EP1836737A2 - Diode organique electroluminescente a emission double-face, a couche dielectrique d'extraction de lumiere - Google Patents

Diode organique electroluminescente a emission double-face, a couche dielectrique d'extraction de lumiere

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EP1836737A2
EP1836737A2 EP05823775A EP05823775A EP1836737A2 EP 1836737 A2 EP1836737 A2 EP 1836737A2 EP 05823775 A EP05823775 A EP 05823775A EP 05823775 A EP05823775 A EP 05823775A EP 1836737 A2 EP1836737 A2 EP 1836737A2
Authority
EP
European Patent Office
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layer
electrode
thickness
dielectric layer
organic
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05823775A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Fery
Eric Marcellin-Dibon
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Original Assignee
Thomson Licensing SAS
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Publication date
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    • Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/917—Electroluminescent

Definitions

  • the invention relates to an organic electroluminescent diode capable of emitting light by two opposite faces, comprising:
  • an organic electroluminescent layer capable of emitting light deposited on this substrate, interposed between a lower electrode and an upper electrode, each electrode being transparent or semi-transparent.
  • diode upward and downward transmission Such diodes may be of conventional structure, in which case the upper electrode is a cathode, or so-called reverse structure, in which case the upper electrode is an anode.
  • the invention also relates to the networks of these diodes, including those included in the lighting or display panels, including video images.
  • US6762436 discloses a diode and a panel of this type.
  • EP1076368, EP1439589 and EP1443572 describe diodes emitting by a single face, where is added a dielectric layer to the lower transparent electrode or the upper transparent electrode (see Figure 4d in EP1439589); this dielectric layer (referenced 22, made of ZnS material: 20% SiO) has a function of reducing the absorption of the light emitted through the transparent or semi-transparent electrode to which it is attached.
  • this dielectric absorption reduction layer is adapted as indicated below to the metal layer of the electrode to which it is attached, index and thickness to improve the extraction of light. issued.
  • An object of the invention is to improve the light output of organic diodes emitting by two opposite faces.
  • a dielectric layer is added to each of the electrodes and each stack of an electrode is fitted with its dielectric layer so as not to obtain a minimum of absorption, but a maximum of reflectivity, while maintaining sufficiently transparent electrodes to limit absorption losses. Thanks to this high reflectivity, one can benefit from an optical cavity effect without absorption losses between the two electrodes, while they are nevertheless transparent or semi-transparent. Note that the US6124024 document, if it disclaims a number of conditions concerning the thickness of the layers, does not teach the maximum reflectivity combined with the intrinsic transparency of the electrodes.
  • the subject of the invention is an organic electroluminescent diode capable of emitting light by two opposite faces, comprising:
  • the upper dielectric layer thus covers the upper electrode opposite the electroluminescent layer; it can therefore be used as an interface with air or other ambient medium, in which case it also preferably serves as an encapsulation layer and protection against the risks of degradation of the organic layer by oxygen or steam. water from the air.
  • the dielectric layers, both bottom and top, are not diffusing layers as in EP 1406474, but transparent layers preferably having an intrinsic transmittance greater than or equal to 85% for the emitted light.
  • the material of the lower dielectric layer and that of the layer higher dielectric have an index greater than 1.6.
  • the lower electrode comprises a lower conductive layer which is in contact with the lower dielectric layer and the upper electrode comprises an upper conductive layer which is in contact with the upper dielectric layer.
  • the material and the thickness d of said upper dielectric layer, and the material and the thickness d of said upper conductive layer are adapted so that the reflectivity of said emitted light evaluated on this stack of layers is approximately maximum.
  • the material and the thickness d of said lower dielectric layer are identical to each other.
  • the reflectivity of the stack of layers involves an interferential effect between these layers, however intrinsically transparent or semi-transparent, this interference effect being adapted to obtain a high reflectivity. Thanks to the transparency, there is therefore little loss by absorption, thanks to this high reflectivity obtained by interference, optimizes the optical cavity between the electrodes and improves the extraction of light.
  • a dielectric layer thickness (d and / or d) corresponding to a maximum of this curve is chosen.
  • the intrinsic transmittance of said light emitted from said lower conductive layer is greater than or equal to 85%, which corresponds, for an ITO layer, to a limiting thickness of 150 nm;
  • the intrinsic transmittance of said light emitted from said upper conductive layer is greater than or equal to 85%, which corresponds, for an ITO layer, to a limiting thickness of 150 nm.
