KR101297270B1 - 공진 광학 공동을 갖는 유기 발광 다이오드, 및 공간 광필터로서 작용하는 추출기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 추출기는 반사에 의한 집광기이고, 상기 추출기(311)의 입력부는 출력부(313)의 표면적보다 더 넓은 표면적을 갖고, 추출기(313)의 반사 측벽(312)은, 주어진 광학 공동에 대해 이러한 추출기의 투과의 제한 파장(λ_C-lim)에 대응하는 차단각(θ_lim)이 존재하도록 적응된 형태를 갖는다. 본 발명은 이미지를 시각화하기 위해 다이오드 패널에 사용하는 것이다. 본 발명은 컬러 및 시각화된 이미지의 순도에서의 개선 및 시야각의 확장을 제공한다.

Description

공진 광학 공동을 갖는 유기 발광 다이오드, 및 공간 광 필터로서 작용하는 추출기{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE HAVING A RESONANT OPTICAL CAVITY AND AN EXTRACTOR SERVING AS A SPATIAL LIGHT FILTER}

본 발명은, 하부 전극과 상부 전극 사이, 그리고 하부 반사 층과 상부 반사 층 사이에 삽입되는 유기 전계 발광 층을 포함하고, 유기 전계 발광 층에 의해 방출될 수 있는 광의 파장 범위에 대해 상기 층들에 수직 방향으로 공진 광학 공동(cavity)을 이들 사이에 형성하는 다이오드에 관한 것으로, 상기 전계 발광 층에 대해 이러한 전극과 동일한 측부 상에 위치한 전극 및 반사 층 중 적어도 하나는 다이오드에 의해 방출된 상기 광에 투명하거나 반-투명하다. 본 발명은 또한 복수의 그러한 다이오드를 포함하는 이미지 디스플레이에 관한 것이다.

문헌 US 2004-051447은 이러한 유형의 다이오드를 기재하는데, 여기서 반사 층 중 하나는 전극의 역할을 하고, 다른 전극은 전계 방광 층에 대해, 반투명이고 유전 하위층의 반사 적층으로부터 형성된 다른 반사 층과 동일한 측부 상에 위치하고 투명하다.

전류가 그러한 다이오드의 전극 사이에 통과할 때, 전계 발광 층에 의해 방출되는 광의 일부는 광학 공동에서 공진되고, 투명 전극 및 반사 유전 층을 통해 이러한 층의 평면에 수직 방향으로 최대 방출 세기로 다이오드를 떠난다.

도 1은 이러한 다이오드에 수직 방향에 대해 측정된, 시야각(또는 방출각)에 대해 이러한 유형의 다이오드의 방출 세기의 분포를 도시한다. 여기에 고려된 다이오드는 다음 구조를 갖는다: 기판/Ag(반사 불투명 하부 금속 전극)/유기 층(전계 발광 층을 포함)/Ag(2nm 또는 20nm 두께)/ZnSe, 여기서 ZnSe 유전 층은 Ag/ZnSe 적층의 최소 흡수를 얻도록 적응된다. ZnSe 유전 층은 또한 문헌 EP 1 076 368, EP 1 439 589 및 EP 1 443 572에 기재된 바와 같이 Ag/ZnSe 적층의 광학 특성을 최적화하도록 적응될 수 있다. 그러므로, 도 1은, Ag 상부 전극의 두께(2nm 또는 20nm)가 무엇이든지 간에, 발광 다이오드로부터의 방출의 공간적 분포가 램버시안 소스(Lambertian source)(일점 쇄선 곡선)보다 훨씬 더 좁고 방향성을 갖는다.

문헌 US 6 326 224는, 다이오드에 병합된 공진 광학 공동이 달성할 수 있게 하는 컬러의 순화(purification)를 가르친다. 문헌 US 5 949 187에 예시된 바와 같이, 심지어 몇몇 공동{또는 미세 공동(microcavities)}이 있을 수 있다.

더욱이, 광학 공동은, 본 명세서에 도 2로서 반복되어 도시된 전술한 문헌 US 2004-051447의 도 7에 도시된 바와 같이, 방출의 각도 분포의 파장에 대한 변화를 야기한다. 이 도면은 방출된 파장의 함수로서 방출 최대치의 각도 위치(x 축 상의)를 도시한다. 방출 최대치가 다이오드에 수직으로(시야각 = 0°) 배향되는 파장은 수직 방향으로 공동의 공진 파장에 대응한다. 또한 문헌 EP 0 801 429, US 2003/034938 및 WO 2005/098987은 광학 공진 공동의 특성 함수로서 방출의 각도 분포에서의 이러한 변화를 개시한다.

도 4는 다음 구조를 갖고 적색으로 방출하는 유기 다이오드로부터의 방출의 각도 분포를 제공한다: 기판/Al(반사 불투명 하부 전극)유기 층(전계 발광 층을 포함)/Ag(20nm)ZnSe(85nm). 이러한 분포는 동일한 전계 발광 층의 형광 스펙트럼의 3가지 상이한 파장, 즉 650nm(실선 곡선), 630nm(일점 쇄선 곡선) 및 615nm(점선 곡선)에 대해 제공된다. 이러한 도 4로부터, 도 2에 의해 이미 도시된 바와 같이, 방출된 파장(본 명세서에서, 단지 3개의 파장만이 도시됨)의 함수로서 방출 최대치의 각도 위치에서의 변화를 추론할 수 있다. 도 3은 전계 방출 층의 물질의 고유 스펙트럼 방출 분포를 제공한다.

그러므로, 방출된 파장의 함수로서 방출 최대치의 각도 위치에서의 이러한 변화로 인해, 다이오드 전면에 위치한 관찰자는 선택될 이러한 다이오드의 시야각에 따라 차이나는 방출된 색조(shades of colour)를 인식할 것이다.

