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KR20140095488A - 금속 나노와이어들을 통합한 전극을 갖는 광전기 디바이스들 - Google Patents

금속 나노와이어들을 통합한 전극을 갖는 광전기 디바이스들 Download PDF

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KR20140095488A
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플로리안 체니츠카
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캄브리오스 테크놀로지즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 도전성 나노구조들로 형성된 투명 전극들을 포함하는 OLED 및 PV 디바이스들 및 OLED 내 광 출력 커플링 및 PV 디바이스들내 입력-커플링을 개선하는 방법에 관한 것이다.

Description

금속 나노와이어들을 통합하는 광전기 디바이스들 {OPTO-ELECTRICAL DEVICES INCORPORATING METAL NANOWIRES}
본 발명은 일반적으로 광전기 디바이스들 예컨대 유기 발광 다이오드들 (OLEDs) 및 광전지 (PV: photovoltaicl) 셀들에 관한 것이다.
OLED는 전기 전류에 응답하여 광을 방출한다. 광 생성 메커니즘은 전기적으로 여기된 유기 화합물(들)의 엑시톤(exciton)들의 방사 재결합에 기초한다. 도 1 은 기판 (12)상에 형성된 통상의 OLED를 도시한다. 애노드 (14)가 기판상에 배치된다. 발광 층은 두개의 전하 주입 층들 (20 및 22, 전자 주입을 위해 한개 그리고 홀 주입을 위해 한개)에 의해 양측에 접하는 전계발광 화학적 화합물들 (18)의 박막을 포함하는 유기 스택 (16)의 형태를 취한다. 캐소드 (24)가 유기 스택 (16)상에 배치된다.
캐소드 및 애노드는 전기 전류를 공급하기 위한 외부 회로부에 컨택(contact)들을 제공하고, 차례로 유기 스택 (16)내에 광(26)을 생성한다. 일반적으로, 하부-방출 OLED에서, 내부에 생성된 광(26)을 기판 (12)으로 빠져 나가도록 허용하기 위해서 애노드 (14) 및 기판 (12)은 투명해야 한다. 상부-방출 OLED, 예를 들어, OLED 디스플레이에서, 내부에서 생성된 광(26)을 캐소드로 빠져 나가도록 허용하기 위해서 캐소드 (24)는 투명해야 한다. OLED는 전체가 투명할 수 있고, 그럼으로써 캐소드 및 애노드 둘 다가 투명하다. 통상의 투명한 전극은 인듐 주석 산화물 (lTO : indium tin oxide)이다.
내부에서 생성된 광(26)은 다양한 모드들을 통하여 전파한다. 일 예로서 하부-방출 OLED을 사용하여, 도 2는 광 전파의 임의 경로들을 개략적으로 도시한다. 광이 외부 모드 (30)를 통하여, 즉, 기판 (12)으로부터 빠져나가고 투명한 애노드 (14)를 통과하여 이동함으로써 전파하기를 희망한다. 그러나, 유기 스택으로부터 생성된 광 전부가 외부 모드를 통하여 존재하는 것은 가능하지 않다. 대신에, 소정 인터페이스상의 광 입사 각도에 의존하여, 광의 상당 부분이 많은 도파로 모드들을 통하여 전파할 수 있다. 보다 구체적으로, 광이 더 높은 굴절률의 매체로부터 더 낮은 굴절률의 매체로 진입할 때의 인터페이스에서, 전반사가 어떤 광 입사 각도들에 대하여 두개의 매체들의 인터페이스에서 일어나고, 광은 인터페이스를 통과하여 빠져나가지 못한다. 결과적으로, 유기 스택으로부터 생성된 상당량의 광은 도파된다. 하나의 도파로 모드는 ITO 층 (14) 및 유기 스택 (16)의 결합 모드이고, 둘 모두 동등하게 높은 굴절률들을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광(32)은 기판 (12) 및 결합된 ITO-유기 스택 사이의 인터페이스 (34)에서 전반사된다. 다른 모드는 기판 모드이고, 광(38, 40)이 기판 및 공기의 인터페이스 (36)에서 반사된다. 도시된 바와 같이, 도파되는 광(38)은 또한 OLED의 에지들로부터 빠져나갈 수 있다.
따라서, OLED 성능의 중요한 파라미터는 외부 커플링 ("출력-커플링") 효율이며, 이것은 생성된 광자들에 대하여 외부로 방출되는 광자들의 비율이다. OLED들의 광 출력 커플링을 개선하는 것에 대한 요구가 있다.
개선된 출력 광을 위한 광 출력-커플링 (예를 들어, OLED) 또는 흡수 광을 위한 광 입력-커플링 (예를 들어, 광전지 셀들)을 갖는 광전기 디바이스들이 본 출원에서 설명된다.
일 실시예는 광학 스택을 제공하고, 상기 광학 스택은 제 1 전극; 상기 제 1 전극 밑에 놓인 유기 스택; 상기 유기 스택 밑에 놓인 나노구조 층, 상기 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들을 포함하고; 상기 나노구조 층 밑에 놓인 하이-인덱스 층; 및 상기 하이-인덱스 층 밑에 놓인 기판을 포함하는 광학 스택을 제공하고, 상기 하이-인덱스 층은 상기 유기 층과 같거나 더 높은 굴절률을 가지며, 상기 나노구조 층은 제 2 전극을 형성한다.
