JP2013524438A - 発光デバイスおよび物品 - Google Patents

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Abstract

光放射領域および光非放射領域を備える層を含むデバイス。光抽出機構は光非放射領域の上に配置される。光抽出機構は表面収差および屈折率整合素子を含むことができる。また、デバイスを形成する方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明はデバイスに関する実施形態を含む。より詳細には、本発明は発光デバイスおよび同デバイスを作成する方法に関する実施形態を含む。
有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）は、フラットパネルのバックライトアプリケーション向けまたは一般の照明向けに使用することができる。ＯＬＥＤは、電気的な励起状態にある有機分子上の励起子を放射再結合することにより光を生成する。ＯＬＥＤは、表示と照明のどちらのアプリケーション向けにも使用することができる。通常、ＯＬＥＤにおける電極の１つは、透過性と導電性のどちらの性状も有することができる。そのような透過性の電極用に通常使用される素材は、透過導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）である。金属と比較すると、ＴＣＯはかなり高い電気抵抗率を有する。ＯＬＥＤが電流駆動であるという事実と相まって、ＴＣＯ透過性電極の電気抵抗率が高いので、大きなＯＬＥＤピクセルにわたって電圧が著しく変化する可能性がある。ＴＣＯ電極が大きなサイズ、例えば約１０センチメートルの長さおよび約１０センチメートルの幅を有すると、電圧変化は著しく、デバイスにわたって光強度が著しく変化する可能性がある。ＴＣＯ透過性電極の高い抵抗率を克服し、それでもなお大きなＯＬＥＤピクセルを作成できるようにするための１つの手法は、ＯＬＥＤデバイスの所望の大きな領域をモノリシックに直列につながれた別個のより小さな発光ピクセルに分割することである。ＴＣＯ電極は、各ピクセルにわたる電圧の変化、したがって光強度の変化が見る人に影響がないように、小さなサイズ（例えば電流フロー方向に１センチメートル）にピクセル化することができる。直列電気接続の特質のせいで、モノリシックの直列接続が配置されたピクセル間の領域は光を放射することができない。これらの領域は、ＯＬＥＤの表面上に暗い領域を形成し、したがって光が放射された領域（放射領域）と暗い領域（非放射領域）との間のコントラストを形成することができる。多くの表示および照明のアプリケーションは、ＯＬＥＤに電力が供給された場合暗い領域が見えないことを必要とする場合がある。
屋内／屋外の装飾および看板用には、所望の色出力を得ることが望ましい場合がある。ＯＬＥＤ全体にわたって効率的な光出力を供給し、放射領域と非放射領域の間のコントラストを削減して均一に照らされたＯＬＥＤデバイスを供給できるデバイスを有することが望ましい場合がある。
米国特許出願公開第２００４／１６０１６５号明細書
一実施形態では、デバイスが提供される。デバイスは光放射領域および光非放射領域を備える層を含む。光抽出機構は光非放射領域の上に配置される。
別の実施形態では、デバイスが提供される。デバイスは、層、および層の上にお互いから間隔をおいて配置された複数の発光素子を含む。層は複数の光放射領域および光非放射領域を画定する。層は、複数の発光素子に対応する複数の光放射領域、および複数の発光素子間の間隔に対応する複数の光非放射領域を含む。光抽出機構は、層の中の複数の光非放射領域のうちの１つまたは複数の上に配置される。
さらに別の実施形態では、方法が提供される。方法は、複数の発光素子を支える層を供給するステップを含む。複数の発光素子は、お互いからあらかじめ決められた間隔をおいて配置することができる。これにより、層の上の複数の発光素子に対応する複数の光放射領域が形成され、層の上の発光素子間のあらかじめ決められた間隔に対応する複数の光非放射領域が形成される。方法は、層の上の複数の光非放射領域と一致するように光抽出機構を配置するステップをさらに含む。
ＯＬＥＤを示す概略側面図である。 ＯＬＥＤを示す概略側面図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略側面図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略上面図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によるディスプレイデバイスの概略図である。 一実施形態によりディスプレイデバイスを形成する方法の概略図である。 一実施形態によりディスプレイデバイスの中で生成された光を伝搬するさまざまなモードを描写する概略図である。
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他を指示しないかぎり複数の指示対象を含む。明細書および特許請求の範囲全体を通して本明細書で使用されるように、近似用語は、関係する基本機能を変化させずに許される範囲で変化できる任意の定量的表現を修飾するように適用することができる。したがって、「約」などの１つの用語または複数の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。一部の例では、近似用語は値を測定する計器の精度に対応することができる。同様に、「ない」は用語と組み合わせて使用することができ、まだ修飾された用語がないと考えられる一方で、わずかな数またはわずかな量を含むことができる。
本明細書では、用語「に固定された」または「の上に配置された」または「の上に置かれた」または「の間に配置された」は、直接接触する場合と、それらの間に層を介在させて間接的に接触する場合のどちらでも固定または配置されたことを意味する。「動作可能なように結合された」は、記載した機能を提供する、列記された部品間の関係である。余分な修飾語を伴わずに、「光透過性」は、可視波長範囲において少なくとも１つの周波数の約５０パーセントを超える光が所与の厚さの素材を通って伝わることを意味する。可視波長範囲は約４００ナノメートルから約７００ナノメートルである。一部の素材は光の波長に基づいて多かれ少なかれ光を伝える。すなわち、１つの周波数で光透過性の素材は、多かれ少なかれ別の波長でも透過性であり得る。
さまざまな実施形態で使用される用語「アルキル」は、炭素原子および水素原子を含む、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、アラルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基およびポリシクロアルキル基を示すこととする。アルキル基は、飽和または不飽和であり得るし、例えばビニルまたはアリルを含むことができる。また、用語「アルキル」は、アルコキシド基のアルキル部を包含する。さまざまな実施形態では、直鎖アルキル基および分岐アルキル基は、１個から約３２個の炭素原子を含む基であり、例示的な限定的でない例として、（Ｃ１〜Ｃ３２アルキル、Ｃ３〜Ｃ１５シクロアルキルまたはアリールから選択された１つまたは複数の基で適宜置換した）Ｃ１〜Ｃ３２アルキル、および、Ｃ１〜Ｃ３２アルキルまたはアリールから選択された１つまたは複数の基で適宜置換したＣ３〜Ｃ１５シクロアルキルが含まれる。例には、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、第三級ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、アンデシルおよびドデシルが含まれる。シクロアルキル基およびビシクロアルキル基のいくつかの例示的な限定的でない例には、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、ビシクロヘプチルおよびアダマンチルが含まれる。さまざまな実施形態では、アラルキル基は７個から約１４個の炭素原子を含有する基を含み、それらにはベンジル、フェニルブチル、フェニルプロピルおよびフェニルエチルが含まれる。
実施形態で使用される用語「アリール」は、６個から２０個の環炭素原子を含む、置換または非置換のアリール基を示す。アリール基の一部の例には、Ｃ1〜Ｃ32アルキル、Ｃ3〜Ｃ15シクロアルキル、アリールから選択された１つまたは複数の基で適宜置換したＣ6〜Ｃ20アリール、ならびに、周期表のグループ１５、１６および１７から選択された原子を含む官能基が含まれる。アリール基の例には、置換または非置換のフェニル、ビフェニル、トリル、キシリル、ナフチルおよびビナフチルが含まれる。
図１を参照すると、変化するＯＬＥＤ構成の概略側面図１００が提供される。第１の実施形態では、ＯＬＥＤ１１０は、アノード１１２、発光層１１４およびカソード１１６を含む。第２の実施形態では、ＯＬＥＤ１１８は、アノード１２０、正孔注入層１２２、発光層１２４、およびカソード１２６を含む。第３の実施形態では、ＯＬＥＤ１２８は、アノード１３０、正孔注入層１３２、発光層１３４、電子注入層１３６、およびカソード１３８を含む。通常、ＯＬＥＤは、上記のように一連の層を積み重ねることによって形成され、所望の色および光強度を提供する。図２を参照すると、２つのユニット、第１のユニット２１０および第２のユニット２１２を有するＯＬＥＤ２００の概略側面図がその中に示される。ＯＬＥＤ２００は、アノード２１６、第１のユニット２１０、第２のユニット２１２、および、それを通して放射光２２０を見ることができるカソード２１８がその上に配置された基板２１４を含むことができる。第１のユニット２１０は、第１の正孔輸送層２２２、第１の発光層２２４、および第１の電子輸送層２２６を含むことができる。第２のユニット２１２は、第２の正孔輸送層２２８、第２の発光層２３０、および第２の電子輸送層２３２を含むことができる。