이러한 칼라 순도 문제를 해결하기 위해, 문헌 US 2004-051447은 광 추출 디바이스를 다이오드에 추가하는 것을 제안하며, 이러한 광 추출 디바이스는 수렴 렌즈, 및 이러한 렌즈를 위한 정지부(stop)를 형성하는 애퍼처를 구비한 마스크를 포함한다. 정지부는, 이러한 다이오드에 수직(0의 시야각)에 가까운 방향으로 다이오드에 의해 방출된 광선만을 통과하도록 렌즈의 광축 상에 위치되어야 하며, "차단 각(cut-off angle)"보다 더 큰 시야각에서 방출된 광선을 차단할 때 이러한 정지부는 대략 렌즈의 초점면에 위치한다. 차단 각은 정지부의 애퍼처에 비례하고, 렌즈와 정지부 사이의 거리에 반비례하는데, 이러한 거리는 일반적으로 렌즈의 초점 길이에 대응한다. 방출 세기가 차단 각보다 더 큰 방출 각에 대해 최대인 높은 비율 의 광선을 제거함으로써, 상기 문헌에 제안된 추출 디바이스는 다이오드의 방출 칼라 순도를 실질적으로 향상시킨다.

문헌 US 2004-051447에 기재된 다이오드의 한 가지 결점은, 추출 디바이스의 구성요소를 위치시키는데 따른 제약이다. 다른 결점은, 이들 다이오드로부터의 방출이 매우 명백한 방향성을 유지하고, 방출의 공간적 분포가 램버시안 소스보다 훨씬 더 좁게 유지한다는 것이다. 문헌 US 2004-051447에 기재된 추출 디바이스의 다른 결점은, 적어도 다이오드가 이미지 디스플레이를 형성하기 위해 어레이 상태로 있을 때, 각 다이오드 위에 렌즈를 위치시키는 것이 필요하므로, 디스플레이의 제조를 크게 곤란하게 하는 정렬 제약을 도입한다는 것이다.

본 발명의 목적은 전술한 하나 이상의 결점을 해결하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 하나의 주제는, 하부 전극과 상부 전극 사이에, 그리고 하부 반사 층과 상부 반사 층 사이에 삽입되는 유기 전계 발광 층을 포함하고, 상기 전계 발광 층에 의해 방출될 수 있는 광의 파장 범위에 대해 공진 광학 공동을 그 층들 사이에 형성하는 다이오드로서, 상기 전계 발광 층에 대해 이러한 전극과 동일한 측부 상에 위치한 전극 및 반사 층 중 적어도 하나는 상기 방출된 광에 투명하거나 반-투명하고, 이러한 다이오드는 적어도 하나의 광 추출기를 포함하는데, 이러한 광 추출기는 투명하거나 반투명한 상기 전극 및 상기 반사 층을 통해 상기 전계 발광 층에 광학적으로 결합된 광 인입부(light entry section), 및 다이오드의 외부를 향해 배향되고 인입부의 면적보다 더 적은 면적을 갖는 광 출구부(ligh exit section), 및 상기 인입부 및 상기 출구부에 의해 경계가 지워진 반사 측벽을 포함한다.

하부 반사 층 및 상부 반사 층은 일반적으로 평행하다. 그러므로, 반투명한 반사 층은 본 명세서에서 반-반사적(semi-reflective)이다.

바람직하게, 전극은 또한 광학 공동을 한정하기 위한 반사 층의 역할을 한다. 전극 중 하나는 예를 들어 두꺼운 반사 불투명 금속 층, 예를 들어 알루미늄 또는 은(silver) 층으로 형성된다. 다른 전극은 반사 및 반투명 모두 되기에 충분히 얇은 금속 하위층, 예를 들어 20nm 은 층, 및 성질 및 두께에 관해 이러한 전극의 광학 특성을 최적화시키도록 적응된, 예를 들어 ZnSe로 만들어진 투명 유전 하위층으로 형성될 수 있다. 이 때 전극 사이의 거리(D_C)는 공진 공동의 높이에 대응한다. 문헌 US 2003-034938에서와 같이, 이러한 공동에서의 공진 조건은 다음 수학식, 즉 2πx2D_C/λ_CN+F=2πm으로 표시되며, 여기서 m은 일반적으로 1과 같은 정수이고, F는 공진 공동을 한정하는 각 반사 층의 파장(λ_CN)의 광선의 반사시 전체 위상 변화를 나타낸다. 상기 수학식은 공진 공동을 한정하는 반사 층에 수직인 광선의 전파 방향에 대해 공진 파장(λ_CN)을 제공한다. 상기 수직으로부터 벗어나는 전파 방향에 대해, 공진 파장은 도 2 및 도 4가 도시한 것과 같이 감소한다.

도 4에서, 수직 방향으로 공진 파장은 λ_CN=650nm(실선 곡선)이다. 일점 쇄선 곡선(630nm) 및 점선 곡선(615nm)은, 수직 방향으로 다이오드로부터 방출하는 광의 세기가 수직 공진 파장(λ_CN)으로부터 멀리 있을 때조차 상당히 유지된다는 것을 보여준다: 그러므로, 수직 방출 방향에 대응하는 다이오드에 의해 방출된 광의 파장 범위가 존재한다.

추출기의 인입부 및 출구부는 일반적으로 평면이고, 다이오드의 반사 층에 평행하므로, 수직 방출 방향에 수직이다.

추출기가 인입부의 면적보다 더 적은 면적을 갖는 출구부를 갖기 때문에, 이러한 추출기는 집광기(concentrator)로서 작동한다. 반사 측면 벽을 갖기 때문에, 이러한 추출기는 반사에 의해 집광기로서 작동한다. 추출기를 떠나는 광선은 직접 반사되지 않고 직접 통과하거나, 또는 반대로 측벽으로부터의 하나 이상의 반사 이후에 추출기를 통과한다.

