KR101231109B1 - 에지 광추출을 갖는 타일형 oled 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 내부 기판면(34)과 상기 내부 기판면에 마주보는 외부 기판면(35)과, 기판 에지(36)를 갖는 기판(30); 기판 에지(36)와 상기 기판 에지(36)에 가장 가까운 내부 기판면(34)상의 LED 픽셀(14A) 간에 에지갭(20)을 갖는 내부 기판면(34)상에 형성된 면발광 LED 픽셀 어레이(14); 및 에지갭(20)에 그리고 적어도 부분적으로 LED 픽셀(14,14A)의 외부에 형성된 광추출구조(60)를 갖는 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스가 제공된다.
Description
본 발명은 유기 발광다이오드(OLED) 디바이스의 타일 어레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디바이스 사이에 타일심(tile seam)을 숨기기 위한 광추출구조를 갖는 OLED 디바이스에 관한 것이다.
액정 디스플레이 디바이스, 플라즈마 디스플레이 및 발광다이오드 디스플레이와 같은 평판 디스플레이가 통상적으로 정보 표면을 위해 사용된다. 그러나, 액정 및 발광다이오드 디스플레이의 패널 크기는 사용되는 제조공정에 의해 제한된다. 이런 크기 제한을 극복하기 위해, 기술자들은 초대형 평판 디스플레이를 제조하기 위해 타일링 전략을 이용해 왔다. 이런 초대형 평판 디스플레이는 하나의 큰 디스플레이의 외형을 제공하기 위해 에지 간에 정렬된 다수의 별도의 디스플레이들을 이용한다. 도 10 내지 도 12의 종래 기술을 참조하면, 초대형 평판 디스플레이(8)는 어레이에서 에지 간에 정렬된 복수의 개개의 디스플레이 타일들(10)을 구비한다. 각 디스플레이 타일(10)내에, 디스플레이 픽셀 소자(14)의 액티브 영역(12)이 위치된다. 디스플레이 픽셀 소자(14)는 디스플레이 디자인과 픽셀(14) 사이에 발생된 제조공정 제한에 따라 픽셀간 갭(22)을 갖는 디스플레이 기판(30) 위에 직사각형 어레이로 공간상으로 분포된다.
그러나, 일반적인 평판 디스플레이는 (도 10에 도시된) 외부 컨트롤러(80)에 연결을 제공하거나 디스플레이 타일(10)을 구비한 재료를 보호하기 위해 전기 커넥터와 에지 디스플레이 타일(10)의 외주에서 에지씰(edge seals)과 같은 주변소자들을 갖는다. 더욱이, 별개의 타일들(10)은 함께 완벽하게 서로 맞댈 수 없다. 이 주변소자들과 타일 간격이 에지갭(20)을 형성하고 주로 픽셀간 갭(22)보다 더 큰 공간을 취한다. 따라서, 다수의 디스플레이 타일들이 어레이에서 함께 맞댈 경우, 에지심(edge seam)(24)이 각 디스플레이 타일(10)의 가장자리에서 픽셀들 간에 기사적 불연속성을 형성한다. 더욱이, 에지심(24)은 일반적으로 색깔과 간격이 다르고 픽셀(14) 또는 픽셀간 갭(22)과는 다르게 광을 반사할 수 있어, 에지심(24)이 눈에 보여 시청자들에 반감을 줄 수 있다. 도 12는 기판(30)과 커버(32)를 갖는 OLED 디바이스의 횡단면을 도시한 것이다.
시각적으로 반감을 줄 수 있는 에지심을 극복하기 위해 다양한 방법들이 해당기술분야에 제안되었다. 한가지 접근으로, 에지심(24)은 충분히 작아지게 해 픽셀 레이아웃에 중단이 전혀 없게 하는 것이다. 그러나, 이는 성취하기 매우 어렵고 고가이다. 또 다른 접근은 광섬유 앞면을 이용해 각 디스플레이 타일(10)내 액티브 영역(12)을 시각적으로 확장시켜 디스플레이 타일(10)의 크기와 일치하게 하는 것에 따른다. 그러나, 이 접근은 부피가 크고 고가의 광섬유 어레이를 필요로 한다. 또 다른 접근은 에지에 제 2 디스플레이 타일과 겹치는 하나의 디스플레이 타일을 갖는 투명 디스플레이 타일을 이용해 적소에 픽셀들을 위치시키는 것이다. 예컨대, 미국특허공개공보 No. 2007/0001927은 디스플레이 소자들과 겹치는 타일 디스플레이를 개시하고 있다. 그러나, 눈에 띄는 인공물들이 남아 있어 에지에서 완전히 투명한 타일을 달성하는 것이 어렵다. 다른 기술로, 예컨대, 마티스 등(Matthies et al.)의 발명의 명칭이 "PROVIDING OPTICAL ELEMENTS OVER EMISSIVE DISPLAYS" 인 미국특허공개공보 2003/0011303는 디스플레이 타일(10)의 어레이 위로 층을 형성하는 것을 개시하고 있으며, 상기 타일은 디스플레이 에지를 통해 방출되어 사용자에 눈에 띌 수 있는 광을 차단하기 위해 디스플레이 타일(10)에 인접한 픽셀들 간에 공간을 차지하는 흡수부를 포함한다. 이 접근은 에지심(24)의 영역내 휘도를 줄임으로써 액티브 영역(12)에 대해 에지심(24)의 콘트라스트를 더 높이는 것이다.
유기 발광다이오드(OLEDs)는 평판 디스플레이와 면조명 램프용으로 전도유망한 기술이다. 상기 기술은 기판에 코팅된 재료의 박막층에 의존한다. 그러나, 잘 알려진 바와 같이, OLED내 발광층으로부터 출력된 대부분의 광은 이들 디바이스내 확산방출과 디스플레이내 또는 디스플레이 전면과 주변환경의 공기 간의 재료 경계에서 발생하는 전반사로 인해 갇힌다. 광이 OLED의 내부 발광층으로부터 사방으로 방출되기 때문에, 광의 일부가 디스플레이 전면에 거의 수직인 각도로 방출된다. 이런 광의 일부는 디스플레이의 전면을 향해 지나가고 디스플레이의 전면을 통해 방출되어 종래 OLED 디스플레이에 유용한 광을 형성한다. 광의 제 2 부분은 디바이스의 전면에 거의 수직으로 방출되고 디스플레이 디바이스의 뒷면에 반사 또는 흡수될 수 있다. 대부분의 이런 반사광은 그런 후 일반적으로 디스플레이 전면을 통해 지나가 유용한 광이 된다. 그러나, 디스플레이의 전면에 거의 충분히 수직하지 못한 방향으로 방출된 광은 재료의 경계 중 하나에서 반사되고 디바이스를 탈출할 수 없다. 이 광은 결국 디바이스내에 흡수되고 디바이스의 길이를 이동해 디스플레이의 에지를 통해 탈출하며 디스플레이 전면을 통해 방출되지 않고 따라서 유용한 광을 제공하지 못한다. 일반적으로, 발광층에 의해 방출된 광의 80%까지가 디스플레이의 전면을 통과하는 외에 흡수 또는 방출될 수 있어 따라서 손실된다.
