KR20070012484A - 광 추출을 개선시키는 유기 발광 다이오드 및 대응하는디스플레이 유닛 - Google Patents

광 추출을 개선시키는 유기 발광 다이오드 및 대응하는디스플레이 유닛 Download PDF

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KR20070012484A
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Abstract

본 발명은 유기 발광 다이오드(1,10)에 관한 것이며, 상기 유기 발광 다이오드(1,10)는, 기판(10) 상에, 후면으로부터 전면으로 가면서, 제 1 유형의 적어도 하나의 소위 후면 전극(3)과, 그 위에 유기 발광 층(4)과, 그 위에 제 2 유형의 적어도 하나의 소위 전면 전극(6)을 포함하며, 상기 유기 발광층은 상기 전극들을 통해 흐르는 전류에 의해 홀과 전자가 주입될 때 광을 생성하며, 상기 전극 유형들은 애노드와 캐소드에 대응하며, 상기 전극들 중 적어도 하나는 출사면이라고 불리우는 상기 다이오드의 면들 중 하나를 통해 생성된 광이 빠져나갈 수 있도록 생성된 광에 거의 투명하다. 본 발명에 따라, 상기 거의 투명한 전극은 적어도 하나의 투명한 추출 영역과 상기 유기 발광층을 통해 생성된 광을 복귀하도록 적응된 적어도 하나의 반사 영역을 포함하며, 상기 다이오드는, 상기 유기 발광층으로부터 상기 거의 투명한 전극의 반대측 상에 배열되어 상기 유기 발광층을 통해 상기 거의 투명한 전극으로 상기 생성된 광을 복귀하도록 적응된 반사 수단을 또한 포함한다. 상기 다이오드는 엠보싱으로 구성될 수 있으며, 여러 가지 실시예가 기술된다.

Description

광 추출을 개선시키는 유기 발광 다이오드 및 대응하는 디스플레이 유닛{ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODE (OLED) WITH IMPROVED LIGHT EXTRACTION AND CORRESPONDING DISPLAY UNIT}
본 발명은 광 추출을 개선시키는 유기 발광 다이오드(OLED) 및 대응하는 디스플레이 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 구체적으로 시그널링 광을 생성하는 광전 공학 분야 및 디스플레이 디바이스에 응용할 수 있다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 상당한 진전을 나타내고 있다. 이보다 앞선 종래의 발광 다이오드(LED)와 같이, 이들 다이오드는 특정 화합물, 구체적으로 반도체 화합물이나 이 경우 유기 화합물이 전극들 사이에 놓일 때 이들 화합물이 전하, 즉 전자와 홀을 이들 화합물에 주입하게 하는 전류를 받을 때 광을 방출할 수 있는 능력에 기초하고 있다. 종래의 유기 발광 다이오드(OLED) 구조는 기판 위에 반대 부호의 전하를 주입하도록 의도된 2개의 전극을 포함하며, 이들 전극 사이에는 선택적으로 하나 이상의 하위 층에 의해 형성된 유기 층이 배열된다. 전극들 중 하나, 즉 홀을 주입하는 애노드는 종래 방식으로 투명하고 일반적으로 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어져 있어서 광은 출사면을 통해 상기 전극을 가로질러 빠져나갈 수 있다. 다른 전극, 즉 전자를 주입하는 캐소드는 그 기능으로서 종래 방식으로 반사성이 있다. 그러므로, 광 방출이 반드시 투명할 필요가 있는 기판을 통해 일어나는 경우에, 아랫방향 또는 후면방향의 광방출이라는 용어가 사용된다. 기판으로부터 반대측 상에서 광방출이 일어나는 그 반대의 경우에는, 윗방향 또는 전면방향의 광방출이라는 용어가 사용된다. 후면 방출을 하는 디바이스는, OLED 다이오드를 제조하는데 그리고 특히 전극을 증착하는데 필요한 조건에 관해 유기 층이 부서지기 쉬운 특성으로 인해 제조하기에 더 간단하고 보다 효과적이다.
생성된 광이 통과하도록 하기 위해, 투명한 전극은 매우 작은 두께를 가져야 하는데, 이는 표면 전기저항을 증가시키고 OLED 다이오드의 전체 표면 상에 전류의 균일한 분포를 손상시킬 수 있으며, 이로써 광방출의 불균일성을 초래할 수 있으며 및/또는 주울 효과(Joule effect)에 의한 유해한 온도 상승을 초래할 수 있다. 매우 얇은 전극은 열등한 기계적 및 환경적 안정성 특성을 더 구비하여, 제조 상의 손실과 가속화된 노화를 초래한다. 마지막으로, 매우 얇은 전극을 제조하는데 사용되는 물질에 따라 상보적인 하위 층을 그 구조에 부가할 필요성이 있는데, 예를 들어 홀이나 전자를 주입하거나 운반하는 것이 필요하며 이는 경제적 관점에서 불리한 것이다.
따라서, 전극의 광학적 투명성과 그 전기 및 전자적 특성 사이에 절충점을 찾는 것이 필요하며, 이는 통상의 전기-광학 효율을 초래한다. 이 효율을 증가시키기 위해 또한 다른 방향으로 조사가 이루어졌으며, 구체적으로 OLED 다이오드에서 생성된 광의 더 많은 부분이 이 다이오드를 떠나게 허용하는 광 추출기(light extractor)로 도핑된 구조를 사용하는 것이 제안되었다. 예를 들어, 전파하거나 측 방향으로 반사된 생성 광이 측방향 반사기에 의해 다이오드의 출사면으로 복귀하는 것이 US-6,091,384 또는 US-6,229,160에 제안되어 있다.
유기 발광 다이오드는, 기판 위에 후면으로부터 전면으로 가면서, 적어도 하나의 소위 후면 전극과, 그 위에 유기 발광 층과, 그 위에 소위 전면 전극을 포함한다. 문헌 US 6,396,208은 이 경우에 거의 투명한 후면 전극에 홀을 만들거나 또는 이 후면 전극에 돌출부를 제공함으로써 이 발광 다이오드로부터 광의 추출을 개선시키는 수단을 기술하며; 이들 홀이나 돌출부는 이 전극의 표면 상에 부조(relief)를 생성하며, 이는 이 문헌에 기술된 제조 방법으로 인해, 이 경우에 반사성이 있는 전면 전극 상에 반복된다. 이 문헌에 따라, 반사성 전면 전극으로 형성된 표면은 따라서 후면 전극으로 형성된 표면과 거의 평행하다. 그러나, 광 추출을 개선하는 이 수단은 여전히 불충분하다. 문헌 US 2002/079835는 US 6,396,208에 기술된 추출 수단의 일 변형을 기술한다.
본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED)로부터 광이 빠져나올 수 있는 표면을 감소시키면서도 광 반사 수단의 특정 구현을 통해 유기 발광 다이오드(OLED)로부터의 광 추출을 역설적으로 증가시키는 것을 제안한다. 특정 예시적인 실시예에 따라, 본 발명은 OLED 다이오드의 광 출사면 상에 2개의 사이드 면(이 사이드 면 중 하나는 반사성이 제공된다)이 있는 기본 프리즘 형상(elementary prismatic shape)으로 선택적으로 반복되는 특정 구조를 생성하는 것이다. 다른 특정 예시적인 실시예에 따라, 본 발명은 전면 전극의 평면 표면 위에 보스(boss)를 포함하는 반사성 영역을 적용하는 것이다. 본 제안된 해법은 다이오드로부터 광이 빠져나올 수 있는 출사면이 더 많이 있을 때 광 추출이 그만큼 더 효과적일 수 있다는 원리와 상충하는 것이다. 나아가 제안된 해법의 구현은 OLED 다이오드의 출사면을 제조하기 위해 특히 엠보싱이라는 알려진 기술을 사용할 수 있기 때문에 산업적으로 매우 간단하다.