다른 실시예는 광학 스택을 제공하고, 상기 광학 스택은 제 1 전극; 상기 제 1 전극 밑에 놓인 유기 스택; 상기 유기 스택 밑에 놓인 나노구조 층, 상기 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들을 포함하고; 및 상기 제 1 전극, 유기 스택 및 나노구조 층을 지지하는 기판을 포함하되, 상기 나노구조 층 없이 상기 광학 스택내에 도파될 광의 에너지 밀도는 상기 광학 스택내 상기 나노구조 층의 함유에 의해 축소된다.
다른 실시예는 상부-방출 OLED를 제공하고 상기 상부-방출 OLED는: 기판, 상기 기판상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 스택; 및 나노구조 층은 상기 유기 스택 위에 놓인 복수개의 나노구조들을 포함하고, 상기 나노구조 층은 제 2 전극이다.
추가 실시예들에서 고체-상태 전사를 통하여 OLED를 제조하기 위한 프로세스들을 제공한다. 일 실시예는 프로세스를 제공하고, 상기 프로세스는: 기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드 상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 가지며; 전사 필름 위에 나노구조 층을 포함하는 도너 필름을 제공하는 단계로서, 상기 나노구조 층은 매트릭스내 임의로 분산된 복수개의 나노구조들을 포함하고; 및 상기 도너 필름의 상기 나노구조 층을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 프로세스를 제공하고, 상기 프로세스는 (i) 이형지위에 복수개의 나노구조들을 증착하는 단계; (ii)상기 복수개의 나노구조들 위에 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 매트릭스는 상부 표면을 가지는; (iii) 전사 필름을 상기 매트릭스의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계, 및 (iv) 나노구조 표면을 노출 시키기 위해 상기 이형지를 제거하는 단계에 의해 도너 필름을 제공하는 단계; 기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드 상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 가지는; 및 상기 나노구조 표면에 의해 상기 도너 필름을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계를 포함한다.
추가 실시예는 프로세스를 제공하고, 상기 프로세스는: (i) 이형지 위에 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 매트릭스는 상부 표면을 갖는; (ii) 상기 매트릭스의 상기 상부 표면 위에 복수개의 나노구조들을 증착하는 단계; (iii) 재유동되는 매트릭스를 형성하기 위해서 상기 매트릭스를 재유동시키는 단계; (iv) 상기 나노구조들을 상기 재유동되는 매트릭스로 밀어 넣어 상기 전사 필름이 상기 매트릭스의 상기 상부 표면을 컨택하도록 하는 단계; (v)상기 상부 표면을 노출시키기 위해서 상기 전사 필름을 제거하는 단계에 의해 도너 필름을 제공하는 단계; 기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 갖는; 및 상기 도너 필름의 상기 상부 표면을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면과 컨택하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예는 OLED를 제공하고, 상기 OLED는 기판; 상기 기판상에 배치된 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 배치된 유기 스택; 상기 유기 스택 상에 배치된 금속 필름을 포함하되, 상기 금속 필름은 외부 표면 가지고, 금속/유기 인터페이스에 의해 상기 유기 스택을 컨택하고, 제 1 복수개의 나노구조들은 상기 금속/유기 인터페이스 상에 배치된다.
추가 실시예는 OLED을 제공하고, 상기 OLED는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 배치된 투명한 하부 전극; 상기 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택; 상기 유기 스택 상에 배치된 금속 필름을 포함하되, 상기 금속 필름은 금속/유기 인터페이스에 의해 상기 유기 스택을 컨택하고, 외부 표면 가지며, 복수개의 나노구조들은 상기 외부 표면 상에 배치된다.
또 다른 실시예는 OLED을 제공하고, 상기 OLED는 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판, 상기 상부 표면은 상기 기판 및 공기 사이의 인터페이스이고; 반사 방지층은 상기 기판의 상기 하부 표면을 컨택하고; 상기 반사 방지층 위에 증착된 제 1 전극으로서, 상기 제 1 전극은 복수개의 도전성 나노구조들을 포함하고; 상기 제 1 전극 위에 증착된 유기 스택으로서, 상기 유기 스택은 유기 발광 재로, 전하 주입 층 및 홀 주입 층을 포함하고; 및 상기 유기 스택 위에 증착된 제 2 전극을 포함한다.
추가 실시예에서, 상기 OLED의 상기 기판은 제 1 굴절률을 가지고, 상기 유기 스택은 제 2 굴절률을 가지며, 상기 반사 방지층은 제 3 굴절률을 가지되, 상기 제 3 굴절률은 상기 제 1 굴절률보다 더 크고 상기 제 2 굴절률보다 작다.
추가 실시예들에서, 상기 OLED의 상기 반사 방지층은 1.5-1.8 범위내 반사 인덱스 가진다. 다양한 실시예들에서, 상기 반사 방지층은 폴리이미드 층이다.
