KR101249233B1 - Ｌｅｄ를 위한 구조화된 기판 - Google Patents

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KR101249233B1
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

양호하게는 유리인 투명한 재료로 된 기판(1)에 있어서, 상기 기판(1)은 발광하기 위한 전계 발광 계층 구조(21,22,23)의 적용을 위한 평평한 제1 측부(1a), 및 빛(6)의 효율적인 커플링-아웃을 위해 0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면(3a)들을 갖는 제1 영역(3)들을 포함하는 적어도 하나의 구조 요소(2)를 포함하는 구조화된 제2 측부(1b)를 갖는 기판.
LED, 커플링, 발광, 전극, 기판, 구조, 거칠기

Description

ＬＥＤ를 위한 구조화된 기판{STRUCTURED SUBSTRATE FOR A LED}
본 발명은 빛의 커플링 아웃(coupling-out)을 향상시키는 전계 발광(EL) 광원 및 구조화된 투명한 기판에 관한 것이다.
발광을 위해 다수의 얇은 층(EL 계층 구조(EL layered structure))들을 포함하고 EL 층(electroluminescent layer)을 갖는 EL 광원(Electroluminescent light source)들이 알려져 있다. 바텀 이미터(bottom emitter)라고 지칭되는 것에서, 빛은 투명한 기판을 통해 관측자에게 도달한다. 빛이 EL 계층 구조를 떠날 때, 광학적으로 밀한 매질(굴절률 n2 > 1을 갖는 투명한 기판)로부터 광학적으로 덜 밀한 매질(굴절률 n1 = 1을 갖는 공기)로의 천이가 있다. 빛의 입사각 및 그 출사각(제2 매질에 대한 입사각이라고도 함)은 굴절 법칙에 의해 결정된다. 빛이 기판과 공기 사이의 계면에 대해 임계각 α = sin-1(n1/n2)보다 큰 각으로 입사하면, 그것은 EL 소자에서 커플링 아웃되지 않고 모두 반사된다(커플링-아웃 손실을 유발). 이 경우에, 빛의 입사각 및 그 출사각(또는 다음 층에 대한 그 입사각)은 광선의 전파 방향과 해당 계면에 대한 직각 또는 아래에서 층에 대한 법선이라고 지칭되는 것 사이의 각이다. 보통의 투명한 기판들은 1.45와 2.4 사이의 굴절률을 가지며, 이 에 의해 평평한 구조에서 빛의 일부가 모두 반사되고, 그러므로 광 수율(EL 광원의 커플링 아웃되는 광량과 거기에서 발생된 광량의 비율)이 상당히 감소되게 된다.
문서 D1 "Improvement of the external extraction efficiency of OLED by using a pyramid array", Proc. SPIE(55)19, p.184-193(2004)은 기판에 대해 추가 층 형태로 적용되는 구조들이 공기와 이루는 계면에서 예를 들어 돔형, 피라미드형 및 원추형 구조 등과 같은 다양한 표면 구조들에 의해 빛의 커플링 아웃을 개선하는 것이 개시되어 있다. 최선의 결과는 정방형 바닥을 갖는 피라미드 구조에서 피라미드의 높이가 바닥의 한 변의 길이와 같을 때 얻어진다. 계산이 근거를 두었던 가정은 EL 계층 구조가 완전히(100%) 반사되었다는 것이었다. 그러나, 실제 EL 계층 구조들에서는 반사율이 100% 미만이기 때문에 실제로는 빛의 커플링-아웃에서의 이론적 효율 이득의 대부분이 얻어질 수 없음이 발견되었다. 순방향으로 방출되고 따라서 보통 OLED 광원을 바로 떠날 빛은 앞서 말한 커플링-아웃 구조들에 의해 다시 반사되고, 따라서 OLED 자체의 활성층에서(그리고 특히 캐소드에서)도 흡수될 수 있다. 이것은 예를 들어, 직각으로 방출되는 빛을 위한 이상적인 반사경을 형성하는 피라미드 구조들로부터, 그리고 빛이 EL 광원을 떠날 수 없는 경우에 볼 수 있다. 기타의 광선들의 경우 다수의 반사들이 일어날 정도로 피라미드 구조들에서의 반사가 크다(흡수의 개연성이 대응해서 큰 것을 의미함). 이론적으로, 피라미드 구조들은 빛의 커플링-아웃(그리고, 그에 따라 광 수율)을 개선할 것으로 기대될 수 있지만, 실제의 EL 계층 구조들에서 심각한 흡수 손실이 있는 경우에, 이러한 이론적 개선은 평평한 기판들로부터의 광 수율보다 더 낮아지게 될 수도 있다. 현재의 EL 광원들로 달성되는 20% -26% 정도의 광 수율은 만족스럽지 못하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 100% 미만의 반사율을 갖는 전계 발광 광원으로부터 개선된 광 수율을 얻는 것이다.
