KR102360535B1

KR102360535B1 - 착용가능한 디스플레이

Info

Publication number: KR102360535B1
Application number: KR1020210025805A
Authority: KR
Inventors: 마이클 핵; 루이큉 마; 후이큉 팡
Original assignee: 유니버셜 디스플레이 코포레이션
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-02-09
Also published as: US8766531B1; US20140167602A1; KR20210027321A; CN109103216A; KR102083685B1; KR20140077842A; CN103872083A; KR102223113B1; KR20200023615A

Abstract

야외 가독성 있는(sunlight readable) 휘도값에서 작동할 수 있는 OLED 디스플레이가 개시된다. 개시된 바와 같은 디바이스들은, 상기 디스플레이가 유연성이 있고 상기 디스플레이 작동으로 인한 작동 온도 상승이 한계치(threshold) 미만이 되도록 하여, 착용가능할 수 있다. 100% 완전 백색으로 78 mW/㎠에서 작동할 때 작동 전력 소비 밀도가 65 mW/㎠ 이하인 디스플레이들이 또한 제공된다.

Description

착용가능한 디스플레이{WEARABLE DISPLAY}

본 발명은 공동 대학교 기업 연구 협정(joint university corporation research agreement)에 대해 하기의 당사자들 중 하나 이상의 당사자들을 대표해서, 그리고/또는 이 당사자들과 관련해서 수행되었다: 미시건 대학교, 프린스턴 대학교, 남가주 대학교와, 유니버셜 디스플레이 코포레이션의 리젠츠(regents). 이 협정은 본 발명이 수행된 날짜 및 이 날짜 이전에 발효되었으며, 본 발명은 이 협정의 범위 내에서 착수된 활동의 결과로서 수행되었다.

본 발명은 유기 발광 디바이스, 보다 구체적으로, 착용가능한 디스플레이 용도에 적합한 디바이스들 및 야외 가독성(sunlight-readability)이 있는 다른 디바이스들에 관한 것이다.

유기 물질들을 사용하는 광전자 디바이스(opto-electronic device)들은 많은 이유로 인해 점점 더 바람직한 장치로 생각되고 있다. 그러한 디바이스들을 만들기 위해 사용되는 많은 물질들은 상대적으로 가격이 저렴하며, 그래서 유기 광전자 디바이스들은 무기 디바이스들보다 비용 우위를 가질 가능성이 있다. 또한, 유연성과 같은 유기 물질들의 고유한 특성들은 유연성 있는 기판 위에 제조하는 것과 같은 특정한 응용에 대해 적합할 수 있다. 유기 광전자 디바이스들의 예로는 유기 발광 디바이스들(organic light emitting devices, OLEDs), 유기 광트랜지스터(phototransistor)들, 유기 광전지(photovoltaic cell)들, 및 유기 광검출기(photodetector)들이 있다. OLED들에 있어서, 유기 물질들은 종래의 물질들에 비해 성능면에서의 유리한 점이 있을 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층(organic emissive layer)이 빛을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트(dopant)들로 손쉽게 조절될 수 있다.

OLED들은 디바이스에 전압이 가해질 때 빛을 방출하는 유기 박막(thin organic film)들을 사용한다. OLED들은 평판 디스플레이들, 조명, 및 백라이트와 같은 응용기기들을 위한 용도로 점점 더 흥미있는 기술이 되고 있다. 몇 가지 OLED 물질들 및 구성(configuration)들이, 본 명세서에 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 제 5,844,363호, 제 6,303,238호, 및 제 5,707,745호에서 설명되어 있다.

인광성(phosphorescent) 발광 모듈들에 대한 한 가지 응용이 풀 컬러(full color) 디스플레이이다. 그러한 디스플레이에 대한 산업 표준들은 포화색("saturated" color)들로 불리는 특정한 색들을 방출하기에 적합한 픽셀(pixel)들을 필요로 한다. 특히, 이러한 표준들은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀들을 필요로 한다. 색상은 본 발명이 속하는 기술분야에 공지된 CIE 좌표계를 이용하여 측정할 수 있다.

녹색 발광 모듈의 일례가 Ir(ppy)3로 표시되는, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(tris(2-phenylpyridine)iridium)이며, 다음과 같은 구조를 가진다:

여기에서, 및 본 명세서의 이후의 그림들에서 질소에서 금속(여기서는, Ir)으로의 배위 결합(dative bond)은 직선으로 표시된다.

본 명세서에서, "유기(organic)"라는 말은 유기 광전자 디바이스들의 제조에 사용될 수 있는 저분자(small molecule) 유기 물질들뿐만 아니라 고분자(polymeric) 물질들까지 포함한다. "저분자(small molecule)"는 고분자(polymer)가 아닌 모든 유기 물질들을 말하며, 또한 "저분자"는 실제로 매우 클 수 있다. 저분자들은 어떤 상황에서는 반복 단위(repeat unit)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 긴사슬(long chain) 알킬기를 치환기로 사용하는 경우의 분자는 상기 "저분자"로 분류된 것에서 제외되지 않는다. 저분자들은 또한 고분자들에 포함될 수 있는데, 예를 들면, 고분자 백본(backbone) 상의 펜던트기(pendent group)로서, 또는 상기 백본의 일부로서 포함될 수 있다. 저분자들은 또한 덴드리머(dendrimer)의 코어부(core moiety)로서의 역할을 할 수 있으며, 상기 덴드리머는 상기 코어부 위에 형성된 일련의 화학적 쉘(chemical shell)들로 구성된다. 상기 덴드리머의 코어부는 형광성(fluorescent) 또는 인광성(phosphorescent) 저분자 발광체(emitter)일 수 있다. 덴드리머는 "저분자"일 수 있으며, 현재 OLED 분야에서 사용되는 모든 덴드리머들은 저분자들이라고 생각되고 있다.

본 명세서에서, "상단(top)"은 기판으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 것을 의미하며, 반면에 "하단(bottom)"은 기판에 가장 근접한 것을 의미한다. 제 1 층이 제 2 층 "위에 배치된다(disposed over)"고 설명하는 경우, 상기 제 1 층은 기판으로부터 더 멀리 떨어져서 배치된다. 상기 제 1 및 제 2 층 사이에 다른 층들이 있을 수 있으며, 그렇지 않은 경우, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층과 "접촉되어 있다"고 특정된다. 예를 들면, 음극(cathod)은 양극(anode) "위에 배치된다"고 표현된 경우, 그들 사이에 다양한 유기 층들이 있다고 하더라도, 그렇게 표현될 수 있다.

본 명세서에서, "용액 공정가능한(solution processible)"이라는 말은, 용액 또는 현탁액(suspension) 형태로, 용해될 수 있는, 분산될 수 있는, 또는 액체 매질(liquid medium) 내에서 운반될(transported) 수 있는 및/또는 액체 매질로부터 퇴적될 수 있는 것을 의미한다.

리간드(ligand)는 상기 리간드가 발광 물질의 광활성(photoactive) 특성들에 직접 기여한다고 생각되는 경우에 "광활성(photoactive)"이라고 말할 수 있다. 리간드는, 부수적인(ancillary) 리간드가 광활성 리간드의 특성들을 변경시킬 수 있다고 하더라도, 상기 리간드가 발광 물질의 광활성 특성들에 기여하지 않는다고 생각되는 경우 "부수적(ancillary)"이라고 말할 수 있다.

