KR20230039558A - 장수명 oled 디스플레이 - Google Patents
장수명 oled 디스플레이 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230039558A KR20230039558A KR1020220113371A KR20220113371A KR20230039558A KR 20230039558 A KR20230039558 A KR 20230039558A KR 1020220113371 A KR1020220113371 A KR 1020220113371A KR 20220113371 A KR20220113371 A KR 20220113371A KR 20230039558 A KR20230039558 A KR 20230039558A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- subpixel
- layer
- blue
- oled
- subpixels
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 320
- 239000000463 material Substances 0.000 description 183
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 84
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 22
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 15
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 13
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 11
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 11
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 7
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 7
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 7
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000412 dendrimer Substances 0.000 description 5
- 229920000736 dendritic polymer Polymers 0.000 description 5
- -1 electrodes Substances 0.000 description 5
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 4
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002165 resonance energy transfer Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000010129 solution processing Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- DIVZFUBWFAOMCW-UHFFFAOYSA-N 4-n-(3-methylphenyl)-1-n,1-n-bis[4-(n-(3-methylphenyl)anilino)phenyl]-4-n-phenylbenzene-1,4-diamine Chemical compound CC1=CC=CC(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=C(C)C=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=C(C)C=CC=2)=C1 DIVZFUBWFAOMCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 238000001327 Förster resonance energy transfer Methods 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002518 Polyallylamine hydrochloride Polymers 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000000277 atomic layer chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 125000000609 carbazolyl group Chemical class C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3NC12)* 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013310 covalent-organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005258 radioactive decay Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/80—Constructional details
- H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
- H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels
- H10K59/353—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels characterised by the geometrical arrangement of the RGB subpixels
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
- H10K50/86—Arrangements for improving contrast, e.g. preventing reflection of ambient light
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
- H10K50/868—Arrangements for polarized light emission
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/10—OLED displays
- H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
- H10K59/131—Interconnections, e.g. wiring lines or terminals
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
- G09G2300/04—Structural and physical details of display devices
- G09G2300/0439—Pixel structures
- G09G2300/0452—Details of colour pixel setup, e.g. pixel composed of a red, a blue and two green components
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G2330/00—Aspects of power supply; Aspects of display protection and defect management
- G09G2330/02—Details of power systems and of start or stop of display operation
- G09G2330/021—Power management, e.g. power saving
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
- G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
- G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
- G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
- G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
- G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
- H10K2102/301—Details of OLEDs
- H10K2102/331—Nanoparticles used in non-emissive layers, e.g. in packaging layer
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
- H10K2102/301—Details of OLEDs
- H10K2102/351—Thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/19—Tandem OLEDs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
- H10K59/32—Stacked devices having two or more layers, each emitting at different wavelengths
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
- H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
- H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
개시하는 주제의 실시양태는 복수의 픽셀을 갖는 풀 컬러 유기 발광 디바이스(OLED) 디바이스를 구비한 디바이스를 제공하고, 각각의 픽셀은 복수의 서브픽셀을 가지며 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색광을 방출하지 않는다. OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다.
Description
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2021년 9월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제63/243,251호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
[발명의 분야]
본 발명은 청색 서브픽셀을 구동하기 위한 전류 밀도를 줄임으로써 저전력 소비 및 장기 동작 수명을 갖는 디스플레이를 위해 유기 발광 다이오드와 같은 유기 발광 디바이스를 제작하기 위한 디바이스 및 기술, 그리고 이를 포함하는 디바이스 및 기술에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 이점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 디바이스 전체에 걸쳐 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명 및 백라이팅(backlighting)과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다. 여러 OLED 물질 및 구성이 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호, 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로 지칭되는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 대안적으로 OLED는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다. 통상적인 액정 디스플레이에서, 백색 백라이트에서 나온 방출이 흡수 필터를 사용하여 필터링되어 적색, 녹색 및 청색 발광을 생성한다. 동일한 기법이 OLED에도 사용될 수 있다. 백색 OLED는 단일 EML 디바이스 또는 스택 구조일 수 있다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 포함될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매질에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매질로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 발광 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
층, 물질, 영역, 및 디바이스는 이들이 방출하는 광의 색상에 관하여 본원에서 기술될 수 있다. 일반적으로, 본원에 사용된 바와 같이, 광의 특정 색상을 생성하는 것으로 기술된 발광 영역은 스택에서 서로 위에 배치된 하나 이상의 발광층을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "적색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 580 내지 700 nm 범위의 광을 방출하거나 이 영역에서 발광 스펙트럼의 가장 높은 피크를 갖는 것을 지칭한다. 마찬가지로, "녹색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 500 내지 600 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 방출하거나 갖는 것을 지칭하고; "청색" 층, 물질, 또는 디바이스는 약 400 내지 500 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 방출하거나 갖는 것을 지칭하고; "황색" 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 약 540 내지 600 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 것을 지칭한다. 일부 배열에서, 별개의 영역, 층, 물질, 영역, 또는 디바이스는 별개의 "진청색" 및 "담청색" 광을 제공할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 별개의 "담청색" 및 "진청색"을 제공하는 배열에서, "진청색" 구성요소는 "담청색" 구성요소의 피크 발광 파장보다 약 4 nm 이상 더 작은 피크 발광 파장을 갖는 것을 지칭한다. 통상적으로, "담청색" 구성요소는 약 465 내지 500 nm 범위에서 피크 발광 파장을 가지며, "진청색" 구성요소는 약 400 내지 470 nm 범위에서 피크 발광 파장을 갖지만, 이들 범위는 일부 구성에 따라 달라질 수 있다. 마찬가지로, 색 변경층은 다른 색상의 광을 해당 색상에 지정된 파장을 갖는 광으로 변환하거나 변경하는 층을 지칭한다. 예를 들어, "적색" 컬러 필터는 약 580 내지 700 nm 범위에서 파장을 갖는 광을 생성하는 필터를 지칭한다. 일반적으로, 두 가지 부류의 색 변경층: 광의 원하지 않는 파장을 제거함으로써 스펙트럼을 변경하는 컬러 필터, 및 에너지가 높은 광자를 에너지가 낮은 광자로 전환하는 색 변경층이 존재한다. "색상의" 구성요소는, 활성화되거나 사용되는 경우, 앞서 기술된 특정 색상을 갖는 광을 생성하거나 방출하는 구성요소를 지칭한다. 예를 들어, "제1 색상의 제1 발광 영역" 및 "제1 색상과 상이한 제2 색상의 제2 발광 영역"은, 디바이스 내에서 활성화되는 경우, 앞서 기술된 두 가지 상이한 색상을 방출하는 2개의 발광 영역을 기술한다.
본원에 사용된 바와 같이, 발광 물질, 층, 및 영역은 동일한 또는 상이한 구조에 의해 최종적으로 방출되는 광과는 대조적인, 물질, 층 또는 영역에 의해 초기에 생성된 광에 기초하여 서로 및 다른 구조와 구별될 수 있다. 통상적으로 초기 광 생성은 광자의 방출을 유발하는 에너지 준위 변화의 결과이다. 예를 들어, 유기 발광 물질은 초기에 청색광을 생성할 수 있으며, 이는 컬러 필터, 양자점 또는 다른 구조에 의해 적색광 또는 녹색광으로 변환되어, 완전한 발광 스택 또는 서브픽셀이 적색광 또는 녹색광을 방출할 수 있다. 이러한 경우에 초기 발광 물질 또는 층은 "청색" 구성요소로 지칭될 수 있지만, 서브픽셀은 "적색" 또는 "녹색" 구성요소이다.
일부 경우에, 1931 CIE 좌표로 발광 영역, 서브픽셀, 색 변경층 등과 같은 구성요소의 색상을 기술하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 황색 발광 물질은 복수의 피크 발광 파장을 가질 수 있으며, 앞서 기술된 바와 같이 하나는 "녹색" 영역의 엣지에 또는 그 근처에 있고, 하나는 "적색" 영역의 엣지 내에 또는 그 근처에 있다. 따라서, 본원에 사용된 바와 같이, 각각의 색상 용어는 또한 1931 CIE 좌표 색상 공간의 형태에 대응한다. 1931 CIE 색상 공간의 형태는 2개의 색상점과 임의의 추가 내부점 사이의 궤적을 따라 구성된다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 및 황색에 대한 내부 형태 파라미터는 이하에 나타낸 바와 같이 정의될 수 있다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는, 미국 특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전문은 본원에 참조로 포함되어 있다.
실시양태에 따르면, 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED) 또한 제공된다. OLED는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함할 수 있다. 실시양태에 따르면, 유기 발광 디바이스는 소비자 제품, 전자 부품 모듈, 및/또는 조명 패널로부터 선택되는 하나 이상의 디바이스 내에 포함된다.
실시양태에 따르면, 디바이스는 복수의 픽셀을 갖는 풀 컬러(full-color) 유기 발광 디바이스(OLED, full-color organic light emitting device) 디스플레이를 포함할 수 있고, 각각의 픽셀은 복수의 서브픽셀을 가지며 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색 광을 방출하지 않는다. OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다.
OLED 디스플레이는 DCI-P3 색재현율(color gamut)에 있어서 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 또는 Rec2020 색재현율에 있어서 64%보다 높게 동작하도록 구성될 수 있다.
복수의 서브픽셀 중 적어도 하나에 대한 구동 전류는 100% 미만의 듀티 사이클로 펄싱될 수 있다.
복수의 서브픽셀은 적어도 하나의 청색 서브픽셀을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 청색 서브픽셀에 대한 구동 전류는 100% 미만의 듀티 사이클로 펄싱될 수 있다.
OLED 디스플레이의 서브픽셀은 제2 청색 발광층 상에 제1 청색 발광층을 포함하여 청색 탠덤 서브픽셀을 형성할 수 있다. 청색 탠덤 서브픽셀의 구동 전류는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하기 위해서 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 0.25 mA/cm2 미만일 수 있다.
OLED 디스플레이의 해상도는 400 dpi(인치당 도트수) 및/또는 500 dpi보다 높을 수 있다.
디바이스의 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역, 및/또는 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역보다 더 클 수 있다.
디바이스의 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역 및 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역의 조합보다 더 클 수 있다.
디바이스의 복수의 픽셀의 각 픽셀은 3개 이하의 서브픽셀을 가질 수 있다.
디바이스의 복수의 픽셀의 각 픽셀은 3개보다 많은 서브픽셀을 가질 수 있다.
복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함할 수 있고, 디바이스는 적색 서브픽셀 및 녹색 서브픽셀 위에만 배치된 원형 편광판을 포함할 수 있다. 컬러 필터가 청색 서브픽셀 위에 배치될 수 있다.
디바이스는 OLED 디스플레이가 온될 때에 100% 미만의 듀티 사이클로 OLED 디스플레이에 펄스 전력을 제공하는 전력 공급원을 포함할 수 있다.
디바이스는 OLED 디스플레이에 정상 상태 전력을 제공하도록 구성된 제1 글로벌 전력 공급 레일을 포함할 수 있다. 제2 글로벌 전력 공급 레일이 100% 미만의 듀티 사이클로 OLED 디스플레이에 펄스 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 제1 글로벌 전력 공급 레일은 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나에 정상 상태 전력을 제공할 수 있고, 제2 글로벌 전력 공급 레일은 복수의 서브픽셀 중 적어도 다른 하나에 펄스 전력을 제공한다.
디바이스의 OLED 디스플레이는 1x10-8 F/cm2 미만의 구동 TFT(박막 트랜지스터, thin film transistor) 게이트 커패시턴스를 포함할 수 있다. 구동 TFT의 이동도는 1 내지 10 cm2/V*s일 수 있다.
OLED 디스플레이의 소비 전력은, 풀 컬러 OLED 디스플레이의 활성 영역 외부의 구동 회로부 소비 전력을 제외하면, 1,000 니트에 있어서 D65 이상의 백색점에서 9 mW/cm2 미만일 수 있다.
디바이스의 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀은 복수의 픽셀 중 적어도 2개의 픽셀 사이에서 공유될 수 있다.
디바이스의 OLED 디스플레이의 복수의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀은 제2 청색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 청색 서브픽셀을 포함하여 청색 탠덤 서브픽셀을 형성하고, 제2 녹색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 녹색 서브픽셀을 포함하여 녹색 탠덤 서브픽셀을 형성하고, 제2 적색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 적색 서브픽셀을 포함하여 적색 탠덤 서브픽셀을 형성한다.
OLED 디스플레이의 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나의 서브픽셀은 스택 내에 N개의 발광층을 갖는 스택 배열을 포함할 수 있고, 여기서 N은 적어도 2이다.
