KR100687148B1 - 발광 디바이스 - Google Patents

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Abstract

발광 디바이스는 기판(13), 기판 상에 배치된 발광층(15), 및 상기 발광층(15)을 배향하기 위한 그레이팅(17)을 포함한다. 그레이팅(17)은 발광층(15)의 분자들을 배향하여, 디바이스가 편광된 광을 방출하게 된다. 그레이팅은 또한 장치의 도파관 효과를 감소시켜서, 디바이스의 유용한 광 출력을 증가시킨다.
본 발명은 유기 발광 디바이스(OLED)에 적용될 수 있다.
그레이팅(17)은 발광층(15)의 거의 전체 영역을 제1 방향으로 배향할 수 있다. 이 경우에, 실질적으로 디바이스의 전체 방출 영역은 단일 편광의 발광층일 것이다. 대안으로, 그레이팅(17)은 발광층의 제1 영역을 제1 방향으로 배향할 수 있고, 발광층의 제2 영역을 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 배향할 수 있다.
Figure 112004026800576-pat00001
발광 디바이스, 그레이팅, 배향, 평면 편광, 액정

Description

발광 디바이스{A LIGHT-EMITTING DEVICE}
도 1은 방출광의 상당 부분이 도파관 모드에서 트랩되어 있는 광의 아웃커플링(out-coupling)을 보여주는 OLED의 개략도.
도 2는 그레이팅의 개략도.
도 3은 도 2의 그레이팅의 선들과 배향되는 액정 재료의 개략도.
도 4는 본 발명의 발광 디바이스를 위한 기판을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 발광 디바이스를 위한 다른 기판을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 발광 디바이스의 개략 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 다른 발광 디바이스의 개략 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 다른 발광 디바이스의 개략 단면도.
도 9의 (a)는 옥시에탄-비스펑셔날라이즈드 N,N,N',N' 테트라페닐-벤지딘 (oxetane-bisfunctionalised N,N,N',N' tetraphenyl-benzidine)의 화학 구조를 도시한 도면.
도 9의 (b)는 옥시에탄 그룹의 중합을 도시한 도면.
도 10은 폴리(9, 9-비스(2-에틸헥실)플루오린(PF2/6)(poly(9, 9-bis(2-ethylhexyl)fluorine(PF2/6))의 화학 구조를 도시한 도면.
도 11은 그레이팅 방향에 평행 및 수직으로 위치한 편광자로 측정된 본 발명에 따른 발광 디바이스의 전형적인 PL 스펙트럼을 도시한다.
도 12는 편광자없이, 평행 배치된 편광자로, 수직 배치된 편광자로 측정된 본 발명에 따른 발광 디바이스의 전형적인 흡수 스펙트럼을 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 다른 발광 디바이스의 개략도.
도 14a는 본 발명의 다른 발광 디바이스를 도시한 도면.
도 14b는 도 14a의 발광 디바이스의 그레이팅 구조의 단면도이다.
도 15a는 본 발명의 다른 발광 디바이스를 도시한 도면.
도 15b는 도 15a의 발광 디바이스의 그레이팅 구조의 평면도이다.
도 16a는 도 15a의 발광 디바이스를 포함하는 입체 디스플레이를 도시한 도면.
도 16b 및 도 16c는 도 16a의 입체 디스플레이 장치의 동작을 도시한 도면.
도 17은 도 15a의 발광 디바이스를 포함하는 다른 입체 디스플레이의 동작을 도시한 도면.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 발광 디바이스를 포함하는 다른 입체 디스플레이 디바이스의 동작의 3-D 및 2-D 모드를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명>
7, 17: 그레이팅
8: 선
10, 13: 기판
11: 액정 분자들
14: 제1 전극
15: 발광층
16: 제2 전극
본 발명은 예를 들면 유기 발광 디바이스와 같은, 발광 디바이스에 관한 것이다. 특히, 편광성을 갖는 광을 방출할 수 있는 유기 발광 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 OLED(organic electroluminescent device)에 적용될 수 있다.
많은 OLED들이 알려져 있으나, 현재 가용한 OLED들은 실질적으로 편광되지 않은 광을 일반적으로 방출한다. 예를 들어 평면 편광된 광(plane-polarised light)과 같이 편광된 광(polarised light)을 방출할 수 있는 OLED를 제조하는 것이 바람직하다 (본원에서 사용된 "편광된 광"은 부분적으로 편광된 광을 포함하고 완전히 편광된 광에 한정되지 않는다).
예를 들어, OLED는 일례로 액정(LC) 디스플레이 디바이스용 광원으로 사용될 수 있다. 투과형 액정 디스플레이 디바이스는 전면 편광자(front polariser)와 후면 편광자 사이에 개재된 어드레스가능한 액정 물질의 층으로 구성되어 있다. 디스플레이 디바이스는 "백라이트(backlight)"로 알려진, 후면 편광자 뒤에 배치된 광원에 의해 조명된다. 편광된 광을 방출하는 OLED는, 후면 편광자가 불필요하여 후면 편광자를 제거함으로써, 연관된 비용, 무게 및 비효율적인 전력 흡수 손실을 개선할 수 있기 때문에 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 백라이트용으로 특히 유용하다.
OLED는 일렉트로루미네선스(electroluminescence) 현상에 의해 발광하는 발광층을 포함한다. 디바이스 내의 발광층의 분자들을 배향함으로써 편광 일렉트로루미네선스(EL)가 얻어지고 "Adv. Mat.", 11(11) pp895-905(1999)에서 M. Grell 등에 의해 설명된 바와 같이, 이러한 배향(alignment)은 여러가지 방법으로 이루어질 수 있다. 방출된 광의 편광된 정도는, 발광체(emitter) 분자들의 배향 방향에 수직으로 편광된 방출된 광의 강도에 대한 발광체 분자들의 배향 방향에 평행으로 편광된 방출된 광의 강도의 비인 "다이크로익 비(dichroic ratio); D)로 표현될 수 있다. OLED의 의도하는 사용처에 따라 다이크로익 비는 통상적으로 D ∼ 12 - 200의 범위내에 존재한다.
종래 기술의 설명
편광 일렉트로루미네선스를 얻는 종래의 한 방법은 발광체 층을 늘려(stretching) 발광체 층의 분자들을 배향하는 것이다. "Adv. Mat.", 7(1) pp43-45(1995)에서 P. Dyreklev 등에 의하면 늘린 폴리티오핀막(polythiophene film)에 대해 D ~ 2.4인 편광 일렉트로루미네선스가 보고되었다. 그러나, 이 방법을 사용하면, 늘려진 발광층에 대해 정확한 두께를 설정하는 것이 불가능하다. 또한, 기계적인 늘림 과정의 결과로서, 불균일성 및 크랙들이 발광층에 발생할 수 있다.
다른 종래 방법은, 공액 폴리머 막(conjugated polymer film)을 러빙(rubbing)함으로써 폴리머 막의 분자들에 대한 바람직한 배향 방향을 규정하는 것이다. M. Hamaguchi 등은 "Appl. Phys. Lett." 67, pp3381(1995)에서 알콕시 치환 폴리(alkoxy substituted poly)(phenylenevinylene)(NO-PPV)에 대해 다이크로익 비 D ~ 5를 갖는 PL(photoluminescence)를 보고하였다. 그러나, 러빙 공정은 폴리머 막에 스크래치들을 발생시키고 이들은 디바이스의 수명을 단축시킨다.
발광체 층의 분자들을 배향하는 다른 방법은 LB(Langmuir Blodgett) 피착(deposition) 방법이다. "Thin Solid Film", 216, 105(1992)에서 G.Wegner은 프탈로시아닌(phthalocyanines) 또는 폴리(p-페닐렌(phenylenes))과 같은, 알킬계 체인들이 용해되어 있는 강성 체인(stiff-chain) 폴리머들을 LB막들을 형성하는 새로운 종류의 물질들로 설명하고 있다. 그러한 폴리머 막들에서, 폴리머 분자들은 기판에 평행하게 배향되고 다양한 물리적 특성들에 대해 이방성 거동을 나타낸다. 그러한 LB막들의 표면들은 매우 균질하고 그 층들의 두께는 매우 정확하게 설정될 수 있다. EP0 081 581은, LB 기술을 사용하여 공액 강성 체인(conjugate stiff chain) 폴리머들을 직접 쌓아올려 제조한 디바이스에 대해 D ~ 4를 갖는 EL를 개시하고 있다. 그러나, LB 기술은 상업용으로 디바이스를 제조하기에는 부적합하다.
많은 유기 EL 물질들은 LC(liquid crystalline) 상들을 가지고 있다. LC 자기 조직화(self-organisation)는, 액정 물질들의 고차 파라미터들(high order parameters)로 인해, 높은 배향도를 달성하는데 매우 효과적인 방법이다. EL 물질은, 정공-도전형 또는 전자-도전형 그룹들이 LC 백본에 부착되는 저분자량(LMW) LC 물질 또는 치환된 PPV(poly-phenylenevinylene)들 중 하나 또는 (특성이 좋은 EL 폴리머들인) 폴리플루오렌(polyfluorene)들 중 하나와 같은 LC 폴리머일 수 있다.
액정 물질에 기초한 편광된 일렉트로루미네선스 디바이스들에서의 특정한 문제점은, 그러한 디바이스들이 액정 물질을 배향하기 위한 배향층을 필요로 하고 이는 LMW 및 폴리머형 LC 물질들 모두에 적용된다는 것이다. 폴리이미드들과 같은 종래의 배향층들은, 전기 절연체들이고 따라서 디바이스 성능을 매우 저해한다. "Liquid Crystals" 21(6) pp903-907(1996)에서 G. Lussem 등은, LC 폴리머들의 배향은 러빙된 폴리이미드 배향층 위의 가요성 스페이서들에 의해 분리된, 고립형 페닐렌비닐렌(phenylenevinylene) 유닛들로 구성되어 있다고 설명하고 있다. 설명된 전류-전압 특성은 디바이스 턴-온 전압이 약 15V 정도라고 되어 있는데, 이는 실제 사용될 디바이스에는 너무 높다. 또한, 관찰된 다이크로익 비 D ~ 7은 일반적으로 요구되는 값보다 낮다.
미국 특허번호 5,748,271호는 LC 물질의 배향을 다른 디바이스 기능과 결합시키는 층을 기술하고 있다. 예를 들어, 다이크로익 비 D ~ 2를 갖는 반응성 메소젠/페릴렌(reactive mesogen/perylene) 혼합물을 배향하도록 정공 주입형 물질 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이핀(ethylenedioxythiophene))(PEDOT) 또는 폴리아닐렌(polyanilene)(PANI)의 러빙된 층들이 도시되어 있다. 그러나, LMW LC들은 폴리머들보다 용이하게 배향될 수 있어서, 러빙된 PEDOT 또는 PANI가 공액 LC 폴리머를 배향할 것인지는 확실하지 않다.
LC 폴리머들(폴리플루오렌의 코폴리머(co-polymer)들)의 적당한 배향은, 방출된 광에 대해 투명하게 보이도록 전구체(precursor) PPV에 대한 스펙트럼의 적색 끝부분(λ> 550nm)쪽으로 충분히 먼 파장에서 방출되는 활성 물질과 함께 PPV의 선구물질의 러빙된 막을 사용하는, "Liquid Crystals" 26(9) pp1403-1407(1999)에서의 M. Grell 등에 의해 얻어질 수 있다. 최대 다이크로닉 비 D
Figure 112006025931437-pat00002
10에서 흡수 이방성이 관찰된다. 포토루미네슨스(photoluminescence) 또는 일렉트로루미네선스는 기록되지 않는다. 일반적으로, 러빙된 활성 층들을 사용하는 배향은 특별하게 양호하지 않고 가능한 이방성은 표준 러빙 폴리이미드 배향 층보다 훨씬 더 작다.
발광 소자들에 대한 하나의 구체적인 응용은 입체 디스플레이 디바이스이다. 3D 이미지 효과를 얻기 위해 예를 들어 관찰자(viewer)가 편광 또는 컬러 필터 안경을 착용하는 입체 디스플레이는 잘 알려져 있고, 예를 들면 프린스턴 대학 출판부의 D.F. McAllister가 편집한 "Stereo computer graphics and other true 3D technologies"(1993), pp90-115에 설명되어 있다. 필수적으로, 입체 디스플레이 디바이스는 관찰자의 왼쪽 눈에 대해 한 이미지를 표시하고 관찰자의 오른쪽 눈에 대해서는 다른 이미지를 표시한다. 2개의 이미지들이 시간 순차적으로 표시되거나 또는 디스플레이의 서로 다른 부분들 상에서 동시에 표시될 수 있다. 2개 이미지들은 서로 다른 파장 범위를 가지거나 또는 서로 다른 편광을 가지며, 관찰자는, 관찰자의 왼쪽 눈이 왼쪽 눈의 이미지만을 보고 관찰자의 오른쪽 눈이 오른쪽 눈의 이미지만을 볼 수 있도록 편광 또는 컬러 필터 안경을 착용해야 한다. 서로 다른 편광을 갖는 이미지들을 사용하는 것이 오늘날 보다 보편적이다.