그러므로, 본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것이며, 상기 유기 발광 다이오드는, 기판 위에 후면으로부터 전면으로 가면서, 제 1 유형의 적어도 하나의 소위 후면 전극과, 그 위에 유기 발광 층과, 그 위에 제 2 유형의 적어도 하나의 소위 전면 전극을 포함하며, 상기 유기 발광 층은 전극을 통해 흐르는 전류에 의해 홀과 전자가 주입될 때 광을 생성하며, 상기 전극 유형들은 애노드와 캐소드에 대응하며, 전극들 중 적어도 하나는 출사면이라고 불리우는 상기 다이오드의 면들 중 하나를 통해 생성된 광이 빠져나갈 수 있도록 생성된 광에 거의 투명하다.
본 발명에 따라,
- 상기 거의 투명한 전극은 적어도 하나의 투명한 추출 영역(extraction zone)과 상기 유기 발광층을 통해 생성된 광을 복귀시키도록 적응된 적어도 하나의 반사 영역을 포함하며,
- 상기 다이오드는, 상기 유기 발광 층으로부터 상기 거의 투명한 전극의 반대측 상에 배열되어 상기 유기 발광 층을 통해 상기 거의 투명한 전극에 생성된 광을 복귀시키도록 적응된 반사 수단을 또한 포함하며,
- 상기 추출 영역과 반사 영역을 갖는 상기 거의 투명한 전극으로 형성된 표면은 반사 수단으로 형성된 표면과 대략 평행하지 않다.
투명한 전극이 후면 전극이고 생성된 광이 기판을 가로질러 후면을 통해 다이오드로부터 빠져나오는 경우, 다이오드는 아래방향의 방출 다이오드이다. 투명한 전극이 전면 전극이고 생성된 광이 전면을 통해 다이오드로부터 빠져나오는 경우, 다이오드는 윗방향의 방출 다이오드이다.
경우에 따라, 제 1 유형의 전극은 애노드이고 제 2 유형의 전극은 캐소드이며, 또는 그 역으로, 제 1 유형의 전극은 캐소드이고 제 2 유형의 전극은 애노드이다.
반사 영역(reflective zone)이라는 용어는 거의 투명한 전극의 일부에 대응하며, 이 일부 부분은 상기 발광층에 의해 생성된 광이 상기 발광 층으로 복귀하도록 하기 위한 것이다. 투명한 추출 영역(extraction zone)이라는 용어는 거의 투명한 전극의 다른 부분에 대응하며, 이 다른 부분은 발광 층에 의해 생성된 광이 OLED 다이오드를 통과하는 부분이다. 반사성 전극인 다른 전극으로 구성되거나 또는 독립적인 반사 수단 중 하나인 반사 수단은 발광층에서 생성된 광이 상기 발광 층으로 복귀하도록 하기 위한 것이다. 그러므로, 발광층에서 생성된 광이 추출 영역을 통해 빠져나오기 전에 다이오드에서 다중 반사가 일어날 수 있다.
한편으로 상기 반사 수단과, 다른 한편으로 추출 영역의 형상과 표면, 및 투명한 전극의 반사 영역의 형상과 표면은, 발광 층에서 생성된 광이 상기 반사 수단에 의해 반사된다는 점에서, 이 반사된 광의 더 큰 비율이 추출 영역을 통과하고 더 적은 비율이 반사 수단에 의해 다시 "재활용"되기 전에 반사 영역에 의해 반사되도록 바람직하게 서로 구성(적응)된다. 거의 투명한 전극의 엠보싱된 형상이 이 효과를 위해 적용(적응)될 수 있으며, 그 역으로, 동일한 효과는 반사 수단으로서 엠보싱된 후면 전극을 사용하여 투명한 전극에 대해 평평한 형상을 보유함으로써 달성될 수 있다.
기술적으로 실현가능한 모든 가능성에 따라 결합될 수 있는 다음 수단이 본 발명의 여러 구현시에 사용된다.
- 한편으로, 반사 수단과, 다른 한편으로, 추출 영역과 반사 영역을 갖는 거의 투명한 전극 중 어느 하나 또는 다른 하나 또는 둘 모두가 적어도 하나의 부조 패턴(relief pattern) 위에 위치하고, (실제로, 반사 수단과, 추출 영역과 반사 영역을 갖는 거의 투명한 전극은, 발광층에서 생성되어 반사 수단에서 반사된 더 많은 양의 비율이 발광층으로 복귀하도록 반사 영역 쪽보다도 추출되도록 추출 영역 쪽으로 반사되도록 하나 이상의 부조 패턴으로 서로 구성되고; 이 부조 패턴은 간단하거나 또는 바람직하게는 주기적이고 여러 형상을 구비할 수 있으며 - 주기적인 경우 기본형일 수 있으며-, 그리고 특히 직선이거나 또는 원형, 타원형 또는 다른 비선형 곡선 또는 보스형의 아크 형상으로 곡선인 면을 갖는 특정 프리즘 형상일 수 있다)
- 상기 부조 패턴은 엠보싱에 의해 얻어지며, 추출 영역과 반사 영역을 갖는 거의 투명한 전극으로 형성된 표면은 반사 수단에 의해 형성된 표면과 평행하지는 않다, (엠보싱은 그 형상이 평면이거나 거의 평면인 비엠보싱에 반대되는 것으로, 하나 이상의 부조 패턴을 생성하며; 그 구성은 구체적으로 추출 영역과 반사 영역을 갖는 거의 투명한 전극의 엠보싱 형상에 대응하며, 반사 수단은 그 기능으로서 엠보싱되어 있거나, 또는 바람직하게는 엠보싱되어 있지 않으며; 그 역으로, 거의 투명한 전극은 엠보싱되어 있지 않을 수 있고, 반사 수단은 엠보싱되어 있을 수 있다)
- 상기 부조는 2㎛이거나 이보다 더 작은 최대 크기를 구비한다, (이것은 유리하게 다이오드의 총 두께를 제한하며 그리하여 그 코스트를 제한한다)
- 상기 부조 패턴은 2㎛이거나 이보다 작고 0.2㎛이거나 이보다 더 큰 최대 크기를 구비한다,
- 상기 부조 패턴은 반사성 구(reflective sphere)를 압착하여 얻어진다,
- 상기 전극들 중 하나 및/또는 다른 하나와 상기 유기 발광층 사이에 상기 다이오드는, 상기 전극을 지지하고 상기 부조 패턴을 형성하는, 층 위에 위치에 따라 그 두께가 변하는 투명한 유기 층을 포함한다, (추출 영역과 반사 영역을 갖는 거의 투명한 전극과 유기 발광층 사이에 엠보싱된 투명한 유기 층이 위치하는 경우에 상기 투명한 유기 층은 추출 영역과 반사 영역과 대응하는 것임이 이해될 것이다)
- 그 두께의 변동은 200㎚이거나 이보다 더 크다, (청색 범위에서 1/2 파장이다)
- 상기 투명한 유기 층은 전하, 즉 경우에 따라 전자나 홀을 운반할 수 있도록 도핑되어 있다,
- 상기 생성된 광은 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나오고, 상기 반사 영역은 상기 거의 투명한 전극 상에 있는 상기 추출 영역과 상보적이다,
- 상기 전극들 중 단 하나만이 거의 투명하며, 반사 전극이라고 불리우는 다른 전극은 반사성이 있고 상기 반사 수단을 형성한다,
- 바람직하게는, 전극들 중 하나만이 거의 투명한 경우, 다른 전극은 반사성이 있고 상기 반사 수단을 형성하며, 이 반사 전극은 금속성이다,
- 상기 반사 전극을 위한 금속은 전극의 유형에 따라 선택되며, 애노드를 위한 금속은, 금, 백금, 팔라듐, 또는 이들 중 하나 또는 이들을 포함하는 합금 중 하나로부터 선택되고, 캐소드를 위한 금속은 알루미늄, 은, 크롬, 또는 이들 중 하나 또는 이들을 포함하는 합금 중 하나로부터 선택된다,
- 상기 추출 영역과 반사 영역을 갖는 상기 거의 투명한 전극은, - 상기 반사 영역과 상기 추출 영역 위에 연장하는 거의 투명한 전도성 층과,
- 상기 반사 영역 위에만 연장하며 상기 투명한 전도성 층 위에 지지되는 전도성 반사 층
을 포함하고, (따라서, 추출 영역은 거의 투명한 전도성 층이 있는 영역에 대응하고, 반사 영역은 그 위에 또한 반사 층이 있는 거의 투명한 전도성 층이 있는 영역에 대응하며; 반사 층은 일반적으로 불투명하고 매우 전도성이 있다)
