WO2005098986A1 - Panneau electroluminescent comprenant une couche d’extraction de lumiere incorporant partiellement des particules transparentes. - Google Patents

Panneau electroluminescent comprenant une couche d’extraction de lumiere incorporant partiellement des particules transparentes. Download PDF

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WO2005098986A1
WO2005098986A1 PCT/EP2005/051073 EP2005051073W WO2005098986A1 WO 2005098986 A1 WO2005098986 A1 WO 2005098986A1 EP 2005051073 W EP2005051073 W EP 2005051073W WO 2005098986 A1 WO2005098986 A1 WO 2005098986A1
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WO
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layer
extraction
particles
panel
electroluminescent
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/051073
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English (en)
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Valter Drazic
Christophe Fery
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Thomson Licensing
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    • 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
    • H10K59/878—Arrangements for extracting light from the devices comprising reflective means
    • 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
    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3026—Top emission

Definitions

  • Electroluminescent panel comprising a light extraction layer partially incorporating transparent particles.
  • the invention relates to an electroluminescent panel comprising an electroluminescent layer interposed between an opaque layer of electrodes and an extraction layer comprising a transparent matrix incorporating transparent particles, also comprising a transparent layer of electrodes interposed between the electroluminescent layer and the extraction layer.
  • the particles are embedded in a transparent organic material, even colored, generally insulating.
  • the particles are microparticles which are intended to improve the extraction rate of the light emitted by the electroluminescent layer.
  • Document JP2002-071931 describes a water pan of this type, in particular with reference to FIG. 1 reproduced below in FIG. 1: substrate 1, opaque layer of electrodes here lower 2, electroluminescent layer here mineral 3 ' , formed of several sublayers, transparent layer of electrodes here upper 4 and extraction layer 5 'comprising an organic matrix 51' incorporating transparent particles 52 '. Note that the particles here are completely coated and incorporated into the matrix 51 '.
  • the extraction layer could also serve as a filtering layer, and, for this purpose, the transparent matrix -51 'can be colored with pigments.
  • the light 30 which is emitted in the electroluminescent layer 3 'undergoes, in the extraction layer 5', multiple reflections or refractions 31 at the interfaces between the microparticles 52 'and the matrix 51', before being extracted from the panel in the air (spokes 32); thus, the particles 52 ′ have, according to this document, a light scattering effect; as transparent particles, zinc sulfide powder can be used, with a particle size between 1 and 10 ⁇ m; according to this document, for particles 52, spherical or quasi-spherical shapes should be avoided (paragraph 35).
  • the structure of the panel described in Figure 1 is a so-called upward-emitting structure, where light exits opposite the substrate through a transparent layer of so-called upper electrodes.
  • Document US2001-0026124 describes an extraction layer comprising a colored matrix incorporating transparent glass microparticles and its use for improving the extraction of the light emitted by organic electroluminescent panels (OLEDs); according to this document, the microparticles have a size less than or equal to 1 ⁇ m and are used to disperse the light coming from the OLED panel; according to this document, the extraction layer is interposed between a substrate and the OLED panel itself.
  • Other documents describe the use of a layer loaded with diffusing micro-particles for the extraction of light, in particular JP08-083866 (fig-9).
  • Document JP2001-117499 describes the use of an array of microlenses, for example spherical, forming an extraction layer to improve the extraction of light from an organic electroluminescent panel, the density of microlenses being sufficiently high. in this extraction layer so that each pixel is provided with a plurality of microlenses; thus, the light emitted by a pixel is refracted by at least two micro-lenses; no phenomenon of reflection is cited; paragraph 37 teaches that when the distance between the layer of microlenses and the layer of pixels is shortened, in particular when the layer of microlenses is interposed between the substrate and the layer of pixels as illustrated in FIG. 7 of this document (by as opposed to FIG. 1), the extraction efficiency is improved.
  • microlens arrays for light extraction, in particular JP10-223367, JP2002-216947, JP08-083688 (fig.2).
  • a disadvantage of microlens arrays is that they are expensive and difficult to manufacture, in particular when the diameter of each microlens is relatively small, in particular less than 20 ⁇ m.
  • document EP1352751 describes the use of a layer loaded with transparent macro-particles or ball-lenses, each pixel or diode being provided with a single ball-lens aligned with this pixel and having a shape suitable for focusing the light emitted by this pixel.
  • the thickness of the extraction layer is very high, of the same order of magnitude as that of the substrate supporting the pixels, which has drawbacks.
  • Another disadvantage is the need to align each ball-lens with a pixel.
  • a third drawback is the need to use an opaque matrix or to have masks between the lens balls, to avoid parasitic crossings (“cross-talk” in English) of light between the pixels.
  • an object of the invention is to provide an efficient solution that is inexpensive to implement.
  • Another object of the invention is to overcome alignment constraints and risks of light crossing between the pixels, and to limit the thickness of the extraction layer.
  • the invention relates to an electroluminescent panel comprising: - an electroluminescent layer interposed between an opaque layer of electrodes and an extraction layer comprising a transparent matrix incorporating transparent particles which have an average size less than 20 ⁇ m, said average size being measured in a direction perpendicular to the surface of said panel, - a transparent layer of electrodes interposed between the electroluminescent layer and the extraction layer, - a reflective surface which is interposed between the opaque layer of electrodes and this electroluminescent layer, characterized in that said particles are dispersed in said extraction layer so as to form at least one so-called emerging bed of particles which are only partially incorporated in said matrix of the extraction layer.