풀 컬러 OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2 휘도로 동작하기 위해, 풀 컬러 OLED 디바이스의 전체 활성 영역에 기초하여, N개의 발광층을 갖는 스택 배열로 배치된 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 N으로 나누어진 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하도록 구성될 수 있다.
디바이스의 적어도 청색 서브픽셀은 플라즈몬 PHOLED(인광 유기 발광 디바이스, phosphorescent organic light emitting device) 청색 서브픽셀일 수 있다. 플라즈몬 PHOLED 청색 서브픽셀의 애노드는 비반사성일 수 있다.
실시양태에 따르면, 소비자 전자 디바이스는 복수의 픽셀을 갖는 풀 컬러 유기 발광 디바이스(OLED) 디스플레이를 포함할 수 있고, 각각의 픽셀은 복수의 서브픽셀을 가지며 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색광을 방출하지 않는다. OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다.
소비자 전자 디바이스는 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판이 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 개시하는 주제의 실시양태에 따른 탠덤형 적색, 청색 및 녹색 서브픽셀을 기반으로 한 OLED 디스플레이에 대한 예시적인 서브픽셀 레이아웃을 보여준다.
도 4a 내지 도 4b는 개시하는 주제의 실시양태에 따라, 도 3에 도시한 2-스택 탠덤형에서의 0.5 mA/cm2에 대응하는 1 mA/cm2에서 동작하는 단일 스택 청색 PHOLED 서브픽셀로 1,000 cd/m2에서 동작하고, D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하는, 5 ㎛ OLED 설계 규칙을 사용한 500 dpi 디스플레이에 대한 OLED 시뮬레이션 및 예시적인 설계 지침의 예시적인 결과를 보여준다.
도 5는 본원에 개시하는 같이 배향된 나노입자를 갖는 나노입자 기반 플라즈몬 아웃커플링 스킴(nanoparticle-based plasmon outcoupling scheme)을 포함하는 플라즈몬 LED 구조의 개략적 대표도를 보여준다.
도 6a는 본원에 개시하는 같이 Ag(은)막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 속도 상수 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 거리는 발광층에 최근접한 금속막의 표면으로부터 발광 물질까지의 거리이다. 점선은 방사성 속도가 비방사성 속도와 같아지는 거리를 표시하고 본원에서 정의하기로는 임계 거리 1이다.
도 6b는 본원에 개시하는 바와 같이 속도 상수가 수식 3에서 입증하는 바와 같이 예시적인 성분으로 분해되는 경우 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 속도 상수 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 거리는 발광층에 최근접한 금속막의 표면으로부터 발광 물질까지의 거리이다.
도 6c는 본원에 개시하는 바와 같이 도 5a 및 도 5b에서 속도 상수에 대해 플롯팅된 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 광자 수율 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 이 실시양태에서는 모든 비방사성 커플링이 열로서 방출되도록 강화층의 일부 또는 부근에는 아웃커플링 구조가 없다.
도 6d는 본원에 개시하는 바와 같이 도 5a 및 도 5b에서 속도 상수에 대해 플롯팅된 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 Ag막의 표면과의 거리의 함수에 따른 OLED의 온도를 보여준다. 이 실시양태에서는 모든 비방사성 커플링이 열로서 방출된 다음 OLED의 온도를 상승시키도록 강화층의 일부 또는 근처에는 아웃커플링 구조가 없다.
도 6e는 본원에 개시하는 상이한 VDR 이미터에 있어서 각도 함수에 따라 모델링된 P-편광된 광루미네선스를 보여준다. 이 예에서는, 지수 1.75의 30 nm 두께의 막이 있고 방출은 지수 1.75의 반무한 재질에서 모니터링된다. 각각의 곡선은 해당 막의 표면에 수직인 각도 0도에서 광루미네선스 강도 1로 정규화된다. 이미터의 VDR이 변함에 따라, 45도 부근의 피크가 크게 상승한다. 소프트웨어를 사용하여 실험 데이터의 VDR을 피팅할 경우, 모델링된 VDR는 모델링된 데이터와 실험 데이터 간의 차이가 최소화될 때까지 변하게 된다.
도 7은 본원에 개시하는 바와 같이 전압 가변 굴절율을 가진 유전체 재료를 사용하는 나노패치 안테나를 형성하여 발광 파장을 선택하도록 배열된 나노입자 및 강화층을 보여준다.
도 8a 내지 도 8c는 본원에 개시하는 바와 같이 강화층에 근접해 있는 하나 이상의 방출 아웃커플링층의 예를 보여준다.
도 9a 내지 도 9b는 본원에 개시하는 바와 같이 다중 스택으로 구성된 유전체 갭을 개략적으로 묘사한다. 도 9a는 일반적인 다층 구조를 도시하고; 도 9b는 두꺼운 유전체층과 얇은 나노입자 어드히전층으로 구성된 2층 갭의 특별한 경우를 도시한다.
도 10은 본원에 개시하는 바와 같이 나노물체의 재료 조성이 어떻게 금속, 유전체, 또는 이들 둘 일부 조합(하이브리드)일 수 있는지를 보여준다.
도 11a 내지 도 11f는 본원에 개시하는 바와 같이 유전체 캐핑층이 있는 경우와 없는 경우의 강화층(여기서는, 전극)에 다양한 나노구조를 갖는 예시적인 디바이스 구조를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본원에 개시하는 바와 같이 3 단위 셀로 구성된 예시적인 강화층을 보여준다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 개시하는 주제의 실시양태에 따른 탠덤형 적색, 청색 및 녹색 서브픽셀을 기반으로 한 OLED 디스플레이에 대한 예시적인 서브픽셀 레이아웃을 보여준다.
도 4a 내지 도 4b는 개시하는 주제의 실시양태에 따라, 도 3에 도시한 2-스택 탠덤형에서의 0.5 mA/cm2에 대응하는 1 mA/cm2에서 동작하는 단일 스택 청색 PHOLED 서브픽셀로 1,000 cd/m2에서 동작하고, D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하는, 5 ㎛ OLED 설계 규칙을 사용한 500 dpi 디스플레이에 대한 OLED 시뮬레이션 및 예시적인 설계 지침의 예시적인 결과를 보여준다.
도 5는 본원에 개시하는 같이 배향된 나노입자를 갖는 나노입자 기반 플라즈몬 아웃커플링 스킴(nanoparticle-based plasmon outcoupling scheme)을 포함하는 플라즈몬 LED 구조의 개략적 대표도를 보여준다.
도 6a는 본원에 개시하는 같이 Ag(은)막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 속도 상수 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 거리는 발광층에 최근접한 금속막의 표면으로부터 발광 물질까지의 거리이다. 점선은 방사성 속도가 비방사성 속도와 같아지는 거리를 표시하고 본원에서 정의하기로는 임계 거리 1이다.
도 6b는 본원에 개시하는 바와 같이 속도 상수가 수식 3에서 입증하는 바와 같이 예시적인 성분으로 분해되는 경우 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 속도 상수 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 거리는 발광층에 최근접한 금속막의 표면으로부터 발광 물질까지의 거리이다.
도 6c는 본원에 개시하는 바와 같이 도 5a 및 도 5b에서 속도 상수에 대해 플롯팅된 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 광자 수율 대 Ag막의 표면과의 거리의 묘사를 보여준다. 이 실시양태에서는 모든 비방사성 커플링이 열로서 방출되도록 강화층의 일부 또는 부근에는 아웃커플링 구조가 없다.
도 6d는 본원에 개시하는 바와 같이 도 5a 및 도 5b에서 속도 상수에 대해 플롯팅된 Ag막의 강화층을 갖는 OLED의 발광 물질의 실시양태에 있어서 Ag막의 표면과의 거리의 함수에 따른 OLED의 온도를 보여준다. 이 실시양태에서는 모든 비방사성 커플링이 열로서 방출된 다음 OLED의 온도를 상승시키도록 강화층의 일부 또는 근처에는 아웃커플링 구조가 없다.
도 6e는 본원에 개시하는 상이한 VDR 이미터에 있어서 각도 함수에 따라 모델링된 P-편광된 광루미네선스를 보여준다. 이 예에서는, 지수 1.75의 30 nm 두께의 막이 있고 방출은 지수 1.75의 반무한 재질에서 모니터링된다. 각각의 곡선은 해당 막의 표면에 수직인 각도 0도에서 광루미네선스 강도 1로 정규화된다. 이미터의 VDR이 변함에 따라, 45도 부근의 피크가 크게 상승한다. 소프트웨어를 사용하여 실험 데이터의 VDR을 피팅할 경우, 모델링된 VDR는 모델링된 데이터와 실험 데이터 간의 차이가 최소화될 때까지 변하게 된다.
도 7은 본원에 개시하는 바와 같이 전압 가변 굴절율을 가진 유전체 재료를 사용하는 나노패치 안테나를 형성하여 발광 파장을 선택하도록 배열된 나노입자 및 강화층을 보여준다.
도 8a 내지 도 8c는 본원에 개시하는 바와 같이 강화층에 근접해 있는 하나 이상의 방출 아웃커플링층의 예를 보여준다.
도 9a 내지 도 9b는 본원에 개시하는 바와 같이 다중 스택으로 구성된 유전체 갭을 개략적으로 묘사한다. 도 9a는 일반적인 다층 구조를 도시하고; 도 9b는 두꺼운 유전체층과 얇은 나노입자 어드히전층으로 구성된 2층 갭의 특별한 경우를 도시한다.
도 10은 본원에 개시하는 바와 같이 나노물체의 재료 조성이 어떻게 금속, 유전체, 또는 이들 둘 일부 조합(하이브리드)일 수 있는지를 보여준다.
도 11a 내지 도 11f는 본원에 개시하는 바와 같이 유전체 캐핑층이 있는 경우와 없는 경우의 강화층(여기서는, 전극)에 다양한 나노구조를 갖는 예시적인 디바이스 구조를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본원에 개시하는 바와 같이 3 단위 셀로 구성된 예시적인 강화층을 보여준다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자 상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메커니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메커니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 발광 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 발광 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌 [Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌 [Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 인광은 인용에 의해 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이러한 다양한 층 뿐만 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 인용에 의해 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합이 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국 특허출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 m-MTDATA가 F4-TCNQ로 도핑된 것이 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 발광 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 Bphen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터 증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 배리어층(170)은 단층 또는 다층 배리어일 수 있으며 디바이스의 다른 층을 덮거나 둘러쌀 수 있다. 배리어층(170)은 기판(110)을 둘러쌀 수도 있고/있거나 기판과 디바이스의 다른 층 사이에 배열될 수 있다. 배리어는 캡슐화제, 캡슐화층, 보호층, 또는 침투 배리어로 지칭될 수도 있으며, 통상적으로 디바이스의 다른 층을 통한 수분, 주위 공기, 및 다른 유사한 물질에 의한 침투에 대한 보호를 제공한다. 배리어층 물질 및 구조의 예는 미국 특허 제6,537,688호, 제6,597,111호, 제6,664,137호, 제6,835,950호, 제6,888,305호, 제6,888,307호, 제6,897,474호, 제7,187,119호, 및 제7,683,534호에 제공되어 있으며, 각각의 상기 특허는 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
도 2는 역구조 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역구조" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 발명의 실시양태는 다양한 다른 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 다른 물질 및 구조가 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 중합체 물질로 구성된 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
본원에 개시된 일부 실시양태에서, 도 1-2에 도시된 발광층(135) 및 발광층(220)과 같은 발광층 또는 물질은 각각 양자점을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 "발광층" 또는 "발광 물질"은, 당업자의 이해에 따라 달리 명시적으로 또는 문맥으로 나타내지 않는 한, 유기 발광 물질 및/또는 양자점 또는 등가 구조를 포함하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로 발광층은 호스트 매트릭스 내에 발광 물질을 포함한다. 이러한 발광층은 별도의 발광 물질 또는 다른 이미터에 의해 방출된 광을 변환하는 양자점 물질만을 포함할 수 있거나, 또는 별도의 발광 물질 또는 다른 이미터를 또한 포함할 수 있거나, 또는 전류 인가로부터 직접 발광할 수 있다. 마찬가지로, 색 변경층, 컬러 필터, 상향 변환 또는 하향 변환 층 또는 구조는 양자점을 함유하는 물질을 포함할 수 있지만, 그러한 층은 본원에 개시된 바와 같이 "발광층"으로 간주되지 않을 수 있다. 일반적으로, "발광층" 또는 물질은 초기 광을 방출하는 것이며, 이는 컬러 필터 또는 디바이스 내에서 초기 광을 스스로 방출하지 않는 다른 색 변경층과 같은 다른 층에 의해 변경될 수 있지만 발광층에 의해 방출된 초기 광에 기초하여 상이한 스펙트럼 함량의 변경된 광을 재방출할 수 있다. 본원에 개시하는 일부 실시양태에서, 색 변경층, 컬러 필터, 상향 변환, 및/또는 하향 변환 층은 OLED 디바이스의 전극의 상부 또는 하부와 같이 OLED 디바이스의 외부에 배치될 수 있다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국 특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 OVJD와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬기 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 엣지를 포함하는 디바이스의 임의의 기타 부분의 위에서, 또는 전극 또는 기판의 위에서, 아래에서 또는 옆에서 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물 뿐만 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 중합체 물질과 비중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동시에 증착되어야 한다. 중합체 대 비중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위일 수 있다. 중합체 및 비중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 물질과 비중합체 물질의 혼합물은 실질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
일부 실시양태에서, 애노드, 캐소드, 또는 유기 발광층 위에 배치된 새로운 층 중 적어도 하나는 강화층으로서 기능한다. 강화층은, 이미터 물질에 비방사적으로 결합하고 여기 상태 에너지를 이미터 물질로부터 비방사 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 전달하는 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 포함한다. 강화층은 유기 발광층으로부터 임계 거리 이내에 제공되며, 여기서 이미터 물질은 강화층의 존재로 인해 총 비방사성 붕괴 속도 상수와 총 방사성 붕괴 속도 상수를 가지며 임계 거리는 총 비방사성 붕괴 속도 상수가 총 방사성 붕괴 속도 상수와 동일한 곳이다. 일부 실시양태에서, OLED는 아웃커플링층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 유기 발광층의 반대측의 강화층 위에 배치된다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 강화층으로부터 발광층의 반대측에 배치되지만 여전히 강화층의 표면 플라즈몬 모드로부터 에너지를 아웃커플링한다. 아웃커플링층은 표면 플라즈몬 폴라리톤으로부터의 에너지를 산란시킨다. 일부 실시양태에서 이 에너지는 광자로서 자유 공간에 산란된다. 다른 실시양태에서, 에너지는 표면 플라즈몬 모드로부터 비제한적으로 유기 도파 모드, 기판 모드, 또는 다른 도파 모드와 같은 디바이스의 다른 모드로 산란된다. 에너지가 OLED의 비자유 공간 모드로 산란되는 경우, 다른 아웃커플링 스킴을 통합하여 해당 에너지를 자유 공간으로 추출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 강화층과 아웃커플링층 사이에 하나 이상의 개재층이 배치될 수 있다. 개재층(들)의 예는 유기, 무기, 페로브스카이트, 산화물을 포함한 유전체 재료일 수 있고, 이들 재료의 스택 및/또는 혼합물을 포함할 수 있다.