이러한 물체는 양호하게는 유리인 투명한 재료로 된 기판에 의해 얻어질 수 있고, 그 기판은 발광을 위한 전계 발광 계층 구조의 적용을 위한 평평한 제1 측부, 및 빛의 효율적인 커플링-아웃을 위해 0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm, 그리고 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면들을 갖는 제1 영역들을 포함하는 적어도 하나의 구조 요소를 포함하는 구조화된 제2 측부를 갖는다. 거친 표면에서 반사된 광선들은 전반사 후에 기판에서의 전파 방향이 국소적으로 매우 다양하다. 그러므로, 최초에 반사된 빛이 EL 계층 구조에서의 소수의 반사 후에 EL 광원의 밖에서 커플링될 개연성이 크다. 한편, 이 경우에는 거칠기가 커플링 아웃될 빛의 파장의 적어도 약 절반과 동등해서 빛이 표면의 거칠기를 감지할 수 있게 하는 것이 중요하다. 다른 한편, 거칠기가 너무 크면, 반사된 빛이 표면에 다시 부딪쳤을 때, 빛이 상이한 국소적 방위를 갖는 표면의 영역에 도달해서 빛이 커플링 아웃될 큰 개연성을 갖는 것을 보장하기에 충분히 큰 정도로 국소적 영역에서의 표면의 방위가 다양해지지 않을 것이기 때문에, 거칠기가 너무 클 수 없다.
또한, 커플링 아웃되는 빛을 위한 층들의 굴절률보다 더 큰 굴절률들을 갖는 기판들의 경우에, 기판에 생성된 표면 구조는 빛을 커플링 아웃하기 위해 추가적으로 적용된 구조에 의해 추가적 계면이 존재 - 그 계면은 전반사를 유발할 것임 - 하게 되는 것을 방지한다. 이러한 종류의 계면들의 수가 더 적어지면 광 수율에 유리한 효과를 갖는다. 동시에, 빛을 커플링 아웃하기 위한 층들을 평평한 기판에 적용하기 위한 어떤 처리도 회피되고, 그에 따라 예를 들어 깨끗하지 않은 계면, 입자 함유 또는 EL 광원의 진행중인 작동 과정에서 발생하는 층들의 분할 등과 같은 생산 결함 가능성도 회피된다.
양호한 실시예에서는, 구조 요소들이 기판의 제1 측부에 대해 사실상 평행한 제2 표면을 갖는 제2 영역, 및 빛이 커플링 아웃되는 방향에서 보아 테이퍼된 제1 영역들을 포함한다. 테이퍼 영역들은 그 평평한 제1 측부에서 큰 입사각으로 기판에 커플링되는 빛 부분의 직접 커플링-아웃을 촉진한다. 제1 영역들의 표면 거칠기에 의해 얻어지는 것은 제1 영역들의 제1 표면에 도달하는 작은 입사각을 갖는 빛의 일부가 제1 또는 제2 표면들에서 기판의 제2 측부로부터 직접 방출할 수 있는 방식으로 반사된다는 것이다.
이 경우에 모든 제2 표면들의 영역들의 합이 기판의 제1 측부의 영역의 10%와 70% 사이이면 좋다. 이것은 낮은 입사각으로 기판에 들어가는 빛의 높은 비율이 기판의 밖에서 공기 속에 직접 커플링하는 것이 가능하게 한다.
빛의 커플링-아웃을 위해, 테이퍼된 제1 영역들의 제1 표면들이 기판의 제1 측부에 대해 20°와 70°사이의 각을 가지면 양호하다.
구조 요소들이 주기적으로 반복되는 패턴으로 배치되는 것 및 인접한 구조 요소들의 중심들이 0.1mm와 기판의 두께의 5배 사이, 양호하게는 0.5mm와 기판의 두께의 1배 사이의 간격을 가지면 특히 좋다.