또 다른 실시예는 광전지 셀을 제공하고, 상기 광전지 셀은 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판, 상기 상부 표면은 상기 기판 및 공기사이의 인터페이스이고; 반사 방지층은 상기 기판의 상기 하부 표면을 컨택하고; 상기 반사 방지층 위에 증착된 제 1 전극, 상기 제 1 전극은 복수개의 도전성 나노구조들을 포함하고; 광 활성층; 및 상기 광 활성층 위에 증착된 제 2 전극을 포함한다.
추가 실시예에서, 상기 광전지 셀의 상기 기판은 제 1 굴절률을 가지고, 상기 광 활성층은 제 2 굴절률을 가지며, 상기 반사 방지층은 제 3 굴절률을 가지되, 상기 제 3 굴절률은 상기 제 1 굴절률보다 더 크고 상기 제 2 굴절률보다 작다.
추가 실시예에서, 상기 광전지 셀의 상기 반사 방지층은 1.5-1.8 범위내 반사 인덱스를 가진다. 다양한 실시예들에서, 상기 반사 방지층은 폴리이미드 층이다.
도면들에서, 같은 도면 번호들은 유사한 엘리먼트들 또는 동작들을 식별한다. 도면들에서 엘리먼트들의 크기들 및 상대적 위치들은 반드시 축척에 맞게 도시될 필요가 없다. 예를 들어, 다양한 엘리먼트들의 형상들 및 각도들은 축척에 맞게 도시되지 않고, 이들 엘리먼트들 중 일부는 도면 가독성을 개선하기 위해서 임의로 확대되어 배치된다. 더구나, 도시된 엘리먼트들의 특정 형상들은 특정한 엘리먼트들의 실제 형상에 관한 임의 정보를 전달하는 것으로 의도되지 않고, 단지 도면들에서 인식의 용이를 위해 선택된다.
도 1 은 종래 기술의 OLED를 도시한다.
도 2 는 OLED 내 다양한 도파로 모드들을 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 하부-방출 OLED를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PV 셀을 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부-방출 OLED를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고체상태 전사 프로세스를 도시한다.
도면들 7-8은 본 발명의 실시예들에 따른 대안적인 고체-상태 전사 프로세스들을 도시한다.
도면들 9(a)-9(d)는 표면 플라즈몬 폴라리톤들 (SPP : surface plasmon polaritions)을 줄이는 OLED 구성들에 관한 다양한 실시예들이 도시된다.
도 10 은 디바이스 스택내 광 에너지 밀도에 의해 표시된 도파되는 광을 도시한다.
도 11 은 도파로 광 에너지 밀도를 수정하기 위한 하이-인덱스 층의 영향을 도시한다.
도면들 12-15 는 광학 스택 디바이스 내 하이-인덱스 층을 통합하기 위한 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 도시된다.
본 출원에 개시된 바와 같이, 광전기 디바이스 예컨대 OLED 또는 PV 셀 내 하나 이상의 투명 전극들로서 도전성 나노구조들 (예를 들어, 은 나노와이어들)을 상호 연결하는 박막들이 형성된다. 프로세스하기에 비용이 많이 들 수 있는 ITO와 달리, 나노구조-기반 전극들은 바람직하게 도너 층으로부터 고체 상태 전사 프로세스를 통하여 또는 용액 기반 접근법으로 제조되고, 큰 포맷 또는 높은 스루풋 제조를 위하여 특별히 적절한 전극들을 제공한다.
나노구조-기반 하부 전극(Nanostructure-Based Bottom Electrode)
광이 다중-층 디바이스 스택 예컨대 OLED내에서 이동할 때, 광의 광학적 움직임은 디바이스 스택내 적어도 하나에 의해, 또는 보다 전형적으로 모든 층들에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 광이 높은 굴절률의 매체로부터 낮은 굴절률의 매체로 이동할 때, 입사 광의 각도에 의존하여, 두개의 매체들 사이의 인터페이스에서 어느 정도의 반사가 일어날 수 있다. 하부-방출 OLED에서, 내부에서 생성된 광이 빠져나가기 위해서는 유기 층 및 투명한 하부 전극으로부터 그런다음 기판을 통과하여 이동하여야 한다. 통상적으로, 결합된 ITO/유기 층은 유리 기판 (n2
Figure pct00001
1.5)의 굴절률보다 훨씬 더 큰 굴절률 (n1
Figure pct00002
1.8)을 가지지 때문에, 상당량의 광이 ITO/유기 층으로 도파될 수 있다. 마찬가지로, 기판 (n2
Figure pct00003
1.5)으로부터 공기(n3
Figure pct00004
1)로 이동하는 광도 또한 기판 및 유기/lTO 층 (도 2를 보면)으로 도파될 수 있다.
다양한 실시예들은 통상의 ITO 층 대신에 도전성 나노구조-기반 투명 도전체들이 사용되는 OLED들에 관한 것이다. 하이-인덱스-재료 예컨대 ITO를 단순히 배제함으로써, 도파로 모드들의 분포가 수정될 수 있다. 그러나, 유리 및 유기 층의 굴절률들 사이의 큰 차이가 이 인터페이스에서의 전반사에 기인한 손실들을 여전히 일으킬 것이다. 따라서, 광 출력-커플링을 증강시키고 내부 반사를 줄이기 위해서, 기판 및 나노구조 층에 의해 형성된 하부 전극 사이에 반사 방지층이 삽입된다. 나노구조 층은 연속적인 층이라기 보다는 나노구조들 (예를 들어, 금속 나노와이어들)을 상호 연결하는 네트워크이기 때문에, 나노 구조 층은 유기 층 및 반사 방지층 사이의 광학적 상호작용을 완전히 억제할 수 없다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 OLED (50)를 도시한다. OLED (50)는 투명 기판 (54), 투명 기판 (54) 및 나노구조 층 (62) 사이에 삽입된 반사 방지층 (58)을 포함한다. 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들 (66)을 포함하고 애노드 (즉, 하부 전극)으로 동작한다. 유기 스택 (70)은 애노드 및 캐소드 (76) 사이에 위치된다.