適切なアノード２１６は、例えば約４．０電子ボルトを超える高い仕事関数を有する素材を含むことができる。一実施形態では、アノード素材の仕事関数は、約５電子ボルトから約６電子ボルト、または約６電子ボルトから約７電子ボルトの範囲内であり得る。インジウムスズ酸化物「ＩＴＯ」などの透過性金属酸化物、または、金もしくは銀の金属グリッドなどの微細加工金属グリッドは、この目的のために使用することができる。ＩＴＯは光透過性であり、有機発光層から放射された光が著しく減衰しないでＩＴＯアノードから漏れることを可能にする。アノード２１６としての使用に適している他の素材は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛インジウムスズ酸化物、酸化アンチモン、およびそれらの混合物である。一実施形態では、そのような導電性酸化物を含むアノード２１６の厚さは、約１０ナノメートルを超える場合がある。一実施形態では、アノード２１６の厚さは、約１０ナノメートルから約５０ナノメートル、約５０ナノメートルから約１００ナノメートル、または約１００ナノメートルから約２００ナノメートルの範囲内であり得る。
一実施形態では、金属の薄い透明層はアノード２１６に適している。透明金属層は約５０ナノメートル以下の厚さを有する場合がある。一実施形態では、金属の厚さは約５０ナノメートルから約２０ナノメートルの範囲内であり得る。アノード用に適している金属には、例えば、銀、銅、タングステン、ニッケル、コバルト、鉄、セレニウム、ゲルマニウム、金、プラチナ、アルニウム、またはそれらの混合物、またはそれらの合金が含まれる。アノード２１６は、物理的気相成長法、化学気相蒸着法、またはスパッタリングなどの技法により、基底素子の上に配置することができる。
カソード２１８は、負電荷担体すなわち電子を有機発光層の中に射出し、例えば約４電子ボルト未満の低い仕事関数を有する素材で作成することができる。さまざまな実施形態では、カソードとしての使用に適しているすべての素材が低い仕事関数を有する必要はない。カソードとしての使用に適している素材には、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、およびＹが含まれ得る。他の適切な素材には、ランタニド系列の元素、それらの合金、またはそれらの混合物が含まれ得る。カソード層の生成用に適している合金素材の例には、Ａｇ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｉｎ−Ｍｇ合金、およびＡｌ−Ｃａ合金が含まれ得る。層状非合金構造を使用することができる。そのような層状非合金構造は、約１ナノメートルから約５０ナノメートルの範囲内の厚さを有するＣａなどの金属の薄い層を含むことができる。他のそのような層状非合金構造には、一部の他の金属のより厚い層をかぶせたＬｉＦ、ＫＦ、またはＮａＦなどの非金属が含まれ得る。適切な他の金属には、アルミニウムまたは銀が含まれ得る。カソード２１８は、例えば物理的気相成長法、化学気相蒸着法、またはスパッタリングにより、基底層の上に配置することができる。
適切なＯＬＥＤは、有機発光層、発光素材層、電界発光層または発光層と呼ぶことができる、発光層２２４、２３０を含むことができる。電界発光（ＥＬ）素材は、有機蛍光性および／またはリン光性の素材を意味する。電界発光素材は印加電圧バイアスにさらされると光を放射する。電界発光素材は、決められた波長範囲内の光を放射するように適合させることができる。一実施形態では、発光層２２４、２３０の厚さは約４０ナノメートルを超える場合がある。一実施形態では、厚さは約３００ナノメートル未満である場合がある。
発光層２２４、２３０を形成するために使用される電界発光素材は、ポリマー、コポリマーすなわちポリマーの混合物であり得る。適切な電界発光素材には、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）およびその誘導体；ポリフルオレン、および、ポリアルキルフルオレン、例えばポリ−９，９−ジヘキシルフルオレン、ポリジオクチルフルオレン、またはポリ−９，９−ビス−３，６−ジオクサヘプチル−フルオレン−２，７−ジルなどのその誘導体；ポリパラフェニレン、および、ポリ−２−デシルオキシ−１，４−フェニレンまたはポリ−２，５−ジヘプチル−１，４−フェニレンなどのその誘導体；ポリｐ−フェニレンビニレン、および、ジアルコキシ置換ＰＰＶまたはシアノ置換ＰＰＶなどのその誘導体；ポリチオフェン、および、ポリ−３−アルキルチオフェン、ポリ−４，４’−ジアルキル−２，２’−ビチオフェン、ポリ−２，５−チエニレンビニレンなどのその誘導体；ポリピリジンビニレンおよびその誘導体；ポリキノキサリンおよびその誘導体；ならびに、ポリキノリンおよびその誘導体が含まれ得る。一実施形態では、適切な電界発光素材は、Ｎ，Ｎ−ビス４−メチルフェニル−４−アニリンでエンドキャップされたポリ−９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジルである。これらのポリマーのうちの１つまたは複数に基づいたこれらのポリマーの混合物、すなわちコポリマーを使用することができる。電界発光素材として使用できる他の適切な素材はポリシランである。ポリシランは、アルキルおよび／またはアリールの側基で置換したシリコン骨格を有する直鎖ポリマーである。ポリシランは、ポリマー骨格鎖に沿って非局在化されたシグマ共役電子を有する疑似一次元素材である。ポリシランの例には、ポリジ−ｎ−ブチルシラン、ポリジ−ｎ−ペンチルシラン、ポリジ−ｎ−ヘキシルシラン、ポリメチルフェニルシラン、およびポリビスｐ−ブチルフェニルシランが含まれる。
一実施形態では、約５０００未満の分子量を有する有機素材は芳香族ユニットを含み、電界発光素材として使用されて発光層２２４、２３０を形成することができる。そのような素材の一例は、１，３，５−トリスＮ−４−ジフェニルアミノフェニルフェニルアミノベンゼンであり、約３８０ナノメートルから約５００ナノメートルの波長範囲内の光を放射する。これらの電界発光層有機素材は、フェニルアントラセン、テトラアリレチン、クマリン、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、アンスラセン、ペリレン、コロネン、またはそれらの誘導体などの有機分子から調製することができる。これらの素材は、約５２０ナノメートルの最大波長を有する光を放射することができる。さらに他の適切な素材は、約４１５ナノメートルから約４５７ナノメートルの波長範囲内の光を放射する、アルミニウム−アセチルアセトネート、ガリウム−アセチルアセトネート、およびインジウム−アセチルアセトネート、約４２０ナノメートルから約４３３ナノメートルの範囲内の波長を有する光を放射する、アルミニウムピコリメチルケトンビス−２，６−ジブチルフェノキシドまたはスカンジウム−４−メトキシピコリルメチルケトン−ビスアセチルアセトネートなどの低分子量の有機金属錯体である。可視波長範囲内の光を放射する他の適切な電界発光素材には、トリス−８−キノリノラトアルミニウムおよびその誘導体などの、８−ヒドロキシキノリンの有機金属錯体が含まれ得る。
例えば上記図２に示されたようなＯＬＥＤ２００は、さらに、正孔輸送層２２２、２２８、電子輸送層２２６、２３２、ならびに、正孔注入層、正孔注入強化層、電荷輸送層、電子注入層、電子注入強化層、電子遮断層、カプセル封入層、および光出力結合層を含む（図に示されていない）他の層、またはそれらの任意の組合せなどの、１つまたは複数の層を含むことができる。本明細書で説明したさまざまな層は、アノード２１６とカソード２１８の間に配置することができる。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる電荷輸送層としての使用に適している素材の限定的でない例には、低から中間の分子量の有機ポリマー、例えば、ポリスチレン規格を使用して決定されたような１モル当たり約２００，０００グラム未満の重量平均分子量Ｍwを有する有機ポリマー、例えばポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリ−３，４−プロピレンジオキシチオフェン（ＰＰｒｏＤＯＴ）、ポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、および他の同様の素材が含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる正孔輸送層２２２、２２８用に適している素材の限定的でない例には、トリアリールダイアミン、テトラフェニルダイアミン、芳香族第三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を含むオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン、および同様の素材が含まれ得る。ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる正孔遮断層用に適している素材の限定的でない例には、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、および同様の素材が含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる正孔注入層用に適している素材の限定的でない例には、プロトンドープポリチオフェンまたはポリアニリンなどの「ｐ−ドープ」プロトンドープ導電性ポリマー、ならびに、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＱＮ）などのｐ−ドープ有機半導体、ドープ有機および高分子の半導体、ならびに、トリアリールアミン含有の化合物およびポリマーが含まれ得る。電子注入素材の限定的でない例には、ポリフルオレンおよびその誘導体、アルミニウムトリス−８−ヒドロキシキノリン（Ａｌｑ３）、アルカリ金属／アルカリ土類金属でｎ−ドープされた有機／高分子の半導体、などが含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる正孔注入強化層用に適している素材の限定的でない例には、３，４，９，１０−ペリレンテトラ−カルボキシリックジアンヒドリド，ビス−１，２，５−チアジアゾロ−ｐ−キノビス−１，３−ジチオールなどのアリーレンベースの化合物、および同様の素材が含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる電子注入強化層用、および電子輸送層２２６、２３２用に適している素材の限定的でない例には、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などの有機金属錯体、および同様の素材が含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる電子遮断層用に適している素材の限定的でない例には、Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾリル−３，５−ベンゼン（以下ｍＣＰ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下ＣＢＰ）、１，４−ジカルバゾール−９−イル−ベンゼン（以下ＣＣＰ）、または、１，３，５−トリス（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（以下ＴＣＢ）が含まれ得る。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができるカプセル封入層用に適している素材の限定的でない例には、物理的または化学的に損傷を受けることからＯＬＥＤデバイスを保護することができる素材が含まれ得る。物理的損傷には、かき傷、直接衝突、穿孔などが含まれる。化学的損傷には、湿気、酸素および他の反応種の存在に起因するＯＬＥＤデバイスの中の有機層の電気化学的劣化が含まれる。カプセル封入層は保護層および接着剤層を組み込むことができる。一実施形態では、保護層は、ガスバリヤ被覆でコーティングされた金属箔または高分子フィルムであり得る。一実施形態では、接着剤層は、熱可塑性接着剤、例えば紫外線硬化性接着剤などの熱硬化性接着剤、および感圧接着剤のうちの１つまたは複数を含むことができる。
ＯＬＥＤ２００の中に含むことができる光出力結合層用に適している素材の限定的でない例には、ＯＬＥＤデバイスから多くの光を抽出することができる、任意の適切な素材が含まれ得る。光出力結合層は、光出力結合層が取り付けられるＯＬＥＤの光透過層とおおよそ等しい屈折率を有する素材を含む。光出力結合層の中で使用される光抽出素子の形状および／または幾何形状は、デバイスからの光の出力結合を強化するように設計される。
図３を参照すると、ディスプレイデバイス３００の概略側面図が提供される。デバイス３００は、基板３１０の上に間隔３１８および３２０で配置された複数のＯＬＥＤ３１２、３１４、および３１６を有する基板３１０を含むことができる。ＯＬＥＤ３１２、３１４、および３１６のそれぞれは、アノード３２２、有機発光層３２４および３２６、ならびにカソード３２８を含むことができる。有機発光層３２４および３２６から放射された光３３０は、透過性のアノード層３１８および基板３１０を通り抜けることができる。基板３１０上の光放射領域３３２、３３４、および３３６は、ＯＬＥＤ３１２、３１４、および３１６におおよそ対応する。基板上の光非放射領域３３８および３４０は、ＯＬＥＤが基板３１０上に配置された間隔３１８および３２０におおよそ対応する。図４を参照すると、ディスプレイデバイス３００の概略上面図３４２が提供される。デバイスの上面図３４２に示されたように、光非放射領域３４４は、光放射領域３４８の間の暗い領域として表すことができる。
一実施形態では、デバイス、例えば図５の中で参照されるディスプレイデバイス５００が提供される。デバイス５００は、光放射領域５２６、５２８、５３０、および光非放射領域５３２、５３４を画定する層５１０を含むことができる。例えば、層５１０は、基板５１２の上に間隔５２０および５２２で配置された複数のＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８を有する基板５１２を含むことができる。ＯＬＥＤ５１４、５１６、５１８は、例えば図１および／または図２で示されたように構成することができる。ＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８から放射された光５２４は、基板５１２を通り抜けることができる。層５１０上で画定された光放射領域５２６、５２８、および５３０は、ＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８におおよそ対応する。層５１０上で画定された光非放射領域５３２および５３４は、ＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８が基板５１２上に配置された間隔５２０および５２２におおよそ対応する。光抽出機構５３６および５３８は、光非放射領域５３２および５３４の一部または全部の上に配置することができる。光抽出機構５３６および５３８は、光５４０を層５１０から抽出する働きをすることができる。さまざまなタイプの光抽出機構が光非放射領域および光放射領域の上に配置することができるように、ある実施形態では、光抽出機構５３６および５３８は、さらに光放射領域５２６、５２８、および５３０の一部または全部の上に配置することができる。例えば、一実施形態では、下記図６で説明する表面収差６３６、６３８を含む光抽出機構を光放射領域の上に配置することができ、下記図１０で説明する屈折率整合素子１０３６、１０３８を含む光抽出機構を光非放射領域の上に配置することができる。
本明細書では、熟語「光放射領域」は、放射素材層が電気的に励起状態にある有機分子上で励起子の放射性再結合を受けて、実際に光を放射する領域を意味する。本明細書で使用される熟語「光非放射領域」は、励起子の放射性再結合が起きず、光が実際に放射されない領域を意味する。
一実施形態では、層５１０は、基板５１２上に配置された複数の有機層および無機層（例えば、ＯＬＥＤ５１４、５１６、５１８を作成する層）を含むことができる。一実施形態では、基板５１２は光透過性素子（図示せず）を含むことができる。基板５１２は、光透過性素材から形成することができる。光透過性素材は、一実施形態で明らかにすることができる。別の実施形態では、光透過性素材は、色、色調、または、（蛋白光もしくは偏光などの）特性を含む光学的効果を有することができる。一実施形態では、波長または厚さを考慮しない場合、基板５１２を通って透過した光の量は、光の約６０パーセントから約７０パーセント、約７０パーセントから約８０パーセント、または約８０パーセントから約９０パーセントの範囲内である。一実施形態では、透過率または厚さを考慮しない場合、透過した光は、約４００ナノメートルから約５００ナノメートル、約５００ナノメートルから約６００ナノメートル、または約６００ナノメートルから約７００ナノメートルの範囲内の波長を有することができる。一実施形態では、厚さを考慮しない場合、約５５０ナノメートルの波長で約５０パーセントを超える光が基板を通って透過される。透過した光の量および波長についての上述の実施形態は、光透過性有機電子デバイス、合成されたデバイスおよびそこから作成される物品に当てはまる。さまざまな実施形態の厚さは、下記で開示される。
基板５１２は、剛性基板および可撓性基板のグループから選ぶことができる。剛性基板には、ガラス、金属およびプラスチックが含まれるがそれらに限定されず、可撓性基板には、可撓性ガラス、金属箔、およびプラスチックフィルムが含まれる。ガラスの限定的でない例には、石英ガラスおよびホウケイ酸ガラスが含まれ得る。プラスチックの限定的でない例には、有機ポリマーが含まれ得る。適切な有機ポリマーには、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフサレート、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリオレフィン、などから選ばれた熱可塑性ポリマーが含まれ得る。
一実施形態では、光放射領域５２６、５２８、５３０は、層５１０のあらかじめ決められた部分に配置することができる発光素子、例えばＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８におおよそ対応することができる。一実施形態では、光非放射領域５３２、５３４は、発光素子を含まない層の部分におおよそ対応することができる。