  • Intrinsic transmittance means the transmittance evaluated independently of interference effects, the layer itself or neighboring layers.
  • the organic electroluminescent diode according to the invention comprises: an electroluminescent organic layer capable of emitting light, interposed between a transparent or semi-transparent lower electrode and a transparent or semi-transparent upper electrode,
  • a dielectric layer placed in contact with each electrode opposite the organic electroluminescent layer, which is adapted to obtain, in combination with said electrode, the maximum reflectivity of said emitted light.
  • the material of the upper conductive layer is identical to the material of the lower conductive layer.
  • said organic electroluminescent layer comprises an organic emissive sub-layer and at least one non-emissive upper organic sub-layer which is interposed between the upper electrode and said emissive sub-layer, and the thickness of the non-emissive upper organic sub-layer (s) is / are adapted so that the distance z sup approximately separating the medium, in the thickness, from said organic sublayer emissive from said electrode superior approximately satisfies the relation:
  • n 4 is the average index of the organic electroluminescent layer at this wavelength
  • I sup is the phase shift of a ray of light emitted, after reflection by the upper electrode.
  • the organic electroluminescent layer preferably comprises an organic emissive sub-layer and at least one non-emissive lower organic sub-layer which is interposed between the lower electrode and said emissive sub-layer, and the thickness of the non-emissive lower organic sub-layer (s) is / are adapted so that the distance z inf approximately separating the medium, in the thickness, from said organic sub-layer emissive from said lower electrode approximately satisfies the relationship:
  • ⁇ is said wavelength close to a maximum of emittance of light emitted
  • n 4 is the average index of the organic electroluminescent layer at this wavelength
  • the non-emissive lower organic sublayer (s) are adapted for the injection and / or transport of carriers of a first kind and the non-emissive organic sublayer (s) are adapted for injection and / or the transport of carriers of a second kind; carrier types correspond to electron and hole.
  • the material of said upper dielectric layer is identical to the material of said lower dielectric layer.
  • the thickness d 4 of said organic electroluminescent layer is adapted to obtain constructive interference of the light emitted between the lower electrode and the upper electrode. These constructive interferences advantageously favor the extraction of the light emitted through the two electrodes, which improves the luminous efficiency of the diode.
  • the invention also relates to an image display panel or lighting comprising a plurality of diodes according to the invention, characterized in that these diodes are supported by the same substrate.
  • said plurality forms a two-dimensional array of diodes whose diagonal is less than 40 cm. As the size of the panel is reduced, good uniformity of display is obtained over the entire width and height of this panel.
  • said upper electrode is common to the plurality of said diodes.
  • FIG. 1 is a diagrammatic section of the assembly of a diode according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 describes the evolution of the light reflectivity in the stack of each electrode with its dielectric layer according to the embodiment of FIG. 1, as a function of the thickness (nm) of this dielectric layer;
  • a substrate 7 for example a transparent glass plate or a transparent or semi-transparent active matrix comprising control circuits for the diodes.
  • US2004-1555846 discloses an example of a transparent active matrix of the prior art.
  • This transparent or semi-transparent substrate is provided with a transparent or semi-transparent electrode or network of lower electrodes intended to serve as cathodes, each electrode being connected, where appropriate, to an output of a circuit of substrate control.
  • a dielectric layer 6 is deposited in zinc selenide (ZnSe) whose thickness d is
  • the reflectivity of the stack of these layers is evaluated at a wavelength of 550 nm corresponding approximately to a maximum of emittance of the organic electroluminescent layer which will be deposited to form the diode.
  • organic electroluminescent layer 4 formed of the following stack:
  • Zinc selenide has an index of 2.6, well above 1.6.
  • organic electroluminescent diodes according to one embodiment of the invention.
  • the conductive upper layer 3 and the dielectric upper layer 2 preferably cover all the diodes; the upper electrode is therefore common to all the diodes and the manufacture is facilitated.
  • the space between the lower electrode and the the upper electrode of the diode (s) (s) then forms an optical cavity and provides a technical effect likely to improve the extraction of the emitted light, provided that certain geometric criteria are respected; these criteria will now be specified.
  • the thickness of the infeed and / or hole transport sub-layer 12 is approximately chosen so that the distance z inf is approximately equal to: ⁇ ( q - * "
  • This equation reflects constructive interferences between the light emitted and the light reflected on the lower electrode.