선택적으로, 매개 도전성 층 (80)이 유기 스택 (70) 및 나노구조 층 (62) 사이에 삽입될 수 있다. 매개 도전성 층은 충분하게 도전성이 있어서 유기 스택 (예를 들어, 발광 층)내로 균일한 캐리어 주입을 달성하기 위해서 전류가 수평으로 분포되고, 그렇게 함으로써 균일한 전계 발광을 제공한다. 매개 도전성 층은 예를 들어, 얇은 ITO 층, 또는 도전성 폴리머 층, 또는 고르게 분포된 나노입자들 또는 나노와이어들의 층 일 수 있다. 나노구조 층 (62) 및 매개 도전성 층 (80)의 합성 구조의 보다 상세한 설명은 예를 들어, 본 발명의 양수인 Cambrios Technologies의 이름 미국 공개 출원 번호 2008/02592에서 찾을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 반사 방지층(n4)의 굴절률은 기판 (n2) 및 유기 스택 (n5)의 굴절률들 사이의 값이어야 한다. 보다 구체적으로, 반사 방지층의 굴절률은 1.5-1.8의 범위 내에, 또는 1.55-1.6의 범위 내에, 또는 1.6-1.65의 범위 내에, 또는 1.65-1.7, 또는 1.7-1.75, 또는 1.75-1.8의 범위들 내에 있을 수 있다. 내부 반사의 가장 효율적인 감소를 위해서, 굴절률 (n4)은 이하의 식들에 따라 확인될 수 있다:
Figure pct00005
따라서, 개별적으로 유리 (n2
Figure pct00006
1 .5) 및 유기 스택 (n5
Figure pct00007
1.8)의 굴절률들이 주어지면, 이 특정 구성을 위한 반사 방지층 (58)의 굴절률 (n4)은 1.6이어야 한다. 선호되는 실시예에서, 반사 방지층은 폴리이미드 층이다.
반사 방지층은 기판 상의 직접 증착에 의해 형성될 수 있다. 하부 전극을 형성할 때, 도전성 나노구조들은 잉크 조성물로 (이하에서 보다 상세하게 설명될) 조제될 수 있고 반사 방지층 위에 직접 증착 될 수 있다. 이런 용액 기반의 접근법이 큰 포맷 및/또는 높은 스루풋 제조를 가능하게 한다. 그 후에, 유기 스택은 관련 기술 분야의 알려진 방법들에 의해 형성될 수 있다. 유기 스택은 전형적으로 물에 민감하기 때문에, 유기 스택의 형성에 앞서서, 나노구조 층이 나노구조 잉크 조성물에 흔한 용매인 물이 없게 하는 것을 확실히 하도록 주의를 기울여야 한다.
어떤 도파는 또한 투명 기판 (54)과 반사 방지층의 인터페이스(84) 에서의 반사에 기인하여 반사 방지층 내에서 일어날 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 도 3b 에 도시된 바와 같이, 반사 방지층 (58)은 추가로 복수개의 광 산란 나노입자들 (88)을 포함할 수 있다. 광 산란 나노입자들의 존재가 반사 방지층에서 도파되거나 포획된 광을 강제로 밖으로 나가게 할 수 있다(또한 "추출(extraction)"로 지칭된다). 이들 광 산란 나노입자들은 또한 "산란 중심들(scattering centers)"로 지칭된다.
또 다른 실시예에서, 입자 기반 산란 중심들은 또한 나노구조-기반 전극과 함께 PV 셀에서 사용될 수 있다. PV 셀은 광을 흡수하고 광을 전기 전류로 변환하는 광 활성층(photo-active layer)을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 광 활성층은 유기물이고 PV 셀들은 또한 유기 광전지 (OPV) 셀들로 지칭된다. 다른 식으로 특정되지 않는다면, 본 출원에서 설명된 실시예들은 PV 및 OPV 셀들 동등하게 적용가능하다.
도 4a는 일 실시예에 따른 OPV 셀 (90)을 도시한다. OPV 셀 (90)은 투명 기판 (94) 및 위에 놓인(overlying) 나노구조 층 (102)을 포함한다. 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들 (104)을 포함하고 전극 (즉, 애노드)으로 동작한다. 광 활성층 (106)은 나노구조 층 (102) 및 캐소드 (108)사이에 위치된다. 광 활성층 (106) 및 나노구조 층 (102)은 대등한 값의 높은 굴절률들을 가지기 때문에, 그것들은 광(110)의 전파 경로에서 결합된 광학 스택 (107)을 형성한다.