그러므로, 이러한 추출기는 문헌 US 2004-150329에서와 같이 굴절이 아닌 반사에 의해 작동하는데, 여기서 측벽은 굴절(본 발명에서와 같이 반사되지 않고)되고, 이러한 굴절은 방출된 광을 수직 방향에 접근하는 방향으로 다시 배향시키도록 의도된다.

추출기의 모든 측벽은 반사될 필요가 없다. 행 및/또는 열로 분포된 다이오드를 포함하는 디스플레이의 경우에, 각 추출기는 임의의 하나의 행 또는 임의의 하나의 열로 된 모든 다이오드에 공통적일 수 있다. 이 때 이러한 추출기는 2개의 마주보는 반사 측벽을 포함하고, 이러한 추출기의 다른 2개의 측벽은 행 또는 열의 단부로 이동하여, 반사할 필요가 없다. 이 때 추출기의 인입부는 복수의 다이오드에 광학적으로 결합된다. 이러한 구성에서, 행의 각 다이오드는 추출기의 마주보는 반사 벽의 2개의 부분만을 "본다".

다이오드는 또한 여러 개의 병치된 추출기를 포함할 수 있어서, 이러한 추출기의 인입부는 다이오드의 전체 방출 표면을 커버한다. 그런 후에 방출 표면은 여러 개의 추출기 인입부에 결합된다. 이러한 경우에서조차, 이들 추출기는 또한 여러 개의 다이오드에 공통적일 수 있다.

바람직하게, 집광 효과를 얻기 위해, 다이오드의 적어도 하나의 추출기의 반사 측벽은 인입부를 향해 회전된다. 이것은, 상기 반사 벽 상의 임의의 지점에서의 수직은 추출기의 내부를 통해 통과함으로써 이러한 인입부를 커팅(cut)하거나, 그렇지 않으면 이러한 인입부에 평행하다는 것을 의미한다.

바람직하게, 적어도 하나의 추출기의 반사 측벽은 적합한 형태를 가져서, 상기 측벽에 의해 적어도 한 번 반사되고 출구부를 통해 추출기로부터 방출되고, 인입부를 통해 투과되는 임의의 방출된 광선이 추출기의 입구에서 이러한 광선의 방출 각보다 더 큰 방출 각으로 그로부터 방출된다.

따라서, 방출 세기의 각도 분포는 넓어지고, 램버시안 분포에 유리하게 도달한다. 이러한 효과는 유사한 반사기를 이용할 때, 문헌 US 6 603 243(컬럼 11, 문단 1 및 도 17을 참조)에 기재된 광학 시스템에 의해 제공된 효과에 정확히 반대인데, 이는 상기 문헌에서, 그 목적이 관찰 필드(특히 수평 필드)를 넓게 하는 것인 본 발명에 대조적으로, 목적이 수직 관찰 필드를 한정하기 때문이다.

반사 측벽의 형태에 대한 정의는, 즉 인입부와 출구부 사이의 거리인 추출기의 깊이의 정의를 포함한다. 이것은 또한 이들 벽을 한정하는 에지를 갖는 이들 인입부 및 출구부의 형태 및 면적을 포함한다.

바람직하게, 적어도 하나의 추출기의 반사 측벽은 차단 각(θ_lim)이라 불리는 각도가 있도록 적합한 형태를 가져서,

- 상기 차단 각(θ_lim)을 초과하지 않는 방출 각으로 인입부를 통해 침투하는 방출된 광선은 출구부를 통해 이러한 추출기로부터 방출하고, 상기 방출 각은 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향에 대해 측정되고;

- 이러한 차단 각(θ_lim)보다 더 큰 방출 각으로 인입부를 통해 침투하는 방출된 광선은 출구부를 통해 추출기로부터 방출하지 않는다.

사실상, 차단 각은, 차단 각보다 약간 더 큰 방출 각을 갖더라도, 그럼에도 불구하고 출구부를 통해 추출기로부터 방출하는 여러 광선이 존재한다는 점과, 차단 각보다 약간 더 작은 방출 각을 갖더라도, 그러나 출구부를 통해 추출기로부터 방출하지 않는 여러 광선이 존재한다는 점에서 절대각이 아니다.

도 4를 참조하면, 그러므로 본 발명에 따른 다이오드의 추출기는 차단 각(θ_lim)보다 더 큰 방출 각에 대해 최대인 방출 세기를 갖는 파장을 가지는 방출된 광선의 많은 부분을 제거한다. 이러한 각도의 값, 그러므로 반사 측벽의 형태를 적합하게 선택함으로써, 제안된 추출 디바이스는 다이오드에 의해 방출된 광의 파장을 공간적으로 선택할 수 있게 하고, 전술한 문헌 US 2004-051447에 기재된 렌즈 및 정지부에 근거한 디바이스와 같이 이러한 다이오드의 방출 컬러 순도를 개선하거나 변형시킬 수 있게 하여, 유리하게 이러한 렌즈-근거 디바이스의 구성요소를 위치시키는 제약을 피하게 된다.

반사 측벽의 형태의 정의는 추출기의 깊이, 즉 인입부와 출구부 사이의 거리의 정의를 포함한다. 이것은 또한 에지가 이들 벽을 한정하는 이들 인입부 및 출구부의 형태 및 면적을 포함한다. 따라서, 이러한 광선이 간격[λ_CN, λ_C-lim](λ_C-lim은 λ_CN보다 적게 선택된 차단 파장임)으로부터 배제된 파장을 가질 때마다 전계 발광 층에 의해 방출된 광선의 많은 부분을 배제하는 것이 바람직하면, 추출기의 기하학적 구성(geometry)은, 상기 차단 각(θ_lim)이 이러한 차단 파장(λ_C-lim)에 대응하는 방식으로 결정된다.

