FR2997260A1

FR2997260A1 - Panneau electroluminescent multicouche.

Info

Publication number: FR2997260A1
Application number: FR1260015A
Authority: FR
Inventors: Anthony Coens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-04-25

Abstract

- Panneau électroluminescent multicouche. - Selon l'invention, le panneau électroluminescent à au moins une source électroluminescente (LES) comporte un ensemble de microlentilles (6) disposé entre l'anode transparente (4) et la plaque de support transparente (S) et l'indice de réfraction desdites microlentilles (6) est au moins égal à celui de ladite anode transparente (4) et supérieur à celui de ladite plaque de support transparente (S).

Description

La présente invention concerne les panneaux électroluminescents multicouches, par exemple de technologie LCD (à cristaux liquides), LED (à diodes électroluminescentes), LCD LED, ou OLED (à diodes électroluminescentes organiques). Les panneaux électroluminescents multicouches de l'invention peuvent être plans ou courbes et ils peuvent constituer, par exemple, des écrans d'affichage d'images ou de données, ou bien encore des dispositifs d'éclairage.

On sait que les panneaux électroluminescents multicouches des types rappelés ci-dessus comportent : - au moins une source électroluminescente comprenant au moins une couche électroluminescente comprise entre deux électrodes en couche, l'une desdites électrodes étant transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente, et - une plaque de support transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente et disposée du côté de ladite électrode transparente. On sait également que, à cause de la structure multicouche d'un tel panneau électroluminescent, qui a pour conséquence la présence de nombreuses interfaces d'indices de réfraction différents, la lumière sortant dudit panneau n'est qu'une fraction (parfois aussi faible que 20%) de la lumière engendrée par la couche électroluminescente. Il est donc particulièrement important d'améliorer cette fraction de lumière utile en réduisant les pertes à l'intérieur du panneau électroluminescent. A cette fin, dans l'article « lmprovement of output coupling efficiency of organic light-emitting diodes by backside substrate modification » Applied Physics Letters, volume 76, number 13, 27 mars 2000, American lnstitute of Physics, on propose de revêtir la surface libre de ladite plaque de support transparente (c'est-à-dire la face opposée à ladite électrode transparente et par laquelle sort la lumière émise) par un ensemble de microlentilles. Ainsi, on peut éviter des réflexions totales sur ladite surface libre, à l'interface plaque de support-milieu ambiant, et améliorer l'extraction de lumière hors de ladite plaque de support transparente. Il va de soi qu'une telle solution ne peut apporter qu'une amélioration limitée à l'extraction de lumière, puisqu'elle ne concerne que l'interface plaque de support-milieu ambiant. De plus, les microlentilles rendent irrégulière ladite surface libre de la plaque de support, de sorte qu'il est impossible d'y appliquer une couche d'un produit antiréfléchissant et d'y rapporter un écran tactile, mais que, au contraire, la poussière peut s'y accumuler. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. A cette fin, selon l'invention, le panneau électroluminescent multicouche comportant : - au moins une source électroluminescente comprenant au moins une couche électroluminescente comprise entre deux électrodes en couche, l'une desdites électrodes étant transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente; - une plaque de support transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente et disposée du côté de ladite électrode transparente ; et - un ensemble de microlentilles en couche pour améliorer l'extraction de lumière hors dudit panneau électroluminescent, est remarquable en ce que : - ledit ensemble de microlentilles est disposé entre ladite électrode transparente et ladite plaque de support transparente, et - l'indice de réfraction desdites microlentilles est au moins égal à celui de ladite électrode transparente et supérieur à celui de ladite plaque de support transparente.