입체 디스플레이 디바이스는 수동 디바이스일 수 있고, 그 경우 편광자 또는 컬러 필터들이 디스플레이 디바이스에 제공되며, 관찰자의 안경의 편광자 또는 컬러 필터들은 수동 디바이스이다. 즉, (편광자의 경우) 고정된 투과축과 같은 고정된 투과 특성을 가지거나 또는 (컬러 필터의 경우) 고정된 파장 영역들을 통해 투과시키는 것이다. 다르게는, 입체 디스플레이 디바이스는 능동 디바이스일 수 있으며, 그 경우 관찰자의 안경에 제공되는 편광자 또는 컬러 필터의 투과 특성들이 제어가능하고 그 결과 변경될 수 있다.
입체 디스플레이는 종종, 입체적으로 보기 위한 초기 조건들을 생성하기 위해 디스플레이에 부착된 추가의 내부 또는 외부 광학 장치(optics)를 구비한, 액정 디스플레이 디바이스와 같은, 종래의 SLM(spatial light modulator)를 사용한다. 이러한 추가의 광학 장치는 디스플레이 디바이스의 부피, 복잡성 및 비용을 증가시킬 수 있고, 종종 [예를 들면, 미국특허번호 5,264,964에 개시된 바와 같이, SLM에서 이웃하는 컬럼들이 노멀리 블랙 모드(normally black mode) 및 노멀리 화이트 모드(normally white mode)로 동작하는 경우에서] 디스플레이 콘트라스트 저하를 유발할 수 있다.
이미지 형성 소자가, 정면 플레이트(face-plate)에 부착된 능동 또는 수동 편광 광학 장치중 하나를 구비한 종래의 CRT(cathode ray tube)인 경우, 그 결과물인 3D 이미지는 종종 높은 크로스토크를 겪는다. 크로스토크는 두번째 눈에 의해 인지되는 한쪽 눈의 이미지의 비율이고, 이 경우 (상기) D.F.McAllister이 설명한 CRT 형광물질의 지속성(CRT phosphor persistence)의 결과로서 일어난다. 이 문제는, 예를 들면, 왼쪽 눈의 이미지와 오른쪽 눈의 이미지가 시간 순차적 방식으로 표시되는 경우 발생한다. 또한, CRT 스크린에서는, 편광 광학 장치에서의 낮은 액정 스위칭 속도 및 CRT 형광물질의 지속성에 의해, 지각할 수 있을 만큼의 밝기(brightness) 감소 변화가 종종 발생한다.
일반적으로 입체 디스플레이 디바이스는 종래의 2D 디스플레이 디바이스로 기능할 수 있는 것이 바람직하다. 이는, LCD 또는 CRT중 어느 것이 이미지 형성 소자로 사용되는가에 상관없이, 종래의 2D 이미지들을 표시하고 사용자가 편광 또는 컬러 필터 안경을 벗음으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 종래의 입체 뷰잉 시스템들은 디스플레이 상에 외부의 영구적인 편광 광학 장치를 제공할 필요가 있고 편광 광학 장치는 일반적으로 디스플레이의 고유 밝기를 저하시킨다. 예를 들면, CRT 디스플레이 스크린을 갖는 디바이스에서, CRT 형광물질은 통상적으로 편광되지 않는 광을 방출하고 편광 광학 장치가 정면-플레이트 상에 탑재되어 CRT 형광물질이 방출하는 광을 편광시킨다. CRT 디스플레이의 고유 밝기는 편광 광학 장치에서의 광의 흡수로 인해 감소된다.
수동 입체 디스플레이 시스템에서, 스크린에서의 밝기를 감소시키는 변화 및 높은 디스플레이 크로스토크의 문제점들에 대한 종래의 한가지 접근법은 이미지 형성 소자에 부착된 액정 스위치를 분할하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 LC 스위치 드라이브 회로에 대한 비용 및 복잡성을 증가시킨다. 또한, 이러한 해결책은, (상기) D.F.McAllister가 설명한 것과 같은, 능동 입체 시스템들에 대해 채택될 수 없다.
상술한 바와 같이, 높은 크로스토크 및 스크린 상에서의 밝기를 감소시키는 변화는 CRT 형광물질들의 긴 방사성 감쇠 시간(radiative decay times)으로부터 유발되는 이미지 지속성에 기인하여 CRT 기반 입체 시스템들에서 종종 감지된다. 이러한 문제점은 보다 짧은 방사성 감쇠 시간들을 갖는 방출형 디스플레이들을 사용 할 경우 피할 수 있다. 이러한 유형의 디스플레이의 일례가 OLEDs(Organic light emitting diodes)이다.
"Advanced Materials", Vol.14(20), pp1477-1480(2002)에서, 패턴화된 영구 편광자와 함께 제휴하여 동작하는, 수동 입체 3D 디스플레이 시스템에서의 디스플레이 스크린으로서, 종래의 편광되지 않는 OLED를 사용하는 것이 제안되었다. 이것은 이미지 지속성의 문제는 해결할 수 있으나, 패턴화된 편광자의 분석 영향(analysing affect)으로 인해 OLED 디스플레이의 고유 밝기가 상당히 감소되는 단점이 있다. 최대, 디스플레이의 고유 밝기의 50%가 패턴화된 편광자를 통해 투과된다. OLED 전류밀도를 증가시키면 OLED로부터의 출력 강도를 증가시키고 편광자가 유발하는 강도 손실을 보상할 수 있으나, 이는 OLED의 수명을 상당히 감소시킨다. 또한, 이러한 종래 기술은 OLED 디스플레이의 픽셀들과 패턴화된 편광자 사이에 정확한 위치맞춤(correct registration)이 필요하다. 정확한 위치맞춤이 없으면, (2D 이미지의 표시 시 이미지 품질을 저하하는) 모아레 효과가 관찰되고, 디바이스가 3D 이미지를 표시하기 위해 사용될 때 패럴렉스(parallax) 문제들로 인해 높은 크로스토크가 발생된다. 정확한 위치맞춤의 필요성은 패턴화된 편광자와 OLED 디스플레이가 엄격한 허용오차로 제조되어야 함을 의미하고 이는 제조 비용을 증가시킨다.
디스플레이의 고유 밝기의 감소를 회피하기 위해, 이미지 형성 디스플레이 소자들로부터의 발광이 (높은 편광도로) 원래 편광되어 있는, 짧은 방사성 완화 시간(relaxation times)을 갖는 방출형 디스플레이들이 사용되면 유리하다. 이로인해 외부의 편광 광학 장치의 추가로 인한, 밝기의 감소, 부피, 복잡성 및 비용을 회피할 수 있다.
(OLED 디스플레이로 사용될 수 있는) 배향된 공액 폴리머로부터의 편광된 방출을 얻기 위한 방법들이 Chem. Phys. Lett. 341, pp219-224(2001)에서의 종래의 2D 디스플레이에 개시되어 있다. 이러한 종래 기술은 유전성 브래그-스택 미러(dielectric bragg-stack mirror)와 마이크로캐비티(microcavity) 내의 금속성 미러 사이에 끼워진 높은 복굴절 방출형 폴리머를 사용한다. 폴리머의 복굴절은, 캐비티 내의 공명 모드들에 영향을 주어, 하나의 편광이 캐비티 내에서 건설적으로 공진되고 다른 편광의 모드들이 파괴적으로 간섭되게 한다. 전기적으로 구동된 발광에 대해 설명하지는 않았지만, 편광 순도 비가 300:1을 초과하는 것을 나타내는 광 여기가 얻어진다. 그러나, 마이크로캐비티의 사용은 복잡하고 비용이 들며, OLED의 고유 밝기를 억제하고(따라서 보상될 구동 전류를 증가시킬 필요로 인해 OLED 수명에 영향을 주고) 수직 입사로부터 멀어지는 방향으로 보았을 때 컬러와 밝기의 상당한 변화를 나타낼 것으로 예상된다. 또한, 원하는 편광 상태의 방출 동안에 서로 다른 컬러에서의 잘못된 편광 상태의 광 누설이 존재할 수도 있다. 이는 3D 모드로 동작하는 입체 디스플레이 디바이스에 사용될 경우 크로스토크 및 컬러 아티팩트(color artifacts)를 유발할 수 있고, 2D 모드로 동작할 경우 컬러 아티팩트들이 존재할 수 있다.
GB-A-2 344 691은 발광층의 발광체 분자들이 소정의 방향을 따라 배향되어, 발광층이 편광된 광을 방출하도록 한 일렉트로루미네선스 디바이스를 개시하고 있다. 외부 전계 또는 자계를 가하고 그러한 외부 전계 또는 자계가 인가되는 동안 발광체 분자들의 방향을 고정시키거나, 또는 발광층의 분자들을 배향하기 위해 디바이스에 개별적인 배향층을 특수하게 제공함으로써, 발광 분자들이 배향된다.
EP-A-1 081 774는, 발광층의 분자들을 특별하게 배향하여 편광된 광의 방출을 얻기 위해 디바이스 내에 통상의 러빙된 배향층을 제공한 유기 발광 디바이스를 개시하고 있다.
<발명의 요약>
본 발명은, 기판, 기판 상에 배치된 발광층, 및 발광층을 배향하기 위한 그레이팅 구조체(grating structure)를 포함하는 발광 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는 그레이팅 구조체에 의해 발광층을 배향한 결과, 사용 시에, 적어도 부분적으로 평면-편광된 광을 방출한다. 발광층은 액정 상을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 디바이스는, 그레이팅에 의해 생성된 발광층의 분자들의 배향 때문에 편광된 광을 방출한다. 본 발명에 따른 디바이스가, 예를 들면, 백라이트로 사용되어 투과형 LC 디스플레이를 조명하면, 후면 편광자가 불필요해져 이를 생략할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 디바이스는, 예를 들면, 발광 디바이스가 복수의 독립적으로 어드레싱가능한 화소 소자들(picture elements)("또는 픽셀들(pixels)")을 포함하여 하나 이상의 이미지를 표시하도록 어드레스될 수 있다면, 이미지 디스플레이 소자로도 사용될 수 있다. 일례로서, 본 발명에 따른 발광 디바이스는 입체 디스플레이 디바이스의 이미지 디스플레이 소자로 사용될 수 있다. 편광된 방출과 짧은 방사성 수명의 조합에 의해 상술한 종래의 입체 디스플레이 디바이스들의 많은 문제점들을 극복할 수 있다.
활성층을 배향하기 위해 그레이팅을 사용하는 것은, 활성층이 액정 상을 갖는 물질을 포함하는 경우에도, 종래의 배향층을 제공할 필요가 없다는 것을 의미한다. 따라서, 디바이스 구조에서 전기적으로 절연인 배향층을 포함할 필요가 없기 때문에 양호한 전기 특성을 갖는 디바이스가 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 발광 디바이스는 OLEDs를 포함하는 종래의 평면형 발광 디바이스 구조들에 영향을 줄 수 있는 다른 문제점들을 극복한다. 이 문제점은 전형적인 OLED의 개략 단면도인, 도 1에 도시되어 있다.
도 1의 OLED(1)는 예를 들면, 유리 기판과 같은 투명 기판(2)을 가진다. 제1 전극(3)(본 실시예에서는, 투명 애노드), 유기 발광층(4), 및 제2 전극(5)(본 실시예에서는 캐소드)가 이 순서대로 기판 상에 배치되어 있다. OLED(1)는 기판의 바닥면(6)을 통해 발광한다. 따라서, 반사기는 발광층(4) 위에 구비되어 발광층에 의해 위쪽 방향으로 방출되는 광은 기판(2)의 바닥면(6)으로 다시 반사된다. 그리고, 도 1의 OLED에서는, 제2 전극(5)을 반사 전극으로 함으로써 반사기가 편리하게 구비된다.