바람직하게, 제 1 변형에서, 적어도 하나의 추출기의 상기 반사 측벽은 상이한 광학 지수(optical indices)를 갖는 2개의 투명 물질과 경계면에 의해 형성되고, 이들 벽의 형태 사이와 이들 광학 지수간의 차이는, 상기 벽에 충돌하고 상기 추출기의 내부 및 그 출입구로부터 나오는 방출된 광선이 상기 벽으로부터의 내부 전반사에 의해 반사되도록 적응된다. 이러한 상태는, 이들 광선이 대조적으로 이러한 경계면에 의해 굴절되고 투과되는 문헌 US 2004-150329에 기재된 것과 반대이다.

제 2 변형에 따라, 상기 반사 측벽은 금속화되는 것이 바람직하다. 상기 벽에 충돌하는 상기 추출기의 내부로부터 나오는 임의의 방출된 광은 상기 벽으로부터 반사된다.

바람직하게, 추출기의 상기 반사 측벽은 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향으로 배향된 평면에 대해 쌍을 이루는 방식으로(pair-wise) 대칭이다. 다이오드-기반 디스플레이의 임의의 하나의 행 또는 임의의 하나의 열로 된 모든 다이오드에 공통적인 전술한 추출기의 경우에, 이러한 추출기는 상기 행 또는 상기 열에 평행한 평면에 대해 대칭적인 2개의 마주보는 측벽을 포함한다. 직사각형 또는 정사각형인 인입부 및 출구부의 경우에, 일반적으로 제 1 평면에 대해 대칭적인 제 1 쌍의 마주보는 측벽이 있고, 제 1 평면에 수직인 제 2 평면에 대해 대칭적인 제 2 쌍의 마주보는 측벽이 있다.

바람직하게, 상기 반사 측벽은 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향으로 배향된 대칭축을 갖는다.

바람직하게, 이러한 벽의 임의의 섹션 평면, 즉 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직이고, 상기 대칭면에 수직인 방향으로 배향되는 평면, 또는 상기 대칭축을 통과하는 임의의 섹션 평면과 상기 측벽의 2개의 교선 각각은 그 축이 상기 수직 방향에 있는 직선 또는 파라볼라 형태를 이룬다. 유리하게, 그러한 형태는, 출구부가 인입부보다 더 적은 면적을 갖기 때문에 집광 효과, 및 그러한 추출기가 이전에 한정된 차단 각을 갖기 때문에 다이오드에 의해 방출된 광의 파장의 공간 선택 모두를 얻을 수 있게 한다. 대칭축을 갖는 벽의 경우에, 이러한 반사 측벽은 콘(cone) 또는 포물면을 형성한다.

바람직하게, 이러한 벽의 임의의 섹션 평면, 즉 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향이고 상기 대칭면에 수직인 방향으로 배향되는 평면, 또는 상기 대칭축을 통과하는 임의의 섹션 평면과 상기 측벽의 2개의 교선 각각은 다음에 의해 경계지워진 표면 내에 놓인다:

- 한 편으로, 상기 교선 및 상기 인입부에 공통인 지점과, 상기 교선 및 상기 출구부에 공통인 지점을 결합하는 직선 라인과;

- 다른 한 편으로, 상기 교선 및 출구부에 공통인 지점과, 이전 교선에 대칭적인 다른 교선 및 상기 인입부에 공통인 지점을 결합하는 직선 라인에 대략 평행한 축과, 이러한 다른 교선 및 상기 출구부의 에지에 공통인 지점에 대략 일치하는 초점을 갖는 파라볼라.

이에 따라 한정된 파라볼라는 "CPC(Compound Parabolic Concentrator) 파라볼라"라고 지칭되며, 여기서 이러한 표면의 윤곽(contour)은 이러한 표면 내에 포함된다.

바람직하게, 상기 섹션 평면과 상기 측벽의 2개의 교선 각각은 이러한 CPC 파라볼라와 대략 일치한다. 이러한 파라볼라 및 상기 추출기의 인입부의 에지의 공통점(E, E')에서, 상기 섹션 평면에서의 각 CPC-형 파라볼라에 대한 수직이 상기 대칭면 또는 상기 대칭축에 수직이라는 것이 주지되어야 한다.

측벽은 이 때 CPC를 형성하여, 문헌 US 2004-051447에 기재된 렌즈 및 정지부에 근거한 디바이스와 달리, 다이오드로부터의 방출의 각도 분포를 확장하는 한편 집광 효율이 최적화되도록 한다. 더욱이, 차단 각은 소위 이러한 추출기의 "극단 광선(extreme ray)"과 수직 방향 사이의 각도에 대응한다. 이러한 극단 광선은 상기 섹션 평면 내에 놓이고, 한 편으로 추출기의 인입부의 에지, 및 이러한 추출기의 반사 측벽의 이러한 섹션 평면과의 제 1 교선의 에지에 공통인 지점을 통해, 다른 한 편으로 출구부의 에지, 및 상기 대칭면 또는 상기 대칭축에 대해 상기 제 1 교선과 대칭적인, 상기 벽과 이러한 섹션 평면의 제 2 교선의 에지에 공통인 지점을 통해 통과하는 광선으로서 한정된다.

1989년, Academic Press, Inc.에서 W.T. Welford & R. Winston이 저술한 "High Collection Nonimaging Optics"라는 제목의 문헌은 CPC-형 추출기의 측벽의 형태와, 또한 그 깊이와, 인입부 및 출구부의 면적간의 비율을 정확하게 정의한다- 특히 이러한 문헌의 챕터 4의 문단 3을 참조하라. 문헌 US 6 603 243은 공진 공동이 없는 발광 다이오드 디스플레이의 시야각을 제한하기 위한 응용을 예시한다. 만약 2a'가 위에서 한정된 섹션 평면에서 이러한 CPC 형 추출기의 출구부의 2개의 마주보는 에지 사이의 거리이고, 2a가 다시 이러한 섹션 평면에서 인입부의 2개의 마주보는 에지 사이의 거리이고, θ_C가 차단각이면, 이들 3가지 파라미터는 수학식 a=a'/sinθ_C 을 통해 관련된다. 추출기의 깊이(L), 즉 인입부와 출구부 사이의 거리는 수학식 L=(a+a')cosθ_C 으로 표현된다.