  • the particles are completely incorporated into the transparent matrix of the extraction layer; on the contrary, in the invention, the particles emerge from the extraction layer, which makes it possible to very significantly improve the rate of light extraction.
  • the reflecting surface is adapted to reflect the light emitted by the electroluminescent layer through this layer and the extraction layer; there is preferably obviously no opaque layer between this reflecting surface and the electroluminescent layer.
  • the opaque electrodes generally lead to partitioning of the panel into a plurality of light emitting emitters, each served by an electrode. Said average particle size is then substantially smaller than the dimensions of the unit active surface (length or width) of the emitters.
  • average size is meant an approximate arithmetic mean of the particle size measured in a direction approximately perpendicular to the general surface of the panel.
  • the thickness of the extraction layer is advantageously limited and there are constraints of alignment of the position of the particles relative to that of the emitters of the sign.
  • said reflecting surface is formed by the interface of the opaque layer of electrodes with the electroluminescent layer or any other layer interposed between this opaque layer and this electroluminescent layer.
  • the electrodes of the opaque layer are metallic.
  • the distance which separates the extraction layer from the light-emitting layer is less than or equal to 30 ⁇ m, preferably less than or equal to 20 ⁇ m. This distance corresponds to a little less than a third of the smallest dimension of a pixel; it is under these conditions that the best light extraction rates can be obtained; in the case of down emission panels, the extraction layer is then interposed between the substrate and the electroluminescent layer.
  • the electroluminescent layer is organic.
  • the panel is then a so-called "OLED" panel. This panel can be used for example for lighting or viewing images.
  • the organic electroluminescent layer is generally subdivided into several organic sublayers: a central sublayer strictly speaking electroluminescent, sandwiched between an electron transport sublayer and a hole transport sublayer, sometimes themselves interleaved between an electron injection sublayer and a hole injection sublayer
  • the particles can form in the extraction layer several superimposed beds and only the particles of the upper bed or emerging bed will then only be partially incorporated into the matrix, that is to say that they will emerge from the matrix so to provide an interface with generally air.
  • the difference between the index of the transparent material of the particles and that of the matrix which incorporates them is less than 0.15. Thanks to this small difference in index, the majority of the light rays which strike the surface of the particles are refracted by this surface; the light extraction then takes place essentially by refraction.
  • the surface portion of the particles which is in contact with the matrix is between 40% and 60%.
  • the rate of emergence of particles is then optimum with respect to the extraction rate.
  • the particles have a spherical or quasi-spherical shape. This form is well suited to optimizing the light extraction rate, in contrast to the recommended form of particles in the document JP2002-071931 already cited.
  • the diameter of the particles is approximately twice the thickness of the matrix of the extraction layer. This diameter is then between 0.4 and 0.6 times the thickness of the matrix of the extraction layer; the rate of emergence of the particles is then optimum with respect to the rate of extraction.
  • the average particle size is greater than 1 ⁇ m.
  • the extraction of light is essentially done by refraction and total reflection of light at their surface and not by dispersion or diffusion as in the prior art. This avoids diffraction problems which cause chromatic problems.
  • the panel according to the invention conventionally comprises a two-dimensional array of electroluminescent cells distributed on a substrate, each cell being associated with a pixel or a sub-pixel (case of polychrome panels) of the images to be displayed;
  • FIG. 2 represents, in section, a portion of a pixel or sub-pixel of this panel: on a substrate 1, an opaque lower layer of electrodes 2 has been deposited, an organic electroluminescent layer 3, an upper layer of transparent electrodes 4 and an extraction layer 5;
  • the extraction layer 5 comprises a matrix 51 of transparent material which only partially incorporates transparent particles 52 of spherical or quasi-spherical shape, which are regularly spaced in a single layer or "bed".
  • the electrodes of the lower layer are anodes and those of the upper layer are cathodes; according to another variant of the so-called inverted structure, the electrodes of the upper layer are anodes and those of the lower layer are cathodes.
  • the substrate material can be mineral glass or polymer in the case of flexible panels.
  • the substrate forms an active matrix, comprising, behind each pixel or light-emitting diode of the panel, a pixel circuit generally comprising a current modulator in series with the light-emitting diode and a memory of the addressed video data at the pixel, most often a storage capacitor, which drives said modulator; this pixel circuit is generally produced and integrated in a layer of silicon deposited on the substrate; the lower layer of electrodes then generally has several different networks which are also integrated into this layer of silicon.
  • the conductive material of the lower layer of electrodes 2 can for example be made of aluminum (case of cathodes) or gold (case of anodes) so as to present, at the interface with the organic light-emitting layer 3, a reflective surface; according to the invention, between this lower layer of electrodes 2 and the electroluminescent layer 3, there is therefore no absorbent layer as described for example in document WO03 / 094255 (absorbent layer referenced 36 in this document).
  • the organic electroluminescent layer 3 is generally subdivided into several organic sublayers: a central sublayer strictly speaking electroluminescent, interposed between an electron transport sublayer and a hole transport sublayer, they -same interposed between an electron injection sublayer and a hole injection sublayer; there is also sometimes found, especially in the case of active matrices, an organic leveling sublayer.
  • the conductive material of the upper layer is transparent or semi-transparent; in the case of anodes, it is possible to take ITO (Indium Tin Oxide in English); in the case of cathodes, it is possible to take a strongly doped organic semiconductor of type n, or a metal-insulating mixture as described for example in document US6525466, or a composite cathode as described in document US6639357 or WO99 / 20081 .