효율적으로 동작시키기 위한 OPV 디바이스를 위해, 입력 광자들에 대하여 흡수된 광자들의 비율이 최대화될 필요가 있다. 광 흡수를 최대화하기 위해서, 광 활성층 내 광(110)의 이동 길이 또는 전체 이동 시간이 가능한 한 길어야 한다. 다시 말해서, 광(110)이 결합된 광학 스택 (107)내에서 도파되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 결합된 광학 스택내에서 내부 반사를 창설하는 것이 불가능하기 때문에, 그 내부에 산란 중심들을 통합함으로써 결국 도파가 창설될 수 있다.
도 4b는 OPV 디바이스 내에 효율적으로 도파를 창설하기 위한 실시예를 도시한다. 특별히, 복수개의 나노입자들이 결합된 광학 스택 (107) 및 기판 (94)의 인터페이스 (109)에 통합된다. 산란 중심들로서의 나노입자들이 광(111)에 대하여 도파를 가능하게 한다. 도 4a의 광(110)에 반해서, 도 4b의 광(111)은 광 활성층내에서 도파되고, 그렇게 함으로써 광의 전체 이동 길이를 연장시키고 광 흡수를 최대화한다.
OPV 디바이스는 본 출원에 개시된 OLED와 유사한 시퀀스로 제조될 수 있다. 전극을 형성할 때, 도전성 나노구조들은 잉크 조성물로 (이하에서 보다 상세하게 설명될) 조제될 수 있고 기판 위에 직접 증착 될 수 있다. 산란 중심들 (예를 들어, 나노입자들)은 나노구조들과 함께 동시에 기판 상의 직접 증착에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 나노입자들은 나노구조들의 증착에 이어서 또는 이전에 증착 될 수 있다. 그 후에, 광 활성층은 관련 기술 분야의 알려진 방법들에 의해 형성될 수 있고, 금속 플레이트일 수 있는 상부 전극의 형성이 이어질 수 있다.
나노구조-기반 상부 전극 (Nanostructure-Based Top Electrode)
나노구조 층들은 또한 통상의 상부-방출 OLED내 ITO 층을 대체하기에 적절하다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 상부-방출 OLED를 개략적으로 도시한다. 상부-방출 OLED (112)는 기판 (116), 기판 (116)상에 배치된 캐소드 (120), 캐소드 (120)상에 배치된 유기 스택 (124); 및 복수개의 나노구조들 (128)을 포함하는 나노구조 층 (126)을 포함한다. 나노구조 층은 OLED의 투명 애노드 및 상부 전극을 형성한다. 기판 및 캐소드는 투명할 필요가 없다. 어떤 실시예들에서, 캐소드는 박막 트랜지스터 (TFT)에 연결될 수 있다. 애노드 및 캐소드는 교환되거나 역으로 될 수 있는 것이 또한 인식되어야 한다.
어떤 면에서는 밑에 놓인 유기 스택의 용매 민감도 때문에 상부 전극으로서 나노구조 층을 형성하는 것을 어려울 수 있다. 특별히, 전형적으로 물을 함유하는 용매는 유기 스택을 상당히 불안정하거나 저하시킬 수 있기 때문에 유기 스택 위에 직접 나노구조 잉크 조성물을 증착하는 것은 실행 불가능하다.
따라서, 용액 기반의 접근법에 대한 대안으로서, 일 실시예는 도너 필름을 이용하는 고체-상태 전사 프로세스를 통하여 유기 스택 위에 나노구조 층을 형성하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 용액-상태 증착을 통하여 나노구조 층 전사 필름을 사전 형성함으로써 그리고 용매를 완전히 기화하는 것을 허용함으로써 도너 필름이 제조된다. 나노구조 층은 그런다음 유기 스택으로 전사되고, 그렇게 함으로써 유기 스택과 직접 용매 접촉을 피한다.
도 6에 예시된, 일 실시예는
기판 (116), 기판 (116) 상에 배치된 캐소드 (120) 및 캐소드 (120) 상에 배치된 유기 스택 (124)을 포함하는 부분 광학 스택 (130)을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면 (134)을 가진다;
전사 필름 (140)위에 나노구조 층 (126)을 포함하는 도너 필름 (136)을 제공하는 단계로서, 상기 나노구조 층은 매트릭스 (144)내 임의로 분산된 복수개의 나노구조들 (128)을 포함한다; 및
도너 필름 (136)의 나노구조 층 (126)을 부분 광학 스택 (130)의 상부 표면 (134)에 컨택하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
추가 실시예에서, 방법은 추가로 전사 필름 (140)을 제거하는 단계를 포함한다.
도너 필름을 형성할 때, 나노구조들의 잉크 조성물은 슬롯 다이 코팅(slot die coating), 스프레이 코팅(spray coating), 리버스 오프셋 프린팅(reverse offset printing), 및 유사한 것을 포함하여 관련 기술 분야에서 알려진 방법들에 의해 전사 필름 위에 직접 증착될 수 있다. 잉크 조성물의 휘발성 컴포넌트들이 제거된 후에 나노구조 층이 형성된다.