특히 바람직한 실시예에서는, 구조 요소들이 양호하게는 끝이 잘린 피라미드 형태인 피라미드를 포함한다. EL 계층 구조가 이상적인 반사율을 가질 때, 피라미드는 매우 효율적인 커플링-아웃 구조를 이룬다. 100% 반사가 아닌 EL 계층 구조의 불리함은 적어도 제1 표면들의 표면 거칠기에 의해 적어도 알아볼 수 있을 정도로 감소되지 않는다는 것이다.
구조 요소가 기판의 제1 측부에 대해 사실상 직각인 제2 표면을 갖고, 0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 것이 양호한 제3 영역을 포함하는 것이 매우 특히 선호된다. 이러한 종류의 구조 요소는 빛의 전파 방향으로의 광 가이드를 이룬다. 이 구조 요소에서는, 제3 표면들에서 전반사된 빛이 기판의 제2 측부의 표면에 다시 부딪치고 그러므로 증가된 효율로 커플링 아웃될 개연성이 크다.
본 발명은 또한 청구항 1에 기재된 적어도 하나의 기판을 갖는 전계 발광 광원에 관한 것이며, 기판 상에는 전압을 인가하기 위한 두개의 전극 및 발광하기 위한 적어도 하나의 EL 층(electroluminescent layer)을 포함하는 다수의 층이 배치되고, 그 중의 적어도 하나의 전극은 투명하며, EL 층은 두개의 전극 사이에 배치되고, 투명한 전극은 기판과 EL 층 사이에 배치된다.
바람직한 실시예에서는, 기판이 1.4 < n < 3이고, 양호하게는 1.4 < n < 2인 굴절률(n)을 갖는다. 이러한 방식으로, 투명한 전극을 통과하는 빛의 적어도 과반수의 비율이 기판 속으로 커플링 아웃될 것이다.
특히 바람직한 실시예에서는, 기판의 굴절률이 투명한 전극의 굴절률보다 더 크다. 광학적으로 더 조밀한 매질(기판)과 광학적으로 덜 조밀한 매질(투명한 전극) 사이의 계면에서, 기판의 제1 측부에 대해 큰 각으로 제2 측부에 의해 전반사되고 산란된 빛이 전반사되며, 따라서 EL 계층 구조에 의해 흡수될 우려가 전혀 없다.
본 발명은 또한 청구항 1에 기재된 기판 생성 방법에 관한 것이며, 그 방법은,
0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖고, 기판의 제1 측부에 사실상 직각인 측면들을 갖는 디프레션(depression)들을 적절한 소잉(sawing), 밀링(milling) 또는 그라인딩(grinding) 처리에 의해 생성하는 단계,
0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면들을 갖는 제1 영역들을 생성하도록 적절한 소잉, 밀링 또는 그라인딩 처리에 의해 디프레션들을 넓히는 단계를 포함한다.
이 경우에, 적절한 소잉, 밀링 또는 그라인딩 처리에 의해 디프레션들을 넓히는 단계가 빛이 커플링 아웃되는 방향으로 보아 테이퍼된 제1 영역들 및 기판의 평평한 제1 측부와 사실상 평행한 제2 표면을 갖는 제2 영역들을 생성하면 좋다.
적절한 소잉, 밀링 또는 그라인딩 처리에 의해, 0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기가 제2 표면에 생성되면 특히 좋다.
본 발명의 상기 및 기타의 양태들은 이하에 기술된 실시예들을 참조하여 설명될 것이고 명백하다.
도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 기판의 평면도이다.
도 2는 단면 A-B의 평면을 도시하고 두개의 영역을 갖는 본 발명에 따른 기판의 평면도이다.
도 3은 도 2의 단면 A-B의 평면 상의 단면으로 도시한 본 발명에 따른 기판의 측면도이다.
도 4는 도 2의 단면 A-B의 평면 상의 단면으로 도시한 세개의 영역을 갖는 본 발명에 따른 기판의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전계 발광 광원의 측면도이다.
도 6 내지 9는 도 2의 단면 A-B의 평면에서 상이하게 이격된 구조 요소들을 갖는 본 발명에 따른 기판들을 측부로부터 본 현미경 사진들이다.