  • the thickness of the injection and / or electron transport sub-layer 15 is chosen approximately so that the distance z sup is approximately equal to:
  • the thickness of the cesium-doped BPhen underlayer 12 for the injection and transport of the electrons 70 nm (z inf) -10 nm (thickness of the underlayer 13) - 10 nm
  • the present invention also applies to a diode or organic electroluminescent panel where the injection of the charges is by doped organic layers; it is obvious to those skilled in the art that it can be applied to other types of diodes, lighting panels or display without departing from the scope of the claims below.

Abstract

Diode comprenant : - une couche organique électroluminescente (4) intercalée entre une électrode inférieure transparente (5) et une électrode supérieure transparente (3), - une couche diélectrique (6, 2) placée au contact de chaque électrode (5, 3) à l'opposé de la couche organique électroluminescente (4), qui est adaptée pour obtenir, en combinaison avec ladite électrode (6, 2), le maximum de réflectivité de la lumière émise. Une telle structure optimise l'extraction de lumière et, donc, le rendement lumineux. Panneaux d'éclairage ou d'affichage comprenant un réseau de ces diodes.

Description

Description
DIODE ORGANIQUE ELECTROLUMINESCENTE A EMISSION DOUBLE-FACE, A COUCHE DIELECTRIQUE D'EXTRACTION
DE LUMIERE.
[001] L'invention concerne une diode organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière par deux faces opposées, comprenant :
- un substrat transparent ou semi-transparent,
- une couche organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière déposée sur ce substrat, intercalée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure, chaque électrode étant transparente ou semi-transparente.
[002] II s'agit donc d'une diode dite à émission vers le haut et vers le bas. De telles diodes peuvent être à structure classique, auquel cas l'électrode supérieure est une cathode, ou à structure dite inverse, auquel cas l'électrode supérieure est une anode.
[003] L'invention concerne également les réseaux de ces diodes, notamment ceux qui sont compris dans les panneaux d'éclairage ou d'affichage, notamment d'images vidéo.
[004] Le document US6762436 décrit une diode et un panneau de ce type.
[005] Les document EP1076368, EP1439589 et EP1443572 décrivent des diodes émettant par une seule face, où est adjointe une couche diélectrique à l'électrode transparente inférieure ou à l'électrode transparente supérieure (voir figure 4d dans EP1439589) ; cette couche diélectrique (référencée 22, en matériau ZnS : 20% SiO ) a une fonction de réduction de l'absorption de la lumière émise au travers de l'électrode transparente ou semi-transparente à laquelle elle est adjointe.
[006] Selon ces documents, cette couche diélectrique de réduction de l'absorption est adaptée comme indiqué ci- après à la couche métallique de l'électrode à laquelle elle est ajointe, en indice et en épaisseur pour améliorer l'extraction de la lumière émise.
[007] Dans le document EP1076368, on indique (voir notamment § 17) que l'addition d'une couche diélectrique sur une couche métallique relativement épaisse (20 nm) permet de doubler la transmittance de l'électrode (qui passe de 30% à 60%).
[008] Des exemples et des tableaux de données illustrent également ce point dans le document EP1439589 :
- exemple 2 et tableau 2 pour une diode à émission vers le bas : anode transparente en argent : avec une épaisseur quasiment identique d'argent (17,5 nm et 18,5 nm), l'ajout d'une couche diélectrique (ITO) de réduction d'absorption permet d'augmenter la luminance de la diode de 6,5%.
- exemple 4 et tableau 4 pour une diode à émission vers le haut : cathode supérieure transparente en argent : bien qu'on augmente de 50% l'épaisseur de l'argent (20,3 nm contre 13,7 nm en l'absence de couche diélectrique), on augmente la luminance de 14% grâce à une couche diélectrique en ZnS - 20% SiO de 61,4 nm.
[009] Un but de l'invention est d'améliorer le rendement lumineux de diodes organiques émettant par deux faces opposées. Selon l'invention, on adjoint une couche diélectrique à chacune des électrodes et on adapte chaque empilement d'une électrode avec sa couche diélectrique de manière, non plus à obtenir un minimum d'absorption, mais un maximum de réflectivité, tout en conservant des électrodes suffisamment transparentes pour limiter les pertes par absorption. Grâce à cette réflectivité élevée, on peut bénéficier d'un effet de cavité optique sans pertes par absorption entre les deux électrodes, alors qu'elles sont pourtant transparentes ou semi-transparentes. A noter que le document US6124024, s'il décline un certain nombre de conditions concernant l'épaisseur des couches, n'enseigne nullement le maximum de réflectivité combiné à la transparence intrinsèque des électrodes. A noter que le document US5652067 enseigne bien d'intercaler une couche diélectrique inférieure entre le substrat et l'électrode inférieure, mais que cette couche est transparent aux rayonnements ultraviolets et non pas à la lumière émise par la diode, et que son épaisseur n'est pas adaptée pour obtenir, en combinaison avec l'électrode inférieure, un maximum de réflectivité.
