KR100513439B1 - 광 반사 구조체를 보유한 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
발광 장치는 기판(1100), 기판 내에 또는 기판 상에 위치된 광 반사 구조체(1110), 및 광 반사 구조체(1110) 내에 또는 구조체 상에 위치된 유기 발광 장치(1000)를 포함한다. 본 발명의 발광 장치는 도파를 최소화하여 효율, 명도 및 해상도를 증가시킨다.
Description
본 발명은 유기 발광 장치(OLED)들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 효율을 최대화 하고 도파(waveguiding)로 기인된 손실들을 최소화하도록 설계된 발광 장치에 관한 것이다.
전자 디스플레이는 텔레비젼 세트, 컴퓨터 단말기, 원거리 통신 장비 및 많은 기타 응용품들과 같은 장치들에 사용된다. 현재 이용 가능한 전자 디스플레이들의 유형과 더불어, 평판 디스플레이 기술은 상당히 흥미있고 진보가 계속해서 이 분야에서 이루어지고 있다. 어떤 디스플레이 기술을 위한 바람직한 요소들도 고 해상도, 총 천연색 디스플레이를 우수한 광 수준 및 경쟁력 있는 가격으로 제공하는 능력을 포함한다.
전류에 의해 여기될 때 광을 방사하는 박막 물질들을 사용하는 유기 발광 장치(OLED)들은 평판 디스플레이 기술의 더욱 널리 보급되는 형태가 되고 있다. 현재, 가장 바람직한 유기 방사 구조체는 이중 헤테로구조체(DH) OLED로 칭해지며, 도 1A에 도시된다. 이런 디바이스에서, 유리 기판층(10)은 인듐 주석 산화막(ITO)(11)의 박막층으로 코팅된다. 다음에, 박막(100-500Å) 유기 정공 전달층(HTL)(12)이 ITO층(11) 상에 증착된다. HTL(12)의 표면상에 증착된 층은 박막(통상적으로, 50Å - 500Å) 방사층(EL)(13) 이다. EL(13)은 100-1500Å두께의 전자 이송층(ETL)(14)으로부터 주입된 전자들이 HTL(12)로부터의 정공들과 재결합하기 위한 위치를 제공한다. 선행 기술 ETL, EL 및 HTL 물질들의 실예들은 미국 특허 제 5,294,870호에 기술되며, 그 기술 내용들이 참고로 본문에 인용된다.
종종, EL(13)은 색을 조율하고 OLED의 전계발광 효율을 증가시키기 위해 형광 염료로 크게 도핑된다. 도 1A에 도시된 디바이스는 금속 접촉부(15,16)들 및 상단 전극층(17)을 증착하여 완성된다. 접촉부(15,16)들은 통상적으로 인듐 또는 Ti/Pt/Au로 제조된다. 전극(17)은 종종 유기 ETL(14)에 직접 접촉하는 MG/AG(17')와 같은 합금, 및 Mg/Ag 상의 금(Au) 또는 은(Ag)같은 두껍고 높은 일함수의 금속층(17")으로 구성되는 이중층 구조체이다. 두꺼운 금속층(17")은 불투명하다. 적절한 바이어스 전압이 상단 전극(17) 및 접촉부(15,16)들 사이에 인가될 경우, 유리 기판(10)을 통해 방사층(13)으로부터 광 방사가 일어난다. 도 1A의 LED 디바이스는 통상적으로 방사의 색 및 장치 구조체에 따라, 0.05% 내지 2%의 발광 외부 양자 효율을 가진다.
다른 알려진 유기 방사 구조체는 단일 헤테로구조체(SH) OLED로 칭해지는 것으로, 도 1B에 도시된다. 이 구조체 및 DH 구조체의 차이점은 EL 및 ETL 두 기능 모두로 작용하는 다기능층(13')에 있다. 도 1B 디바이스의 한 가지 제한점은 다기능층(13')이 우수한 전자 전달 능력을 갖추어야만 하는 점이다. 그렇지 않으면, 도 1A의 디바이스에 관해 도시된 것처럼 분리된 EL 및 ETL 층들이 포함되어져야 한다.
더 다른 알려진 LED 디바이스가 도 1C에 도시되어, 단일층(폴리머) OLED의 통상적인 단면도를 예시한다. 도시된 것처럼, 디바이스는 박막 ITO층(3)으로 코팅된 유리 기판(1)을 포함한다. 실예로, 스핀 코팅된 폴리머의 박막 유기층(5)이 ITO층(3) 위에 형성되어 이전에 기술된 디바이스들의 HTL, ETL 및 EL 층들의 모든 기능들을 제공한다. 금속 전극층(6)은 유기층(5) 위에 형성된다. 금속전극층은 통상적으로 Mg, Ca 또는 기타 보통 사용되는 낮은 일함수의 금속 원소이다.
실예로, 발광 화소들(pixel)용 유기 화합물들을 도입하는 다중색 전계발광이미지 디스플레이 장치는 미국 특허 제 5,294,870호에 기술된다. 이 특허에는 청색 광을 방사하는 유기 매체를 포함하는 다수의 발광 화소들이 기술된다. 형광 매체들은 청색 OLED 및 기판 사이의 특정 부분의 화소들에 배치된다. 형광 매체들은 청색 OLED에 의해 방사된 광을 흡수하여 동일 화소의 다른 영역들에 적색 및 녹색광을 방사한다. 이런 디스플레이의 한 가지 단점은 한 화소로부터 인접 화소들로의 유리 기판을 통한 광의 도파가 흐려지고, 색이 번지는, 이미지 해상도의 결핍 및 도파된 광의 손실을 초래할 수 있는 점이다. 이런 문제는 도 1A에 도시된 디바이스를 위해 도 1D에 간략하게 도시되며 Chemical Physics Letters 433(1996년)의 D.Z. Garbuzov등의 저서 "Photoluminescence Efficiency and Absorption of Aluminum Tri-Quinolate(Alq3) Thin Films" 249에 더 기술되며, 본문에 참고로 인용된다. 이 디바이스의 부가적인 문제는 투명 전도층으로 사용된 ITO가 고 손실 물질이어서 ITO층에 의해 도파된 광의 흡수를 초래하게 된다는 것이다. 이런 및 기타 선행 기술 디바이스들이 부딪친 하나의 부가적인 문제는 LED 상호연결 라인들이 개별적인 화소들을 둘러싸는 암선들로 관측자에 의해 관측될 수 있어, 디스플레이의 입상(granularity)을 증가시키고 해상도를 제한한다는 것이다.
본 발명의 요약
본 발명은 증가된 효율 및 도파되지 않으면 유용한 광 방사의 도파로 기인되는 손실들의 감소를 위해 광 반사 구조체들을 사용하는 단색 및 다중색 발광 장치들을 포함한다. 본 발명의 각각의 실시예들은 기판, 그 기판 상에 또는 그 내에 위치되는 광 반사 구조체 및 광 반사 구조체 상에 또는 그 내에 위치된 OLED를 포함한다. 광 반사 구조체는 상단부 및 하단부를 특징으로 하는 것으로, OLED로부터 방사된 광이 하단부로 안내되도록 상단부가 하단부보다 더 좁다.
한 양태에 있어, 본 발명의 발광 장치들은 다수의 화소들을 포함하는데, 그 각각의 화소는 각벽(angle-walled)으로된 메사(mesa) 형태의 적어도 하나의 광 반사 구조체를 보유한다. 본 발명에 사용된 메사들은 끝이 잘린 피라미드의 형태로 이루어지며, 그 각각은 광이 측벽들로부터의 반사를 통해 그 상단부로부터 그 하단부 방향으로 안내되도록 하단부보다 더 좁은 상단부를 가진다.
다른 양태에 있어, 본 발명의 발광 장치들은 광 방사를 집중하도록 형성된다. 이런 장치들은 각각 투명 기판, 그 기판 상의 광 반사층, 그 광 반사층 상의 도파층 형태의 광 반사 구조체 및 도파층 상의 적어도 하나의 OLED를 포함한다. 광 반사층은 그 내부에 적어도 하나의 개구를 가진다. OLED들로부터 방사된 광은 광 반사 구조체 측벽들 및 광 반사층으로부터 반사되어 광이 기판을 통해 방사하도록 광 반사층내 개구를 통해 안내된다.
제 1 실시예에 있어서, 본 발명의 발광 장치는 다수의 화소들을 포함하는데, 그 각각의 화소는 투명 기판 상에 3개의 메사들로 장치된 발광 디바이스들을 포함하는 것으로, 상기 메사들중 제 1 메사는 청색 광 방사체로 작동하며, 상기 3개의 메사들중 제 2 메사는 녹색 광 방사체로 작동하고 상기 3개의 메사들중 제 3 메사는 적색 광 방사체로 작동한다. 이 실시예에서, 각 메사의 하단부는 기판에 바로 인접하여 각각의 메사에 의해 방사된 광이 기판쪽으로 안내된다.
