ОРГАНИЧЕСКИЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД Российский патент 2015 года по МПК H01L51/50 

Изобретение относится к области приборов на твердом теле с использованием органических материалов в качестве активной части, в частности к многослойным органическим светоизлучающим диодам, изготовленным по OLED-технологии, и может быть использовано при создании дисплеев нового поколения, включая дисплеи объемного изображения, а также в оптических приемо-передающих устройствах.

Известен органический светоизлучающий диод, который содержит несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки с размещенным на ней прозрачным слоем анода, на котором расположен излучающий слой, выполненный на основе органических соединений, содержащий по меньшей мере один материал, выбранный согласно способности генерировать любой основной или промежуточный цвет, а поверх излучающего слоя расположен металлический катод (RU 2352028, МПК H01L 51/50, 10.04.2009).

Недостатком данного светодиода является светоизлучение, направленное только в одну сторону, что ограничивает его информационные и функциональные возможности, например при использовании в устройствах отображения видеоинформации, обеспечивающих возможность обзора наблюдаемого объекта с разных сторон.

Известны органические светоизлучающие диоды, изготовленные по TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) - технологии, позволяющей создавать прозрачные (Transparent) дисплеи. В таких устройствах прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов (К. Староверов. Технология OLED: История, состояние, перспективы. Новости электроники №4, 2005, с.8-11). Кроме того, направление излучения света в таких светоизлучающих диодах может быть не только вверх или вниз, но и в оба направления. Недостатком данного светодиода, как и вышеупомянутого, следует считать его неспособность излучать свет в разные стороны.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является органический светоизлучающий диод, содержащий набор органических слоев, помещенных между двумя электродами (прозрачным анодом и светоотражательным катодом), осажденными на стеклянной подложке (RU 2408957, МПК H01L 51/50, опубл. 10.01.2011). Со стороны анода органический слой имеет прозрачную транспортную зону транспортировки дырок, затем эмиссионную зону, где происходит процесс светоизлучения в результате рекомбинации дырок и электронов и, наконец, электронную транспортную зону.

Недостатком данного светодиода является светоизлучение направленное только в одну сторону, что ограничивает его информационные и функциональные возможности.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании тонкопленочного органического объемного светоизлучающего диода с круговым многосегментным RGB излучением, обеспечивающего возможность создания устройств формирования объемных изображений и передающих устройств оптического диапазона.

Технический результат состоит в расширении информационных и функциональных возможностей органического светоизлучающего диода, а также повышении его эффективности.

Технический результат достигается тем, что в органическом светоизлучающем диоде, включающем несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки, внутри которой герметично установлены прозрачный анод, светоотражающий катод и размещенный между ними набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя транспортировки дырок, эмиссионного слоя, содержащего органические вещества для излучения красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, слоя транспортировки электронов, согласно изобретению, анод, катод и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров соосно вставленных друг в друга.

Причем катод может быть выполнен как из светоотражающего, так и из прозрачного материала.

Органические слои и слой анода могут быть разделены по окружности с возможностью создания n светоизлучающих R_iG_iB_i сегментов при общем катоде, где i - целые числа от 1 до n.

Возможно введение в полость катода микросхемы управления излучением, соответствующие контакты которой соединены с контактами анодов всех сегментов и общего катода.

На фиг.1 показана в разрезе упрощенная конструкция предложенного органического светоизлучающего диода.

На фиг.2 изображены слои анода, катода и органических веществ, выполненных в виде полых цилиндров.

На фиг.3 показан вид сверху органического светоизлучающего диода в разрезе, содержащего размещенные по окружности светоизлучающие RGB сегменты.

На фиг.4 представлена упрощенная конструкция одного светоизлучающего сегмента.

На фиг.5 показана в разрезе упрощенная конструкция светоизлучающего диода, содержащего в полости катода микросхему управления.

На фиг.6 представлена электрическая схема светоизлучающего диода, содержащего в полости катода микросхему управления.

На фиг.7 показано светоизлучение диода (а) в одном и (б) в нескольких направлениях.

На фиг.8 показан режим работы диода при одновременном подключении всех сегментов.

На фиг.9 (а), (б), (в) показан режим строчной круговой развертки изображения и механизм поворота (сдвига) изображения вокруг оси за счет выбора первого сегмента строчной развертки изображения.

Выполнение анода, катода и органических слоев светоизлучающего диода в виде полых цилиндров, вставленных соосно друг в друга, а также разделение органических слоев и слоя анода по окружности для создания заданного количества светоизлучающих RGB сегментов, обеспечивает возможность создания устройств формирования объемных изображений и передающих устройств оптического диапазона, что, в целом, способствует расширению его информационных и функциональных характеристик.

Введение в полость катода светоизлучающего диода микросхемы управления снижает потери сигналов подаваемых на электроды диода за счет уменьшения длины проводников, а также обеспечивает компактность подобного устройства, что, в целом, способствует повышению его эффективности.