[010] Plus précisément, l'invention a pour objet une diode organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière par deux faces opposées, comprenant :
- un substrat transparent ou semi-transparent,
- une couche organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière déposée sur ce substrat, intercalée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure, chaque électrode étant transparente ou semi-transparente,
- une couche diélectrique inférieure intercalée entre le substrat et ladite électrode inférieure et une couche diélectrique supérieure recouvrant ladite électrode supérieure.
[011] La couche diélectrique supérieure recouvre donc l'électrode supérieure à l'opposé de la couche électroluminescente ; elle peut donc servir d'interface avec l'air ou un autre milieu ambiant, auquel cas elle sert de préférence également de couche d'encapsulation et de protection contre les risques de dégradation de la couche organique par l'oxygène ou la vapeur d'eau de l'air. Les couches diélectriques, tant inférieure que supérieure, ne sont pas des couches diffusantes comme dans le document EP 1406474, mais des couches transparentes présentant de préférence une transmittance intrinsèque supérieure ou égale à 85% pour la lumière émise.
[012] Lorsqu'un courant électrique circule entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure au travers de la couche électroluminescente, cette couche émet de la lumière.
[013] De préférence, le matériau de la couche diélectrique inférieure et celui de la couche diélectrique supérieure présentent un indice supérieur à 1,6.
[014] De préférence, l'électrode inférieure comprend une couche conductrice inférieure qui est en contact avec la couche diélectrique inférieure et l'électrode supérieure comprend une couche conductrice supérieure qui est en contact avec la couche diélectrique supérieure.
[015] De préférence, le matériau et l'épaisseur d de ladite couche diélectrique supérieure, et le matériau et l'épaisseur d de ladite couche conductrice supérieure sont adaptés pour que la réflectivité de ladite lumière émise évaluée sur cet empilement de couches soit approximativement maximum.
[016] De préférence, le matériau et l'épaisseur d de ladite couche diélectrique inférieure
6 et le matériau et l'épaisseur d de ladite couche conductrice inférieure sont adaptés pour que la réflectivité de ladite lumière émise évaluée sur cet empilement de couches soit approximativement maximum.
[017] La réflectivité de l'empilement des couches implique un effet interférentiel entre ces couches pourtant intrinsèquement transparentes ou semi-transparentes, cet effet interférentiel étant adapté à l'obtention d'une réflectivité élevée. Grâce à la transparence, on a donc peu de pertes par absorption, grâce à cette réflectivité élevée obtenue par effet interférentiel, on optimise la cavité optique entre les électrodes et on améliore l'extraction de lumière.
[018] Le matériau et l'épaisseur (d et/ou d ) de la couche conductrice (inférieure et/ou supérieure) étant par exemple fixés, notamment à partir de critères de faible résistivité, la courbe qui donne l'évolution de la réflectivité sur cet empilement de la lumière émise en fonction de l'épaisseur (d 6 et/ou d 2 ) de la couche diélectrique correspondante
(inférieure ou supérieure) présente des minima et des maxima, qui reflètent les phénomènes d'interférences aux interfaces. Selon l'invention, on choisit une épaisseur (d et/ou d ) de couche diélectrique correspondant à un maximum de cette courbe.
6 2
[019] En optimisant ainsi les deux empilements, on obtient une cavité optique entre les deux électrodes, qui est optimale pour l'extraction du lumière. [020] De préférence :
- la transmittance intrinsèque de ladite lumière émise de ladite couche conductrice inférieure est supérieure ou égale à 85%, ce qui correspond, pour une couche en ITO, à une épaisseur limite de 150 nm ;
- la transmittance intrinsèque de ladite lumière émise de ladite couche conductrice supérieure est supérieure ou égale à 85%, ce qui correspond, pour une couche en ITO, à une épaisseur limite de 150 nm.
[021] On entend par transmittance intrinsèque la transmittance évaluée indépendamment des effets interférentiels, de la couche elle-même ou des couches voisines. [022] En résumé, la diode organique électroluminescente selon l'invention, comprend : - une couche organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière, intercalée entre une électrode inférieure transparente ou semi-transparente et une électrode supérieure transparente ou semi-transparente ,
- une couche diélectrique placée au contact de chaque électrode à l'opposé de la couche organique électroluminescente, qui est adaptée pour obtenir, en combinaison avec ladite électrode, le maximum de réflectivité de ladite lumière émise.