  • the transparent matrix 51 of the extraction layer is made of organic material; among organic materials, polyacrylates, fluoropolymers, parylenes or cyclotenes can be used, for example.
  • the particles of the extraction layer have a size greater than or equal to 1 ⁇ m; their diameter is also greater than the thickness formed by the matrix, so as to be only partially incorporated therein; preferably, the diameter of the particles is approximately twice the thickness of the thickness of the matrix of the extraction layer, as illustrated in FIG. 2; these particles emerge from the transparent matrix in a medium of very different, lower index, which is generally air.
  • the particles are distributed uniformly in the extraction layer in a single layer or "bed"; without departing from the invention, it is possible to use extraction layers provided with several superimposed particles beds; only the upper bed then emerges from the transparent matrix of the extraction layer; this upper bed emerges in a medium of very different index which is generally air.
  • These particles can be made of silica or any other material having an index sufficiently close to that of the organic matrix; preferably, the difference in index is less than 0.15.
  • the extraction layer 5 generally serves as an encapsulation layer; in the contrary case, an encapsulation layer is generally inserted between the upper layer of electrodes and the extraction layer; one can use an encapsulation layer itself of the multilayer type as described for example in document WO03 / 061028; in order to be able to achieve good light extraction yields, it is preferable that the distance which separates the electroluminescent layer from the extraction layer does not exceed 30 ⁇ m, which limits the thickness of the intermediate encapsulation layer.
  • a layer of adhesive is applied so as to form a film of uniform thickness over the entire panel; the adhesive is intended to form the transparent matrix of the extraction layer; an adhesive is chosen having a refractive index as close as possible to that of the organic materials of the electroluminescent layer.
  • an extraction layer is produced as in the first embodiment with a single bed exposed above.
  • a light ray can, for example: - in the case of center E, strike the surface of one balls 52, be refracted by the interface of this ball with air, towards the outside of the panel; - in the case of the center E ', strike the surface of one of the balls 52 at an angle of incidence greater than the hmite angle of refraction, be reflected towards the inside of the panel by the interface of this ball with the air, be again reflected towards another ball by the reflecting surface of the lower layer of electrodes, then refracted by the interface of this other ball with the air, towards the outside of the panel.
  • the extraction layer according to the invention offer a large numerical aperture compared to extraction systems based on microlens arrays, but, as the bed of beads is very close to the electroluminescent layer, preferably at a distance of at most 30 ⁇ m, the light which returns by total internal reflection or by Fresnel reflection towards the interior of the panel is largely recycled by reflection on the surface of the electrodes of the lower layer; the curved shape of the particles of the extraction layer, here glass beads, changes the angle of total reflection of the rays in the optical cavity formed by the transparent layers of the panel, so that these rays always end up leaving the panel in one way or another.
  • the mixed light extraction mode of the extraction layer according to the invention it is not necessary to provide the panel with an anti-reflection layer to increase the contrast in ambient light.
  • the panel as previously described may require only a glass cover and encapsulation plate to seal the pixels and protect them from water vapor and oxygen.
  • This cover plate can be fitted with a circular polarizer which increases the contrast in ambient light without a specific anti-reflection layer.
  • Figures 3 and 4 show the variation of the emission intensity I (arbitrary units) as a function of the emission angle i (degrees) relative to the direction normal to the panel; they illustrate the directivity of the emission of the panel according to two embodiments which differ by the distance between the bed of beads and the electroluminescent layer: - Figure 3: the diameter of the beads is of the order of 5 ⁇ m and the beads are in contact with the lower layer of electrodes: the light extraction rate is 31%; with beads of 1 ⁇ m diameter, an extraction rate of 38% is obtained; the cause of the decrease in intensity at angles of incidence close to normal comes from the fact that the extraction layer is positioned at a distance from the light-emitting emissive layer which is less than its focal length; - Figure 4: the bed of beads with a diameter of 5 ⁇ m has been removed from the light emitting layer here, so that the distance between them is equal to the focal length of the extraction layer: the virtual disappearance of the Intensity "trough" for near-normal incidences.
  • the invention has just been described in the context of a so-called emission panel top, where the upper layer of electrodes is transparent; the invention also applies to panels with so-called down emission, where it is the lower layer of electrodes which is transparent, where the light emitted by the electroluminescent layer must pass through the substrate to leave the panel; nevertheless, this configuration has the drawback compared to the previous one of increasing the transmission interference (“cross-talk” in English) between the neighboring cells of the panel, because of the thickness of the substrate.
  • the invention applies to all types of electroluminescent panels, whether rigid or flexible, whether they are intended for viewing images or for lighting.

Landscapes

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Abstract

Panneau comprenant une couche électroluminescente (3) intercalée entre une couche opaque d'électrodes réfléchissantes (2) et une couche d'extraction 5 comprenant une matrice transparente (51) incorporant seulement approximativement à moitié des particules transparentes (52), comprenant également une couche transparente d'électrodes (4) intercalée entre la couche électroluminescente (3) et la couche d'extraction (5). De préférence, la taille des particules est supérieure à 1 µm et inférieur à 20 µm et la différence d'indice entre les particules et la matrice est inférieure à 0,15. On améliore très sensiblement l'efficacité lumineuse du panneau en évitant les problèmes de chromaticité.

Description

Description Panneau électroluminescent comprenant une couche d'extraction de lumière incorporant partiellement des particules transparentes.