본 명세서에서, 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제 1 "최고준위 점유 분자궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO)" 또는 "최저준위 비점유 분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)" 에너지 준위는, 상기 제 1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 가까운 경우, 제 2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "크거나(greater than)" 또는 "높다(higher than)". 이온화 포텐셜(ionization potential, IP)들이 진공 준위에 대해 음의 에너지로 측정되기 때문에, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 IP(더 작은 음의(less negative) IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 더 작은 절대값을 갖는 전자친화도(electron affinity, EA) (더 작은 음의 EA)에 해당한다. 종래의 에너지 준위도(energy level diagram) 상에서, 진공 준위가 상단에 있는 경우, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 그러한 에너지 준위도의 상단에 더 가깝게 나타난다.

본 명세서에서, 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제 1 일함수(work function)는, 상기 제 1 일함수가 더 큰 절대값을 갖는 경우, 제 2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수들은 일반적으로 진공 준위에 대해 음의 값으로 측정되기 때문에, "더 높은" 일함수가 더 큰 음의 값(more negative)이라는 것을 의미한다. 종래의 에너지 준위도 상에서, 진공 준위가 상단에 있는 경우, "더 높은" 일함수는 하향 방향으로 진공 준위로부터 더 떨어져있는 것으로 도시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위들의 정의들은 일함수들과는 다른 규약을 따른다.

OLED들 및 상기 정의들에 대한 더 자세한 사항들은, 본 명세서에서 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 제 7,279,704호에서 찾아볼 수 있다.

인광성(phosphorescent) 발광층을 포함하는 플렉서블(flexible) 디스플레이를 포함하고, 작동 온도 상승이 26℃를 초과하지 않고 적어도 700 cd/㎡의 휘도값(luminance value)으로 작동할 수 있는 착용가능한 장치가 제공된다. 상기 장치는 적어도 200 dpi의 결합 해상도(combined resolution)를 갖는 복수의 픽셀들을 포함하며, 또한 상기 제 1 발광층과 서로 다른 피크 발광 파장(peak emission wavelength)을 갖는 제 2 및 제 3 발광층들을 포함할 수 있다. 둘 이상의 발광층들이 수직으로 적층되어 배치될 수 있으며, 이들 층들 위에 컬러 필터(color filter)가 배치될 수 있다. 상기 장치는, 주변 조명 조건들 또는 상기 장치에서 이용가능한 배터리 전력(power)의 양, 사용자 선택 설정, 시간, 위치, 높이, 또는 상기 장치에 표시되는 콘텐츠와 같은 하나 이상의 인자(factor)들에 근거하여 700 cd/㎡보다 작은 휘도값으로 작동하도록, 상기 디스플레이를 어둡게 할 수 있다. 일부 구성들에서, 상기 장치는 다중 터치 입력들에 반응할 수 있는 터치 감응식 표면을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이의 뒤판(backplane)은 얇은 플라스틱, 얇은 금속, 또는 얇은 유리 기판 위에 제조될 수 있고, 또한 상기 디스플레이는 본 명세서에 개시된 바와 같은 단일층의 장벽(barrier)에 의해 캡슐화될(encapsulated) 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 100% 완전 백색(full white)으로 700 cd/㎡에서 작동하는 경우, 약 78 mW/㎠ 이하의 작동 전력 소비 밀도(operating power consumption density)를 갖는 풀 컬러 디스플레이를 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들은, 100% 완전 백색(full white)으로 700 cd/㎡에서 작동하는 경우, 약 65 mW/㎠ 이하의 작동 전력 소비 밀도를 갖는 풀 컬러 디스플레이를 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서에 의해 작동되는 착용가능한 디스플레이 시스템은, 580~700 nm의 피크 파장을 갖는 유기 제 1 발광층을 가지며, 30 cd/A 이상의 효율로 작동하고, 야외 가독성 있는 휘도 수준으로 제공되는 플렉서블 디스플레이를 가질 수 있다. 상기 디스플레이 시스템은 야외 가독성이 있으며(sunlight-readable), 또한 상기 시스템은 29℃ 이하의 작동 온도 상승(operating temperature rise)을 나타낼 수 있다. 본 발명의 실시예들은 상기 풀 컬러 디스플레이 시스템이 26℃ 이하의 작동 온도 상승을 나타내면서 야외 가독성 있는 휘도 수준에서 45 cd/A의 효율로 작동하도록 할 수 있다. 상기 디스플레이 시스템은 무게가 140 그램 이하, 더 바람직하게는 95 그램 이하이며, 또한 치수가 15 mm 이하, 더 바람직하게는 두께가 8 mm 이하이다. 상기 디스플레이 시스템은 또한 박막 배터리(thin film battery), 가속도계(accelerometer), 동작 센서, 위치 센서, 광 센서, 태양 전지, 방향 센서(orientation sensor), 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 시스템은 센서에 근거하여 절전 모드(power save mode)로 들어갈 수 있거나, 또는 디스플레이 휘도(brightness)를 증가시킬 수 있다.

도 1은 유기 발광 디바이스를 보여준다.
도 2는 별도의 전자 수송층(electron transport layer)을 갖지 않는 반전된(inverted) 유기 발광 디바이스를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 착용가능한 디스플레이 장치를 착용하고 있는 사용자를 보여준다.
도 4는 디스플레이 표면의 온도 상승과 하우징의 뒤쪽 간의 관계 그래프를 디스플레이 휘도(luminance)의 함수로 보여준다.

일반적으로, OLED는 양극(anode)및 음극(cathode)과 전기적으로 연결되고 양극과 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 유기층(organic layer)을 포함한다. 전류가 가해지면, 상기 양극은 홀(hole)들을, 상기 음극은 전자(electron)들을 상기 유기층(들)에 주입한다. 상기 주입된 홀들 및 전자들은 각각 반대로 대전된 전극을 향해 이동한다. 전자와 홀이 동일한 분자에 편재되는(localize) 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재된(localized) 전자-홀 쌍인 "여기자(exciton)"가 형성된다. 상기 여기자가 광전자 방출 메커니즘(photoemissive mechanism)을 통해 이완(relax)될 때, 빛이 방출된다. 어떤 경우에는, 상기 여기자가 엑시머(excimer) 또는 엑시플렉스(exciplex)에 편재될 수 있다. 열 이완(thermal relaxation)과 같은 비복사성(non-radiative) 메커니즘들이 또한 발생할 수 있지만, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 여겨진다.

초기 OLED들은, 예를 들면, 참조로서 그 전부가 포함된 미국 특허 제 4,769,292호에 개시된 바와 같이, 일중항(singlet) 상태들로부터 빛을 방출하는 ("형광성(fluorescence)") 발광성 분자들을 이용하였다. 형광성 발광은 일반적으로 10 나노초 이하의 시간 내에 발생한다.

보다 최근에, 삼중항(triplet) 상태들로부터 빛을 방출하는 ("인광성(phosphorescence)") 발광성 물질들을 갖는 OLED들이, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, Nature, vol. 395, 151-154에 실린, Baldo 등의 "유기전계발광 디바이스들로부터 고효율 인광성 발광(Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices)" ("Baldo-I"); 및 Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999)에 실린, Baldo 등의 "전계인광성에 근거한 초고효율 녹색 유기 발광 디바이스들(Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence)" ("Baldo-II")에서 시연되었다. 인광성은, 참조로서 포함된, 미국 특허 제 7,279,704호 cols. 5-6에 보다 자세히 설명되어 있다.

도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 보여준다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 작성되지는 않는다. 디바이스(100)는 기판(110), 양극(115), 홀 주입층(120), 홀 수송층(125), 전자 차단층(electron blocking layer)(130), 발광층(emissive layer)(135), 홀 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 음극(160), 및 장벽층(barrier layer)(170)을 포함할 수 있다. 음극(160)은 제 1 전도층(conductive layer)(162) 및 제 2 전도층(164)을 갖는 화합물 음극(compound cathode)이다. 디바이스(100)는 상기 층들을 순서대로 퇴적함으로써 제작될 수 있다. 예시적인 물질들뿐 아니라, 이들 다양한 층들의 특성 및 기능들은, 참조로서 포함된, 미국 특허 제 7,279,704호 cols. 6-10에 보다 자세히 설명되어 있다.