다른 실시예에서, 잉크 조성물은 추가로 매트릭스 재료 (예를 들어, 결합제)를 포함할 수 있다. 이 접근법에서, 나노구조들 및 결합제는 전사 필름 위에 함께 증착된다. 증착 및 매트릭스 경화에 이어서, 나노구조들이 실질적으로 균일한 방식으로 매트릭스내 분산되고, 즉, 나노구조들이 매트릭스의 전체 두께를 거쳐서 분포된다. 비록 매트릭스는 도전성 (예를 들어, 도전성 폴리머) 또는 비-도전성 (예를 들어, 유전체 폴리머)일 수 있지만, 컨택하는 나노구조들 사이의 퍼콜레이티브(percolative) 도전성 때문에 나노구조 층은 도전성이다.
다른 실시예는 나노구조들 및 매트릭스를 개별적으로 증착함으로써 고체-상태 전사 접근법을 약간 변경하고, 그렇게 함으로써 나노구조들 및 유기 스택 사이의 전기적 컨택을 유지하면서 동시에 매트릭스의 양 및 두께의 보다 많은 유연성을 허용한다. 더욱이, 유기 스택을 컨택하는 도전성 층의 매끈한 표면을 제공하기 위해 이형지(release liner)가 채용된다. 보다 구체적으로 및 도 7에 예시된 바와 같이, 방법은:
(i) 이형지 (144) 위에 복수개의 나노구조들 (128)을 증착하는 단계;
(ii) 상기 복수개의 나노구조들 (128)위에 매트릭스 (148)를 형성하는 단계, 상기 매트릭스는 상부 표면 (150)를 가진다;
(iii) 매트릭스 (148)의 상부 표면 (150)에 전사 필름 (152)을 컨택하는 단계, 및
(iv) 나노구조 표면 (156)를 노출 시키기 위해서 이형지 (144)를 제거하는 단계;에 의해 도너 필름 (160)을 제공하는 단계;
기판 (116), 기판 (116) 상에 배치된 캐소드 (120) 및 캐소드 (120) 상에 배치된 유기 스택 (124)을 포함하는 부분 광학 스택 (130)을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면 (134)을 가진다;
부분 광학 스택의 상부 표면 (134)에 나노구조 표면 (156)에 의해 도너 필름 (160)을 컨택하는 단계를 포함한다.
추가 실시예에서, 방법은 추가로 전사 필름 (152)을 제거하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 방법은 도너 필름을 유기 스택에 컨택하기에 앞서서 유기 스택 상에 매개 도전성 층을 먼저 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 매개 도전성 층은 바람직하게는 연속적인 필름 예컨대 ITO 또는 도전성 폴리머의 얇은 층이다. 이런 매개 도전성 필름은 나노구조들 및 유기 스택 사이의 컨택이 균일하게 하는 것을 확실히 하는데 도움이 될 수 있다.
증착을 위한 준비가 되었을 때, 매트릭스는 유동성을 보조하기 위한 적절한 용매와 결합될 수 있거나 또는 만약 그것이 유동가능한 재료면 깔끔하게 증착될 수 있다. 증착에 이어서, 매트릭스는 용매(들)의 제거 및 /또는 가교제를 통하여 고체 층으로 경화되거나 또는 단단하게 된다. 어떤 실시예들에서, 매트릭스는 설사 경화후라도, 가열 또는 용매 침투시 재유동적으로 될 수 있고, 냉각 또는 용매 기화시에 다시 경화될 수 있는 열가소성 폴리머이다. 일반적으로 말해서, 가교된 매트릭스는 광-시초되거나(photo-initiated) 또는 열-시초된(heat-initiated) 프로세스를 통하여 형성될 수 있고 일단 경화된 후 설사 추가 가열시라도 재유동적이 불가능하다.
바람직하게는, 매트릭스가 형성된 후 (경화되고 단단하게된), 이형지는 매끈한 나노구조 층의 표면 (156) 남긴채 제거될 수 있고 유기 스택과 컨택을 제공하기 위해 준비될 수 있다. 게다가, 비록 나노구조들이 매트릭스의 전체 높이에 걸쳐서 분포될 필요가 없을 지라도; 나노구조 층은 나노구조들 및 유기 스택 사이의 최대이고 균일한 컨택을 보장하기 위해서 나노구조 표면 (156)에 의해 유기 스택을 컨택한다.