一実施形態では、光抽出機構５３６、５３８は、層５１０の中の光非放射領域に配置された表面収差を含むことができる。本明細書では、熟語「表面収差」は、層５１０の表面５１２上に画定された大まかな表面機構を意味する。例えば、図２を参照すると、表面収差は、ＯＬＥＤデバイス２００の透過層２１８の表面を物理的に変更することによって形成することができる。一実施形態では、表面の変更は、層５１０の対応する部分の表面上に機械的なかき傷、くぼみ、および／もしくは溝を形成すること、ならびに／または、層５１０の特定の部分に腐食、除去、および／または、分解をもたらす化学処理を用いることにより、光非放射領域に対応する表面を物理的に変更することを含むことができる。一実施形態では、図５に示された表面収差５３６、５３８は、表面の連続性を阻害する働きをする、くぼみ、かき傷、および溝を含むことができる。表面収差５３６、５３８の限定的でない例には、ＯＬＥＤの透過層の表面に刻まれた表面機構が含まれ得る。一実施形態では、表面収差機構は、くぼみまたはへこみ７３６、７３８のように図７に示されたような点機構の形状の中にあり得る。さまざまな実施形態では、点機構には、三角形、半円形、正方形、長方形、五角形、または六角形の断面形状が含まれ得る。別の実施形態では、表面収差機構は、かき傷（６３６および６３８、表面上の浅い切り傷もしくは印）または溝（図には示されない、細長い溝もしくはへこみ）のように図６に示されたような線機構の形状の中にあり得る。さまざまな実施形態では、線機構は直線または曲線であり得る。さまざまな実施形態では、線表面収差機構には、三角形、半円形、正方形、長方形、五角形、または六角形の断面形状が含まれ得る。線機構の断面形状は線機構に沿って均一であり得るか、または線機構の長さに沿って変化することができる。ある実施形態では、表面収差機構は点機構と線機構のどちらの組合せでもあり得る。
図６を参照すると、ディスプレイデバイス６００の概略図が提供される。デバイス６００は層６１０を含むことができる。層６１０は、基板６１２の上に間隔６２０および６２２で配置された複数のＯＬＥＤ６１４、６１６、および６１８を有する基板６１２を含むことができる。ＯＬＥＤ６１４、６１６、および６１８から放射された光６２４は、基板６１２を通り抜けることができる。層６１０上で画定された光放射領域６２６、６２８、および６３０は、ＯＬＥＤ６１４、６１６、および６１８におおよそ対応する。層６１０上で画定された光非放射領域６３２および６３４は、ＯＬＥＤ６１４、６１６、および６１８が基板６１２上に配置された間隔６２０および６２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えばかき傷６３６および６３８は、光非放射領域６３２および６３４の一部または全部の上に配置することができる。かき傷６３６および６３８は、層６１０からの光６４０の抽出を強化する働きをし、おそらくディスプレイデバイス６００をより均一に照らすことができる。かき傷６３６および６３８を使用して非放射領域から抽出された光６４０の少なくとも一部は、他の方法では層６１０内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
図７を参照すると、ディスプレイデバイス７００の概略図が提供される。デバイス７００は層７１０を含むことができる。層７１０は、基板７１２の上に間隔７２０および７２２で配置された複数のＯＬＥＤ７１４、７１６、および７１８を有する基板７１２を含むことができる。ＯＬＥＤ７１４、７１６、および７１８から放射された光７２４は、基板７１２を通り抜けることができる。層７１０上で画定された光放射領域７２６、７２８、および７３０は、ＯＬＥＤ７１４、７１６、および７１８におおよそ対応する。層７１０上で画定された光非放射領域７３２および７３４は、ＯＬＥＤ７１４、７１６、および７１８が基板７１２上に配置された間隔７２０および７２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えばくぼみ７３６および７３８は、光非放射領域７３２および７３４の一部または全部の上に配置することができる。一実施形態では、くぼみ７３６、７３８は、１００マイクロメートル以下の深さおよび間隔を有することができる。くぼみ７３６および７３８は、層７１０から光７４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス７００をより均一に照らすことができる。くぼみ７３６および７３８を使用して非放射領域から抽出された光７４０の少なくとも一部は、他の方法では層７１０内の伝搬の導波モード７４２に依存するはずの光であり得る。
図７に示された基板導波モード７４２は、（下記図１８に示されるような）ある特定の電場分布を有することができる。くぼんだ領域７３６、７３８の中の光強度が増加するにつれて、深いくぼみ７３６、７３８は基板導波モード７４２をより強く妨害することができる。結果として、より高い光抽出効率を期待することができる。一実施形態では、くぼみ７３６、７３８の深さは、基板導波モード７４２とは異なる抽出効率を得るために変更することができる。一実施形態では、くぼみ７３６、７３８の深さは、光放射領域と光非放射領域の間の明るさのバランスをとるために使用し、おそらくディスプレイデバイス７００をより均一に照らすことができる。
一実施形態では、図８に示されたようなくぼみの深さ８３０、および図９に示されたようなくぼみからくぼみへの間隔９３０は、約１００マイクロメートル未満の範囲内であり得る。さまざまな実施形態では、くぼみの深さ、幅、および形状は、光抽出効率を改善するために変更することができる。さらに、くぼみ９２８間の間隔９３０も、光抽出効率を改善するために変更することができる。さまざまな実施形態では、間隔および深さは人間の裸眼には認識することができない。
図８を参照すると、ディスプレイデバイス８００の概略図が提供される。デバイス８００は層８１０を含むことができる。層８１０は、基板８１２の上に間隔８１８で配置された複数のＯＬＥＤ８１４および８１６を有する基板を含むことができる。ＯＬＥＤ８１４、８１６から放射された光８２０は、基板８１２を通り抜けることができる。層８１０上で画定された光放射領域８２２、８２４は、ＯＬＥＤ８１４、８１６におおよそ対応する。層８１０上で画定された光非放射領域８２６は、ＯＬＥＤ８１４、８１６が基板８１２上に配置された間隔８１８におおよそ対応する。可変の深さ８３０および固定の間隔８３２を有するくぼみ８２８は、光非放射領域８２６の上に配置することができる。
図９を参照すると、ディスプレイデバイス９００の概略図が提供される。デバイス９００は層９１０を含むことができる。層９１０は、基板９１２の上に間隔９１８で配置された複数のＯＬＥＤ９１４および９１６を有する基板を含むことができる。ＯＬＥＤ９１４、９１６から放射された光９２０は、基板９１２を通り抜けることができる。層９１０上で画定された光放射領域９２２、９２４は、ＯＬＥＤ９１４、９１６におおよそ対応する。層９１０上で画定された光非放射領域９２６は、ＯＬＥＤ９１４、９１６が基板９１２上に配置された間隔９１８におおよそ対応する。くぼみ間の可変の間隔９３０および固定の深さ９３２を有するくぼみ９２８は、光非放射領域９２６の上に配置することができる。
図５および図１０を参照すると、一実施形態では、光抽出機構５３６、５３８は、層１０１０の中の光非放射領域１０３２、１０３４の上に配置された屈折率整合素子１０３６、１０３８を含むことができる。さまざまな実施形態では、屈折率整合素子１０３６、１０３８は、屈折率整合素子１０３６、１０３８と屈折率整合素子１０３６、１０３８が配置された層１０１０との間の境界で発生するフレネル反射に起因する光抽出損失を削減することができる。
一実施形態では、屈折率整合素子１０３６、１０３８は球を含むことができる。一実施形態では、ディスプレイデバイス１０００の層１０１０と同じ屈折率を有する半球のような機構１０３６、１０３８は、ディスプレイデバイス１０００の光抽出効率を改善するのに役立つことができる。図１１を参照すると、一実施形態では、屈折率整合素子はミクロスフェア１１３６、１１３８を含む。ミクロスフェア機構１１３６、１１３８は、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの直径を有する球の２次元配列を含むことができる。ミクロスフェア配列１１３６、１１３８は、順序付けられているか、または順不同（ランダム）であり得る。すべてのミクロスフェアは同じまたは同様の直径を有することができるか、または、ミクロスフェアはさまざまな直径の範囲を有することができる。図１２を参照すると、一実施形態では、屈折率整合素子はマイクロレンズ１２３６、１２３８を含む。マイクロレンズ機構１２３６、１２３８は、任意の形状、例えば球、半球、または角錐、または層１２１０からの光抽出効率を改善できる機構の任意の形状の、マイクロレンズの２次元配列を含むことができる。一実施形態では、マイクロレンズ機構は、下記ディスプレイデバイス１２００の層１２１０の屈折率におおよそ等しい屈折率を有する素材で作成することができる。マイクロレンズ機構は、デバイス１２００の層１２１０から放射された光に対して低い吸収性を有する素材で作成することができる。