이들 층들 각각에 대한 더 많은 예들이 이용가능하다. 예를 들면, 유연성 있고 투명한 기판-양극 조합이, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 제 5,844,363호에 개시되어 있다. p형 도핑된 홀 수송층의 일례로, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 제 2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F.sub.4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA가 있다. 발광 및 호스트(host) 물질들의 예들이, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, Thompson 등의 미국 특허 제 6,303,238호에 개시되어 있다. n형 도핑된 전자 수송층의 일례로, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 출원 공개공보 제 2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li으로 도핑된 BPhen이 있다. 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 제 5,703,436호 및 제 5,707,745호는, 투명하고 전기적으로 전도성있으며 스퍼터로 퇴적된 ITO 층이 상부에 배치된 Mg:Ag와 같은 금속의 얇은 층을 갖는 화합물 음극들을 포함하는 음극들의 예들을 개시하고 있다. 차단층들의 이론 및 용도는, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 제 6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개공보 제 2003/0230980호에 보다 자세하게 설명되어 있다. 주입층들의 예들은, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/0174116호에서 제공된다. 보호층들에 대한 설명은, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/0174116호에서 찾아볼 수 있다.

도 2는 반전된 OLED(200)를 보여준다. 상기 디바이스는 기판(210), 음극(215), 발광층(220), 홀 전송층(225), 및 양극(230)을 포함한다. 디바이스(200)는 상기 층들을 순서대로 퇴적함으로써 제작될 수 있다. 가장 보편적인 OLED 구성은 상기 양극 위에 배치되는 음극을 가지며, 디바이스(200)는 양극(230) 아래에 배치되는 음극(215)을 가지기 때문에, 디바이스(200)는 "반전된" OLED라고 칭할 수 있다. 디바이스(100)와 관련하여 상기한 물질들과 유사한 물질들이 디바이스(200)에 대응하는 층들에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조에서 일부 층들이 생략될 수 있는 방법의 일례를 제공한다.

도 1 및 도 2에 도시된 단순한 층 구조는 비한정적인 예로서 제공되며, 또한 본 발명의 실시예들은 다양한 종류의 다른 구조들과 관련되어 이용될 수 있다. 상기한 특정 물질들 및 구조들은 실제로 바람직한 예시이며, 다른 물질들 및 구조들이 이용될 수 있다. 설계, 성능, 및 비용 인자들에 근거하여, 기능성 OLED들이 상기 다양한 층들을 다른 방식들로 조합함으로써 얻어질 수 있거나, 또는 층들이 전부 생략될 수도 있다. 구체적으로 설명하지 않은 다른 층들도 또한 포함될 수 있다. 상기에서 구체적으로 설명한 물질들 외의 물질들이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 대부분의 예들은 다양한 층들이 단일의 물질을 포함하는 것으로 설명하지만, 호스트 및 도펀트(dopant)의 혼합물, 또는 더 일반적으로 혼합물과 같은, 물질들의 조합들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 또한, 상기 층들은 하위층(sublayer)들을 가질 수 있다. 본 명세서에서 다양한 층들에 주어진 명칭들은 엄격히 제한적인 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 홀 수송층(225)은 홀들을 수송하고 홀들을 발광층(220)에 주입하며, 홀 수송층 또는 홀 주입층으로 설명될 수 있다. 일 실시예에서, OLED는 음극과 양극 사이에 배치되는 "유기층"을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 이 유기층은 단일층을 포함하거나, 또는, 예를 들면, 도 1 및 도 2와 관련하여 상기한 바와 같은 서로 다른 유기 물질들의 다수의 층들을 포함할 수 있다.

참조로서 그 전부가 포함되어 있는, Friend 등의 미국 특허 제 5,247,190호에 개시된 바와 같이 고분자 물질들로 구성된 OLED들(PLEDs)과 같은, 상기에서 구체적으로 설명하지 않은 구조들 및 물질들이 또한 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 제 5,707,745호에 설명된 바와 같이, OLED들이 적층될 수 있다. 상기 OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순한 층구조에서 벗어난 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 제 6,091,195호에 설명된 메사(mesa) 구조, 및/또는 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 Bulovic 등의 미국 특허 제 5,834,893에 설명된 피트(pit) 구조와 같이, 아웃커플링(out-coupling)을 향상시키기 위한 경사진 반사면(angled reflective surface)을 포함할 수 있다.

달리 특정되지 않는한, 상기 여러 실시예들의 상기 층들중 어떤 것이라도 어떠한 적합한 방법에 의해서든지 퇴적될 수 있다. 상기 유기층들에 대해, 바람직한 방법들은, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 제 6,013,982호 및 제 6,087,196호에서 설명된 바와 같은, 열 증착(thermal evaporation), 잉크젯(ink-jet), 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 Forrest 등의 미국 특허 제 6,337,102호에서 설명된 바와 같은, 유기 기상 퇴적(organic vapor phase deposition, OVPD), 및 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 출원 제 10/233,470호에서 설명된 바와 같은 유기 증기 제트 인쇄(organic vapor jet printing, OVJP)에 의한 퇴적을 포함할 수 있다. 다른 적합한 퇴적 방법들은 스핀 코팅(spin coating) 및 다른 용액 기반 공정들을 포함한다. 바람직하게는, 용액 기반 공정들은 질소 또는 불활성 분위기에서 수행된다. 상기 다른 층들에 대해, 바람직한 방법들은 열 증착을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법들은 마스크를 통한 퇴적, 참조로서 그 전부가 포함되어 있는 미국 특허 제 6,294,398호 및 제 6,468,819호에서 설명된 바와 같은 냉간 용접(cold welding), 및 잉크젯 및 OVJD와 같은 일부 퇴적 방법들과 연관된 패터닝을 포함한다. 다른 방법들이 또한 이용될 수 있다. 퇴적될 물질들은 특정 퇴적 방법과 호환될 수 있도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 분지형(branched) 또는 비분지형(unbranched)이며 바람직하게는 적어도 3개의 탄소를 포함하는, 알킬 및 아릴기들과 같은 치환기들이 용액 공정이 수행될 수 있는 능력을 향상시키기 위해 저분자들에 사용될 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기들이 사용될 수 있으며, 3~20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭(asymmetric) 구조들을 갖는 물질들은 대칭 구조들을 갖는 물질들보다 더 양호한 용액 공정성(solution processibility)을 가질 수 있는데, 왜냐하면 비대칭 물질들이 더 낮은 재결정화(recrystallize) 경향성을 가질 수 있기 때문이다. 덴드리머(dendrimer) 치환기들은 저분자들의 용액 공정이 수행될 수 있는 능력을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 디바이스들은 선택적으로 장벽층(barrier layer)을 더 포함할 수 있다. 상기 장벽층의 한 가지 목적은 상기 전극들 및 유기층들을, 습기, 증기 및/또는 가스들 등을 포함하는, 환경에 존재하는 해로운 종들(species)에 노출되어 손상되는 것으로부터 보호하기 위한 것이다. 상기 장벽층은 기판, 전극의 위, 아래 또는 옆에, 또는 에지(edge)를 포함하는 디바이스의 다른 모든 부분들 위에 퇴적될 수 있다. 상기 장벽층은 단일층 또는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 상기 장벽층은 공지된 다양한 화학 기상 퇴적(chemical vapor deposition) 기법들에 의해 형성될 수 있으며, 다중상(multiple phases)을 갖는 조성물들뿐만 아니라 단상(single phase)을 갖는 조성물들을 포함할 수 있다. 어떤 적합한 물질 또는 물질들의 조합이든지 상기 장벽층을 위해 사용될 수 있다. 상기 장벽층은 무기 또는 유기 화합물, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 바람직한 장벽층은, 본 명세서에 참조로서 그 전부가 포함되어 있는, 미국 특허 제 7,968,146호, PCT 특허 출원 제 PCT/US2007/023098호 및 제 PCT/US2009/042829호에서 설명된 바와 같이 고분자 물질 및 비고분자 물질의 혼합물을 포함한다. "혼합물(mixture)"을 고려할 때, 상기 장벽층을 구성하는 상기 고분자 및 비고분자 물질들은 동일한 반응 조건들하에서 및/또는 동시에 퇴적되어야 한다. 고분자 물질 대 비고분자 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95의 범위일 수 있다. 상기 고분자 물질 및 비고분자 물질은 동일한 전구체(precursor) 물질로부터 생성될 수 있다. 일례에서, 상기 고분자 물질 및 비고분자 물질의 혼합물은 본질적으로 고분자 실리콘(polymeric silicon) 및 무기 실리콘(inorganic silicon)으로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라 제작된 디바이스들은, 디스플레이의 픽셀 내의 서브-픽셀(sub-pixel)들에 대응하는 바와 같은, 제 1 유기 발광 디바이스, 제 2 유기 발광 디바이스, 제 3 유기 발광 디바이스, 및 제 4 유기 발광 디바이스를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 디바이스는, 청색 OLED의 단점들이 제한 인자일 수 있는, 활성 매트릭스(active matrix) 유기 발광 디스플레이에 사용되는 것이다.