제 2 실시예에 있어서, 본 발명의 발광 장치는 다수의 화소들을 포함하는데, 그 각각의 화소들은 3개의 반전 각벽으로된 메사들에 장치된 발광 디바이스들을 포함하는 것으로, 상기 3개의 반전 메사들중 제 1 메사는 청색 광 방사체로 작동하며, 상기 3개의 반전 메사들중 제 2 메사는 녹색 광 방사체로 작동하고 상기 3개의 반전 메사들중 제 3 메사는 적색 광 방사체로 작동한다. 이 실시예에 있어, 각각의 메사의 상단부가 바로 기판에 인접하여 각각의 메사에 의해 방사된 광이 기판으로부터 반사되기 때문에 메사들이 "반전" 되는 것으로 취급된다. 반전 메사들은 기판 상에 또는 기판내에 배치된다.
제 3 실시예에 있어서, 본 발명의 발광 장치는 다수의 화소들을 포함하는데, 그 각각의 화소는 청색, 녹색 및 적색 OLED들의 적층된 구조체 덕분에 청색, 녹색 또는 적색이, 홀로 또는 조합되어 방사체로 작동하는 단일 메사 또는 반전 메사로 장치된 발광 디바이스들을 포함한다.
제 4 실시예에 있어서, 본 발명의 발광 장치가 투명 기판, 그 기판 상의 광 반사층, 그 광 반사층 상의 도파층 형태의 광 반사 구조체 및 본 발명의 도파층 상의 적어도 하나의 OLED를 포함한다. 도파층은 상단 표면, 하단 표면 및 적어도 3개의 측면을 가지는데, 그 측면들중 하나는 기판에 대해 90도 이하의 각도로 되어 있고 나머지 측면들은 기판과 수직으로 된다. OLED들로부터 방사된 광은 광 반사층 및 도파층 측면들로부터 반사된다. 그러므로, 방사된 광은 기판을 통해 방사하기 위해 광 반사층의 개구를 통해 집중되어 안내된다.
제 5 실시예에 있어서, 제 4 실시예의 도파층은 기판에 대해 90도 이하의 각도로 되는 적어도 두 개의 측면들 및 기판과 수직인 나머지 측면들을 가진다. 광 반사층은 다수의 개구들을 가지는데, 그 개구들은 기판에 대해 90도 이하의 각도인 도파층의 측면들 아래에 위치된다. 그래서, OLED(들)로부터 방사된 광은 광 반사층 및 도파층의 측면들로부터 반사된다. 그러므로, 방사된 광은 기판을 통해 방사되어 공통 초점에 집중되도록 광 반사층내 개구들을 통해 집중되어 안내된다.
도면의 간단한 설명
도 1A는 선행 기술에 따른 통상적인 이중 헤테로구조체 유기 발광 장치(OLED)의 단면도.
도 1B는 선행 기술에 따른 통상적인 단일 헤테로구조체 유기 발광 장치(LED)의 단면도.
도 1C는 선행 기술에 따른 공지된 단일 층 폴리머 LED 구조체의 단면도.
도 1D는 LED 구조체의 통상적인 구조체들의 도파 문제를 도시하는 단면도.
도 2A, 2B 및 2C는 본 발명의 실시예에 따른 청색 유기 발광 장치(OLED)들 및 적색 및 녹색 하향전환 인층들을 사용하는 집적된 3 색 화소들의 단면도.
도 2D 는 본 발명의 실시예에 따른 메사 화소 형태의 청,녹 및 적색 OLED들의 적층된 배열을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 한 실시예의 평면도.
도 4A 내지 4D는 도 2A에 도시된 것처럼 본 발명의 제 1 실시예를 제작하는 방법을 예시하는 단면도.
도 5A 내지 5E는 도 2B에 도시된 것처럼 본 발명의 제 2 실시예를 제작하는 방법을 예시하는 단면도.
도 6A 내지 6D는 도 2D에 도시된 것처럼 본 발명의 제 3 실시예를 제작하는 방법을 예시하는 단면도.
도 7A 내지 7B는 각각 본 발명의 실시예의 단면도 및 평면도.
도 7C는 도 7A에 도시된 디바이스의 반전된 변형의 단면도.
도 8A 및 8B는 각각 본 발명의 실시예의 단면도 및 평면도.
도 9는 내부 반사를 위해 임계각 θC 가 θ＞θC 임을 예시하는 간략도.
도 10A-10B는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 몇 개의 OLED 변형들을 도시하는 단면도.
도 11A-11B는 방사 광의 강도 및 장치 효율 각각에 미치는 발광 장치 길이의 영향을 예시하는 그래프.
본 발명의 제 1 실시예가 도 2A에 도시된다. 이 실시예에 있어서, 메사 구조체들의 형태로된 광 반사 구조체의 콜리메이팅 효과 때문에 도파가 감소되어 방사 출력이 증가된다. 이 콜리메이션은 메사 구조체의 각진 벽들로부터의 전반사에 의해 또는 각진 벽들 상에 증착된 금속으로부터의 거울 반사에 의해 얻어진다.
도 2A에 도시된 디바이스는 공통 기판(37)상에 3 개의 메사 적층들을 가지는 화소들을 포함하는 것으로, 특정 적층에 따라, 적층들은 청색 OLED층(20) 및 각각 표시부호 21 및 22로 표시된, 적색 및/또는 녹색 다운컨버젼 인(downconversion phosphor)들을 포함한다. 기판(37)은 일반적으로 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱 같은 투명 물질로 제조된다. OLED층은 당 기술분야에 잘 공지된 것처럼, DH 또는 SH 형태, 또는 폴리머계 OLED의 단일층으로 구성된다.
장치(24)는 각각의 장치(27,28)의 상단부를 또한 형성하기 위해 수평으로 연장되는 청색 OLED를 포함하는 청색 방사체이다. 장치(27)는 청색 OLED 및 적층 하단부의 녹색 다운컨버젼 인(22)을 포함하는 것으로, 인(22)을 이용해 OLED(20)로부터의 청색광을 녹색광으로 전환하는 녹색 방사체이다. 제 3 장치(28)는 청색 OLED(20) 및 녹색 다운컨버젼 인(22) 사이에 배치된, OLED(20)로부터의 청색 광을 적색 광으로 전환하는 적색 다운컨버젼 인(21)을 포함한다. 이런 경우, 적색 광은 적색 광에 대해 투명한 녹색 인(22)을 통해 흡수되지 않고 통과한다. 녹색 다운컨버젼 인(22)은 용이한 제작을 위해 장치(28)내에 남겨진다. 변형적으로, 제 3 장치(28)는 적층 하단부에 청색 OLED(20) 및 적색 다운컨버젼 인(21)을 포함하여, 적색 인을 사용해 OLED(20)로부터의 청색 광을 녹색 다운컨버젼 인층을 통과하지 않고 적색 광으로 전환한다. 제 3 장치(28)의 더 다른 변형 배치에 있어서, 녹색 다운컨버젼 인층이 청색 OLED(20) 및 적색 다운컨버젼 인(21) 사이에 위치되는 것이다. 이런 배치에 있어, 녹색 다운컨버젼 인(22)이 OLED(20)로부터 방사된 청색 광을 녹색 광으로 전환할 것이고 이후에 적색 다운컨버젼 인(21)이 이 녹색 광을 적색 광으로 전환한다. 그러나, 장치 효율이 증가된 수의 다운컨버젼 단계들과 더불어 감소되는 경향이 있기 때문에, 이런 배치는 일반적으로 바람직하지 않다. 비록 도 2A에 도시된 실시예에서는 다운컨버젼 인층들이 사용되지만, 장치(24,27,28)들은 다운컨버젼 인층들을 사용하지 않고 대신 청색, 녹색 및 적색 OLED들을 사용할 수 있다.
장치(24,27,28)들 중 어느 메사 벽들은 도파를 최소화하거나 방지하기 위해서, 비록 기판에 대해 약 35°~ 45°가 바람직하지만, 임의의 예각으로도 구성될 수 있다. 장치(24,27,28)들의 하단부 대부분을 구성하는 콜리메이팅(collimating) 유전체층(19)은 각지게되어 있어, 보통은 측면 화소들로 도파되어 색 번짐과 해상도 및 명도의 손실을 일으키는 광이 메사 측벽들 및 선택적인 반사체(47)들로부터의 반사에 의해 대신 기판(37) 밖으로 안내된다. 이런 반사는 유전체층(19)으로부터 기판을 통해 빠져나와 빔(R)을 증가시키도록 작동되는 빔 R2로 도시된다.