유기 발광층(4)은 일반적으로 비교적 높은 굴절율을 가질 것이며, 유기층(4)에 대해 1.7 ~ 2 범위의 굴절율은 일반적이다. 따라서, 유기층(4)의 굴절율은 투과 전극(3)의 굴절율 또는 기판(2)의 굴절율보다 높고, 이들은 다시 주위 공기의 굴절율보다 높다. 따라서, 발광층(4)에 의해 방출된 광의 일부는 도 1의 경로 (a)로 나타낸 바와 같이 기판의 바닥면(6)을 통해 디바이스로부터 통과해 나가는 한편, 일부 광은 디바이스 내의 계면에 임계각보다 큰 수직에 대한 각도로 입사할 것이고 그 결과 내부 전반사를 겪고 OLED(1) 내에 갇힐 것이다. 도 1의 OLED(1)에서, 내부 반사는 경로 (b)로 나타낸 바와 같이 기판/공기 계면(즉, 기판의 바닥면(6)에서), 경로 (c)로 나타낸 바와 같이 투명 제1 전극(3)과 기판(2) 사이의 계면에서, 또는 경로(d)로 나타낸 바와 같이 발광층(4)과 투명 제1 전극(3) 사이의 계면에서 발생할 수 있다. 따라서, OLED(1)는 도파관 역할을 한다. "J. Appl. Phys.", 91(2), pp595-604(2002)에서 M.-H. Lu 등은 방출된 광의 상당 부분이 원하는 방향으로 방출되지 않고 도파관 모드로 트랩되는 것을 보여주었다. 이러한 광은 OLED의 의도된 관찰 방향으로 방출되지 않고, 따라서 디바이스의 전체 효율에 손실이 존재할 것이다.
그러나, 본 발명에 따른 디바이스에서는, 그레이팅이 도파관 모드들의 전파를 감소시키고, 브래그 산란에 의해 디바이스로부터의 광을 산란시킨다. 이로 인해 디바이스의 유용한 광 출력을 강화시킬 수 있다.
발광 디바이스 내에 회절 그레이팅을 제공하는 것이 알려져 있으나, 그러한 그레이팅들은 편광된 출력 광을 얻기 위해 발광 영역을 배향하는데 사용될 수 없다. 예를 들면, 미국특허번호 6,476,550은 회절 그레이팅이 구비된 유기 일렉트로루미네선트 디바이스를 개시하고 있다. 회절 그레이팅이 구비되어, 디바이스로부터의 광을 회절시킴으로써 디바이스 내의 내부 전반사에 의해 광이 트랩되는 것을 회피할 수 있기 때문에 디바이스의 광학적 효율성을 증가시킨다. 그러나, 미국특허번호 6,476,550에서는, OLED의 발광층이 그레이팅에 의해 배향되지 않아 OLED로부터 출력된 광이 편광되지 않는다.
추가 예로서, GB-A-2 318 422, GB-A-2 312 523 및 GB-A-2 301 195는 하나의 셀 벽에 배향 그레이팅이 구비되어 있는 종래의 액정 셀들을 개시하고 있다. 예를 들면, 그레이팅이 구비되어 계면에서의 2개의 액정 상태들을 안정화시키거나(GB 2 318 422) 또는 국부적으로 변화하는 프리틸트를 제공한다(GB 2 312 523).
그레이팅은 기판에서 규정될 수 있다. 이 실시예에서, 그레이팅은 기판의 선택된 영역들로부터 물질을 제거함으로써 규정될 수 있다.
선택적으로, 그레이팅은 기판 표면의 선택된 영역들 상에 피착된 물질에 의해 정의될 수 있다. 기판 표면에 피착된 물질은 실질적으로 서로 평행하게 확장하는 2개 이상의 스트립들을 포함한다. 기판 표면에 피착된 물질은 포토레지스트를 포함할 수 있다.
디바이스는 발광층을 어드레싱하는 전극을 포함할 수 있고 그레이팅이 전극내에 정의될 수 있다.
디바이스는 유기층을 더 포함할 수 있고, 그레이팅은 유기층 내에 정의될 수 있다. 유기층은 수송층일 수 있다.
그레이팅은 기판의 평면에 실질적으로 수직인 면들을 가지지 않을 수 있다. 이로 인해, 불연속적인 섹션들에 전극이 형성될 위험이 없이 전극이 그레이팅 상에 피착될 수 있도록 한다. 그레이팅은 실질적으로 사인곡선 형상인 단면을 가질 수 있다.
그레이팅의 피치는 적어도 100nm이고 20㎛보다 작을 수 있다.
그레이팅의 높이는 적어도 20nm이고 1㎛보다 작을 수 있다.
그레이팅은 발광층의 전체 영역을 실질적으로 제1 방향으로 배향할 수 있다. 이 경우, 디바이스의 실질적으로 전체 방사 영역이 단일 편광의 광을 방출할 것이다.
대안으로, 그레이팅은 발광층의 제1 영역을 제1 방향으로 배향시킬 수 있고 발광층의 제2 영역을 제1 방향과 다른 제2 방향으로 배향시킬 수 있다. 이 경우에, 제1 영역은 제1 방향과 평행하게 평면 편광된 광을 방출할 것이고 제2 영역은 제2 방향과 평행하게 평면 편광된 광을 방출할 것이다.
제1 방향은 제2 방향에 대해 실질적으로 90°가 될 수 있다.
이 장치는 복수의 개별적으로 어드레싱가능한 픽셀들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양상은 그레이팅이 실질적으로 발광층의 전체 영역을 제1 방향으로 배향시키는 발광 디바이스를 포함하는 이미지 디스플레이 시스템을 제공한다. 이 발광 디바이스는 픽셀화될 수 있다. 이러한 디스플레이 장치는 수동 입체(passive stereoscopic) 디스플레이 장치, 능동 입체(active stereoscopic) 디스플레이 장치, 또는 2-D 디스플레이 장치가 될 수 있다.
본 발명의 제3 양상은 그레이팅이 발광층의 제1 영역을 제1 방향으로 배향시키고 발광층의 제2 영역을 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 배향시키는 발광 디바이스를 포함하는 이미지 디스플레이 시스템을 제공한다. 이 발광 디바이스는 픽셀화될 수 있다. 이러한 디스플레이 장치는 수동 입체 디스플레이 장치, 능동 입 체 디스플레이 장치, 또는 2-D 디스플레이 장치가 될 수 있다.
이 발광 디바이스는 실제로 이미지 디스플레이 시스템의 이미지 디스플레이 소자를 형성할 수 있다.
대안으로, 이미지 디스플레이는 이미지 디스플레이 소자를 더 포함할 수 있고, 발광 디바이스는 사용 시에 이 이미지 디스플레이 소자의 백라이트를 형성할 수 있다.
이미지 디스플레이 시스템은 또한 발광 디바이스 및 이미지 디스플레이 소자 간의 광학적 경로에 배치된 스위칭가능한 지연기(retarder)를 포함할 수 있다. 이 이미지 디스플레이 시스템은 2-D 디스플레이 모드와 3-D 디스플레이 모드 사이에서 이 지연기를 적절히 스위칭함으로써 스위칭될 수 있다. 스위칭가능한 지연기의 지연은 0과 λ/2 사이에서 스위칭가능할 수 있다.
스위칭가능한 지연기의 한 지연 상태에 있어서, 스위칭가능한 지연기의 광축은 발광층의 제1 및 제2 영역들로부터 나오는 광이 서로에게 실질적으로 90°로 편광되어 스위칭가능한 지연기를 나오도록 구성될 수 있다. 이 발광 디바이스가 선형 편광자를 포함하는 이미지 디스플레이 소자의 백라이트를 구성할 경우, 이 이미지 디스플레이 소자의 입력 편광자의 송신축이, 스위칭가능한 지연기로부터 출사될 때 제1 영역과 제2 영역 모두로부터 나오는 광의 편광면이 약 45°로 배향되어 이미지 디스플레이 소자(34)가 광을 제1 영역 및 제2 영역으로부터 실질적으로 동일한 강도로 통과시키도록 하는 것을 가능하게 한다.
이미지 디스플레이 시스템은 지연기가 디바이스와 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로에 배치되는 제1 위치와 제2 위치 간에 이동가능한 지연기를 포함할 수도 있다. 이미지 디스플레이 시스템은 2-D 디스플레이 모드와 3-D 디스플레이 모드 사이에서 지연기를 적절히 이동시킴으로써 스위칭될 수 있다. 지연기의 지연은 실질적으로 λ/2가 될 수 있다.
지연기가 제1 위치에 있을 때, 지연기의 광축은 발광층의 제1 및 제2 영역들로부터 나오는 광이 서로 실질적으로 90°로 편광되어 지연기를 나오도록 구성될 수 있다.
제1 방향은 기준 방향에 대해서 실질적으로 +45°이 될 수 있고, 제2 방향은 기준 방향에 대해서 실질적으로 -45°일 수 있고, 지연기의 광축은 기준 방향에 대해서 실질적으로 +22.5°일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 이제 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 기술될 것이다.
도 2는 전형적인 그레이팅(7)을 도시한다. 이것은 실질적으로 서로 평행하게 배치되고 균일한 폭 w를 갖는 일련의 선들(8)로 구성된다. 인접하는 선들(8)의 각 쌍은 실질적으로 균일한 폭 s를 갖는 공간(9)에 의해 분리된다. 그레이팅 구조(7)는 기판(10) 상에서 정의된다. 선들(8)이 이 기판(10)의 표면 상방으로 올라가 있는 것으로 생각될 수 있고, 혹은, 이와 달리, 선들의 인접하는 쌍들 간의 공간(9)이 기판의 홈으로 생각될 수도 있다.
그레이팅(7)은 이 공간들 위의 선들(8)의 높이 h와 그레이팅의 피치 λ에 의해 규정될 수 있다. 그레이팅의 피치는 한 선(8)의 폭과 한 공간(9)의 폭의 합으로 정의된다. 즉, λ= w + s.
본 발명의 원리는 발광 디바이스의 도 2의 그레이팅(7)과 유사한 그레이팅을 구현하는 것이다. 이 그레이팅은 이 장치의 발광층의 분자의 배향을 제공한다. 이는 도 3에 도시되어 있는 것으로, 도 2의 그레이팅(7) 상에 액정 분자를 포함하는 층을 배치하는 효과를 도시한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 액정 분자들(11)은 그레이팅(7)의 선들(8)과 실질적으로 평행하게 배치된다. 따라서, 액정 분자나 그레이팅으로 배향될 수 있는 다른 분자들을 포함하는 발광 디바이스에 그레이팅(7)을 제공함으로써, 발광층이 배향된 발광 디바이스를 만들 수 있다. 그레이팅 구조에 의해 발광층이 배향되는 결과, 이 장치는 실제로 적어도 부분적으로는 평면 편광된(plane-polarised) 광을 방출한다. 발광층이 완전히 배향되는 경우, 출력광은 발광층의 배향 방향에 평행한(즉, 그레이팅 선들이 연장되는 방향에 평행한) 완전히 평면 편광된 것일 것이다. 실제로, 발광층은 완전히 배향되기 어려워서 출사광은 발광층의 배향 방향에 완전히 평면 편광되기보다는 부분적으로 평면 편광된다. 그레이팅에 의해 유도되는 발광층의 배향의 정도가 더 클 수록 소자의 다이크로익 비(dichroic ratio)는 더 클 것이다.
그레이팅(7)의 피치 λ와 높이 h는 특정 디바이스의 발광층의 배향을 좋게 하도록 선택된다. 일반적으로, 요구되는 피치는 적어도 100nm가 될 것이며, 20㎛가 넘지는 않는다. 선폭은 전형적으로 1㎛ 이하이며, 선폭을 약 1㎛ 이하로 유지하고 선 간격을 적절히 선택함으로써 큰 피치가 바람직하게 얻어진다. 요구되는 그레이팅의 높이는 전형적으로 수십 나노미터부터일 것이다. 최대의 바람직한 높이는 1㎛ 차수가 될 것이다. 이 범위 내의 그레이팅의 높이는 발광 디바이스의 동작과 호환되면서, 액정 분자의 효과적인 배향을 제공해야 한다.
가와타(Kawata) 등은, "액정" 16(6) pp 1027-1036(1994)에서, 피치가 2㎛이고 선 간격이 1㎛인 그레이팅을 사용하는 일반적인 액정 재료(액정 재료 5CB)의 거의 완전히 균일한 배향을 보고한 바 있다. 이 그레이팅의 열처리전 두께(pre-curing thickness)는 300㎚에서 1,000㎚의 범위 내였다.
도 3은 그레이팅이 그와 직접 접촉하고 있는 액정 재료를 배향하는 것을 도시하고 있다. 그레이팅(7) 상에 하나 이상의 층이 배치되는 경우, 그 층들이 그레이팅을 완전히 매립할만큼 두껍지 않다면, 위에 놓여지는 층(들)은 그레이팅(7)으로부터 나오는 일부 그레이팅 형상들을 나타낼 것이고, 이러한 잔여 그레이팅 형상들은 액정 재료를 배향시키는데 효과적일 것이다. 이는 본 발명의 발광 디바이스를 설계하는 데 상당한 자유도를 줄 것이다. 그레이팅이 상부층들에 의해 피복되면, 도 3에서와 같이, 상부 층들은 어느 정도 이 그레이팅을 "평탄화(smooth out)"할 것이다. 바람직한 그레이팅 높이의 범위인 수십 나노미터에서 최대 1㎛ 차수는, 상부 층의 잔여 그레이팅 구성에 보다는 하부 그레이팅(7)에 적용된다.
