du motif prismatique élémentaire qui est triangulaire symétrique (les deux faces latérales sont de surfaces sensiblement égales) avec a = largeur à la base, b = hauteur et α = angle d'arête de base. On a ainsi déterminé les valeurs approximatives suivantes : a = 4 micromètres, b = 1 ,40 micromètres et α = 35 degrés. En pratique, la hauteur b est généralement inférieure ou égale au maximum à 2 micromètres. Les résultats obtenus par simulation avec la diode
OLED selon la deuxième modalité et les dimensions déterminées sont donnés à la suite. Ces résultats suivants ont été obtenus en utilisant une source composée de deux sources lambertiennes disposées dos à dos, immergées au milieu de la couche organique et émettant un flux initial Fini égal à 1 . Pour calculer des gains en extraction, un dispositif de référence (diode OLED de référence) composé de la source dans la couche organique surmontée d'un substrat en verre a été considéré. Les grandeurs suivantes (unité arbitraire) sont données dans les tableaux de résultats :
RaL coefficient de réflexion des revêtements d'aluminium lo intensité lumineuse en observation normale (0°)
Fout flux total sortant F15 flux sortant dans un cône d'ouverture 15° F30 flux sortant dans un cône d'ouverture 30°
F60 flux sortant dans un cône d'ouverture 60°
Résultats pour une diode OLED de référence avec lame de verre :
Résultats pour une diode OLED du type de la Figure 7 et ses dimensions préférées selon l'invention:
On peut remarquer que la valeur de R3L à une grande influence sur l'efficacité du système. En effet, l'extraction est principalement due au recyclage de la lumière par réflexion sur les couches ou bandes réfléchissantes, notamment en aluminium. Les couches réfléchissantes doivent donc être de la meilleure qualité possible. Avec une valeur réaliste R3L = 0.9, on obtient un gain de 46% pour le flux intégré et de 45% pour l'intensité normale. La distribution angulaire du flux lumineux de sortie de la diode OLED est donnée sur la Figure 8 sur laquelle on peut voir que l'énergie émise est maximale à la normale et diminue modérément et symétriquement quand l'angle d'observation croit, ce qui est tout à fait favorable aux applications d'affichage. On peut utiliser en partie des méthodes et matériaux mis en œuvre pour réaliser des OLED de l'état de l'art pour la réalisation des diodes OLED selon l'invention. La réalisation de la face avant et/ou arrière de la diode OLED sera toutefois différente pour obtenir le/les structures prismatiques élémentaires d'une part et les bandes réfléchissantes, d'autre part. Pour ces structures prismatiques, elle peut faire appel à des techniques d'embossage ; pour les bandes réfléchissantes, elle peut faire appel à des techniques de déposition différentielle de matériaux, notamment de métal . De la face arrière vers la face avant de la diode OLED on trouve :
- Un substrat 2 qui peut être de tout type compatible avec les autres matériaux mis en œuvre et, du fait ici de l'extraction de lumière par le haut, transparent on non. A titre d'exemple de substrat on considère le silicium, notamment dans le cas de diodes à matrice active, les matières plastiques, le verre.
- L'électrode réfléchissante 3 arrière, disposée sur le substrat, est de préférence métallique, par exemple en aluminium, argent, or, chrome, cuivre ou des alliages les contenants. Dans le cas où le genre de l'électrode arrière est anode, une couche additionnelle d'un métal à haute fonction d'extraction du type Pt, Pd, NiCr ou équivalent compatible est de préférence déposée sur une première couche métallique de forte conductivité. L'électrode arrière présente alors une bonne réflectivité.
- Une couche 4 d'un matériau organique électroluminescent est ensuite déposée, des sous-couches pouvant être crées au sein du matériau. Les différentes couches déposées jusqu'à présent sont d'épaisseur régulière, à faces opposées parallèles donc.
- Puis, comme on l'a indiqué, de préférence, la couche embossée 5 est réalisée par apport de matériau sur la couche électroluminescente organique 4. Ainsi, pour former la couche embossée 5, une couche d'un matériau organique transparent dopé de type N (dopé N) est déposée sur la couche 4 de matériau organique électroluminescent et est travaillée, notamment par embossage, pour former les structures prismatiques élémentaires. La couche embossée 5 ne présente donc pas une épaisseur régulière. Sans pour autant exclure d'autres types de matériaux, l'utilisation d'un matériau organique transparent dopé pou r réaliser la couche embossée permet avantageusement d'assurer un champ électrique constant dans la couche organique électroluminescente 4 et d'éviter une augmentation de la tension de travail et des défauts d'uniformité d'émission de l'OLED.