Ainsi, grâce à la présente invention, un rayon lumineux engendré par ladite couche électroluminescente peut aisément : - franchir l'interface entre ladite électrode transparente et l'ensemble desdites microlentilles, puisque l'indice de réfraction de celles-ci est au moins égal à celui de ladite électrode transparente, puis - traverser l'interface bosselée entre lesdites microlentilles et ladite plaque de support transparente, puisque, à cause du rapport entre les indices de réfraction desdites microlentilles et de ladite plaque de support, l'angle critique à cette interface est élevé, et enfin - traverser l'interface entre ladite plaque de support et le milieu ambiant environnant, puisque la traversée desdites microlentilles redresse ledit rayon lumineux qui arrive sur ladite interface plaque de support-milieu ambiant avec une incidence inférieure à l'angle critique à cette interface. Il résulte de ce qui précède que la présente invention permet d'éviter les pertes lumineuses non seulement dans ladite plaque de support transparente (comme le fait la technique antérieure citée ci-dessus), mais encore dans ladite électrode transparente et dans ledit ensemble de microlentilles. La présente invention permet donc d'augmenter considérablement l'extraction de lumière hors du panneau électroluminescent, notamment du fait qu'elle évite les pertes lumineuses dans ladite électrode transparente, pertes qui représentent une part prépondérante (jusqu'à 80%) de la lumière qui est engendrée par ladite couche électroluminescente. L'expérience a montré que, par rapport aux panneaux électroluminescents connus, l'extraction de lumière dans le panneau électroluminescent de la présente invention est considérablement augmentée pour tout le spectre visible, notamment de plus de 250% pour le rouge à plus de 400% pour le bleu en passant par plus de 350% pour le vert. Ainsi, à émission lumineuse identique, le panneau électroluminescent de la présente invention permet, par rapport aux panneaux connus, une réduction substantielle de la consommation électrique, ce qui est particulièrement intéressant pour les appareils portables.

On remarquera de plus qu'avec un seul ensemble de microlentilles on résout des problèmes de guidage de lumière à deux interfaces différentes (interface électrode transparente-plaque de support transparente et interface plaque de support transparente-milieu ambiant).

En outre, l'interface plaque de support transparente-milieu ambiant peut être lisse pour éviter l'accumulation de poussières et pour pouvoir éventuellement y rapporter une couche antiréfléchissante et/ou un écran tactile. Enfin, comme on le verra ci-après, la fabrication d'un panneau électroluminescent conforme à la présente invention est aisée, rapide et de faibles coûts. De préférence, ledit ensemble de microlentilles est incorporé dans ladite plaque de support transparente, de façon que l'interface entre cette dernière et l'électrode adjacente soit uniforme et lisse.

Lorsque, de façon connue, la matière de ladite électrode transparente est l'oxyde d'indium et d'étain (qui est désigné dans la technique par le sigle ITO et dont l'indice de réfraction est voisin de 2), lesdites microlentilles peuvent être également réalisées en oxyde d'indium et d'étain ou bien en une autre matière présentant un indice de réfraction au moins égal à celui de l'oxyde d'indium et d'étain, telle que l'oxyde de zinc ZnO ou l'oxyde de tantale Ta205. Toutefois, de préférence, la matière desdites microlentilles est choisie pour que son indice de réfraction soit supérieur à 2, comme cela est le cas pour le nitrure de silicium Si3N4 (indice de réfraction égal à 2,1), l'oxyde de titane TiO2 (indice de réfraction compris entre 2,1 et 2,4 selon la qualité) ou le diamant (indice de réfraction égal à 2,4). De façon connue par l'article de la technique antérieure cité ci-dessus, lesdites microlentilles peuvent présenter la forme de demi-sphères. Dans ce cas, il est avantageux que le diamètre de ces demi-sphères soit au moins égal à trois fois la plus grande longueur d'onde émise par ladite couche électroluminescente.

Pour augmenter encore l'extraction de lumière hors du panneau électroluminescent de l'invention, il est avantageux que ladite plaque de support transparente comporte des zones dont l'indice de réfraction est au plus égal à 1,4 et dont chacune d'elles entoure au moins une microlentille.

Ces zones de bas indice de réfraction peuvent être délimitées par des évidements dans la plaque de support transparente et contenir de l'air, de l'eau, un gaz, le vide, etc... Eventuellement, le panneau électroluminescent de l'invention peut comporter un ensemble de microlentilles en couche additionnel porté par la face libre de ladite plaque de support transparente opposée auxdites sources électroluminescentes. Cependant, afin d'éviter les inconvénients rappelés ci-dessus de la technique antérieure, il est avantageux que ledit ensemble de microlentilles additionnel soit incorporé dans ladite plaque de support transparente, de façon que ladite face libre du panneau électroluminescent puisse être uniforme et lisse. Les figures des dessins annexés feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre, en coupe schématique partielle, la structure d'un exemple de réalisation du panneau électroluminescent conforme à la présente invention. La figure 2 illustre, également en coupe schématique partielle, le fonctionnement du panneau électroluminescent conforme à la présente invention.

La figure 3 montre, également en coupe schématique partielle, un autre exemple de réalisation du panneau électroluminescent conforme à la présente invention. Les figures 4 A, 4B, et 4C illustrent schématiquement et partiellement un procédé de réalisation des microlentilles conformes à la présente invention.