도 7은 본 발명에 따른 하나의 발광 디바이스를 도시한다. 이 디바이스는 OLED이며, 도 1의 종래의 OLED에서와 같이, 기판(13)을 포함한다. 제1 전극(14), 발광층(15), 및 제2 전극(16)이 기판 위에 순서대로 배치된다. 도 7의 OLED는 기판(13)과 제1 전극(14) 사이에 배치되는 그레이팅(17)을 추가로 포함한다. 그레이팅(17) 상에 배치된 제1 전극(14)은 상대적으로 얇아서 이 전극은 그레이팅(17)의 선들에 기인하여 상승된 선들(14a)을 나타낸다. 발광층(15)은 액정 분자나, 그레이팅에 의해 배향될 수 있는 다른 분자들을 포함할 수 있고, 제1 전극(14)의 잔여 그레이팅 선들(14a)은 발광층(15)의 분자들을 배향시키는데 효과적이다. 그레이팅 구조에 의한 발광층의 배향 결과, 장치는 실제로 적어도 부분적으로 평면 편광된 광을 방출한다.
도 2의 그레이팅(7)의 선들(8)은 기판면에 실질적으로 수직인 측면들(18)을 갖고, 따라서 기판이 정상적인, 원하는 배향으로 있을 때 실질적으로 수직이 된다. 따라서 도 2의 그레이팅(7) 상에 전극층을 배치하는 것은 극도로 어려울 것이다 - 선(8)의 상부 표면 및 간격 상에 전극 물질을 도포하는 것은 극히 쉽지만, 선들의 수직 측면(18)에 전극 물질을 도포하는 것은 매우 어렵다. 전극층이 도 2의 그레이팅(7) 상에 도포되면, 일련의 끊어진 띠 형상의 전극 물질이 되는 결과가 될 것이다. 전극층이 만족스럽게 도포될 수 있는지의 여부는 주로 발광층의 두께에 대한 그레이팅의 높이에 달려있다 - 그레이팅 높이가 발광층의 두께에 비하여 낮으면 상술한 "평탄화" 효과의 결과 전극층을 만족스럽게 도포할 수 있을 것이다.
예를 들면, 도 7의 OLED에서와 같이 전극층이 그레이팅 상에 도포되는 경우, 따라서 그레이팅이 기판 면에 수직인 면들을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 도 7의 OLED에서, 예를 들어, 그레이팅(17)은 실질적으로 사인파형(sinusoidal)인 단면을 갖는다. 이 그레이팅은 수직면이 없으므로, 제1 전극(14)을 그레이팅(17)의 전체면 상에 균일한 두께로 도포할 수 있다. 다른 방법으로는, 그레이팅 선들은, 실질적으로 평평하지만, 기판 표면에 수직이지 않고 기울어진 측면들을 가질 수 있다.
도 7의 OLED에서와 같이, 그레이팅이 OLED의 기판 상에 제공되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 기판에 정의될 수 있다. 도 4에 도시된 그레이팅의 형태는 균일한 두께 t를 갖는 기판으로부터, 이 기판에 그레이팅을 만들기 위해 기판의 선택된 영역을 제거함으로써 만들 수 있다. 이것은, 예컨대, 유리나 플라스틱 기판을 에칭하여 기판에 그레이팅을 만듦으로써 행해질 수 있다. 다른 방법으로, 플라스틱 기판의 경우에는, 적절한 몰드를 사용하여 기판이 몰딩될 수 있다. 또 다른 방법으로, 그레이팅은 그레이팅을 기판에 엠보싱함으로써 형성될 수 있는데, 이 방법은 또한 플라스틱 기판에 적용될 수 있다.
도 5는 그레이팅을 갖는 기판의 다른 제조 방법을 도시한다. 도 5에서, 그레이팅(7')은 균일한 두께를 갖는 기판(10) 표면의 선택된 영역 상에 재료를 도포함으로써 형성된다. 이 재료는 바람직하게는 도포되어 평행한 일련의 그레이팅 선들(8')을 형성한다. 이 방법에서, 그레이팅 선들(8')은 기판(10)에 도포된 포토레지스트 선들일 수 있다. 이 그레이팅은 기판(10) 전체 표면 상에 포토레지스트를 도포하고, 이 포토레지스트를 적절한 마스크를 통해 노광하고, 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하는 기존의 공정으로 제조될 수 있다.
도 4 및 도 5는 모두, 선들이, 실질적으로 기판면에 수직이며 따라서 그레이팅이 원하는 배향으로 있을 때 수직인 측면들을 갖는 그레이팅을 도시하는데, 이 도면들을 참조로 기술된 기술들은 수직 면들을 갖지 않는 그레이팅을 생산하는데 사용될 수 있다. 특히, 이 기술들은 도 7의 그레이팅(17)과 같이 사인파형의 단면을 갖는 그레이팅을 생산하는데 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 그레이팅은 본 발명의 발광 디바이스의 기판 내에 또는 기판 상에 형성되는 것으로 제한되지 않는다. 그레이팅은 다른 층에도 형성될 수 있고, 도 6은 그레이팅이 발광 디바이스의 하부 전극에 형성된 발명의 발광 디바이스를 도시하고 있다. 이 장치는 OLED(12')인데, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(13), 제1 전극(14), 발광층(15) 및 제2 전극(16)이 기판(13) 상에 이 순서로 배치된 구조를 포함한다. 그레이팅(17)은 제1 전극(14)에서 정의된다. 그레이팅은 먼저 전 영역에 걸쳐 균일한 두께로 전극층을 도포하고, 그 다음에 전극층의 선택된 영역을 에칭하여 그 두께를 줄임으로써 제조될 수 있다. 에칭되지 않는 전극층의 영역은 그레이팅 선들을 만들고, 두께가 감소한 영역은 그레이팅 선들 간의 그레이팅 간격을 만든다. 이 전극층(14)에 대한 적절한 하나의 물질은 ITO(indium tin oxide)이다. 그레이팅은 사용시에 발광층(15)(발광층(15)은 마찬가지로 액정 분자들, 또는 그레이팅으로 배향될 수 있는 다른 분자들을 포함한다)의 분자들을 배향시킨다. 그레이팅 구조에 의한 발광층의 배향 결과, 도 6의 OLED는 따라서, 사용시에 적어도 부분적으로 평면 편광된 광을 방출한다.
(도 6은 그레이팅(17)의 측면들이 수직인 것으로 도시하고 있다. 발광층(15)의 측면들은 또한 설명을 쉽게 하기 위하여 수직으로 도시되어 있지만, 실제로는, 그레이팅의 평탄화가 어느 정도 일어나서 발광층(15)의 측면들이 정확히 수직은 아니다. 상술한 바와 같이, 그레이팅의 수직 면들에도 불구하고, 그레이팅 의 높이가 발광층(15)의 두께에 비하여 낮으면, 상부 전극층(16)의 도포가 가능할 수 있다. 이와 달리, 수직 측면들을 갖지 않는 그레이팅이 이용될 수 있다.)
일반적으로, OLED와 같은 유기 발광 디바이스는 도 1에 도시된 층들에 부가하여 하나 이상의 유기 층들을 포함할 수 있다. 도 8은 하부 전극(14)과 발광층(15) 간에 유기 수송층(18)이 제공되는 발명의 발광 디바이스의 또다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 OLED를 참조하여 다시 기술된다. 유기층(18)은, 이 예에서, 홀 수송층이다. 도 8의 OLED(12")에서는, 유기층(18)의 상부 표면에 그레이팅이 만들어 진다. 이 유기층(18)의 상부 표면의 그레이팅은 또한 발광층의 분자들을 배향시키는데 효과적이다(발광층(15)은 마찬가지로 액정 분자, 또는 그레이팅으로 배향될 수 있는 다른 분자들을 포함한다). 그레이팅 구조에 의한 발광층의 배향 결과, 도 8의 OLED(12'')는 따라서, 실제로 적어도 부분적으로 평면 편광된 광을 방출한다.
도 8에 도시된 OLED(12'')를 제조하기 위해, 유기층(18)은 먼저, 그레이팅을 만들기 위해 물질을 제거함으로써 패터닝 될 수 있어야 한다. 유기층(18)은 또한, 후속층들의 도포에 저항력이 있어야 한다. 도 8의 OLED의 홀 수송층으로 사용될 수 있는 유기 물질의 예로는 옥시에탄-비스펑셔날라이즈드 N,N,N',N' 테트라페닐-벤지딘이 있다. 이 물질의 구조가 도 9의 (a)에 도시되어 있는데, 이 물질은 가장 흔한 유기 홀 콘덕터 N,N'-bis(4-methylphenyl) N,N' diphenyl-benzidine 또는, TPD 중 하나의 유도체이다. 옥시에탄 그룹은 예컨대 스핀 코팅으로 도포된 층에서 광반응될 수 있는 중합가능한 기(polymerisable moieties)이다. 도 9의 (b)에 광중합 반응이 도시되어 있다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 분자는 두 개의 중합가능한 옥시에탄 그룹을 가지고 있어, 광중합 과정으로 가교된(cross-linked) 네트워크를 형성할 것이다. 동시 계류 중인 UK 특허 출원 0226231.9에 기술된 바와 같이, 가교는 재료의 용해도를 줄인다 - 가교된 재료는 본질적으로 불용성이며, 따라서 층들이 더 도포될 수 있는 기저층을 형성한다.
따라서 도 8의 OLED(12")를 형성하기 위하여, 투명 전극(14)을 기판(13)에 먼저 도포하는데, 이는 기존의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, ITO층이 기판(13) 위에 도포되어 제1 전극(14)로 작용할 수 있다. 옥시에탄-비스펑셔날라이즈드 N,N,N',N' 테트라페닐-벤지딘층이 그 다음 제1 전극(14) 위에 도포된다. 이 층은 음성 포토레지스트를 패터닝하는 것과 유사한 방식으로 패터닝된다. 요컨대, 이 층은 적절한 마스크를 통해 UV 방사(radiation)에 노출된다. UV가 방사된 영역은 불용성이 되고, 패터닝된 수송층(18)에서 그레이팅 선들을 형성한다. 노광되지 않은 영역들은 용해가능한 상태로 남고, 워싱되어 그레이팅의 선들 간의 간격을 형성한다. 발광층(15)과 상부 전극(16)이 그 다음 적절한 절차에 의해 도포될 수 있다.
원칙적으로 수송층(18)은 그레이팅 선들 사이에서 완전히 워싱된다. 그러나, 도 8에서, 수송층(18)은 그레이팅 선들 사이에서 완전히 워싱되지 않고 도 8에 도시된 바와 같이 두께가 0은 아니지만 감소된 영역이 형성된다. 이 두께가 0이 아니지만 감소된 영역을 얻는 한 방법은 완전한 물질층을 스피닝하여 가교하여 불용성으로 만드는 것이다. 그 다음, 제2 층이 스피닝되고 상술한 것과 같이 패터닝된다. UV 방사에 노출되지 않은 영역에서 제2 층은 완전히 워싱되어 없어질 것이나, 이 때 제1 층은 영향을 받지 않을 것이다. 다른 방법은 막 전체를 UV 광으로 초기에 부분적으로 가교한 다음, 그레이팅 선들을 형성하여야 할 영역을 완전히 가교시키는 것이다. 워싱 단계에서 막의 부분적으로 가교된 영역이 워싱되어야 한다 - 그러나 완전히 가교되지 않은 막이 워싱되는 속도보다 늦은 속도로 워싱되어야 한다. 부분적으로 가교된 영역이 워싱되는 정도는 워싱 단계의 지속 기간을 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명을 증명하기 위해, 기판 상에 그레이팅이 피착되었다. 스핀 코팅법에 의해 깨끗한 투명 기판 상에 포토레지스트층(마이크로캠사의 SU8-2002)이 피착되었다. 기판으로서는 한장의 유리가 사용되었지만, PET(polyethylenetelephthalate) 또는 PS(polysulfone)와 같은 플라스틱 재료가 기판으로서 사용될 수도 있다. 레지스트는 65℃에서 1분간, 그리고 95℃에서 3분간 약하게 소성되었다.
그 후 포토레지스트층에 그레이팅을 형성하기 위해 포토레지스트층이 진폭 마스크를 통해 자외선광에 노출되었다. 일반적인 마스크 얼라이너(aligner)는 그 위에 에칭된 여러개의 그레이팅 패턴들을 가지며, 이들은 1-3 ㎛ 선폭 및 1-3㎛ 스페이스폭으로 변하고, 적합한 그레이팅 패턴이 특정 디바이스에 대해 선택될 수 있다. 일반적인 노광 시간은 60초이다.