В общем виде заявленный органический светоизлучающий диод 1, конструкция которого в различных ракурсах представлена на фиг.1-4, содержит несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки 2, внутри которой герметично установлены прозрачный анод 3 и катод 4, между которыми размещен набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя 5 транспортировки дырок, эмиссионного слоя 6 светового излучения и слоя 7 транспортировки электронов. Причем анод 3, катод 4 и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров, соосно вставленных друг в друга (на фиг.2 не показано), а именно в полость 8 анода 3 установлен прозрачный цилиндрический слой 5 транспортировки дырок, в полость 9 слоя 5 транспортировки дырок установлен цилиндрический эмиссионный слой 6 светового излучения, в полость 10 эмиссионного слоя 6 установлен цилиндрический слой 7 транспортировки электронов, в полость 11 слоя 7 транспортировки электронов установлен цилиндрический катод 4 с полостью 12. На фиг.1 и фиг.2 также показаны выводы 13 и 14 анода 3 и катода 4, соответственно.

В полости 12 катода 4 светоизлучающего диода 1 может быть размещена микросхема управления излучением 15 (фиг.5), содержащая вход видео 16, вход управления коммутацией 17 видеосигнала, выходы 18, которых подключены к соответствующим анодам сегментов диода 1 (фиг.6).

В качестве материалов для светоотражающего могут быть использованы Li-Al или Mg-Ag, для светопропускающего слоя - прозрачная пленка ITO (In₂O₃). В качестве эмиссионного слоя можно использовать соединения скандия с гетероциклическими лигандами.

В общем случае работа органического светоизлучающего диода 1 заключается в следующем. При подаче напряжения минусом к катоду 4, а плюсом к аноду 3 или к соответствующим анодам сегментов (фиг.6) из них инжектируются соответственно электроны и дырки, т.е. отрицательные и положительные заряды, которые через транспортные слои 7 и 5, соответственно электронов и дырок, поступают в эмиссионный слой 6 или соответствующие эмиссионные слои сегментов. Со стороны анода 3 (анодов сегментов) в эмиссионном слое 6 или эмиссионных слоях сегментов происходит рекомбинация этих зарядов, что вызывает эффект электролюминесценции (излучение света) определенной длины волны.

Так как предлагаемый органический светоизлучающий диод 1 содержит светоизлучающие сегменты, расположенные по окружности в последовательности R₁ G₁ B₁ R₂ G₂ B_{2 …} R_n G_n B_n (фиг.3), то его работа включает в себя следующие режимы светоизлучения:

- светоизлучение в одном или в нескольких направлениях (фиг.7а - светоизлучение в одном направлении, фиг.7б - светоизлучение в нескольких направлениях);

- одновременное круговое светоизлучение всех сегментов (фиг.8), что обеспечивает круговое одновременное светоизлучение как одного цвета, так и разных цветов;

- светоизлучение в виде строчной круговой развертки изображения, когда данный диод можно представить в виде мини-дисплея, содержащего только одну строку строчной развертки (фиг.9а);

- поворота (сдвига) изображения вокруг оси за счет выбора первого сегмента строчной развертки изображения (фиг.9б,в).

Реализация соответствующих режимов работы предлагаемого органического светоизлучающего диода можно осуществить с помощью электрической схемы приведенной на фиг.6.

Светоизлучение в одном направлении осуществляется при подаче видеосигнала (положительного напряжения на один из анодов).

Светоизлучение в нескольких направлениях осуществляется при подаче видеосигнала (соответствующих положительных напряжений на соответствующие аноды).

Одновременное круговое светоизлучение всех сегментов обеспечивается одновременной подачей соответствующих положительных напряжений на аноды всех сегментов.

Круговое светоизлучение можно осуществить также с помощью строчной развертки, если представить светоизлучающие сегменты, расположенные по окружности в следующей последовательности R₁ G₁ B₁ R₂ G₂ B₂ … Rn G_n B_n.

Последовательно подавая соответствующие положительные напряжения на аноды сегментов R₁ G₁ B₁ R₂ G₂ B₂ … Rn G_n B_n, можно получить развертку изображения одной строки.

В зависимости от выбора первого сегмента строчной развертки изображения относительно точки наблюдения можно осуществить поворот (сдвиг) изображения.

Использование: для создания дисплеев, включая дисплеи объемного изображения, и в оптических приемно-передающих устройствах. Сущность изобретения заключается в том, что органический светоизлучающий диод включает несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки, внутри которой герметично установлены прозрачный анод, светоотражающий катод и размещенный между ними набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя транспортировки дырок, эмиссионного слоя, содержащего органические вещества для излучения красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, слоя транспортировки электронов, анод, катод и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров, соосно вставленных друг в друга. Технический результат: обеспечение возможности расширения информационных и функциональных возможностей органического светоизлучающего диода, а также повышения его эффективности. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Органический светоизлучающий диод, включающий несущую основу, выполненную в виде прозрачной подложки, внутри которой герметично установлены прозрачный анод, светоотражающий катод и размещенный между ними набор слоев органических веществ, состоящий, по меньшей мере, из прозрачного слоя транспортировки дырок, эмиссионного слоя, содержащего органические вещества для излучения красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, слоя транспортировки электронов, отличающийся тем, что анод, катод и слои органических веществ выполнены в виде полых цилиндров, соосно вставленных друг в друга.

2. Органический светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен из прозрачного материала.

3. Органический светоизлучающий диод по п.1, отличающийся тем, что органические слои и слой анода разделены по окружности на заданное количество светоизлучающих RGB сегментов.

4. Органический светоизлучающий диод по п.3, отличающийся тем, что в полость катода введена микросхема управления излучением, соответствующие контакты которой соединены с контактами анодов всех сегментов и катода.