La figure 5 montre, en coupe schématique partielle, encore un autre exemple de réalisation du panneau électroluminescent conforme à la présente invention. La figure 6 correspond à la coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5.

Les figures 7 et 8 montrent, en coupes schématiques partielles, deux variantes de réalisation du panneau électroluminescent conforme à la présente invention. Le panneau électroluminescent, montré en coupe schématique partielle sur la figure 1, présente une structure stratifiée multicouche et comporte, de façon connue, au moins une source électroluminescente LES portée par une plaque de support S et formée, par exemple, par une matrice de cristaux liquides LCD, de diodes LED, de diodes OLED, etc... Chaque source électroluminescente LES comporte la superposition d'au moins : - une couche électroluminescente 1, - une cathode 2, par exemple constituée par une couche d'aluminium déposée sur une face de ladite couche électroluminescente 1 en formant avec celle-ci une interface 3, et - une anode 4, par exemple constituée par une couche d'oxyde d'indium et d'étain (indice de réfraction environ égal à 2), ladite anode étant, à la fois, transparente pour la lumière émise par la couche électroluminescente 1 et électriquement conductrice, et portant ladite couche électroluminescente 1 par la face de cette dernière opposée à la cathode 2 en formant une interface 5. La plaque de support S est transparente à la lumière émise par la source électroluminescente LES et est réalisée, par exemple, en verre, en silice (indice de réfraction de l'ordre de 1,45) ou en une matière plastique ou en un polymère dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de ladite anode 4. Conformément à la présente invention, entre lesdites sources électroluminescentes LES et la plaque de support S est interposée une couche de microlentilles 6, dont chacune d'elles présente, par exemple, la forme d'une demi sphère et est réalisée en une matière d'indice de réfraction au moins égal à celui de l'anode 4, par exemple de l'oxyde de Titane TiO2 dont l'indice de réfraction est voisin de 2, 4. Ladite couche de microlentilles 6 porte l'anode 4 par la face de celle-ci opposée à ladite couche électroluminescente 1 en formant avec ladite anode une interface 7. Les microlentilles 6 s'incorporent dans ladite plaque de support transparente S en formant avec celle-ci une interface bosselée 8, ladite plaque de support S comportant, à l'opposé desdites microlentilles 6, une face libre 9 formant, avec le milieu ambiant, une interface à travers laquelle sort la lumière émise par la couche électroluminescente 1 et qui sert donc de face de sortie audit panneau électroluminescent.. Comme l'illustre schématiquement la figure 2, un faisceau lumineux 10 émis en un point 11 de la couche électroluminescente 1 ne peut pas rester piégé dans l'anode transparente 4 du fait que l'indice de réfraction des microlentilles 6 est environ égal ou supérieur à celui de ladite anode transparente 4. Le faisceau lumineux 10 pénètre donc dans une microlentille 6. De plus, ce faisceau lumineux 10 ne peut pas rester piégé dans cette dernière microlentille puisque, à cause de la forme arrondie de cette dernière, l'angle d'incidence i sous lequel ledit faisceau lumineux 10 attaque l'interface bosselée 8 est inférieur à l'angle critique déterminé par les indices de réfraction des microlentilles 6 et de la plaque de support transparente S. De même, le faisceau lumineux 10 ne peut pas être piégé dans la plaque de support transparente S, car, à cause des microlentilles 6, il aborde l'interface 9 avec un angle d'incidence inférieur à la valeur critique à cette interface.