노광된 포토레지스트층은 65℃에서 1분동안, 95℃에서 3분동안 노광후 소성된다. 그 후 포토레지스트층은 1분동안 용매(시플리사의 EC 용매)에서 현상되고, 건조되기 전에 최종적으로 이소프로필 알콜(IPA)에서 세정된다. 이 현상 처리시, 마스크의 진폭 패턴은 포토레지스트층의 표면 프로파일로 전사되어, 포토레지스트층에 회절 그레이팅이 형성된다. 그 후 포토레지스트층은 약 150℃의 온도로 30분동안 소성에 의해 경화될 수 있다.
일 실시예에서 생성된 그레이팅은 약 200nm의 그레이팅 높이를 가졌다. 그레이팅 프로파일은 거의 정사각 형상이었다. 그러나, 포토레지스트의 피착 동안의 회전 속도, UV 노광 시간, 또는 현상 시간과 같은 포토레지스트의 처리 조건들을 변경함으로써, 그레이팅의 높이와 형상을 변경할 수 있다. 사용되는 특정 포토레지스트의 변경은 그레이팅들의 높이 및 형상을 수정할 수도 있다.
이와 같이 생성된 기판 및 회절 그레이팅은 도 7에 도시된 일반적인 구조를 갖는 OLED 내에 포함되었다. OLED의 발광층은 액정 상태를 갖는 방출 폴리머였다. 발광층으로서는, 미국 플로리다 HW 샌드로부터 상업적으로 이용되고 일반적으로 "PF2/6"으로 공지되어 있는 폴리머 폴리(9,9-비스(2-에틸헥실) 플루오린)이 사용되었다. PF2/6의 구조는 도 10에 도시되어 있다. 이 폴리머는 "Macromol.Rapid.Commun." 22(17) pp1365-1385(2001)에서 D. Neher에 의해 다른 기술들을 이용하여 양호한 배향을 보여주는 것으로 알려져 있기 때문에 선택되었다. 폴리머는 10ms/ml의 톨루엔에 용해되고, 0.2 ㎛ 필터를 통과하여 그레이팅 기판상에서 스핀 코팅되었다. 대략 100nm의 막두께가 사용되었다. 그후 기판 및 폴리머층은 30분동안 160℃(PF2/6이 (네마틱) 액정상을 처리하는 온도)까지 가열되어 액정 분자들의 배향을 유도한다. 그 후 배향을 유지하기 위해 디바이스가 실내 온도로 느리게 냉각되었다.
디바이스의 방출 및 흡수 특성들 모두를 조사함으로써, 그레이팅에 의해 유도된 액정 배향의 정도가 2가지 방식으로 평가되었다. 전극층들은 디바이스 내에 제공되지 않았기 때문에, 배향의 정도는 포토루미네슨스 및 광흡수에 의해 결정되었다.
디바이스의 방출 특성들을 조사하기 위해, 그레이팅 선들은 거의 수직인 채로, 스펙트라플루오리미터 내에 디바이스가 배치되었다. 디바이스는 PF2/6의 흡수 피크의 중앙에 있는 375nm의 파장에서 비편광된 광에 의해 여기되었고, 방출 스펙트럼(예를 들어, 포토루미네슨스 스펙트럼)이 기록되었다. 샘플과 검출기 사이에는 평면 편광자가 배치되었다. 편광자의 투과축이 수직이면, 검출기는 수직 방향(즉, 그레이팅 방향에 평행하고 따라서 배향 방향에 평행)으로 편광되는 방출광을 기록한다. 편광자가 그 투과축에 평행하게 배치되면, 검출기는 그레이팅 방향에 수직인 편광(polarisation)에 의해 방출된 광을 기록한다.
디바이스의 방출 스펙트럼들이 도 11에 도시되어 있다. 도 11의 트레이스(1)는 그레이팅 방향에 평행하게 편광된 광에 대하여 기록된 스펙트럼을 나타내고, 도 11의 트레이스(2)는 그레이팅 방향에 수직하게 편광된 광의 스펙트럼을 나타낸다. 도 11로부터 볼 때, 그레이팅 방향에 평행한 편광된 방출광의 세기가 그레이팅 방향에 수직하게 편광된 방출광의 세기보다 훨씬 높기 때문에, 그레이팅이 발광층의 상당한 배향을 생성했음이 명백하다. 여기 빔과 상호작용하여 소정의 의사 반사(spurious reflection)을 야기시키는 그레이팅 때문에 다이크로익 비의 정밀한 값을 결정하기는 어렵지만, 다이크로익 비 D는 대략 7이었다.
도 12는 디바이스에 대하여 측정된 일반적인 흡수 스펙트럼들을 나타낸다. 도 12의 트레이스(1)는 광원과 디바이스 사이에 편광자가 삽입되지 않은 경우에 디바이스를 통과하는 광의 흡수를 나타내고, 트레이스(2)는 투과축이 그레이팅에 평행하게 배향되어 있는 편광자가 광원과 디바이스 사이에 삽입되어 있는 경우의 흡수 스펙트럼을 나타내고, 도 12의 트레이스(3)는 투과축이 그레이팅 방향에 수직하게 배향된 편광자가 광원과 디바이스 사이에 삽입되어 있는 경우의 흡수 스펙트럼을 도시한다. 그레이팅에 수직인 편광보다는 그레이팅에 평행한 편광의 흡수가 현저히 많다는 것을 알 것이다. 이 측정값들은 다이크로익 비에 대해 10의 근사값을 부여한다.
도 11 및 도 12의 결과들은 기판 상의 그레이팅이 PF2/6 발광층의 액정 분자들을 배향할 때 효과적이라는 것을 명백히 나타낸다.
도 13은 그레이팅이 발광 디바이스 내에 포함될 수 있는 한가지 방법을 도시한다. 본 실시예는 OLED를 참조하여 설명되고, 도 13의 OLED(19)는 기판(20) 상에 배치된 포토레지스트 그레이팅(21)을 포함한다.
그레이팅은 기판(20) 위에 배치된 포토레지스트의 평행 선들(21a)을 포함하도록, 상기한 도 5를 참조하여 설명된 방법으로 형성될 수 있다.
금(22)으로 된 얇은 반투명층이 그레이팅 상에 배치된다. 이 층은 전극(이 경우는 애노드)으로서 작용할 것이다. 그레이팅의 선들(21a)은 금층이 균일한 두께로 배치되게 하기 위해 수직 측면들을 갖지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 그레이팅(21)은 대략 사인곡선 형상의 단면을 갖는다.
PF2/6의 층이 금 애노드(22) 상에 배치되고, 이것은 발광층을 형성할 것이다. 금층이 얇기 때문에, 그레이팅 선들(21a)로부터 도출된 선들은 발광층에 대향하는 금층의 표면에 나타나고, 이들은 발광층의 분자들을 배향할 것이다.
마지막으로, 알루미늄(24)으로 덮여진 칼슘층이 발광층 위에 배치된다. 이 층은 또 다른 전극(이 경우에는 캐소드)으로서 작용할 것이다.
도 13의 OLED(19)에서, PF2/6 발광층의 분자들은 그레이팅(21)에 의해 배향된다. 그 결과, 디바이스는 편광된 광을 방출할 것이다. 또한, 그레이팅(21)은 도파관 효과들을 감소시킴으로써 그리고 또한 디바이스 외부의 브래그(Bragg) 산란광에 의해, 디바이스 내에 트랩된 방출광의 양을 감소시킬 것이다.
발광층의 분자들을 배향하기 위해 그레이팅을 사용하는 것은 종래의 배향층들을 사용하는 것보다 더 유리하다. 공지된 바와 같이, 액정 재료가 러빙된(rubbed) 폴리이미드층과 같은 배향층에 의해 배향되는 경우, 액정층은 배향층 근방의 액정 분자들에게 "프리 틸트(pre-tilt)" 각도를 부여한다. 이에 의해, 액정 분자들의 평면은 배향층의 표면에 평행하지 않고, 배향층에 대해 기울어져있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 발광층의 액정 분자들을 배향하기 위해 그레이팅이 사용되면, 분자들은 그레이팅의 표면에 대체적으로 평행하게 배향될 것이다. 즉, 예를 들어 도 7 또는 도 13의 발광 디바이스들에서, 액정 분자들은 기판(13, 20)에 실질적으로 평행하게 배향될 것이다. 이것은 발광층에 의해 발생된 광이 우선적으로 기판의 바닥면 쪽으로 전파되는 것을 의미하며, 그 이유는 광 전파 방향이 발광 분자들의 면에 직교하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 발광 디바이스에서는, 원하는 방출 방향을 따라 보다 많은 광이 전파되기 때문에, 디바이스의 유용한 광출력은 종래 디바이스들의 유용한 출력보다 크다.
도 6, 도 7, 도 8, 및 도 13을 참조하여 설명된 디바이스들은, 원한다면 디바이스의 활성 영역이 복수의 개별적으로 어드레싱가능한 픽셀들로 형성되는 픽셀화된 디바이스들로서 구현될 수 있다. 공지된 바와 같이, 이것은 전극들(14, 16)중 하나를 복수의 분리된, 개별적으로 제어가능한 픽셀 전극들로서 형성함으로써 수행될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 발광 디바이스의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 OLED를 참조하여 설명될 것이다. 도 14a는 OLED(25)의 단면도이고, OLED(25)가 기판(13) 상에 배치된 그레이팅 구조(17)를 포함하는 것을 알 수 있다. 그레이팅 구조(17)의 상방에는 제1 전극(14), 발광층(15) 및 제2 전극(16)이 배치된다. 도 14a는 기판(13) 위에 배치된 그레이팅 구조(17)를 도시하지만, 그레이팅 구조는 상술된 방식들 중 어느 방식에 의해서도 OLED(25)에 형성될 수 있다. 그레이팅 구조는 상술한 바와 같이 발광층의 분자들을 배향시킨다. 따라서 도 14a의 OLED(25)는 편광된 광을 방출한다.
OLED(25)의 평면도인 도 14b에 도시된 바와 같이, OLED(25)는 픽셀화된 디바이스이다. 즉, 디바이스의 활성 영역이 복수의 개별적으로 어드레스가능한 픽셀들(26)로 형성된다. 도 14b는 8x8 매트릭스로 구성되는 픽셀들(26)을 도시하 지만, 본 발명은 이 특정 구성에 한정되지 않는다. 픽셀들은, 전극들(14, 16) 중의 하나를 연속적인 전극으로서가 아니라 각각의 스위칭 소자에 각각 제공된 복수의 분리된, 개별적으로 제어가능한 픽셀 전극들로서 만듦으로써 정의될 수 있으며, 이것은 일련의 개별적인 픽셀 전극들로서 제2 전극(16)을 나타내는 도 14a에 도시된다. 스위칭 소자들은 도 14b에 도시되지 않는다.
도 14b의 선들(27)은 OLED의 그레이팅의 상승 부분들을 도시한다. 선들(27)은 OLED(25)의 모든 픽셀(26)이 동일한 그레이팅 릴리프(relief) 방향을 가져서(제조 오류들을 무시) 동일한 액정 배향을 갖도록 형성된다. 그 결과, OLED(25)의 모든 픽셀(26)은 명목적으로 동일한 편광 상태를 갖는 광을 방출한다. OLED(25)의 모든 픽셀(26)이 동일한 그레이팅 릴리프 방향을 갖는 것을 보장하는 한가지 편리한 방법은 도 14b에 도시된 바와 같이 OLED(25)의 영역에 걸쳐 선들(27)을 연속적으로 만드는 것이다. 그러나, 선들(27)은 OLED(25)의 영역에 걸쳐 연속적으로 되도록 요구되지 않는다.
도 14b에서 그레이팅 릴리프 방향(선들(27)로 표시됨)은 픽셀 컬럼들 및 픽셀 로우들의 방향에 대해 대략 45°이지만, 그레이팅 릴리프는 임의의 원하는 방향을 따라 연장될 수 있다.
도 14a 및 도 14b의 OLED(25)의 발광층(15)은 예를 들어 액정 분자들(그레이팅에 의해 배향될 수 있는 기타 분자들)을 포함하는 재료층일 수 있다.
도 14a 및 도 14b의 픽셀화된 OLED는 예를 들어 종래 2D 디스플레이의 디스플레이 소자 또는 디스플레이 소자에 대한 백라이트로서 사용될 수 있다. 그러나, 도 14a 및 도 14b의 픽셀화된 OLED는 수동 입체 디스플레이 디바이스 내의 디스플레이 소자로서, 또는 능동 입체 디스플레이 디바이스내의 디스플레이 소자로서 사용될 수도 있다. OLED(25)를 입체 디스플레이 디바이스 내의 디스플레이 소자로서 사용하는 것은 종래의 입체 디스플레이 디바이스들보다 많은 이점이 있다.