- L'électrode avant 6 sensiblement transparente est ensuite déposée sur la couche embossée 5. Pour ce faire, dans le cas d'une électrode avant du genre cathode, un dépôt uniforme et régulier d'une sous-couche d'injection d'électrons, d'épaisseur fine (approximativement 0, 1 à 5 nanomètres) d'un fluorure alcalin de type LiF ou alcalino-terreux de type BaF2 ou autre produit équivalent est réalisé sur l'ensemble de la surface de la couche embossée pour servir à l'injections d'électrons dans la diode. En outre, le dépôt d'une autre sous-couche (épaisseur approximative comprise entre 5 et 20 nanomètres) d'un matériau à faible fonction d'extraction, notamment Ca, Yb, peut être réalisée en relation avec le dépôt précédent du fluorure ou équivalent. Pour réaliser une cathode, au lieu d'une sous-couche d'injection d'électrons et d'une autre sous-couche d'un matériau à faible fonction d'extraction, d'autres matériaux conducteurs transparents peuvent être envisagés, comme des matériaux métalliques ou des oxydes conducteurs transparents tel que l'oxyde indium étain : ITO (« Indium Tin Oxide »), ou l'oxyde indium zinc : IZO (« Indium Zinc Oxide »).
- Enfin, une/des bandes conductrices réfléchissantes 7 sont ensuite réalisées sur les faces latérales choisies des structures prismatiques élémentaires en fonction du mode de réalisation choisi (Figure 1 ou Figure 7, voire d'autres répartitions). Comme indiqué précédemment, on peut utiliser un dépôt de couches métalliques, par exemple en aluminium, argent, or, chrome ou des alliages les contenants. L'épaisseur de ces couches est suffisamment élevée pour obtenir les propriétés réfléchissantes et conductrices souhaitées. Notons que dans le cas où les genres des électrodes sont inversés au sein de la diode OLED, les couches additionnelles de matériaux à faible/forte fonction d'extraction sont inversées et la couche embossée, dans le cas où l'on utilise une couche additionnelle, est obtenue par dépôt d'un matériau organique de type P (dopé P). La lumière produite au sein du matériau organique de la diode OLED et dirigée vers une zone d'extraction va directement sortir de la diode OLED. Par contre, pour les autres directions, la lumière pourra être réfléchie par l'électrode réfléchissante arrière 3 et les bandes réfléchissantes 7 (zones réfléchissantes) de l'électrode avant vers une zone d'extraction de l'électrode avant. Notons que l'électrode arrière 3 et les bandes réfléchissantes 7 ne sont pas parallèles. Quasiment toute la lumière produite au sein de la diode OLED (en négligeant les réabsorptions et imperfections des matériaux) va pouvoir être extraite de la diode OLED par les zones d'extractions à travers l'électrode avant transparente. Les exemples de réalisation qui viennent d'être donnés jusqu'à présent concernent des diodes dont les zones transparentes d'extraction et les zones réfléchissantes de l'électrode sensiblement transparente forment des bandes allongées planes, de largeur constante, alternées et parallèles entre elles, bandes d'extraction et bandes réfléchissantes respectivement. Les bandes d'extraction et les bandes réfléchissantes ne sont pas coplanaires puisqu'elles forment des structures prismatiques. L'invention, dans un troisième mode de réalisation, peut également être mise en œuvre avec des zones d'extraction et des zones réfléchissantes qui sont au contraire coplanaires, mais où la zone réfléchissante n'est pas plane mais comporte des bossages. Ces bossages correspondent à des structures convexes hémisphériques réfléchissantes qui sont orientées vers la couche organique électrol uminescente afin de pouvoir réfléchir, directement ou par réflexions multiples, vers ladite couche les rayons lumineux qu'elle produit et qui ne sont pas passés par les zones d'extraction. Ainsi , ces rayons lumineux pourront atteindre les moyens réflecteurs (par exemple cathode reflective) à l'opposé de l'électrode sensiblement transparente pour être renvoyés. Ces bossages, en eux- même, peuvent être hémisphériques (demi-sphères) ou jusqu'à être sphériques (sphères complètes), du moment qu'une partie hémisphérique du bossage, partie incurvée donc, est bien orientée vers la couche organique électroluminescente. Ces bossages sont en rapport avec la couche réfléchissante conductrice de la zone réfléchissante et, de préférence, dans le même matériau métallique ou , à tout le moins, dans un matériau compatible au moins pour permettre la circulation du courant dans ladite