[001] L'invention concerne un panneau électrolunxinescent comprenant une couche électroluminescente intercalée entre une couche opaque d'électrodes et une couche d'extraction comprenant une matrice transparente incorporant des particules transparentes, comprenant également une couche transparente d'électrodes intercalée entre la couche électroluminescente et la couche d'extraction.
[002] Les particules sont noyées dans un matériau organique transparent, voire coloré, généralement isolant.
[003] Selon l'enseignement de l'art antérieur cité ci-après, les particules sont des microparticules qui sont destinées à améliorer le taux d'extraction de la lumière émise par la couche électroluminescente.
[004] Le document JP2002-071931 décrit un pann-eau de ce type, notamment en référence à la figure 1 reproduite ci-après en figure 1 : substrat 1, couche opaque d'électrodes ici inférieures 2, couche électroluminescente ici minérale 3', formée de plusieurs sous- couches, couche transparente d'électrodes ici supérieure 4 et couche d'extraction 5' comprenant une matrice organique 51' incorporant des particules transparentes 52'. A noter que les particules sont ici totalement enrotoées et incorporées dans la matrice 51'.
[005] Selon ce document, la couche d'extraction eut servir également de couche de filtrage, et, dans ce but, la matrice transparente -51' peut être colorée par des pigments.
[006] Selon ce document, la lumière 30 qui est ém se dans la couche électroluminescente 3' subit, dans la couche d'extraction 5', de multiples réflexions ou réfractions 31 aux interfaces entre les microparticules 52' et la matrice 51', avant d'être extraite du panneau dans l'air (rayons 32) ; ainsi, les particules 52' ont, selon ce document, un effet de dispersion de la lumière ; comme particules transparentes, on peut prendre de la poudre de sulfure de zinc, de granulométrie comprise entre 1 et 10 μm ; selon ce document, pour les particules 52, il convient d'éviter les formes sphériques ou quasi- sphériques (paragraphe 35).
[007] La structure du panneau décrite à la figure 1 est une structure dite à émission vers le haut, où la lumière sort à l'opposé du substrat au travers d'une couche transparente d'électrodes dite supérieure. Selon ce document, il existe également des structures dites à émission vers le bas, où la lumière sort axi travers du substrat et d'une couche transparente d'électrodes dite inférieure, auxquelles on peut appliquer le même type de couche d'extraction.
[008] Le document US2001-0026124 décrit une couche d'extraction comprenant une matrice colorée incorporant des microparticules transparentes de verre et son utilisation pour améliorer l'extraction de la lumière émise par les panneaux organiques électroluminescents (OLED) ; selon ce document, les microparticules ont une taille inférieure ou égale à 1 μm et servent à disperser la lumière provenant du panneau OLED ; selon ce document, la couche d'extraction est intercalée entre un substrat et le panneau OLED lui-même. D'autres documents décrivent l'utilisation d'une couche chargée en micro-particules diffusantes pour l'extraction de lumière, notamment JP08-083866 (fig-9).
[009] Le document JP2001- 117499 décrit l'utilisation d'un réseau de microlentilles, par exemple sphériques, formant une couche d'extraction pour améliorer l'extraction de lumière d'un panneau organique électroluminescent, la densité de microlentilles étant suffisamment élevée dans cette couche d'extraction pour que chaque pixel soit doté d'une pluralité de microlentilles ; ainsi, la lumière émise par un pixel est réfractée par au moins deux micro-lentilles ; aucun phénomène de réflexion n'est cité ; le paragraphe 37 enseigne, que, quand la distance entre la couche de microlentilles et la couche de pixels est raccourcie, notamment quand la couche de microlentilles est intercalée entre le substrat et la couche de pixels comme illustré à la figure 7 de ce document (par opposition à la figure 1), l'efficacité d'extraction est améliorée. D'autres document décrivent l'utilisation de réseaux de microlentilles pour l'extraction de lumière, notamment JP10-223367, JP2002-216947, JP08-083688 (fig.2). Un inconvénient des réseaux de microlentilles est qu'ils sont onéreux et difficiles à fabriquer, notamment quand le diamètre de chaque micro-lentille est relativement petit, notamment inférieur à 20 μm.
[010] Toujours pour améliorer l'extraction de lumière, le document EP1352751 décrit l'utilisation d'une couche chargée en macro-particules ou billes-lentilles transparentes, chaque pixel ou diode étant doté d'une seule bille-lentille alignée avec ce pixel et présentant une forme adaptée pour focaliser la lumière émise par ce pixel. On aboutit ainsi à un réseau de macro-lentilles, chaque macro-lentille (réf. 93) étant sertie dans une couche d'extraction (réf. 92) qui sert également de couche de barrière de protection des diodes. Comme les dimensions des billes-lentilles sont comparables à celles des pixels, l'épaisseur de la couche d'extraction est très élevée, du même ordre de grandeur que celle du substrat supportant les pixels, ce qui présente des inconvénients. Un autre inconvénient est la nécessité de l'alignement de chaque bille- lentille avec un pixel. Un troisième inconvénient est la nécessité d'utiliser une matrice opaque ou de disposer des masques entre les billes-lentilles, pour éviter des croisements parasites (« cross-talk » en langue anglaise) de lumière entre les pixels.