선택적인 반사체(47)는 실예로, 알루미늄, 은, Mg/Al 또는 어느 다른 적절한 물질과 같은 물질들로 제작된다. 반사체로서의 작동에 부가하여, 반사체(47)들은 도 3에 도시된 것처럼 금속 층(26)들과 결합되도록 반사체(47)들을 연장하여 상호 결합으로 사용될 수 있다. 상호 결합으로 반사체(47)들을 사용하는데 대한 한가지 분명한 장점은 이런 상호 결합부들이 인접 메사들 사이에 위치되어 이것이 관측자로부터 감춰지는 점이다. 그러므로, 결국 디스플레이는 통상적인 디스플레이 디바이스들에서 빈번히 발견되는 인접 화소들 사이의 암선(dark line)들을 가지지 않는다.
단순성을 위해, 본 발명에 사용된 OLED 디바이스들이 도면들에서 단일층들 처럼 도시된다. 그러나, 당 기술분야에 잘 알려지고 본문에 기술된 것처럼, OLED가 그 보조층들이 디바이스가 DH 구성인지 SH 구성인지에 따르는 배치인 단일층 폴리머가 아닌 경우에 이들 층들은 다수의 보조층(sub-layer) 들을 실제로 포함한다.
실예로, DH OLED가 본 발명에 사용된다면, OLED 장치(20)는 진공증착 또는 그 상에 성장되거나 그렇지 않으면 ITO층의 표면상에 증착된 HTL로 구성될 것이다. 상단 ETL은 전자 및 HTL 사이에 EL을 삽입한다. 각각의 HTL, ETL, ITO 및 유기 EL층들은 그들의 조성물 및 최소의 두께들 때문에 투명하다. 각각의 HTL은 50-1000 Å두께일 수 있고; 각각의 EL은 50-500 Å두께 일 수 있으며; 각각의 ETL은 50 - 1000 Å 일 수 있고; ITO층은 1000-4000 Å 두께일 수 있다. 최적의 성능 및 저 전압 작동을 위해, 각각의 유기층들이 상기 범위들의 하부 단부들을 향해 바람직하게 유지되어야 한다. 장치(24,27,28)(ITO/금속층들은 제외)는 각각 바람직하게 500Å 두께 정도이다. 실예로, 적절한 유기 ETL, EL 및 HTL 물질들이 미국 특허 제 5,294,870호에서 발견될 수 있다.
ETL의 상단상에 형성된 층은 낮은 일함수(바람직하게, <4eV)의 금속층(26M)이다. 금속층(26M)의 적절한 대상물로 Mg, Mg/Ag 및 Li/Al이 포함된다. 금속층(26M)의 상단상에 증착된 층은 전기 접촉부를 형성하는데 적합한 다른 도전층(26I)이다. 실예로, 도전층(26I)은 ITO, Al, Ag 또는 Au로 제작될 수 있다. 편의를 위해, 금속화물층(26M, 26I)들의 이중층 구조체는 금속층(26)으로 칭해진다. 단자(26T)는 그것에 전기 접속을 위해 금속층(26)상에 형성되며 In, Pt, Au, Ag 및 그 화합물들, 또는 당 기술분야에 공지된 어느 적절한 물질로도 제작 될 수 있다.
SH OLED 구조체가 DH OLED 디바이스들보다는 오히려 장치(24, 27, 28)들을 제공하는데 사용된다면, 도 1B의 SH에 대해 이전에 기술된 것처럼, 층(13')과 같은 단일 다기능층에 의해 ETL 및 EL층들이 제공된다. 이런 층(13')은 Al-퀴놀레이트 또는 층(13')의 다기능 목적을 성취할 수 있는 기타 공지된 물질들이다. 그러나, SH OLED 적층들 위의 DH OLED 적층들의 장점은 DH OLED 적층들이 일반적으로 더 높은 효율들을 허용한다는 점이다.
각각의 장치(24,27,28)들의 OLED들에 걸리는 전압들은 소기의 합성된 방사색 및 명도를 어느 순간의 시간에 특정 화소에 제공하도록 제어된다. 분명히, 장치(24)는 청색광을 방사하고, 장치(27)는 녹색광을 방사하며 장치(28)는 적색광을 방사한다. 더구나, 장치(24,27,28)들의 다른 조합들이 각각의 장치(24,27,28)들내 전류의 크기에 부분적으로 좌우되어 각각의 화소에 대한 광의 소기의 색을 선택적으로 얻기 위해 작동될 수 있다.
장치(24,27,28)들은 배터리(32,31,30)들에 의해 각각 순방향 바이어스 될 수 있다. 도 2A에서, 전류는 각각의 배터리(32,31,30)의 양(+) 단자로부터 각각의 장치 각각의 층들을 통해 그 관련 디바이스의 음극 단자(26T)로 흐르며 도전층(35)들 상에 형성된 양극 단자(35T)들로부터 각각의 배터리(32,31,30)의 음(-) 단자로 흐른다. 결과적으로, 광은 각각의 장치(24,27,28)들내 OLED층으로부터 방사된다. 절연층(25)은 음극 및 양극층들이 단락되는 것을 방지한다. 실예로, 화소들이 디스플레이로 집적될 때, 양극 및 음극 단자들은 디스플레이의 테두리에 생성된다.
각각의 장치(24,27,28)는 접촉부(35)와 층(21,22,19) 각각의 사이에 TiO2와 같은 저손실, 고 굴절율 유전체 물질층(36)을 선택적으로 포함한다. 층(36)은 접촉부(35)가 ITO로 제작될 때 특히 바람직한 것으로, ITO는 고손실 물질로서 청색 OLED층(20)으로부터의 광이 접촉부(35)로 용이하게 도파되어 그 접촉부(35)에 의해 흡수된다. TiO2 및 ITO에 대한 굴절율들은 각각 2.6 및 2.2에 근사한다. 그러므로, 층(36)은 ITO로의 도파 및 흡수를 충분히 제거하며, 청색 OLED층(20)으로부터 방사된 광은 층(36)을 통해 전달되거나 층(36)내에서 도파되어 메사 측벽들 및 반사체(47)들에 의해 반사된다. 정공 주입 향상 층들처럼, 성능을 향상하는 유사 층들은 중간 층들로 장치(24,27,28)들에 선택적으로 포함된다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어, 도 2A의 디바이스가 반대로 또는 반전된 방식으로 구성되어, 하단보다는 적층의 상단으로부터의 발광을 제공한다. 이런 제 2실시예에 따라, 도 2B에 도시된 것처럼(스케일로 도시되지 않음), "반전" 각진벽의 메사 구조체의 콜리메이팅 작동이 구조체 층들을 따라 도파되는 것을 억제한다. 이 실시예에 있어, 메사들은 각각의 메사의 상단부가 기판에 바로 인접하여 각각의 메사에 의해 방사된 광이 기판 밖으로 안내되기 때문에 메사들이 "반전" 되는 것으로 취급된다. 도 2B의 반전 메사 구조체 없이, 구조체 층들을 따라 도파되는것은 인접 화소로부터 방사된 광에 의해 하나의 화소에 다운컨버젼 층들의 우발적인 광 펌핑을 유도할 수 있는데, 이 현상은 "크로스-토크(ross-talk)" 또는 색번짐으로 알려진다.
도 2B에 도시된 실시예에 있어, SiOx, SiNx, 폴리이미드등과 같은 유전체 물질의 층이 기판(51)상에 증착되고 피트-한정(pit-defining) 구조체(50)들을 형성하도록 에칭하여, 그들 사이에 평평한 하단 피트들이 남겨진다. 피트-한정 구조체(50)들은 디바이스들을 포함하는 층들의 증착에 의해 반전 메사 형태의 장치(24',27',28')들의 형성을 허용한다.