OLED 디바이스는 일반적으로 미국특허 No. 4,769,292에 개시된 바와 같은 작은 분자 디바이스 및 미국특허 No. 5,247, 190에 개시된 바와 같은 폴리머 OLED 디바이스 알려진 2개의 형태를 가질 수 있다. OLED 디바이스의 어느 한 타입은 순서대로 양극, 유기 EL 소자, 및 음극을 포함할 수 있다. 양극과 음극 사이에 배치된 유기 전계발광(EL) 소자는 통상적으로 유기 홀소송층(HTL), 발광층(EL), 및 유기 전자수송층(ETL)을 포함한다. 홀과 전자가 결합해 EL층에서 광을 방출한다. 탕 등(Tang et al.)(Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987), Journal of Applied Physics, 65, 3610 (1989), and US Patent No. 4,769,292)은 이런 층구조를 이용한 고효율 OLED를 설명하였다. 그런 이후, 폴리머 재료를 포함한 다른 층구조를 갖는 수많은 OLED가 개시되었고 장치 성능이 향상되었다. 무기 재료 및 광 이미터들, 예컨대, 다결정 매트릭스에서 양자도트도 또한 공지되어 있고 동일한 광학적 어려움을 겪고 있다.
광은 음극과 양극으로부터 각각 주입된 전자와 홀이 전자수송층과 홀수송층을 통해 흐르고 발광층에서 재결합될 때 OLED 디바이스에서 발생된다. 많은 요인들은 이 발광 과정의 효율을 결정한다. 예컨대, 양극과 음극 재료의 선택이 전자와 홀이 디바이스에서 어떻게 효율적으로 주입되는 지를 결정한다; ETL 및 HTL의 선택이 전자와 홀이 디바이스에서 어떻게 효율적으로 수송되는 지를 결정하고, EL의 선택은 전자와 홀이 디바이스에서 어떻게 효율적으로 재결합되고 광이 방출되는 지를 결정한다. 그러나, OLED 디바이스의 효율을 제한하는 핵심 요인들 중 하나는 OLED 디바이스 밖에서 전자홀 재결합에 의해 발생된 광자들을 추출하는데 있어 비효율성이다. 사용된 유기재료의 높은 광굴절률로 인해, 재결합 과정에 의해 발생된 대부분의 광자들은 실제로 전반사로 인해 디바이스내에 갇힌다. 이들 갇힌 광자들은 OLED 디바이스를 결코 떠나지 못하며 이들 디바이스로부터 출력된 광에 전혀 기여하지 못한다.
일반적인 OLED 디바이스는 유리 기판, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명한 도전 양극, 유기층의 스택, 및 반사 음극층을 이용한다. 디바이스로부터 발생된 광은 유리 기판을 통해 방출된다. 이를 통상적으로 배면발광(bottom-emitting) 디바이스라 한다. 대안으로, 디바이스는 기판, 반사 양극, 유기층의 스택, 및 상단 투명 음극층을 포함할 수 있다. 이를 통상적으로 전면발광(Top Emitting) 디바이스라 한다. 이들 일반적인 디바이스에서, ITO층, 유기층 및 유리의 굴절률은 각각 약 2.0, 1.7 및 1.5 이다. 발생된 광의 약 60%가 ITO/유기 EL소자 내에서 전반사에 의해 갇히고, 20%는 유리 기판에 갇히며 발생된 광의 고작 약 20%만이 실제로 디바이스로부터 방출되어 유용한 기능을 수행한다.
도 13을 참조하면, 종래 기술의 배면발광 OLED는 투명 기판(30), 투명 제 1 전극(42), 이 중 하나가 광을 방출하는 유기 재료로 된 하나 이상의 층들(44), 및 반사 제 2 전극(46)을 갖는다. 투명 제 1 전극(42), 유기 재료로 된 하나 이상의 층들(44), 및 반사 제 2 전극(46)은 액티브 매트릭스 또는 패시브 매트릭스 소자들과 컨트롤러(미도시)의 제어하에서 픽셀(14)이 될 수 있는 OLED(40)를 형성한다. 유기 재료층들 중 하나로부터 방출된 광은 광선(50)으로 도시된 바와 같이 기판(30)을 통해 디바이스 밖으로 직접 방출될 수 있다. 광은 또한 광선(52)으로 도시된 바와 같이 방출되고 기판(30) 및 OLED(40)에서 내부로 가이드된다. 대안으로, 광은 또한 광선(54)으로 도시된 바와 같이 방출되고 OLED(40)에서 내부로 가이드된다. 반사 제 2 전극(46)을 향해 방출된 광선은 기판(30)을 향해 반사 제 2 전극(46)에 의해 반사되고 그런 후 광선경로(50, 52 또는 54) 중 하나를 따른다.
다양한 기술들은 박막 발광 디바이스로부터 광의 아웃커플링을 향상시키는 것이 제안되었다. 예컨대, 회절격자가 발광층을 통해 측면으로 가이드되는 브래그 광산란을 유발함으로써 폴리머 박막으로부터 발광의 기여를 제어하도록 제안되었다. 사포노프 등(Safonov et al.)의 "Modification of Polymer Light Emission by Lateral Microstructure", Synthetic Metals 1 16, 2001, pp. 145- 148, 및 루폰(Lupton et al.)의 "Bragg Scattering From Periodically Microstructured Light Emitting Diodes", Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 21, 2000년 11월 20일, pp. 3340-3342 참조. 회절 특성을 갖는 휘도강화필름과 표면 및 체적 확산자가 초우 등(Chou et al.,)의 2002년 5월 10에 공개된 국제출원공개공보 WO 02/37568, "BRIGHTNESS AND CONTRAST ENHANCEMENT OF DIRECT VIEW EMISSIVE DISPLAYS"에 기술되어 있다. 마이크로공동 기술의 이용도 또한 알려져 있다; 예컨대, 추추이(Tsutsui et al.)의 "Sharply Directed Emission in Organic Electroluminescent Diodes With an Optical-Microcavity Structure", Applied Physics Letters 65, No. 15, 1994년 10월 10일, pp. 1868-1870.
면발광 또는 픽셀을 둘러싼 반사구조가 1998년 11월10일자로 간행된 불로빅 등(Bulovic et al.)의 미국특허 No. 5,834,893에서 참고되며 각 픽셀의 에지에 비스듬하거나 경사진 반사벽의 사용을 기술하고 있다. 마찬가지로, 포레스트 등(Forrest et al.)은 200년 7월18일자로 간행된 미국특허 No. 6,091,195에 경사진 벽을 갖는 픽셀을 기술하고 있다. 이런 접근은 면발광의 에지에 위치한 반사체를 사용한다.
산란광 기술도 또한 알려져 있다. 초우(Chou)(국제공개공보 WO 02/37580)와 리우 등(Liu et al.)(미국공개공보 No. 2001/0026124)은 체적 또는 표면 산란층을 이용해 광추출을 향상하는 것을 개시하였다. 산란광은 유기층 옆에 또는 유리기판의 외부면에 도포되고 이들 층과 일치하는 광굴절률을 갖는다. 그렇지 않으면 갇힐 수 있는 더 큰 임계각에서 OLED 디바이스로부터 방출된 광은 산란층으로 들어가 디바이스 밖으로 산란될 수 있다.
2004년 9월 7일자로 간행된 발명의 명칭이 "ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME"인 도 등(Do et al.)의 미국특허 No. 6,787,796은 유기 전계발광(EL) 디스플레이와 그 제조방법을 기술하고 있다. 유기 EL 디바이스는 기판층, 상기 기판층에 형성된 제 1 전극층, 제 1 전극층에 형성된 유기층, 및 유기층에 형성된 제 2 전극층을 포함하고, 각각의 층들 사이에 굴절률 차이가 큰 유기 LE 디바이스의 층들 사이에 굴절률이 다른 광손실 방지층이 형성되어 있다. 가너 등(Garner et al.)의 미국특허 공개공보 No. 2004/0217702 및 콕(Cok)의 미국특허 No. 6,831,407도 마찬가지로 OLED내에 내부 웨이브가이드 모드의 전파를 섭동하도록 기능하는 내부 굴절률 변화 또는 내부 또는 표면 물리적 변화를 제공하는 마이크로구조의 사용을 개시하고 있다. 전면발광에 사용되는 경우, 캡슐화 커버에 인접한 굴절률 매칭 폴리머의 사용이 개시되어 있다.