- 바람직하게는, 상기 거의 투명한 전도성 층은 경우에 따라 발광층이나 투명한 유기 층 위에 놓인다,
- 상기 거의 투명한 전극의 반사 층은 금속성이고, 이 금속은 전극의 유형에 따라 선택되고, 애노드를 위한 금속은 금, 백금, 팔라듐, 또는 이들 중 하나 또는 이들을 포함하는 합금 중 하나로부터 선택되고, 캐소드를 위한 금속은 알루미늄, 은, 크롬, 또는 이들 중 하나 또는 이들을 포함하는 합금 중 하나로부터 선택된다,
- 상기 반사 층의 표면 전도율은 거의 투명한 전도성 층의 표면 전도율보다 적어도 10배 더 크다, (그리하여 반사 영역은 거의 투명한 전도성 층에 걸쳐 그리고 이 전도성 층을 통한 다이오드의 활성 표면에 걸쳐 전하 운반자, 즉 전자나 홀을 분포시키는 버스(bus)로서의 역할을 한다)
- 상기 반사 층은 100㎚이거나 이보다 더 큰 두께(바람직하게는 거의 500㎚인 두께)를 가지며 상기 거의 투명한 전도성 층은 10㎚이거나 이보다 더 작은 두께(바람직하게는 약 5㎚인 두께)를 가지며,
- 상기 거의 투명한 전극의 반사 층은 알루미늄, 은, 크롬, 또는 이들 중 하나 또는 이들을 포함하는 합금 중 하나로부터 선택된 금속의 추가적인 전도성 층으로 라이닝(lined)되고, (상기 거의 투명한 전극의 반사 층이 이 추가적인 전도성 층과 동일한 금속이나 합금으로 이루어진 경우에, 이것은 그 표면의 적어도 일부에 걸쳐 반사 층의 두께를 증가시키는 것이 된다)
- 상기 거의 투명한 전도성 층은 운반자 주입 층이며, (만약 거의 투명한 전극이 애노드라면, 거의 투명한 전도성 층은 홀 주입 층이고, 만약 거의 투명한 전극이 캐소드라면, 거의 투명한 전도성 층은 예를 들어 LiF 또는 BaF2와 같은 플루오르화 알칼리 금속 또는 Li 또는 Ba와 같은 알칼리 금속 중에서 선택된 물질로 이루어진 전자 주입 층이다)
- 상기 거의 투명한 전극의 상기 투명한 추출 영역이나 영역들과 상기 반사 영역이나 영역들은 교번하는 기다란 스트립(alternate elongated strips), 즉 각각 추출 스트립과 반사 스트립을 형성한다, (이 기다란 스트립은 선형이거나 원형이거나 또는 보다 일반적으로 포선형 형상(convoluted shapes)일 수 있다)
- 상기 거의 투명한 전극의 상기 투명한 추출 영역(또는 영역들)과 상기 반사 영역(또는 영역들)은 서로 평행한 교번하는 기다란 스트립, 즉 각각 추출 스트립과 반사 스트립을 형성한다, {이 기다란 스트립은 선형이거나 원형이거나 또는 보다 일반적으로 나선형 형상(convoluted shapes)일 수 있다}
- 각 스트립은 일정한 폭을 구비하며,
- 상기 스트립은 거의 평면이고, (거의 투명한 전극이 부조 패턴 위에 위치하는 경우에, 이 스트립은 서로에 대하여 기울어져 있으며, 유기 층의 다른 측에 있는 대향하는 전극에 대하여 기울어져 있다)
- 상기 유기 발광 다이오드(OLED)는,
- 상기 반사성 전극이 거의 평면이고,
- 상기 거의 투명한 전극의 상기 반사 영역과 상기 추출 영역 각각이 거의 평면이고 상기 반사 전극에 대해 기울어져 있으며, 이 영역들의 시퀀스는 상기 반사 전극에 거의 평행한 2개의 사이드 베이스 에지(side base edge)와 상기 정점 에지(apex edge)를 갖는 적어도 하나의 기본 삼각형 프리즘 구조(elementary triangular prismatic structure)를 형성한다,
- 상기 광은 상기 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나오고, 상기 각 추출 영역은 반사 영역에 의해 그 다음 추출 영역과 분리되며, 상기 추출 영역은 서로 평행하고, 상기 반사 영역은 서로 평행하며, 상기 추출 영역과 상기 반사 영역은 기본 삼각형 프리즘 구조의 규칙적이고 주기적인 반복에 따라 거의 투명한 전극 상에 규칙적으로 배열된다,
- 상기 광은 쌍으로 그룹지어진 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나오고, 한 쌍의 2개의 추출 영역은, 서로 인접해 있고, 공통 베이스 에지(common base edge)를 구비하며, 공통 베이스 에지를 구비하는 서로 인접한 반사 영역의 쌍에 의해 추출 영역의 그 다음 쌍과 분리되며, 상기 추출 영역과 반사 영역의 쌍은 상기 기본 삼각형 프리즘 구조의 규칙적이고 주기적인 반복에 따라 거의 투명한 전극 상에 규칙적으로 배열된다,
- 상기 기다란 스트립 중 적어도 하나는 보스(boss)를 구비한다,
- 상기 반사 스트립은 보스를 포함하며,
- 상기 보스는 거의 투명한 전도성 층의 물질과 거의 투명한 전극의 전도성 반사 층의 물질에 적합한 물질로 이루어진다, (특히 전기 접점이 이들 물질 사이에 만들어진다)
- 상기 보스는 순수 금속성 물질이거나 금속에 기초한 합금으로 만들어진다,
- 상기 보스는 거의 투명한 전극의 전도성 반사 층의 물질과 동일한 물질로 만들어진다,
- 상기 보스는 적어도 반사성 반구(reflective hemisphere)와, 상기 유기 층 쪽으로 볼록한 구(sphere)의 부분이 배향되는 결정된 직경(D)을 갖는 반사성 구(reflective sphere)이며, 상기 적어도 반구는 서로 정렬되고 각 반사 스트립을 따라 접촉해 있으며, 각 반사 스트립의 폭은 직경(D)의 배수(n)이며, 정수 n은 1보다 크거나 같으며(n≥1), (반사성 스트립에서 평행한 보스의 행이 복수개 존재할 수 있다)
- 각 반사성 스트립은 적어도 반구의 단 하나의 행만을 포함한다,
- 상기 거의 투명한 전도성 층은 적어도 각 반구에서 유기 층 쪽으로 배향된 볼록한 구(sphere) 부분 전체 위에 연장한다,
- 상기 거의 투명한 전도성 층은 적어도 각 반구에서 유기층 쪽으로 배향된 볼록한 구 부분의 일부 위에만 연장한다, (유기 발광층이나 투명 유기층으로 만입된 볼록한 구 부분은 만약 이것이 존재하지 않는다면 거의 투명한 전도성 층으로 덮이지 않는다)
- 상기 보스는 구(sphere)이고,
- 상기 반사성 스트립은 보스(boss)를 포함하고, 이 보스는 적어도 반사성 반구(reflective hemisphere)와, 상기 유기층 쪽으로 볼록한 구의 부분이 배향되는 결정된 직경(D)을 갖는 반사성 구이며, 상기 적어도 반구는 서로 정렬되고 각 반사 스트립을 따라 접촉해 있으며, 각 반사 스트립의 폭은 직경(D)의 배수(n)이며, 정수 n은 1보다 크거나 같으며(n≥1),
- 상기 보스는 구이고 n은 1이고(n=1),
- 상기 다이오드의 영역은 상기 추출 영역의 총 표면과 상기 반사 영역의 총 표면을 더한 것이며, 상기 다이오드는 상기 추출 영역의 총 표면과 상기 다이오드 영역 사이에 40 및 70 퍼센트 사이의 비(ratio)를 구비하며,
- 상기 OLED 다이오드의 출사측에 배열되고 우선적으로 상기 다이오드의 전체적인 평면에 거의 수직한 평균 방향을 따라 상기 다이오드로부터 추출된 광을 배향하도록 각 추출 영역에 관련된 재배향 광학 구조(redirecting optical structure)를 더 포함한다.