장치(24',27',28')들의 각각의 반전 메사들은 반사 금속 접촉층(56), 절연층(53), 청색 OLED층(20), 유전체층(55) 및 반전 메사 장치(28',27') 각각에 대한 적색 또는 녹색인(21,22)들을 포함한다. 반전 메사 장치(28')는 변형적으로 i) 청색 OLED 층(20) 및 적색 인(21) 사이 또는 ii) 적색 인층(21) 위에 위치된 녹색 인층을 가진다. 금속 접촉층(56)은 알루미늄, 은, Mg/Al 및 그 유사물등으로 제작될 수 있다. 반사체로 작동하는데 부가하여, 금속 접촉층(56)은 바람직하게 상호결합부로 사용된다. 금속 접속층(56)을 상호 결합부로 사용하는 한가지 명확한 이점은 금속 접촉층이 장치(24',27' 28')들 아래에 위치되어 관측자로부터 숨겨진다는 점이다. 그러므로, 결론적으로 디스플레이가 통상적인 디스플레이 디바이스들에서 빈번히 발견되는 인접 화소들 사이의 암선을 가지지 않는다. 각각의 반전 메사는 박막(약 50-200Å)의 낮은 일함수의 금속층(52A) 및 보다 더 두꺼운(약 500-4000Å) ITO 코팅막(52B)을 보유한 투명 접촉 영역(52)을 더 포함한다. 제 1 실시예와 비교해, 배터리(30, 31, 32)들의 극성들이 반전된다. 결과적으로, 장치(24', 27', 28')들을 통해 흐르는 전류가 발광을 위해 순방향 바이어스될 때, 도 2A의 실시예와 비교해 반대방향으로 흐른다.
도 2B에 도시된 실시예는 일반적으로 도 2A에 도시된 실시예보다 고 해상도가 가능하다. 이것은 도 2A에 도시된 실시예 때문으로 발광 영역들 및 기판 표면 사이의 비교적 큰 간격 때문에 각각의 장치(24, 27, 28)들로부터 방사된 비교적 넓은 광빔을 초래할 수 있다. 대조적으로, 도 2B의 각자의 반전 메사 구조체들로부터 방사되는 광빔들은 콜리메이팅 유전체층 또는 기판 물질을 통과 못한다. 결과적으로, 도 2A에 도시된 각각의 메사 디바이스들로부터 방사된 그 광 빔들에 비해볼 때, 도 2B의 반전 메사 장치(24', 27', 28')들로부터는 상대적으로 좁은 광 빔들이 방사된다.
피트-한정 구조체(50)들을 형성하도록 에칭된 유전체층에 의해 반전메사들이 형성되는 도 2B에 도시된 형태에 부가하여, 도 2C에 도시된 것처럼 패턴화된 기판(60)상에 장치(24', 27', 28')들을 형성하여 반전 메사들이 제조될 수 있다. 패턴화된 기판(60)은 내부에 피트들을 보유하는데, 각각의 피트는 충분히 평평한 하단 표면 및 경사진 측벽들을 가진다. 각각의 측벽이 하단 표면과 둔각을 형성하도록 경사지는 것으로, 약 135°~ 145°가 바람직하다. 피트의 깊이는 1000-3000Å정도로 비교적 얇으며 소기의 폭 정도로 될 수 있다. 실예로, 패턴화된 기판(60)은 표준 지향성 에칭공정에 의해 내부에 형성된 피트들을 가지는 Si로 구성될 수 있다. 도 2B 및 2C에 도시된 피트 구조체에 부가로, 곧고 경사진 측벽들을 가지는 다른 단면도들도 역시 가능하다. 실예로, 반원형 또는 유사한 단면을 가지는 피트들이 관찰된다. 부가로, 본 발명의 어떤 실시예의 메사들 또는 반전 메사들이라도 평면도로 보면, 사각형, 삼각형, 원 및 육각형과 같은 사실상 어느 형태로도 배치될 수 있다.
도 2A, 2B 또는 2C로 도시된 어느 실시예들에서도, 바람직하게 OLED의 방사층 및 인층들과 비교해서 그들 사이에 더 작은 굴절율을 가지는 물질들이 없어, OLED에 의해 방사된 모든 광자들은 인에 의해 충분히 흡수된다. 이것은 적색 및 녹색 인들로의 청색 방사 전달 효율을 증가시키는 결과를 초래한다.
다중색 응용품들에 사용될 때, 본 발명의 디스플레이들에 사용된 각각의 화소는 동시에 또는 별개로, 적색, 녹색 및 청색 광을 방사한다. 변형적으로, 단색 응용품들에 사용될 때, 각각의 화소는 단일색을 방사한다.
도 2A에 도시된 본 발명에 실시예에 대한, 공통 기판(37)상에 다중색 LED들을 제작하는 방법이 이제 기술될 것이다. 이 방법은 도 4A-4D에 간략하게 예시되며, 이들은 축척으로 도시되도록 의도되지 않는다. 하기 단계들이 다중색 유기 장치 배열을 얻는데 사용될 수 있다;
1) 기판(37)상에 투명 5-10㎛ 유전체층(19)을 증착하는 단계. 유전체층(19)이 바람직하게 기판(37)의 굴절율과 동일하거나 또는 그 이하의 굴절율을 가져야 한다. 실예로, 층(19)은 SiOX또는 테플론이 될 수 있다.
2) 녹색 인층(22)을 증착하는 단계.
3) SiOX와 같은 에칭-방지의 얇은 유전체층(23)을 증착하는 단계.
4) 적색 인층(21)을 증착하는 단계. 디바이스는 이 단계 이후에 도 4A에 도시된 것처럼 나타난다.
5) 도 4B에 도시된 것처럼 2차원 메사-구조체를 형성하도록 반응성 이온 또는 화학적 습식 에칭(wet chemical etching)을 통해 포토리소그래피 패턴화 하는 단계.
6) 메사들이 1/3로부터 상기 적색인(21)을 제거하기 위해 적절한 화학적 또는 반응성 이온 에칭을 통해 패턴화 및 에칭하는 단계.
7) 메사들의 2/3로부터 상기 녹색인(22)을 제거하기 위해 적절한 화학적 또는 반응성 이온 에칭을 통해 패턴화 및 에칭하는 단계.
8) 상기 메사들의 상단상에 사각의 접촉부(35)들을 제작하기 위해 ITO같은 투명, 도전 물질을 증착하는 단계.
9) 금속들(도시되지 않음)을 증착하고 스트라이프 접촉 금속 종열(column)들을 형성하도록 ITO에 스트라이프 접촉부들을 패턴화 하는 단계. 이런 패턴화는 실예로, Al의 섀도우 마스킹, 리프트-어프(lift-off) 또는 반응성 염화 에칭에 의해 이뤄진다.
10) SiNX같은 절연 유전체(25)를 증착하는 단계. 디바이스가 이 단계 이후에 도 4C에 도시된 것처럼 나타난다.
11) 청색 OLED(20)에 대한 접촉부를 얻기 위해 반응성 이온 또는 습식 에칭을 통해 절연 유전체에 윈도우를 에칭하는 단계.
12) 모든 층들 위에 청색 OLED층(20)을 증착하는 단계. 층(20)은 이미 기술된 것처럼, SH 또는 DH 구조체로 구성될 수 있다.
13) 도 4D에 도시된 것처럼, 모든 층 위에 금속화물(26M, 26I)을 증착하며 메사들의 측면들 상에 횡열-금속(row-metal) 스트라이프 접촉부들 및 금속 반사체(47)들을 패턴화 하는 단계.
비록 상기 목록화된 방법이 도 2A에 도시된 실시예를 제작하는데 사용될 수 있지만, 다른 변형 단계들도 가능하다. 실예로, 각각의 장치(24, 27, 28)들에 대한 메사 기초를 형성하기 위해 층(19)을 증착하여 에칭하는 대신, 동일 목적을 위해 기판(37)을 직접 에칭하여 층(19)에 대한 필요성을 제거한다. 다른 실예로, 인 및 OLED층들이 예비 에칭된 층(19) 또는 예비 에칭된 기판(37)상에 정렬된 섀도우 마스크들에 의해 증착될 수 있다.
도 2B에 도시된 본 발명 실시예에 대한 공통 기판(51)상의 반전 다중색 LED들을 제작하는 방법이 이제 기술될 것이다. 이런 동일 방법이 도 2C에 도시된 실시예를 형성하는데 사용될 수 있으며, 이때 예외로 패턴화된 기판(60)이 피트-한정 구조체들을 기판상에 보유한 평평한 기판(51) 대신에 사용된다. 이 방법이 도 5A-5E에 간략하게 도시되는데 이들은 축척으로 도시되도록 의도되지 않는다. 하기 단계들이 도 2B에 도시된 실시예를 형성하는데 사용될 수 있다:
1) 유전체 코팅막(50)을 기판(51)상에 증착하는 단계로, 유전체 코팅막은 금속박(metal foil), 플라스틱층 또는 기타 적절한 기판 물질일 수 있다. 층(50)은 선택적인 에칭에 따르며 실예로 SiOX, SiNX, 폴리이미드 또는 테플론일 수 있다.