상기 제 1 유기 발광 디바이스는 적색광을 방출할 있고, 상기 제 2 유기 발광 디바이스는 녹색광을 방출할 수 있으며, 상기 제 3 유기 발광 디바이스는 청색광을 방출할 수 있고, 또한 상기 제 4 유기 발광 디바이스는 진한 청색광(deep blue light)을 방출할 수 있다. 상기 제 3 및 제 4 디바이스들의 피크 발광 파장(peak emissive wavelength)은 적어도 4 nm만큼 다를 수 있다. 본 명세서에서, "적색(red)"은 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 600~700 nm인 경우를 의미하고, "녹색(green)"은 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 500~600 nm인 경우를 의미하며, "연한 청색(light blue)"은 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 470~500 nm인 경우를 의미하고, 또한 "진한 청색(deep blue)"은 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 400~470 nm인 경우를 의미한다. 본 명세서에서 개시된, 연한 및 진한 청색 사이의 구분이 필요하지 않은 일부 구성들에서, "청색"은 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 400~500 nm인 경우를 의미한다. 바람직하게는, 적색에 대한 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장 범위는 610~640 nm이고, 녹색에 대한 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장 범위는 510~550 nm이다.

상기 파장 기반 정의들을 더 구체화하기 위해서, "연한 청색"은, 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 470~500 nm인 것에 부가하여, 동일 디바이스에서 진한 청색 OLED의 피크 파장보다 적어도 4 nm 더 크며, 바람직하게는, 0.2 미만의 CIE x-좌표 및 0.5 미만의 CIE y-좌표를 갖는 것으로 더 정의될 수 있고, "진한 청색"은, 가시광 스펙트럼에서의 피크 파장이 400~470 nm인 것에 부가하여, 바람직하게는, 0.15 미만, 더 바람직하게는 0.1 미만의 CIE y-좌표를 갖는 것으로 더 정의될 수 있으며, 또한 상기 둘 사이의 차이는, 상기 제 3 유기 발광 디바이스에 의해 방출되는 빛의 CIE 좌표들 및 상기 제 4 유기 발광 디바이스에 의해 방출되는 빛의 CIE 좌표들이 상기 CIE x-좌표들의 차이와 상기 CIE y-좌표들의 차이를 더한 값이 적어도 0.01이 될 정도로 충분히 서로 다르도록, 더 정의될 수 있다. 본 명세서에서 정의된 바와 같이, 상기 피크 파장은 연한 및 진한 청색을 정의하는 주요한 특성이며, 또한 그 특성으로 상기 CIE 좌표들이 바람직하다.

네 개의 유기 발광 디바이스들인, 하나의 적색, 하나의 녹색, 하나의 연한 청색 및 하나의 진한 청색 유기 발광 디바이스들을 갖는 디바이스 또는 픽셀은, 상기 디바이스들에 의해 방출된 빛의 CIE 좌표들에 의해 정의된 형태 내부의 어떠한 색상이든지 CIE 색도도(CIE chromaticity diagram) 상에서 렌더링하기 위해, 사용될 수 있다.

유사하게, 본 발명의 실시예는 적색, 녹색, 청색, 및 적외선 서브-픽셀들을 갖는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 여기서 적외선 서브-픽셀은 800~2000 nm 범위의 피크 발광 파장을 가진다. 그러한 디바이스는 사용자가 발각되지 않기를 원하는 경우에 유용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라 제작된 디바이스들은, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 내부 및 외부 조명용 및/또는 신호용 전등, 천정형 디스플레이(heads up display), 완전 투명 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로-디스플레이, 차량, 대면적 벽, 극장 또는 경기장 화면, 또는 간판을 포함하여, 매우 다양한 소비자 제품들에 포함될 수 있다. 수동 매트릭스형(passive matrix) 및 능동 매트릭스형(active matrix)을 포함하여, 다양한 제어 메커니즘들이 본 발명에 따라 제작된 디바이스들을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 상기 디바이스들 대부분은, 18℃ 내지 30℃, 더 바람직하게는 상온(20~25℃)에서와 같이, 인간에게 적합한 온도 범위에서 사용될 목적을 가진다.

본 명세서에서 설명한 상기 물질들 및 구조들은 OLED들 외의 디바이스들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 유기 태양 전지 및 유기 광검출기와 같은 다른 광전자 디바이스들이 상기 물질들 및 구조들을 이용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 트랜지스터와 같은 유기 디바이스들이 상기 물질들 및 구조들을 이용할 수 있다.

할로(halo), 할로겐(halogen), 알킬(alkyl), 시클로알킬(cycloalkyl), 알케닐(alkenyl), 알키닐(alkynyl), 아릴킬(arylkyl), 헤테로시클릭기(heterocyclic group), 아릴(aryl), 방향족(aromatic group), 및 헤테로아릴(heteroaryl)이라는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에 공지되어 있으며, 또한 본 명세서에 참조로서 포함된 미국 특허 제 7,279,704호 cols. 31-32에 정의되어 있다.