본 발명은 전술된 특징 중 하나 이상의 특징에 따른 다이오드(OLED) 세트를 포함하는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 통해 본 발명을 제한함이 없이 예시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드의 단면을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드의 경우에 반사성인 제 2 층을 증착하는 모드를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드를 아래 방향으로 도시하는 사시도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드의 출사광 플럭스(flux)의 각도 분포를 도시하는 도면.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드에 대한 계산 공식(calculation formulae)에 따라 재배향 프리즘의 일례를 도시하는 단면도.
도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드 상에 재배향 프리즘을 구현하는 시뮬레이션을 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 재배향 프리즘을 갖는 OLED 다이오드의 출사광 플럭스의 공간 분포를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED 다이오드를 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED 다이오드의 출사광 플럭스의 공간 분포를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예의 시뮬레이션을 위한 개략적인 평면도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 OLED 다이오드를 도시하는 단면도.
도 12는 다이오드의 영역과 추출 영역의 총 표면 사이에 비에 따라 다이오드의 광추출 효율의 변동을 결정하기 위한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 13은 추출 스트립과 반사 스트립의 폭의 비에 따라 다이오드의 광 추출 효율의 변동을 결정하기 위한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 1은, 광출사면이 전면, 즉 다이오드가 구성되는 기판과는 반대 쪽에 있는 면인 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것이다. 후면 측에 있는 기판(2) 위에 OLED 다이오드(1)는 제 1 유형의 적어도 하나의 후면 전극(3), 즉 애노드나 캐소드를 포 함하며, 이 후면 전극은 또한 출사면 쪽으로 반사성이며, 광을 반사하는 반사 수단을 형성하도록 광반사 특성을 구비한다. 반사 전극이라고 불리우는 후면 전극(3)은 금속성이고 하위 층을 포함할 수 있는 발광 유기 층(4)으로 덮여있다. 발광 유기 층(4)은 마지막으로 엠보싱된 투명한 유기 층(5)으로 덮여 있으며, 이 투명한 유기층(5)은 주기적이고 규칙적으로 배열된 부조 패턴(relief pattern)을 구비하며, 이 패턴은 기본 프리즘 구조(elementary prismatic structure)를 형성하며, 이 구조의 전면 표면은 제 2 전면 유형(6)의 거의 투명한 전극, 즉 각각 제 1 유형에 따른 캐소드나 애노드를 지지한다. 이 프리즘 구조의 면들에는 제 2 유형의 전극이 불투명한 반사 영역(7)과 투명한 추출 영역으로 분포되어 있다. 전면 전극은 바람직하게는 OLED 다이오드의 전체 전면 위에 연장된다. 이 프리즘 구조의 에지(edges)는 서로 평행하다. 다이오드의 전면은 유기 층(4) 내에 제조될 수 있거나 또는 투명한 유기 층(5)을 갖는 이 유기 층(4) 상에 추가될 수 있다.
엠보싱된 층(5)은 발광층 영역을 커버하는 유기 물질의 두께가 국부적으로 얼마이든지 간에 발광 층 영역 전체에 걸쳐 거의 일정한 전기장을 생성하기 위해 다이오드의 전극들 사이에 인가되는 전위차를 위해 적절히 도핑된 유기 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 엠보싱 층(5)은 또한 전도성 중합체, 예를 들어, PEDOT-PSS 또는 PANI로 이루어질 수 있다. 그러므로, 제 2 유형의 전극을 지지하는 이 엠보싱된 층의 표면은 일련의 기본 프리즘 패턴을 포함하며, 이 패턴은 바람직하게는 규칙적으로 배열되고 바람직하게는 발광 유기층의 전체 표면 위에 길이방향으로 연장한다.
제 2 전면 유형의 전면 전극(6)은 2개의 층, 즉
- 부조 패턴과 일치하며, 엠보싱된 유기 층의 전체 표면을 커버하는 5㎚의 두께를 가지는 매우 얇고 전도성이 있는 투명한 층과,
- 불투명한 반사 영역(7)을 형성하는 500㎚ 정도의 두께를 갖는 더 두꺼운 금속성 스트립으로서, 그 부조 패턴과 또한 일치하며, 엠보싱된 유기 층의 표면의 일부만을 커버하는, 금속성 스트립
을 포함한다.
그러므로, OLED 다이오드의 출사면은 반사성 스트립과 거의 투명한 스트립의 교번하는 시퀀스(alternating sequence)를 가지며, 이 반사성 스트립은 또한 양호한 전기 전도체이다.
발광 유기 층은, 작은 분자, 중합체, 덴드리머(dendrimer) 등으로 이루어질 수 있으며 또는 이 층은 심지어 (형광 및/또는 전기 전도를 위해) 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있는 상기 물질을 결합함으로써 하이브리드형으로 이루어질 수 있다. 또한 이 층은 특히 전하, 즉 전자나 홀을 주입, 운반, 및 차단하기 위한 하위 층을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이 기본 OLED 다이오드를 제조하는 여러 모드(mode)는, 특히 전면(6)과 후면(3) 전극의 유형에 따라, 부조 패턴의 형상에 따라, 기본 프리즘 구조 상에 있는 추출 영역과 반사 영역의 분포에 따라, 각 기본 프리즘 구조의 치수와 형상에 따라, 추출 측(기판 측이거나 아니거나 간에)에 따라, 기판 측에 그리고 선택적으로 다이오드의 양면 상에 부조 패턴이 있는지 없는지에 따라 개별적으로 또는 이들을 조합하여 고려될 수 있으며, 모든 기능적 조합이 가능하다.
도 1은 기본 프리즘 구조(5) 위에 반사성 제 2 층(7)의 분포에 관한 제 1 모드를 도시하며, 반사 영역은 (도 1의 좌측에 있는) 기본 프리즘 구조의 동일한 면 위에 구조적으로 배열되어 모두 서로 평행하다. 일정한 기본 프리즘 패턴은 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 반복되며 이 도 3은 도 1의 OLED 다이오드의 아래 방향의 사시도이다. 그러한 모드에서, 구조적으로 삼각형(2개의 사이드 면(side face), 반사 영역(7)과 추출 영역(6)이 거의 동일한 표면을 가지는 것)인 기본 프리즘 구조의 구조와 바람직한 치수는 a = 베이스의 폭, b= 높이, α= 베이스 에지 각도로 연산하여 결정되었다. 그리하여 다음의 추정 값이 결정되었다: 즉 a = 4㎛이고, b=1.06㎛이고, α=28도이다. 실제로, 높이 b 는 일반적으로 기껏 2㎛이거나 이보다 더 작다. 부조(relief)의 이러한 작은 두께(높이)는 많은 양의 유기 물질을 사용하는 것을 회피할 수 있게 하며 구체적으로 부조 패턴을 형성하는 투명한 유기 층에 있어서 특히 값비싼 이 유형의 물질을 사용하는 것을 회피할 수 있게 한다.