강화층은 이미터 물질이 존재하는 매체의 유효 특성을 변경하여, 하기 중 어느 것 또는 모두를 유도한다: 발광 속도 저하, 발광 라인 형상의 변경, 각도에 따른 발광 강도 변화, 이미터 물질의 안정성 변화, OLED의 효율 변화, 및 OLED 디바이스의 감소된 효율 롤-오프. 캐소드측, 애노드측, 또는 양측 모두에 강화층을 배치하면 앞서 언급한 효과 중 어느 것을 이용하는 OLED 디바이스가 생성된다. 본원에서 언급되고 도면에 도시된 각종 OLED 예에서 설명된 특정 기능성 층 외에도, 본 개시내용에 따른 OLED는 OLED에서 흔히 마련되는 임의의 다른 기능성 층을 포함할 수 있다.
강화층은 플라즈몬 물질, 광학 활성 메타물질, 또는 하이퍼볼릭 메타물질로 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 플라즈몬 물질은 전자기 스펙트럼의 가시 광선 또는 자외선 영역에서 유전 상수의 실수부가 0과 교차하는 물질이다. 일부 실시양태에서, 플라즈몬 물질은 적어도 하나의 금속을 포함한다. 이러한 실시양태에서 금속은 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 이들 재료의 합금 또는 혼합물, 및 이들 재료의 스택 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 메타물질은, 상이한 물질로 구성된 매체로서, 매체 전체가 그 물질 부분의 합과는 상이하게 작용하는 매체이다. 특히, 본 출원인은 광학 활성 메타물질을 음의 유전율과 음의 투과율을 모두 가진 물질로서 정의한다. 한편, 하이퍼볼릭 메타물질은 유전율 또는 투과율이 다른 공간 방향에 대해 다른 부호를 갖는 이방성 매체이다. 광학 활성 메타물질 및 하이퍼볼릭 메타물질은 매체가 빛의 파장 길이 규모에서 전파 방향으로 균일하게 나타나야 한다는 점에서 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector, "DBR")과 같은 다른 많은 포토닉 구조와 엄격하게 구분된다. 당업자가 이해할 수 있는 용어를 사용하여: 전파 방향에서 메타물질의 유전 상수는 유효 매체 근사치로 설명될 수 있다. 플라즈몬 물질과 메타물질은 다양한 방식으로 OLED 성능을 향상시킬 수 있는 빛의 전파를 제어하는 방법을 제공한다.
일부 실시양태에서, 강화층은 평면층으로서 제공된다. 다른 실시양태에서, 강화층은, 주기적으로, 준주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 사이즈의 피처, 또는 주기적으로, 준주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 서브파장 사이즈의 피처를 갖는다. 일부 실시양태에서, 파장 사이즈의 피처 및 서브파장 사이즈의 피처는 샤프한 엣지를 갖는다.
일부 실시양태에서, 아웃커플링층은, 주기적으로, 준주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 파장 사이즈의 피처, 또는 주기적으로, 준주기적으로, 또는 무작위로 배열되는 서브파장 사이즈의 피처를 갖는다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은 복수의 나노입자로 구성될 수 있으며 다른 실시양태에서 아웃커플링층은 재료 위에 배치된 복수의 나노입자로 구성된다. 이들 실시양태에서 아웃커플링은 복수의 나노입자의 사이즈를 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 형상을 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 재료를 변화시키는 것, 상기 재료의 두께를 조정하는 것, 복수의 나노입자 상에 배치된 상기 재료 또는 추가 층의 굴절률을 변화시키는 것, 강화층의 두께를 변화시키는 것, 및/또는 강화층의 재료를 변화시키는 것 중 적어도 하나에 의해 조정 가능할 수 있다. 디바이스의 복수의 나노입자는 금속, 유전체 재료, 반도체 재료, 금속의 합금, 유전체 재료의 혼합물, 하나 이상의 재료의 스택 또는 층, 및/또는 1종의 재료의 코어로서, 상이한 종류의 재료의 쉘로 코팅된 코어 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 아웃커플링층은, 금속이 Ag, Al, Au, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ru, Pd, In, Bi, Ca, 이들 재료의 합금 또는 혼합물, 및 이들 재료의 스택으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속 나노입자로 구성된다. 복수의 나노입자는 그 위에 배치되는 추가 층을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 발광의 편광은 아웃커플링층을 사용하여 조정될 수 있다. 아웃커플링층의 차원수 및 주기성을 변화시킴으로써 공기에 우선적으로 아웃커플링되는 편광의 유형을 선택할 수 있다. 일부 실시양태에서 아웃커플링층은 또한 디바이스의 전극으로서 작용한다.
형광 OLED의 내부 양자 효율(IQE)은 지연 형광을 통해 25% 스핀 통계 한계를 초과할 수 있다고 여겨진다. 본원에 사용된 바와 같이, 두 가지 유형의 지연 형광, 즉 P형 지연 형광 및 E형 지연 형광이 존재한다. P형 지연 형광은 삼중항-삼중항 소멸(TTA)로부터 생성된다.
반면, E형 지연 형광은 두 삼중항의 충돌에 의존하지 않지만, 삼중항 상태와 단일항 여기 상태 사이의 열 집단(thermal population)에 의존한다. E형 지연 형광을 생성할 수 있는 화합물은 매우 작은 단일항-삼중항 갭을 가져야 한다. 열에너지는 삼중항 상태에서 단일항 상태로의 전이를 활성화시킬 수 있다. 이러한 유형의 지연 형광은 열 활성화 지연 형광(TADF)으로도 알려져 있다. TADF의 뚜렷한 특징은 온도가 상승하면 열에너지의 증가로 인해 지연 성분이 증가한다는 것이다. 역 시스템간 교차 속도가 삼중항 상태에서 비방사 붕괴를 최소화할 만큼 충분히 빠른 경우, 다시 채워진(back populated) 단일항 여기 상태의 분율은 잠재적으로 75%에 도달할 수 있다. 총 단일항 분율은 100%일 수 있으며, 이는 전기적으로 생성된 엑시톤에 대한 스핀 통계 한계를 훨씬 초과하는 것이다.
E형 지연 형광 특성은 엑시플렉스 시스템 또는 단일 화합물에서 찾을 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, E형 지연 형광은 발광 물질이 작은 단일항-삼중항 에너지 갭(ΔES-T)을 가지는 것을 필요로 한다고 여겨진다. 유기, 비금속 함유 도너-억셉터 발광 물질은 이를 달성할 수 있다. 이러한 물질에서의 발광은 보통 도너-억셉터 전하 이동(CT) 유형 발광으로 특징지어진다. 이러한 도너-억셉터 유형 화합물에서 HOMO 및 LUMO의 공간적 분리는 보통 작은 ΔES-T를 유도한다. 이러한 상태는 CT 상태를 포함할 수 있다. 많은 경우에, 도너-억셉터 발광 물질은 아미노 또는 카르바졸 유도체와 같은 전자 도너 모이어티와 N 함유 6원 방향족 고리와 같은 전자 억셉터 모이어티를 연결함으로써 구성된다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 장치 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. OLED 내 유기층에 본 개시내용의 화합물을 포함하는 OLED를 포함하는 소비자 제품이 개시된다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 몇몇 예로는 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판이 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메커니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED 이외의 디바이스에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 디바이스, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 디바이스, 예컨대 유기 트랜지스터는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, OLED는 플렉시블, 롤러블, 폴더블, 스트레처블 및 곡면 특성으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 투명 또는 반투명하다. 일부 실시양태에서, OLED는 탄소 나노튜브를 포함하는 층을 더 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 지연 형광 이미터를 포함하는 층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 RGB 픽셀 배열, 또는 화이트 플러스 컬러 필터 픽셀 배열을 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 모바일 디바이스, 핸드 헬드 디바이스, 또는 웨어러블 디바이스이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 미만이거나 면적이 50 제곱인치 미만인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 이상이거나 면적이 50 제곱인치 이상인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 조명 패널이다.
발광 영역의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 더 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물은 발광 도펀트일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(E형 지연 형광으로도 지칭됨), 삼중항-삼중항 소멸 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 생성할 수 있다.
본원에 개시된 OLED는 소비자 제품, 전자 부품 모듈 및 조명 패널 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 유기층은 발광층일 수 있고, 상기 화합물은 일부 실시양태에서 발광 도펀트일 수 있고, 한편 상기 화합물은 다른 실시양태에서 비발광 도펀트일 수 있다.
유기층은 호스트를 포함할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 2개 이상의 호스트가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 사용되는 호스트는 전하 수송에서 거의 역할을 하지 않는 a) 양극성, b) 전자 수송, c) 정공 수송 또는 d) 넓은 밴드 갭 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 호스트는 무기 화합물일 수 있다.
기타 물질과의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 디바이스에 존재하는 매우 다양한 기타 물질과의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 매우 다양한 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타 층과 결합되어 사용될 수 있다. 이하에 기재되거나 언급된 물질은 본원에 개시된 화합물과의 조합에 유용할 수 있는 물질의 비제한적인 예시이며, 당업자는 조합에 유용할 수 있는 기타 물질을 식별하기 위해 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
본원에 개시된 다양한 발광층 및 비발광층 및 배열을 위해 다양한 물질이 사용될 수 있다. 적합한 물질의 예는 미국 특허 출원 공개공보 제2017/0229663호에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고로 포함된다.
전도성 도펀트:
전하 수송층은 전도성 도펀트로 도핑되어 이의 전하 캐리어 밀도를 실질적으로 변화시킬 수 있고, 이는 결과적으로 이의 전도성을 변화시킬 것이다. 전도성은 매트릭스 물질에서 전하 캐리어를 생성시킴으로써 증가되며, 도펀트의 유형에 따라, 반도체의 페르미 준위에서의 변화가 달성될 수도 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트로 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에 사용된다.
HIL/HTL:
본 발명에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 제한되지 않으며, 화합물이 통상적으로 정공 주입/수송 물질로 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다.