OLED 디바이스 외부에 사용된 산란광 층들이 발명의 명칭이 "ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES HAVING IMPROVED LIGHT EXTRACTION"인 시앙(Shiang)의 미국 특허공개공보 No. 2005/0018431와 발명의 명칭이 "ELECTROLUMINESCENT ILLUMINATION SYSTEM WITH AN ACTIVE LAYER OF A MEDIUM HAVING LIGHT-SCATTERING PROPERTIES FOR FLAT-PANEL DISPLAY DEVICES"인 호릭스 등(Horikx, et al.)의 미국특허 No. 5,955,837에 기술되어 있다. 마찬가지로, 발명의 명칭이 "ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES WITH ENHANCED LIGHT EXTRACTION"인 더갈 등(Duggal et al.)의 미국특허 No. 6,777,871은 특수 굴절률과 산란성질을 갖는 합성층을 포함한 출력 커플러의 사용을 기술하고 있다.
그러나, 개시된 광추출 기술들 중 어느 것도 타일 디스플레이 시스템에서 에지심의 크기 또는 눈에 보이는 것을 줄이는데 역할하지 못한다. 따라서, 타일 디스플레이 시스템에서 향상된 발광 디바이스 구조에 대한 필요성이 있다.
일실시예에 따르면, 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스는
a) 내부 기판표면, 상기 내부 기판표면의 맞은 편에 있는 외부 기판표면, 및 기판 에지를 갖는 기판과,
b) 기판 에지와 상기 기판 에지 가장 가까이에 있는 내부 기판표면상에 LED 픽셀 사이에 에지갭을 갖는 내부 기판표면상에 형성된 방출영역 LED 픽셀 어레이와,
c) 에지갭에 그리고 LED 픽셀에 적어도 부분적으로 외부에 형성된 광추출구조를 구비한다.
본 발명은 에지심으로부터 광을 보냄으로써 타일 발광 디스플레이 시스템에서 에지심이 눈에 보이는 것이 줄어드는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에지갭 광추출을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바사 광산란 에지 표면을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 갭에서 다중 표면들에 형성된 광추출구조를 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 픽셀들 간의 광추출구조를 갖는 LED 디바이스의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터와 블랙 매트릭스를 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지갭 광추출을 갖는 LED 디바이스의 타일 어레이의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 에지갭 광추출 박막을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 8은 다양한 광선의 경로를 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 배면발광 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 9는 다양한 광선의 경로를 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 전면발광 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 10은 디스플레이 디바이스의 종래 타일 어레이의 평면도이다.
도 11은 디스플레이 디바이스의 종래 타일 어레이의 상세 평면도이다.
도 12는 종래 기술의 디바이스의 횡단면이다.
도 13은 발광 OLED 디바이스에서 광트랩핑에 대한 종래기술의 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 부분적 경사면 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 갖는 2개의 디스플레이 디바이스를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 갖는 2개의 디스플레이 디바이스를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 19는 에지 광 추출이 없는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 에지광 추출을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지갭 광추출을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
개개의 층들이 너무 얇고 다양한 층들의 두께 차가 너무 커서 비율대로 묘사하는게 어렵기 때문에 도면들은 비례하지 않는 것을 알 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바사 광산란 에지 표면을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 갭에서 다중 표면들에 형성된 광추출구조를 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 픽셀들 간의 광추출구조를 갖는 LED 디바이스의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터와 블랙 매트릭스를 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지갭 광추출을 갖는 LED 디바이스의 타일 어레이의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 에지갭 광추출 박막을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 8은 다양한 광선의 경로를 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 배면발광 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 9는 다양한 광선의 경로를 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 전면발광 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 10은 디스플레이 디바이스의 종래 타일 어레이의 평면도이다.
도 11은 디스플레이 디바이스의 종래 타일 어레이의 상세 평면도이다.
도 12는 종래 기술의 디바이스의 횡단면이다.
도 13은 발광 OLED 디바이스에서 광트랩핑에 대한 종래기술의 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 부분적 경사면 광추출구조를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 갖는 2개의 디스플레이 디바이스를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사면 광추출구조를 갖는 2개의 디스플레이 디바이스를 검증하기 위한 예시적인 디바이스의 횡단면이다.
도 19는 에지 광 추출이 없는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지광 추출이 있는 OLED 디스플레이 디바이스의 이미지이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 에지광 추출을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지갭 광추출을 갖는 LED 디바이스의 횡단면이다.
개개의 층들이 너무 얇고 다양한 층들의 두께 차가 너무 커서 비율대로 묘사하는게 어렵기 때문에 도면들은 비례하지 않는 것을 알 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따르면, 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스(10)는 내부 기판표면(34), 상기 내부 기판표면의 맞은 편에 있는 외부 기판표면(34), 및 기판 에지(36)를 갖는 기판(30)을 구비한다. 면발광 LED 픽셀(14)이 기판 에지(36)와 상기 기판 에지(36) 가장 가까이에 있는 내부 기판표면(34)상에 LED 픽셀(14A) 사이에 에지 갭(20)을 가지며 내부 기판표면(34)상에 형성된다. 픽셀(14,14A)은 내부-픽셀 갭(22)에 의해 분리되어 있다. 광추출구조(60)는 에지갭(20)에 그리고 LED 픽셀(14,14A)에 적어도 부분적으로 외부에 형성되어 있다. 선택 커버(32)가 픽셀(14,14A)을 보호하고 캡슐화한다. 상기 픽셀(14,14A)에 의해 방출된 광의 일부가 디바이스(10)로부터 방출되고 광의 또 다른 부분은 전반사에 의해 디바이스(10)에 갇힌다. 디바이스(10)는 타일 어레이에서 디스플레이 타일로 이용될 수 있고 또한 디스플레이 타일이라도 한다. 타일 어레이는 대형 디스플레이 또는 대형 조명 디바이스를 형성한다.
에지갭(20)내 광추출구조(60)의 형성은 면방출 발광다이오드 디바이스(10)의 층내에 갇힌 광이 면방출 발광다이오드 디바이스(10)로부터 추출되어 시청자에게 전송되게 한다. 이런 추출된 광은 면방출 발광다이오드 디바이스(10)가 평판 디스플레이(8)내 디스플레이 타일(10)로서 이용되는 경우, 특히, 디스플레이의 LED 픽셀(14,14A)이 고휘도를 발산할 때 에지갭(20)의 콘트라스트를 줄이다. 이상적인 실시예에서, 이런 광추출구조(60)는 기판 에지(36)로부터 매우 떨어져 있는 픽셀(14)에 의해 발생된 광을 덜 추출하는 반면 기판 에지(36) 매우 부근에 있는 픽셀(14A)에 의해 발생된 광을 추출하도록 조정된다. 이 조건이 충족되면, 광추출구조(60)에 의해 추출된 광의 상대 강도와 컬러는 기판 에지(36) 부근에 있는 픽셀(14A)에 의해 발생된 광과 매우 상관 있게 되어, 추출광이 에지갭(20)의 휘도와 픽셀(14)을 포함한 면방출 발광다이오드 디바이스(10)의 일부 사이의 콘트라스트를 줄이는 것을 보장한다. 이 콘트라스트가 줄어듦에 따라, 이웃한 디스플레이 타일들(10) 간의 경계의 가시도가 줄어들고, 충분히 줄어들면, 이웃한 디스플레이 타일들 간의 경계가 눈에 띄지 않을 수 있게 된다.