[011] Les différentes améliorations de l'extraction de lumière présentées dans les documents précités présentent encore des limitations. Un but de l'invention est d'apporter une solution performante peu onéreuse à mettre en œuvre. Un autre but de l'invention est de s'affranchir de contraintes d'alignement et de risques de croisement de lumière entre les pixels, et de limiter l'épaisseur de la couche d'extraction. [012] A cet effet, l'invention a pour objet un panneau électroluminescent comprenant : - une couche électrolumines-cente intercalée entre une couche opaque d'élec-trodes et une couche d'extraction comprenant une matrice transparente incorporant des particules transparentes qui présentent une taille moyenne inférieure à 20 μm, ladite taille moyenne étant mesurée dans une direction perpendiculaire à la surface dudit panneau, - une couche transparente d'électrodes intercalée entre la couche électro-luminescente et la couche d'extraction, - une surface réfléchissante qui est intercalée entre la couche opaque d'élec-trodes et cette couche électroluminescente, caractérisé en ce que les dites particules sont dispersées dans ladite couche d'extraction de façon à former au moins, un lit dit émergeant de particules qui ne sont que partiellement incorporées à ladite matrice de la couche d'extraction.
[013] Dans certains documents de l'art antérieur précédemment cités, les particules sont totalement incorporées à la matrice transparente de la couche d'extraction ; au contraire, dans l'invention, les particules émergent de la couche d'extraction, ce qui permet d'améliorer très sensiblement le taux d'extraction de lumière.
[014] La surface réfléchissante est adaptée pour réfléchir la lumière émise par la couche électroluminescente au travers de cette couche et de la couche d'extraction ; il n'y a de préférence évidemment aucune couche opaque entre cette surface réfléchissante et la couche électroluminescente.
[015] Les électrodes opaques conduisent généralement à un partitionement du panneau en une pluralité d'émetteurs électroluminescents, chacun desservi par une électrode. Ladite taille moyenne des particules est alors sensiblement inférieure aux dimensions de la surface active unitaire (longueur ou largeur) des émetteurs. On entend par taille moyenne une moyenne arithmétique approximative de la taille des particules mesurée dans une direction approximativement perpendiculaire à la surface générale du panneau.
[016] Grâce à la limitation de la taille des particules à 20 μm, on limite avantageusement l'épaisseur de la couche d'extraction et on s'affranchit de contraintes d'alignement de la position des particules par rapport à celle des émetteurs du panneau.
[017] Grâce à l'émergeance des particules dudit lit émergeant, on obtient un effet approximativement équivalent à celui d'un réseau aléatoire de micro-lentilles, d'une manière beaucoup plus économique que dans l'art antérieur. [018] L'ensemble de ces couches est évidemment supportées par un substrat ; deux types de structures sont possibles : - une structure dite classique où la couche électroluminescente émet au travers du substrat ; la couche transparente d'électrodes correspond alors à la première couche d'électrodes déposée, appelée couche inférieure ; la couche opaque d'électrodes est alors la couche supérieure ; - une structure dite inversée où la couche électroluminescente émet, non pas au travers du substrat, mais au contraire à travers la couche supérieure d'électrodes, qui est alors transparente ; la couche opaque d'électrodes correspond alors à la couche inférieure.
[019] De préférence, ladite surface réfléchissante est formée par l'interface de la couche opaque d'électrodes avec la couche électroluminescente ou toute autre couche intercalée entre cette couche opaque et cette couche électroluminescente.
[020] .. De préférence, les électrodes de la couche opaque sont métalliques.
[021] De préférence, la distance qui sépare la couche d'extraction de la couche électroluminescente est inférieure ou égale à 30 μm, de préférence inférieure ou égale à 20 μm. Cette distance correspond à un peu moins de un tiers de la plus petite dimension d'un pixel ; c'est dans ces conditions qu'on peut obtenir les meilleurs taux d'extraction de lumière ; dans le cas de panneaux à émission vers le bas, la couche d'extraction est alors intercalée entre le substrat et la couche électroluminescente.
[022] De préférence, la couche électroluminescente est organique. Le panneau est alors un panneau dit « OLED ». Ce panneau peut servir par exemple à l'éclairage ou à la visualisation d'images. La couche organique électroluminescente se subdivise généralement en plusieurs sous-couches organiques : une sous-couche centrale à proprement parler électroluminescente, intercalée entre une sous-couche de transport d'électrons et une sous-couche de transport de trous, parfois elles-mêmes intercalées entre une sous-couche d'injection d'électrons et une sous-couche d'injection de trous
[023] Les particules peuvent former dans la couche d'extraction plusieurs lits superposés et seul les particules du lit supérieur ou lit émergeant ne seront alors que partiellement incorporées à la matrice, c'est à dire qu'elles émergeront de la matrice de façon à offrir une interface avec généralement de l'air.
[024] De préférence, pour la gamme de longueurs d'onde d'émission du panneau, la différence entre l'indice du matériau transparent des particules et celui de la matrice qui les incorpore est inférieur à 0,15. Grâce à cette faible différence d'indice, la majorité des rayons lumineux qui frappent la surface des particules sont réfractés par cette surface ; l'extraction de lumière a alors lieu essentiellement par réfraction.
[025] De préférence, dans le lit dit émergeant, la portion de surface des particules qui est en contact avec la matrice est compris entre 40% et 60%. Le taux d'émergence des particules est alors optimum vis à vis du taux d'extraction. [026] De préférence, les particules ont une forme sphérique ou quasi-sphérique. Cette forme est bien adaptée à l'optimisation du taux d'extraction de lumière, à l'opposé de la forme recommandée des particules dans le document JP2002-071931 déjà cité. De préférence, le diamètre des particules vaut approximativement le double de l'épaisseur de la matrice de la couche d'extraction. Ce diamètre vaut alors entre 0,4 et 0,6 fois l'épaisseur de la matrice de la couche d'extraction ; le taux d'émergence des particules est alors optimum vis à vis du taux d'extraction.