상술한 바와 같이, 도 14a 및 도 14b의 발광 디바이스는 디바이스의 전체 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 편광을 갖는 광을 방출한다. 따라서, 발광 디바이스가 입체 디스플레이 디바이스 내의 디스플레이 소자로서 사용되는 경우에 외부 편광자를 제공할 필요가 없다(이것은 수동 및 능동 입체 디스플레이 디바이스들 모두에 적용됨). 수동 입체 디바이스의 경우에, 이것은 시스템의 비용 및 크기를 감소시키고, 능동 입체 디스플레이 디바이스의 경우에, 이것은 관찰자가 쓰는 액티브 안경의 비용 및 크기를 감소시킨다.
외부 편광자가 필요하지 않기 때문에, 편광자가 사용되는 경우에 발생하는 강도의 손실이 제거된다. 따라서, 밝기가 증가된 디스플레이를 제공하고, 및/또는 발광 디바이스에 요구되는 구동 전류를 감소시킴으로써 발광 디바이스의 수명을 증가시킬 수 있다. 이것은 디바이스가 2D 모드 또는 3D 모드 중 어느 하나에서 동작하는 경우에 적용된다.
액정 OLED의 방사성 완화 시간은 일반적으로 CRT 발광체의 방사성 붕괴 시간보다 훨씬 짧다. 따라서 OLED를 사용하면 2개의 눈의 이미지들 사이의 크로스토크가 감소되고, 또한 픽셀들의 컬럼을 따른 밝기 변화가 감소된다.
마지막으로, 도 14a 및 도 14b의 발광 디바이스(25)를 포함하는 입체 디스플 레이 디바이스는 2D 디스플레이로서 사용되는 경우에 양호한 이미지를 제공할 것이다. 본 발명의 발광 디바이스들을 포함하는 디스플레이가 사용되는 경우에는 종래의 미세공동(microcavity) 디스플레이에서 발생하는 밝기 변화 또는 색 인공물(artefact)들이 발생하지 않는다.
도 14a 및 도 14b의 OLED(25)는 선형으로 편광된 광을 방출한다. 만일 선형으로 편광된 광보다는 원형으로 편광된 광에 기초하여 입체 디스플레이 디바이스의 OLED(25)를 사용하기를 원하면, OLED 디스플레이와 관찰자의 뷰잉 안경 사이에 균일한 λ/4 지연기를 삽입할 수 있고 또는 관찰자의 뷰잉 안경에 균일한 λ/4 지연기를 포함시킬 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 발광 디바이스의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 OLED를 참조하여 설명될 것이다. 도 15a는 OLED의 단면을 나타내고, 도 14a와 동일하므로 더 설명하지 않는다. 도 15a 및 도 15b의 OLED(25')는 마찬가지로 복수의 독립적으로 어드레스가능한 픽셀들(26)을 포함하는 픽셀화된 디바이스이다. 도 15b는 OLED(25')의 평면도로서, 8x8 매트릭스 형태로 배치된 64개의 픽셀들을 갖는 디바이스를 도시하지만, 본 발명은 이러한 특정 수 및/또는 구성의 픽셀들에 한정되지 않는다.
도 15b의 선들(27)은 픽셀들 내의 그레이팅 릴리프 구조의 방향을 도시한다. 도 14b의 발광 디바이스와 달리, 그레이팅 릴리프 방향은 도 15b의 발광 디바이스에 걸쳐 균일하지 않고 픽셀들 사이에서 변화함을 알 것이다. 이 실시예에서, 그레이팅 릴리프 방향은 컬럼 내의 모든 픽셀들에 대해 일정하지만, 그 칼럼과 그의 후속 칼럼 사이에서 변화한다. 도 15b의 바람직한 실시예에서는 그레이팅 릴리프 방향이 컬럼들 사이에서 교대되는데, 도 15b의 홀수번째 컬럼에서는 그레이팅 릴리프 방향이 상부 좌측으로부터 하부 우측으로 되고(즉, 도 15b의 수직 방향에 대해 +135°, 또는 -45°), 짝수번째 컬럼에서는 그레이팅 릴리프 방향이 하부 좌측으로부터 상부 우측으로 된다(즉, 수직 방향에 대해 +45°). 그레이팅 릴리프 방향의 배향은 모든 홀수번째 컬럼들에 있는 모든 픽셀들에 대해 (제조 내구성들 내에서) 동일하고, 또한 모든 짝수번째 컬럼들 내의 모든 픽셀들에 대해(또한 제조 내구성들 내에서) 동일하다. 그러나, 그레이팅 릴리프 방향은 홀수번째 컬럼들과 짝수번째 컬럼들 사이에서 상이하기 때문에, 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 방출된 광의 편광은 짝수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 방출된 광의 편광 방향과 상이하다.
특히 바람직한 실시예에서는 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에서의 그레이팅 릴리프 방향이 짝수번째의 컬럼들의 픽셀들에서의 그레이팅 릴리프 방향에 대해 실질적으로 90°이다. 따라서 본 실시예에서는, 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 방출된 광의 편광이 짝수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 방출된 광의 편광 방향과 실질적으로 직교한다.
본 명세서에서의 로우들과 컬럼들에 대한 참조들은 본 발명이 수평 로우들 및 수직 컬럼들에 한정됨을 암시하지는 않는다는 것을 주의해야 한다. 대신, 이러한 용어들은 이미지 데이터가 로우마다 입력되는 표준의 공지된 방식을 지칭한다. 디스플레이들에서는 픽셀 로우들이 보통 수평하게 배치되고 픽셀 컬럼들이 수직으로 배치되지만, 이것이 필수적인 것은 아니며, 마찬가지로 예를 들어 로우들은 수 직하게 배치되고 컬럼들은 수평하게 배치될 수 있다.
도 15a 및 도 15b의 발광 디바이스(25')는 예를 들어 종래의 2D 디스플레이, 수동 입체 디스플레이, 또는 능동 입체 디스플레이와 같은 이미지 디스플레이 시스템의 발광 소자로서 사용될 수 있다. 발광 디바이스는 이미지 디스플레이 소자로서 작용하여 관찰자에 의한 디스플레이를 위해 하나 이상의 이미지들을 표시한다.
도 15a 및 도 15b의 발광 디바이스(25')를 포함하는 입체 디스플레이 디바이스가 2D 표시 모드에서 사용되는 경우, 이미지는 홀수번째 및 짝수번째 컬럼들 모두의 픽셀들을 사용하는 종래의 방식으로 표시된다. 도 14a 및 도 14b의 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 발광 디바이스(25')가 편광된 광을 방출하기 때문에, 입체 디스플레이 디바이스는 종래의 입체 디스플레이의 외부 편광자를 요구하지 않으므로, 종래의 외부 편광자에 의해 야기되는 강도의 손실이 제거되기 때문이다. 또한, 종래의 미세공동 표시 디바이스와 관련된 색 인공물들의 밝기는 존재하지 않을 것이다.
수동 입체 디스플레이 시스템에서 도 15a 및 도 15b의 발광 디바이스(25')를 사용하기 위해, 관찰자의 안경은, 한쪽 눈에, 투과 방향이 발광 디바이스의 홀수번째 또는 짝수번째 컬럼들에 의해 방출된 광의 편광 방향과 평행한 편광자를 가질 것이다. 관찰자의 안경의 다른쪽 눈에 있는 편광자는 첫번째 눈에 대한 편광자의 투과축에 수직한 투과축을 갖도록 구성될 것이다. 홀수번째 컬럼들을 사용하여 제1 이미지를 표시하고 짝수번째 컬럼들을 사용하여 제2 이미지를 표시함으로써 입체적 이미지가 얻어질 것이다.
예를 들어, 좌측 눈 이미지는 홀수번째 컬럼들의 픽셀들 상에 표시될 수 있다. 이 경우에, 관찰자 안경은 그 투과축이 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 방출된 광의 편광 방향에 평행하게 배치된 좌측 눈에 대한 편광자를 가질 것이다. 따라서 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에 의해 표시되는 좌측 눈 이미지는 관찰자의 좌측 눈으로 전달될 것이다. 홀수번째 컬럼들의 픽셀들에서의 그레이팅 릴리프 방향이 짝수번째 컬럼들의 픽셀들에서의 그레이팅 릴리프 방향에 대해 실질적으로 90°라고 가정하면, 우측 눈 편광자의 투과축은 좌측 눈 편광자의 투과축에 수직이 될 것이므로, 좌측 눈 이미지는 우측 눈 편광자에 의해 차단될 것이다. 반대로, 짝수번째 픽셀들은 우측 눈 이미지를 표시할 것이고, 이것은 우측 눈 편광자에 의해서는 투과되지만 좌측 눈 편광자에 의해서는 차단될 것이다. 따라서, 관찰자의 좌측 눈은 좌측 눈 이미지만을 볼 것이고 관찰자의 우측 눈은 우측 눈 이미지만을 볼 것이므로 입체적인 이미지가 얻어질 것이다.
따라서 도 15a 및 도 15b의 발광 디바이스는 디스플레이 소자에 접속되는 임의 종류의 외부 광학 시스템들을 요구하지 않는 입체 디스플레이 시스템을 제공할 수 있다. 필요한 유일한 광학 소자는 관찰자의 수동 편광 안경이다.
또한, 도 15a 및 도 15b의 발광 디바이스(25')를 포함하는 입체 디스플레이 시스템에서, 좌측 눈 이미지와 우측 눈 이미지는 모두 연속적이며 동시에 표시된다. 이것은 각 눈에 대한 이미지들이 시간 순차적인 방식으로 표시되는 종래의 수동 입체 디스플레이 시스템들과 대조적이다. 따라서 본 발명은 좌측 눈 이미지 및 우측 눈 이미지의 시간 순차적인 디스플레이에 의해 발생되는 "플리커(flicker)"가 제거되기 때문에 이전의 수동 입체 디스플레이 시스템들에 비해 개선된 이미지 품질을 제공한다.
일부 종래의 수동 입체 디스플레이 시스템들에서 요구되는 패턴화된 편광자와 같은 추가의 광학 소자들을 제공하는 필요성을 제거함에 따라, 본 발명의 입체 디스플레이 시스템의 비용 및 복잡성이 감소된다. 또한, 일부 종래의 입체 디스플레이 시스템들에 추가의 광학 소자들을 제공하는 경우, 좌측 눈 이미지과 우측 눈 이미지 사이의 시차(parallax) 또는 크로스토크를 방지하기 위해, 그 광학 소자들이 디스플레이 소자의 픽셀들과 정확히 위치맞춤될 것을 보장할 필요가 있다. 본 발명의 도 14b 또는 도 15b의 OLED를 포함하는 입체 디스플레이 시스템에서는 추가의 광학 디바이스들이 요구되지 않기 때문에, 추가의 광학 소자들의 정확한 위치맞춤을 위한 요건이 완전히 제거된다. 위치맞춤 정확하지 않은 경우에 발생하는 시차 또는 이미지 크로스토크의 가능성 또한 제거된다.
또한, 도 15b의 발광 디바이스(25')는 능동 입체 디스플레이 시스템에서 사용될 수 있고, 이는 도 16a ~ 도 16c에서 도시된다.
본 발명의 발광 디스플레이 디바이스는 OLED들을 참조하여 상술된 바 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 디바이스들에 한정되는 것은 아니고, 그 외의 발광 디바이스에서 발광층을 배향하기 위해 사용될 수 있다.
도 16a는 도면에 좌측 눈(30L)과 우측 눈(30R)으로 표시된 관찰자에게 보여지는 능동 입체 디스플레이 시스템(39)을 도시한다. 디스플레이 시스템은 상기 도 15a 및 도 15b를 참조하여 설명된 유형의 발광 디바이스(25')를 포함한다. 발광 디바이스(25') 상에 표시된 이미지는 액티브 안경(38)을 통해 관찰자에게 보여진다. 도 16a의 입체 디스플레이 시스템(39) 내의 관찰자의 액티브 안경(38)은, 각각의 눈에 대해, 스위칭가능한 λ/2 지연기(28L, 28R), 및 고정된 투과축을 갖는 선형 편광자(29L, 29R)를 포함한다. 좌측 눈 편광자(29L)의 투과축(29L')은 우측 눈 편광자(29R)의 투과축(29R')에 거의 수직이다. 게다가, 좌측 눈 편광자(29L)의 투과축은 발광 디바이스(25')의 홀수번째 컬럼의 그레이팅 릴리프 방향(grating relief direction)에 거의 평행하고, 우측 눈 편광자(29R)의 투과축은 발광 디바이스(25')의 짝수번째 컬럼의 그레이팅 릴리프 방향에 거의 평행하다. 좌측 눈 및 우측 눈의 스위칭가능한 지연기(28L, 28R)는 하나의 스위칭가능한 지연기로 구현될 수도 있다.