도 1은 빛의 효율적인 커플링-아웃을 위한 구조화된 측부(1b)를 갖는 본 발명에 따른 기판(1)의 평면도이다. 발광하는 전계 발광 계층 구조의 적용을 위한 기판의 평평한 다른 측부(1a)는 이 경우에 도시되지 않았다. 기판의 구조화된 제2 측부(1b)는 이 경우에 적어도 하나의 구조 요소(2)를 포함하며, 그것은 0.2μm와 100μm 사이, 양호하게는 0.4μm와 70μm 사이, 특히 양호하게는 0.7μm와 40μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면을 갖는 제1 영역(3)들을 포함한다. 거친 표면에서 반사되는 광선들은 반사 후에 기판(1)에서의 전파 방향이 국소적으로 매우 다양하다. 그러므로 처음에 반사된 빛이 EL 계층 구조 및/또는 기판의 제1 측부(1a)에서의 소수의 반사 후에 기판의 제2 측부(1b)에서 기판(1)의 밖으로 커플링될 개연성이 크다. 한편, 이 경우에는 거칠기가 커플링 아웃될 빛의 파장의 적어도 절반과 동등해서 빛이 표면의 거칠기를 감지할 수 있게 하는 것이 중요하다. 다른 한편, 거칠기가 너무 크면, 반사된 빛이 표면에 다시 부딪칠 때, 빛이 이전에 부딪쳤을 때와 상이한 국소적 방위를 갖는 표면 영역에 도달해서 빛이 커플링 아웃될 큰 개연성을 갖는 것을 보장하기에 충분히 큰 정도로 국소적 영역에서의 표면의 방위가 다양해지지 않을 것이기 때문에, 거칠기가 너무 클 수 없다.
본 발명에 따른 표면 거칠기의 표면을 갖는 단일의 제1 영역(3)을 갖는 단일 유형의 구조 요소(2)를 포함하는 제2 측부(1b)를 갖는 기판(기판은 전적으로 거친 제2 측부를 가짐)을 갖는 실시예는 특허청구범위에 명시적으로 포함된다. 하나 이상의 유형의 구조 요소(2)를 갖는 실시예들은 제1 영역(3)에서 규칙 및/또는 불규칙한 형상들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 제1 영역(3)들이 구조 요소(2)에 배치될 수도 있다.
기판의 제2 측부(1b)로부터 기판(1)의 밖으로의 빛의 커플링을 위해, 구조 요소(2)들이 기판의 제1 측부(1a)와 사실상 평행한 제2 표면(4a)(도 3 참조)을 갖는 제2 영역(4)들을 포함하면 좋고, 제1 영역(3)들이 빛이 커플링 아웃되는 방 향(6)으로 테이퍼되면 좋다. 테이퍼 영역(3)들은 기판의 평평한 제1 측부(1a)에 대한 큰 입사각으로 기판(1) 속에 커플링되는 일정 비율의 빛의 직접 커플링-아웃을 촉진한다. 제1 영역(3)들의 표면 거칠기에 의해 얻어지는 것은 제1 영역(3)들의 제1 표면(3a)에 도달하는 작은 입사각의 일정 비율의 빛이 제1 표면(3a) 또는 제2 표면(4a)들에서 기판의 제2 측부(1b)로부터 직접 방출될 수 있도록 반사되는 것이다. 이 경우에, 테이퍼된 제1 영역(3)들의 제1 표면(3a)들이 기판의 제1 측부(1a)에 대해 20°와 70°사이의 각을 이루는 것이 좋다. 제1 표면(3a)들은 곧은 표면 또는 만곡 표면의 형태를 취할 수 있다. 표면이 만곡면이면, 정해진 범위의 각은 표면에 대한 접평면과 기판의 제1 측부(1a) 사이의 각으로 이해해야 한다.
모든 표면(4a)들의 영역의 합이 기판의 제1 측부(1a)의 영역의 10%와 70% 사이이면 한층 더 좋다. 이것은 작은 입사각으로 기판(1)으로 들어가는 큰 비율의 빛이 기판(1)의 밖에서 공기 속에 직접 커플링될 수 있게 한다. 이 경우에, 제2 표면(4a)이 기판의 제1 측부(1a)에 엄격히 평행하게 배치될 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 이러한 방향들로 전파되는 빛을 위해, 제2 표면(4a)들이 기판의 제1 측부(1a)에 대해 사실상 평행하게 배치되면 충분하다. 도 2는 예제로써 본 발명에 따른 이러한 종류의 기판(1)을 기판의 제2 측부(1b)의 평면도의 형태로 도시하며, 기판 상에는 다수의 정방형 구조 요소(2)들이 주기적으로 반복되는 패턴으로 배치된다. 인접한 구조 요소(2)들의 중심들은 이 경우에 0.1mm와 기판의 두께의 5배 사이, 양호하게는 0.5mm와 기판의 두께의 1배 사이, 특히 양호하게는 0.6mm와 기판의 두께의 0.8배 사이의 양호한 간격(5)으로 배치된다. 대시선 A-B는 본 발명 에 따른 기판(10)들의 잇따른 측면도(도 3 - 9)들이 취해지는 단면 A-B의 평면을 정의한다.