2) 평평한 하단 피트들이 그들 사이에 형성되도록, 영역(50)들이 남겨지게 하기 위해 유전체 코팅막을 에칭하는 단계.
3) 모든 층위에 금속(56)을 증착하며 메사-반사체들 및 횡열-금속 스트라이프 접촉부들을 생성하도록 금속 패턴화 하는 단계.
4) SiO2와 같은 절연층(53)을 증착하는 단계. 이 단계 이후, 디바이스가 도 5A에 도시된 것처럼 나타난다.
5) 청색 OLED(20) 접촉부들을 위해 상기 절연 코팅막에 윈도우를 개방하는 단계.
6) 모든 층 위에 청색 OLED층(20)을 증착하는 단계. 층(20)은 도 2A에 도시된 실시예에 대해 이전에 기술되었지만 층을 이루는데 있어 반전된 SH 또는 DH 구조체로 구성될 수 있다.
7) 투명 ITO-접촉부(52)를 증착하는 단계.
8) 종열 스트라이프-접촉부들의 제작을 위해 상기 투명 ITO(52)를 패턴화하는 단계.
9) SiOX같은 유전체 물질의 층(55)을 증착하는 단계. 이 단계 이후에, 디바이스는 도 5B에 도시된 것처럼 나타난다.
10) 적색 인층(21)을 증착하는 단계로서, 도 5C에 도시된 형태를 결과로 얻는다.
11) 메사의 첫번째 2/3로부터 상기 적색 인(21)을 제거하기 위해 패턴화 및 에칭하는 단계.
12) 녹색 인층(22)을 증착하는 단계로서, 결과로 도 5D에 도시된 형태를 얻는다.
13) 메사의 두번째 2/3로부터 상기 녹색 인(22)을 제거하기 위해 패턴화 및 에칭하는 단계로서, 결과로 도 5E에 도시된 형태를 얻는다.
비록 도 2A, 2B 및 2C가 다중색 디스플레이들에 관한 것이지만, 이 도면들의 메사 및 반전 메사 형태들은 단색 디스플레이들에 적용될 수 있는 것으로, 이 단색 디스플레이들에서는 각각의 화소가 단일 색만을 방사할 수 있는 단일 메사 또는 반전 메사 구조체를 포함한다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어, 청색, 녹색 및 적색 OLED는 도 2D에 도시된 것처럼 적층 형태(100)로 배치된다. 이런 적층 배치는 1994년 12월 13일 출원된 미국 특허 출원 제08/354,674호 및 1995년 12월 6일 출원된 PCT 국제 출원 공개 제 WO 96/19792호에 기술되며, 그 기술들은 본문에 참고로 인용된다. 본 발명은 이미 논의된 것처럼 도파를 최소화하고 효율을 최대로하기 위해 이 적층 배치를 메사 구조체와 결합하여 사용한다. 도 2D에 도시된 실시예에 있어, 청색(20), 녹색(110) 및 적색(111) OLED들은 각각의 디바이스가 별개의 바이어스 전위를 수용하여 적층을 통해 광을 방사하도록 투명 전도층(26)에 의해 나머지로부터 하나로 분리된 각각의 OLED를 사용하여 나머지 상에 적층된 하나이다. 각각의 OLED(20, 110, 111)는, 이미 기술된 대로, SH 또는 DH 형태로 구성될 수 있다. 도 2D에 도시된 것처럼, OLED(20, 110, 111)들의 적층 배치는 도전층(112), 유전체층(19) 및 투명 기판(37)상에 위치된다.
각각의 도전층(26)은 Mg, Mg/Ag및 Li/Al과 같은 금속층(26M) 및 전기 접촉부를 형성하기에 적합한 부가적인 도전층(26I)을 포함한다. 물론, OLED(20, 110, 111)들 사이 및 기판(37)과 OLED(20) 사이의 모든 도전층들은 충분히 투명해야 한다. 그러나, OLED(111)상의, 적층의 상단에 있는 도전층(26)은 투명할 필요가 없으며 바람직하게는 반사적이다. 단자(26T)는 전기 접촉을 위해 금속층(26)상에 형성되며 In, Pt, Au, Ag 및 그들의 조합물 또는 당 기술분야에 알려진 어떤 적절한 물질로도 제작될 수 있다.
적층 형태(100)는 TiO2같은 저손실, 고 굴절율 유전체 물질을 도전층(112) 및 유전체층(19) 사이에 선택적으로 포함한다. 층(36)은 OLED층(20, 110, 111)들로부터의 광이 도전층(112)에 도파되어 그 층에 의해 흡수되는 고-손실 물질인 ITO로 도전층이 제작될 때 특히 바람직하다. 층(36)은 ITO내의 도파 및 흡수를 충분히 제거하며, OLED(20, 110, 111)들로부터 방사된 광은 층(36)을 통해 충분히 투과된다. 더구나, 층(36)은 기판(37)을 향해 도파된 어떤 광이라도 반사되도록 경사진 측벽들을 가질 수 있다.
적층 OLED 화소(100)의 제작은 실예로, 섀도우 마스킹 또는 건식 에칭에 의해 이루어진다. 실예로, 적층 OLED 화소(100)는 도 6A-6D에 간략하게 도시된 것처럼, 하기의 단계들로 제작된다:
1) 투명 기판(37)상에 5-10㎛ 투명 유전체층(19)을 증착하는 단계. 유전체층(19)은 기판(37)의 굴절율과 동일하거나 그 이하의 굴절율을 가진다. 층(19)은 실예로, SiOX 또는 테플론일 수 있다.
2) ITO같은 투명 전도 물질층(112)을 증착하는 단계. 디바이스는 이 단계 이후, 도 6A에 도시된 것처럼 나타난다.
3) 도 6B에 도시된 것처럼 메사 구조체를 형성하기 위해 에칭하는 단계.
4) 청색 OLED층(20)을 증착하는 단계. 층(20)은 이미 기술된 대로, SH 또는 DH 구조체로 구성될 수 있다.
5) 도전층(26M, 26I)들을 증착하는 단계.
6) 녹색 OLED층(110)을 증착하는 단계. 층(110)은 이미 기술된 대로, SH 또는 DH 구조체로 구성될 수 있다.
7) 도전층(26M, 26I)들을 증착하는 단계.
8) 적색 OLED층(111)을 증착하는 단계. 층(111)은 이미 기술된 대로 SH 또는 DH 구조체로 구성될 수 있다.
9) 도전층(26M, 26I)들을 증착하는 단계. 이 단계 이후, 디바이스는 도 6C에 도시된 것처럼 나타난다.
10) 메사 측벽들 상에는 반사체(47)들을, 각각의 층(26I)들 상에는 단자(26T)들을 증착하는 단계. 최종 디바이스가 도 6D에 도시된 것처럼 나타난다.
비록 도 2D가 메사 구조체와 결합된 적층 OLED 형태의 사용을 도시하지만, 본 발명은 또한 반전 메사 구조체 내에 적층 OLED의 사용을 기도한다. 이런 반전 메사 구조체는 각각 도 2B 및 2C에서 도시된 실시예들에 대해 이미 기술된 대로, 실예로, 기판상에 에칭된 유전체층을 가지는 기판 또는 내부에 에칭된 피트들을 가지는 기판상에 필요한 OLED 및 도전층들을 증착하여 형성된다. 반전 메사의 적층 OLED 디바이스를 이루기 위해서는, 도 2D에 도시된 실시예에 대해 상기 기술된 층을 이루는 순서가 반전될 것이다.
본 발명의 부가 실시예들이 최대화된 효율 및 고 명도 응용품들을 위해 광 을 집중하도록 설계된다. 이런 발광 장치들은 투명 기판, 기판상의 광 반사층, 반사층상의 도파층 형태의 광 반사 구조체 및 도파층상의 그 각각이 선정된 색의 발광을 위한 적어도 하나의 OLED를 가진다. OLED(들)로부터 방사된 광은 도파층 측벽들 및 광 반사층으로부터 반사되어, 기판을 통해 방사되도록 광 반사층내 개구를 통해 안내된다. 그러므로, 상대적으로 큰 길이의 OLED에 의해 생성된 광은 상대적으로 작은 방사 면적으로 집중된다. 결국, 고 명도, 고 해상도 발광 디바이스가 된다.