[027] De préférence, la taille moyenne des particules est supérieure à 1 μm. Compte tenu de la taille élevée des particules, l'extraction de lumière se fait essentiellement par réfraction et réflexion totale de lumière au niveau de leur surface et non pas par dispersion ou diffusion comme dans l'art antérieur. Ceci permet d'éviter des problèmes de diffraction qui entraînent des problèmes chromatiques.
[028] • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1, déjà citée, décrit une coupe partielle d'un pixel d'un panneau selon l'art antérieur ; - la figure 2 décrit une coupe partielle d'un pixel d'un panneau selon un mode de réalisation de l'invention, et illustre l'extraction de lumière ; - les figures 3 et 4 illustrent la directivité de l'émission du panneau selon deux modes de réalisation de la figure 2, qui diffèrent par la distance entre le lit de billes et la couche électroluminescente.
[029] Afin de simplifier la description, on utilise des références identiques ou analogues pour les éléments qui assurent les mêmes fonctions.
[030] Le panneau selon l'invention comprend classiquement un réseau bidimensionnel de cellules électroluminescentes réparties sur un substrat, chaque cellule étant associée à un pixel ou un sous-pixel (cas des panneaux polychrome) des images à visualiser ; la figure 2 représente, en coupe, une portion d'un pixel ou sous-pixel de ce panneau : sur un substrat 1, on a déposé une couche inférieure opaque d'électrodes 2, une couche organique électroluminescente 3, une couche supérieure d'électrodes transparentes 4 et une couche d'extraction 5 ; selon l'invention, la couche d'extraction 5 comprend une matrice 51 en matériau transparent qui incorpore seulement partiellement des particules tranparentes 52 de forme sphérique ou quasi-sphérique, qui sont régulièrement espacées en une seule couche ou « lit ».
[031] Dans le cas de structures dites classiques, les électrodes de la couche inférieure sont des anodes et celles de la couche supérieure sont des cathodes ; selon une autre variante de structure dite inversée, les électrodes de la couche supérieure sont des anodes et celles de la couche inférieure sont des cathodes. [032] Le matériau du substrat peut être en verre minéral ou en polymère dans le cas de panneau souples.
[033] Selon une variante préférentielle, le substrat forme une matrice active, comprenant, derrière chaque pixel ou diode électroluminescente du panneau, un circuit de pixel comprenant généralement un modulateur de courant en série avec la diode électroluminescente et une mémoire de la donnée vidéo adressée au pixel, le plus souvent un condensateur de stockage, qui pilote ledit modulateur ; ce circuit de pixel est généralement réalisé et intégré dans une couche de silicium déposée sur le substrat ; la couche inférieure d'électrodes présente alors généralement plusieurs réseaux différents qui sont également intégrés à cette couche de silicium.
[034] La matériau conducteur de la couche inférieure d'électrodes 2 peut être par exemple en aluminium (cas de cathodes) ou en or (cas d'anodes) de manière à présenter, à l'interface avec la couche organique électroluminescente 3, une surface réfléchissante ; selon l'invention, entre cette couche inférieure d'électrodes 2 et la couche électroluminescente 3, il n'y a donc pas de couche absorbante comme décrit par exemple dans le document WO03/094255 (couche absorbante référencée 36 dans ce document).
[035] La couche organique électroluminescente 3 se subdivise généralement en plusieurs sous-couches organiques : une sous-couche centrale à proprement parler électroluminescente, intercalée entre une sous-couche de transport d'électrons et une sous- couche de transport de trous, elles-mêmes intercalées entre une sous-couche d'injection d'électrons et une sous-couche d'injection de trous ; on trouve parfois également, notamment dans le cas de matrices actives, une sous-couche organique d' aplanissement.
[036] Le matériau conducteur de la couche supérieure est transparent ou semi- transparent ; dans le cas d'anodes, on peut prendre de l'ITO (Indium Tin Oxide en langue anglaise) ; dans le cas de cathodes, on peut prendre un semi-conducteur organique fortement dopé de type n, ou un mélange métal-isolant comme décrit par exemple dans le document US6525466, ou une cathode composite telle que décrite dans le document US6639357 ou WO99/20081.
[037] La matrice transparente 51 de la couche d'extraction est en matériau organique ; parmi les matériaux organiques, on peut utiliser par exemple des polyacrylates, des polymères fluorés, des parylènes ou des cyclotènes.
[038] Pour limiter avantageusement les phénomènes de diffusion ou de diffraction par ces particules, les particules de la couche d'extraction présentent une taille supérieure ou égale à 1 μm ; leur diamètre est également supérieur à l'épaisseur formée par la matrice, de manière à n'y être que partiellement incorporées ; de préférence, le diamètre des particules vaut environ le double de l'épaisseur de l'épaisseur de la matrice de la couche d'extraction, comme illustré à la figure 2 ; ces particules émergent de la matrice transparente dans un milieu d'indice inférieur, très différent, qui est généralement l'air.