그러나, 다른 실시예에서는 구조 요소(2)들이 예를 들어 삼각, 사각 또는 육각 영역들인 다른 형상을 가질 수도 있다. 마찬가지로, 기판의 제2 측부(1b)는 상이한 형상의 구조 요소(2)들을 포함할 수도 있다.
도 3은 도 2의 단면 A-B의 평면 상에서의 본 발명에 따른 기판(1)의 단면의 측면도이다. 도시된 실시예에서, 구조 요소(2)들은 주기적으로 반복되는 패턴으로 배치된 끝이 잘린 피라미드들의 형태이다. 구조 요소(2)는 이 경우에 도 3에 도시된 두개의 일점 쇄선 사이에서 연장한다. 인접한 구조 요소(2)들의 중심들 사이의 간격(5)은 끝에 화살표를 가진 대시선으로 표시되어 있다. 거친 제1 표면(3a)을 갖고 빛이 커플링 아웃되는 방향(6)으로 테이퍼된 제1 영역(3)들이 점으로 해칭되어 도시되어 있고, 기판의 제1 측부(1a)에 평행한 제2 표면(4a)을 갖는 제2 영역(4)들은 직선으로 해칭되어 도시되어 있다. EL 계층 구조가 이상적 반사율을 갖는 경우에, 피라미드는 커플링-아웃을 위한 매우 효율적인 구조를 나타낸다. 100% 반사가 아닌 EL 계층 구조의 불리함은 적어도 제1 표면(3a)들의 표면 거칠기에 의해 보상되지 않는다. 뾰족한 피라미드들과 대조적으로, 기판의 제1 측부(1a)에 평행한 양호한 비율의 제2 표면(4a)들을 갖는 끝이 잘린 피라미드 형태의 도 3에 도시된 실시예는 또한 사실상 빛이 커플링 아웃되는 방향(6)으로의 전파 방향을 갖는 어떠한 빛의 커플링-아웃을 증가시킨다. 그러나, 다른 실시예에서는 구조 요소(2)들이 다른 3차원 바디들을 포함할 수도 있다.
도 3에 도시된 구조 요소들 외에, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 실시예의 구조 요소(2)들은 기판의 제1 측부(1a)에 대해 사실상 직각인 제3 표면(7a)을 갖는 제3 영역(7)들을 포함한다. 인접한 제3 영역(7)들은 이 경우에 기판의 제1 측부(1a)에 대해 엄격하게 평행할 필요가 없는 제2 표면(4a)을 갖는 제2 영역(4)에 의해 서로 분리되어 있다. 빛이 커플링 아웃되는 방향(6)으로 볼 때, 제1 표면(3a)들의 아래에 배치된 제2 표면(4a)들은 본 발명에 따른 거친 표면의 형태를 가질 수 있다. 빛이 커플링 아웃되는 방향(6)으로 볼 때, 제1 표면(3a)들의 위에 배치된 제2 표면(4a)들은 이 경우의 매끈한 표면 및/또는 본 발명에 따른 거친 표면의 형태를 가질 수 있다. 직각의 제3 표면(7a)들은 본 발명에 따른 거친 표면을 가질 수 있다.