면방출 발광다이오드 픽셀(14,14A)은 예컨대 종래 기술의 도 13에 도시된 바와 같이 기판의 면적 위로 코팅된 유기 또는 무기재료 또는 모두의 층들로 형성된 발광 다이오드이다. 전류가 발광다이오드를 지날 때, 코팅된 면적 범위 위로 광이 방출된다. 특히, 면방출 발광다이오드는 고체상태, 결정, 반도체 표면에 또는 반도체 내에 매설된 도핑된 무기재료를 이용한 반도체 기판에서 점광원-이미터로 형성되지 않고 본 발명은 이런 점광원 LED를 포함하지 않거나 적용되지 않는다.
도 13에 도시된 바와 같이, 면방출 발광다이오드 디바이스(10)는 양극 또는 음극이로서 이용되는 제 1 도전성 재료층(42)이 코팅된 기판(30)을 포함할 수 있다. 이 층은 시트에 증착될 수 있거나 전극 어레이를 형성하도록 패턴화될 수 있다. 그런 후, 전계발광층(44)이 전극 어레이 위로 증착되고 일반적으로 적어도 하나의 발광층과 적어도 하나의 홀차단층 또는 전자차단층을 포함한다. 추가로 홀주입층 또는 전자주입층, 전자수송층 또는 다른 전하제어층을 포함할 수 있다. 최종적으로, 제 2 도전층(46)이 전계발광층(42) 위에 증착된다. 제 1 도전층(42)의 경우에서처럼, 제 2 전계발광층(44)이 시트로서 패턴화되거나 도포될 수 있다. 그러나, 제 1 도전층(42) 도는 제 2 도전층(46) 중 적어도 하나는 일반적으로 픽셀(14,14A)의 어레이를 형성하도록 패턴화된다. 배면발광 면방출 발광다이오드 디바이스(10)에서, 제 2 도전층(46)은 반사될 수 있거나 투명 또는 반투명일 수 있다. 제 1 도전층(42)은 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 도전재료층들 중 적어도 하나가 투명 또는 반투명인 한 투명, 반사 또는 반투명 도전재료층의 다른 구성들이 제안될 수 있다. 기판 에지(36)는 또한 픽셀(14,14A)을 캡슐화하고 보호하기 위해 기판(30)에 부착된 커버(32)의 에지를 포함할 수 있다. 배면발광 디바이스로서 도 1에 도시되어 있지만, 본 발명은 또한 특히 광이 커버(320에도 또한 갇히도록 커버(32) 또는 기판(30)과 동일한 광굴절률을 갖는 재료로 기판(30)과 커버(32) 사이의 갭이 채워진 경우 전면발광 디바이스에도 적용될 수 있다.
광추출구조(60)는 도 13에 도시된 바와 같이 기판 또는 LED층(40), 또는 모두에서 전반사 웨이브가이드 구조를 통해 갇힌 광을 선택적으로 추출하는 어떤 구조이다. 광추출구조(60)는 (광추출구조(60)로서 도 1에 도시된 바와 같이) 광확산(광산란)표면을 포함할 수 있다. 대안으로, 광추출구조(60)는 광산란층(예컨대, 광추출구조(60)로서 도 3에 도시된 바와 같이 폴리머 바인더에서 티타늄 이산화물과 같은 굴절입자를 포함하는), 하나 이상의 렌즈렛(예컨대, 광추출구조(60)로서 도 8에 도시된 바와 같은 성형구조를 구비한), 휘도강화필터(예컨대, 상용으로 구매가능하고 도 24에서 소자(60)로서 도시된), 그레이팅 또는 다른 광결정(예컨대, 도 23에서 소자(60)로서 도시된 바와 같은 일련의 규칙적인 물리적 토포그래픽 소자들), 또는 비스듬한 미러 또는 굴절소자(39)(예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이 기판 법선에 대해 45도 표면)을 포함할 수 있다. 광추출구조(60)는 기판(30) 또는 커버(32)에 구성될 수 있거나, 추가층 또는 소자, 예컨대, 표면에 부착된 필름(가령, 도 7에서 소자(60)로 도시된 바와 같은 확산필름)으로서 부착될 수 있다. 각각의 이들 구조는 광학 기술분야에 공지되어 있다.
광추출구조(60)는 에지갭(20)에 위치해 있고 상기 에지갭(20)내 임의의 표면에, 가령, 기판(30), 커버(32) 도는 커버(32)나 기판(30) 중 어느 하나의 에지(36)에 위치될 수 있다. 광추출구조(60)는 기판 표면(34)상에 위치될 수 있다. 대안으로, 광추출구조(60)는 맞은편 기판 표면(35)에 위치될 수 있고, 기판 표면(34)에 대해 기판의 맞은편 면상에 있다. LED 픽셀(14,14A) 어레이가 기판 표면(34)에 형성될 수 있고 광추출구조(60)는 (도 1에 도시된 바와 같이) 맞은편 기판 표면(35)상에 형성될 수 있다. 특히, 광추출구조(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 표면상에 또는 표면에, 도는 다수의 위치상에 또는 위치에 형성될 수 있고, 광추출구조(60)는 상기 구조가 에지갭(20)내 광을 추출하는 한 맞은편 기판 표면(35)및 기판(30)의 에지 표면(37) 모두에 형성된다. 도 3은 에지를 포함한 커버(32)와 기판(30) 모두에 접착되는 굴절입자를 구비한 광추출 구조를 도시한 것으로, 모두 디바이스내에 또는 외부 표면에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 광추출구조(60)는 반사면을 포함할 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 에지표면(37)은 예컨대 에지표면(37) 위로 (은 또는 알루미늄과 같은) 금속을 증발시키거나 에지표면(37)에 막을 부착시킴으로써 반사막(38)으로 코팅될 수 있다. 반사면은 또한 에지갭(20)의 영역내 커버 또는 기판 중 어느 하나 내에 광을 가두기 위해 기판(30)과 커버(32) 사이에 형성될 수 있다. 도 4의 평면도에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에서, 광추출구조(60)는 에지갭(20) 부근 영역에 면발광 LED 디바이스(10)의 휘도출력을 높이기 위해 기판 에지(36)에 가장 가까운 픽셀(14)들 사이 영역을 포함하도록 에지갭(20) 너머로 확장될 수 있다.
도 5 및 도 9에 도시된 또 다른 대안적인 실시예에서, 컬러필터(16)가 각 픽셀(14,14A)을 형성하는 LEDs에 의해 방출된 광을 필터하도록 사용될 수 있다. 이 구조는, 예컨대, OLED 기술분야에 공지된 RGBW 구성에서처럼 특히 LED가 백색광을 방출하는 경우 유용하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 컬러필터(16)는 배면발광 실시예에서 LED(14)와 기판(30) 사이에 위치될 수 있다. 대안적인 전면발광 실시예에서, 컬러필터(16)는 도 9에 도시된 바와 같이 커버(32)상에 위치될 수 있다. 픽셀(14)과 에지갭(20)의 적어도 일부분 외부 사이에 블랙 매트릭스(18)가 형성될 수 있다. 본 발명에서, 컬러필터는 종래 기술에 개시된 이점을 넘어선 추가 이점들을 가질 수 있고 이들 이점들은 LED가 컬러(예컨대, 적색, 녹색 또는 청색)광이나 백색광을 방출하든 동일하게 적용될 수 있다. 특히, 기판, 도전층 및 전계발광층 내에 갇힌 광의 상당 비율은 디바이스내 재료표면에서 반사되고 이들 컬러필터를 통해 여러 번 이동해 광이 기판 에지(36)로부터 떨어진 픽셀(14)에 의해 광이 발생될 때 컬러필터의 여러 필터들을 지나갈 기회를 갖는다. 이들 컬러필터들은 특히 특정 파장의 광에 흡수적이므로, 기판 에지로부터 상당히 떨어져 있는 픽셀들에 의해 발생된 이런 대부분의 광은 이들 컬러필터에 의해 흡수된다. 또한, 기판 에지(36) 바로 부근에 있는 픽셀(14A)에 의해 발생된 광도 컬러필터(16)의 여러 컬러들을 지나지 않는다. 따라서, 기판 에지(36)로부터 멀리 있는 픽셀(14)에 대해 컬러필터들에 의해 흡수되는 광과 비교할 때 기판 에지(36) 바로 부근에 있는 픽셀(14A)에 의해 발생된 광의 상대적으로 작은 비율이 컬러필터에 의해 흡수된다. 이와 같이, 컬러필터를 갖는 디바이스에서 광추출구조(60)는 기판 에지(36)로부터 매우 멀리 있는 픽셀에 의해 발생된 광을 거의 또는 전혀 추출하지 않는 반면 기판 에지(36) 바로 부근에 있는 픽셀들에 의해 발생된 광을 추출하도록 조절된다. 따라서, 광추출구조(60)에 의해 추출된 광의 상대 강도와 컬러는 컬러필터가 적용되는 기판 에지(36) 바로 부근에 있는 픽셀(14)에 의해 발생된 광과 매우 상관 있게 된다.