couche et les bossages ainsi que la stabilité structurelle de la diode au cours du temps. La Figure 9 donne une modalité particulière de mise en œuvre de ce troisième mode de réalisation avec des bandes réfléchissantes comportant chacune une ligne de bossages sphériques alignés, accolés entre-eux. Les bossages ont des diamètres D identiques. La largeur de chaque bande réfléchissante et donc de la couche réfléchissante conductrice correspond au diamètre des bossages. La Figure 10 est une représentation schématique vue de dessus de la diode de la Figure 9 destinée à effectuer des simulations numériques permettant de déterminer les largeurs des bandes transparentes d'extraction (couche conductrice sensiblement transparente) et bandes réfléchissantes (couche réfléchissante conductrice contre la couche conductrice sensiblement transparente). La diode de la Figure 1 1 est réalisée sur un substrat 2 par exemple en verre, silicium ou autre matériau compatible. Une électrode arrière 3 métallique réfléchissante d'épaisseur sensiblement uniforme est disposée sur le substrat 2 pour former les moyens réflecteurs. Sur cette électrode arrière 3 est disposée une couche d'un matériau organique électroluminescent 4 d'épaisseur sensiblement uniforme (de préférence comportant des sous-couches). Sur la couche organique électroluminescente 4 est disposée une couche sensiblement épaisse d'un matériau organique dopé 5 ou d'un matériau polymère conducteur formant une couche organique transparente et conductrice dont l'épaisseur varie suivant la position et qui est surmontée d'une électrode sensiblement transparente (électrode avant) comportant des zones (bandes dans cet exemple) d'extraction 8 et des zones réfléchissantes 7. Les zones d'extraction 8 de l'électrode sensiblement transparente sont formées d'une couche conductrice sensiblement transparente 1 1 par exemple métallique ou en ITO ou LiF-Ca comme déjà décrit dans les exemples précédents. Les zones réfléchissantes 7 de l'électrode sensiblement transparente sont formées d'une couche conductrice réfléchissante 12 comportant des sphères réfléchissantes (de préférence accolées entre-elles pour une efficacité lumineuse accrue) surmontant la couche conductrice sensiblement transparente 1 1 . La couche conductrice sensiblement transparente est continue comme représenté sur la Figure 1 1 . Une couche de couverture 13 transparente, par exemple en SiO ou SiO2, permet de protéger l'ensemble. Pour réaliser une telle diode on peut utiliser les étapes suivantes à partir d'une structure qui peut être réalisée d'une manière classique et qui comporte déjà sur le substrat 2, l'électrode arrière 3, la couche organique électroluminescente 4, la couche organique transparente 5 dopée et la couche conductrice sensiblement transparente 1 1 . On dépose sur la couche conductrice sensiblement transparente 1 1 une couche d'une résine photosensible et on y réalise des bandes par masquage et révélation éliminant la résine dans une série de bandes parallèles de quelques μm de largeur. Ces bandes sans résines vont correspondre aux zones réfléchissantes. Des sphères métalliques de quelques μm de diamètre sont disposées dans ces bandes et pressées contre la structure afin qu'elles s'enfoncent d'environ 10 à 50% de leur diamètre dans ladite structure. On dépose ensuite du métal (par exemple Al , Cr ou autre) pour former le reste de la couche réfléchissante conductrice et relier électriquement les sphères d'une même bande réfléchissante entre elles, la résine étant éliminée avec le reste du métal déposé. Il est alors déposé une couche de couverture 13 transparente en SiO, SiO2 ou autre, pour encapsuler la diode. D'une manière alternative, on peut réaliser une telle diode avec des motifs hémisphériques par embossage d'une forme comportant des motifs hémisphériques déformant la surface de la structure dans les bandes où la résine a été enlevée. La surface de la structure comporte alors des creux au moins en partie hémisphériques (20 à 100% d'un hémisphère) qui seront remplis lors du dépôt du métal pour former la couche réfléchissante conductrice. Afin d'optimiser la diode selon ce troisième mode de réalisation, des simulations ont été effectuées avec un logiciel appelé ASAP®. Il a été montré que les sphères (ou à tout le moins des hémisphères) étaient les plus efficaces parmi toutes les formes possibles (pyramidale... ) de bossages de la couche réfléchissante conductrice. De plus, dans le cas de bandes