EBL:
전자 차단층(EBL)은 발광층을 떠나는 전자 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 보다 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 한 양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
호스트:
본 발명의 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예는 특별히 제한되지 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 삼중항 에너지보다 더 크기만 하다면 사용될 수 있다. 삼중항 기준을 충족하는 한, 임의의 호스트 물질은 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층을 떠나는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 고유하거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키는 데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특별히 제한되지는 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 이들이 통상적으로 전자를 수송하는 데 사용되는 한 사용될 수 있다.
전하 생성층(CGL)
탠덤형(tandem) 또는 적층형 OLED에서, CGL은 성능 면에서 필수적인 역할을 수행하며, 이는 각각 전자와 정공을 주입하기 위한 n-도핑된 층 및 p-도핑된 층으로 구성된다. 전자와 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소모된 전자와 정공은 각각 캐소드와 애노드로부터 주입된 전자와 정공에 의해 다시 채워지며; 그 후, 바이폴라 전류는 점차적으로 정상 상태에 도달한다. 통상의 CGL 물질은 수송층에서 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
여기된 상태 에너지를 인근의 강화층의 표면 플라즈몬(SP) 모드에 결합하도록 설계된 발광 디바이스(LED)는 붕괴 속도 강화를 활용하여 디바이스 안정성 향상을 실현한다. 이러한 디바이스는 "플라즈몬" 디바이스 LED, OLED 등으로 지칭될 수 있다. 비교적 높은 디바이스 효율을 유지하려면, 유기든 무기든 플라즈몬 LED는 플라즈몬 에너지를 디바이스 외부로 추출된 광자로 변환하기 위해 나노입자 기반의 아웃커플링 스킴을 포함할 수 있다. 이 아웃커플링 구조는 유전체 재료층이 상단부에 배치된 다음에 나노입자로 코팅되는 평면 금속을 포함한 나노패치 안테나(NPA, nanopatch antenna)라고 칭해질 수 있다. 플라즈몬 LED는 재결합 존 또는 발광층이 강화층의 임계 거리 내에 배치되는 것을 필요로 한다. 임계 거리는 총 비방사성 붕괴 속도 상수가 총 방사성 붕괴 속도 상수와 같아지는 거리라고 정의하기로 하며, 이와 관련해서는 미국 특허 제9,960,386호 및 제10,403,854호에서 보다 상세하게 설명하고 있으며, 각각의 상기 특허는 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 나노패치 안테나 구조의 예는 미국 특허 제11,139,442호 및 미국 특허 공개공보 제2021/0265584호 및 제2021/0249633호에 더욱 상세하게 개시되며, 이들 각각의 특허문헌의 개시내용은 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
도 5에 개략적으로 도시하는 플라즈몬 OLED 구조에서, 나노입자 기반 아웃커플링 스킴은 통상 박막의 금속(캐소드라고도 함)이지만 이에 제한되지 않는 강화층, 나노입자를 강화층으로부터 소정 거리 이격시키는 유전체 "갭"층, 및 갭층 위에 자체 배치된 나노입자로 구성된다. 형상이 비대칭인 나노입자의 경우에는, 플라즈몬 아웃커플링 효율의 향상, 디바이스의 방사(방출) 패턴의 설계, 디바이스의 스펙트럼의 변경, 그리고 디바이스 안정성의 개선을 포함하나, 이들에 한정되지 않는 소정의 효과를 달성하기 위해 나노입자가 우선적으로 정렬될 수 있다.
개시하는 주제의 실시양태는 500 dpi의 고해상도 디스플레이에 대해서도 저소비전력 및 장수명을 제공할 수 있는 신규한 OLED 디스플레이를 제공한다. OLED 디스플레이의 청색 서브픽셀을 구동하기 위한 전류 밀도를 줄이면 고효율 청색 OLED 발광층 시스템, 특히 인광 청색 시스템을 사용하는 가전 및 기타 적용예에, 긴 동작 디바이스 수명을 제공할 수 있다.
개시하는 주제의 실시양태는 OLED 전면판 설계 및 OLED 전면판을 구동하기 위한 TFT(박막 트랜지스터) 후면판에 대한 고려사항을 포함할 수 있다. 개시하는 주제의 실시양태는 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하면서 적어도 1,000 cd/m2 풀(full) D65 백색점 동작을 달성할 수 있는 고성능 OLED 디스플레이를 제공할 수 있다. 이러한 배열은 고효율에서 긴 동작 디스플레이 수명을 제공할 수 있다.
현재의 고해상도 OLED 디스플레이는 종종 주간의 시인성(daylight readability)을 달성하기 위해 비교적 높은 픽셀 구동 전류를 필요로 한다. 저비용 생산은 대면적 기판에 OLED 디스플레이를 제조하는 것에 의한 스케일의 경제성에 의존하기 때문에, 정렬 및 가공의 공차가 증대하게 된다. 두 경향 모두 OLED 디스플레이 서브픽셀의 개구율을 감소시켜 더 높은 구동 전류와 더 낮은 동작 수명을 초래할 수 있다.
OLED 디스플레이 제조의 최근 추세를 이용하여 청색 서브픽셀에 대한 구동 전류를 현저하게 감소시킬 수 있고, 따라서 인광 청색 발광층 시스템이 제공하는 고효율을 활용할 수 있다. 이러한 시스템에서, 컬러 필터가 서브픽셀 위에 배치되어 편광판의 필요를 없앨 수 있다. 이것은 디스플레이 효율을 향상시키고 디스플레이의 소비 전력을 낮출 수 있다. 또한 이러한 배열에 의해 OLED 구동 전류를 감소시켜 휘도 레벨을 달성할 수 있다. 일반적으로 OLED 구동 전류가 낮을수록 디스플레이의 동작 수명이 늘어날 수 있다. 인광 청색 발광층 시스템에서는, 탠덤형 구조(예컨대, 도 3에 도시한 바와 같은 스택형 서브픽셀)가 OLED 디스플레이에 사용될 수 있고, 대면적 기판 위에 RGB(적색, 녹색, 청색)를 나란히 패터닝할 수 있다. 이러한 시스템은 IT(정보 기술) 및/또는 모바일 제품 적용예에 사용될 수 있다. 개시하는 주제의 실시양태는, 1,000 cd/m2에서 동작하는 500 dpi 해상도의 OLED 디스플레이가, 긴 동작 수명을 제공할 수 있는 0.5 mA/cd/m2 미만의 청색 서브픽셀 구동 전류를 가질 수 있는 설계 지침(예컨대 도 4a 내지 도 4b에 도시함)을 제공한다. 실시양태는 또한 이러한 매우 낮은 구동 전류에 기초하여 그레이 스케일 디스플레이 동작을 제공하는 방법에 대한 후면판 설계 지침도 제공할 수 있다.
본원에 개시하는 바와 같이, 설계 지침(예컨대, 도 4a 내지 도 4b에 도시함)은 청색 단일층 PHOLED(인광 유기 발광 디바이스)의 수명을 늘리기 위해 1 mA/cm2 미만의 전류를 또는 청색 2층 탠덤형 PHOLED의 수명을 늘리기 위해 0.5 mA/cm2 미만의 전류를 포함할 수 있다. 디스플레이 밝기는 1,000 니트보다 클 수 있고, 그래서 디스플레이는 주간 시인성을 확보할 수 있다. 디바이스의 효율은 9 mW/m2 미만일 수 있고, 픽셀은 1,000 cd/m2에서 온될 수 있다. 설계 지침은 인광 청색 디바이스와 같은 OLED 디스플레이의 최근 기술 동향, 원형 편광판을 제거하고 컬러 필터로 교체할 수 있는 특성, 탠덤형 디바이스 구조(예컨대, 도 3에 도시함) 채택 등을 활용한다.
디바이스는 DCIP3 이상의 색재현율을 달성할 수 있다.
개시하는 주제의 실시양태는 SBS(side-by-side) 설계, 상부 방출을 사용할 수 있고/있거나 대면적 디바이스에서도 가능할 수 있다. 개시하는 주제의 디바이스는 60% 초과의 서브픽셀 필 팩터(fill-factor)를 가질 수 있다.
일 실시양태에서, 픽셀당 청색 발광 면적은 녹색 서브픽셀 영역이나 적색 서브픽셀 면적 이상일 수도 있고, 녹색 서브픽셀 및 적색 서브픽셀 방출 면적의 합 이상일 수도 있다.
개시하는 주제의 실시양태는 IT 적용예 및 8세대(그리고 그 이상의) 기판에 대한 대면적 설계 규칙에 사용될 수 있다. 개시하는 주제의 실시양태는 5 ㎛ 설계 지침을 사용할 수 있으며, 여기서 500 dpi는 50 ㎛ 픽셀과 같을 수 있다.
같은 면적의 서브픽셀은 50 ㎛ x 17 ㎛일 수 있다. 5 ㎛ 패터닝 정렬이 있는 경우 각 서브픽셀의 활성 영역은 45 ㎛ x 12 ㎛일 수 있으며 이는 63%일 수 있다. 일부 실시양태에서, 50%의 청색 영역, 25%의 적색 영역, 및 25%의 녹색 영역은 54%의 적색 및 54%의 녹색과 함께 72%의 청색 필 팩터를 제공할 수 있다.
개시하는 주제의 일부 실시양태에서는, 원형 편광판이 적색 및 녹색 서브픽셀 위에만 배치될 수 있다. 이러한 배열은 원형 편광판을 통한 낮은 광 투과를 허용하기 위해 청색 OLED 구동 전류를 증가시킬 필요가 없기 때문에, 낮은 디스플레이 반사율 및 긴 청색 동작 수명의 양립이 가능할 수 있다. 예를 들어, IJP(ink-jet printed, 잉크젯 프린트) 폴리머계 편광판을 사용할 수 있다. 적색 및/또는 녹색 서브픽셀은 편광판과 동시에 프린트될 수 있으므로 픽셀당 하나의 IJP 통과만 있을 수 있다. 리소그래피를 사용하여 원형 편광판을 패터닝할 수 있다. 일부 실시양태에서는 편광판을 사용하지 않는다.
서브픽셀 전압 고려사항과 관련하여, 편광판이 없는 청색 서브픽셀은 편광판을 가질 수 있는 적색 및 녹색 서브픽셀과 유사한 전압을 가질 수 있다.
매우 낮은 구동 전류에 대한 후면판 고려 사항과 관련하여, 구동 전류가 1 mA/cm2 미만으로 감소하면 그레이 레벨 제어에 문제가 있을 수 있다. 0.5 mA/cm2 구동 전류 및 500 dpi 디스플레이의 경우 전체 밝기에 있어서 서브픽셀 전류는 10 nA만큼 낮을 수 있다. 예를 들어, 100 그레이 레벨을 달성하려면 구동 전류 제어 및 100 pA의 정확도가 필요하다. 이것은 더 높은 구동 전류가 사용될 수 있는 박막 트랜지스터 후면판 기술로는 달성하기 어려울 수 있다. 일 실시양태에서는 PWM(펄스 폭 변조)이 채택될 수 있다. 아날로그 제어와 PWM의 조합을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널이 240 Hz에서 동작하여 60 Hz 전체 동작에 대해 네(4) 레벨의 디지털 그레이 스케일을 가질 수 있다. 서브픽셀 구동 회로는 예를 들어 25% 증분의 배수로 프레임 시간의 일부 동안 데이터 전압을 통해 턴오프될 수 있다.
그레이 레벨 제어를 다루는 다른 실시양태에서, OLED 전력 공급은 디스플레이가 프레임 시간의 50%, 25%, 등의 기간에만 통전되도록 디스플레이에 대해 전역으로 펄싱될 수 있다. 펄싱은 픽셀 전류 및/또는 휘도가 펄싱의 "온" 시간 동안 더 높을 수 있도록(예컨대, 2배 더 높거나 4배 더 높을 수 있도록) 제어될 수 있다. 이에 더 높은 OLED 전압을 제공할 수 있지만, 최소 구동 전류 및 구동 전류 정확도를 증가시킴으로써 그레이 스케일 제어를 향상시킬 수도 있다. PHOLED는 효율 대 전류의 '롤오프'로 인해 통상 더 높은 구동 전류에서 더 낮은 효율을 갖는다. 이것은 OLED에 대해 2개의 전력 공급 레일을 구비함으로써 해결될 수 있다. 하나의 전력 공급 레일은 적색 및 녹색 서브픽셀에 대한 정상 상태 레일일 수 있고, 제2 전력 공급 레일은 청색 서브픽셀에 대해 펄싱된다. 정상 상태 전력 공급 레일과 펄스 전력 공급 레일은 낮은 그레이 레벨에서 OLED 전류를 증가시켜야 하는 필요성에 의해 결정되는, 펄스 전력 대 정상 상태 전력 공급을 필요로 하는 컬러에 대해 일반화될 수 있다.