이 개념은 광추출구조(60)로서 도시된 렌즈렛 어레이를 포함하는 도 8을 참조로 더 예시될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 에지(36)로부터 멀리 있는 픽셀(14)는 또한 기판(30)에 갇힌 광을 방출한다. 본 발명의 일실시예에서, 방출된 광은 컬러필터(16)를 지나간다. 백색광 이미터를 갖는 디스플레이 디바이스에서, 다른 컬러필터(예컨대, 적색, 녹색, 청색)를 제공하도록 다른 컬러필터가 이용된다. 따라서, 청색필터를 통해 필터된 방출광은, 예컨대, 광선(56)으로 도시된 바와 같이 기판(30)을 통해 이동되고 이웃한 녹색 컬러필터에 의해 흡수될 수 있다. 대안으로, 방출광은, 예컨대, 광선(58)으로 도시된 바와 같이 기판(30)을 통해 지나갈 수 있고 블랙 매트릭스(18)에 의해 흡수될 수 있다. 이런 식으로, 먼 픽셀들에 의해 방출된 광이 디바이스내에 흡수될 수 있고 에지갭(20)에서 추출되지 않을 수 있어, 디스플레이 선명도를 보존한다. 갇힌 광이 디바이스내에서 이동할 수 있는 거리를 컬러필터들이 줄이지만, 디바이스내 다른 층들이 유사한 기능을 수행하는 것에 유의해야 한다. 예컨대, 제 1 또는 제 2 도전층(42,46) 중 하나가 90% 미만의 반사율을 갖는 Al과 같은 재료로부터 형성되는 것이 통상적이다. 따라서, 기판 에지(36)로부터 떨어진 픽셀 내에 형성된 광자의 상당 부분은 매번 이 도전층에 조우할 때마다 흡수되고, 이는 또한 광이 디바이스내에 이동할 수 있는 거리를 제한한다. 에지갭(20)과 조우하고 광추출구조(60)를 통해 나가는 광선(59)만 에지갭의 영역내에 출력된 광에 기여하는 것에 유의하라.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 기판(30)은 복수의 에지(36)를 갖고, 각 에지(36)는 픽셀 어레이(14)의 에지(36)에 대응하고 각 에지(36)의 에지갭(20)을 형성하며, 광추출구조(60)는 LED 픽셀(14) 외부의 각 에지갭(20)에 형성되어 있다. 이 구조는 복수의 면발광 LED 디바이스(10)로부터 형성된 타일 어레이(8)를 형성한다. 인접한 타일의 기판 에지(36)는 접해 있다.
동작시, 본 발명은 픽셀(14)을 형성하도록 면발광 다이오드를 이용해 면발광 LED 디바이스(10)의 타일 어레이에서의 에지심(24)이 눈에 보이는 것을 줄이는데 효과적이다. 도 8을 참조하면, 배면발광 구성에서, 면방출 발광다이오드(14)는 LED 전극(도 8에 미도시됨)을 통해 제공된 전류에 응답해 광을 방출한다. 광은 임의의 방향으로 방출될 수 있다. 전반사로 인해, 방출광의 상당부분이 높은 광굴절률 기판(30)에 갇힌다. 특히, 픽셀(14A)로부 방출된 광이 기판(30)에 갇힐 수 있고 에지갭(20)으로 이동될 수 있다. 일단 에지갭(20)에서 광이 예컨대 광선(59)으로 도시된 바와 같이 추출되고 광추출구조(60)에 의해 방출될 수 있다. 에지뿐만 아니라 기판 표면상에 광추출구조를 위치시킴으로써 그렇지 않고 광추출구조와 조우할 수 없을 수도 있는 하이앵글(high angle)의 광을 추출함으로써 광추출의 효율이 향상된다. 이 방출된 광은 그런 후 픽셀(14A)에 대해 확대된 발광면을 형성하도록 나타나고 이로써 에지갭(20)을 가려, 에지의 시간적 균일성을 향상시킨다.
광추출구조(60)는 선택적으로 픽셀(14A) 면적으로 확대될 수 있으나, 완전히 덮지 않아야 한다. 즉, 픽셀(14A)의 적어도 일부는 광추출구조(60)의 외부에 있다. 예컨대, 모든 픽셀이 (종래 기술에 개시된 바와 같이) 광추출을 한 경우, 픽셀(14,14A) 모두가 더 큰 휘도를 가질 수 있다. 그러나, 단순히 디바이스를 더 밝게 하는 것은 에지의 시각적 균일성을 효과적으로 향상시키지 못한다. 대안으로, 픽셀(14A)이 광추출구조에 의해 완전히 덮여있으나 다른 픽셀(14)이 그렇지 않다면, 픽셀(14A)은 다른 픽셀(14)보다 더 큰 휘도를 갖도록 보일 수 있어, 발광면적 위로의 픽셀 휘도가 균일하지 않게 된다. 대신, 본 발명의 실시예에 따르면, 광추출구조(60)는 에지갭(20)으로 확대되고, 선택적으로 픽셀(14A)의 일부에만 위로 확대되어 있어 에지갭(20)의 임의의 발광부분과 함께 픽셀(14A)의 총 휘도가 다른 픽셀(14)과 함께 동일한 휘도를 갖게 된다. 실제로, 에지갭(20)에 갇힌 광은 픽셀(14A)을 상기 에지갭(20)으로 명백히 확대시키는데 이용된다. 광추출구조가 픽셀(14A)(또는 임의의 픽셀)에 의해 출력된 전체 광을 증가시키면, 픽셀 자체의 휘도는, 예컨대, 어레이내 다른 LED 픽셀들에 비해 전류가 줄어든 기판 에지에 가장 가까이 있는 기판 표면상의 적어도 하나의 LED 픽셀을 구동시키기 위한 (도 6에 도시된) 컨트롤러(80)를 이용함으로써 보상을 위해 줄어들 수 있다.
시청자는 대개 각각의 픽셀을 식별할 수 없기 때문에, 픽셀 어레이에서 각각의 픽셀의 명백한 크기 변화가 주목될 수 없다. 이런 식으로, 시각적 휘도 균일성이 유지된다. 상술한 바와 같이, 광추출구조(60)는 에지갭(20)에 가장 가까이 있는 픽셀(14A) 너머 면발광 LED 디바이스(10) 영역으로 확대되지 않는다. 그러나, 이는 면발광 LED 디바이스(10)의 나머지에 대해 다른 광추출구조의 적용을 막지 못한다. 하지만, 다른 광추출구조가 면발광 LED 디바이스(10)의 나머지 위에 적용되면, 광추출구조(60)보다 효율이 못하고 에지갭(20)으로서 면발광 LED 디바이스(10)상의 도시된 면적으로부터 동일한 거리에 있는 면적에 대해 광 추출시 광의 더 작은 비율을 추출한다.