본 발명의 제 4 실시예는 각각 측면도 및 평면도인 도 7A 및 7B에 도시된다. 발광 장치(1000)는 기판(1100), 광 반사층(1110), 도파층(1120) 및 OLED층(1130)을 포함한다. 광 반사층(1110)은 OLED층(1130)으로부터 방사된 광의 통로를 허용하도록 내부에 적어도 하나의 개구(1150)를 가진다. 이 실시예에 있어서, 도파층(1120)은 상단 표면, 하단 표면 및 적어도 3 개의 측면들을 가진다. 도파층(1120)의 측면(2160)들 중 하나는 기판(1100)에 대해 90도 이하, 바람직하게는 약 45도의 각도를 형성한다. 도파층(1120)의 나머지 측면들은 기판(1100)과 충분히 수직이다. 반사체(1140)들은 측면(2160)상에서는 선택적으로 존재하지만, 도파층(1120)의 나머지 측면들 상에서는 존재하는게 바람직하다.
도 7A 및 7B에 도시된 실시예에 있어, OLED층(1130)으로부터 방사된 광은 도파층(1120)내에서 도파되며, 여기서, 광은 광 반사층(1110) 및 도파층(1120)의 측면들로부터 반사되어 개구(1150)를 통해 안내된다. 결과적으로, 도 7A에 도시된것처럼, 광의 집중된 빔이 개구(1150) 및 기판(1100)을 통과한다.
비록 도 7A 및 7B에 도시된 실시예가 기판(1100)을 통해 광을 안내하는 것으로 기술되지만, 본 발명은 도 7C에 도시된 것처럼 "반전" 형태들도 또한 포함한다. 이런 형태에서, 디바이스는 내부에 피트들을 보유한 패턴화된 기판에 배치되어 광이 기판 밖의 방향으로 안내된다. 이런 디바이스에서 기판이 반사적이지 않은 경우, 반사 물질층(2170)이 OLED(1130) 및 기판(1100) 사이에 포함되어야 한다. 패턴화된 기판내 피트들이 깊이는 1000-3000Å 정도로 비교적 얇고 소기의 폭정도로 될 수 있다. 실예로, 패턴화된 기판(1110)은 표준 지향성 에칭 공정에 의해 내부에 형성된 피트들을 가지는 Si로 구성된다.
본 발명의 제 5 실시예가 도 8A 및 8B에 도시된다. 발광 장치(1010)는 기판(1100), 광 반사층(1110), 도파층(1120) 및 OLED층(1130)을 포함한다. 도파층(1120)의 측면(2160)들 중 적어도 두 측면은 기판에 대해 90도 이하의 각도, 바람직하게는 약 30도의 각도로 이루어지며 나머지 측면들은 기판과 수직이다. 광 반사층(1110)은 내부에 개구들을 가지는데, 그 개구들은 기판에 대해 90도 이하의 각도로 이루어진 도파층(1120)의 측면들 아래에 위치된다. 도 8A에 도시된 것처럼 OLED층(1130)으로부터 방사된 광은 도파층(1120)내에서 도파되는데, 도파층에서 광은 광 반사층(1110) 및 도파층(1120)의 측면들로부터 반사되어 개구(1150)들을 통해 안내된다. 발광 장치(1010)는 OLED층(1130)으로부터 방사된 광의 반사를 보조하도록 반사체(1140)들을 선택적으로 포함한다. 장치(1010)의 개구들 (1150)로부터 빠져나오는 광은 임의의 초점(1200)에 집중된다.
기판(1100)은 일반적으로 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱 같은 투명 물질로 제작된다. 반사체(1140)들은 실예로, 금속 유리들 또는 다중층 유전체 적층들(multilayer dielectric stacks)이며 이들 중 후자가 바람직하다. 금속 유리들이 사용되는 경우, 반사체(1140)들은 어느 적절한 금속 또는 합금, 바람직하게는 알루미늄, 은, 마그네슘-알루미늄 합금, 및 이들의 조합물들로 제작된다. 다중층 유전체 적층들인 경우는, 반사체(1140)들이 당 기술 분야에 알려진 TiO2 및 SiO2 같은 다른 굴절율들을 가지는 어떤 쌍의 유전체 물질들로도 제작된다. 광 반사층 (1110)은 바람직하게 고도의 반사 다중층 유전체 적층(reflective multilayer dielectric stack)으로 제작된다.
선택적인 반사체(1140)들의 필요성은 도파층(1120)에 사용된 물질에 따라 좌우되는데, 도파층은 SiO2, 폴리이미드 또는 테플론 같은 어떤 적절한 투명 유전체 물질로도 이루어진다. 선택적으로, 도파층(1120)의 각진 벽들에 부딪치는 광은 완전히 반사되어, 결과적으로 내부 전반사가 일어난다. 그러나, 도파층(1120)에 사용된 물질 때문에 내부 전반사가 이루어지지 않게 될 수 있는 경우, 반사체(1140)들이 필요하게 된다. 실예로, 도파층에 사용된 물질 및 도파층을 둘러싼 물질(또는 환경)이 굴절 특성율, n2 및 n1을 각각 가질 것이다. 도 9에 도시되고 그 각도에서 내부 전반사가 발생될 최저 각도로 정의된 임계각 는 방정식에 따라 n2 및 n1과 관련된다. 그러므로, 도파층(1120)의 굴절율, n2가 증가됨에 따라 n2이하인 일정한 n1때문에 θc가 감소된다. 따라서, 도파층(1120)의 굴절율이 주변 물질(또는 환경)의 굴절율보다 매우 큰 경우, θc가 최소화되어 내부반사가 더 잘 이루어진다. 이런 경우, 반사체(1140)가 필요없다. 반대로, n2가 n1과 유사한 경우, θc는 최대화되어, 내부 반사가 잘 되지 않아 반사체(1140)들이 필요하게 된다.
비록 반사체(1140)들이 도면들에서 평평하고 직선의 부재들처럼 도시되지만 이들은 다른 형태들로 재작될 수 있다. 실예로, 반사체(1140)들은 부딪치는 광 빔들을 집중하는 효과를 가지도록 곡선 또는 포물선 형태로 될 수 있다.
내부 손실들을 최소화하기 위해, 도파층(1120)이 도전층(1500)들보다 높은 굴절율을 가져야 하는 것은 바람직하다. 부가로, 도파층(1120)으로부터 반사층(1110)을 통해서 및 기판(1100)내로의 광의 누출을 피하기 위해 도파층(1120)의 굴절율이 기판의 굴절율보다 커야 한다. 더구나, 본 발명의 발광 디바이스들은 TiO2와 같은 저 손실, 고 굴절율 유전체 물질의 층(1170)을 도전층(1500)들 밑에 선택적으로 포함 할 수 있다. 층(1170)은 고 손실 물질로서 OLED층(1130)으로부터 방사된 광을 흡수 할 수 있는 ITO로 도전층(1500)들이 제작될 때 특히 바람직하다. TiO2 및 ITO에 대한 굴절율은 각각 약 2.6 및 2.2이다. 그러므로, 층(1170)은 ITO로의 도파 및 흡수를 충분히 제거한다. 비록 층(1170)의 굴절율이 층(1500)의 굴절율보다 커야 하지만, 방사된 광이 층(1170)으로부터 층(1120)으로 용이하게 통과하도록 그것은 도파층(1120)의 굴절율 이하여야 한다. 내부 손실들을 감소시키기 위한 더 부가적인 노력으로, 저손실, 고 굴절율 유전체 물질의 층(1190)이 도파층(1120)으로부터 기판(1100)으로 광의 투과를 용이하게 돕기 위해 반사 방지 코팅막으로 작동하도록 개구(1150)들에 선택적으로 위치된다. 층(1190)은 도 7A 및 8A에 도시된 대로 기판(1100) 아래 또한 위치될 수 있다. 실예로, 층(1190)은 테플론이다.
본 발명의 어느 실시예에서도, OLED층(113)은 당 기술분야에 알려진 단일 또는 이중 헤테로 구조체 형태로 제작될 수 있다. 단순화를 위해, OLED가 당 기술분야에 알려진 단일층 폴리머가 아닌 경우, 각각의 OLED가 실제로 다수의 보조층들을 포함할지라도 본 발명에 사용된 OLED들은 도면들에 단일층들로 도시된다. 부가로 도 10A-10C에 도시된 것처럼, OLED층(113)의 작동을 위해 필요한 다수의 전극층들이 존재한다.
도 10A에 도시된 대로, 낮은 일함수(바람직하게, <4eV)의 금속층(1510)은 OLED층(1130)의 상단상에 형성된다. 금속층(1510)에 대한 적절한 대상들로는 Mg, Mg/Ag 및 Li/Al이 포함된다. 금속층(1510)은 OLED층(1130)에 대한 접촉물질 및 부딪치는 광 빔들의 반사를 위한 반사 물질로 작용된다. 금속층(1510)의 상단상의 증착층은 전기 접촉부를 형성하는데 적합한 다른 도전층(1520)이다. 실예로, 도전층(1520)은 ITO, Al, Ag 또는 Au로 제작된다. OLED(1130)로부터의 광 방사는 도전층(150) 및 도전층(1520) 사이에 전압이 인가될 때 발생하여 OLED층(1130)의 EL로부터 방사하도록 한다. OLED 방사층으로부터 소기의 색으로 방사된 광의 광에너지를 하향전환을 위해 인층(1160)이 선택적으로 포함될 수 있다. 도 10A에 도시된 실시예가 단색 광 방사를 발생시킬 것이다.