[023] De préférence, le matériau de la couche conductrice supérieure est identique au matériau de la couche conductrice inférieure.
[024] Selon une autre variante, de préférence, ladite couche organique électroluminescente comprend une sous-couche organique émissive et au moins une sous- couche organique supérieure non-émissive qui est intercalée entre l'électrode supérieure et ladite sous-couche émissive,et l'épaisseur de la ou des sous-couches organiques supérieures non-émissives est/sont adaptée(s) pour que la distance z sup séparant approximativement le milieu, dans l'épaisseur, de ladite sous-couche organique émissive de ladite l'électrode supérieure satisfait approximativement la relation :
- où r est un entier quelconque,
- où i est ladite longueur d'onde À proche d'un maximum d'émittance de la lumière émise, et n 4 est l'indice moyen de la couche organique électroluminescente à cette longueur d'onde,
- où I sup est le déphasage d'un rayon de lumière émise, après réflexion par l'électrode supérieure.
[025] Cette équation traduit des interférences constructives entre la lumière émise et la lumière réfléchie sur l'électrode supérieure.
[026] De préférence, selon cette variante, la couche organique électroluminescente comprend une sous-couche organique émissive et au moins une sous-couche organique inférieure non-émissive qui est intercalée entre l'électrode inférieure et ladite sous- couche émissive,et l'épaisseur de la ou des sous-couches organiques inférieures non- émissives est/sont adaptée(s) pour que la distance z inf séparant approximativement le milieu, dans l'épaisseur, de ladite sous-couche organique émissive de ladite l'électrode inférieure satisfait approximativement la relation :
In4 \ 2π )
- où q est un entier quelconque,
- où Â est ladite longueur d'onde proche d'un maximum d'émittance de la lumière émise, et n 4 est l'indice moyen de la couche organique électroluminescente à cette longueur d'onde,
- où h int est le déphasage d'un rayon de lumière émise, après réflexion par l'électrode inférieure. [027] Cette équation traduit des interférences constructives entre la lumière émise et la lumière réfléchie sur l'électrode inférieure. [028] Généralement, la ou les sous-couches organiques inférieures non émissives sont adaptées pour l'injection et/ou le transport de porteurs d'un premier genre et la ou les sous-couches organiques supérieures non émissives sont adaptées pour l'injection et/ou le transport de porteurs d'un second genre ; les genres de porteur correspondent à électron et trou. [029] De préférence, le matériau de ladite couche diélectrique supérieure est identique au matériau de ladite couche diélectrique inférieure. [030] De préférence, l'épaisseur d 4 de ladite couche organique électroluminescente est adaptée pour obtenir des interférences constructives de la lumière émise entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure. Ces interférences constructives favorisent avantageusement l'extraction de la lumière émise au travers des deux électrodes, ce qui améliore le rendement lumineux de la diode. [031] L'invention a également pour objet un panneau de visualisation d'images ou d'éclairage comprenant une pluralité de diodes selon l'invention, caractérisé en ce que ces diodes sont supportées par le même substrat. [032] De préférence, ladite pluralité forme un réseau bidimensionnel de diodes dont la diagonale est inférieure à 40 cm. Comme la dimension du panneau est réduite, on obtient une bonne uniformité d'affichage sur toute la largeur et toute la hauteur de ce panneau. [033] De préférence, ladite électrode supérieure est commune à la pluralité desdites diodes. [034] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une coupe schématique de l'ensemble d'une diode selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 décrit l'évolution de la réflectivité de lumière dans l'empilement de chaque électrode avec sa couche diélectrique selon le mode de réalisation de la figure 1, en fonction de l'épaisseur (nm) de cette couche diélectrique ;
[035] On va maintenant décrire un mode de réalisation d'une diode ou d'un réseau de diodes selon l'invention, avec quelques variantes non limitatives, ainsi que quelques étapes de sa fabrication, en se référant à la figure 1.