도 16b 및 도 16c는 2개의 타임 프레임에서의 디스플레이 시스템(39)의 동작을 도시한다. 명쾌함을 위해, 도 16b 및 도 16c에서 발광 디바이스(25')는 생략된다.
도 16b에 도시된 타임 프레임 1에 있어서, 스위칭가능한 λ/2 지연기(28L, 28R)가 스위칭되어, λ/2 지연기를 통과하는 광은 임의의 위상 편이를 경험하지 않는다. 상술된 바와 같이, 도 16a의 능동 입체 디스플레이 시스템에 있어서, 좌측 눈 편광자(29L)의 투과축은 홀수번째 컬럼 내의 픽셀에 의해 방출된 광의 편광 방향에 거의 평행하게 배열되고, 우측 눈 편광자(29R)의 투과축은 짝수번째 컬럼 내의 픽셀에 의해 방출된 광의 편광 방향에 실질적으로 평행하게 배열된다. 홀수번째 컬럼 내의 픽셀에 의해 방출된 광의 편광 방향은 짝수번째 컬럼 내의 픽셀에 의해 방출된 광의 편광 방향에 실질적으로 수직이다. 따라서, 타임 프레임 1에 있어서, λ/2 지연기(28L, 28R)가 지연기들을 통해 투과되는 광에 어떠한 위상 편이도 유도하지 않는 경우에, 좌측 눈 편광자(29L)는 홀수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광을 투과시키고, 짝수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광은 차단한다. 반대로, 우측 눈 편광자(29R)는 짝수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광은 투과시키지만, 홀수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광은 차단한다. 따라서, 관찰자의 좌측 눈(30L)은 오직 홀수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광만 보고, 관찰자의 우측 눈(30R)은 오직 짝수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광만을 본다. 입체적인 이미지는 홀수번째 컬럼의 픽셀에 좌측 눈 이미지를 표시하는 한편, 짝수번째 컬럼의 픽셀 상에 우측 눈 이미지를 표시함으로써 얻어질 수 있다. 2개의 이미지는 서로 동시에 표시되지만, 교호 컬럼(alternate columns)에 표시되는 각 이미지로 인터레이스된다(interlaced).
도 16c에 도시된 바와 같은 타임 프레임 2에서, λ/2 지연기(28L, 28R)는 지연기를 통과하는 광에 대해 λ/2 위상 편이를 유도하도록 배열되므로, 각 지연기는 지연기를 통과하는 광의 편광면을 90°회전시킬 것이다. 그 결과, 광의 편광면이 좌측 눈 λ/2 지연기에 의해 90°회전되어서, 광이 좌측 눈 편광자에 도달할 때 좌측 눈 편광자의 투과축에 수직이 되기 때문에, 홀수번째 컬럼 내의 픽셀로부터 방출된 광은 좌측 눈 편광자에 의해 차단된다. 그러나, 짝수번째 컬럼으로부터의 광은, 이제 좌측 눈 편광자에 의해 투과된다. 반대로, 우측 눈 편광자(29R)는 홀수번째 컬럼 내의 픽셀에 의해 방출된 광을 투과시키고, 짝수번째 컬럼 내의 픽셀로부터의 광은 차단한다.
3-차원 이미지를 표시하기 위해, 스위칭가능한 지연기(28L, 28R)가 타임 프레임 2의 시작부(start)에서 스위칭될 때, 홀수번째 컬럼 내의 픽셀이 스위칭되어 좌측 눈 이미지가 아닌 우측 눈 이미지를 표시하고, 짝수번째 컬럼 내의 픽셀이 스위칭되어 우측 눈 이미지보다는 오히려 좌측눈 이미지를 표시한다. 따라서, 타임 프레임 2의 시작부에서, OLED(25') 상에 표시된 좌측 눈 이미지는 홀수번째 컬럼에서 짝수번째 컬럼으로 이동되고, 우측 눈 이미지는 짝수번째 컬럼에서 홀수번째 컬럼으로 이동된다. 따라서, 관찰자의 좌측 눈(30L)은 계속해서 좌측 눈 이미지를 보게 되고, 관찰자의 우측 눈(30R)은 계속해서 우측 눈 이미지를 보게 된다. 그러나, 좌측 눈 이미지와 우측 눈 이미지는 2개의 타임 프레임들의 진로(course)에 걸쳐 모든 컬럼 상에 표시되므로, 좌측 눈 이미지 및 우측 눈 이미지는 표시부(25')의 완전한 해상도(full resolution)로 표시될 수 있다. 공간적 및 시간적으로 멀티플렉스된 본 발명의 능동 입체 디스플레이는 완전한 화면 해상도가 양쪽 눈에 의해 감지되도록 하는데 반해, 종래의 인터레이스된 디스플레이 시스템은 각 이미지가 디스플레이 소자의 완전한 해상도의 1/2만 표시되도록 한다.
도 16a의 능동 입체 디스플레이는 다시 종래의 2-차원 이미지를 표시하는 데에도 사용될 수 있다. 단순히, 관찰자가 안경을 벗고, 통상적인 2-차원 이미지가 발광 디바이스 상에 표시되도록 하면 된다.
도 17은 본 발명의 다른 입체 디스플레이 시스템(40)을 도시한다. 이것은 상기 도 15a 및 도 15b를 참조하여 설명된 유형의 픽셀화된 발광 디바이스(25')를 마찬가지로 포함한다. 간단히 하기 위해, 도 17에는 발광 디바이스(25')의 전체 픽셀 구조는 도시되지 않고, 단지 픽셀들의 컬럼들만 도시된다.
λ/4 파장판(waveplate)(31)은 발광 디바이스(25')와 관찰자(도시되지 않음) 사이에 배치된다. λ/4 파장판(31)은 발광 디바이스에 의해 방출된 광의 편광을 선편광에서 원편광으로 변환하는 역할을 한다. 홀수번째 컬럼으로부터의 광은 한 방향에서 원형으로 편광된 광으로 변환되고, 짝수번째 컬럼으로부터의 광은 반대 방향에서 원형으로 편광된 광으로 변환된다. λ/4 파장판(31)에 의해 생성된 출력 편광은 개략적으로 32로 표시된다. 도 17의 입체 디스플레이 시스템은 도 16a의 관찰자 안경(38)과 유사한 관찰자 안경을 더 포함하지만, 그 안경은 도 16a의 선형 편광자(29L, 29R)가 아니라 원형 편광자를 포함한다.
도 17의 실시예는 상기 도 15 및 16을 참조하여 기술된 바와 같이, 수동 입체 디스플레이 시스템 또는 능동 입체 디스플레이 시스템 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 게다가, 도 17의 디스플레이 시스템은, 발광 디바이스(25') 상에 단일 이미지를 표시하고 관찰자가 그들의 뷰잉 안경을 벗음으로써, 종래의 2-차원 디스플레이 시스템으로 사용될 수도 있다.
상술된 입체 디스플레이 디바이스에 있어서, 발광 디바이스는 이미지 디스플레이 소자로서 사용되어 왔다. 많은 입체 디스플레이 디바이스들이 이러한 종류의 이미지 디스플레이 소자를 포함하는 반면, 이미지 디스플레이 소자가 자체적으로 광을 방출하지는 않지만 이미지 디스플레이 소자 뒤에 배치된 백라이트에 의해 조 명(illuminate)되는 그 외의 입체 디스플레이 디바이스들이 알려져 있다.
비-방출 디스플레이 소자가 백라이트에 의해 조명되는 입체 디스플레이 디바이스들은 예를 들어, EP-A-0 833 183, EP-A-0 764 869 및 US-A-5 917 562에 기술되어 있다. 이러한 유형의 종래의 모든 입체 디스플레이들은 비편광된 광을 방출하는 백라이트, 및 백라이트에 의해 방출된 비편광된 광을 편광하는 수단들을 구비한다. 따라서, 백라이트와 이미지 디스플레이 소자 사이에 편광자를 제공할 필요가 있기 때문에, 시스템이 부피가 커지고 비용이 더욱 비싸지게 되므로, 종래의 디바이스들은 많은 문제점들을 겪게 된다. 더욱이, 패턴화된 편광자를 사용하는 디스플레이 시스템에 있어서, 편광자는 시스템의 다른 소자들과 함께 정확히 위치맞춤되도록 보장될 필요가 있다.
상술한 본원의 발광 디바이스는 선형으로 편광된 광을 방출한다. 따라서, 그들은, 종래의 백라이트 입체 디스플레이 시스템의 비편광된 백라이트와 편광자의 조합 대신, 입체 디스플레이 시스템에서 백라이트로서 사용될 수 있다. 어떠한 개별 편광자도 요구되지 않기 때문에, 디스플레이 시스템의 크기 및 비용이 저감된다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 발광 디바이스를 포함하는 디스플레이 디바이스(35)를 도시한다. 도 15-17의 실시예와는 달리, 발광 디바이스는 도 18a 및 도 18b의 실시예들에 있어 백라이트로서 작용한다.
도 18a의 디스플레이 디바이스(35)는 일반적으로 38로 표기된 이미지 디스플레이 소자를 포함한다. 이는, 예를 들어, 능동 매트릭스(박막 트랜지스터) 액정 디스플레이 디바이스와 같은 종래의 액정 디스플레이 디바이스일 수 있다. 도 18a 및 도 18b는, 이미지 디스플레이 소자(38)가 2개의 선형 편광자들 사이에 개재된 액정층을 갖는 액정 디스플레이 디바이스인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 이미지 디스플레이 소자(38)의 구조는 전체적으로 종래의 것과 동일하고, 이미지 디스플레이 소자(38)중 입력 편광자(35)만 도 18a 및 도 18b에 도시된다. 이미지 디스플레이 소자(38)는 자체적으로 광을 방출하지는 않지만, 백라이트(33)로부터의 광에 의해 조명된다. 백라이트(33)는 본 발명의 발광 디바이스에 의해 형성된다.
도 18a의 디스플레이 디바이스(35)의 발광 디바이스(33)는 설명을 용이하게 하기 위해, 분리된 컴포넌트들로 도시된다. 선들(27)은 발광 디바이스의 그레이팅 릴리프 구조의 방향을 나타내고, 따라서, 발광 디바이스의 발광층의 배향 방향을 나타낸다. 백라이트(33)는 교호하는 스트라이프 A, B를 포함하는데, 스트라이프 A의 발광층의 배향 방향은 인접하는 스트라이프 B의 발광 분자들의 배열 방향과 실질적으로 수직이다. 도 18a에서, 스트라이프 A는 넓은데 반해, 스트라이프 B는 좁다.
이미지 디스플레이 소자의 입력 편광자(34)의 투과축은 36으로 표시된다. 상기 투과축(36)은 발광 디바이스(33) 중 좁은 스트라이프 B에 의해 방출된 광의 방향에 거의 평행하고, 백라이트(33)의 넓은 컬럼 A에 의해 방출된 광의 편광 방향에 거의 수직이다. 그 결과, 이미지 디스플레이 소자(38)는 백라이트(33) 중 좁은 스트라이프 B로부터의 광만을 투과시키고, 백라이트의 넓은 스트라이프 A로부터의 광은 차단한다. 이것은 시차 장벽(parallax barrier)을 제공하므로, 디스플레이 디바이스(35)는 자동-입체 디스플레이 디바이스로서 기능, 즉, 사용자가 3-차원 이미지를 인식하기 위해, 편광 또는 컬러 필터 안경을 착용할 필요가 없도록 기능할 수 있다.
또한, 디스플레이 디바이스(35)는 종래의 2-차원 디바이스로서 사용될 수도 있는데, 이는 도 18b로 도시된다. 2-차원 모드에 있어서, 백라이트(33)와, 이미지 디스플레이 소자(38)의 입력 편광자(34) 사이의 광학적 경로 내에 반파장판(half-wave plate)(37)이 삽입된다. 이러한 반파장판이 배열되어 백라이트(33)의 넓은 컬럼 A와 좁은 컬럼 B 모두에 의해 방출된 광의 편광판을 회전시킴으로써, 이미지 디스플레이 소자는 넓은 컬럼 A에 의해 방출된 광과 백라이트의 좁은 컬럼 B에 의해 방출된 광을 통과시킬 것이다. 백라이트의 전체 면적은 이미지 디스플레이 소자를 조명하고, 따라서, 디바이스(35)는 종래의 2-차원 표시부로서 동작한다.