에지갭의 가시부에 광추출구조가 있음으로 인해 에지갭(20)이 가려진다. 직접 볼 수 없는 에지갭(20)의 다른 부분들에서, 광을 에지갭의 시청부로 보내는 반사소자를 갖는 광추출구조는 에지갭으로부터 방출된 광량을 증가시키고 에지심을 숨기도록 돕는다. 따라서, 도 9를 참조하면, 커버가 투명한 본 발명의 전면발광 실시예서, 에지갭(20A)의 가시부는 에지갭(20)에서 커버상의 광추출구조(60), 예컨대, 광확산 코팅을 갖는다. 에지(36)상의 광추출구조(60)는 바람직하게는 반사, 예컨대, 반사코팅이 있는 확산표면이다. 이는 이 에지와 조우한 광을 광추출구조(60)에 대한 추가 기회를 제공하는 디바이스로 다시 보내어 에지갭(20)내 광을 추출한다. 이런 층은 면발광 LED 디바이스(10)의 에지로부터 광을 막는 추가적인 이점을 가지며, 디스플레이가 큰 시청각도로부터 시청될 때 잠정적으로 시청될 수 있다. 기판(30) 상에 광추출구조는 바람직하게는 기판표면(34)상에 또는 맞은편 기판측(35)에 반사체를 갖는다. 이 반사체는 에지갭(20)에서 다른 광추출을 용이하게 하기 위해 에지갭(20)으로 확대될 수 있다.
에지갭에서 발광을 제공하는 효과가 모델화되었고 이웃한 에지갭에 그리고 OLED 디바이스에서 적어도 부분적으로 픽셀 외부에 형성된 광추출구조가 검증되었으며, 제 1 세트의 실험에서, 디스플레이는 에지갭의 다양한 크기와 다양한 에지갭 휘도값을 가지며 시뮬레이션되었다. 이들 기본 실험들은 에지갭의 휘도가 에지갭에 이웃한 몇몇 픽셀들에 의해 주로 영향받는 것으로 추정되었다. 이들 실험을 이용해, 에지갭내 휘도가 증가함에 따라, 면발광 LED 디바이스(10)가 타일 디스플레이 디바이스내에 적용될 경우 에지갭(20)의 인지된 폭과 일반적인 이미지 컨텐츠에 대한 에지갭(20)의 콘트라스트가 줄어든다. 또한, 에지갭(20)내 면적의 휘도가 픽셀(14.14A)을 포함한 면발광 LED 디바이스(10)의 영역내 평균 면적 휘도에 접근함에 따라, 에지갭(20)이 눈에 띄지 않게 된다. 그러나, 에지갭의 휘도가 픽셀(14.14A)을 포함한 면발광 LED 디바이스(10)의 영역의 평균 휘도보다 더 크게 되면, 면발광 LED 디바이스(10)가 타일 디스플레이 디바이스내에 타일로서 적용될 경우 밝은 선들로서 에지갭(20)이 눈에 띄게 된다. 4개의 정사각형 픽셀(14,14A)의 폭 또는 높이만큼 큰 에지갭을 갖는 디바이스들에 대해, 픽셀(14.14A)을 포함한 면발광 LED 디바이스(10)의 영역의 평균면적 휘도의 50% 내지 120% 사이에서 방출되는 에지갭(20)을 갖는 타일 디스플레이는 눈에 띄지 않을 수 있음이 관찰되었다. 더 작은 에지갭들에 대해, 에지갭(20)은 심지어 더 광범위한 휘도값들에 대해서도 눈에 띄지 않을 수 있다. 그러나, 에지갭 영역에 대한 유용한 휘도값들은 픽셀(14.14A)을 포함한 면발광 LED 디바이스(10)의 영역내 평균면적 휘도의 5% 내지 150% 사이의 값을 포함할 수 있다.
면발광 LED 디바이스(10)의 에지갭(20)으로부터 광추출을 검증하기 위해, 액티브 매트릭스 배면발광 면발광 LED 디바이스를 이용해실험이 수행되었고, 그 일부 중요 소자들이 도 14에 도시되어 있다. 이 디바이스는 유리기판(102)상에 구성되었다. 이 기판(102)에 대해, 층들은 해당기술분야에 잘 알려진 바와 같이 일반적인 비정질 실리콘 TFT 구동층(104)을 형성하도록 증착되었다. 투명 ITO 양극(106)의 어레이가 TFT 구동층(104)내에 있는 TFT와 전기연결 형성되었다. EL 유기층(108)은 전기 자극될 경우 백색광을 방출하는 여러 개의 발광층을 포함한 ITO 양극(106) 위에 형성되었다. 알루미늄 시트 음극(110)이 반사 뒷면전극을 형성하도록 증착되었다. 마지막으로, 디바이스는 전체 디바이스 위로 커버 글래스(112)를 부착함으로써 캡슐화되었다. 본 발명의 광추출구조(60)를 형성하기 위해, 굴절률 매칭 유체(114), 특히, 벤질 알콜(Benzyl Alcohol)이 유리 기판(102)의 바깥 부분에 도포되었고 확산막(116)이 디스플레이의 이런 동일한 면적 위에 도포되었다. 이 확산막은 상용으로 구매가능한 LCD-백라이트 확산막이었다.