図１０を参照すると、ディスプレイデバイス１０００の概略図が提供される。デバイス１０００は層１０１０を含むことができる。層１０１０は、基板１０１２の上に間隔１０２０および１０２２で配置された複数のＯＬＥＤ１０１４、１０１６、および１０１８を有する基板１０１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１０１４、１０１６、および１０１８から放射された光１０２４は、基板１０１２を通り抜けることができる。層１０１０上で画定された光放射領域１０２６、１０２８、および１０３０は、ＯＬＥＤ１０１４、１０１６、および１０１８におおよそ対応する。層１０１０上で画定された光非放射領域１０３２および１０３４は、ＯＬＥＤ１０１４、１０１６、および１０１８が基板１０１２上に配置された間隔１０２０および１０２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えば屈折率整合球１０３６および１０３８は、光非放射領域１０３２および１０３４の一部または全部の上に配置することができる。屈折率整合球１０３６および１０３８は、層１０１０から光１０４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１０００をより均一に照らすことができる。屈折率整合球１０３６および１０３８を使用して非放射領域から抽出された光１０４０の少なくとも一部は、他の方法では層１０１０内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
図１１を参照すると、ディスプレイデバイス１１００の概略図が提供される。デバイス１１００は層１１１０を含むことができる。層１１１０は、基板１１１２の上に間隔１１２０および１１２２で配置された複数のＯＬＥＤ１１１４、１１１６、および１１１８を有する基板１１１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１１１４、１１１６、および１１１８から放射された光１１２４は、基板１１１２を通り抜けることができる。層１１１０上で画定された光放射領域１１２６、１１２８、および１１３０は、ＯＬＥＤ１１１４、１１１６、および１１１８におおよそ対応する。層１１１０上で画定された光非放射領域１１３２および１１３４は、ＯＬＥＤ１１１４、１１１６、および１１１８が基板１１１２上に配置された間隔１１２０および１１２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えば屈折率整合ミクロスフェア１１３６および１１３８は、光非放射領域１１３２および１１３４の一部または全部の上に配置することができる。屈折率整合ミクロスフェア１１３６および１１３８は、層１１１０から光１１４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１１００をより均一に照らすことができる。屈折率整合ミクロスフェア１１３６および１１３８を使用して非放射領域から抽出された光１１４０の少なくとも一部は、他の方法では層１１１０内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
図１２を参照すると、ディスプレイデバイス１２００の概略図が提供される。デバイス１２００は層１２１０を含むことができる。層１２１０は、基板１２１２の上に間隔１２２０および１２２２で配置された複数のＯＬＥＤ１２１４、１２１６、および１２１８を有する基板１２１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１２１４、１２１６、および１２１８から放射された光１２２４は、基板１２１２を通り抜けることができる。層１２１０上で画定された光放射領域１２２６、１２２８、および１２３０は、ＯＬＥＤ１２１４、１２１６、および１２１８におおよそ対応する。層１２１０上で画定された光非放射領域１２３２および１２３４は、ＯＬＥＤ１２１４、１２１６、および１２１８が基板１２１２上に配置された間隔１２２０および１２２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えば屈折率整合マイクロレンズ１２３６および１２３８は、光非放射領域１２３２および１２３４の一部または全部の上に配置することができる。屈折率整合マイクロレンズ１２３６および１２３８は、層１２１０から光１２４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１２００をより均一に照らすことができる。屈折率整合マイクロレンズ１２３６および１２３８を使用して非放射領域から抽出された光１２４０の少なくとも一部は、他の方法では層１２１０内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
図５および図１３を参照すると、一実施形態では、光抽出機構５３６、５３８は、層１３１０の中の光非放射領域１３３２、１３３４の上に配置された２次元フォトニック結晶機構１３３６、１３３８を含むことができる。２次元フォトニック結晶は、半導体結晶の中の過ヨウ素酸の電位が許容電子エネルギー帯および禁制電子エネルギー帯を画定することにより電子運動に影響するのと同様の方式で、電磁波（ＥＭ）の伝搬に影響することができる過ヨウ素酸誘電体または金属誘電体のナノ構造体から構成することができる。フォトニック結晶は、高い誘電率と低い誘電率を定期的に繰り返す内部領域を含むことができる。２次元フォトニック結晶は、ＯＬＥＤの中の光伝搬の横モードを効果的に制御することができる。
図１３を参照すると、ディスプレイデバイス１３００の概略図が提供される。デバイス１３００は層１３１０を含むことができる。層１３１０は、基板１３１２の上に間隔１３２０および１３２２で配置された複数のＯＬＥＤ１３１４、１３１６、および１３１８を有する基板１３１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１３１４、１３１６、および１３１８から放射された光１３２４は、基板１３１２を通り抜けることができる。層１３１０上で画定された光放射領域１３２６、１３２８、および１３３０は、ＯＬＥＤ１３１４、１３１６、および１３１８におおよそ対応する。層１３１０上で画定された光非放射領域１３３２および１３３４は、ＯＬＥＤ１３１４、１３１６、および１３１８が基板１３１２上に配置された間隔１３２０および１３２２におおよそ対応する。光抽出機構、例えば２次元フォトニック結晶１３３６および１３３８は、光非放射領域１３３２および１３３４の一部または全部の上に配置することができる。２次元フォトニック結晶１３３６および１３３８は、層１３１０から光１３４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１３００をより均一に照らすことができる。２次元フォトニック結晶１３３６および１３３８を使用して非放射領域１３３２および１３３４から抽出された光１３４０の少なくとも一部は、他の方法では層１３１０内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
一実施形態では、下記図１４に示されるようなディスプレイデバイス１４００は、層１４１０の縁部に反射コーティング１４４２、１４４４を含むことができる。層１４１０の縁部のまわりに反射コーティング１４４２、１４４４を加えると、縁部での光漏れをブロックすることができ、したがって光子は層１４１０の中で何度もリサイクルされ、最終的に非放射領域１４３２、１４３４の上に配置された、設計された機構１４３６、１４３８で抽出される。一実施形態では、反射コーティング１４４２、１４４４は、光抽出機構の抽出効率が低くても、高い効率の光抽出機構を提供することができる。一実施形態では、反射コーティング１４４２、１４４４は、図５から図１３で上述したような非放射領域の中のすべてのさまざまな機構と組み合わせることができる。反射コーティング１４４２、１４４４の限定的でない例には、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｂａ、Ｃａ、および前述のうちの少なくとも２つを含む合金などの金属層が含まれ得る。
図１４を参照すると、ＯＬＥＤデバイス１４００の概略図が提供される。デバイス１４００は層１４１０を含むことができる。層１４１０は、基板１４１２の上に間隔１４２０および１４２２で配置された複数のＯＬＥＤ１４１４、１４１６、および１４１８を有する基板１４１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１４１４、１４１６、および１４１８から放射された光１４２４は、基板１４１２を通り抜けることができる。層１４１０上の光放射領域１４２６、１４２８、および１４３０は、ＯＬＥＤ１４１４、１４１６、および１４１８におおよそ対応する。層１４１０上の光非放射領域１４３２および１４３４は、ＯＬＥＤ１４１４、１４１６、および１４１８が基板１４１２上に配置された間隔１４２０および１４２２におおよそ対応する。光抽出機構１４３６および１４３８は、光非放射領域１４３２および１４３４の一部または全部の上に配置することができる。光抽出機構１４３６および１４３８は、層１４１０から光１４４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１４００をより均一に照らすことができる。光抽出機構１４３６および１４３８を使用して非放射領域から抽出された光１４４０の少なくとも一部は、他の方法では基板１４１２内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。さらに、反射コーティング１４４２および１４４４はＯＬＥＤデバイスの縁部に配置される。反射コーティングは、デバイスの縁部での光漏れをブロックするのに役立つことができる。