변형적으로, 다중색 응용들을 용이하게 하도록, OLED층(1130)이 도 10B에 도시된 것처럼 청색 OLED(1600), 녹색 OLED(1610)및 적색 OLED(1620)를 포함한다. 각각의 청색, 녹색 및 적색 OLED들은 각각 청색, 녹색 및 적색 광의 독립적인 방사를 위해 개별적으로 주소지정될 수 있다.
변형적으로, 청색, 녹색 및 적색 OLED들은 10C에 도시된 대로 적층 형태로 배치된다. 이런 적층 배치는 1994년 12월 13일자로 출원된 미국특허출원 제 08/374,674호 및 1995년 12월 6일자로 출원된 PCT국제출원 공개 제 WO96/19792호에 기술되며, 그 기술들은 본문에 참고로 인용된다. 도 10C에 도시된 실시예에 있어, 청색(1600), 녹색(1610)및 적색(1620)OLED들은 나머지 상에 적층된 하나로서, 각각의 디바이스가 별개의 바이어스 전위를 제공받아 광을 적층을 통해 방사하도록 OLED가 층(1510, 1520)들에 의해 나머지로부터 각각 하나씩 분리된다. 이런 실시예에 있어, OLED 물질들(실예로, 층(1600, 1610)들 사이 및 층(1610, 1620)들 사이)사이에 위치된 금속층(1520)들은 투명하도록 충분히 얇고, 디바이스의 최상단 도전층이 되는, 적색 OLED(1620)의 상단상의 금속층(1520)은 충돌하는 광 빔들을 반사하기에 충분히 두껍다. 각각의 OLED(1600, 1610, 1620)들은 이미 기술된 대로 SH 또는 DH형태로 구성될 수 있다. 도 10C에 도시된 것처럼, OLED(1600, 1610, 1620)들의 적층 배치는 도전층(1500)상에 위치된다.
상기 목록의 어떤 방법들 및 물질들에 대한 증착기술들도 당 기술분야에 잘 알려진다. 실예로, OLED층들을 증착하는 바람직한 방법은 열증발 증착(thermal devaporation)또는 스핀 코딩(spin coating) 방법이며; 금속층들을 증착하는 바람직한 방법은 열이나 전자빔 증발 증착 또는 스퍼터링 방법이며; 인층들을 증착하는 바람직한 방법은 열증발 증착 또는 스퍼터링 방법이고; 유전체들을 증발 증착하는 바람직한 방법은 플라즈마-증속 화학증기 증착(plasma-enhanced chemical vapor aeposition)또는 전자빔 증발 증착방법이다.
광 반사층(1110)을 사용하는 본 발명의 실시예의 큰 장점은 상대적으로 큰 길이의 OLED에 의해 발생된 광이 상대적으로 적은 방사 면적에 집중된다는 점이다. 결국 고명도, 고해상도 발광 디바이스가 된다. 디바이스의 효율은 임의의 최적 길이(LOPT)에 도달될 때까지 증가될 것이며, 최적 길이를 초과하면 디바이스내의 손실들이 증폭되어 효율이 감소된다. 이 현상이 그래픽으로 도11에 도시된다. 이로서, 광반사층(1110)내 두개의 개구(1150)들을 가져 광빔들을 초점(1200)에 집중시키는 도8에 도시된 실시예는 도7에 도시된 실시예의 2배정도의 밝기이다. 그래서, 도8에 도시된 실시예는 도7에 도시된 실시예의 1/2길이가 될 수 있지만 여전히 동일한 결과의 광의 강도를 가진다.
광반사층(1110)을 사용하는 본 발명의 실시예에 의한 고명도 광 방사는 제로 그래피, 복사, 인쇄 및 디스플레이 응용품들 및 고명도, 단색 또는 다중색 광 방사가 필요한 기타 응용품들 어느것에 대해서도 이런 디바이스들을 사용한다. 응용품에 따라, 도시되고 기술된 실시예들은 단일 또는 다수의 화소들로 사용될 수 있다. 실예로, 본 발명이 다수의 화소들을 포함하는 평판 회선주사 디스플레이 디바이스를 형성하는데 사용되는 경우에, 본문에 기술된 각각의 발광 디바이스가 각각의 화소 또는 그 일부를 나타낼수 있다.
본 발명의 어떤 실시예의 청색 방사 OLED들에도 사용될 수 있는 금속 바이덴테이트(ditentate) 복합체들은 식 MDL4
2를 가지는데, 여기서 M은 주기 테이블 및 란타니드들의 그룹 3-13중 3가 금속들로 부터 선택된다. 바람직한 금속 이온들은 Al+3, Ga+3, In+3 및 Sc+3이다. D는 2-피코릴케톤, 2-퀴날딜케톤 및 2-(O-페녹시)피리딘 케톤과 같은 바이덴테이트 리간드 이다. L4에 대한 바람직한 그룹들은 에이스틸라 세토네이트, 식OR3R의 화합물(여기서, R9는 Si 및 C로부터 선택되고 R은 수소로부터 선택된다), 치환되거나 치환되지 않은 알킬, 아릴 및 헤테로사이클 그룹인 3,5-디(t-bu)페놀; 2,6-디(t-bu)페놀; 2,6-디(t-bu)크레졸 및 H2Bpz2를 포함한다. 실예로, 알루미늄(피코릴 메틸케톤)비스 [2,6-디(t-bu)페녹사이드]의 고체상태의 포토루미네선스의 측정 결과 파장은 420mm이다. 이 화합물의 크레졸 유도체도 또한 420mm이다. 알루미늄(피코릴 메틸케톤) 비스(OsiPhz) 및 스칸듐(4-메톡시-피코릴 메틸케톤) 비스(에이스틸라 세토네이트)는 각각 433mm로 측정된데 반해, 알루미늄[2-CO-페녹시)피리딘] 비스[2,6-디(t-bu)페녹사이드]는 450mm로 측정된다.
실예로 녹색 OLED방사 물질들은 식 를 가지는 복합체 같은 주석(iv)금속 복합체들을 포함하는데, 여기서 L1은 살리실알데히드, 살리사이클 산 또는 퀴놀레이트(실예로 8-하이드록시퀴놀린)으로 부터 선택된다. L2는 치환되거나 치환되지 않는 알킬, 아릴 및 헤테로사이클 그룹들이 될 수 있다. 실예로, L1이 퀴놀레이트이고 L2가 페닐일 때, 주석(iv)금속 복합체는 504nm의 방사파장을 가질것이다.
실예로, 적색 OLED방사 물질들은 Journal of the Americal Society 1795(1903)의 C.E 존슨등에 의해 기술된 "발광 이리듐(I), 로듐(I)및 플라티늄(Ⅱ)디티올레이트 복합체들"(105)과 같은 2가 금속 말레오니트릴레디티올레이트("mnt")복합체들을 포함한다. 실예로, mnt[Pt(Pph3)2)]는 652nm의 방사 파장 특성을 가진다.
부가적으로 OLED 물질들이 당 기술분야에 널리 알려진다( 실예로, Tang등에게 허여된 미국 특허 제 5,294,870호의 "Organic Electroluminescent Multicolor Image Display Device"; Applied Physics Letters 3853-55(1995년 12월) Hosokawa등의 저서 "Highly efficient blue electroluminescence from a distyrylarylene emitting layer with a new dopant" 67 ; Applied Physics Letters 799-801(1990년 2월)의 Adachi등의 저서 "Blue light-emitting organic electroluminescent devices" 56; Applied Physics Letters 2959-61 (1996년 11월)의 Burrows등의 저서 "Color-Tunable Organic Light Emitting Devices"을 참조할 것). 이들 참고들의 전체 기술들이 본문에 참고로 인용된다. 호소가와 등의 기술들과 같이 디스트릴아릴렌 유도체들이 바람직한 종류의 화합물들이다.