[036] On part d'un substrat 7, par exemple une plaque de verre transparente ou une matrice active transparente ou semi-transparente comprenant des circuits de commande pour les diodes. Le document US2004- 155846 décrit un exemple de matrice active transparente de l'art antérieur. Ce substrat transparent ou semi-transparent est doté d'une électrode ou d'un réseau d'électrodes inférieures transparentes ou semi- transparentes destinées à servir de cathodes, chaque électrode étant reliée, le cas échéant, à une sortie d'un circuit de commande du substrat. Les électrodes inférieures sont ici formées par une couche inférieure conductrice 5 en ITO (« Indium Tin Oxide » en langue anglaise) d'épaisseur d = 150 nm. Avant le dépôt de cette couche d'ITO, on dépose une couche diélectrique 6 en séléniure de zinc (ZnSe) dont l'épaisseur d est
6 déterminée comme suit.
[037] Du fait d'une épaisseur réduite d'ITO, ici de 150 nm, pour la couche inférieure conductrice 5, la transmittance des électrodes inférieures est supérieure ou égale à 85% pour la lumière émise ; ces données de transmittance de l'ITO sont données dans l'art antérieur, par exemple dans la thèse de David Vaufrey publiée en juillet 2003, et soutenue au Laboratoire d'électronique, d'optoélectronique, de microsystèmes, de l'école centrale de Lyon, en France. On trouve également des données de transmittance relative à l'ITO dans l'article intitulé « The improvement of ITO film with high work function on OLED applications », de Ping-Wei Tzeng et allii, publié dans le cadre de IDMC 2005 (pages 711 à 713 des annales).
[038] On utilise la courbe de la figure 2 qui est référencée « d 6 » et qui donne l'évolution de la réflectivité de l'empilement des couches 5 et 6 en fonction de l'épaisseur d (en
6 nm) de la couche 6 et on choisit une valeur de d = 50 nm correspondant approxi-
6 mativement à un maximum de cette courbe. La réflectivité de l'empilement de ces couches est évaluée à une longueur d'onde de 550 nm correspondant approximativement à un maximum d'émittance de la couche organique électroluminescente qui va être déposée pour former la diode.
[039] Sur la couche 5 d'ITO, on dépose d'une manière connue en elle-même une couche organique électroluminescente 4 formée de l'empilement suivant :
- une sous-couche 12 de 4,7-diphenyl-l,10-phenanthroline (BPhen) dopée au césium pour l'injection et le transport des électrons ;
- une sous-couche 13 de 4,7-diphenyl-l,10-phenanthroline (BPhen) d'environ 10 nm d'épaisseur, pour le blocage des trous ;
- une sous-couche émissive 11 d'environ 20 nm d'épaisseur, adaptée pour émettre de la lumière verte lorsqu'elle est traversée par un courant ; l'émittance de cette sous-couche présente un maximum pour une longueur d'onde ? = 550 nm ;
- une sous-couche 14 de spiro-bifluorène de 2,2', 1,1'- tetrakis(N,N-di-phényl-amine)-9,9' (Spiro-TAD) d'environ 10 nm d'épaisseur, pour le blocage des électrons ; - et une sous-couche 15 de spiro-bifluorène de
2,2',7,7'-tetrakis(N,N-di-m-méthyl-phényl-amine)-9,9' (Spiro m- TTB), dopée au F4-TCNQ pour l'injection et le transport des trous.
[040] Sur la couche organique électroluminescente ainsi obtenue, on dépose ensuite une couche supérieure conductrice d'ITO 3, également d'épaisseur d = 150 nm, destinée à former l'électrode supérieure de la diode. Du fait d'une épaisseur réduite d'ITO, ici de 150 nm, pour la couche supérieure conductrice 3, la transmittance des électrodes supérieures est supérieure ou égale à 85% pour la lumière émise.
[041] On dépose ensuite une couche supérieure diélectrique 2 en séléniure de zinc (ZnSe) dont l'épaisseur d est déterminée comme suit. Le séléniure de zinc présente un indice de 2,6, largement supérieur donc à 1,6.
[042] On utilise la courbe de la figure 2 qui est référencée « d » et qui donne l'évolution de la réflectivité de l'empilement des couches 3 et 2 en fonction de l'épaisseur d (en nm) de la couche 2 et on choisit une valeur de d = 50 nm correspondant approximativement à un maximum de cette courbe. La réflectivité de l'empilement de ces couches est évaluée à une longueur d'onde de 550 nm correspondant approximativement à un maximum d'émittance de la couche organique électroluminescente qui vient d'être déposée pour former la diode.