광추출을 검증하기 위해, 영역(118)내 픽셀들만 비추어졌다. 광도계 측정은 이 면적의 1.3mm 원개구 내에 발생된 휘도는 500cd/m2임을 나타내었다. 시각적 검사로 영역(118)내에 있는 픽셀들만 활성화되었을 때 본 발명의 면발광 EL 디바이스내에서 에지갭(20)을 나타내는 면적(120)에 광이 방출된 것임을 검증하였다. 시각적 검사는 또한 광추출구조, 특히, 확산막(116)에 의해 추출된 휘도는 영역(118)내 픽셀들이 활성화되었을 때 영역(118)에 가장 가까이 있었던 면적(120)의 에지 부근에서 가장 큰 것을 나타내었다. 또한, 에지로부터 거리가 증가함에 따라 휘도는 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 이런 불균일성에도 불구하고, 휘도는 1.3mm 원개구를 갖는 광도계를 이용해 평가되었고 영역(118)에 발생된 휘도의 약 50 cd/m2 또는 약 10%인 것으로 나타났다. 그런 후, 영역(118)내 픽셀들은 비활성화되었고 가장 가까운 에지가 영역(118)과 면적(120) 사이의 에지로부터 4.5mm 떨어진 영역(122)내 픽셀들이 500cd/m2의 휘도로 활성화되었다. 시각적 검사로 영역(122)내 픽셀의 활성화에 응답해 면적(120)에서 다소 광이 방출된 것을 검증하였다. 면적(120)에서의 휘도가 동일한 원개구를 이용해 측정되었고 영역(122)내 픽셀들에 의해 방출된 휘도의 약 5cd/m2 또는 약 0.1%인 것으로 나타났다. 이와 같이, 광추출구조, 특히 LCD 확산막의 적용은 광방출 없이도 에지갭 영역을 나타내는 영역내에 갇힌 광의 추출을 입증했다. 이 광추출층으로부터의 휘도는 광이 자극된 에지갭 부근의 픽셀들에 의해 광이 발생되었을 때 더 크게 보였고 자극된 에지갭으로부터 더 멀리 있는 픽셀들에 의해 광이 발생되었을 때 더 작게 보였다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 기판 에지(36)는 내부 또는 외부 기판 표면(34,35) 중 어느 하나에 대해 0도 또는 90도 와는 다른 각도의 표면을 갖는 경사면(39)을 형성하도록 사선으로 기울어져 있다. 경사면(39)은 (도 15에 도시된 바와 같이) 전체 기판 에지(36)를 구비하거나 도 16에 도시된 바와 같이 부분적 기울임을 이용함으로써 에지(36)의 일부만을 포함할 수 있으며, 어느 한 경우는 에지갭(20)에 에지픽셀(14A)을 이미지하는 광표면을 제공할 수 있다. 어느 한 경우, 픽셀(14A)로부터 (및 가능하게는 이들의 방출된 광이 블랙 매트릭스 또는 컬러필터와 같은 다른 디바이스 구조에 의해 흡수되지 않는다면 다른 픽셀(14)로부터) 방출된 갇힌 광(15)은 시청자에게 경사면(39)에 의해 굴절되고, 이로써 에지(36)로부터 광을 추출하고 픽셀(14A)의 휘도를 증가시킨다. 에지각은 기판(30)에 대해 로우앵글이거나 하이앵글(예컨대,55-60도)일 수 있다. 더 큰 하이앵글에서, 에지갭(20)은 더 작아져서 제조가 더 어려울 수 있으나 추출광(15)에 의해 가려진 에지심(24)이 더 커지게 되어, 더 효과적으로 에지심(24)을 숨긴다. 대안으로, 광추출구조를 형성하는 기판 에지는 또한 구배질 수 있어 굴절렌즈의 적어도 일부를 이루는 광표면을 형성한다. 경사면은 부분적으로 확산소자를 이루며 거칠어지거나 에지갭(20) 부근의 발광소자(14A)가 에지갭(20)에 이미지되는 광학소자를 이루도록 완만할 수 있다. 그러나, 이 에지는 완만한 것이 바람직하며, 이는 이 에지는 경사를 형성하도록 사용되는 공정에 의해 야기될 수도 있는 임의의 표면 불규칙을 메우도록 폴리머층을 연마 또는 도포하는 것을 포함한 여러 가지 방법에 의해 달성될 수 있다. 평평한 기판을 그라인딩하거나 주조 또는 스탬핑을 통해 경사진 에지를 갖는 기판을 형성하는 것을 포함한 많은 공정들이 이런 경사를 이루도록 추정될 수 있다.
도 15를 참조로 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 반사면(47)은 경사진 외부 기판면(35)의 일부분의 맞은편에 있는 내부 기판면(34)상에 형성될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이 원편광기는 외부 기판면(35)상에 위치되어 입사주변광을 흡수할 수 있다. 이 반사층(47)은 주변광을 반사함으로써 외부 기판면(35)상에 이용된 임의의 원편광기의 효과를 강화한다. 도 17을 참조하면, 면방출 발광디바이스의 타일 어레이에서, 각 타일의 기판 에지의 적어도 일부분은 타일의 내부 또는 외부 기판면에 대해 90도와는 다른 각도로 형성된 경사면을 갖고 이 타일의 맞대어진 기판 에지들은 동일한 각도로 형성된 경사면을 갖는다. 도 17에 도시된 바와 같이, 경사면(39)은 인접한 에지상에서 같다. 디스플레이 타일의 어레이(10)는 원편광기(70)와 (내부 기판면(34)상에 형성된) 반사층(47)과 (외부커버면상에 형성된) 반사층(48)에 라미네이트되어 주변광을 반사해 원편광기(70)의 주변광 흡수를 강화한다. 간략히 하기 위해, 타일 기판(30) 사이에 갭이 도시되어 있다; 특히, 이 갭은 가능한 한 작거나 완전히 제거되어 진다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도 18을 참조하면, 각 타일의 기판 에지(39A,39B)의 적어도 일부분이 타일의 내부 또는 외부 기판면에 대해 90도와는 다른 각도로 형성된 경사면을 가지며 이 타일의 맞대어 있는 기판 에지들은 평행면을 갖는다. 따라서, 타일(10A,10B)의 인접한 기판 에지들은 경사면이 평행하고 이로써 에지갭에 있는 임의의 구조를 가리도록 서로 보완하게 경사질 수 있다.
타일의 에지에 있는 픽셀들 간의 에지갭이 눈에 띄는 것을 더 줄이기 위해, 이미지 신호는 각 디바이스에서 각 픽셀들의 소정 휘도를 지정할 수 있다. 이미지 신호는 한 디바이스의 에지에 가장 가까운 LED의 휘도가 또 다른 이웃한 디바이스의 에지에서 가장 가까이 있는 대응하는 픽셀의 소정 휘도와 결합된 한 디바이스의 에지에서 가장 가까운 픽셀의 소정 휘도와 결합되도록 제어된다. 예컨대, 에지갭의 일면상에 에지픽셀(14A)은 에지갭이 눈에 띄는 것을 주리도록 평균될 수 있다.
도 15-18에 묘사된 경사구조들을 구성하였다. 도 19를 참조하면, 단색 OLED 디바이스의 수직 보기는 이지미의 상단 절반에 있는 넓은 수직갭과 이미지의 하단 절반에 있는 좁은 수직갭을 나타내고 있다. 도 19의 이미지는 컨트롤이다. 비교시, 도 20은 갇힌 광이 방출되는 60도 경사면을 갖는 도 19의 디바이스를 수직으로 본 이미지이다. 마찬가지로, 도 21은 갇힌 광이 방출되는 45도에서 본 이미지이다. 도 20 및 도 21 모두로부터 알 수 있는 바와 같이, 명백히 눈에 띄는 에지심의 폭이 줄어든다. 도 22를 참조하면, 에지심은 수직심에 인접한 픽셀들이 활성화될 때 마찬가지로 가려진다. 실제로, 도 22의 하단 절반에서, 더 좁은 에지심이 완전히 가려진다. 상단 절반에서, 더 넓은 에지심은 명백히 실제 에지심 폭의 약 1/3이다.
본 발명에 따른 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스는 기판면과 기판 에지를 갖는 기판을 제공하는 것과, 기판 에지와 상기 기판 에지에 가장 가까운 기판표면상에 있는 LED 픽셀 간의 에지갭을 갖는 기판표면상의 면발광 LED 픽셀 어레이를 형성하는 것과, LED 픽셀 외부의 에지갭에 광추출구조를 형성하는 것으로 구성될 수 있다. 광추출구조는 기계적 공정, 화학공정, 또는 기판표면에 필름 부착, 기판표면 맞은편에 대향 기판표면 또는 기판 에지에 형성될 수 있다. 대안으로, 광추출구조는 어느 기판면 또는 전체 기판면, 기판면 맞은편의 대향 기판면, 또는 기판이나 커버 중 하나의 기판 에지, 또는 면방출 발광다이오드를 보호하고 캡슐화하기 위해 제공된 기판이나 커버 중 어느 하나의 기판 에지상에 형성될 수 있다. 광추출구조는 기판면 또는 기판 에지를 에칭 또는 연마함으로써, 가령 플루오르화수산, 레이저를 이용한 급속한 온도 싸이클링, 또는 샌드블라스팅에 의해 형성될 수 있다. 광추출구조의 적어도 일부분은 기판 에지의 적어도 일부를 에칭하고 기판 에지의 일부 위로 반사막을 증착함으로써, 가령, 에칭된 기판 에지 위로 금속을 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 에지는 또한 경사진 구조를 이루도록 그라운드될 수 있다.