본 발명에 사용된 적색 및 녹색 형광 방사 매체는 당 기술 분야에 잘 알려진다. 본문에 참고로 인용되는 기술들인 미국 특허 제 4,769,292호 및 제 5,294,870호가 예시된다. 이들 형광 색소들은 폴리메틸메타크릴레이트 및 다수의 적절한 색소들이 플라스틱 레이저용으로 최초에 개발되었던 것처럼, 메트릭스 폴리머에 용해될 수 있다. 실예로, 적색 형광 색소들은 4- 디시아노메틸렌-4H-피란 및 4-디시아노메틸렌-4H-티오피란이다. 녹색 형광 색소들의 실예로 시아닌, 메로시아닌 및 트리-, 테트라 및 폴리뉴클리어 시아닌, 메로시아닌, 옥소놀, 헤미옥사놀, 스트릴, 메로스티릴 및 스트렙토시아닌이 포함된다.
본 발명의 디바이스들은 저가, 고 해상도, 고 명도, 단색 또는 다중색, 어떤 크기의 평판 디스플레이도 제공한다. 이것은 극히 적은 밀리미터 정도 내지 건물 크기 정도로 큰 디스플레이들을 포함하도록 본 발명의 범위를 확장한다. 디스플에이들 상에 만들어진 이미지들은 개개의 LED들의 크기에 따라 어느 해상도로도 총 천연색으로 텍스트 및 예시될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 디바이스들은 실예로, 전자 디스플레이, 레이저, 광 장치 , 광고판 및 간판에 사용하는 디스플레이 장치, 컴퓨터 모니터, 전화같은 원거리 통신장치, 텔레비젼, 큰 면적의 벽 자막, 극장 자막, 경기장 자막을 포함하는 극히 넓고 다양한 응용품들에 적절하다. 방사된 광이 기판으로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 본 발명의 실시예들은 특히 건식 인쇄(Xerography) 응용품들에 유용한데, 이는 이 실시예들이 렌즈를 사용하지 않고도 인쇄지에 근접하게 위치시키는 것을 허용하기 때문이다.
당업자들은 본문에 기술되고 예시된 본 발명의 실시예들에 대한 다양한 수정들을 이해할 수 있다. 이런 수정들은 첨부된 청구항들의 사상 및 범위에 포함된다.
Claims (33)
- 발광 장치에 있어서,기판;상기 기판 내에 또는 그 위에 위치되며, 상단부가 하단부보다 좁은 것을 특징으로 하는 광 반사 구조체; 및상기 광 반사 구조체 내에 또는 그 위에 위치된 유기 발광 디바이스;를 포함하며,상기 광 반사 구조체가 상기 유기 발광 디바이스에서 방사된 광을 상기 광 반사 구조체의 하단부 쪽으로 향하게 하는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판이 투명하고,상기 광 반사 구조체가 상기 기판에 바로 인접한 광 반사 구조체의 하단부를 지닌 상기 기판 위에 위치되어 상기 유기 발광 디바이스에서 방사된 광이 상기 기판 쪽으로 향하는 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체가 하단부와 예각으로 교차하는 측벽을 포함하는 발광 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 측벽 상에 반사체를 더 포함하는 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 반사 구조체가 다수의 측벽을 포함하고,각 측벽들이 하단부와 예각으로 교차하는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 측벽중 적어도 하나 상에 반사체를 더 포함하는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체가 메사 구조체인 발광 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 유기 발광 디바이스가 상기 메사 구조체 위에 위치되고; 그리고상기 유기 발광 디바이스가:상기 메사 구조체 위의 양극;상기 양극 위의 정공 이송층인 제 1 유기층;상기 제 1 유기층 위의 방사층 및 전자 이송층인 제 2 유기층; 및상기 제 2 유기층 위의 음극;을 포함하는 발광 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 유기 발광 디바이스가 상기 메사 구조체 위에 위치되고; 그리고상기 유기 발광 디바이스가:상기 메사 구조체 위의 양극;상기 양극 위의 정공 이송층인 제 1 유기층;상기 제 1 유기층 위의 방사층인 제 2 유기층;상기 제 2 유기층 위의 전자 이송층인 제 3 유기층; 및상기 제 3 유기층 위의 음극;을 포함하는 발광 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 유기 발광 디바이스가 상기 메사 구조체 위에 위치된 발광 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 유기 발광 디바이스가 상기 메사 구조체 내에 위치된 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광 장치가 다수의 화소들을 포함하는 다색 디스플레이이며, 상기 각 화소들이 3개의 광 반사 구조체, 즉 청색 광 방사체인 제 1 광 반사 구조체, 녹색 광 방사체인 제 2 광 반사 구조체, 및 적색 광 방사체인 제 3 광 반사 구조체를 포함하는 발광 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 유기 발광 디바이스가 청색 광을 방사하는 발광 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 광 반사 구조체가 상기 유기 발광 디바이스에서 방사된 모든 청색 광을 충분히 녹색 광으로 전환시키는 녹색 다운컨버젼 인층(green downconversion phosphor layer)을 포함하는 발광 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 3 광 반사 구조체가 상기 유기 발광 디바이스에서방사된 모든 청색 광을 충분히 적색 광으로 전환시키는 적색 다운컨버젼 인층을 포함하는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 부가적인 유기 발광 디바이스를 더 포함하는 발광 장치.
- 제 16 항에 있어서, 상기 유기 발광 장치 및 상기 적어도 하나의 부가적인 유기 발광 디바이스가 적층된 배열내에 배치되는 발광 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 유기 발광 장치 및 상기 적어도 하나의 부가적인 유기 발광 디바이스가 독립적으로 주소지정 가능한 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 반사 구조체는 적어도 3 개의 측벽들을 포함하며,상기 측벽들 중 하나가 상기 기판에 대해 예각을 형성하고 상기 측벽들 중 나머지가 상기 기판과 수직인 발광 장치.
- 제 19 항에 있어서, 내부에 적어도 하나의 개구를 가지는 광 반사층을 상기 기판 상에 더 포함하는 것으로, 상기 유기 발광 디바이스에서 방사된 광이 적어도 하나의 방사용 개구를 지나서 상기 기판을 통하여 향하게 되는 발광 장치.
- 제 20 항에 있어서, 상기 광 반사층이 내부에 하나의 개구를 가지는 것으로, 상기 개구가 상기 기판에 대해 예각을 형성하는 상기 광 반사 구조체의 상기 측면 바로 아래에 위치되는 발광 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 예각이 약 45도인 발광 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 광 반사 구조체가 적어도 3 개의 측벽들을 포함하며,상기 적어도 3개의 측벽들중 다수가 상기 기판에 대해 예각을 형성하고 상기 적어도 3 개의 측면들 중 나머지 측면들이 상기 기판과 수직인 발광 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 광 반사층이 내부에 다수의 개구들을 지니는 것으로, 각각의 개구들이 상기 기판에 대해 예각을 형성하는 상기 적어도 3개의 측벽들 중 각각의 다수 바로 아래에 위치되는 발광 장치.
- 제 24 항에 있어서, 상기 다수의 개구들을 통해 방사된 광이 공통 초점에 집중되는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체의 상단부가 상기 기판과 바로 인접되어 상기 유기 발광 디바이스로부터 방사된 광이 상기 기판에서 멀어지는 방향으로 향하는 발광 장치.
- 제 26 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체가 상기 기판의 상단 표면내의 피트이며 상기 광 반사 구조체의 하단부가 상기 기판의 상단 표면과 동일 높이인 발광 장치.
- 제 27 항에 있어서,상기 유기 발광 디바이스가 상기 피트내에 위치되며; 그리고상기 유기 발광 디바이스가:상기 기판 위의 음극;상기 음극 위의 방사층 및 전자 이송층인 제 1 유기층;상기 제 1 유기층 위의 정공 이송층인 제 2 유기층; 및상기 제 2 유기층 위의 양극;을 포함하는 발광 장치.
- 제 27 항에 있어서,상기 유기 발광 디바이스가 상기 피트내에 위치되며; 그리고상기 유기 발광 디바이스가:상기 기판 위의 음극;상기 음극 위의 전자 이송층인 제 1 유기층;상기 제 1 유기층 위의 방사층인 제 2 유기층;상기 제 2 유기층 위의 정공 이송층인 제 3 유기층; 및상기 제 2 유기층 위의 양극;을 포함하는 발광 장치.
- 제 26 항에 있어서, 상기 기판 상에 적어도 하나의 피트-한정(pit-defining) 구조체를 더 포함하는 발광 장치.
- 제 30 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체가 상기 적어도 하나의 피트-한정 구조체에 의해 형성된 피트인 발광 장치.
- 제 27 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체가 다수의 측면들을 가지는 반전 메사 구조체인 발광 장치.
- 제 32 항에 있어서, 상기 광 반사 구조체의 상단부가 상기 측면들과 약 135도의 각도를 형성하는 발광 장치.
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