Ainsi, grâce à la présence des microlentilles 6 entre l'anode 4 et la plaque de support transparente S, l'extraction de la lumière est particulièrement efficace. Pour améliorer encore plus cette extraction de lumière, il est avantageux que le diamètre D des microlentilles 6 (voir la figure 3) soit au moins égal à trois fois la plus grande longueur d'onde émise par les sources LES. Ainsi, pour un panneau électroluminescent ayant une émission dans le bleu, le vert et le rouge (cas général des écrans), le diamètre D est de préférence au moins égal à trois fois la longueur d'onde du rouge, c'est-à-dire au moins égal à 2 pm. Comme le montre la figure 3, à chaque microlentille 6 peut être associée une source électroluminescente LES. Au contraire, sur les figures 1 et 2, on a montré que plusieurs microlentilles 6 pouvaient être illuminées par une seule source électroluminescente LES. Pour obtenir le panneau électroluminescent des figures 1 à 3, on part d'une plaque transparente destinée à former le support S (figure 4A) et, dans une face 12 de cette plaque, on creuse, par tout moyen connu (gravure, photogravure, laser, etc...), des alvéoles 13 à la forme négative des microlentilles 6 (figure 4B). Ensuite, les alvéoles 13 sont remplies de la matière (TiO2 par exemple) destinée à former lesdites microlentilles 6 (figure 4C). Après durcissement et une éventuelle opération destinée à parfaire la planéité du remplissage des alvéoles 13, on obtient l'interface 7 à fleur de la face 12 et on dépose les sources électroluminescentes LES sur cette interface 7. Dans le mode de réalisation du panneau électroluminescent conforme à la présente invention, représenté sur les figures 5 et 6, chaque microlentille 6 (cas représenté) ou un groupe de microlentilles 6 (cas non représenté) est entouré par une zone 14, de faible indice de réfraction au plus égal à 1,4. La zone 14 peut être formée (comme les alvéoles 13), de toutes manières connues, par un évidement creusé dans la plaque de support transparente S et contenant du vide ou une matière liquide, solide ou gazeuse (non représentée) de faible indice de réfraction inférieur à 1,4. L'expérience a montré qu'une telle zone 14 de faible indice de réfraction augmentait l'extraction de lumière hors du panneau électroluminescent de l'invention. Le panneau électroluminescent de la présente invention peut, à la manière de ce qui est décrit dans la technique antérieure, comporter un ensemble de microlentilles 15 en couche additionnel porté par la face libre 9 de ladite plaque de support transparente, opposée aux sources électroluminescentes LES (voir la figure 7). L'indice de réfraction de la matière de l'ensemble de microlentilles 15 peut être égal ou supérieur à celui du support S. Toutefois, pour éviter les inconvénients de la technique antérieure à ce sujet, il est avantageux que ledit ensemble de microlentilles additionnel soit incorporé dans ladite plaque de support transparente S, de façon que la face libre du panneau électroluminescent soit uniforme et lisse, comme cela est le cas pour l'ensemble des microlentilles additionnel 16, illustré par la figure 8. Dans ce cas, l'indice de réfraction des microlentilles 16 doit être supérieur à celui dudit support S. 15 20 25 30

Claims

REVENDICATIONS1. Panneau électroluminescent multicouche comportant : - au moins une source électroluminescente (LES) comprenant au moins une couche électroluminescente (1) comprise entre deux électrodes en couche (2,4), l'une (4) desdites électrodes étant transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente (1) ; - une plaque de support (S) transparente à la lumière émise par ladite couche électroluminescente (1) et disposée du côté de ladite électrode transparente (4) ; et - un ensemble de microlentilles (6) en couche pour améliorer l'extraction de lumière hors dudit panneau électroluminescent, caractérisé en ce que : - ledit ensemble de microlentilles (6) est disposé entre ladite électrode transparente (4) et ladite plaque de support transparente (S) ; et - l'indice de réfraction desdites microlentilles (6) est au moins égal à celui de ladite électrode transparente (4) et supérieur à celui de ladite plaque de support transparente (S).
2. Panneau électroluminescent selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de microlentilles (6) est incorporé dans ladite plaque de support transparente (S).
3. Panneau électroluminescent selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite électrode transparente est réalisée en oxyde d'indium et d'étain, caractérisé en ce que l'indice de réfraction desdites microlentilles (6) est au moins égal à celui de l'oxyde d'indium et d'étain.
4. Panneau électroluminescent selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites microlentilles (6) sont réalisées en oxyde de titane Ti02, dont l'indice de réfraction est approximativement égal à 2,4.
5. Panneau électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que lesdites microlentilles (6) présentent la forme de demi-sphères et en ce que le diamètre (D) de ces demi-sphères est au moins égal à trois fois la plus grande longueur d'onde émise par ladite couche électroluminescente (1).
6. Panneau électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite plaque de support (S) comporte des zones (14) dont l'indice de réfraction est au plus égal à 1,4 et dont chacune d'elles entoure au moins une microlentille (6).
7. Panneau électroluminescent selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites zones (14) sont délimitées par des évidements dans ladite plaque de support (S).
8. Panneau électroluminescent selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de microlentilles en couche additionnel (15, 16) porté par la face libre (9) de ladite plaque de support transparente (S) opposée auxdites sources électroluminescentes.
9. Panneau électroluminescent selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit ensemble de microlentilles additionnel (16) est incorporé dans ladite plaque de support transparente (S), de façon que la face libre dudit panneau électroluminescent soit uniforme et lisse.20