전술된 제 1 모드와 바람직한 치수에 따른 OLED 다이오드로 시뮬레이션하여 얻은 결과는 아래에 주어진다. 이 결과는 백-투-백(back to back)으로 배열되고 유기층의 중간에 침지되며(immersed) 일(1)인 초기 플럭스(Fini)를 방출하는 2개의 람베르티안 소스(Lambertian source)로 구성된 소스를 사용하여 얻은 것이다. 평평한 유리 기판이 위에 있는 유기층의 소스로 구성된 기준 디바이스(기준 OLED 다이오드)는 추출 이득을 연산하기 위해 선택되었다. 이하의 양(임의의 단위)이 그 결과 테이블에 주어진다:
RaL : 알루미늄 코팅의 반사 계수
Io : 수직 관찰(0°)에서 광 세기
Fout : 총 방출 플럭스
F15 : 개구 15°원추에서 방출 플럭스
F30 : 개구 30°원추에서 방출 플럭스
F60 : 개구 60°원추에서 방출 플럭스
종래 기술에 따른 유리 판을 갖는 기준 OLED 다이오드에 대한 결과는 다음과 같다:
Fini RaL Io Fout F15 F30 F60
1 0.85 0.096 0.296 0.022 0.079 0.232
1 0.9 0.100 0.305 0.022 0.082 0.239
1 0.95 0.103 0.313 0.023 0.084 0.246
1 1 0.106 0.322 0.023 0.086 0.252
본 발명에 따라 바람직한 치수를 갖는, 도 1의 유형의 OLED 다이오드에 대한 결과는 다음과 같다:
Fini RaL Io Fout Gain
1 0.85 0.149 0.421 1.42
1 0.9 0.167 0.485 1.59
1 0.95 0.187 0.579 1.85
1 1 0.212 0.788 2.45
RaL의 값이 시스템의 효율에 큰 영향을 미친다는 것을 주목할 수 있다. 이것은 추출이 주로 전면 전극의 반사 영역에서 그리고 후면 전극에서 반사한 광을 재활용하기 때문이며; 이 전극들은 특히 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 전극의 반사 표면은 최대로 가능한 품질이어야 한다. 완전한 품질(RaL=1)의 반사 표면이라고 가정하면, 광 추출 이득은 심지어 150%에까지 이를 수 있고, 그리하여 우수한 품질의 반사 표면을 가지는 이익을 제공할 수 있다. 실현 값을 RaL = 0.9라고 하면, 1.59, 즉 59%의 이득이 얻어진다.
도 2는 전술된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED 다이오드의 경우에 반사 스트립(7)을 적층하는 모드를 도시한다. 엠보싱 유기층(5)에서 기본 프리즘 구조를 형성한 후 그리고 엠보싱 유기 층의 전체 표면 위에 전면 투명한 전극의 매우 얇은 투명한 층을 적층한 후에, 제조되는 OLED 다이오드는 스퍼터링/스프레이에 의해 광반사 특성을 갖는 알루미늄과 같은 금속을 적층하기 위해 챔버 내에 배열된다. OLED 다이오드는 금속의 스퍼터링/스프레이 방향에 대하여 기울어져 있어, 각 기본 프리즘 구조의 사이드 면만이 상기 금속으로 덮이게 된다. 이것은 전면 전극의 반사 영역을 형성하는 두꺼운 금속성 스트립을 적층시키게 한다. 스트립에서 금속으로 덮이지 않는 영역은 전면 전극의 추출 영역을 형성한다.
상기 OLED 다이오드가 크게 개선된 광 추출을 얻을 수 있게 하더라도, 이 추출은 도 4에 볼 수 있는 바와 같이 OLED 다이오드의 출사면에 수직한 선에 대하여 약간(25도 정도) 오프셋되어 평균 방향에서 일어난다. 사실, 광의 세기는 OLED 다이오드의 수직한 선에 대하여 약 25도의 관찰 각도에서 최대로 된다. 그러므로, 개선된 형태에서, OLED 다이오드로부터 추출되는 광 플럭스나 플럭스들을 재배향하기 위해 전면 상에 재배향 프리즘 유형의 수단을 배열하는 것이 제안되며, 이 수단은 다이오드의 전체 평면에 수직한 평균 방향에 일반적으로 대응하는 다이오드의 출사면에 수직한 평균 방향으로 추출된 광을 재배향하도록 적응된다. 하나의 그러한 재배향 수단이 추출 영역마다 제공될 수 있다 하더라도(재배향 수단의 치수는 기본 프리즘 구조의 치수와 밀접히 관련되어 있다), OLED 다이오드의 "픽셀"에 실제 대응하는 복수의 추출 영역의 세트에 작용하는 재배향 수단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이 후자의 경우에, 재배향 수단은 이미지 디스플레이 유닛의 픽셀의 종래의 사이즈에 대응하는 약 300㎛의 길이와 약 100㎛의 폭을 갖는 프리즘이고; 이 프리즘의 높이는 전술된 바와 같이 광을 재배향할 수 있도록 이미 알려진 방식으로 적응된다. 수직선에 대하여 25도 정도 평균 방출 방향이 기울어져 있는 광 원추가 수직선을 따라 재배향되기 위하여, 도 5a에서 단면으로 도시된 바와 같은 재배향 프리즘이 사용되며, 이 재배향 프리즘은 약 1.5의 굴절률(n2)과 약 35.45도의 각도(A)를 갖는 물질의 직각 삼각형의 단면을 구비한다. 이들 값은 도 5b에서 도시된 바와 같이 공기 중에 있는 프리즘을 고려하여 얻은 것이며, 여기서 OLED 다이오드(1)(단면으로 도시)는 공기(n1=1) 중에서 광 원추를 OLED 다이오드에 의해 25°로 우선적으로 방출된 광선이 전방으로 복귀되는 재배향 프리즘(9) 쪽 자유 공간(8)으로 방출한다. 그러므로, 이 예에서, 재배향 프리즘은 굴절률 n1=1인 공기 층에 의해 다이오드의 전면과 분리된다. 시뮬레이션으로 얻은 결과는 아래에 주어진다.
본 발명에 따른 도 5b의 재배향 프리즘을 갖고 도 1의 유형과 바람직한 치수 의 OLED 다이오드에 대한 결과는 다음과 같다:
Fini RaL Io(gain) Fout(gain) F15(gain) F30(gain) F60(gain)
1 0.85 0.236 (2.44) 0.254 (0.86) 0.034 (1.59) 0.091 (1.15) 0.196 (0.84)
1 0.9 0.271 (2.72) 0.290 (0.95) 0.039 (1.78) 0.104 (1.27) 0.223 (0.93)
1 0.95 0.317 0.336 0.046 0.119 0.257
(3.08) (1.07) (2.01) (1.42) (1.05)
1 1 0.383 (3.61) 0.404 (1.26) 0.054 (2.32) 0.140 (1.62) 0.306 (1.21)
RaL=0.9라고 여전히 가정하면, 총 플럭스 이득은 1에 가깝다. 15°의 더 좁은 원추를 고려하면, 이득은 1.78에 이르고, 수직방향의 세기에 대해서는 심지어 2.72에 이른다. 그러므로 재배향 프리즘을 갖는 OLED 다이오드의 복사선은 도 6에 도시된 바와 같이 보다 지향성이다. 따라서 전술된 OLED 다이오드와 배향 프리즘을 사용하면, 플럭스 중 약 40%는 상실되고 종래 기술의 OLED와 유사한 추출 특징이 나타난다. 그러나, 이 경우에, 170%의 이득이 수직방향의 광 세기에 대해 얻어지는데, 이는 그 출사 복사선이 매우 지향성이기 때문이다.
도 7은 반사 영역이 구조적으로 쌍으로 배열된 기본 프리즘 구조(5), 즉 2개의 인접한 기본 프리즘 구조의 공통 베이스 에지에 대응하는 공통 경계를 가지는 2개의 인접한 반사 스트립을 조합하여 배열된 기본 프리즘 구조(5) 위에 있는 반사 영역(7)의 분포에 관한 OLED 다이오드(10)의 제 2 모드를 도시한다. 추출 영역(6)은 또한 도시된 바와 같이 쌍으로 결합된다. 이전과 같이, 일정한 기본 프리즘 패턴은 주기적으로 반복되지만, 추출 영역(6)과 반사 영역(7)은 전술된 바와 같이 서로 다르게, 즉 쌍으로 배열된다. OLED 다이오드의 사이드 단부에서, OLED 다이오드의 외측 쪽의 사이드 면은 바람직하게는 반사 영역(7)을 구비한다. 그럼에도 불구 하고 이 사이드 단부는 OLED 다이오드의 기본 프리즘 구조의 총 개수에 따라 추출 영역 및/또는 반사 영역의 다른 배열을 구비할 수 있음이 이해될 것이다.