도 4에 도시된 구조 요소(2)는 빛이 커플링 아웃되는 방향(6)으로의 광 가이드를 이룬다. 제3 표면(7a)들에서 전반사된 빛은 이 구조 요소(2)에서 기판의 제2 측부(1b) 상의 제1, 제2 및/또는 제3 표면들에 다시 부딪칠 것이며 그러므로 고효율적으로 커플링 아웃될 개연성이 크다. 이러한 종류의 광 가이드의 경우에, 제3 표면(7a)들이 기판의 제1 측부(1a)에 대해 엄격하게 직각으로 배치되는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 제3 표면(7a)들이 제1 표면(3a)보다 기판의 제1 측부(1a)에 대해 충분히 상이하면 충분하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 발광 광원(20)은 제1 평평한 표면(1a) 및 제2 구조화된 표면(1b)을 갖는 본 발명에 따른 투명한 기판(1)을 포함하고, 제1 표면(1a)에 대해 적용된, 투명한 전극(21)과 전극(23) 사이에 배치된 적 어도 하나의 유기적 또는 무기적 EL 층(22)(electroluminescent layer)을 포함하는 계층 구조를 포함한다. EL 광원(20)이 갖는 형태에 따라, 전극(23)은 반사, 부분 반사 또는 투명할 수 있다. EL 층(22)은 다수의 서브레이어들로 형성될 수 있다. 유기적 EL 층(22)들의 경우에, 낮은 일 함수(low work function)를 갖는 재료로 된 전자 주입 층이 전형적으로 캐소드인 전극(23)과 EL 층(22) 사이에 배치될 수 있고, 추가적인 홀 이송 층이 전형적으로 애노드인 전극(21)과 EL 층(22) 사이에 배치될 수 있다. 바텀 발광 EL 광원(20)이라고 지칭되는 것에서는, 빛(6)이 기판(1)을 통해 관측자에게 도달한다. 기판(1)을 통한 발광 외에, 발광이 기판(1)으로부터 반대쪽 측부를 향하는 것도 바람직한 다른 실시예(탑 이미터라고 지칭되는 것)에서는, 전극(23)이 투명한 형태로 생성된다. 이러한 실시예에서는, 본 발명에 따른 다른 기판(1)이 전극(23)에 추가로 적용되어 빛의 개선된 커플링-아웃을 제공하게 할 수 있다.
투명한 전극(21)은 예를 들어 p-도핑된 실리콘, 인듐-도핑된 주석 산화물(ITO) 또는 안티몬-도핑된 주석 산화물(ATO)을 함유할 수 있다. 투명한 전극(21)은 양호하게는 1.6 내지 2의 스펙트럼의 가시 영역에서의 굴절률을 갖는 ITO를 함유한다. 반사 전극(23)은 예를 들어 알루미늄, 구리, 은 또는 금과 같은 재료로 되어 자연적으로 반사하는 것일 수도 있고, 또는 반사 계층 구조를 추가로 가질 수도 있다. 반사 층 또는 계층 구조는 빛의 방출 방향(6)으로 보아 전극(23) 아래에 배치되며, 전극(23)은 투명할 수도 있다. 전극(23)은 구조화될 수도 있고, 예를 들어 하나 이상의 도체 재료로 된 다수의 평행한 스트립들을 함유할 수도 있 다. 대안적으로, 전극(23)은 구조화 되지 않을 수도 있고 단일의 연속적인 영역의 형태를 가질 수도 있다.
도 5에 도시된 층들 외에, 전계 발광 광원(20)은 예를 들어 전하 전달 특성을 조화시키기 위한 층 또는 광학 특성을 변화시키기 위한 층들을 더 포함할 수도 있다.
구조화된 제2 표면(1b)을 갖는 본 발명에 따른 기판(1)은, 그렇지 않았으면 기판에 추가층으로서 적용되어야 할 것인데, 한 층이 빛을 커플링 아웃하게 하고, 그럼으로써 빛을 커플링 아웃하기 위한 층이 기판에 적용될 때 있을 수 있는 모든 처리 결함들이 회피된다. 접착 문제 및 EL 광원의 작동중에 빛을 커플링 아웃하는 층이 분리될 우려도 이렇게 해서 회피된다.