図１５を参照すると、一実施形態では、ディスプレイデバイス１５００は、ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、１５１８の中に存在する透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８と基板１５１２の間に配置された、屈折率整合機構１５５２、１５５４、および１５５６をさらに含むことができる。透過導電性酸化物層はＯＬＥＤの中にアノードを形成することができる。屈折率整合機構は、他の方法では基板１５１０と透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８との間の伝搬の導波モードに依存するはずの光を抽出する働きをすることができる。
さらに図１５を参照すると、ＯＬＥＤデバイス１５００の概略図が提供される。デバイス１５００は層１５１０を含むことができる。層１５１０は、基板１５１２の上に間隔１５２０および１５２２で配置された複数のＯＬＥＤ１５１４、１５１６、および１５１８を有する基板１５１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、および１５１８の中の有機発光層１５４２、１５４６、および１５５０から放射された光１５２４は、基板１５１２を通り抜けることができる。層１５１０上の光放射領域１５２６、１５２８、および１５３０は、ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、および１５１８におおよそ対応する。層１５１０上の光非放射領域１５３２および１５３４は、ＯＬＥＤが基板１５１２上に配置された間隔１５２０および１５２２におおよそ対応する。光抽出機構１５３６および１５３８は、光非放射領域１５３２および１５３４の一部または全部の上に配置することができる。光抽出機構１５３６および１５３８は、層１５１０から光１５４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１５００をより均一に照らすことができる。光抽出機構１５３６および１５３８を使用して非放射領域から抽出された光１５４０の少なくとも一部は、他の方法では基板１５１２内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。ある実施形態では、図１５に示されたように、ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、および１５１８は、それぞれ発光層１５４２、１５４６、および１５５０、ならびに、ＯＬＥＤの中にアノードを形成する透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８を含むことができる。屈折率整合機構１５５２、１５５４、および１５５６は、ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、および１５１８の中の透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８と基板１５１２の間に配置することができる。屈折率整合機構１５５２、１５５４、および１５５６は、角柱または円錐の形状をした構造を含む周期性サブ波長構造を含むことができる。屈折率整合機構１５５２、１５５４、および１５５６は、層１５１０から光１５２４、１５４０の少なくとも一部を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１５００をより均一に照らすことができる。光抽出機構１５５２、１５５４、および１５５６を使用して放射領域および非放射領域からそれぞれ抽出された光１５２４、１５４０の少なくとも一部は、他の方法では基板１５１２と透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８との間の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
一実施形態では、ディスプレイデバイス１５００は、ＯＬＥＤ１５１４、１５１６、１５１８の中に存在する透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８と基板１５１２の間に配置された、屈折率整合層１５５２をさらに含むことができる。屈折率整合層は、他の方法では基板１５１０と透過導電性酸化物層１５４０、１５４４、および１５４８との間の伝搬の導波モードに依存するはずである光を抽出する働きをすることができる。
図１６を参照すると、ＯＬＥＤデバイス１６００の概略図が提供される。デバイス１６００は層１６１０を含むことができる。層１６１０は、基板１６１２の上に間隔１６２０および１６２２で配置された複数のＯＬＥＤ１６１４、１６１６、および１６１８を有する基板１６１２を含むことができる。ＯＬＥＤ１６１４、１６１６、および１６１８の中の有機発光層１６４２、１６４６、および１６５０から放射された光１６２４は、基板１６１２を通り抜けることができる。層１６１０上の光放射領域１６２６、１６２８、および１６３０は、ＯＬＥＤ１６１４、１６１６、および１６１８におおよそ対応する。層１６１０上の光非放射領域１６３２および１６３４は、ＯＬＥＤが基板１６１２上に配置された間隔１６２０および１６２２におおよそ対応する。光抽出機構１６３６および１６３８は、光非放射領域１６３２および１６３４の一部または全部の上に配置することができる。光抽出機構１６３６および１６３８は、層１６１０から光１６４０を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１６００をより均一に照らすことができる。光抽出機構１６３６および１６３８を使用して非放射領域から抽出された光１６４０の少なくとも一部は、他の方法では基板１６１２内の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。ある実施形態では、図１６に示されたように、ＯＬＥＤ１６１４、１６１６、および１６１８は、それぞれ発光層１６４２、１６４６、および１６５０、ならびに、ＯＬＥＤの中にアノードを形成する透過導電性酸化物層１６４０、１６４４、および１６４８を含むことができる。屈折率整合層１６５２は、ＯＬＥＤ１６１４、１６１６、および１６１８の中の透過導電性酸化物層１６４０、１６４４、および１６４８と基板１６１２の間に配置することができる。屈折率整合層１６５２は、角柱または円錐の形状をした構造を含む周期性サブ波長構造を含むことができる。屈折率整合層１６５２は、層１６１０から光１６２４、１６４０の少なくとも一部を抽出する働きをし、おそらくディスプレイデバイス１６００をより均一に照らすことができる。屈折率整合層１６５２を使用して放射領域および非放射領域からそれぞれ抽出された光１６２４、１６４０の少なくとも一部は、他の方法では基板１６１２と透過導電性酸化物層１６４０、１６４４、および１６４８との間の伝搬の導波モードに依存するはずの光であり得る。
再び図５を参照すると、デバイス５００が別の実施形態で提供される。デバイス５００は、層５１０、ならびに複数の発光素子、例えば層の上にお互いから間隔５２０、５２２で配置されたＯＬＥＤ５１４、５１６、および５１８を含む。層５１０は、複数の光放射領域５２６、５２８、および５３０、ならびに光非放射領域５３２および５３４を画定することができる。層５１０は、複数の発光素子５１４、５１６、および５１８におおよそ対応する複数の光放射領域５２６、５２８、および５３０、ならびに、複数の発光素子５１４、５１６、および５１８の間の間隔５２０、５２２におおよそ対応する複数の光非放射領域５３２、５３４を含むことができる。光抽出機構５３６、５３８は、層５１０の中の複数の光非放射領域５３２、５３４のうちの１つまたは複数の上に配置することができる。
一実施形態では、発光素子５１４、５１６、５１８の間の間隔５２０、５２２は、約１０マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲内であり得る。別の実施形態では、発光素子５１４、５１６、５１８の間の間隔は、約１００マイクロメートルから約５ミリメートルの範囲内である。さらに別の実施形態では、発光素子５１４、５１６、５１８の間の間隔は、約５００マイクロメートルから約３ミリメートルの範囲内である。
図１７を参照すると、その中に、上記の説明に従って構成されたディスプレイデバイス（例えば、下記でも参照される図５に示されたディスプレイデバイス５００）を製作する方法１７００を表す流れ図が提供される。方法は、複数の発光素子５１４、５１６、および５１８を支える層５１０を提供することを含むことができる。複数の発光素子５１４、５１６、および５１８は、お互いからあらかじめ決められた間隔５２０、５２２で配置される。これによって、複数の発光素子５１４、５１６、および５１８に対応する複数の光放射領域５２６、５２８、５３０が層５１０上に形成され、発光素子５１４、５１６、および５１８の間のあらかじめ決められた間隔５２０、５２２に対応する複数の光非放射領域５３２、５３４が層５１０の中に形成される。方法１７００は、さらに、複数の光非放射領域５３２、５３４と一致するように光抽出機構５３６、５３８を層５１０上に配置することを含む。
図６、図７および図１７を参照すると、さまざまな実施形態では、光抽出機構は表面収差６３６、６３８、７３６、および７３８を含むことができる。一実施形態では、表面収差はかき傷６３６、６３８またはくぼみ７３６、７３８を含むことができる。さまざまな実施形態では、かき傷またはくぼみは、カーバイドスクライバツール、かみそりの刃、ダイヤモンドグリッドダイシングホイール、および、当業者に既知の光学的品質のかき傷またはくぼみを形成する他の方法を使用して形成することができる。