그러한 모드에서 대칭 삼각형(2개의 사이드 면이 거의 동일한 표면을 가지는 것)인 기본 프리즘 구조의 구조와 바람직한 치수는 a=베이스의 폭, b= 높이, α= 베이스 에지 각도로 연산하여 결정되었다. 따라서, 이하의 추정값이 결정되었다: a=4㎛, b=1.40㎛, 및 α=35도이다. 실제, 높이 b는 일반적으로 기껏 2㎛이거나 이보다 더 작다.
결정된 치수와 전술된 제 2 모드에 따른 OLED 다이오드로 시뮬레이션하여 얻은 결과는 아래에 주어진다. 이들 아래 결과는 백-투-백(back to back)으로 배열되고 유기 층의 중간에 침지되며 일(1)인 초기 플럭스(Fini)를 방출하는 2개의 람베르티안 소스로 구성된 소스를 사용하여 얻은 것이다. 유리 기판 위에 놓인 유기 층의 소스로 구성된 기준 디바이스(기준 OLED 다이오드)는 추출 이득을 계산하기 위해 선택되었다. 이하의 양(임의 단위)이 그 결과 테이블에 주어진다:
RaL : 알루미늄 코팅의 반사 계수
Io : 수직 관찰(0°)에서의 광 세기
Fout : 총 방출 플럭스
F15 : 개구 15°원추에서 방출 플럭스
F30 : 개구 30°원추에서 방출 플럭스
F60 : 개구 60°원추에서 방출 플럭스
유리 판을 갖는 기준 OLED 다이오드에 대한 결과는 다음과 같다:
Fini RaL Io Fout
1 0.9 0.100 0.305
1 0.95 0.103 0.313
본 발명에 따른 바람직한 치수와 도 7의 유형의 OLED 다이오드에 대한 결과는 다음과 같다:
Fini RaL Io (gain) Fout(gain)
1 0.9 0.145(1.45) 0.446(1.46)
1 0.95 0.167(1.65) 0.547(1.75)
RaL의 값은 시스템의 효율에 큰 영향을 미친다는 것을 주목할 수 있다. 이것은 추출이 주로 특히 알루미늄으로 이루어진 반사 층이나 스트립에서 반사된 광을 재활용하는 것으로 인한 때문이다. 그러므로, 반사 층은 최대로 가능한 품질이어야 한다. 실현 값 RaL = 0.9인 경우, 46%의 이득은 적분 플럭스에 대해 얻어지고, 수직방향의 세기에 대해서는 45%의 이득이 있다.
OLED 다이오드의 출사 광 플럭스의 각도 분포는 도 8에 주어지며, 여기서 방출된 에너지는 수직선에서 최대이며 관찰 각도가 증가할 때 적절히 대칭적으로 감소하는 것을 볼 수 있으며, 이는 디스플레이에 응용하기에 전체적으로 바람직한 것이다.
종래 기술의 OLED를 제조하는데 사용되는 방법과 물질은 본 발명에 따른 OLED를 제조하는데 부분적으로 사용될 수 있다. 그러나, OLED 다이오드의 전면 및/또는 후면의 제조는, 한편으로 기본 프리즘 구조 또는 구조들과, 다른 한편으로는 반사 스트립을 얻을 수 있도록 서로 다를 수 있다. 이들 프리즘 구조를 위해 본 발명은 엠보싱 기술에 의존할 수 있다: 반사 스트립을 위해 본 발명은 특히 금속인 물질을 차분 적층하는 기술에 의존할 수 있다.
OLED 다이오드의 후면에서 전면으로 가면서, 다음 구성이 있다:
- 사용되는 다른 물질에 적합한 임의의 유형일 수 있으며 여기서 위쪽 방향으로의 광추출로 인해 투명하거나 투명하지 않을 수 있는 기판(2). 고려될 수 있는 기판의 예는 실리콘이며 구체적으로 능동 매트릭스 다이오드의 경우에는 플라스틱과 유리이다.
- 기판 상에 배열된 반사성 후면 전극(3)은 바람직하게는 금속성이며 예를 들어, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 구리, 또는 이들을 포함하는 합금으로 이루어진다. 후면 전극 유형이 애노드인 경우, Pt, Pd, NiCr 또는 이와 호환가능한 균등물과 같은 높은 일함수를 갖는 추가적인 물질층이 바람직하게는 높은 전도율의 금속성 제 1 층 위에 적층된다. 이로 후면 전극은 양호한 반사율을 가진다.
- 그 다음에 발광 유기 물질의 층(4)이 증착되며; 하위 층은 이 물질 내에 생성될 수 있다. 지금까지 증착된 여러 층은 규칙적 두께로 이루어지며 그리하여 평행한 대향 면을 구비한다.
- 그 다음으로, 나타낸 바와 같이, 엠보싱 층(5)은 바람직하게는 유기 발광층(4) 위에 물질을 추가하여 제조된다. 따라서, 엠보싱 층(5)을 형성하기 위하여 N 유형으로 도핑된(N 도핑된) 투명한 유기 물질 층이 발광유기 물질 층(4) 위에 적층되고 기본 프리즘 구조를 형성하기 위해 특히 엠보싱으로 처리된다. 그러므로, 엠 보싱 층(5)은 규칙적인 두께를 가지지 않는다. 이에 의해 다른 유형의 물질을 배제함이 없이, 엠보싱된 층을 제조하기 위해 도핑된 투명한 유기 물질의 사용은 유리하게 발광 유기층(4)에 일정한 전기장을 보장하고 OLED의 방출 균일성 결함과 작동 전압의 증가를 회피할 수 있게 해준다.
- 그 다음에 거의 투명한 전면 전극(6)이 엠보싱 층(5) 위에 적층된다. 캐소드 유형의 전면 전극의 경우에 이를 수행하기 위해, LiF와 같은 플루오르화 알칼리 금속 또는 BaF2와 같은 플루오르화 알칼리 토금속 또는 다른 균등물의 작은 두께(약 0.1 내지 5㎚)를 갖는 전자 주입 하위 층이 전자를 다이오드에 주입하는데 사용하기 위하여 엠보싱된 층의 전체 표면 위에 균일하고 규칙적으로 증착된다. 나아가, 특히 Ca, Yb와 같은 낮은 일함수를 갖는 물질의 다른 하위 층(두께는 약 5 내지 20㎚ 사이에 있다)이 플루오르화물이나 그 균등물의 이전의 증착과 관련하여 증착될 수 있다. 전자 주입 하위층과 낮은 일함수를 갖는 물질의 다른 하위층 대신에 다른 투명한 전도성 물질, 예를 들어, 금속성 물질, 또는 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명한 전도성 산화물이 캐소드를 제조하기 위하여 고려될 수 있다.
- 마지막으로, 그 다음에 하나 이상의 반사성 전도성 스트립(7)이, 선택된 실시예(도 1 또는 도 7, 또는 심지어 다른 분포)에 따라 기본 프리즘 구조의 선택된 사이드 면 위에 제조된다. 전술된 바와 같이, 예를 들어, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 또는 이들을 포함하는 합금인 금속성 층의 적층을 사용하는 것이 가능하다. 이들 층의 두께는 원하는 반사성 및 전도성 특성을 얻기에 충분히 크다.
전극의 유형이 OLED 다이오드 내에서 뒤바뀌는 경우에 낮은/높은 일함수를 갖는 추가적인 물질 층이 뒤바뀌게 되며, 추가적인 층이 사용되는 경우에, 엠보싱된 층은 P 유형(P 도핑된) 유기 물질을 증착하여 얻어진다는 것을 주의하여야 한다.