[043] L'empilement formé sur le substrat 7 par la couche inférieure diélectrique 6, la couche inférieure conductrice 5, la couche organique électroluminescente 4, la couche supérieure conductrice 3 et la couche supérieure diélectrique 2, forme alors une diode ou un réseau de diodes organiques électroluminescentes selon un mode de réalisation de l'invention. Dans le cas d'un réseau de diodes, la couche supérieure conductrice 3 et la couche supérieure diélectrique 2 recouvrent de préférence l'ensemble des diodes ; l'électrode supérieure est donc commune à toutes les diodes et la fabrication est facilitée.
[044] Comme les empilements des couches 5 et 6 d'une part, 3 et 2 d'autre part, sont ajustés pour un maximum de réflexion pour la lumière émise par la diode, l'espace compris entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure de la ou des diode(s) forme alors une cavité optique et apporte un effet technique susceptible d'améliorer au mieux l'extraction de la lumière émise, pourvu que certains critères géométriques soient respectés ; ces critères vont maintenant être précisés.
[045] Pour obtenir et optimiser cet effet de cavité, on va maintenant établir les relations définissant la distance z séparant approximativement le milieu, dans l'épaisseur, de la inf sous-couche organique émissive 11 de la couche inférieure conductrice 5, la distance z sup séparant approximativement le milieu, dans l'épaisseur, de la sous-couche organique émissive de la couche supérieure conductrice 3. On en déduira l'épaisseur totale d de la couche organique électroluminescente 4. [046] On considère :
- À, la longueur d'onde proche du maximum d'émittance de la lumière émise précédemment définie, et n , l'indice moyen de la couche organique électroluminescente à cette longueur d'onde,
- ιt inf , le déphasage d'un rayon de lumière émise à cette longueur d'onde, après réflexion par l'électrode inférieure, et 4 sup , le déphasage d'un rayon de lumière émise à cette longueur d'onde, après réflexion par l'électrode supérieure.
[047] On choisit approximativement l'épaisseur de la sous-couche 12 d'injection et/ou de transport de trous de manière à ce que la distance z inf soit approximativement égale à : λ (q - *«
, où q est un entier quelconque. Cette équation traduit des interférences constructives entre la lumière émise et la lumière réfléchie sur l'électrode inférieure.
[048] On choisit approximativement l'épaisseur de la sous-couche 15 d'injection et/ou de transport d'électrons de manière à ce que la distance z sup soit approximativement égale à :
, où r est un entier quelconque. Cette équation traduit des interférences constructives entre la lumière émise et la lumière réfléchie sur l'électrode supérieure. [049] En remplacement de la méthode arithmétique de calcul de z inf et z sup , une méthode d'optimisation graphique peut être utilisée sans se départir de l'invention. Pour déterminer z inf , on utilise alors une abaque à trois dimensions donnant l'intensité lumineuse émise par le bas de la diode, au travers de l'électrode inférieure, en fonction de d 4 et de z inf : cette abaque permet de déterminer z inf = 70 nm. Pour déterminer z sup , on utilise alors une abaque à trois dimensions donnant l'intensité lumineuse émise par le haut de la diode, au travers de l'électrode supérieure, en fonction de d 4 et de z sup : cette abaque permet de déterminer z sup = 70 nm. On remarque que d 4 = z inf + z sup = 140 nm permet d'obtenir le maximum d'émission de la diode, c'est à dire le maximum d'extraction.
[050] Toutes les interférences constructives précédemment décrites favorisent avantageusement l'extraction de la lumière émise au travers des deux électrodes de la diode, ce qui améliore le rendement lumineux de la diode.
[051] Des valeurs de z et de z , on déduit : inf sup
- l'épaisseur de la sous-couche 12 de BPhen dopée au césium , pour l'injection et le transport des électrons : 70 nm (z inf ) - 10 nm (épaisseur de la sous-couche 13) - lOnm
(demi-épaisseur de la sous-couche émissive 11) = 50 nm, - l'épaisseur de la sous-couche 15 de Spiro m- TTB, pour l'injection et le transport des trous : 70 nm (z sup ) - 10 nm (épaisseur de la sous-couche 14) - lOnm (demi-épaisseur de la sous-couche émissive 11) = 50 nm.
[052] On obtient une diode électroluminescente ou un réseau de diodes électroluminescentes à émission vers le haut, présentant un excellent rendement lumineux grâce à la combinaison de caractéristiques spécifiques à l'invention qui viennent d'être décrites.
[053] La présente invention s'applique également à une diode ou un panneau organique électroluminescent où l'injection des charges se fait par des couches organiques dopées ; il est évident pour l'homme du l'art qu'elle peut s'appliquer à d'autres types de diodes, de panneaux d'éclairage ou d'affichage sans sortir du cadre des revendications ci- après.