개시된 주제의 실시예들에 따르면, 야외 가독성이 있고(sunlight readable) 착용가능한 OLED 디바이스가 제공된다. 상기 디바이스는 양극, 음극, 및 상기 양극 과 음극 사이에 배치되는 유기 발광층을 포함할 수 있다. 상기 유기 발광층은 호스트(host) 및, 인광성 도펀트(phosphorescent dopant)와 같은, 도펀트를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라 구성된 디바이스는 하나 이상의 야외 가독성 있는 디스플레이들을 포함할 수 있다. 야외 가독성 있는 디스플레이 상의 디스플레이 화면은 상기 디스플레이가 야외 및 강한 햇빛 아래에서 가시성이 있을 정도로 충분히 밝아야 한다. 또한, 상기 디스플레이의 명암비(contrast ratio)는 5 대 1 이상으로 유지되어야 한다. 자체 발광성 OLED에 대해, 상기 명암비는 이론적으로 무한하며, 따라서 주된 요구사항은 고휘도(high brightness)를 달성하는 것이다. 상기 OLED 디바이스에서 반사가 일어나지 않도록 하기 위해, 통상 원편광자(circular polarizer)를 상기 플렉서블 디스플레이 외부에 추가 또는 부착한다. 실제로 야외 가독성 있는 디스플레이는 일반적으로 1000 cd/㎡ 이상을 갖는 LCD일 것으로 여겨진다. 이것은 700 cd/㎡ 이상을 갖는 OLED 디스플레이와 동등하다. 야외 환경의 그늘에서, 그러한 디스플레이는 우수한 화질(image quality)을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라 구성된 디바이스는 착용가능할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 착용가능한 디바이스의 온도는 상기 디바이스를 착용하고 있는 개인에게 해를 끼치거나 불편을 느끼게 할 정도로 높은 온도까지 상승해서는 안 된다. 본 명세서에서 개시된 바와 같은 착용가능한 디바이스는 일반적으로 온도가 60℃를 넘지 않는 것으로 생각된다. 또한, 상기 착용가능한 디바이스의 크기는 개인이 그들의 몸에 상기 디바이스를 착용할 수 있도록 물리적으로 취급하기 쉬워야 한다. 나아가, 상기 착용가능한 디바이스는 인체에 적합하게 착용될 수 있어야 하고, 무게가 가벼워야 한다. 개시된 주제의 일 실시예에 따르면, 착용가능한 디바이스의 최대 크기는 일반적으로 10 인치를 넘지 않는 것으로 생각된다. 아니면, 상기 착용가능한 디바이스는 10 인치보다 큰 크기를 가질 수 있지만, 그러나, 상기 착용가능한 디바이스는 인체에 착용될 수 있을 정도로 충분히 유연하고 가벼울 수 있다.

종래의 OLED들은 일반적으로, 야외 가독성이 없거나, 착용할 수 없거나, 또는 둘 모두에 해당할 정도로, 그 범위에 있어서 제한되어 있다. 본 명세서에서 제공되는 실험 데이터에 예시된 바와 같이, 종래의 OLED 디바이스들을 야외 가독성이 있는 조건들로 작동시키는 것은 40℃를 넘을 정도의 온도 상승을 초래할 수 있으며, 이는 상기 디바이스의 실제 온도를 착용가능한 한계치(threshold)를 초과할 정도로 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 디바이스는 착용하여 야외에서 읽을 수 있는 방식으로 작동시키기에 적절하지 않다. 예를 들면, 종래의 OLED 디바이스가 25℃의 주변 온도에서 작동되고, 야외 가독성 있는 휘도(luminance)로 구동될 때 40℃의 작동 온도 상승을 나타내는 경우, 상기 디바이스의 결과적인 실제 온도는 65℃와 같다. 상기 실제 온도 65℃는 착용가능한 디바이스에 대한 일반적인 한계치인 60℃를 초과하며, 따라서 상기 디바이스는 "착용가능"하다고 볼 수 없다. 또한, 디바이스가 햇빛에 노출되는 조건들에서, 주변 온도는 25℃보다 훨씬 더 높은 온도일 수 있다는 것이 주목할 만한 점이다. 그러므로, 햇빛에 노출된 채 야외 가독성이 있는 휘도로 작동되는 종래의 OLED 디바이스는 착용가능한 디바이스들의 일반적인 한계치를 쉽게 초과할 것으로 보인다.

OLED 디바이스들은 상기 디바이스의 휘도가 초기 휘도의 어떤 특정 정도로 저하될 때의 작동 시간으로서 정의되는 작동 수명(operational lifetime)을 가진다. 예를 들면, OLED가 그 휘도가 초기 휘도의 70%로 떨어질 때까지 작동하는 총 시간은 LT70으로 정의된다. 1,000 cd/㎡에서 30,000 시간의 LT70을 갖는 OLED는 상기 디바이스가 그 휘도가, 초기 휘도 1,000 cd/㎡의 70%인, 700 cd/㎡로 저하되기 전에 30,000 시간 동안 작동할 수 있다는 것을 의미한다. OLED의 수명은 작동 온도에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, OLED 디바이스에 대하여, 10℃ 더 높은 작동 온도는 소자 수명에 있어서 1.5x 감소를 초래한다. 예를 들면, OLED 디바이스는 작동 온도 25℃에서 1,000 cd/㎡로 30,000 시간의 LT70을 가질 수 있다. 그러나, 동일한 OLED 디바이스가 그 수명에 걸쳐서 35℃의 평균 온도에서 작동되는 경우, 상기 OLED 디바이스는 1,000 cd/㎡로 20,000 시간의 LT70을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 착용가능한 디바이스는 적어도 하나의 인광성 발광층을 갖는 적어도 하나의 플렉서블 디스플레이를 포함할 수 있다. 플렉서블 디스플레이는, 그 개시가 본 명세서에 참조로서 전부 포함된, 미국 특허 제 6,664,137호에 자세히 설명되어 있다. 바람직한 플렉서블 기판층(substrate layer)들은 종이, 섬유, 직물(fabric), 금속 포일(metal foil), 플렉서블 유리층들(예를 들면, Schott Glass Technologies에서 구할 수 있는), 및/또는 고분자층들 등을 포함한다. 인광성 발광층은 본 명세서에 개시된 기법들에 따라 구성될 수 있다. 상기 착용가능한 디바이스의 상기 플렉서블 디스플레이는 야외 가독성 있는 휘도값(예들 들면, 700 cd/㎡)에서 작동될 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 플렉서블 디스플레이는 26℃를 초과하는 작동 온도 상승이 발생하지 않아 착용가능한 상태로 유지될 수 있다. 작동 온도 상승은 상기 디스플레이에 의해 발생되는 열로 인한 온도의 상승이다. 상기 디스플레이는 마찰력, 진동, 전류의 흐름, 또는 에너지 변환 등과 같은 인자들로 인해 열을 발생시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 플렉서블 디스플레이에서 에너지의 일부가 빛을 발생시키는 대신 열로 변환되는 비효율적인 디바이스 작동으로 인해 작동 온도의 상승이 발생할 수 있다. 주변 조건들로 인한 온도 상승은 작동 온도 상승을 계산함에 있어서 고려되지 않을 수 있다. 그러한 주변 조건들은 체온, 햇빛, 날씨 조건, 외부 공기 흐름, 또는 외부 화염(external flames) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 디스플레이가 초기 주변 온도 25℃에서 작동되고, 작동 한 시간 이내에 상기 주변 온도가 30℃로 상승한 경우, 주변 온도 상승분 5℃는 작동 온도 상승을 계산함에 있어서 인자가 되어서는 안 된다. 동일한 예에서, 상기 디스플레이의 전체 온도가 작동 한 시간 후 50℃로 상승한 경우, 작동 온도 상승은 20℃(50℃ 빼기 30℃)이다.