그레이 레벨 제어를 다루는 또 다른 실시양태에서는, W/L(폭/길이 비율)이 1 미만이 되게 하기 위해 소형 구동 TFT를 사용할 수 있다. 프린징 필드(fringing field)가 이 접근법을 제한할 수도 있다.
그레이 레벨 제어를 다루는 다른 실시양태에서, 1 < u < 10 cm2/Vs가 되는 이동도 u와 함께 구동 TFT를 사용할 수 있다. 선택되는 이동도는 너무 낮으면 고전압이 될 수 있으므로 너무 낮지 않는 것이 좋다. 선택되는 이동도는 너무 높으면 그레이 스케일 제어가 어려울 수 있으므로 너무 높지 않는 것이 좋다.
또 다른 실시양태에서, 구동 TFT 게이트 커패시턴스가 감소할 수 있다. 통상적으로 높은 게이트 커패시턴스는 게이트 전압을 낮출 수 있다. 그레이 스케일의 더 용이한 제어를 위해 더 두꺼운 유전체 또는 더 낮은 유전 상수를 사용하여 게이트 전압을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 게이트 커패시턴스는 1E-8 F/cm2 미만일 수 있다. 통상, 게이트 전압을 낮추기 위해 더 높은 게이트 커패시턴스가 선호된다.
개시하는 주제의 실시양태는 복수의 픽셀을 갖는 풀 컬러 유기 발광 디바이스(OLED) 디스플레이를 구비한 장치를 제공할 수 있다. 각 픽셀은 복수의 서브픽셀을 가질 수 있고, 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색광을 방출하지 않을 수 있다. 통상적으로, 백색광을 방출하는 백색 서브픽셀은 RGB(적색, 녹색, 청색) 배열과 동등한 이미터의 조합을 가질 수 있거나 BY(청색 및 황색) 서브픽셀 배열을 사용할 수 있다. 즉, 개시하는 주제의 실시양태는 풀 컬러 OLED 디스플레이를 갖지만 백색 서브픽셀은 갖지 않는다. OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 각 픽셀에서 광을 방출하는 영역의 면적을 포함하는 것을 기반으로 한 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다. OLED 디스플레이의 전체 활성 영역은 발광이 제어될 수 있는 영역일 수 있다. 일부 실시양태에서, OLED 디스플레이는 DCI-P3 색재현율에 있어서 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로, 또는 Rec2020 색재현율에 있어서 64%보다 높게 동작하도록 구성될 수 있다. OLED 디스플레이의 해상도는 400 dpi(인치당 도트수) 및/또는 500 dpi보다 클 수 있다.
풀 컬러 OLED 디스플레이의 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나에 제공되는 구동 전류는 100% 미만의 듀티 사이클로 펄싱될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복수의 서브픽셀은 적어도 하나의 청색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 청색 서브픽셀에 대한 구동 전류는 100% 미만의 듀티 사이클로 펄싱될 수 있다.
OLED 디스플레이의 서브픽셀은 제2 청색 발광층 상에 제1 청색 발광층을 포함하여, 도 3에 도시하는 바와 같은 청색 탠덤 서브픽셀을 형성할 수 있다. 청색 탠덤 서브픽셀의 구동 전류는 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 0.25 mA/cm2 미만일 수 있다. 도 3은 제1 적색 발광층이 제2 적색 발광층 상에 배치되어 적색 탠덤 서브픽셀을 형성할 수 있는 것과 제1 녹색 발광층이 제2 녹색 발광층 상에 배치되어 녹색 탠덤 서브픽셀을 형성할 수 있는 것을 보여준다.
디바이스의 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역, 및/또는 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역보다 클 수 있다. 일부 실시양태에서, 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역, 및 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역보다 클 수 있다.
일부 실시양태에서, 풀 컬러 OLED 디바이스의 복수의 픽셀의 각 픽셀은 3개 이하의 서브픽셀을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열의 서브픽셀은 적색, 녹색, 및 청색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스의 복수의 픽셀의 각 픽셀은 3개보다 많은 서브픽셀을 가질 수 있다. 이 배열에서, 서브픽셀은 적색, 녹색, 및 청색 서브픽셀을 포함할 수 있고, 담청색(light blue) 서브픽셀, 황색 서브픽셀, 2개의 청색 서브픽셀, 등을 포함할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스는 적색 서브픽셀 및 녹색 서브픽셀 위에만 원형 편광판을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 청색 서브픽셀 위에는 편광판이 배치되지 않는다. 일부 실시양태에는 원형 필터가 청색 서브픽셀 위에 배치될 수도 있다.
OLED 디스플레이의 소비 전력은, 풀 컬러 OLED 디스플레이의 활성 영역 외부의 구동 회로부 전력 소비를 제외하면, 1,000 니트에 있어서 D65 이상의 백색점에서 9 mW/cm2 미만일 수 있다. 일부 실시양태에서, 디바이스는 OLED 디스플레이가 온될 때에 100% 미만의 듀티 사이클로 OLED 디스플레이에 펄스 전력을 제공하는 전력 공급원을 포함할 수 있다. 펄스 전력은 풀 컬러 OLED 디스플레이의 서브픽셀 휘도를 높이는 데에 사용될 수 있다.
디바이스는 OLED 디스플레이에 정상 상태 전력을 제공하도록 구성된 제1 글로벌 전력 공급 레일을 포함할 수 있다. 제2 글로벌 전력 공급 레일이 100% 미만의 듀티 사이클로 OLED 디스플레이 펄스 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 듀티 사이클은 그레이 스케일 제어를 위해 서브픽셀 전류를 증가시키도록 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 글로벌 전력 공급 레일은 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나에 정상 상태 전력을 제공할 수 있고, 제2 글로벌 전력 공급 레일은 복수의 서브픽셀 중 적어도 다른 하나에 펄스 전력을 제공한다.
일부 실시양태에서, 디바이스의 OLED 디스플레이는 1x10-8 F/cm2 미만의 구동 TFT(박막 트랜지스터) 게이트 커패시턴스를 포함할 수 있다. 구동 TFT의 이동도는 1 내지 10 cm2/V*s일 수 있다.
디바이스의 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀은 복수의 픽셀 중 적어도 2개의 픽셀 사이에서 공유될 수 있다. 도 3에 도시하는 바와 같은 일부 실시양태에서, 디바이스의 OLED 디스플레이의 복수의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀은 제2 청색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 청색 서브픽셀을 포함하여 청색 탠덤 서브픽셀을 형성하고, 제2 녹색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 녹색 서브픽셀을 포함하여 녹색 탠덤 서브픽셀을 형성하고, 제2 적색 서브픽셀 상에 배치되는 제1 적색 서브픽셀을 포함하여 적색 탠덤 서브픽셀을 형성한다. 즉, OLED 디스플레이의 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나의 서브픽셀은 스택 내에 N개의 발광층을 갖는 스택 배열을 포함할 수 있고, 여기서 N은 적어도 2이다. 풀 컬러 OLED 디스플레이는 1,000 니트에 있어서 D65 이상의 백색점에서 풀 컬러 OLED 디바이스의 전체 활성 영역에 기초하여, N개의 발광층을 갖는 스택 배열로 배치된 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 N으로 나누어진 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하도록 구성될 수 있다.
디바이스의 적어도 청색 서브픽셀은 플라즈몬 PHOLED(인광 유기 발광 디바이스, phosphorescent organic light emitting device) 청색 서브픽셀일 수 있다. 플라즈몬 PHOLED 청색 서브픽셀의 애노드는 비반사성일 수 있다. 애노드는 그 반사율이 40% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 등일 때 비반사성일 수 있다.
본원에 개시하는 실시양태는 전술한 바와 같이 강화층과 함께 사용될 수 있고, 이러한 강화층과 관련하여 나노입자 배열을 설명할 수 있다. 강화층 부근에 금속성 재료 또는 다른 플라즈몬 활성 재료를 포함할 수 있는 발광 물질을 배치하면 강화층 유전체 계면에서 표면 플라즈몬 극성과의 상호작용이 증가한다. 강화층의 비방사 모드가 광 이미터를 ??칭하도록 디바이스가 설계된다. 이어서 아웃커플링층을 사용하여 강화층의 플라즈몬 모드에서 에너지를 산란시킴으로써 자유 공간에 광이 생성된다. 강화층은 형광, 지연 형광, 및 인광 발광 물질에 비방사성으로 결합되지만, 특히 방사성 붕괴 속도 상수가 작기 때문에 인광 광 이미터에 유용하다. 강화층 표면 플라즈몬 폴라리톤으로의 공명 에너지 전달을 통한 발광 물질의 급속한 탈여기로 OLED의 안정성이 증가할 것으로 기대된다.
강화층이 은(Ag) 박막인 예시적인 실시양태를 고려할 수 있다. 이 은 박막은 표면 플라즈몬 모드를 갖는다. 발광 물질은 또한 은 박막에 근접해 있을 수 있다. 간략하게 말하면, 발광 물질은 단일 방출 재료로 간주될 수 있지만, 다양한 실시양태에서 발광 물질은 높은 부피 분율의 발광 물질로 도핑된 재료층, 순수한 발광 물질층, 호스트에 도핑된 발광 물질, 다중 발광 물질을 갖는 발광층, 엑시플렉스 또는 엑시머와 같은 두 물질 사이에 형성된 상태로부터 발광이 유래하는 발광층일 수 있으나 이들에 한정되지는 않는다.
OLED에서 발광 물질의 중요한 측면은 광루미네선스 양자 수율(PLQY, photo luminescent quantum yield)이라고도 하는 광자 수율(photon yield)이다. 광자 수율은 다음과 같이 기술할 수 있다.
여기서 
는 모든 방사성 과정의 합이고, 
는 모든 비방사성 과정의 합이다. 진공 중의 격리된 이미터의 경우, 분자의 방사성 및 비방사성 속도인, k0 rad 및 k0 non-rad를 유일한 방사성 및 비방사성 과정으로 정의할 수 있다 격리된 분자의 경우, 광자의 수율은 다음과 같다.
발광 물질을 Ag막에 근접하게 하면, 방사성 속도 및 비방사성 속도 둘 다는 이미터가 배치된 유전체 매질과 금속 사이의 계면과의 이미터의 거리에 크게 의존하기 때문에, 수정될 수 있다. 그런 다음 
및 
의 항을 추가하여 식 (1)을 식 (3)로 다시 계산할 수 있고, 이기서 
는 Ag막의 존재에서 기인한 방사성 속도이고, 
는 Ag막의 존재에서 기인한 비방사성 속도이다.
이것은 Ag막의 표면과의 거리의 함수에 따른 이미터에 대한 총 방사성 및 비방사성 속도를 보여주는 도 6a에 도시되어 있다. 거리는 발광층에 최근접한 금속막의 표면으로부터 발광 물질까지의 거리이다. 점선은 방사성 속도가 비방사성 속도와 같아지는 거리를 표시하고 임계 거리이다. 이 임계 거리에서 광자 수율은 50%이다. 또한, 이러한 속도의 기본 분석은 통상의 OLED 디바이스에서 발광층이 플라즈몬 활성 재료로부터 멀리 떨어진 곳에 배치되는 이유를 보여준다. 발광층이 금속층에 너무 가까우면 에너지가 비방사성으로 컨택(들)의 플라즈몬 모드에 결합되고 디바이스의 효율이 감소한다. 본 발명에서는, Ag 박막의 비방사 모드에서 손실될 에너지를, 아웃커플링층을 활용하여 디바이스 외부의 광자로서 추출한다. 따라서, 본 발명에서는 강화층의 표면 플라즈몬 모드에 결합된 에너지를 회수하고, Ag막의 표면 플라즈몬 모드에 대한 비방사성 결합의 양을 강화하는 것이 유해하지 않고 유익하다.
본 발명의 강화층 디바이스의 효율을 최대화하는 방법을 이해하기 위해, 플라즈몬 방사성 및 비방사성 속도에 있어서 거리에 대한 상대적 의존성에 대해 몇가지 가정을 활용하고 도 6a로부터의 속도 상수를, 도 6b에 도시하고 수식 3에 기술하는 바와 같은 성분 속도로 분해하기로 한다.
도 6b에는 이미터의 고유 방사성 속도(실선)와 함께, 이미터가 Ag 박막에 근접한 것에서 기인한, 수식 3에서 
인 방사성 속도 상수(이중선)가 플로팅된다. 이미터의 고유 방사성 붕괴 속도는 Ag막으로부터의 거리, d에 의존하지 않는다. 그러나 
는 Ag막으로부터의 거리에 의존하며, 여기서 1/d3 의존성을 갖는 것으로 한다. 이것은 예시일 뿐이며 거리에 대한 실제 의존성은 예컨대 d가 7 nm 미만인 경우 또는 d가 발광 파장을 굴절률의 2배로 나눈 오더(order)인 경우에는 더 복잡한 함수일 수 있다. 방사성 속도와 마찬가지로, 이미터의 진공에서의 비방사성 속도는 Ag막으로부터의 거리의 함수가 아니다. 그러나, Ag막의 존재로 인한 비방사성 속도, 
는 Ag막으로부터의 거리에 의존하며, 
보다 더 큰, 즉 1/d6의 거리 의존성을 갖는다.