OLED 다이오드의 유기 물질 내에서 생성되고 추출 영역 쪽으로 지향되는 광은 OLED 다이오드를 바로 떠나게 된다. 한편, 다른 방향을 위해, 이 광은 전면 전극의 추출 영역 쪽으로 전면 전극의 반사 스트립(7)(반사영역)과 반사성 후면 전극(3)에 의해 반사될 것이다. 후면 전극(3)과 반사 스트립(7)은 평행하지 않다는 것을 주목해야 한다. 사실상, OLED 다이오드 내에서 생성된 모든 광은 (물질의 재흡수와 불완전성은 무시한다) 투명한 전면 전극을 가로질러 추출 영역을 통해 OLED 다이오드로부터 추출될 수 있다.
지금까지 주어진 예시적인 실시예는, 거의 투명한 전극의 반사 영역과 투명한 추출 영역이 일정한 폭의 교번하는 상호 평행한 평면의 기다란 스트립, 즉 각 추출 스트립과 반사 스트립을 형성하는 다이오드에 관한 것이다. 추출 스트립과 반사 스트립은 동일 평면 내에 있지 않으며, 이는 이들이 프리즘 구조를 형성하기 때문이다. 제 3 실시예에서, 본 발명은, 또한 이와는 역으로 동일 평면에 있으나, 반사 영역은 평면이 아니고 보스를 포함하는 반사 영역과 추출 영역을 가지도록 구현될 수 있다. 이들 보스는 발광 유기 층 쪽으로 배향된 반사성 반구의 볼록한 구조에 대응하며, 이들은 상기 발광층이 생성하고 추출 영역을 통과하지 않는 광선을 상기 층 쪽으로 직접 또는 복수의 반사에 의해 반사할 수 있도록 한다. 따라서, 이 들 광선은 복귀하기 위해 거의 투명한 전극으로부터 반대쪽 상에 반사 수단(예를 들어, 반사 캐소드)에 도달할 수 있다. 이들 보스는 그 자체로 반구형(반구)일 수 있으며 또는 구형(완전한 구)일 수 있으며, 이는 보스의 반구 부분, 즉 내부에서 곡선인 경로가 발광 유기 층 쪽으로 잘 배향되는 한 그러하다. 그러므로, 이들 보스는 반사 영역의 전도성 반사 층과 관련되며 바람직하게는 동일한 금속성 물질로 이루어지거나 적어도 호환가능한 물질로 이루어지며, 이는 적어도 시간에 따라 다이오드의 구조적 안정성 뿐 아니라 상기 층과 보스를 통해 전류의 흐름을 가능하게 하기 위함이다.
도 9는 서로 인접한 정렬된 구형의 보스 라인을 각각 포함하는 반사 스트립을 갖는 제 3 실시예의 특정 구현을 제공한다. 이 보스는 동일한 직경(D)을 가지고 있다. 각 반사성 스트립과 그리하여 전도성 반사 스트립의 폭은 보스의 직경에 대응한다.
도 10은 투명한 추출 스트립(거의 투명한 전도성 층) 및 반사성 스트립(거의 투명한 전도성 층에 대해 전도성 반사 층)의 폭을 결정할 수 있도록 하는 수치적 시뮬레이션을 수행하기 위한 도 9의 다이오드의 개략적인 평면도이다.
도 11의 다이오드는 예를 들어 유리, 실리콘, 또는 다른 호환가능한 물질로 된 기판(2) 상에 제조된다. 거의 균일한 두께의 반사성 금속성의 후면 전극(3)은 반사 수단을 형성하기 위하여 기판(2) 상에 배열된다. 이 후면 전극(3) 위에는 거의 균일한 두께의 발광 유기 층(4)의 층(바람직하게는 하위 층을 포함함)이 배치된다. 발광 유기 층(4) 위에 증착된 것은 도핑된 유기 물질(5)이나 또는 투명하고 전 도성인 유기 층을 형성하는 전도성 중합체 물질의 거의 두꺼운 층이 있으며, 이 층의 두께는 위치에 따라 변하며 그 위에는 추출 영역(8)(이 예에서 스트립)과 반사 영역(7)을 포함하는 거의 투명한 전극(전면 전극)이 있다. 거의 투명한 전극의 추출 영역(8)은 거의 투명한 전도성 층(11)으로 형성되며, 예를 들어 이전의 예에서 이미 전술된 바와 같은 금속성이거나 ITO 또는 LiF-Ca로 이루어진다. 거의 투명한 전극의 반사성 영역(7)은 반사성 구를 포함하는 반사성 전도성 층(12)으로 (바람직하게는 개선된 발광 효율을 위해 서로 인접하게) 형성되며, 그 위에는 거의 투명한 전도성 층(11)이 있다. 거의 투명한 전도성 층은 도 11에 도시된 바와 같이 연속적이다. 예를 들어 SiO 또는 SiO2인 투명한 커버 층(13)은 조립체를 보호하여 준다.
그러한 다이오드를 제조하기 위하여, 다음의 단계들이, 종래 방식으로 제조될 수 있고 기판(2) 위에 후면 전극(3), 발광 유기 층(4), 도핑된 투명한 유기 층(5), 및 거의 투명한 전도성 층(11)을 이미 포함하는 구조에 대해 사용될 수 있다. 감광성 수지 층은 거의 투명한 전도성 층(11) 위에 적층되며 스트립은 수 ㎛의 두께를 가지는 일련의 평행한 스트립에서 수지를 제거하기 위해 마스킹과 노광에 의하여 제조된다. 수지 없는 이들 스트립은 반사성 영역에 대응한다. 수 ㎛의 직경을 갖는 금속성 구는 이들 스트립에서 적층되며 이 구조물에 대해 압착되어 이들이 그 직경의 약 10 내지 50%만큼 상기 구조 내로 만입되게 한다. 금속(예를 들어, Al, Cr 등)은 전도성 반사 층의 나머지를 형성하고 주어진 반사성 스트립의 구를 서로 전기적으로 연결하기 위해 순차적으로 증착되며, 수지는 증착된 금속의 나머지에서 제거된다. SiO, SiO2 등의 투명한 커버 층(13)은 다이오드를 캡슐화하기 위해 증착된다. 대안적으로, 반구 패턴인 다이오드는 수지가 제거된 스트립에서 구조의 표면을 변형하는 반구 패턴을 포함하는 템플릿을 엠보싱하여 제조될 수 있다. 이 구조의 표면은 적어도 부분적으로 반구 중공(hollow)(반구의 20 내지 100%)을 포함하며, 이 반구 중공은 전도성 반사 층을 형성하기 위해 금속 증착 동안 채워질 수 있다.
이 제 3 실시예에 따라 다이오드를 최적화하기 위하여, 시뮬레이션이 ASAP(등록상표)라는 이름의 소프트웨어로 수행되었다. 구(또는 적어도 반구)는 전도성 반사 층의 보스의 모든 가능한 형상(피라미드 등) 중에서 가장 효과적이었던 것으로 보여졌다. 인접한 구의 단일 라인을 각각 포함하는 스트립의 경우에, 최적인 광 추출 효율(EFF)은 추출 영역의 총 표면과 다이오드의 영역(다이오드의 영역은 추출 영역의 총 표면에 반사 영역의 총 표면을 더한 것이다) 사이에 효율/비 곡선(OAR1)으로부터 결정될 수 있었다. 곡선 EFF/OAR1은 도 12에 도시되어 있다. 최대 광 효율을 위해, 비(OAR1)는 퍼센트로서 40 내지 70 사이의 범위에 있으며 바람직하게는 약 53이다. 추출 효율(EFF)은 비(OAR1)가 이 값의 범위 내에 있을 때 거의 변하지 않는다는 것이 관측되었다. 그러므로, 유리하게도, 본 발명에 따른 추출 수단은 비(OAR1)를 변화시킬 수 있는 제조 방법에 있는 변동에 매우 민감하지 않다. 그러나, 주어진 비(OAR1)에 대해 추출 및 반사 스트립의 폭이 임의이기 때문에, 스트립의 폭은 시뮬레이션으로 최적화하는 과정에 의해 또한 결정되었다. 도 13에 도시된 곡 선은 이전에 결정된 최적에 대응하는 주어진 값(OAR1)에 대해 추출 스트립과 반사 스트립의 폭의 비(OAR2)에 따른 추출 효율(EFF)을 제공한다. 스트립의 폭의 비의 최적값이 0.75 내지 0.85 사이에 있으며, 추출 스트립(영역)은 반사 스트립(영역)보다 더 넓을 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 퍼센트로서 53%인 주어진 추출 이득 G=0.26/0.17은 이 경우에 얻어진다(등방성 소스의 경우로 가정함).