comportant chacune une seule l igne de sphères accolées, un optimum d'efficacité (EFF) d'extraction de lumière pouvait être déterminé à partir d'une courbe efficacité/rapport (OAR1 ) entre la surface totale des zones d'extraction sur l'aire de la diode (l'aire de la diode est la somme de la surface totale des zones d'extraction avec la surface totale des zones réfléchissantes). La courbe EFF/OAR1 est représentée Figure 12. Pour un maximum d'extraction lumineuse, le rapport OAR1 est compris entre 40 et 70 en pourcentage et, est de préférence, d'environ 53. On constate que l'efficacité d'extraction EFF varie peu quand le rapport OAR1 reste dans cette gamme de valeurs. Avantageusement, le moyen d'extraction selon l'invention est donc peu sensible à des fluctuations de procédé de fabrication qui feraient varier le rapport OAR1 . Toutefois, la largeur des bandes d'extraction et réfléchissantes pouvant être quelconque pour un rapport (OAR1 ) donné, on a également déterminé la largeur des bandes par un processus d'optimisation par simulation. La cou rbe représentée Figure 13 donne l'efficacité d'extraction (EFF) en fonction du rapport (OAR2) des largeurs des bandes d'extraction et réfléchissantes pour une valeur OAR1 donnée correspondant à l'optimum précédemment déterminé. On constate que l'optimum du rapport des largeurs des bandes est compris entre 0,75 et 0,85, la bande (zone) d'extraction devant être plus large que la bande (zone) réfléchissante. Dans un tel cas on obtient un gain d'extraction G=0,26/0, 17 en pourcentage de 53% (en considérant le cas d'une source isotrope). Les exemples qui ont été donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs et d'autres alternatives sont envisagées dans le cadre de l'invention. En particulier si dans les modes préférés de réalisation on a considéré des zones d'extraction et des zones réfléchissantes sensiblement planes mais formant entre elles une structure prismatique, ou on a considéré des zones d'extraction et des zones réfléchissantes coplanaires mais avec des zones réfléchissantes comportant des bossages, on envisage que l'une ou les deux soient courbées, cette forme courbée pouvant permettre d'obtenir des effets optiques plus spécifiques (par exemple miroir parabolique vers l'intérieur de la diode et/ou vers l'extérieur de la diode). La technique mise en œuvre, notamment embossage, permettant d'obtenir simplement des formes particulières de la face avant et/ou arrière. D'autre part, la couche réfléchissante arrière 3 qui est décrite comme étant préférentiellement une électrode (un métal réflecteur est bon conducteur) peut être indépendante de l'électrode arrière. De même, on peut omettre la couche réfléchissante arrière si le substrat est lui-même réflecteur optique. De même, les couches réfléchissantes peuvent être réalisées par mise en œuvre d'empilement de couches diélectriques (miroirs diélectriques) plutôt qu'un dépôt métallique monolithique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Diode électroluminescente organique (OLED) (1 , 10) comportant de la face arrière vers la face avant, sur un substrat (2), au moins une électrode d'un premier genre et dite arrière (3), surmontée d'une couche électroluminescente organique (4), elle-même surmontée d'au moins une électrode d'un second genre et dite avant (6), la couche électroluminescente organique produisant de la lumière lorsque des trous et des électrons sont injectés en son sein par un courant circulant dans les électrodes, les genres d'électrode correspondant à anode et cathode, l'une au moins des électrodes étant sensiblement transparente pour la lumière produite afin de permettre à cette dernière de s'échapper par l'une des faces de ladite diode, dite face de sortie, caractérisé en ce que :
- ladite électrode sensiblement transparente comprend au moins une zone transparente d'extraction et au moins une zone réfléchissante adaptée pour renvoyer la lumière produite au travers de la couche électroluminescente,
- ladite diode comprend également des moyens réflecteurs disposés à l'opposé de ladite électrode sensiblement transparente par rapport à la couche électroluminescente organique et adaptés pour renvoyer la lumière produite vers ladite électrode sensiblement transparente au travers de la couche électroluminescente,
- la surface formée par l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes n'est approximativement pas parallèle à la surface formée par les moyens réflecteurs.
2. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que, d'une part, les moyens réflecteurs et, d'autre part, l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes, sont les un ou l'autre, ou les deux, sur au moins un motif en relief.
3. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, entre la couche électroluminescente organique et l'une et/ou l'autre des électrodes, une couche organique transparente, d'épaisseur variable selon la position sur la couche, qui supporte ladite électrode et forme les motifs en relief.
4. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche organique transparente est dopée de manière à pouvoir assurer le transport de charges, électrons ou trous selon le cas.
5. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une q uelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les motifs en relief ont une amplitude maximale inférieure ou égale à 2μm et supérieure ou égale à 0,2μm.
6. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'électrode sensiblement transparente avec ses zones d'extraction et ses zones réfléchissantes comprend : une couche conductrice sensiblement transparente s'étendant à la fois sur les zones réfléchi ssantes et sur les zones d'extraction, - et, s'étendant uniquement sur les zones réfléchissantes, une couche réfléchissante conductrice appuyée sur ladite couche conductrice transparente.
7. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la lumière produite s'échappe de la diode OLED par un ensemble N> 1 de zones d'extraction et en ce que les zones réfléchissantes sont complémentaires de ces zones d'extraction sur l'électrode sensiblement transparente.
8. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, l'une seulement des électrodes étant sensiblement transparente, l'autre électrode, dite électrode réfléchissante, est réfléchissante et forme lesdits moyens réflecteurs.
9. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la/les zones transparentes d'extraction et la/les zones réfléchissantes de l'électrode sensiblement transparente forment des bandes allongées alternées, bandes d'extraction et bandes réfléchissantes respectivement.
10. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 9, caractérisée en ce que : - l'électrode réfléchissante est sensiblement plane,
- chacune des zones réfléchissantes et des zones d'extraction de l'électrode sensiblement transparente est sensiblement plane et inclinée par rapport à l'électrode réfléchissante, la succession de ces zones formant au moins une structure prismatique triangulaire élémentaire dont l'arête sommitale et les deux arêtes de base latérales sont sensiblement parallèles à l'électrode réfléchissante.
1 1 . Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 10 caractérisée en ce que, la lumière s'échappant de la diode OLED par un ensemble N> 1 de zones d'extraction séparées chacune de la suivante par une zone réfléchissante, ces zones d'extraction sont parallèles entre elles et ces zones réfléchissantes sont parallèles entre-elles, les zones d'extraction et les zones réfléchissantes étant régulièrement disposées sur l'électrode sensiblement transparente selon une répétition périodique régulière de la structure prismatique triangulaire élémentaire.
12. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 10 caractérisée en ce que, la lumière s'échappant de la diode OLED par un ensemble N> 1 de zones d'extraction regroupées par paires, les deux zones d'extraction d'une paire étant adjacentes entre elles et ayant une arête de base commune et étant séparées de la paire de zones d'extraction suivante par une paire de zones réfléchissantes adjacentes entre elles et ayant une arête de base commune, les paires de zones d'extraction et de zones réfléchissantes étant régulièrement disposées sur l'électrode sensiblement transparente selon une répétition périodique régulière de la structure prismatique triangulaire élémentaire.
13. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 9, caractérisée en ce que les bandes réfléchissantes comportent des bossages, les bossages sont au moins des hémisphères réfléchissants et jusqu'à des sphères réfléchissantes, de diamètre D déterminé dont la partie spherique convexe est orientée vers la couche organique, lesdits au moins hémisphères étant alignés et au contact les uns des autres le long de chaque bande réfléchissante, la largeur de chaque bande réfléchissante étant un multiple n de D avec n entier >=1 .
14. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 13, caractérisée en ce que les bossages sont des sphères et que n=1 .
15. Diode électroluminescente organique (OLED) selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'aire de la diode est la somme de la surface totale des zones d'extraction avec la surface totale des zones réfléchissantes et que la diode présente un rapport entre la surface totale des zones d'extraction sur l'aire compris entre 40 et 70 en pourcentage.
16. Diode électroluminescente organique (OLED) selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une structure optique redirectrice qui est disposée à la sortie de la diode OLED et en relation avec chaque zone d'extraction afin d'orienter préférentiellement la lumière extraite de la diode selon une direction moyenne sensiblement perpendiculaire au plan général de la diode.
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