본 발명의 일 실시예에서, 착용가능하고 야외 가독성 있도록 구성된 디스플레이는 적어도 하나의 인광성 발광층을 사용함으로써 및 상기 디스플레이를 야외 가독성 있는 휘도 수준에서 적어도 약 30 cd/A, 더 바람직하게는 45 cd/A의 효율로 작동시킴으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 효율은 더 작은 작동 온도 상승의 결과를 가져오고, 따라서 더 바람직하다. 예를 들면, 야외 가독성 있는 휘도 수준에서 30 cd/A의 효율로 작동하는, 피크 발광 파장이 약 580~700 nm인 빛을 방출하는 발광층을 갖는 디스플레이에서 29℃ 이하의 작동 온도 상승이 발생할 수 있다. 동일한 휘도 수준에서, 45 cd/A의 효율을 갖는 디스플레이에서 26℃ 이하의 더 바람직한 작동 온도 상승이 발생할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 더 작은 작동 온도 상승이 더 긴 수명의 결과를 가져올 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 상기 결과적인 더 낮은 작동 온도는 또한 전체적으로 더 낮은 디바이스 온도를 유지함으로써 디바이스의 착용가능성을 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 디스플레이는, 100% 완전 백색(full white)으로 700 cd/㎡에서 작동하는 경우, 작동 전력 소비 밀도(operating power consumption density)가 약 78 mW/㎠ 이하인 풀 컬러 디스플레이일 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 디스플레이는, 100% 완전 백색(full white)으로 700 cd/㎡에서 작동하는 경우, 약 65 mW/㎠ 이하의 작동 전력 소비 밀도를 가질 수 있다. 풀 컬러 디스플레이는 본 명세서에 개시된 표준에 따라 구성될 수 있다. 특히, 이러한 표준은 포화(saturated) 적색, 녹색, 및 청색 픽셀들을 필요로 한다. 색상은 본 발명이 속하는 기술분야에 공지된 CIE 좌표를 이용하여 측정될 수 있다. 100% 완전 백색(full white)은 모든 이용가능한 픽셀들로부터 발광하는 것을 말할 수 있으며, 이는 일반적으로 백색 가시광을 야기시킨다. 예로서, 인광성 적색, 녹색, 및 청색 발광층들을 포함하는 디스플레이는 평균 전력 소비 밀도를 약 65 mW/㎠로 유지한 채 야외 가독성 있는, 전체가 백색인 출력을 표시하도록 작동할 수 있다.

일 실시예에서, 야외 가독성 있는 착용가능한 디스플레이는, 결합 해상도(combined resolution)가 적어도 200 dpi인 픽셀들 내에 배열된, 다수의 유기 발광 디바이스들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 한 세트의 픽셀들의 "결합 해상도"는, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 자에 의해 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 픽셀들을 포함하는 디스플레이, 화면, 또는 유사한 디바이스의 해상도를 말한다. 상기 디스플레이가 서로 다른 색의 서브-픽셀들을 갖는 경우, 상기 결합 해상도는 상기 서브-픽셀들을 모두 포함하는 픽셀들에 적용된다.

일 실시예에서, 디스플레이는 상기 디스플레이의 휘도(brightness)가 이전의 휘도 수준 미만의 수준이 되도록 어두워질 수 있다. 예를 들면, 700 cd/㎡ 이상에서 작동하는 야외 가독성 있는 디스플레이는 상기 디스플레이가 400 cd/㎡를 출력하도록 그 휘도(luminance)를 낮출 수 있다. 상기 디스플레이는 상기 디스플레이에서 이용가능한 배터리 전력(power)의 양, 사용자 선택 설정, 시간, 위치, 상기 디바이스 상에 표시되는 콘텐츠 등, 또는 이들의 조합과 같은 인자들에 근거하여 그 휘도(Brightness) 출력을 낮출 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 배터리 전력에 근거하여 상기 디스플레이를 어둡게 하는 것은 이용가능한 배터리의 비율, 백분율, 또는 양을 평가하는 사전 설정(preset setting)에 기인할 수 있다. 상기 사전 설정은 사용자에 의해 선택될 수 있거나 또는 제조자에 의해 사전 설정될 수 있다. 예를 들면, 디바이스는, 전체 배터리 전력의 20% 이하가 이용가능한 경우, 상기 디스플레이를 어둡게 하도록 설정될 수 있다. 사용자 설정에 근거하여 상기 디스플레이를 어둡게 하는 것은 사용자가 수동으로 더 낮은 휘도 수준을 선택하는 것에 의하거나, 또는 사용자가 이용가능한 옵션을 선택하여 상기 옵션 설정에 근거하여 휘도를 급격히 낮추도록 하는 것에 의할 수 있다. 예를 들면, 상기 디바이스는 사용자 선택에 근거하여 17:00시와 6:00시 사이에 어두워질 수 있다. 아니면, 상기 디바이스는 일반적으로 햇빛이 없는 시간 동안 어두워지도록 설정될 수 있다. 디바이스 위치는, 삼각 측량(triangulation), 지리위치 추적(geolocation tracking), 또는 사용자 입력 등과 같은, 적용 가능한 위치 감지 기법을 이용하여 결정될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 사용자는, 상기 디스플레이가 특정 건물에서 100 야드 이내에 있는 경우, 상기 디스플레이를 어둡게 하도록 상기 디바이스를 설정할 수 있다. 디바이스는 디스플레이 콘텐츠에 근거하여 그 디스플레이를 어둡게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 디스플레이는 비공개로 표시된 영화가 표시되고 있는 경우에 어두워질 수 있다.

상기 디스플레이는 또한 주변 조건에 근거하여 어두워질 수 있다. 주변 조건들은 주변 광, 주변 온도, 주변 음향, 및 디바이스 위치 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 주변 조건은 광 센서, 온도 센서, 음향 센서, 가속도계(accelerometer) 또는 다른 동작 센서, 위치 센서, 또는 방향 센서 등과 같은 센서를 이용하여 감지될 수 있다. 예를 들면, 디바이스 내의 광 센서는 주변 밝기가 불이 켜지지 않은 환경(예를 들면, 밤, 또는 실내 등)에 해당하는지를 감지할 수 있다. 따라서, 상기 디바이스는 700 cd/㎡ 이상으로 작동하는 상기 디스플레이가 400 cd/㎡를 출력하도록 어둡게 할 수 있다. 유사하게, 다른 예로서, 디바이스는, 상기 디바이스가 그 온도가 어떤 특정 한계치를 초과하는 것을 감지하는 경우, 그 디스플레이를 더 낮은 휘도값으로 어둡게 할 수 있다. 상기 온도 기반으로 어둡게 하는 것은, 더 낮은 휘도가 더 낮은 작동 온도에 상응할 수 있으므로, 상기 디바이스에 대해 원하는 온도를 유지하도록 하는 것을 효과적으로 도울 수 있다. 유사하게, 다른 예로서, 디바이스는, 상기 디바이스가 소정의 음향을 수신하는 경우, 그 디스플레이를 더 낮은 휘도값으로 어둡게 할 수 있다. 여기서, 음향은 사용자가 구두로 말한 "디바이스를 어둡게(Dim device)"와 같은 구절일 수 있다. 다른 예에서, 가속도계, 동작 센서, 위치 센서, 방향 센서 등, 또는 이들의 조합은 상기 디바이스에 각각의 센서 데이터를 제공할 수 있다. 상기 데이터는 상기 디스플레이가, 사용자가 그 옆쪽에서 그의 손목을 잡고 있어서, 이에 따라 상기 디바이스를 사용하고 있지 않은 것 같다는 것을 감지하는 손목에 착용된 디바이스와 같이, 상기 디스플레이가 현재 사용자에 의해 사용되고 있지 않다는 것을 표시할 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이는 상기 센서 데이터가 상기 디스플레이가 사용자에 의해서 사용되고 있다는 것을 표시할 때까지 어두워질 수 있다.