따라서, 예를 들어 θ_lim=25℃(도 4 참조)이면, a'=0.42a 및 L=1.42a이고, 상당한 컬러 순화 효과가 얻어진다(도 3을 참조- 약 600nm에서 나타나는 차단). 따라서, 다이오드의 방출 표면의 폭이 광학 결합에 의해 CPC 추출기의 인입부의 폭(a=100㎛이므로 a'=42㎛)에 대응하는 200㎛이면, L=129㎛이다.

바람직하게, 다이오드는 복수의 추출기를 포함한다. 이러한 추출기는, 그러한 인입부가 다이오드의 전체 방출 표면을 커버하도록 병치되는 것이 바람직하다.

다이오드의 추출기의 출구부 사이에 놓이는 공간은 바람직하게 불투명하고 비-반사되게 이루어져서, "블랙 매트릭스"를 형성하고, 이를 통해 주변광에서 다이오드의 방출 콘트라스트를 향상시킨다. 추출기의 집광비가 더 높아질수록, 이러한 "블랙 매트릭스"에 대한 이용가능한 면적은 더 넓어지고, 주변광에서 방출 콘트라스트는 더 향상된다.

본 발명의 주제는 또한 동일한 기판 위에 분포된, 본 발명에 따른 복수의 다이오드를 포함하는 이미지 디스플레이이다.

바람직하게, 각 다이오드는 복수의 추출기를 포함한다. 이것은 각 추출기와 각 다이오드 사이의 정렬 제약을 제거할 수 있게 하여, 이러한 추출기의 깊이가 감소되도록 한다.

바람직하게, 이러한 추출기는 전체 디스플레이를 커버하는 동일한 투명 물질 층에 형성된다. 이러한 층은 "추출 층"이라 불린다.

제 1 변형에 따라, 이러한 추출 층은 전계 발광 층에 대한 기판에 마주보게 위치하고, 또한 열화(degradation)의 위험으로부터 전계 발광 층을 보호하기 위한 캡슐화(encapsulation) 층의 역할을 한다.

제 2 변형에 따라, 이러한 추출 층은 기판의 역할을 한다.

바람직하게, 디스플레이의 다이오드는 행 및 열로 분포되고, 각 추출기는 임의의 하나의 열의 여러 다이오드에 공통적이다.

바람직하게, 각 추출기는 임의의 하나의 열의 모든 다이오드에 공통적이다.

바람직하게, 상기 열이 이미지 디스플레이에 적응되도록 수직으로 배열될 때, 임의의 하나의 열의 여러 다이오드에 공통적인 각 추출기의 상기 반사 측벽은, 상기 수직 방향으로 배향되고 상기 열에 평행한 평면에 대해 쌍을 이루는 방식으로 대칭된다.

따라서, 이러한 반사 측벽이, 이러한 추출기의 출구부를 통해 투과되고 상기 측벽으로부터 적어도 한 번 반사되는 방출된 광선이 추출기의 입구에서 이러한 광선의 방출각보다 더 큰 방출각으로 출구부를 통해 이러한 추출기로부터 방출되도록 적합한 형태를 가질 때, 디스플레이의 수평 방출 분포는 유리하게 확장되는데, 즉 디스플레이의 수평 시야각이 유리하게 확장된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예로서 주어진, 다음의 설명을 읽음으로써 더 명백히 이해될 것이다.

도 1은 이미 설명된 바와 같이, 시야각의 함수로서 종래 기술의 2개의 다이오드의 방출 세기의 분포를 도시한 도면.

도 2는, 이미 설명된 바와 같이, 문헌 US 2004-051447의 도 7에 대응하는 도면으로서, 관찰 각(시야각)의 함수로서, 수직 방향으로 약 550nm에서 공진하는 공진 광학 공동을 구비하는, 종래 기술의 다이오드의 방출 최대치의 파장을 도시한 도면.

도 3은 이미 설명된 바와 같이, 적색으로 방출하는, 종래 기술의 유기 물질의 고유 전계 발광 스펙트럼을 도시한 도면.

도 4는, 이미 설명된 바와 같이, 3가지 상이한 파장에 대해, 시야각의 함수로서, 도 3의 물질로 만들어진 전계 발광 층과 650nm의 파장에서 수직 방향으로 공진하는 광학 공동을 포함하는 종래 기술의 다이오드의 방출 세기의 분포를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다이오드-기반의 디스플레이를 도시한 단면도.

도 6은 도 5의 디스플레이의 하나의 다이오드를 구체적으로 도시한 단면도.

도 7은 도 5의 디스플레이의 추출기를 구체적으로 도시한 단면도.

도 8 및 도 9는 도 5의 디스플레이의 2가지 변형을 도시한 도면으로서, 도 8에서, 추출기가 정사각형 단면을 갖는 원뿔형이고, 도 9에서, 각 추출기가 다이오드의 열에 공통적인 것을 도시한 도면.

도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 다이오드를 위한 추출기의 측벽과 수직 절단면의 교차 형태의 변형을 도시한 도면으로서, 도 10 및 도 11에서는 CPC 형태이고, 도 12에서는 절두형(truncated) CPC 형태이고, 도 13에서는 CPC 형태 내에 있는 사다리꼴 형태로 도시된 도면.

도 14는 도 10 및 도 11에 도시된 변형에 따라 추출기의 인입부와 출구부 사이의 CPC-형 파라볼라에 대한 광선 트레이싱(ray tracing)을 도시한 도면.

설명을 간략화하고, 본 발명이 종래 기술보다 뛰어나게 제공되는 차이점 및 장점을 나타내기 위해, 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 제공하는 구성요소에 사 용된다.