이러한 실시예에 있어서, 백라이트는 서로 다른 편광을 갖는 공간적으로 인터레이스된 2개의 영역들 - 스트라이프 A들이 함께 하나의 영역을 구성하고, 스트라이프 B들이 함께 또 다른 영역을 구성함 - 을 갖는다. 광을 방출하기 위해, 각 영역을 구동하는 2개의 옵션이 존재한다:
(a) 백라이트는 양쪽 영역을 동시에 구동하는 단일의 균일 전극(uniform electrode)을 가질 수 있고 - 상기 양쪽 영역들은 동시에 ON(즉, 광을 방출함)이거나, 동시에 OFF(즉, 광을 방출하지 않음)임 - ; 또는
(b) 백라이트는 패턴화된 전극 구조를 가짐으로써, 2개의 영역들이 서로 독 립적으로 구동될 수 있다(그 결과, 예를 들어, 넓은 스트라이프 A에 의해 형성된 영역은 OFF인 반면, 좁은 스트라이프 B에 의해 형성된 영역은 ON일 수 있음).
도 18a 및 도 18b의 디스플레이 디바이스에 있어서, 백라이트는 바람직하게는, 상술된 바와 같이, 단일의 균일 전극으로 제공되는데, 이는, 넓은 스트라이프 A로 이루어진 백라이트의 영역과 좁은 스트라이프 B로 이루어진 백라이트의 영역이 동시에 ON인 경우에 3-차원 디스플레이 모드가 얻어질 수 있기 때문이다. 따라서, 패턴화된 전극 및 관련 구동 회로를 백라이트에 제공할 필요성이 없어지게 되고, 제조 비용이 감축된다.
원칙적으로, 도 18a의 백라이트에는 패턴화된 전극이 제공될 수 있고, 이 때, 단순히 백라이트를 적절하게 구동하는 것에 의해, 2-차원 디스플레이 모드와 3-차원 디스플레이 모드 사이에서 스위치되는 것이 가능하다. 3-차원 디스플레이 모드에 있어, 좁은 스트라이프 B는 ON인 반면, 넓은 스트라이프 A는 OFF이므로, 시차 장벽이 생성된다. 2-차원 디스플레이 모드에 있어서, 넓은 스트라이프 A 및 좁은 스트라이프 B는 동시에 ON이고, 백라이트와 이미지 디스플레이 소자 사이에 반파장판을 제공할 필요없이 2-차원 디스플레이 모드가 얻어질 것이다.
도 18a 및 도 18b의 실시예는 디바이스와 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로에 지연기가 배치된 제1 위치(도 18b에 도시된 바와 같이)와, 디바이스와 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로에 지연기가 존재하지 않는 제2 위치 사이에, 이동가능한(예를 들어, 기계적으로 이동가능한) 지연기(37)를 사용하여 실현될 수 있다. 이것은 디바이스(35)가 2-차원 디스플레이 모드와 3-차원 디스플레이 모드 사이에서 쉽게 스위칭되게 한다.
그러나, 도 18b에 도시된 반파장판(37)이 기계적으로 분리가능할 필요는 없다. 반파장판(37)은 디바이스와 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로 내에 배치되고, 제로 지연(zero retardation) 및 λ/2 지연 사이에서 스위칭될 수 있는 스위칭가능한 반파장판을 포함할 수 있다. 반파장판(37)이 스위칭가능한 반파장판인 경우에, 스위칭가능한 액정 반파장판으로서 편리하게 구현될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 지연기는 도 18a의 3-차원 디스플레이 모드에 존재하지만, 실질적으로 제로 지연을 제공하도록 스위칭될 것이다.
디바이스(35)가 2-차원 모드에서 동작하는 경우에, 이미지 디스플레이 소자(38)는 좁은 컬럼 B와 넓은 컬럼 A로부터의 광을 실질적으로 동일한 강도로 통과시키는 것이 바람직하다. 이것은, 반파장판(37)이 존재할 때(기계적으로 분리가능한 판의 경우), 또는 지연기가 λ/2 지연을 제공하도록 스위칭될 때(스위칭가능한 지연기의 경우)에, 발광층의 제1 영역 A 및 제2 영역 B로부터의 광이 서로에 대해 거의 90° 편광되어 지연기를 빠져 나가도록 배치되는 경우에 달성될 수 있다. 이미지 디스플레이 소자의 입력 편광자의 투과축은 제1 영역 A 및 제2 영역 B 모두로부터의 광의 편광판에 45°로 배치될 수 있다.
도 18b는 이것이 달성될 수 있는 하나의 방식을 설명한다. 이러한 바람직한 실시예에 있어서, 백라이트(33)는 기준 방향(도 18b에서, 기준 방향은 수직축이지만, 기준 방향은 광의 편광판 내에서 임의의 방향일 수 있음)에 대해 ±45°로 선 형 편광된 광을 방출한다 - 넓은 스트라이프 A는 기준 방향에서 -45°로 편광된 광을 방출하고, 좁은 스트라이프 B는 기준 방향에 대해 +45°로 편광된 광을 방출함 - .
반파장판(37)은 기준 방향에 대해 +22.5°로 배열된 광축을 갖는다. 따라서, 좁은 스트라이프 B에 의해 방출된 광이 회전하여 그것의 편광 면은 기준 방향에 대해 0°가 되고, 넓은 스트라이프 A로부터의 광은 회전하여 그것의 편광면이 기준 방향에 대해 +90°가 된다.
이미지 디스플레이 소자(38)의 입력 편광자(34)의 투과축(36)은 기준 방향에 대해 +45°로 배열된다. 따라서, 반파장판을 통과한 이후에, 좁은 스트라이프 B로부터의 광은 입력 편광자(34)의 투과축(36)에 대해 45°에 편광 면을 갖고, 백라이트(33)의 넓은 스트라이프 A로부터의 광도 입력 편광자(34)의 투과축(36)에 대해 45°에 그것의 편광 방향을 갖는다. 따라서, 입력 편광자(34)는 좁은 컬럼 B 및 넓은 컬럼 A로부터의 광을 실질적으로 동일한 강도로 통과시킬 것이다.
동시 계류 중인 영국 특허 출원 제0215058.9호는 2-차원 모드 및 3-차원 모드 사이에서 스위칭가능한 디스플레이 시스템을 개시한다. 이는, 비편광된 광을 방출하는 백라이트에 의해 이미지 디스플레이 소자가 조명되는 디스플레이 시스템을 개시한다. 백라이트로부터의 광은, 이미지 디스플레이 소자 상에 입사하기 전에, 편광자 및 패턴화된 위상-지연기를 통과한다. 이러한 종래 디바이스에 비교하여, 도 18a 및 도 18b의 디스플레이 시스템의 백라이트(33)는 백라이트, 편광자, 및 패턴화된 위상-지연기 소자의 역할들을 결합시킨다. 따라서, 본 발명은 디스플레이 시스템의 크기 및 디스플레이 시스템의 비용에 있어서 실질적인 감축을 제공한다. 또한, 표시의 강도는 편광자 및 패턴화된 위상-지연기 소자의 생략에 의해 개선된다.
본 발명의 패턴화된 백라이트는 미국 특허 제5,917,562호에 기술된 유형의 자동-입체 디바이스에서의 백라이트로서 사용될 수 있다. 이러한 종래 기술에 따른 자동-입체 디스플레이는 명목상 2개의 광선 다발(ray bundles)의 방향 조명을 사용한다. 각각의 광선 다발은 공간상 서로 다른 위치에서 이미지화되고, 2개의 광선 다발은 상호 수직인 편광을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 다발을 형성하기 위해 편광된 광은 비편광된 확장된 백라이트, 균일 편광자, 및 스위칭가능한 액정 셀에 의해 생성된다. 대안적으로, 편광된 광은 패턴화된 편광자를 갖는 비편광된 백라이트에 의해 생성된다. 이러한 종래 기술에 따른, 비편광된 백라이트와 패턴화된 편광자의 조합, 또는 비편광된 백라이트, 균일 편광자 및 패턴화된 액정셀의 조합은 본 발명의 패턴화된 백라이트로 대체될 수 있다. 이것은 디스플레이 시스템의 부피, 복잡성, 및 비용을 감소시킨다.
본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들면, 백라이트로 사용되어 투과형 LC 디스플레이를 조명함으로써, 후면 편광자가 불필요해져 이를 생략할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 디바이스는, 예를 들면, 발광 디바이스가 복수의 독립적으로 어드레싱가능한 화소 소자들을 포함하여 하나 이상의 이미지를 표시하도록 어드레스될 수 있다면, 이미지 디스플레이 소자로도 사용될 수 있다.

Claims (32)

  1. 기판, 상기 기판 상에 배치된 발광층, 및 상기 발광층을 배향하기 위한 그레이팅을 포함하고,
    상기 그레이팅은 복수의 평행한 선 또는 홈을 포함하여 상기 발광층의 분자들이 상기 평행한 선 또는 홈에 실질적으로 평행하도록 하여 적어도 부분적으로 평면 편광(plane-polarised)된 광을 생성하는
    발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 액정 상(liquid crystal phase)을 갖는 물질을 포함하는 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 상기 기판에서 정의되는 발광 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 상기 기판의 표면 상에 피착된 물질에 의해 정의되는 발광 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 피착된 상기 물질은 서로 평행하게 확장하는 2개 이상의 스트립들을 포함하는 발광 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 피착된 상기 물질은 포토레지스트를 포함하는 발광 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광층을 어드레싱하기 위한 전극을 더 포함하며, 상기 그레이팅은 상기 전극에서 정의되는 발광 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    유기층을 더 포함하며, 상기 그레이팅은 상기 유기층에서 정의되는 발광 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기층은 수송층(transport layer)인 발광 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 상기 기판의 평면에 수직한 면들을 갖지 않는 발광 디바이스.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 그레이팅은 사인곡선 형상인 단면을 갖는 발광 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅의 피치(pitch)는 100nm보다 크고 20㎛보다 작은 발광 디바이스.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅의 높이는 20nm보다 크고 1㎛보다 작은 발광 디바이스.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 상기 발광층의 전체 영역을 제1 방향으로 배향하는 발광 디바이스.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 그레이팅은 상기 발광층의 제1 영역을 제1 방향으로 배향하고, 상기 발광층의 제2 영역을 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 배향하는 발광 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 90°인 발광 디바이스.
  19. 제1항에 있어서,
    복수의 개별적으로 어드레싱가능한 픽셀들을 더 포함하는 발광 디바이스.
  20. 제16항에 기재된 발광 디바이스를 포함하는 이미지 디스플레이 시스템.
  21. 제17항에 기재된 발광 디바이스를 포함하는 이미지 디스플레이 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 발광 디바이스는, 사용 시에, 이미지 디스플레이 소자를 형성하는 이미지 디스플레이 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 발광 디바이스는, 사용 시에, 이미지 디스플레이 소자를 형성하는 이미지 디스플레이 시스템.
  24. 제21항에 있어서,
    이미지 디스플레이 소자를 더 포함하며, 상기 발광 디바이스는 사용 시에 상기 이미지 디스플레이 소자에 조명(illuminate)하기 위한 백라이트(backlight)를 형성하는 이미지 디스플레이 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 발광 디바이스와 상기 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로에 배치된 스위칭가능한 지연기(switchable retarder)를 더 포함하는 이미지 디스플레이 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 지연기의 지연은 0과 λ/2 사이에서 스위칭가능한 이미지 디스플레이 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 지연기의 한 지연 상태에 대해서, 상기 발광층의 상기 제1 및 제2 영역들로부터의 광이 서로에게 90°로 편광되어 상기 스위칭가능한 지연기를 나가도록 상기 스위칭가능한 지연기의 광축을 구성하는 이미지 디스플레이 시스템.
  28. 제24항에 있어서,
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 지연기를 더 포함하고, 상기 제1 위치에서 상기 지연기는 상기 디바이스와 상기 이미지 디스플레이 소자 사이의 광학적 경로에 배치되는 이미지 디스플레이 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 지연기의 지연은 λ/2인 이미지 디스플레이 시스템.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 지연기가 상기 제1 위치에 있는 경우, 상기 발광층의 제1 및 제2 영역들로부터의 광이 서로에게 90°로 편광되어 상기 지연기를 나가도록 상기 지연기의 광축을 구성하는 이미지 디스플레이 시스템.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제1 방향은 기준 방향에 대해 +45°에 있고, 상기 제2 방향은 상기 기준 방향에 대해 -45°에 있으며, 상기 지연기의 상기 광축은 상기 기준 방향에 대해 +22.5°에 있는 이미지 디스플레이 시스템.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 제1 방향은 기준 방향에 대해 +45°에 있고, 상기 제2 방향은 상기 기준 방향에 대해 -45°에 있으며, 상기 지연기의 상기 광축은 상기 기준 방향에 대해 +22.5°에 있는 이미지 디스플레이 시스템.
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