図１０、図１１、図１２および図１７を参照すると、さまざまな実施形態では、光抽出機構は屈折率整合機構１０３６、１０３８、１１３６、１１３８、１２３６、および１２３８を含むことができる。一実施形態では、機構は球１０３６、１０３８、ミクロスフェア１１３６、１１３８、またはマイクロレンズ１２３６および１２３８を含む。さまざまな実施形態では、ミクロスフェアまたはマイクロレンズは、フォトレジストまたは紫外線硬化性エポキシ樹脂のような素材の中にフォトリソグラフィを実行し、ポリマーを溶かして複数のレンズの配列を形成することによって組み立てることができる。他の実施形態は、マスタのレンズ配列からモデル化またはエンボスすることによって、マイクロレンズまたはミクロスフェアの複数のコピーを作成することを含むことができる。マスタのレンズ配列をマンドレルとして使用して電鋳用鋳型を生成することによっても、マスタのレンズ配列を複製することができる。
図１３および図１７を参照すると、一実施形態では、光抽出機構は２次元フォトニック結晶１３３６、１３３８を含む。さまざまな実施形態では、２次元フォトニック結晶は、集積回路用に使用される技法と同様のフォトリソグラフィ技法およびエッチング技法を使用して組み立てることができる。２次元フォトニック結晶を形成する代替手法は、コロイド結晶から自己組織化構造としてフォトニック結晶を成長させることを含むことができる。
ＯＬＥＤの中の発光メカニズムは、ＯＬＥＤ基板の電気的に励起状態にある有機分子上で励起子を再結合することであり得る。そのような光が生成されると、光は有機発光層から全方向に自然発生的に放射され、さまざまなモードを経て伝搬する。さまざまなモードには、ＯＬＥＤ基板から漏れる光に関連する（「外部モード」と称する）モード、および／または、ＯＬＥＤ基板内の全内部反射に依存する光に関連する（「導波モード」と称する）モードが含まれる。表示アプリケーション用には、基板表面から放射された光（すなわち、外部モードによって伝搬する光）が、ディスプレイを見る人が受ける光を表すので、最も有効である。しかしながら、場合によっては、大量に生成された光は、下記図１８に示される（例えば、基板およびデバイスの内部に捕らえられるか、またはＯＬＥＤデバイスの縁部から外に放射される）ように導波モードと関連する可能性があり、限られた量の光だけがＯＬＥＤを見る人に届く。例えば、基板から漏れる生成された光の割合は、
ηcp,ext〜１／２ｎ2 org（１）
によって近似することができる。
ここで、ηcp,extは外部結合効率であり、ｎorgはＩＴＯ／有機層の合計である。基板の中に捕らえられた光の割合ηcp,subsおよびＩＴＯ／有機層の中に捕らえられた光の割合ηcp,orgはそれぞれ、
ηcp,subs＝ｃｏｓθorg,c1−ｃｏｓθorg,c2（２）
ηcp,org＝ｃｏｓθorg,c2（３）
によって与えられる。ここで、θorg,c1およびθorg,c2は、それぞれ有機層−空気間および有機層−基板間の臨界角である。アプリケーション、一般に照明およびフラットパネルディスプレイの目的には、ディスプレイデバイス、例えば図３で参照されたディスプレイデバイス３００からの全放射光のわずか２０パーセントである、基板表面から放射される光（ηcp,ext）が最も有用である。
図１８を参照すると、その中に、通常のＯＬＥＤ構造１８００の中で生成された光の伝搬のさまざまなモードが描写される。ＯＬＥＤ構造１８００は、カソード層１８１０、電子輸送層１８１２、発光層１８１４、正孔輸送層１８１６、透過導電性酸化物層１８１８、および基板層１８２０を含むことができる。発光層１８１４によって放射された光は、さまざまなモードに起因して失われる可能性がある。屈折１８２２に起因して、ＩＴＯ／有機導波モード１８２４に起因して、基板導波モード１８２６に起因して、および基板の縁部への漏れ１８２８に起因して、光は見る人が受けるように放射されるのに失敗する可能性がある。
上記説明に従って構成された実施形態は、例えば、基板の漏れモードを増加させるための基板と空気の境界での全内部反射の削減、ならびに／または、有機／ＩＴＯモード、基板モードおよび漏れモードの相対数の変更によって、伝搬の導波モードに依存する光の量を削減するように働くことができる。前者の処理は、例えば、目荒しまたはシリカ製のミクロスフェアもしくはマイクロレンズの取り付けなどの、基板表面の変更によって実現することができる。後者の処理は、例えば、放射領域のしわ付け、デバイスの中の層の屈折率の変更、および／または、フォトニック結晶反応を作るためのデバイスのパターン形成によって実現することができる。
出願人は、出力結合を増加させる１つの方法は基板と空気の境界の表面のでこぼこを増加させることであることを発見した。この方法によって、通常はすべて内部反射していたはずの光の一部がさまざまな角度で散乱し、したがって表面から漏れることが可能になる。また、出願人は、散乱の増加がシリカ球による表面の周期パターン化を使用することによっても実現できることを発見した。また、それによって表面の幾何形状を変更して全内部反射を削減し表面放射を強化する技法がテストされた。また、前面に取り付けたマイクロレンズの使用は成功した。放射が球の中心で起こるように設計された半球の使用は、ガラスと空気の境界上に突き当る光線が垂直入射し、したがって漏れることができることを意味する。上記その他の技法、導波モードの使用は、通常は基板に限定されるはずであるが、デバイスから効果的に結合することができる。より小さいスケールのパターン化、ならびにマイクロレンズおよびパターン形成されたメサの使用で強化を実現することができる。
本明細書に記載したような実施形態は、当技術分野の顕著な短所に対処することができる。本明細書に記載した発光機構は、ピクセルベースのディスプレイデバイスの中の光非放射領域から光を抽出する、改良されたメカニズムを提供することができる。これらのデバイスは、改善された効率およびコストを潜在的に提供することができる。したがって、本明細書に記載した実施形態は、光放射領域および光非放射領域を備える層を含むデバイスを提供する。光抽出機構は光非放射領域の上に配置される。光抽出機構は、それによって導波管モードに起因する光損失を最小限にする、ディスプレイデバイスの透過層の表面を変更する働きをすることができる。一実施形態では、表面の変更は、光非放射領域で機械的にひっかき、または浮き彫りにし、くぼませることによる表面の物理的な変更を含むことができる。別の実施形態では、表面の変更は、ディスプレイデバイスの透過層とおおよそ等しい屈折率を有する光抽出素子を、光非放射領域に取り付けることを含むことができる。さまざまな実施形態では、光抽出素子には、球、マイクロレンズ配列、２次元フォトニック結晶構造、適切な屈折率を有する、台形の形状または角錐の形状の素材が含まれ得る。
再び図５を参照すると、一実施形態では、ディスプレイデバイス５００は、バリア層、耐摩耗層、接着層、化学的耐性層、光輝性層、放射線吸収層、放射線反射層、平坦層、光拡散層、および光管理フィルムのうちの１つまたは複数のような、別の層（図には示されず）を含むことができる。また、これらの層は、本明細書で考察したその他の実施形態においても存在することができる。
本明細書で説明したさまざまな層を固定または配置することは、スピンコーティング、ディップコーティング、リバースロールコーティング、巻き線型またはＭＡＹＥＲロッドコーティング、ダイレクトおよびオフセットのグラビアコーティング、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、ホットメルトコーティング、カーテンコーティング、ナイフオーバロールコーティング、押出しエアナイフコーティング、スプレーコーティング、ロータリスクリーンコーティング、マルチレイヤスライドコーティング、共有押出しメニスカスコーティング、コンマおよびマイクログラビアコーティング、リトグラフ処理、ラングミュア処理、ならびに、フラッシュ蒸発、蒸着、プラズマ化学気相成長法「ＰＥＣＶＤ」、無線周波プラズマ化学気相成長法「ＲＦＰＥＣＶＤ」、拡張熱プラズマ化学気相蒸着法「ＥＴＰＣＶＤ」、電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相成長法「ＥＣＲＰＥＣＶＤ」、誘導結合プラズマ化学気相成長法「ＩＣＰＥＣＶＤ」、および、反応性スパッタリングを含むスパッタリング技法などの、既知の技法を使用して実行することができる。
本明細書に記載した実施形態は、特許請求の範囲に列挙した本発明の構成要素に対応する構成要素を有する組成物、構造、システムおよび方法の例である。この書面による明細によって、特許請求の範囲に列挙した本発明の構成要素に同様に対応する代替の構成要素を有する実施形態を、当業者が作成し使用することが可能になる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲の文言と相異のない組成物、構造、システムおよび方法を含み、さらに、特許請求の範囲の文言と実質的に相異のない他の構造、システムおよび方法を含む。本明細書においては、ある特定の機構および実施形態だけを説明および記載したが、当業者は多くの修正形態および変更形態を思いつくことができる。添付の特許請求の範囲はそれらの修正形態および変更形態のすべてをカバーする。
１００ ＯＬＥＤ構成の概略側面図
１１０ ＯＬＥＤ
１１２ アノード
１１４ 発光層
１１６ カソード
１１８ ＯＬＥＤ
１２０ アノード
１２２ 正孔注入層
１２４ 発光層
１２６ カソード
１２８ ＯＬＥＤ
１３０ アノード
１３２ 正孔注入層
１３４ 発光層
１３６ 電子注入層
１３８ カソード
２００ ＯＬＥＤ
２１０ 第１のユニット
２１２ 第２のユニット
２１４ 基板