빛을 커플링 아웃하는 구조가 본 발명에 따른 기판의 제2 표면(1b)에 생성되기 때문에, 기판(1)과 빛을 커플링하는 구조(기판의 제2 측부(1b)) 사이에는 아무런 계면도 없다. 따라서, 선택될 수 있는 기판 재료 및 그에 따라 기판을 위해 선택될 수 있는 굴절률은 박판으로 만들어져야 할 재료에 의한 아무런 제한도 없고 1.5 정도의 굴절률을 갖는 전형적으로 플라스틱 재료이다. 바람직한 실시예에서는, 그러므로 본 발명에 따른 기판(1)은 1.4 < n < 3의 굴절률(n)을 갖는 재료로 이루어진다. 기판의 굴절률이 투명한 전극(21)의 굴절률보다 더 크면 특히 좋다. 이러한 용도로 적절한 것은 예를 들어 고굴절 유리이다. 기판의 굴절률이 투명한 전극의 굴절률에 더 가까워지거나 또는 그것보다 한 층 더 커질수록, 투명한 전극(21)과 기판(1) 사이의 계면에서의 전반사로 인한 커플링-아웃 손실이 더 잘 회 피될 것이다. 전극(21)으로부터 기판(1) 속으로의 빛의 100% 커플링-인이 있는 것과 동시에, 기판/공기 계면에서의 반사 및 산란 후에 큰 입사각으로 기판의 제1 측부(1a)에 부딪칠 것인 그러한 비율의 빛이 전극/기판 계면에서의 전반사에 의해 기판(1) 내에 유지될 것이며, 커플링 아웃될 기판의 제2 측부(1b) 상으로 다시 반사될 것이다. 기판의 거칠고 구조화된 제2 측부(1b)로 인해, 이러한 빛이 커플링 아웃될 개연성이 크다.
도 6 내지 도 9는 Disco Corporation 사에 의해 제조된 다이싱 머신이라는 것으로 생성된 유리로 된 본 발명에 따른 기판(1)들을 도시한다. 우선, 평행한 제1 디프레션들이 양측부가 평평한 1mm 두께의 유리 기판에 0.5mm(도 6), 0.6mm(도 7), 0.7mm(도 8) 및 1mm(도 9)의 간격으로 커팅(cut)되고, 이어서, 제1 디프레션들에 대해 직각으로 0.2mm 폭의 평행한 제2 디프레션들이 커팅된다. 그 후, 디프레션들은 A1A 시리즈의 90° 다이싱 블레이드(dicing blade)로 넓혀진다. 컷의 깊이에 따라, 빛을 커플링 아웃하기 위해 요구되는 구조들이 그 후에 형성되었으며, 이 경우에 그 구조들은 끝이 잘린 피라미드들의 형태이고 제2 표면(4a)들의 영역들의 합이 기판의 제1 측부(1a)의 영역의 10%와 70% 사이인 양호한 비례 영역을 가졌다. 넓혀지지 않은 디프레션들은, 기판의 제1 측부(1a)에 직각인 제3 표면(7a)들을 갖고, 이 경우에는 거친 표면의 형태인 제2 표면(4a)을 갖는 제2 영역(4)을 형성하는 바닥을 갖는, 제3 영역(7)들을 나타내었다.
본 발명에 따른 이 실시예들의 경우, 울브리히트 구(Ulbricht sphere) 안에서 측정된 빛의 최대 커플링-아웃이 인접한 구조 요소(2)들 사이의 간격(5)이 0.7mm인 상태에서 획득되었으며, 도 8을 보라. 도시된 광 수율의 측정치는, 양측부가 평평한 유리 기판과 비교해서, 구조화된 제2 표면(1b)의 경우 51%(도 8), 42%(도 7) 및 41%(도 6)의 광 수율 향상(빛의 향상된 커플링-아웃)을 나타내었다. 간격(5)이 1mm일 때, 광 수율 증가는 단지 40%이었으며, 도 9를 보라.
인접한 제3 측면들 사이의 간격은 이 경우에 사용된 톱날(sawing blade)의 폭에 의해 결정되었다. 다른 실시예에서는, 이러한 간격이 다른 값들이 될 수도 있다.
투명한 기판의 구조화된 표면(1b)은 소잉, 밀링 또는 그라인딩되거나(예를 들어 유리로 된 기판인 경우) 또는 다른 경우에는 캐스팅(casting) 또는 인젝션 몰딩(injection molding) 처리에 의해 생산될 수도 있다(예를 들어 PMMA와 같은 플라스틱 재료인 경우).
도면 및 기술에 의해 밝힌 실시예들은 단지 전계 발광 광원 밖에서의 빛의 커플링의 향상을 예시하기 위한 예일 뿐이며 청구범위를 이러한 예들로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이 기술분야에서 술견된 자들에게는 가능한 대안적 실시예들도 있고, 이러한 것들도 청구범위에 의해 정해지는 보호범위에 포함된다. 종속 청구항들의 번호 매기기는 청구항들의 다른 조합이 본 발명의 유리한 실시예들을 표현하는 것이 아님을 암시하려는 것이 아니다.