[039] Les particules sont réparties uniformément dans la couche d'extraction en une seule couche ou « lit » ; sans se départir de l'invention, on peut utiliser des couches d'extraction dotées de plusieurs lits de particules superposés ; seul le lit supérieur émerge alors de la matrice transparente de la couche d'extraction ; ce lit supérieur émerge dans un milieu d'indice très différent qui est généralement l'air.
[04O] Ces particules peuvent être en silice ou tout autre matériau ayant un indice suffisamment proche de celui de la matrice organique ; de préférence, la différence d'indice est inférieure à 0,15.
[041] La couche d'extraction 5 sert généralement de couche d'encapsulation ; dans le cas contraire, une couche d'encapsulation est généralement insérée entre la couche supérieure d'électrodes et la couche d'extraction ; on peut utiliser une couche d'encapsulation elle-même de type multicouche comme décrit par exemple dans le document WO03/061028 ; pour pouvoir aboutir à de bons rendements d'extraction de lumière, il est préférable que la distance qui sépare la couche électroluminescente de la couche d'extraction ne dépasse pas 30 μm, ce qui limite l'épaisseur de la couche d'encapsulation intermédiaire.
[042] En dehors de la réalisation de la couche d'extraction, la fabrication du panneau utilise des procédés connus en eux-mêmes qui ne seront pas décrits ici en détail.
[043] On va maintenant décrire un procédé possible de réalisation de la couche d'extraction.
[044] Après le dépôt de la couche opaque inférieure d'électrodes réfléchissantes sur le substrat, celui de la couche électroluminescente, et celui de la couche transparente supérieure d'électrodes, on applique une couche de colle de façon à former un film d'épaisseur homogène sur l'ensemble du panneau ; la colle est destinée à former la matrice transparente de la couche d'extraction ; on choisit une colle présentant un indice de réfraction aussi proche que possible de celui des matériaux organiques de la couche électroluminescente.
[045] On pulvérise ensuite des micro-billes de silice sur la couche de colle encore à l'état liquide ; en oscillant le substrat ou en utilisant une racle, on redistribue les billes sur la couche de colle de manière à obtenir une monocouche compacte de billes.
[046] On applique ensuite sur le lit de billes obtenu une pression adaptée pour immerger partiellement seulement les billes dans la couche de colle toujours à l'état liquide ou de faible viscosité. La quantité de colle appliquée et la pression exercée pour l'immersion des billes sont adaptées d'une manière connue en elle-même pour que, en moyenne, les billes soient à moitié immergées, c'est à dire enfoncées dans la couche de colle sur la moitié de leur diamètre. On fait ensuite durcir la colle. On obtient un panneau éle ctro- luminescent doté d'une couche d'extraction selon l'invention. [047] On va maintenant décrire un autre procédé possible de réalisation de la couche d'extraction, dotée cette fois de deux lits de billes, qui est plus simple à mettre en oeuvre que le précédent.
[048] On procède comme précédemment pour un premier lit de billes, à la différence près qu'on exerce une pression d'immersion plus forte de manière à ce que les billes soient au contact de la couche supérieure d'électrodes ; on applique ensuite un fin film de colle sur les billes du premier lit, et on pulvérise un deuxième lit de billes ; on fait ensuite durcir la colle ; on obtient une couche d'extraction à deux lits superposés, où le deuxième lit émerge de la matrice constituée par la colle.
[049] On va maintenant décrire un troisième procédé possible de réalisation de la couche d'extraction qui est également simple à mettre en œuvre.
[050] Sur un plaque dite de transfert, en un matériau adapté pour que la colle ne puisse pas y adhérer, on réalise une couche d'extraction comme dans le premier mode de réalisation à un seul lit exposé ci-dessus.
[051] Pendant ce temps, on applique une couche de colle de façon à former un film d'épaisseur homogène sur l'ensemble du panneau. On renverse la plaque de transfert sur le panneau, de manière à y transférer la couche d'extraction. On fait ensuite durcir la colle. On obtient également un panneau électroluminescent doté d'une couche d'extraction selon l'invention.
[052] Quel que soit le procédé utilisé, il est à noter que des défauts de compacité dans le lit de billes ainsi obtenu, par exemple une bille manquante à quelques endroits du lit, n'est pas préjudiciable au taux d'extraction de lumière, car la lumière est recyclée dans la couche d'extraction vers d'autres billes du lit. Il s'agit là d'un avantage des couches d'extraction selon l'invention.
[053] On va maintenant décrire le fonctionnement de la couche d'extraction de lumière selon l'invention, dans le cas de couche, à un seul lit de billes.
[054] A partir de centres d'émission E, E' situés dans la couche électiOluminescente 3 comme illustré à la figure 1, un rayon lumineux peut, par exemple : - dans le cas du centre E, frapper la surface de l'une des billes 52, être réfracté par l'interface de cette bille avec l'air, vers l'extérieur du panneau ; - dans le cas du centre E', frapper la surface de l'une des billes 52 sous un angle d'incidence supérieur à l'angle hmite de réfaction, être réfléchi vers l'intérieur du panneau par l'interface de cette bille avec l'air, être à nouveau réfléchi vers une autre bille par la surface réfléchissante de la couche inférieure d'électrodes, puis réfracté par l'interface de cette autre bille avec l'air, vers l'extérieur du panneau.
[055] D'autres chemins lumineux peuvent évidemment intervenir pour l'extraction.
