개선된 광 추출의 유기 전계 발광 소자 document_id A220623030384

본 출원은 본원에서 전체가 참고로서 인용된 2003년 7월 24일에 출원된 미국 가출원 번호 제 60/489,382 호의 이점을 주장한다. 본 발명은 일반적으로 유기 전계 발광 물질을 갖는 발광 소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 소자로부터 광 추출(light extraction)을 향상시키기 위한 디자인 및 방법에 관한 것이다. 본원에서, 용어 "유기 전계 발광 소자" 및 "유기 발광 다이오드"는 상호교환가능하게 사용된다. 최근 10년 동안, 유기 발광 다이오드(OLED)의 과학 및 기술 분야에서 거대한 진보가 이루어졌다. 대부분의 이러한 전진은 평면 디스플레이 발전에서의 중요성에 의해 고무되었지만, 전진 속도가 다음 십년간 계속될 수 있다면, OLED 기술은 일반적인 광 적용에도 영향을 미칠 가능성이 있다. 특히, 광면적 백광 발광 OLED는 성능 및 가격 면에서 통상적인 광 기술과 경쟁적인 고체상 확산 광원(diffuse light source)을 잠재적으로 제공할 수 있다. 이를 달성하기 위해 효율성, 고휘도 수명, 및 OLED-생성된 빛의 조명 질에서 현저한 진보가 필요할 것이다. 유기 발광 다이오드(OLED) 성능에서의 하나의 한계는, 발광 소자 내에서 생성된 빛 대 주변으로 방출된 빛의 비율인 광 추출 효율성(ηex)이다. OLED에서 이러한 효율성 인자의 전형적인 추정치는 0.17 내지 0.5의 범위이다. 최근, 기본적인 청색 OLED를 사용하는 조명-질 백광을 달성하기 위한 유망한 다운(down)-전환 방법이 증명되었다. 무기 인층의 존재가 실질적으로 기본적인 청색 OLED의 전력 효율성을 향상시키고, 이는 상기 인층 내에서 체적 광 산란의 존재에 기인하였다는 사실이 밝혀졌다. 본원에서, 본 발명자는 OLED 광 출력에 대한 체적 산란의 영향을 이해하기 위한 분석 모델을 전개하고, 이를 사용하여 소자 효율성을 최대화시키기 위한 디자인 가이드라인을 전개한다. 특히, 본 발명자는 OLED로부터 추출된 광량이 어떻게 시스템 내에서 입자 크기, 로딩 분율 및 광학 손실과 같은 요인에 좌우되는지 조사한다. 이와 관련된 논문에서, 본 발명자는 본 모델의 정량적인 유효성을 증명하는 세부적인 실험 측정을 개시한다. 발명의 요약 본 발명의 한 양태에서, 본 발명자는 방사성 이송 방법론을 사용하여 체적성 산란과 결합된 OLED용 단순 광 추출 모델을 전개하였다. 상기 모델은 단순 체적성 광 산란이 광 출력(광 생산)을 강화할 수 있다는 것을 증명한다. 효율성 강화를 위한 디자인 가이드라인을 전개하기 위해 OLED 및 산란 파라미터의 함수로서 계산을 수행하였다. 상기 계산은, 인수 2만큼 광 출력을 증가하기 위해 체적 산란을 사용하는 것이 비교적 간단함을 제안하고, 미래의 광 추출 개선을 위한 방향을 제공한다. 다른 보다 복잡한 시스템, 예를 들어 텍스쳐링된 표면, 인-OLED 시스템, LED-인 및 X-광선 소결기 내의 광 전파에 본 모델을 적용하는 것이 비교적 간단함을 주의해야 한다. 본 모델의 결과는 산란 시스템에 대해 수득된 실험 데이터로 확인되었다. 본 발명의 또 다른 양태에서는, 체적성 광 산란에 기인한 광 출력의 증가를 정량적으로 측정하고 예측하는 것이 가능하다는 것을 증명하고, 관측된 추출 효율성의 분명한 증가를 증명한다. 유리 기판 상에서 OLED에 대해 기판-공기 계면을 횡단하는 빛의 분율이 거의 0.75로 증가하는 것을 밝혀낸다. 광선-추적을 이용하며, 분석적으로 무한한 판 모델 및 관측된 결과 사이의 차이를 설명할 수 있고, 데이터를 모델링하기 위한 추가적인 파라미터를 필요로 하지 않는다. 모델 및 실험 데이터가 높은 수준으로 일치하는 것은, OLED 효율성 및 최적화 전략을 예견하기 위한 단순 방사성 이송 모델의 사용을 확인하기 위한 역할을 한다. 확인된 방사성 이송 모델을 갖기 때문에, 이를 미세강(microcavity) 모델, 인광성 또는 형광성 입자가 존재하고, 문헌에 나타나는 수많은 상이한 향상 계획의 동일한 설명 및 정량적인 평가를 제공하는 것을 포함하도록 확장할 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 광원은 (a) 발광 소자; 및 (b) 발광 소자에 광학적으로 결합된 광 산란 매질을 포함하되, 상기 광 산란 매질은 약 0 내지 약 0.99의 범위의 광 산란 이방성(파라미터 "g"로 표시되고, 하기에 정의됨), 및 0 003c# S ≤0.22 및 S 003e# 3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 범위인 산란율("S"로 표시되고, 하기에 정의됨)를 갖는다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 발광 소자는 유기 전계 발광 소자이고, 광 산란 매질은 호스트 매트릭스 내에 산란 입자를 포함한다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 유기 전계 발광 소자는 유기 발광 다이오드("OLED")이다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은, 동일한 번호가 유사한 구성 요소를 지칭하는 하기의 본 발명의 상세한 설명 및 수반된 도면을 숙지하여 명백해질 것이다.