일 실시예에서, 디바이스는 터치 감응식 표면(touch sensitive surface)을 포함할 수 있다. 상기 터치 감응식 표면은 열 기반 터치 입력, 압력 기반 터치 입력, 자기(magnetic) 기반 터치 입력, 화학약품(chemical) 기반 터치 입력 등, 또는 이들의 조합을 허용할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 상기 디바이스와 상호작용하기 위해 손가락 또는 스타일리스트(stylist)를 사용할 수 있다. 상기 디바이스는 둘 이상의 터치 기반 입력이 미리 정의된 결과를 초래할 수 있도록 다중 터치 입력을 수용할 수 있다. 예를 들면, 상기 디바이스는 단일 터치를 단일 클릭과, 동시적인 이중 터치를 더블 클릭과 연관시키도록 구성될 수 있다. 상기 디바이스는 또한 터치에 근거하여 몸짓(gesture)들을 수용할 수도 있다. 상기 몸짓들은 접촉을 유지한 채로 이동, 다수 지점을 접촉한 채로 이동, 두드림(tapping), 변경하기(altering), 누름(pressure) 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 사용자는 상기 디바이스에 접촉을 유지한 채 두 손가락으로 꼬집는 것 같은(pinch like) 몸짓을 할 수 있다. 줌 아웃(zoom out) 실행은 상기 꼬집는 것 같은 몸짓에 기인할 수 있다.

일 실시예에서, 디바이스는 기판 위에 제작되는 뒤판(backplane)을 포함할 수 있다. 상기 기판은 플라스틱, 금속, 유리, 얇은 금속(700 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 500 ㎛ 이하), 얇은 유리(200 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 100 ㎛ 이하) 등, 또는 이들의 조합을 포함하는 어떠한 적용 가능한 물질로 구성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 상기 디바이스의 상기 디스플레이는 본 명세서에서 개시된 기법들에 따라 단일층 장벽(single layer barrier)에 의해 캡슐화될(encapsulated) 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 디스플레이는 여러 층들을 수직적으로 적층되도록 퇴적하거나 또는 다른 방법으로 제조함으로써 제작될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, AMOLED는 야외 가독성 있는 휘도 수준에서 30 cd/A의 효율로 작동될 수 있는 제 1 유기 발광층을 퇴적함으로써 제작될 수 있다. 호환 가능한 효율로 작동하는 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층에 대해 적층된 형태로 퇴적될 수 있다. 아니면, 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층에 대해 평행한 형태로 퇴적될 수 있다. 상기 유기 발광 디바이스는 진공 열 증착, 잉크젯 인쇄, OVJP 또는 유사한 패터닝 기법들을 이용하여 제작될 수 있으며, 또한 R, G, B, 또는 R, G, 연한 청색 및 진한 청색과 같이 유색의 OLED들 및/또는 컬러 필터(color filter, CF)를 가진 백색 OLED를 포함할 수 있다. 디스플레이는 적색, 청색 및 녹색 발광층들이 수직적으로 적층되도록 구조화되고 동시에 또는 시간적으로 근접하게 구동될 때 백색광을 방출하도록 백색 플러스 CF 구조(white plus CF architecture)를 이용하여 제조될 수 있다. 상기 백색 플러스 CF 구조는 더 높은 해상도의 디스플레이를 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 상기 착용가능한 디바이스는 무게가 140 그램 미만, 더 바람직하게는 95 그램 미만일 수 있고 적어도 하나의 치수(dimension)가 15 mm 이하, 더 바람직하게는 두께가 8 mm 이하가 될 수 있도록 경량이고 얇을 수 있다. 특히, 경량이고 얇게 하는 것은 디바이스에 대한 더 높은 착용가능성을 구현할 수 있게 한다. 예를 들면, 무게가 94 그램이고 두께가 7.5 mm인 플렉서블 휴대폰은 야외 가독성 있는 디스플레이를 작동시킬 수 있다. 향상된 착용가능성의 결과로, 사용자는 체결(fastening) 메커니즘을 이용하여 사용자의 손목에 상기 디바이스를 쉽게 착용할 수 있으며, 상기 디바이스를, 사용자의 손목에서 직접, 다양한 시인성(visibility) 조건들에서 작동시킬 수 있다. 또한, 상기 디바이스는 박막 배터리(thin film battery)를 포함할 수 있다. 상기 박막 배터리는 상기 디바이스보다 더 작을 수 있고, 상기 디바이스의 하우징 내에 포함될 수 있다. 상기 하우징은 또한 전력을 발생시켜 배터리를 재충전하기 위한 태양 전지를 포함할 수도 있다.

실험예

도 3은 예시적인 플렉서블 디스플레이 손목 유닛(310)의 이미지를 보여준다. 물리적인 치수(dimension)들에 있어서 상기 도시된 유닛(310)에 유사한 유닛이 하기의 측정을 위해 사용되었다. 134 dpi (480 x 320 x RGB) 해상도를 갖는 4.3" HVGA OLED 디스플레이를 포함하며, 스테인레스 스틸 포일 기판 위에 제작된 테스트 유닛이 테스트를 수행하기 위해 사용되었다. 상기 플렉서블 디스플레이는 대략 반경 4 cm로 구부러졌으며, 사람의 손목에 맞도록 수용되었다. 상기 손목 디스플레이는 전력 입력(power input)을 위한 USB 인터페이스 커넥터 및 비디오 입력을 위한 DVI 인터페이스 커넥터를 포함하였다. 입력 전력은 0.5 A 미만의 전류와 5 V DC 전압이었다.

상기 손목 디스플레이의 온도 측정은 23.5℃의 일정한 주변 온도 To에서 수행되었다. 상기 디스플레이는 완전 백색으로 구동되었다. 초기 휘도는 80.5 cd/㎡로 측정되었고, CIE 1931 색좌표는 (0.251, 0.390)이었다. 휘도 및 색좌표는 색도계(chroma meter)를 이용하여 상기 디스플레이의 중앙에 수직 입사(normal incidence)하여 측정하였다. 온도들은 상기 디스플레이의 동일 지점에서, 측정될 표면에 접촉되어 있는 열전대(thermocouple)를 갖는 온도계를 이용하여 측정하였다. 또한, 온도들은 일반적으로 사용자가 손목 유닛과 접촉할 수 있는 상기 하우징의 뒤쪽에서도 또한 측정되었다. 휘도 및 온도는 시간에 따라 모니터링 되었다. ΔT = T - To (여기서, T는 측정된 절대 온도이고, To = 23.5℃)로 정의되는 상기 디바이스의 온도 상승이 결정되었다.

도 4는 상기 디스플레이 표면의 온도 상승과 상기 하우징의 뒤쪽 간의 관계를 디스플레이 휘도의 함수로 보여주는 그래프이다. 상기 그래프는 상기 디스플레이 표면과 상기 하우징의 뒤쪽 둘 모두에 대해 온도가 휘도에 거의 선형적으로 의존하고 있음을 보여준다. 식 ΔT = a + bL에 부합하는 경향 곡선(trend curve)은 상기 디스플레이 온도와 휘도 간의 관계를 근사(fitting)시켜 그려질 수 있다. 상기 디스플레이 표면에 대하여, 근사시킨 값(fit value) a는 6.012로, b는 0.066으로 계산되었다. 경향 곡선(410)에 근거한, 700 cd/㎡(즉, 야외 가독성 있는 휘도)에서, ΔT는 52.2℃이다. To = 23.5℃라는 것을 고려할 때, 실제 디스플레이 표면 온도 T는 75.7℃로 결정되었다. 이 표면 디스플레이 온도는 착용가능한 디바이스에 대해서는 너무 높다. 상기 디스플레이의 뒤쪽에 대하여, 근사시킨 값(fit value) a는 11.66으로, b는 0.0432로 계산되었다. 경향 곡선에 근거한, 700 cd/㎡(즉, 야외 가독성 있는 휘도)에서, ΔT는 41.9℃이고, 따라서 뒤쪽에 대한 T는 65.4℃이다. 이 뒤쪽 온도도 또한 착용가능한 디바이스에 대해서는 너무 높다. 표 1은, 휘도 100 cd/㎡에서 18.3 볼트 및 전류 25.4 mA 및 31.4 mA에서 작동되는, 두 개의 그러한 전통적인 디스플레이들의 전력 소비량(power consumption)을 보여준다. 상대적으로 높은 각각의 전력 소비량 .465 W 및 .575 W가, 디바이스가 700 cd/㎡의 햇빛에 가독성 있는 휘도에서 작동되는 경우, 디바이스를 착용가능하지 못하게 만드는 온도 상승에 상응한다.