금속막으로부터의 거리에 대한 상이한 의존성은 표면 플라즈몬과의 상호작용으로 인한 방사성 속도 상수가 가장 큰 속도 상수가 되는 거리 범위를 유도한다. 이들 거리에 있어서 광자 수율은 도 6c에 도시하는 바와 같이 금속 표면으로부터 원거리로 격리된 분자의 광자 수율보다 증가한다. 이들 거리에서는 발광 물질의 방출 속도도 가속화된다. 이 지점에서 d가 감소함에 따라 이미터는 Ag막의 표면 플라즈몬 모드로의 비방사 모드로 ??칭되고 광자 수율은 격리된 분자의 한계보다 낮게 감소한다. 표면 플라즈몬 모드로의 ??칭으로 인해 수율이 감소하는 지점이 임계 거리 2이다. 이것은 광자 수율이 강화층이 없는 이미터와 동일해지는 최소 거리이다. 이 임계 거리 미만의 거리에서는 비방사성 속도가 이들 거리에 대한 방사성 속도를 초과하므로 에너지가 광 이미터를 떠나는 속도가 훨씬 더 빨라진다. 중요한 것은, 도 6c에서, 발광층을 Ag 박막에 더 가깝게 이동시키는 것에 의해 광자 수율이 낮아지기 때문에 엑시톤이 강화층으로 전달되는 에너지의 소스임이 분명하다. 도 6c와 유사한 형태의 곡선의 취득은, OLED의 엑시톤이 강화층의 추가로 ??창되는 종인 것을 명확하게 나타낸다. 또한, 도 6c는 곡선 형태의 일 실시양태에 불과하다. 
의 거리 의존성이 
와 더 유사해지는 일부 경우에는 d가 감소함에 따라 광자 수율이 연속으로 강하하는 경우만 있을 수 있다.
위의 속도 상수를 사용하면, 임계 거리 2를 다음 부등식이 충족되는 거리로서 구체적으로 정의할 수 있다.
다시 말해, 수식 4a는 강화층이 존재할 때의 PLQY는 강화층이 없을 때의 광자 수율 이하라는 조건이다. 당업자라면 광자 수율이 감소한 경우에는 통상 디바이스 효율을 감소시키기 때문에 동작을 권장하지 않을 것이다. 수식 4는 다른 속도 상수와 관련하여 
에 대해 수식 4a를 푼다. 플라즈몬 속도의 거리 의존성을 명시적으로 활용하여 수식 4를 수식 5와 같이 재계산할 수 있다:
여기서 d는 이미터에 최근접한 금속막의 표면과의 이미터의 거리이다.
또한, 임계 거리 1을 이미터의 광자 수율이 50%로 감소하는 거리로 정의할 수 있다. 이 임계 거리는 이미터로부터의 비방사성 속도의 합계가 이미터의 방사성 속도의 합계와 같아지는 거리이다. 즉 다시 말해, 이미터의 방사성 속도는 비방사성 속도와 같다. 거리 의존 플라즈몬 속도와 수식 3을 사용하여 임계 거리 1이 다음과 같은 경우인 것을 도출한다:
임계 거리 1을 결정하기 위해, 강화층이 광을 방사하지 않는다면, 발광 물질을 강화층으로부터 가변 거리로 두고 단순히 OLED, 또는 동등한 박막의 대표적인 예를 성장시키고, PLQY가 50%까지 강하하는 거리를 결정할 수 있다. 강화층에 표면 플라즈몬 모드에서 광의 아웃커플링을 가능하게 하는 엘리먼트가 있다면, 임계 거리를 결정하기 위해 이들 엘리먼트를 제거해야 한다. Ag 박막에 대한 이미터의 위치가 변화함에 따라 이미터의 방출 방사 패턴 및 흡수가 달라질 수 있기 때문에 광출력의 상대적인 증감이 아니라, 실제 PLQY를 측정하는 것이 중요하다.
수식 4에 기술하는 바와 같이 임계 거리 2를 결정하기 위해서는 OLED의 온도를 측정해야 한다. 엑시톤의 비방사성 ??칭은 광자 대신 열을 발생시키기 때문에 OLED가 가열될 것이다. 매우 간단하게 설명하면, OLED에서 생성된 열은 비방사적으로 재결합된 엑시톤의 수율에 비례할 것이다.
광 이미터와 금속막 사이의 거리가 변화함에 따라 OLED의 총 열전도는 본질적으로는 일정하게 유지될 것이지만 열 수율은 크게 달라질 것이다.
도 6d는 고정된 동작 전류 밀도에 대해 광 이미터와 금속막 사이의 거리가 변할 때 OLED의 정상 상태 온도를 보여준다. 금속 표면으로부터 큰 거리를 둔 발광층의 경우, 방사성 또는 비방사성 ??칭의 강화가 없다. OLED의 온도는 합계 동작 전류 밀도와 발광 물질의 효율에만 의존한다. 이미터가 금속층에 가까워질수록 방사성 속도가 상승하고 광자 수율이 증가하여, OLED에서 발생하는 열과 OLED의 온도가 감소하게 된다. 임계 거리 2보다 짧은 거리의 경우, 광 이미터의 엑시톤은 열로서 ??칭되고 OLED의 정규화 온도가 상승한다. OLED의 온도에 대한 이러한 묘사는, 강화층이 표면 플라즈몬 모드의 에너지의 미리 결정된 상당한 분율을 광으로서 아웃커플링하지 않는 경우에 적용된다. 강화층의 일부로서 아웃커플링이 존재하거나 디바이스에서 아웃커플링층이 사용되는 경우 이러한 층은 임계 거리 측정을 수행하기 위해 제거되어야 한다.
온도를 사용하여 방사성 또는 비방사성 표면 플라즈몬 속도 상수가 우세해지는 곳에 광 이미터가 배치되는지 여부를 결정하는 두 가지 가능한 테스트가 있다. 첫 번째는 금속막으로부터의 발광 물질의 거리를 가변으로 하여 OLED 디바이스의 온도를 측정함으로써 도 6d의 개략적 곡선을 복제하는 것이다. 두 번째는 디바이스 구조 내의 금속막을 강한 표면 플라즈몬 공명을 가지지 않는 투명 전도성 산화물로 대체하는 것이다. 예시적인 재료가 인듐 주석 산화물(ITO)이다. ITO와 금속막이 있는 디바이스의 온도를 측정할 때 금속막이 있는 OLED의 온도가 ITO 제어보다 증가하면 비방사성 속도가 우세하고 이미터는 강화층의 임계 거리 2 이내에 있다.
여기서 플라즈몬 모드로의 비방사성 에너지 전달은 엑시톤이 발광 물질로부터 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP), 편재화된 표면 플라즈몬 폴라리톤(LSPP), 또는 당업자가 플라즈몬이라고 이해하는 기타 전문용어로 전달되는 과정으로서 정의된다. 금속막 또는 금속 나노입자의 치수에 따라 이 과정은 포스터(Forster) 에너지 전달, 포스터 공명 에너지 전달, 표면 공명 에너지 전달, 공명 에너지 전달, 비방사성 에너지 전달, 또는 당업자에게 일반적인 기타 전문용어로 칭해질 수 있다. 이들 용어는 동일한 기본적인 과정을 기술한다. 약한 방출 상태의 경우 SPP 또는 LSPP로의 에너지 전달은 2개의 전자의 동시 교환을 수반하는 덱스터(Dexter) 에너지 전달을 통해 발생할 수도 있다. 또한 단일 전자 전달 이벤트의 2단계 과정으로 발생할 수도 있다. 비방사성 에너지 전달은 광대역인데, 이것은 일부 실시양태에서 강화층이 특정 발광 물질에 대해 조정되지 않음을 의미한다.
본원에 개시하는 실시양태는 표면 플라즈몬 폴라리톤의 방사성 속도 향상보다는 오히려 비방사성 속도 향상을 활용한다. OLED 및 플라즈모닉스에 정통한 사람들은 표면 플라즈몬 폴라리톤의 비방사 모드로의 에너지 전달에 대해, 해당 에너지가 통상 열로서 손실되는 것으로 가르친다. 본원에서는, 의도적으로 가능한 한 많은 에너지를 비방사성으로 투입한 다음 해당 에너지가 열로 손실되기 전에 아웃커플링층을 사용하여 해당 에너지를 광과 같이 자유 공간으로 추출한다. 이것은, 독특한 2단계 과정이고 또 표면 플라즈몬 폴라리톤의 비방사 모드에 대해 당업자들이 가르친 것과 반대되기 때문에, 신규한 아이디어이다.
수직 쌍극자 비율(VDR, vertical dipole ratio)은 수직으로 배향되는 쌍극자의 앙상블 평균 분율이다. 유사한 개념은 수평으로 배향되는 쌍극자의 앙상블 평균 분율인 수평 쌍극자 비율(HDR, horizontal dipole ratio)이다. 정의에 따르면, VDR+HDR = 1이다. VDR은 각도 의존성, 편광 의존성, 광루미네선스 측정치에 의해 측정될 수 있다. 편광의 함수인, 광여기된 박막 샘플의 측정된 방출 패턴을 계산적으로 모델링된 패턴과 비교함으로써, 발광층의 VDR을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 6e에서, 상이한 VDR을 갖는 이미터에 대해 모델링된 p-편광 각도(PL)가 플롯팅된다. 도 6e의 p-편광 방출의 모델링된 데이터에 나타내는 바와 같이, 이미터의 VDR이 높을수록 데이터의 피크가 더 커지는 45도 부근의 데이터에 피크가 있다.
중요한 것은, VDR은 발광 종의 평균 쌍극자 배향을 나타낸다는 것이다. 따라서 방출에 기여하지 않는 발광층에 추가 이미터가 존재하는 경우 VDR 측정은 해당 VDR을 보고하거나 반영하지 않는다. 또한, 이미터와 상호작용하는 호스트를 포함함으로써, 주어진 이미터의 VDR이 수정될 수 있으며, 그 결과 상이한 호스트에 있는 이미터와는 상이한 층에 대해 VDR이 측정된다. 또한, 일부 실시양태에서는, 2개의 인접한 분자들 사이의 방출 상태를 형성하는 엑시플렉스 또는 엑시머가 바람직하다 이들 방출 상태는 엑시플렉스 또는 엑시머의 구성요소 중 하나만이 방출한 경우와는 상이한 VDR을 가질 수 있다.
갭 물질은 도 9a에 도시하는 바와 같이 유기물(소분자 및/또는 중합체), 산화물, 또는 스택, 합금, 또는 물질의 혼합물을 포함하는, 기타 유전체 재료로 구성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 스택형 갭층은 도 9b에 도시한 바와 같이 2개의 층, 즉 1차 유전체 갭 물질로서 작용하는 더 두꺼운 층과, 나노입자 어드히전층으로서 작용하고, 특히 콜로이드 처리된 나노입자의 경우, 나노입자 밀도를 증가시키고/시키거나 나노입자 응집 또는 군집(clumping)을 감소시킬 수 있는 다른 얇은 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 전해질층(예컨대, 폴리(스티렌설포네이트) 또는 폴리(알릴아민) 염산염)은 나노입자 코팅(예컨대 폴리(비닐피롤리디논))의 정전하와 상호작용할 수 있는 정전하를 운반하는 것으로 알려져 있는데, 나노입자 코팅은 주로 은나노입자를 코팅하는 데에 사용되며 음의 정전하를 운반한다. 이들 층의 두께의 합이 전체 갭 두께를 결정하지만, 통상의 어드히전층 두께는 5 nm 미만이고, 갭층 두께는 1 내지 100 nm이고, 보다 바람직하게는 1 내지 50 nm이다.