본 발명의 LED 디바이스는 필요하다면 그 특성을 강화하기 위해 다양한 잘 알려진 광학적 효과를 이용할 수 있다. 이는 광투과를 높이기 위해 층두께를 최적화하는 것, 유전체 미러구조를 제공하는 것, 반사전극들을 광흡수 전극들로 대체하는 것, 디스플레이 위로 번쩍임 방지 또는 반사방지 코팅을 제공하는 것, 디스플레이 위에 편광매질을 제공하는 것, 또는 뚜렷하지 않은 컬러 밀도 또는 디스플레이 위로 컬러변환필터를 제공하는 것을 포함한다. 필터, 편광기 및 번쩍임 방지 또는 반사방지 코팅은 커버 위에 또는 커버의 일부로서 명확히 제공될 수 있다.
본 발명은 액티브 또는 패시브 매트릭스 OLED 디바이스로 실시될 수 있다. 디스플레이 디바이스 또는 면조명 디바이스에도 또한 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 1988년 9월 6일자로 간행된 탕 등(Tang et al.)의 미국특허 No. 4,769,292 및 1991년 10월 29일자로 간행된 반슬리케 등(Van Slyke et al.)의 미국특허 No. 5,061,569에 개시되어 있으나 이에 국한되지 않는 작은 분자 또는 폴리머 OLED로 구성된 평면 패널 OLED 디바이스에 이용된다. 유기발광 디스플레이들의 많은 조합 및 변형들이 전면 또는 배면발광 구조를 갖는 액티브 및 패시브 매트릭스 OLED 디스플레이 모두를 포함한 이런 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있다. 다른 유기층들 또는 무기층들이 유기 또는 무기 발광층 중 어느 하나에 대한 전하주입, 수송 또는 차단을 제어하는데 이용될 수 있다.
8 디스플레이 타일 어레이
10, 10A, 10B 디스플레이 타일
12 액티브(디스플레이) 면적
14 픽셀
14A 에지 픽셀
15 방출광
16 컬러 필터
18 블랙 매트릭스
20 에지갭
20A 에지갭의 눈에 띄는 부분
22 픽셀간 갭
24 에지심
30 기판
32 커버
34 내부 기판면
35 외부 기판면
36 에지
37 에지면
38 반사막
39,39A,39B 경사면
40 OLED
42 투명전극
44 유기층(들)
46 반사전극
47 반사층
48 반사층
50,52,54 광선
56,58,59 광선
60 광추출구조
70 원편광기
80 컨트롤러
102 유리기판
104 구동층
106 양극
108 EL층
110 음극
112 커버유리
114 굴절률 매칭액체
116 확산막
118 영역
120 면적
122 영역
10, 10A, 10B 디스플레이 타일
12 액티브(디스플레이) 면적
14 픽셀
14A 에지 픽셀
15 방출광
16 컬러 필터
18 블랙 매트릭스
20 에지갭
20A 에지갭의 눈에 띄는 부분
22 픽셀간 갭
24 에지심
30 기판
32 커버
34 내부 기판면
35 외부 기판면
36 에지
37 에지면
38 반사막
39,39A,39B 경사면
40 OLED
42 투명전극
44 유기층(들)
46 반사전극
47 반사층
48 반사층
50,52,54 광선
56,58,59 광선
60 광추출구조
70 원편광기
80 컨트롤러
102 유리기판
104 구동층
106 양극
108 EL층
110 음극
112 커버유리
114 굴절률 매칭액체
116 확산막
118 영역
120 면적
122 영역
Claims (19)
- a) 내부 기판면과, 상기 내부 기판면에 마주보는 외부 기판면과, 기판 에지를 가지는 기판;
b) 기판 에지와 상기 기판 에지에 가장 가까운 내부 기판면 상의 LED 픽셀 간에 에지갭을 가지는 내부 기판면 상에 형성된 면발광 LED 픽셀 어레이;
c) 각각의 면발광 LED 픽셀 및 내부 기판면 사이의 층에서 또는 내부 기판면에 마주보는 각각의 LED 픽셀에서 측면 상의 층에서 형성된 컬러 필터의 어레이;
d) 면방출 LED 픽셀 사이의 층에서 형성된 블랙 매트릭스;
e) 에지갭에 그리고 적어도 부분적으로 LED 픽셀의 외부에 형성된 광추출구조; 및
f) 면방출 LED 픽셀 어레이의 에지갭으로 인접하는 또 다른 에지갭을 갖는 면방출 LED 픽셀의 또 다른 어레이를 포함하고,
상기 에지갭들은 면방출 LED 픽셀 어레이의 평균 면휘도 5% 내지 150% 사이에서 방출하는 것인 면방출(area-emissive) 발광다이오드(LED, light-emitting diode) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
반사면이 광추출구조와 결합하여 형성되는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
광추출구조는 외부 기판면 상에 또는 기판면에, 내부 기판면 상에 또는 기판면에, 또는 기판 에지 상에 또는 기판 에지에 위치되는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
픽셀은 기판을 통해 광을 방출하고, 외부 기판면에 부착된 원편광기를 더 구비하는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
광추출구조는 기판 에지에 가장 가까운 픽셀들 사이에 더 형성되는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
에지갭은 이웃 픽셀들 간의 거리보다 더 큰 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
어레이에서 다른 LED 픽셀들에 비해 전류가 감소된 기판 에지에 가장 가까운 적어도 하나의 LED 픽셀에서 구동하기 위한 컨트롤러를 더 구비하는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
기판 에지의 적어도 일부는 내부 또는 외부 기판면에 대해 90도가 아닌 다른 각도에서 형성된 경사면인 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
경사면은 비스듬하거나 또는 부분적으로 비스듬하여 내부 또는 외부 기판면에 대해 0도와 90도 사이의 각을 가지는 평편면을 형성하는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
경사면은 55도 내지 65도 사이의 각도를 가지는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
경사면은 광학면이어서, LED 픽셀 중 적어도 일부는 에지갭 면적에 이미지화되는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
경사면이 구배진 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
내부 기판면에 부착된 내부 커버면, 상기 내부 커버면 맞은편에 외부 커버면을 갖고, 커버 에지를 갖는 커버를 더 구비하고, 광추출구조는 내부 커버면, 외부 커버면 또는 커버 에지 상에 위치되는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 13 항에 있어서,
커버는 투명하며, 픽셀들은 상기 커버를 통해 광을 방출하고, 외부 커버면에 부착된 원편광기를 더 구비하는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 복수의 제 1 항의 면방출 발광다이오드로 형성된 타일들을 가지며, 인접한 타일들의 기판 에지가 맞대어 있는 것인 면방출 발광 장치.
- 제 15 항에 있어서,
각각의 타일의 기판 에지의 적어도 일부는 타일의 내부 또는 외부 기판면에 대하여 90도가 아닌 다른 각도에서 형성되는 경사면을 가지고, 타일의 인접한 기판 에지는 평행한 면을 가지는 것인 면방출 발광 장치. - 제 15 항에 있어서,
각각의 타일의 기판 에지의 적어도 일부는 타일의 내부 또는 외부 기판면에 대하여 90도가 아닌 다른 각도에서 형성되는 경사각을 가지고, 타일의 인접한 기판 에지는 동일한 각도에서 형성되는 경사면을 가지는 것인 면방출 발광 장치. - 제 1 항에 있어서,
광추출구조는 산광기, 산란층, 하나 이상의 렌즈렛(lenslet), 휘도강화필터, 그레이팅(grating), 반사소자, 굴절소자, 또는 광결정인 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
에지갭들은 면방출 LED 픽셀 어레이의 평균 면휘도의 50% 내지 120% 사이에서 방출하는 것인 면방출 발광다이오드(LED) 디바이스.
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