샘플 #	100 cd/㎡에서 완전 백색(Full white)
샘플 #	전압	전류	전력(Power)
1	18.3 V	25.4 mA	0.465 W
2	18.3 V	31.4 mA	0.575 W
표 1

동일한 휘도(즉, 100 cd/㎡에서 완전 백색) 하에서 작동하는, 본 명세서에서 개시된 바와 같은 디바이스의 전력 소비량이 시뮬레이션되었고, 덜 효율적인 전통적인 디스플레이에 대한 평균 520 mW 대비, 단지 257 mW로 결정되었다. 디스플레이의 온도 상승이 그 전력 소비량에 비례한다고 가정할 때, 온도는 단지 약 26℃ 상승하게 된다. 따라서, 시뮬레이션된 디스플레이는, 야외 가독성 있는 휘도(700 cd/㎡)에서, 대략 50℃ 미만에서 작동하게 된다.

상기 시뮬레이션된 디스플레이는 700 cd/㎡에서 작동 온도가 이전의 디스플레이보다 작은 26℃이고, 이는 디스플레이 수명에 있어서 대략 3x 향상된 것을 나타낸다는 것을 또한 알 수 있었다.

표 2는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된, 상기 시뮬레이션된 새로운 디스플레이의 분석을 보여준다.

속성(Attribute)	값(Value)	단위(Unit)
녹색	110	cd/A
적색	45	cd/A
청색	5.5	cd/A

픽셀 커패시턴스(Capacitance)	2.20E-08	F/㎠

OLED 전압	3.58	V
Vth	3.80	V
KuW/L	1.00	uA
TFT 전압	3.42	V
편광자(Polarizer) 효율	44%	%

녹색 구성요소	62%	%
적색 구성요소	27%	%
청색 구성요소	11%	%

% pixel on	100%	%

디스플레이 사양
폭	9.51375	cm
높이	5.3535	cm
휘도(Brightness)	100	cd/㎡
서브-픽셀 FF	40%	%
리프레시율(Refresh rate)	60	Hz
디스플레이 해상도	100	ppi
서브 픽셀 면적	8.60E-05	㎠

녹색 휘도	1,057	cd/㎡
적색 휘도	460	cd/㎡
청색 휘도	188	cd/㎡

녹색 전력(Power)	0.046	W
적색 전력(Power)	0.049	W
청색 전력(Power)	0.162	W

용량 전력(Capacitive power)	4.31E-04	W
총 전력(Total power)	0.257	W
표 2

본 명세서에서 설명한 여러 실시예들은 단지 예로서 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 한 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명한 물질들 및 구조들 대부분이 본 발명의 기술사상에서 벗어남이 없이 다른 물질들 및 구조들로 대체될 수 있다. 따라서, 청구항에 따른 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 자에게 명확한 바와 같이, 본 명세서에서 설명한 특정 예들 및 바람직한 실시예들로부터의 다양한 변형들을 포함할 수 있다. 본 발명이 잘 작용하는 이유에 대한 여러 이론들은 본 발명을 제한하고자 한 것이 아님을 이해해야 할 것이다.

Claims

착용가능한 디바이스(wearable device)에 있어서,
플렉서블 디스플레이를 포함하고,
상기 플렉서블 디스플레이는,
700 cd/㎡에서 30 cd/A보다 큰 효율로 작동할 수 있는 인광성(phosphorescent) 제1 발광층(emissive layer);
상기 제1 발광층과는 다른 피크 발광 파장(peak emission wavelength)을 갖는 제2 발광층;
상기 제1 및 제2 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제3 발광층; 및
상기 제1, 제2, 및 제3 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제4 유기 발광층을 포함하고,
상기 디스플레이는 작동 온도 상승이 26℃를 초과하지 않으면서 적어도 700 cd/㎡의 휘도값에서 작동할 수 있는 것인, 착용가능한 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이는 적어도 200 dpi의 결합 해상도(combined resolution)를 갖는 복수의 픽셀들을 포함하는 것인, 착용가능한 디바이스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광층은 수직적 적층체(vertical stack)를 이루어 배치되는 것인, 착용가능한 디바이스.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광층 위에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하는 착용가능한 디바이스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제2 발광층은 진한 청색(deep blue) 피크 발광 파장을 가지며, 상기 제3 발광층은 연한 청색(light blue) 피크 발광 파장을 갖는 것인, 착용가능한 디바이스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제4 유기 발광층은 적외선 발광 파장을 갖는 것인, 착용가능한 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 제4 유기 발광층은 연한 청색 발광 파장을 갖는 것인, 착용가능한 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 제4 유기 발광층은 진한 청색 발광 파장을 갖는 것인, 착용가능한 디바이스.
소비자 제품(consumer product)에 있어서,
디바이스를 포함하고,
상기 디바이스는 플렉서블 디스플레이를 포함하고,
상기 플렉서블 디스플레이는,
700 cd/㎡에서 30 cd/A 이상의 효율로 작동할 수 있는 인광성 제1 발광층;
상기 제1 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제2 발광층;
상기 제1 및 제2 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제3 발광층; 및
상기 제1, 제2, 및 제3 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제4 유기 발광층을 포함하고,
상기 디스플레이는 작동 온도 상승이 26℃를 초과하지 않으면서 적어도 700 cd/㎡의 휘도값에서 작동할 수 있는 것인, 소비자 제품.
제12항에 있어서,
상기 소비자 제품은, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 내부 조명용 또는 외부 조명용 또는 신호용인 전등, 헤드업 디스플레이, 완전 투명 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 휴대 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 랩탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로-디스플레이, 차량, 대면적(large area) 벽, 극장 또는 경기장 화면, 또는 간판(sign)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 타입인, 소비자 제품.
착용가능한 디스플레이 시스템에 있어서,
플렉서블 디스플레이를 포함하고,
상기 플렉서블 디스플레이는,
적어도 700 cd/㎡의 휘도값에서 적어도 30 cd/A의 효율로 작동할 수 있는 인광성 제1 발광층;
상기 제1 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제2 발광층;
상기 제1 및 제2 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제3 발광층; 및
상기 제1, 제2, 및 제3 발광층과는 다른 피크 발광 파장을 갖는 제4 유기 발광층을 포함하고,
상기 시스템은 적어도 700 cd/㎡의 휘도값에서 29℃ 이하의 작동 온도 상승을 나타내는 것인, 착용가능한 디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
상기 시스템은 풀 컬러 디스플레이, 소비자 디바이스 내의 플렉서블 디스플레이, 휴대폰, 패드 컴퓨터, 스마트폰, 휴대용 컴퓨터, 마이크로 디스플레이를 포함하는 소비자 디바이스, 모니터, 텔레비전, 및 플렉서블 디스플레이를 포함하는 소비자 디바이스로 구성된 그룹으로부터 선택된 시스템 타입을 포함하는 것인, 착용가능한 디스플레이 시스템.