또 다른 실시예는 나노구조 층의 매끈한 컨택 표면을 달성하기 위한 대안 접근접을 제공한다. 방법은 이형지 위에 매트릭스를 먼저 증작하고, 뒤이어 나노구조들을 증착하는 것을 포함한다. 나노구조들은 매트릭스내로 밀어 넣어지지 않고, 매트릭스의 상부 표면위에 증착된다. 매트릭스는 여전히 유동성 (완전히 경화된 상태 전)일 수 있거나 또는 재유동적인 상태로 가열될 수 있다. 재유동되는 매트릭스는 반-고체 상태이고 및 쉽게 변형가능하여 나노구조들은 매트릭스내로 밀어넣어질 수 있다. 보다 구체적으로 및 도 8에 예시된 바와 같이, 방법은:
(i) 이형지 (144) 위에 매트릭스 (148)를 형성하는 단계로서, 매트릭스는 상부 표면 (150)를 가진다;
(ii) 매트릭스 (148)의 상부 표면 (150) 위에 복수개의 나노구조들 (128)를 증착하는 단계;
(iii) 상기 복수개의 나노구조들 (128) 위에 전사 필름 (152)를 도포하는 단계;
(iv) 재유동되는 매트릭스를 형성하기 위해 매트릭스 (148)를 재유동시키는 단계;
(v) 전사 필름 (152) 밑에 놓인 나노구조들 (128)들을 재유동되는 매트릭스내로 밀어 넣기 위해서 전사 필름 (152)에 압력을 인가하는 단계로서 전사 필름은 매트릭스 (148)의 상부 표면 (150)을 컨택한다;
(vi) 상부 표면 (150)을 노출시키기 위해서 전사 필름 (152)을 제거하는 단계;에 의해 도너 필름 (160)을 제공하는 단계;
기판 (116), 기판 (116) 상에 배치된 캐소드 (120) 및 캐소드 (120) 상에 배치된 유기 스택 (124)을 포함하는 부분 광학 스택 (130)을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면 (134)을 가진다;
도너 필름 (160)의 상부 표면 (150) 을 부분 광학 스택 (130)의 상부 표면 (134)에 컨택하는 단계;를 포함한다.
추가 실시예에서, 방법은 추가로 이형지 (144)을 제거하는 단계를 포함한다.
대안적인 일 실시예에서, 방법은 전사 필름 (152)을 라미네이트하는 단계를 생략할 수 있다. 대신에, 나노구조들 (128)은 캘린더 롤로 직접 재유동되는 매트릭스내로 캘린더될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 방법은 도너 필름을 유기 스택에 컨택하기에 앞서서 유기 스택위에 매개 도전성 층을 먼저 형성하는 단계를 더 포함한다. 매개 도전성 층은 바람직하게는 연속적인 필름 예컨대, ITO의 얇은 층 또는 도전성 폴리머이다. 이런 매개 도전성 필름은 나노구조들과 유기 스택 사이의 컨택이 균일하게 하는 것을 보장하는데 도움이 될 수 있다.
상기에서 설명된 프로세스들에서, 비-도전성 오염 재료들이 의도하지 않게 증착들 동안에 도입될 수 있는 것이 가능하다. 나노구조 표면 (도 7의 156 또는 도 8의 150) 위의 그것들의 존재가 캐리어 주입/추출을 억제할 수 있다. 따라서, 방법은 유기 스택에 컨택하기 전에, 임의의 비-도전성 오염 최소화 또는 배제하기 위해서 도너 필름의 나노구조 표면을 표면 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 표면 처리는 짧은 시간 기간동안 아르곤(ar)-플라즈마 (또는 질소(n)-플라즈마) 처리를 포함할 수 있다. 이 표면 처리는 효율적으로 나노구조 표면 위의 오염물질들의 얇은 증착을 효율적으로 제거하고, 그렇게 함으로써 캐리어 주입/추출을 개선한다. 추가적으로, 표면 처리는 유기 스택 또는 매개 도전성 층과의 더 나은 전기 컨택을 제공하는 매트릭스의 가벼운 백-에칭을 달성한다.
매트릭스의 선택은 다수의 요인들에 좌우된다. 일 측면에서, 매트릭스는 유기 스택에 다소의 기계적인 접착을 제공해야 한다(예를 들어, 압력 감응 접착). 다른 측면에서, 매트릭스는 또한 광학적 특성들 예컨대 굴절률, 산란 중심들의 통합, 다운-컨버터(down-converter) 염료의 통합, 등 광학적 특성들을 맞추기 위한 능력을 제공한다. 매트릭스는 따라서 광 추출, 방출 균일성 및 방출 색상에 대하여 광학 스택을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 출원에서 추가로 상세하게 개시되는, 다양한 실시예들에서, 매트릭스는 가교가능한 폴리머 또는 재유동성의 폴리머일 수 있다. 매트릭스는 또한 광학적 투명 접착제 일 수 있다. 더욱이, 매트릭스는 또한 맞춤된 광학적 특성들 (굴절률, 흡수, 색상 등.) 을 지닐 수 있고 광학적 성능 (예를 들어, 산란 입자들, 등.)에 영향을 미치는 입자들을 포함할 수 있다.
매트릭스는 또한 예를 들어, 전사에 앞서서 UV 조사에 의해 패턴화될 수 있다. 이 경우에서, 매트릭스의 선택된 영역들에 UV 조사에 대한 노광은 단지 선택된 영역들만 가교하게 할 수 있고, 반면 비노출된 영역들은 제거될 수 있다. 그런다음 결과적인 패턴이 유기 스택위로 전사될 수 있다. UV 조사에 대한 대안으로서, LITI (Laser Induced Thermal Imaging : 레이저 유도 열 이미징)가 또한 유기 스택위로 재료를 국부적으로 전사하기 위해 사용될 수 있다.