Claims (13)

  1. 투명한 재료로 이루어진 기판(1)으로서,
    상기 기판(1)은,
    발광을 위한 전계 발광 계층 구조(21,22,23)의 적용을 위한 평평한 제1 측부(1a), 및
    광(6)의 효율적인 커플링-아웃(coupling-out)을 위해, 가시 스펙트럼 내의 광을 커플링 아웃하는 확률이 증가되도록 0.2μm와 100μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면(3a)들을 갖는 제1 영역(3)들을 포함하는 구조 요소(2)들을 포함하는 구조화된 제2 측부(1b) - 상기 구조 요소(2)들은 주기적으로 반복되는 패턴으로 배치됨 -
    를 포함하고,
    인접한 상기 구조 요소(2)들의 중심들은 0.5mm와 상기 기판의 두께의 1배의 사이인 간격(5)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 재료는 유리인 것을 특징으로 하는 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조 요소(2)들은 상기 기판의 상기 제1 측부(1a)에 대해 실질적으로 평행한 제2 표면(4a)을 갖는 제2 영역들(4), 및 광이 커플링 아웃되는 방향(6)으로 테이퍼(taper)된 상기 제1 영역들(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 표면들(4a)의 모든 영역들의 합이 상기 기판의 상기 제1 측부(1a)의 영역의 10%와 70% 사이인 것을 특징으로 하는 기판.
  5. 제3항에 있어서,
    테이퍼되는 상기 제1 영역들(3)의 상기 제1 표면(3a)들은 상기 기판의 상기 제1 측부(1a)에 대해 20°와 70°사이의 각을 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구조 요소(2)는 피라미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조 요소(2)는, 상기 기판의 상기 제1 측부(1a)에 대해 실질적으로 직각을 이루며, 0.2μm와 100μm의 사이의 표면 거칠기를 갖는 제3 표면(7a)을 갖는 제3 영역(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
  8. 제1항에 기재된 적어도 하나의 기판(1)을 갖는 전계 발광 광원(20)으로서,
    상기 기판(1) 위에는,
    전압을 인가하기 위한 두 개의 전극들(21,23) - 상기 전극들 중 적어도 하나의 전극은 투명함 - , 및
    발광을 위한 적어도 하나의 전계 발광 층(22) - 상기 전계 발광 층(22)은 상기 두개의 전극들(21,23) 사이에 배치되며, 상기 투명한 전극(21)은 상기 기판(1)과 상기 전계 발광 층(22) 사이에 배치됨 -
    을 포함하는 복수의 층들이 배치되는 전계 발광 광원.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판(1)은 1.4 < n < 3인 굴절률(n)을 갖는 것을 특징으로 하는 전계 발광 광원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판(1)의 굴절률은 상기 투명한 전극의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 전계 발광 광원.
  11. 제1항에 기재된 기판(1)을 제조하는 방법으로서,
    소잉, 밀링 또는 그라인딩 공정에 의해, 가시 스펙트럼 내의 광을 커플링 아웃하는 확률이 증가되도록 0.2μm와 100μm 사이의 표면 거칠기를 갖고, 상기 기판의 상기 제1 측부(1a)에 대해 실질적으로 직각인 측면들을 갖는 함몰부(depression)들을 생성하는 단계,
    가시 스펙트럼 내의 광을 커플링 아웃하는 확률이 증가되도록 0.2μm와 100μm 사이의 표면 거칠기를 갖는 제1 표면들(3a)을 갖는 제1 영역들(3)을 포함하는 구조 요소(2)들을 생성하도록 소잉, 밀링 또는 그라인딩 공정에 의해 상기 함몰부들을 넓히는 단계, 및
    상기 구조 요소(2)들을 주기적으로 반복되는 패턴으로 배치하는 단계 - 인접한 상기 구조 요소(2)들의 중심들은 0.5mm와 상기 기판의 두께의 1배의 사이인 간격(5)을 가짐 -
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소잉, 밀링 또는 그라인딩 공정에 의해 상기 함몰부들을 넓히는 단계는, 광이 커플링 아웃되는 방향(6)으로 테이퍼되는 제1 영역들(3) 및 상기 기판의 상기 평평한 제1 측부(1a)에 대해 실질적으로 평행한 제2 표면(4a)을 갖는 제2 영역(4)들을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    소잉, 밀링 또는 그라인딩 공정에 의해, 표면 거칠기는, 가시 스펙트럼 내의 광을 커플링 아웃하는 확률이 증가되도록 0.2μm와 100μm 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
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