전술된 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니며 다른 대안이 본 발명의 범위에서 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 거의 평면이지만 그 둘 사이에 프리즘 구조를 형성하는 추출 영역과 반사 영역이나 또는 동일 평면에 있으나 반사 영역이 보스를 포함하는 추출 영역과 반사 영역이 바람직한 실시예에서 고려되었으나, 이들 영역 중 하나 또는 모두는 곡선일 수도 있으며, 이 곡선 형상은 보다 특정된 광학 효과가 이루어지는 것(예를 들어, 다이오드의 내부 쪽으로 및/또는 다이오드의 외부 쪽으로 포물선인 미러)을 허용할 수 있는 것으로 고찰될 수 있다. 사용되는 기술, 특히 엠보싱은 전면 및/또는 후면의 특정 형상이 간단히 얻어질 수 있게 해준다. 나아가, 바람직하게 전극(반사성 금속은 양호한 전도체이다)인 것으로 서술된 반사성 후면 층(3)은 후면 전극에 상관없이 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 후면 반사 층은, 기판이 그 자체로 광학적으로 반사성이 있는 경우 생략될 수 있다. 유사하게, 반사 층은 단일 금속 적층보다는 적층된 유전체 층(유전체 미러)을 구현하여 제조될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 유기 발광 다이오드에 이용가능하다.

Claims (16)

  1. 유기 발광 다이오드(OLED)(1,10)로서,
    기판(10) 상에, 후면으로부터 전면으로 가면서, 제 1 유형의 적어도 하나의 소위 후면 전극(3)과, 그 위에 유기 발광 층(4)과, 그 위에 제 2 유형의 적어도 하나의 소위 전면 전극(6)을 포함하며, 상기 유기 발광층은 상기 전극들을 통해 흐르는 전류에 의해 홀과 전자가 주입될 때 광을 생성하며, 상기 전극 유형들은 애노드와 캐소드에 대응하며, 상기 전극들 중 적어도 하나는 출사면이라고 불리우는 상기 다이오드의 면들 중 하나를 통해 생성된 광이 빠져나갈 수 있도록 생성된 광에 거의 투명한, 유기 발광 다이오드(OLED)(1,10)로서,
    - 상기 거의 투명한 전극은 적어도 하나의 투명한 추출 영역(extraction zone)과 상기 유기 발광층을 통해 생성된 광을 복귀하도록 적응된 적어도 하나의 반사 영역(reflective zone)을 포함하며,
    - 상기 다이오드는, 상기 유기 발광층으로부터 상기 거의 투명한 전극의 반대측 상에 배열되어 상기 유기 발광층을 통해 상기 거의 투명한 전극으로 상기 생성된 광을 복귀하도록 적응된 반사 수단을 또한 포함하며,
    - 상기 추출 영역과 상기 반사 영역을 갖는 상기 거의 투명한 전극에 의해 형성된 표면은 상기 반사 수단에 의해 형성된 표면과 대략 평행하지 않는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서, 한편으로 상기 반사 수단과, 다른 한편으로 상기 추출 영역과 반사 영역을 갖는 상기 거의 투명한 전극 중 하나 또는 다른 하나 또는 둘 모두는 적어도 하나의 부조 패턴(relief pattern) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전극들 중 하나 및/또는 다른 하나와 상기 유기 발광층 사이에 상기 전극을 지지하고 상기 부조 패턴을 형성하며 상기 층 위의 위치에 따라 그 두께가 변하는 투명한 유기층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 투명한 유기 층은 전하, 즉 경우에 따라 전자나 홀을 운반할 수 있도록 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부조 패턴은 2㎛이거나 이보다 더 작고 0.2㎛이거나 이보다 더 큰 최대 크기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출 영역과 반사 영역을 갖는 상기 거의 투명한 전극은,
    - 상기 반사 영역과 상기 추출 영역 위에 연장하는 거의 투명한 전도성 층 과,
    - 상기 반사 영역 위에만 연장하며 상기 투명한 전도성 층 위에 지지되는 전도성 반사 층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성된 광은 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나가고, 상기 반사 영역은 상기 거의 투명한 전극 상에 있는 상기 추출 영역과 상보적인(complementary) 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들 중 단 하나만이 거의 투명하며, 상기 전극들 중 반사 전극이라고 불리우는 다른 전극은 반사성이고 상기 반사 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거의 투명한 전극의 상기 투명한 추출 영역이나 영역들과 상기 반사 영역이나 영역들은 교번하는 기다란 스트립(alternate elongated strips), 즉 각각 추출 스트립과 반사 스트립을 형성하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 반사 전극은 거의 평면이고,
    - 상기 거의 투명한 전극의 상기 반사 영역과 상기 추출 영역 각각은 거의 평면이고 상기 반사 전극에 대해 기울어져 있으며, 상기 영역들의 시퀀스는 상기 반사 전극에 거의 평행한 2개의 사이드 베이스 에지(side base edge)와 상기 정점 에지(apex edge)를 갖는 적어도 하나의 기본 삼각형 프리즘 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광은 상기 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나가며, 상기 각 추출 영역은 반사 영역에 의해 그 다음 추출 영역과 분리되어 있으며, 상기 추출 영역은 서로 평행하고, 상기 반사 영역은 서로 평행하며, 상기 추출 영역과 상기 반사 영역은 상기 기본 삼각형 프리즘 구조의 규칙적이고 주기적인 반복(regular periodic repetition)에 따라 상기 거의 투명한 전극 상에 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 광은 쌍으로 그룹지어 있는 추출 영역의 세트(N>1)를 통해 OLED 다이오드로부터 빠져나오고, 한 쌍의 2개의 추출 영역은 서로 인접해 있고, 공통 베이스 에지를 가지며, 공통 베이스 에지를 가지는 서로 인접한 반사 영역의 쌍에 의해 추출 영역의 그 다음 쌍과 분리되며, 상기 추출 영역과 반사 영역의 쌍은 상기 기본 삼각형 프리즘 구조의 규칙적이고 주기적인 반복에 따라 상기 거의 투명한 전극 상에 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이 오드.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 반사 스트립은 보스(boss)를 포함하며, 상기 보스는 적어도 반사성 반구(reflective hemisphere)와, 상기 유기 층 쪽으로 배향된 볼록한 구(sphere) 부분을 갖는 결정된 직경(D)의 반사성 구(reflective sphere)이며, 상기 적어도 반구는 서로 정렬되고 각 반사 스트립을 따라 접촉해 있으며, 각 반사 스트립의 폭은 직경(D)의 배수(n)이며, 정수 n은 1보다 크거나 같은(n≥1) 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 보스는 구이고 n은 1인(n=1) 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 다이오드의 영역은 상기 추출 영역의 총 표면과 상기 반사 영역의 총 표면을 더한 것이며, 상기 다이오드는 상기 추출 영역의 총 표면과 상기 다이오드 영역 사이에 40 및 70 퍼센트 사이의 비(ratio)를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이오드로부터 추출된 광을 상기 다이오드의 전체적인 평면에 거의 수직한 평균 방향을 따라 우선적으로 배향하도록 각 추출 영역와 관련하여 OLED 다이오드의 출사측에 배열된 재배향 광학 구조(redirecting optical structure)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기 발광 다이오드.
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