본 발명의 일실시예는 이제, 행 및 열로 분포되고 동일한 기판(1) 상에 위치한 복수의 다이오드(2)를 포함하는 이미지 디스플레이의 경우에 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 도 6을 참조하면, 각 다이오드(2)는 반사 층을 형성하는 두꺼운 금속 하부 전극(21)과, 유기 전계 발광 층(22), 및 반-반사 층을 또한 형성하는 반-투명 상부 전극(23)을 포함한다. 유기 전계 발광 층(22)은 종래 방식으로, 제 1 종류의 캐리어의 주입 및 전달을 위한 하위층(222)과, 제 2 종류의 캐리어를 차단하기 위한 하위층(223)과, 실제 전계 발광 부분인 하위층(221)과, 제 1 종류의 캐리어를 차단하기 위한 하위층(224)과, 제 2 종류의 캐리어의 주입 및 전달을 위한 하위층(225)을 포함한다. 상기 종류들의 캐리어는 전자 및 정공(hole)에 대응한다. 상부 전극(23)은, 예를 들어 은으로 만들어진 얇은 금속 하위층, 필요한 광학 특성을 이러한 하위층의 적층에 제공하는데 적합한 더 두꺼운 유전 하위층을 포함한다.

2개의 전극(21 및 23) 사이의 공간은 공진 광학 공동을 형성한다. 이러한 공동의 높이에 대응하는, 이러한 2개의 전극(21 및 23) 사이의 거리(D_C)는 전술한 바와 같이, 이러한 전극에 수직 방향으로 층(22)에 의해 방출되는 파장(λ_CN)의 광선의 공진을 얻는데 적합하다. 바람직하게, 2π×2D_C/λ_CN + F = 2π가 되는데, 여기서 F는 각 전극(21, 23) 상의 파장(λ_CN)의 광선의 반사시 전체 위상 변화를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 상부 전극(23)을 통해 방출하는 다이오드(2)의 방출 표면은 추출/캡슐화 층(3)으로 커버된다. 이러한 층(3)은 투명 베이스(30), 및 이러한 베이스를 커버하는 추출기(31) 어레이를 포함한다. 도 7을 참조하면, 각 추출기(31)는 정사각형 인입부(311), 및 인입부의 면적보다 더 적은 면적을 갖는 정사각형 출구부(313)를 갖는다. 각 추출기(31)는 또한 반사 측벽(312)을 포함하는데, 여기서 이러한 반사 측벽은 평면이므로, 그 윤곽은 사다리꼴이다. 도 8을 참조하면, 그러므로, 각 추출기(31)는 정사각형 섹션의 절두 원추형(truncated cone)을 형성하므로, 이러한 정사각형 섹션은 수직 방향으로 배향되는 2개의 수직 대칭면을 갖는다. 도 5를 참조하면, 각 다이오드의 방출 표면은 투명 베이스(30)를 통해 여러 추출기(31)의 인입부에 광학적으로 결합되고, 각 인입부(311)의 면적은 각 다이오드의 방출 면적보다 상당히 더 작은데, 바람직하게 적어도 10의 인자만큼 더 작다. 도 7을 참조하면, 층(3)의 베이스(30)의 두께는 예를 들어 100㎛이고, 각 추출기의 높이는 예를 들어 16㎛이고, 인입부(311) 상의 측부는 예를 들어 25㎛이고, 출구부(313) 상의 측부는 예를 들어 12㎛이다.

전체 층(3)은 예를 들어 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트)와 같은 투명 열성형 중합체 물질 시트에서 압출 몰딩에 의해 형성된다. 이러한 층(3)은 층(3)의 베이스(30)에 다이오드(2)의 상부 전극(23)을 광학적 결합하기 위한 적합한 접착제에 의해 다이오드를 지지하는 기판에 결합된다. 추출기(31)의 인입부(311)가 다이오드의 방출 표면의 면적보다 상당히 더 적은 면적을 갖기 때문에, 조립체는 어떠한 정렬 제약 없이도 유리하게 제작된다.

추출기의 형태로 인해 시야각이 수평면 및 수직면 모두에서 확장되는 디스플레이가 얻어진다.

도 9는 이러한 디스플레이의 대안적인 실시예를 도시한다. 각 추출기(31')는 임의의 하나의 열의 복수의 다이오드에 공통적이고, 수직 방향으로 배향되고 이러한 열에 평행한 단일 대칭면을 포함한다. 이전에 설명된 도 7의 구성요소는, 이러한 대칭면에 수직이고 또한 수직 방향으로 배향되는 임의의 섹션 평면에 놓인다. 추출기의 형태로 인해, 이 경우에 시야각이 유리하게 수평면에서 확장되는 디스플레이가 얻어진다.

도 10 및 도 11에 도시된 바람직한 대안에서, 추출기의 반사 측벽은 CPC형이다. 이 경우에 더 엄밀하게, 추출기의 임의의 대칭면에 수직인 섹션 평면과 각 추출기(31)의 측벽(312')의 교차부는 CPC-형 파라볼라를 형성한다. 대칭축을 갖는 추출기의 경우에, 이러한 섹션 평면은 이러한 축을 통과한다. 도 14는 CPC-형 파라볼라에 대한 광선 트레이싱의 특성을 구체적으로 도시하며, 여기서 지점(E 및 E')은 추출기의 인입부의 에지를 나타내고, 지점(F 및 F')은 출구부의 에지를 나타내고, 라인(F'E')을 따르는 파라볼라는 초점으로서 지점(F)을 갖고, 축으로서 F를 통과하는 F'E에 평행한 직선 라인을 갖고, 라인(FE)을 따르는 파라볼라는 초점으로서 지점(F')을 갖고, 축으로서 F'를 통과하는 FE'에 평행한 직선 라인을 갖는다.