일부 실시양태에서, 강화층은 평면 금속막 및/또는 금속 나노입자이고 도 6d에 도시하는 바와 같이, 바람직하게는 Ag, Al, Ag-Al 합금, 또는 Au의 순수물 또는 합금 또는 혼합물일 수 있다. 강화층은 Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ca, Ru, Pd, In, Bi를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 재료로 구성될 수 있다. 또한, 나노입자는 전체가 유전체 재료로 구성될 수 있거나, 금속 합금일 수 있거나, 유전체 재료일 수 있거나, 또는 1종의 재료의 코어로서, 상이한 종류의 재료의 쉘로 코팅된 유형의 재료의 코어를 가질 수 있다. 스펙트럼의 가시광선 부분에서 광을 산란시킬 수 있는 통상의 나노입자 사이즈는 나노입자 재료 및 형상에 따라 5 nm 내지 1000 nm의 범위이다. OLED 또는 LED가 근적외선 또는 적외선 방출용으로 설계된 경우 입자 사이즈는 500 nm 내지 5000 nm의 범위일 수 있다. 예시하는 잠재적 강화층 및/또는 금속 나노입자 재료 및 입자 사이즈 범위는 표 1을 참조할 수 있다. 갭 두께의 범위는 0 내지 150 nm, 보다 바람직하게는 가시광선 방출의 경우 0 내지 50 nm, 적외선 스펙트럼의 경우 더 크다. 갭이 0 nm인 특별한 경우(즉, 갭 없음), 나노입자는 평면 금속 바로 위에 위치하며 표면 플라즈몬 에너지를 아웃커플링하기 위한 파형(corrugation)의 형태로 작용할 수 있다. 일반적으로 갭은 굴절률이 1 내지 5인 유기 물질, 금속 산화물(결정질 또는 비정질), 또는 질화물과 같은 유전체 재료로 구성된다. 갭의 굴절률은 사용되는 재료에 따라 1.01 내지 5 의 범위일 수 있다. 나노패치 안테나 공명은, 복수의 나노입자의 사이즈를 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 형상을 변화시키는 것, 복수의 나노입자의 재료를 변경하는 것, 재료의 두께를 조정하는 것, 재료층의 굴절률을 변화시키는 것, 복수의 나노입자 상에 배치된 추가 층 또는 재료의 굴절률을 변화시키는 것, 전극층의 두께를 변화시키는 것, 및/또는 제1 전극층의 재료를 변경하는 것, 중 적어도 하나에 의해 조정될 수 있다. 복수의 나노입자는 Ag 입자, Al 입자, Au 입자, 유전체 재료, 반도체 재료, 금속의 합금, 유전체 재료의 혼합물, 하나 이상의 재료의 스택, 및/또는 1종의 재료의 코어로서, 상이한 종류의 재료의 쉘로 코팅된 코어, 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 디바이스의 복수의 나노입자 중 적어도 하나는 복수의 나노입자 사이에 횡방향 전도를 제공하기 위한 추가 층을 포함할 수 있다. 복수의 나노입자는 산화물층으로 코팅될 수 있고, 여기서 산화물층의 두께는 복수의 나노입자 또는 나노패치 안테나의 플라즈몬 공명 파장을 조정하도록 선택될 수 있다. 복수의 나노입자의 형상은 입방체, 구체, 회전타원체, 원통형, 평행육면체, 막대형, 별형, 피라미드형, 및/또는 다면형 3차원 물체, 중 적어도 하나일 수 있다. 복수의 나노입자 중 적어도 하나의 사이즈는 5 nm 내지 1000 nm일 수 있다.
일부 실시양태에서, 디바이스는 복수의 나노입자 상에 배치된 추가 층을 포함할 수 있다. 추가 층은 하나 이상의 이미터 분자를 포함할 수 있다. 추가 층은 제1 전극층 아래의 굴절률과 일치할 수 있다. 추가 층은 1000 nm 이하의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 잉크젯 프린팅을 통해 퇴적되고, 다른 실시양태에서 복수의 나노입자는 브러싱과 같은 터치를 포함하는 메커니즘을 통해 퇴적되며, 다른 실시양태에서 복수의 나노입자는 용매 또는 에어로졸에 현탁된 입자의 분무를 통해 퇴적된다. 다른 실시양태에서, 복수의 나노입자는 리프트-오프 공정, 현상 공정, 포토리소그래피 또는 레이저 간섭 리소그래피 또는 존 플레이트 리소그래피와 같은 광 기반 리소그래피, 전자빔 리소그래피 공정, 및/또는 집중 이온 밀링 공정을 포함할 수 있는 하향식 접근법을 통해 제작된다. 일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 하기 방법 중 하나 이상을 통해 퇴적된다: 스핀 코팅, 닥터 블레이딩 공정, 슬롯-다이 코팅, 바 코팅 또는 딥 코팅. 일부 실시양태에서 나노입자가 퇴적되면 퇴적 표면으로부터 임의의 잔류 용매, 공기 또는 수분을 제거하기 위해 건조 공정이 채택될 수 있다. 이러한 건조 방법은 진공 건조, 질소 블로우 오프, HEPA 건조, 대류 오븐에서의 건조, 표면 장력 구배 건조, IPA 증기 진공 건조, 및 스핀 건조를 포함한다.
일부 실시양태에서, LED/강화층/나노입자는 캡슐화된다. 이러한 캡슐화 재료는 산화물 코팅 및 에폭시, 예컨대 폴리우레탄, 실리콘 등을 포함하며, 원자층 증착 또는 화학 기상 증착에 의해 퇴적될 수 있다. 일부 실시양태에서는 LED/강화층/나노입자가 캡슐화층으로서 또한 작용한다.
일부 실시양태에서, 복수의 나노입자는 단일 사이즈 또는 형상이 아니라 다수의 상이한 크기 또는 형상으로 형성된다. 이것에 의해 아웃커플링층은 동일한 층에서 다중 주파수 또는 컬러의 광을 모두 효율적으로 산란시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 백색 OLED 또는 LED는 특정 공명의 나노입자 아웃커플링 스킴을 활용하여 특정 파장 범위를 선택적으로 아웃커플링할 수 있다. 이러한 방식으로, 백색 OLED 또는 LED는 넓은 영역에 걸쳐 제작될 수 있고 나노입자 아웃커플링 스킴의 공명은 (나노입자 사이즈, 굴절률 등을 선택함으로써) 적색, 녹색, 청색(또는 기타 원하는 색상) 서브픽셀을 생성하는 데 활용될 수 있다.
갭층(들)의 굴절률이 나노패치 안테나의 공명에 영향을 미치기 때문에, 비선형 광학 특성 및/또는 전압 가변 굴절률을 갖는 갭 물질을 통합하는 것은, 도 7에 도시하는 바와 같이 금속 캐소드와 나노입자 아래의 전기 컨택층 사이에 인가되는 전압에 의해 방출 스펙트럼을 조정하는 방법으로 작용한다. 일 예에서, 알루미늄 도핑된 아연 산화물은 인가된 전압이 캐리어 농도를 수정할 때 유전율이 변하기 때문에 전압 가변 굴절률 재료로 사용될 수 있다(George 등). 이 경우, 전하를 축적하기 위해 갭에 제2 절연층이 필요하지만, 전압 가변 굴절률층의 물질 특성에 따라 이러한 제2 절연층이 항상 필요한 것은 아니다. 이것은 OLED 또는 LED가 백색 발광, 즉 적색, 녹색 및 청색 발광을 포함할 때 특히 유용한데, 전압 가변 나노패치 공명이 원하는 색상을 선택적으로 통과시키는 컬러 필터로 작용할 수 있기 때문이다. 이것은 OLED 또는 LED를 3-단자 디바이스로 효과적으로 변환하는데, 애노드와 캐소드 사이에 인가된 전압이 OLED/LED를 작동하고 캐소드와 나노입자 아래의 전기 컨택층 사이에 인가된 전압이 나노패치 공명을 조정하여 발광 색상을 선택한다.
개별 OLED 또는 LED 서브픽셀의 경우, 예를 들어 디스플레이에서 나노입자 아웃커플링 스킴의 공명은 디바이스의 고유 방출(native emission)과 의도적으로 부정합할 수 있다. 이런 식으로 나노입자 아웃커플링 스킴은 피크 파장을 약간 이동시키는 컬러 필터의 역할을 한다. 또 다른 실시양태에서, 공명 부정합 나노입자 아웃커플링 스킴은 방출 스펙트럼을 협소화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 청색 공명 아웃커플링 스킴과 페어링되는 녹색 OLED 또는 LED는 LED의 적색측 파장을 줄임으로써 협소화를 나타낼 것이다. 반대로 녹색 OLED 또는 LED를 적색 공명 아웃커플링 스킴과 페어링하면 디바이스의 청색측 파장을 줄임으로써 협소화를 나타낼 것이다.
다른 실시양태에서, 디바이스는 도 8a 내지 도 8c에 도시하는 바와 같이 강화층에 매우 근접한 방출 아웃커플링층을 포함할 수 있다. 방출 아웃커플링층(들)은 부근의 강화층에 있는 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지에 의해 여기될 수 있는 발광 물질을 포함한다. 발광 물질은 양자점, 페로브스카이트 나노결정, 금속-유기 프레임워크, 공유 유기 골격, 열 활성화 지연 형광(TADF, thermally activated delayed fluorescence) 이미터, 형광 이미터, 또는 인광 유기 이미터일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 일 예시적인 디바이스에서, 발광 물질이 스몰 스톡스 이동(small Stokes shift)을 나타내는 흡수 및 방출 스펙트럼을 갖는 것이 유리할 수 있으므로, 강화층에 ??칭되는 LED 여기 상태 에너지와 방출 아웃커플링층으로부터의 발광 사이에는 소규모의 적색 이동만이 발생한다. 이것은 디바이스의 방출 색상을 보존한다. 다른 예시적인 디바이스에서, 발광 물질은 더 높은 에너지 여기(예를 들어, 청색)를 더 낮은 에너지 파장(예를 들어, 녹색 또는 적색)으로 하향 변환하도록 구체적으로 선택될 수 있다. 이를 통해 디스플레이의 모든 픽셀에서 단일 LED 구조를 방출 아웃커플링층에서 선택된 색상과 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 이것은 발광 파장을 조정하기 위해 상이한 픽셀의 아웃커플링층(들)에 상이한 사이즈의 양자점을 퇴적함으로써 달성될 수 있다. 방출 아웃커플링층은 나노입자 기반 아웃커플링 스킴과 결합되거나 결합되지 않을 수 있으며, 이 경우 방출 아웃커플링층이 강화층과 나노입자 사이에 위치할 것이다. 이 경우, 방출 아웃커플링층에서 발광 물질의 방사성 속도가 가속화되어야 하므로 아웃커플링 효율이 훨씬 더 향상될 수 있다.
유전체 갭의 표면 상의 나노입자의 배열은 또한 디바이스 적용예에 적합하도록 설계될 수 있다. 일 실시양태에서, 나노입자의 무작위 배열은 대략의 램버시안(nearly Lambertian) 방출 프로파일을 형성하며, 이는 점원 발광이 바람직하지 않은 조명 적용예의 경우 또는 디스플레이 적용예에 사용하기에 바람직할 수 있다. 예를 들어, 무기 LED는 방향성 방출 프로파일로 인해 특정 적용예에서 특히 매력적인 무작위 나노입자 어레이를 만드는 경향이 있다. 다른 실시양태에서, 나노입자는 어레이로 배열될 수 있고, 그럼으로써 일부 모바일 적용예 또는 각도 의존성에 관계 없이 대부분의 광의 아웃커플링을 필요로 하는 적용예에서 바람직할 수 있는 분산 방출 프로파일을 생성할 수 있다. 어레이로 배열된 나노입자는 무작위로 배열된 나노입자보다 더 큰 효율을 달성할 수 있으며 특정 어레이 피치 및 듀티 사이클을 선택함으로써 어레이 공명을, 그래서 어레이가 최대 효율을 갖는 아웃커플링 파장을 조정하는 것이 가능할 것이다.
다른 실시양태에서, 나노입자는 금속이고 비금속 코팅으로 코팅된 다음 강화층의 상단부 바로 위에 배치된다. 이 실시양태에서 코팅의 굴절률은 1.01 내지 5일 수 있다. 코팅의 두께는 3 nm 내지 1000 nm, 보다 바람직하게는 3 nm 내지 100 nm일 수 있다. 일 실시양태에서, 나노입자 코팅은 갭 간격의 일부 또는 전체로 역할할 수 있다. 이것은 원하는 전체 갭 두께로 입자를 코팅하는 것을 수반하고 그럼으로써 캡층을 0로, 또는 갭층의 두께와 나노입자 코팅의 일부 조합으로 감소시켜 원하는 총 스페이서 두께를 달성할 수 있다. 또한, 나노입자 코팅은 어드히전층으로서 작용하여, 나노입자가 퇴적될 층에 대한 나노입자 접착력을 향상시키거나 나노입자 밀도를 증가시킬 수 있다. 나노입자는 Ag, Al, Ag-Al 합금, Au, Au-Ag 합금, Au-Al 합금으로 구성될 수 있다. 강화층 및/또는 나노입자는 Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ca, Ru, Pd, In, Bi를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 재료로 구성될 수 있다. 일부 경우에, 금속성 코어는 Rh로 코팅된 다음 SiO2와 같은 유전체 재료로 코팅된 Ag 구체와 같이 복수의 물질로 구성될 수 있다.