Claims

Revendications
[001] Diode organique électroluminescente susceptible d'émettre de la lumière par deux faces opposées, comprenant :
- un substrat transparent ou semi-transparent (7),
- une couche organique électroluminescente (4) susceptible d'émettre de la lumière déposée sur ce substrat, intercalée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure, chaque électrode étant transparente ou semi-transparente,
- une couche diélectrique inférieure (6) intercalée entre le substrat (7) et ladite électrode inférieure, qui est en contact avec une couche conductrice inférieure (5) de ladite électrode inférieure et une couche diélectrique supérieure (2) recouvrant ladite électrode supérieure, qui est en contact avec une couche conductrice supérieure (3) de ladite électrode supérieure, caractérisée en ce que :
- le matériau et l'épaisseur d de ladite couche diélectrique supérieure (2) et le matériau et l'épaisseur d de ladite couche conductrice supérieure (3) sont adaptés pour que la réflectivité de ladite lumière émise évaluée sur cet empilement de couches (3, 2) soit approximativement maximum.
- le matériau et l'épaisseur d de ladite couche diélectrique inférieure (6) et le
6 matériau et l'épaisseur d de ladite couche conductrice inférieure (5) sont adaptés pour que la réflectivité de ladite lumière émise évaluée sur cet empilement de couches (6, 5) soit approximativement maximum.
[002] Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que la transmittance intrinsèque de ladite lumière émise de ladite couche conductrice inférieure (6) est supérieure ou égale à 85%.
[003] Diode selon la revendication 2 caractérisée en ce que la transmittance intrinsèque de ladite lumière émise de ladite couche conductrice supérieure (3) est supérieure ou égale à 85%.
[004] Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de la couche diélectrique inférieure (6) et celui de la couche diélectrique supérieure (2) présentent un indice supérieur à 1,6.
[005] Diode selon la revendication 4 caractérisée en ce que la couche diélectrique inférieure (6) et la couche diélectrique supérieure (2) présentent une transmittance intrinsèque de la lumière émise supérieure ou égale à 85%.
[006] Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le matériau de ladite couche conductrice supérieure (3) est identique au matériau de ladite couche conductrice inférieure (5).
[007] Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le matériau de ladite couche diélectrique supérieure (2) est identique au matériau de ladite couche diélectrique inférieure (6).
[008] Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite couche organique électroluminescente (6) comprend une sous-couche organique émissive (11) et au moins une sous-couche organique supérieure non- émissive (14, 15) qui est intercalée entre l'électrode supérieure (3) et ladite sous- couche émissive (1 l),et en ce que l'épaisseur de la ou des sous-couches organiques supérieures non-émissives est/sont adaptée(s) pour que la distance z sup séparant approximativement le milieu, dans l'épaisseur, de ladite sous-couche organique émissive (11) de ladite l'électrode supérieure (3) satisfasse approximativement la relation :
- où r est un entier quelconque,
- où l est ladite longueur d'onde l proche d'un maximum d'émittance de la lumière émise, et n 4 est l'indice moyen de la couche organique électrolu- minescente à cette longueur d'onde,
- où (| sup est le déphasage d'un rayon de lumière émise, après réflexion par l'électrode supérieure. [009] Diode selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite couche organique électroluminescente (6) comprend une sous-couche organique émissive (11) et au moins une sous-couche organique inférieure non-émissive (12, 13) qui est intercalée entre l'électrode inférieure (5) et ladite sous-couche émissive (l l),et en ce que l'épaisseur de la ou des sous-couches organiques inférieures non- émissives est/sont adaptée(s) pour que la distance z inf séparant approxi- mativement le milieu, dans l'épaisseur, de ladite sous-couche organique émissive (11) de ladite l'électrode inférieure (5) satisfasse approximativement la relation :
- où q est un entier quelconque,
- où ) est ladite longueur d'onde proche d'un maximum d'émittance de la lumière émise, et n 4 est l'indice moyen de la couche organique électroluminescente à cette longueur d'onde,
- où (| inf est le déphasage d'un rayon de lumière émise, après réflexion par l'électrode inférieure.
[010] Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'épaisseur d 4 de ladite couche organique électroluminescente (4) est adaptée pour obtenir des interférences constructives de la lumière émise entre l'électrode inférieure et l'électrode supérieure. Panneau de visualisation d'images ou d'éclairage comprenant une pluralité de diodes selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ces diodes sont supportées par le même substrat.
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