그러한 CPC 파라볼라의 한가지 특성은, 단면에서, 인입부와의 교차부, 여기서는 지점(E 및 E')에 놓이는 각 파라볼라의 지점에 대한 탄젠트는 수직 방향에 평행하므로, 여기서 인입부 및 출구부의 평면에 수직이라는 것이다.

추출기의 이러한 섹션의 CPC 파라볼라 형태의 장점은, 차단 각(θ_lim)에서 또는 그 아래의 방출각에서 다이오드에 의해 방출되는 광선의 집광을 최적화한다는 것이다. 그러므로, 이러한 차단각은, 각각 제 1 및 제 2 CPC 파라볼라에 대해, 여기서 FE' 및 F'E인 소위 이러한 추출기의 "극단 광선"과, 다이오드의 평면에 수직 방향 사이의 각도에 대응한다.

유리하게, 본 발명에 따라 디스플레이의 추출기의 이러한 CPC-형 형태로 인해, 이러한 차단각(θ_lim)을 초과하지 않는 방출각으로 추출기의 섹션 평면에서 다이오드에 의해 방출된 광선은 도 10 및 도 14에 도시된 바와 같이, 더 넓은 입체각(solid angle)에 걸쳐 이러한 추출기의 출구에서 재분포된다. 방출 입체각의 확장은, 이러한 평면과의 추출기의 측벽의 교차가 CPC 형의 파라볼라를 형성하는 섹션 평면에서 명백히 발생한다. 따라서, 여러 대칭면, 또는 심지어 대칭축, 이에 따라 도 8에 도시된 것과 유사한 추출 층을 갖는 CPC 추출기를 이용하여, 디스플레이의 다이오드의 방출 입체각은 모든 방향으로 확장되며, 이는 물론 입체 시야각에서도 마찬가지다. 이와 반대로, 단일 대칭면, 이에 따라 도 9에 도시된 것과 유사한 추출 층을 갖는 CPC 추출기를 이용하여, 디스플레이의 다이오드의 입체 시야각은 주로 이러한 대칭면에 수직인 평면에서 확장되며, 이는 물론 입체 시야각에서도 마찬가지다.

유리하게, 본 발명에 따라 디스플레이의 추출기의 이러한 CPC-형 형태로 인해, 차단 각(θ_lim)에 의해 추출기의 섹션 평면에서 제한된 입체각 외부에 다이오드 에 의해 방출된 광선은 반사에 의해 다이오드로 다시 돌아가므로, 추출기의 출구에서 방출 입체각으로부터 배제된다.

λ_CN이 수직 방향에서 다이오드의 전계 발광 층에 의해 방출된 광선의 공진 파장(이 경우에, 2π×2D_C/λ_CN + F=2π - cf. 위에)이면, 차단각과 동일한 방출각(θ_lim)에서 방출 최대치를 갖는 광선의 파장(λ_C-lim)은, 적어도 각 전극(21, 23) 상의 전체 위상 변화(F)가 파장에 실질적으로 독립적인 경우, λ_C-lim=λ_CN×cosθ_lim에 의해 주어진다.

따라서, 이들 광선이 내부 [λ_CN, λ_C-lim](여기서 λ_C-lim은 λ_CN보다 작은 차단 파장이다)로부터 배제된 파장을 가질 때마다 전계 발광 층(22)에 의해 방출된 광선의 많은 부분을 배제하는 것이 바람직한 경우, 추출기의 기하학적 구조는, 차단각(θ_lim)이 이러한 차단 파장(λ_C-lim)에 대응하도록, 더 구체적으로는 여기서 λ_C-lim=λ_CNcosθ_lim이 되도록 결정된다. 그러므로, 추출기가, 또한 광학 공동과 조합하여, 컬러에 대한 공간 필터링 기능을 가져서, 다이오드에 의해 방출된 컬러의 순도가 개선되거나 조정되도록 한다는 것을 알 수 있을 것이다.

그러므로, CPC 형태의 추출기가 디스플레이의 시야각을 확장시켜, 광학 공동에 고유한 결점을 보정하고, 방출된 컬러의 순도를 개선시키게 한다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 12에 도시된 것과 같이 다른 변형에 따라, 추출기의 반사 측부는 도 13에 도시된 평면 형태(312")와 도 10, 도 11 및 도 14에 도시된 전술한 CPC 형태 사이의 중간 형태를 갖는다. 이 경우에 더 구체적으로, 추출기의 임의의 대칭면(또는 대칭축을 통과하는 임의의 평면)에 수직인 섹션 평면과 각 추출기(31)의 측부(312")의 교차는 지점(E 및 F)을 통과하는 CPC 파라볼라 및 직선 라인(EF)에 의해 경계지어진 표면 내에, 그리고 지점(E' 및 F')을 통과하는 CPC 파라볼라 및 직선 라인(E'F')에 의해 경계지워진 표면 내에 놓인다. 이러한 경계-직선 라인 및 파라볼라-는 이러한 표면 내에 놓인다. 유리하게, 그러한 "중간" 형태는 CPC 형태보다 더 간단하게 제조되는 한편, 시야각의 확장 및 공간 컬러 필터링의 관점으로부터 매우 허용가능한 성능 레벨을 여전히 제공한다.

본 발명은 이미지를 디스플레이하기 위한 유기 발광 다이오드 디스플레이를 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 아래의 청구범위에서 벗어나지 않고도 무기 발광 다이오드 디스플레이, 다이오드-기반 조명 패널, 또는 개별, 유기 또는 무기 다이오드에 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 하부 전극과 상부 전극 사이, 그리고 하부 반사 층과 상부 반사 층 사이에 삽입되고, 유기 전계 발광 층에 의해 방출될 수 있는 광의 파장 범위에 대해 상기 층들에 수직 방향으로 공진 광학 공동을 이들 층 사이에 형성하는 유기 전계 발광 층을 포함하는 다이오드 등에 이용된다.