[056] Un tel système d'extraction mixte procédant par réflexion et par réfraction permet d'obtenir des taux d'extraction beaucoup plus élevés que dans l'art antérieur, ce qui améliore sensiblement le rendement lumineux des panneaux électroluminescents. [057] D'autres avantages de la couche d'extraction selon l'invention vont maintenant être décrits. [058] Non seulement la couche d'extraction selon l'invention offre une grande ouverture numérique par rapport aux systèmes d'extraction basés sur des réseaux de microlentilles, mais, comme le lit de billes est très proche de la couche électroluminescente, de préférence à une distance de 30 μm au plus, la lumière qui revient par réflexion totale interne ou par réflexion de Fresnel vers l'intérieur du panneau est recyclée en grande partie par réflexion sur la surface des électrodes de la couche inférieure ; la forme incurvée des particules de la couche d'extraction, ici des billes de verre, change l'angle de réflexion totale des rayons dans la cavité optique formée par les couches transparentes du panneau, de sorte que ces rayons finissent toujours par sortir du panneau d'une manière ou d'une autre.
[059] Grâce au mode mixte d'extraction de lumière de la couche d'extraction selon l'invention, il n'est pas nécessaire de doter le panneau d'une couche anti-reflet pour augmenter le contraste en lumière ambiante. Le panneau tel que précédemment décrit peut nécessiter seulement une plaque de couverture et d'encapsulation en verre pour sceller les pixels et les protéger de la vapeur d'eau et de l'oxygène. Cette plaque de couverture peut être dotée d'un polariseur circulaire qui permet d'augmenter le contraste en lumière ambiante sans couche anti-reflet spécifique.
[060] Les figures 3 et 4 représentent la variation de l'intensité d'émission I (unités arbitraires) en fonction de l'angle d'émission i (degrés) par rapport à la direction normale au panneau ; elles illustrent la directivité de l'émission du panneau selon deux modes de réalisation qui diffèrent par la distance entre le lit de billes et la couche électroluminescente : - figure 3 : le diamètre des billes est de l'ordre de 5 μm et les billes sont au contact de la couche inférieure d'électrodes : le taux d'extraction de lumière est de 31% ; avec des billes de diamètre 1 μm, on obtient un taux d'extraction de 38% ; la cause de la baisse d'intensité aux angles d'incidence proches de la normale vient du fait que la couche d'extraction est positionnée à une distance de la couche émissive électroluminescente qui est inférieure à sa longueur focale ; - figure 4 : le lit de billes de diamètre 5 μm a été ici éloigné de la couche émissive électroluminescente, de sorte que la distance qui les sépare est égale à la longueur focale de la couche d'extraction : on constate la quasi-disparition du « creux » d'intensité pour les incidences proches de la normale.
[061] L'invention vient d'être décrite dans le cadre d'un panneau à émission dite vers le haut, où c'est la couche supérieure d'électrodes qui est transparente ; l'invention s'applique également aux panneaux à émission dite vers la bas, où c'est la couche inférieure d'électrodes qui est transparente, où la lumière émise par la couche électroluminescente doit traverser le substrat pour quitte le panneau ; néanmoins, cette configuration présente l'inconvénient par rapport à la précédente d'augmenter les interférences d'émission (« cross-talk » en langue anglaise) entre les cellules voisines du panneau, à cause de l'épaisseur du substrat. L'invention s'applique à tout type de panneaux électroluminescents, qu'ils soient rigides ou flexibles, qu'ils soient destinés à la visuahsation d'images ou à l'éclairage.

Claims

Revendications [001] Panneau électroluminescent comprenant : - une couche électroluminescente (3) intercalée entre une couche opaque d'électrodes (2) et une couche d'extraction (5) comprenant une matrice transparente (51) incorporant des particules transparentes (52) qui présentent une taille moyenne inférieure à 20 μm, ladite taille moyenne étant mesurée dans une direction perpendiculaire à la surface dudit panneau, - une couche transparente d'électrodes (4) intercalée entre la couche électroluminescente (3) et la couche d'extraction (5), - une surface réfléchissante qui est intercalée entre la couche opaque d'électrodes (2) et cette couche électroluminescente (3), caractérisé en ce que les dites particules (52) sont dispersées dans ladite couche d'extraction (5) de façon à former au moins un lit dit émergeant de particules qui ne sont que partiellement incorporées à ladite matrice (51) de la couche d'extraction (5). [002] Panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit panneau est partitionné en une pluralité d'émetteurs électroluminescents, chacun desservi par une desdites électrodes, et en ce que ladite taille moyenne des particules est inférieure aux dimensions de la surface desdits émetteurs.
[003] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, dans le ht dit émergeant, la portion de surface des particules (52) qui est en contact avec la matrice (41) est compris entre 40% et 60%.
[004] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite taille moyenne des particules (52) vaut approximativement le double de l'épaisseur de la matrice (51) de la couche d'extraction.
[005] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite taille moyenne des particules (52) est supérieure à 1 μm.
[006] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite surface réfléchissante est formée par l'interface de la couche opaque d'électrodes (2) avec la couche électroluminescente (3) ou toute autre couche intercalée entre cette couche opaque (2) et cette couche électroluminescente (3).
[007] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la distance qui sépare la couche d'extraction (5) de la couche électroluminescente (3) est inférieure à 20 μm.
[O08] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche électroluminescente (3) est en matériau organique.
[O09] Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, pour la gamme de longueurs d'onde d'émission du panneau, la différence entre l'indice du matériau transparent des particules (52) et celui de la matrice (51) qui les incorpore est inférieur à 0,15. Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites particules (52) ont une forme sphérique ou quasi-sphérique.
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