강화층 및/또는 나노입자는 도 10 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 평면 금속, 금속층과 유전체층의 스택, 금속층과 반도체층의 스택, 및 천공된 금속층을 포함할 수 있다. 강화층의 일부인 유전체 재료는 산화물, 불화물, 질화물, 및 물질의 비정질 혼합물을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 금속층은 다음과 같은 금속의 합금 및 혼합물을 포함할 수 있다: Ag, Au, Al, Zn, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Mg, Ga, Rh, Ti, Ca, Ru, Pd, In, Bi. 강화층은 그래핀 또는 가시광선 범위 외부의 디바이스를 위한 전도성 산화물 또는 전도성 질화물일 수 있다.
일부 실시양태에서 강화층은 예를 들어 도 11a 내지 도 11f에 도시하는 바와 같은 나노사이즈 홀을 갖게 패터닝된다. 이들 홀은 어레이일 수도 또는 무작위로 또는 의사 무작위로 배열될 수 있다. 홀의 사이즈, 형상, 및 배향은 강화층으로부터 아웃커플링될 수 있는 광의 주파수를 설정한다.
일부 실시양태에서, 강화층은 그 상단부에 패터닝된 불즈아이 격자를 갖는다. 일부 실시양태에서, 강화층은 갭과, 갭 물질의 상단부에 패터닝된 불스아이 격자를 갖는다.
일부 실시양태에서 강화층은 강화층의 일면 상에 나노사이즈의 아웃커플링 피처를 형성하기 위해 부분적으로 에칭된다. 일부 실시양태에서는, 강화층의 양면 상에 나노사이즈의 피처가 있다. 강화층의 양면 상에 나노사이즈의 피처가 있는 일부 경우, 피처의 최저 치수는 10 nm를 초과할 것이고, 다른 경우에는 20 nm를 초과할 것이며, 다른 경우에는 50 nm를 초과할 것이다.
표 1: 잠재적인 강화층 및/또는 금속 나노입자 재료 및 입자 사이즈 범위의 비제한적인 예는 금속 나노사이즈 재료와 강화층 사이에 굴절률 1.5의 유전체층을 가정하고 나노입자의 단분산 단층을 가정한다. 입자 사이즈는 나노큐브를 가정하고 가변 길이 축을 가진 입자는 상이한 범위를 가질 수 있다.
| λmax 파장 [nm] | 잠재적 강화층 및/또는 금속 나노입자 재료 | 입자 사이즈 범위 |
| >760 | Ag, Au, ITO, Si, Ge | 100 - 250 nm |
| 610 내지 760 | Ag, Au, SiO2, Si, Ge | 75 - 200 nm |
| 590 내지 610 | Ag, Au, SiO2, Si, Ge | 60 - 150 nm |
| 570 내지 590 | Ag, Au, SiO2, Si, Ge | 50 - 100 nm |
| 500 내지 570 | Ag, Al, Rh, Pt, SiO2, Si, Ge, TiO2 | 40 - 125 nm |
| 450 내지 500 | Ag, Al, Rh, Pt, TiO2 | 40 - 125 nm |
| 400 내지 450 | Al, Rh, Pt, TiO2 | 50 - 100 nm |
| <400 | Al, Rh, Pt, TiO2 | 30 - 75 nm |
| 백색 | Ag, Al, Rh, Pt, TiO2 | 40 - 125 nm |
나노입자들이 함께 뭉치면 아웃커플링의 공명 파장이 증가할 수 있다. 예를 들어, UV 공명 입자의 큰 군집은 IR NPA 공명을 달성한다. 따라서 군집을 고려하여, LED 반도체 재료 및 나노입자 아웃커플링 재료 및 사이즈 분포의 일부 바람직한 실시양태를 나타낸다.
표 2: 잠재적인 강화층 및/또는 금속 나노입자 재료 및 입자 사이즈 범위의 비제한적인 예는 금속 나노사이즈 재료와 강화층 사이에 굴절률 1.5의 유전체층을 가정하고 나노입자 군집을 허용한다.
| λmax 파장 [nm] | 잠재적 강화층 및/또는 금속 나노입자 재료 | 입자 사이즈 범위 |
| >760 | Ag, Au, ITO, Si, Ge, SiO2, Al, Rh, Pt | 5 - 250 nm |
| 610 내지 760 | Ag, Au, SiO2, Al, Rh, Pt, Si, Ge | 5 - 200 nm |
| 590 내지 610 | Ag, Au, SiO2, Al, Rh, Pt, Si, Ge | 5 - 150 nm |
| 570 내지 590 | Ag, Au, SiO2, Al, Rh, Pt, Si, Ge | 5 - 100 nm |
| 500 내지 570 | Ag, Al, Rh, Pt, SiO2, TiO2, Si, Ge | 5 - 125 nm |
| 450 내지 500 | Ag, Al, Rh, Pt, TiO2 | 5 - 125 nm |
| 400 내지 450 | Al, Rh, Pt, TiO2 | 5 - 100 nm |
| <400 | Al, Rh, Pt, TiO2 | 5 - 75 nm |
| 백색 | Ag, Al, Rh, Pt, TiO2 | 5 - 125 nm |
일부 실시양태에서, 소비자 전자 디바이스는 복수의 픽셀을 갖는 풀 컬러 유기 발광 디바이스(OLED) 디스플레이를 포함할 수 있고, 각각의 픽셀은 복수의 서브픽셀을 가지며 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색광을 방출하지 않는다. OLED 디스플레이는 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다.
소비자 전자 디바이스는 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판이 있다.
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 특허 청구된 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터 유래하는 변형예를 포함할 수 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론을 한정하려는 의도는 없음을 이해하여야 한다.
Claims (15)
- 디바이스에 있어서:
복수의 픽셀을 포함한 풀 컬러(full-color) 유기 발광 디바이스(OLED, full-color organic light emitting device) 디스플레이를 포함하고, 각각의 픽셀은 복수의 서브픽셀을 포함하며 상기 복수의 서브픽셀의 개별 서브픽셀은 백색 광을 방출하지 않고,
상기 OLED 디스플레이는, D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하고 상기 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 상기 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀에 대해 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하여 동작하도록 구성되는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 OLED 디스플레이는 DCI-P3 색재현율에 있어서 상기 D65 이상의 백색점에서 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 또는 Rec2020 색재현율에 있어서 64%보다 높게 동작하도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나에 대한 구동 전류는 100% 미만의 듀티 사이클로 펄싱되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 OLED 디스플레이의 상기 서브픽셀은:
제2 청색 발광층 상에 배치되어 청색 탠덤 서브픽셀을 형성하는 제1 청색 발광층을 포함하고,
상기 D65 이상의 백색점에서 상기 적어도 1,000 cd/m2의 휘도로 동작하기 위해서 상기 청색 탠덤 서브픽셀의 구동 전류는 상기 풀 컬러 OLED 디스플레이의 전체 활성 영역에 기초하여 0.25 mA/cm2 미만인, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함하고,
상기 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은, 상기 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역, 및 상기 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나보다 더 큰, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함하고,
상기 청색 서브픽셀을 포함하는 제1 서브픽셀 영역은 상기 녹색 서브픽셀을 포함하는 제2 서브픽셀 영역 및 상기 적색 서브픽셀을 포함하는 제3 서브픽셀 영역의 조합보다 더 큰, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브픽셀은 청색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 적색 서브픽셀을 포함하고, 상기 디바이스는:
상기 적색 서브픽셀 및 상기 녹색 서브픽셀 위에만 배치되는 원형 편광판을 더 포함하는, 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 청색 서브픽셀 위에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 OLED 디스플레이가 온될 때에 100% 미만의 듀티 사이클로 상기 OLED 디스플레이에 펄스 전력을 제공하는 전력 공급원을 더 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 OLED 디스플레이의 소비 전력은, 상기 풀 컬러 OLED 디스플레이의 활성 영역 외부의 구동 회로부 소비 전력을 제외하면, 1,000 니트에 있어서 D65 이상의 백색점에서 9 mW/cm2 미만인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브픽셀 중 청색 서브픽셀은 상기 복수의 픽셀 중 적어도 2개의 픽셀 사이에서 공유되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 OLED 디스플레이의 상기 복수의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀은:
제2 청색 서브픽셀 상에 배치되어 청색 탠덤 서브픽셀을 형성하는 제1 청색 서브픽셀;
제2 녹색 서브픽셀 상에 배치되어 녹색 탠덤 서브픽셀을 형성하는 제1 녹색 서브픽셀; 및
제2 적색 서브픽셀 상에 배치되어 적색 탠덤 서브픽셀을 형성하는 제1 적색 서브픽셀을 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 OLED 디스플레이의 상기 복수의 서브픽셀 중 적어도 하나의 서브픽셀은 스택 내에 N개의 발광층을 갖는 스택 배열을 포함하고, 여기서 N은 적어도 2인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 풀 컬러 OLED 디스플레이는 상기 D65 이상의 백색점에서 상기 적어도 1,000 cd/m2 휘도로 동작하기 위해, 상기 풀 컬러 OLED 디바이스의 전체 활성 영역에 기초하여, N개의 발광층을 갖는 스택 배열로 배치된 상기 복수의 서브픽셀 중 상기 청색 서브픽셀에 대해 N으로 나누어진 0.5 mA/cm2 이하의 구동 전류를 사용하도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 디바이스는, 평면 패널 디스플레이, 곡면 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및 시그널링 중 적어도 하나를 위한 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 롤러블 디스플레이, 폴더블 디스플레이, 스트레처블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 대각선이 2인치 미만인 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된 다중 디스플레이를 포함한 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판으로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 유형인, 디바이스.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163243251P | 2021-09-13 | 2021-09-13 | |
| US63/243,251 | 2021-09-13 | ||
| US17/875,499 | 2022-07-28 | ||
| US17/875,499 US20230091777A1 (en) | 2021-09-13 | 2022-07-28 | Long Operational Lifetime OLED Display |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230039558A true KR20230039558A (ko) | 2023-03-21 |
Family
ID=85482542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220113371A KR20230039558A (ko) | 2021-09-13 | 2022-09-07 | 장수명 oled 디스플레이 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230091777A1 (ko) |
| KR (1) | KR20230039558A (ko) |
| CN (1) | CN115811892A (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11360298B1 (en) * | 2021-10-15 | 2022-06-14 | Applied Materials, Inc. | Reflective display devices and components |
-
2022
- 2022-07-28 US US17/875,499 patent/US20230091777A1/en active Pending
- 2022-09-07 KR KR1020220113371A patent/KR20230039558A/ko unknown
- 2022-09-08 CN CN202211105957.3A patent/CN115811892A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230091777A1 (en) | 2023-03-23 |
| CN115811892A (zh) | 2023-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11569481B2 (en) | OLED device having enhancement layer(s) | |
| US11793015B2 (en) | Nano-objects for purcell enhancement, out-coupling and engineering radiation pattern | |
| US20200176700A1 (en) | Surface-plasmon-pumped light emitting devices | |
| KR20200110223A (ko) | Oled 구조에서 tamm 플라즈몬 스택을 통한 퍼셀 개선 | |
| KR20230039558A (ko) | 장수명 oled 디스플레이 | |
| US11716863B2 (en) | Hybrid display architecture | |
| US20240172462A1 (en) | Organic electroluminescent devices | |
| US20230247884A1 (en) | Organic electroluminescent devices | |
| US20240023358A1 (en) | Organic electroluminescent devices | |
| US20240147754A1 (en) | Organic Electroluminescent Devices | |
| US20230263003A1 (en) | Organic electroluminescent devices | |
| US20240032371A1 (en) | Organic electroluminescent devices | |
| US20220130946A1 (en) | OLED Display Design for Local Transparency | |
| US20220231094A1 (en) | Transparent OLED Device | |
| US20220278185A1 (en) | Oled microdisplay system | |
| US20230042189A1 (en) | Integrated oled lighting for automobile applications | |
| KR20240074683A (ko) | 유기 전기발광 디바이스 | |
| CN118057949A (zh) | 有机电致发光装置 | |
| KR20230173615A (ko) | 유기 전계발광 디바이스 | |
| KR20230120589A (ko) | 유기 증기 제트 프린팅 시스템 | |
| CN117529129A (zh) | 有机电致发光装置 | |
| CN117412618A (zh) | 有机电致发光装置 | |
| KR20230126653A (ko) | 유기 증기 제트 인쇄 시스템 | |
| CN117998894A (zh) | 有机电致发光装置 |