Claims (13)

1. 하부 전극과 상부 전극 사이, 그리고 하부 반사 층과 상부 반사 층 사이에 삽입되는 유기 전계 발광 층을 포함하는 다이오드로서,

   상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층 사이의 간격은 상기 전계 발광 층에 의해 방출될 수 있는 광선의 파장 범위에 대해 공진 광학 공동을 형성하고,

   λ_CN은 상기 파장 범위 내에 포함되고, 상기 공진 광학 공동 내에서 수직 방향으로 상기 전계 발광 층에 의해 방출에 의해 방출된 광선의 공진 파장으로 정의되고, 상기 수직 방향은 상기 하부 반사 층과 상기 상부 반사 층에 수직이고, 상기 전극들 중 적어도 하나의 전극과 상기 전계 발광 층에 대해 이러한 전극과 동일한 측부 상에 위치한 반사 층은 상기 방출된 광선에 대해 투명하거나 반투명하고,

   상기 다이오드는, 적어도 하나의 광 추출기를 포함하는데, 상기 광 추출기는 투명하거나 반-투명한 상기 반사 층 및 상기 전극을 통해 상기 전계 발광 층에 광학적으로 결합되는 광 인입부, 상기 다이오드의 외부를 향해 배향되고 광 인입부의 면적보다 더 적은 면적을 갖는 광 출구부, 및 상기 광 인입부와 상기 광 출구부를 연결하는 반사 측벽을 포함하고,

   적어도 하나의 추출기의 상기 반사 측벽의 형태는 차단각(θ_lim)이 있도록 구성되며,

   - 상기 차단각(θ_lim)을 초과하지 않는 방출각으로 광 인입부를 통해 투과하는 방출된 광선은 인입 방출각 보다 더 큰 출구 방출각에서 광 출구부를 통해 이러한 추출기로부터 방출되고, 상기 인입 방출각과 상기 출구 방출각은 상기 수직 방향에 대해 측정되고;

   - 이러한 차단각(θ_lim)보다 더 큰 인입 방출각으로 광 인입부를 통해 투과하는 방출된 광선은 광 출구부를 통해 추출기로부터 방출되지 않게 되고,

   상기 다이오드를 빠져나가는 상기 광선의 파장 범위는 수식 λ_C-lim=λ_CN×cosθ_lim로 정의되는 상한 차단 파장(λ_C-lim)으로 한정되고,

   이러한 상한 차단 파장(λ_C-lim)은 상기 차단각(θ_lim)과 동일한 방출 각에서 방출 최대값을 갖는 광선의 파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 다이오드.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 추출기의 상기 반사 측벽은 상이한 광학 지수를 갖는 2개의 투명 물질 사이의 경계에 의해 형성되고,

   이들 벽의 형태, 및 이러한 광학 지수 사이의 차이는, 상기 벽에 충돌하여 상기 추출기의 내부로부터 그리고 인입부로부터 나오는 방출된 광선이 상기 벽으로부터 내부 전반사에 의해 반사되도록 적응되는, 다이오드.
5. 제 1항에 있어서, 상기 반사 측벽은 금속화되는, 다이오드.
6. 제 1항에 있어서, 상기 추출기의 상기 반사 측벽은 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향으로 배향된 평면에 대해 쌍을 이루는 방식으로(pair-wise) 대칭적인, 다이오드.
7. 제 1항에 있어서, 상기 반사 측벽은 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직 방향으로 배향된 대칭축을 갖는, 다이오드.
8. 제 7항에 있어서, 이러한 벽의 임의의 섹션 평면, 즉 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직이고, 대칭면에 수직인 방향으로 배향되는 임의의 섹션 평면, 또는 상기 대칭축을 통과하는 임의의 섹션 평면과 상기 측벽의 2개의 교선 각각은 직선 라인 또는 파라볼라를 형성하고, 그 축은 상기 수직 방향에 있는, 다이오드.
9. 제 7항에 있어서, 이러한 벽의 임의의 섹션 평면, 즉 상기 하부 반사 층 및 상기 상부 반사 층에 수직이고, 대칭면에 수직인 방향으로 배향되는 임의의 섹션 평면, 또는 상기 대칭축을 통과하는 임의의 섹션 평면과 상기 측벽의 2개의 교선 각각은,

   - 한 편으로, 상기 교선 및 상기 인입부(311)에 공통인 지점(E';E)과, 상기 교선 및 상기 출구부에 공통인 지점(F';F)을 결합하는 직선 라인과;

   - 다른 한 편으로, 상기 교선 및 출구부에 공통인 지점(F';F)과, 이전 교선에 대칭적인 다른 교선 및 상기 인입부에 공통인 지점(E;E')을 결합하는 직선 라인에 평행한 축과, 이러한 다른 교선 및 상기 출구부의 에지에 공통인 지점(F;F')에 일치하는 초점을 갖는 파라볼라에 의해 경계지워진 표면 내에 놓이는, 다이오드.
10. 제 1항에 있어서, 복수의 상기 추출기를 포함하는, 다이오드.
11. 제 1항에 따른 복수의 다이오드를 포함하는 이미지 디스플레이로서, 상기 다이오드는 동일한 기판 위에 분포되는, 이미지 디스플레이.
12. 제 11항에 있어서, 상기 다이오드는 행 및 열로 분포되고, 각 추출기는 임의의 하나의 열의 여러 다이오드에 공통적인, 이미지 디스플레이.
13. 제 12항에 있어서, 상기 열이 상기 이미지 디스플레이에 적응되도록 수직으로 배열될 때, 임의의 하나의 열의 여러 다이오드에 공통적인 각 추출기의 상기 반사 측부는 상기 수직 방향으로 배향되고 상기 열에 평행한 평면에 대해 쌍을 이루는 방식으로 대칭적이 되는, 이미지 디스플레이.

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