２１６ アノード
２１８ カソード
２２０ 放射光
２２２ 第１の正孔輸送層
２２４ 第１の発光層
２２６ 第１の電子輸送層
２２８ 第２の正孔輸送層
２３０ 第２の発光層
２３２ 第２の電子輸送層
３００ ディスプレイデバイス
３１０ 基板
３１２ ＯＬＥＤ
３１４ ＯＬＥＤ
３１６ ＯＬＥＤ
３１８ 間隔
３２０ 間隔
３２２ アノード
３２４ 有機発光層
３２６ 有機発光層
３２８ カソード
３３０ 光
３３２ 光放射領域
３３４ 光放射領域
３３６ 光放射領域
３３８ 光非放射領域
３４０ 光非放射領域
３４２ ディスプレイデバイス３００の概略上面図
３４４ 光非放射領域
３４８ 光放射領域
５００ ディスプレイデバイス
５１０ 層
５１２ 基板
５１４ ＯＬＥＤ
５１６ ＯＬＥＤ
５１８ ＯＬＥＤ
５２０ 間隔
５２２ 間隔
５２４ 光
５２６ 光放射領域
５２８ 光放射領域
５３０ 光放射領域
５３２ 光非放射領域
５３４ 光非放射領域
５３６ 光抽出機構
５３８ 光抽出機構
５４０ 光
６００ ディスプレイデバイス
６１０ 層
６１２ 基板
６１４ ＯＬＥＤ
６１６ ＯＬＥＤ
６１８ ＯＬＥＤ
６２０ 間隔
６２２ 間隔
６２４ 光
６２６ 光放射領域
６２８ 光放射領域
６３０ 光放射領域
６３２ 光非放射領域
６３４ 光非放射領域
６３６ かき傷
６３８ かき傷
６４０ 光
７００ ディスプレイデバイス
７１０ 層
７１２ 基板
７１４ ＯＬＥＤ
７１６ ＯＬＥＤ
７１８ ＯＬＥＤ
７２０ 間隔
７２２ 間隔
７２４ 光
７２６ 光放射領域
７２８ 光放射領域
７３０ 光放射領域
７３２ 光非放射領域
７３４ 光非放射領域
７３６ くぼみ
７３８ くぼみ
７４０ 光
７４２ 基板導波モード
８００ ディスプレイデバイス
８１０ 層
８１２ 基板
８１４ ＯＬＥＤ
８１６ ＯＬＥＤ
８１８ 間隔
８２０ 光
８２２ 光放射領域
８２４ 光放射領域
８２６ 光非放射領域
８２８ くぼみ
８３０ 深さ
８３２ 間隔
９００ ディスプレイデバイス
９１０ 層
９１２ 基板
９１４ ＯＬＥＤ
９１６ ＯＬＥＤ
９１８ 間隔
９２０ 光
９２２ 光放射領域
９２４ 光放射領域
９２６ 光非放射領域
９２８ くぼみ
９３０ 間隔
９３２ 深さ
１０００ ディスプレイデバイス
１０１０ 層
１０１２ 基板
１０１４ ＯＬＥＤ
１０１６ ＯＬＥＤ
１０１８ ＯＬＥＤ
１０２０ 間隔
１０２２ 間隔
１０２４ 光
１０２６ 光放射領域
１０２８ 光放射領域
１０３０ 光放射領域
１０３２ 光非放射領域
１０３４ 光非放射領域
１０３６ 屈折率整合球
１０３８ 屈折率整合球
１０４０ 光
１１００ ディスプレイデバイス
１１１０ 層
１１１２ 基板
１１１４ ＯＬＥＤ
１１１６ ＯＬＥＤ
１１１８ ＯＬＥＤ
１１２０ 間隔
１１２２ 間隔
１１２４ 光
１１２６ 光放射領域
１１２８ 光放射領域
１１３０ 光放射領域
１１３２ 光非放射領域
１１３４ 光非放射領域
１１３６ 屈折率整合ミクロスフェア
１１３８ 屈折率整合ミクロスフェア
１１４０ 光
１２００ ディスプレイデバイス
１２１０ 層
１２１２ 基板
１２１４ ＯＬＥＤ
１２１６ ＯＬＥＤ
１２１８ ＯＬＥＤ
１２２０ 間隔
１２２２ 間隔
１２２４ 光
１２２６ 光放射領域
１２２８ 光放射領域
１２３０ 光放射領域
１２３２ 光非放射領域
１２３４ 光非放射領域
１２３６ 屈折率整合マイクロレンズ
１２３８ 屈折率整合マイクロレンズ
１２４０ 光
１３００ ディスプレイデバイス
１３１０ 層
１３１２ 基板
１３１４ ＯＬＥＤ
１３１６ ＯＬＥＤ
１３１８ ＯＬＥＤ
１３２０ 間隔
１３２２ 間隔
１３２４ 光
１３２６ 光放射領域
１３２８ 光放射領域
１３３０ 光放射領域
１３３２ 光非放射領域
１３３４ 光非放射領域
１３３６ ２次元フォトニック結晶
１３３８ ２次元フォトニック結晶
１３４０ 光
１４００ ＯＬＥＤデバイス
１４１０ 層
１４１２ 基板
１４１４ ＯＬＥＤ
１４１６ ＯＬＥＤ
１４１８ ＯＬＥＤ
１４２０ 間隔
１４２２ 間隔
１４２４ 光
１４２６ 光放射領域
１４２８ 光放射領域
１４３０ 光放射領域
１４３２ 光非放射領域
１４３４ 光非放射領域
１４３６ 光抽出機構
１４３８ 光抽出機構
１４４０ 光
１４４２ 反射コーティング
１４４４ 反射コーティング
１５００ ＯＬＥＤデバイス
１５１０ 層
１５１２ 基板
１５１４ ＯＬＥＤ
１５１６ ＯＬＥＤ
１５１８ ＯＬＥＤ
１５２０ 間隔
１５２２ 間隔
１５２４ 光
１５２６ 光放射領域
１５２８ 光放射領域
１５３０ 光放射領域
１５３２ 光非放射領域
１５３４ 光非放射領域
１５３６ 光抽出機構
１５３８ 光抽出機構
１５４０ 光
１５４０ 透過導電性酸化物層
１５４２ 有機発光層
１５４４ 透過導電性酸化物層
１５４６ 有機発光層
１５４８ 透過導電性酸化物層
１５５０ 有機発光層
１５５２ 屈折率整合機構
１５５４ 屈折率整合機構
１５５６ 屈折率整合機構
１６００ ＯＬＥＤデバイス
１６１０ 層
１６１２ 基板
１６１４ ＯＬＥＤ
１６１６ ＯＬＥＤ
１６１８ ＯＬＥＤ
１６２０ 間隔
１６２２ 間隔
１６２４ 光
１６２６ 光放射領域
１６２８ 光放射領域
１６３０ 光放射領域
１６３２ 光非放射領域
１６３４ 光非放射領域
１６３６ 光抽出機構
１６３８ 光抽出機構
１６４０ 光
１６４０ 透過導電性酸化物層
１６４２ 有機発光層
１６４４ 透過導電性酸化物層
１６４６ 有機発光層
１６４８ 透過導電性酸化物層
１６５０ 有機発光層
１６５２ 屈折率整合層
１８００ ＯＬＥＤ構造
１８１０ カソード層
１８１２ 電子輸送層
１８１４ 発光層
１８１６ 正孔輸送層
１８１８ 透過導電性酸化物層
１８２０ 基板層
１８２２ 屈折
１８２４ ＩＴＯ／有機導波モード
１８２６ 基板導波モード
１８２８ 漏れ

Claims (20)

  1. 光放射領域および光非放射領域を含む層と、
    前記光非放射領域の上に配置された光抽出機構と
    を含むデバイス。
  2. 前記光放射領域が前記層のあらかじめ決められた部分に配置された発光素子に対応する、請求項１記載のデバイス。
  3. 前記光非放射領域が前記発光素子を含まない前記層の一部に対応する、請求項１記載のデバイス。
  4. 前記層が基板層を含む、請求項１記載のデバイス。
  5. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された表面収差を含む、請求項１記載のデバイス。
  6. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置されたくぼみまたはかき傷を含む、請求項５記載のデバイス。
  7. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された屈折率整合素子を含む、請求項１記載のデバイス。
  8. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された屈折率整合球を含む、請求項１記載のデバイス。
  9. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された屈折率整合マイクロレンズを含む、請求項１記載のデバイス。
  10. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された屈折率整合ミクロスフェアを含む、請求項１記載のデバイス。
  11. 前記光抽出機構が前記層の中の前記光非放射領域の上に配置された２次元フォトニック結晶機構を含む、請求項１記載のデバイス。
  12. 前記層の縁部に反射コーティングをさらに含む、請求項１記載のデバイス。
  13. 前記層の上に配置された透過導電性酸化物層をさらに含む、請求項１記載のデバイス。
  14. 屈折率整合機構が前記透過導電性酸化物層と前記層の間に配置された、請求項１３記載のデバイス。
  15. 屈折率整合層が前記透過導電性酸化物層と前記層の間に配置された、請求項１３記載のデバイス。
  16. 層と、
    前記層の上でお互いから間隔をおいて配置された複数の発光素子であって、前記層が、複数の光放射領域および光非放射領域を画定し、前記層が、前記複数の発光素子に対応する複数の光放射領域および前記複数の発光素子の間の前記間隔に対応する複数の光非放射領域を含む、発光素子と、
    前記層の中の前記複数の光非放射領域のうちの１つまたは複数の上に配置された光抽出機構と
    を含むデバイス。
  17. 前記発光素子間の前記間隔が約１０ミクロンから約１０ミリメートルの範囲内である、請求項１６記載のデバイス。
  18. 複数の発光素子を支える層を提供するステップであって、前記複数の発光素子がお互いからあらかじめ決められた間隔で配置される、ステップと、
    前記複数の発光素子に対応する複数の光放射領域を前記層の上に形成し、前記発光素子間の前記あらかじめ決められた間隔に対応する複数の光非放射領域を前記層の中に形成するステップと
    前記複数の光非放射領域と一致するように光抽出機構を前記層の上に配置するステップと
    を含む方法。
  19. 前記光抽出機構を配置するステップが前記層の中の前記複数の非放射領域の上に表面収差を配置するステップを含む、請求項１８記載の方法。
  20. 前記光抽出機構を配置するステップが前記層の中の前記複数の非放射領域の上に屈折率整合素子を配置するステップを含む、請求項１８記載の方法。
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