비록 고체-상태 전사 프로세스(solid-phase transfer process)가 상부 전극을 형성하기위해 특별히 적절하지만, 그것은 상부 전극들에 제한되지 않다는 것이 이해되어야 한다. 프로세스는 하부 전극들을 형성하기 위해 동등하게 적용된다. 비록 OLED가 예시되지만, 본 출원에서 개시된 프로세스들은 PV 디바이스들 (예를 들어, OPV)에 동등하게 적용될 수 있는 것이 추가로 이해되어야 한다. 해당 고체-상태 전사 프로세스는 나노구조들의 도전성 네트워크가 유기 스택 (예를 들어, OLED의 발광층또는 PV 셀의 광 활성층)에 컨택하는 하나의 표면(도 7의 156 또는 도 8의 150) 위에 노출되고, 따라서 OLED 및 PV 디바이스들내 캐리어 주입/추출을 제공을 보장한다.
표면 플라즈몬 폴라리톤 억제 (Surface Plasmon Polariton Suppression)
통상의 하부-방출 디바이스에서, 고체 금속 캐소드는 전형적으로 상부 전극으로 사용된다 (도 1을 보면). 금속 및 유기 스택의 인터페이스에서, 에너지 손실들은 표면 플라즈몬 폴라리톤들 (SPP) 또는 다이폴(dipole) 상호작용들 때문에 발생할 수 있다. 이런 에너지 손실이 디바이스의 효율을 축소시킨다. 금속 표면의 더 높은 조도(roughness)가 이 인터페이스에서 에너지 손실을 축소시킨다는 것을 보여준다, 예를 들어 Koo et al. Nature Photonics 4, 222 (2010) 또는 et al. Optics Express 8 (5), p 4041 (2010)를 참조하라.
다양한 실시예들이 나노구조들이 금속 전극의 한쪽 또는 양쪽 모두 측면들상에 배치되는 디바이스들을 제공한다. 나노구조들의 존재가 표면 조도(surface roughness)를 증가시키고, 그렇게 함으로써 SPP를 줄인다. 나노구조들의 도전성 네트워크를 가질 필요가 없다는 것에 유의하여야 한다. 오히려, 표면 조도는 비-퍼콜레이팅 나노구조들 (예를 들어, 나노와이어들 또는 단순한 나노입자들)을 제공함으로써 충분하게 달성될 수 있다.
일 실시예는 금속 캐소드 및 유기 스택의 인터페이스에 나노구조들을 배치하는 것을 제공한다. 도 9(a)에 예시된 바와 같이, OLED (200a)는 기판 (204a), 투명 기판상에 배치된 하부 전극 (208a), 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택 (212a), 및 유기 스택 (212a)상에 배치된 금속 필름/캐소드 (216a)를 포함하고, 금속 필름 (216a)은 금속/유기 인터페이스 (220a)에 의해 유기 스택 (212a)을 컨택하고, 복수개의 나노구조들 (224a)은 금속/유기 인터페이스 (220a) 상에 배치된다.
OLED에서 금속 캐소드는 매우 얇기 때문에(수백 나노미터들 또는 미만), SPP는 금속/유기 인터페이스의 외부표면에 가까운 근접성 때문에 금속 캐소드의 외부 표면에 또한 결합된다. 금속 필름의 외부 표면에 나노구조들을 배치하는 것은 SPP의 전파를 교란시킬 수 있고 OLED 디바이스내 SPP 손실들을 낮출수 있다. 도 9(b)에 예시된 바와 같이, OLED (200b)는 기판 (204b), 투명 기판상에 배치된 하부 전극 (208b), 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택 (212b), 및 유기 스택 (212b)상에 배치된 금속 필름/캐소드 (216b)를 포함하고, 금속 필름 (216b)은 금속/유기 인터페이스 (220b)에 의해 유기 스택 (212b)을 컨택하고, 외부 표면(222b)를 가지며, 그리고 복수개의 나노구조들 (228b)은 외부 표면(222b) 상에 배치된다.
추가 실시예에서, 나노구조들이 금속 필름의 양쪽 측면들상에 배치될 수 있다. 도 9(c)에 예시된 바와 같이, OLED (200c)는 기판 (204c), 투명 기판상에 배치된 하부 전극 (208c), 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택 (212c), 및 유기 스택 (212c)상에 배치된 금속 필름/캐소드 (216c)를 포함하고, 금속 필름 (216c)은 금속/유기 인터페이스 (220c)에 의해 유기 스택 (212c)을 컨택하고, 외부 표면(222c)를 가지며, 제 1 복수개의 나노구조들(224c)는 금속/유기 인터페이스(220c)상에 배치되고 그리고 재 2 복수개의 나노구조들 (228c)은 외부 표면(222c) 상에 배치된다.
금속 필름/캐소드의 외부 표면상에 나노구조들을 증착하기 위한 많은 접근접들이 있다. 어떤 실시예들에서, 금속 필름은 유기 스택의 장벽으로서 역할을 하기 때문에, 나노구조들을 증착하는 것에 대한 용액기반의 접근법이 채용될 수 있고, 스핀 코팅, 슬롯-다이 코팅, 프린팅, 및 유사한 것을 포함한다.
대안적으로, 전사 필름이 사용될 수 있다 (본 출원에서 설명될 것처럼). OLED (200d)가 기판 (204d), 투명 기판상에 배치된 하부 전극 (208d), 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택 (212d), 및 유기 스택 (212d)상에 배치된 금속 필름/캐소드 (216d)를 포함하고, 금속 필름 (216d)은 금속/유기 인터페이스 (220d)에 의해 유기 스택 (212d)을 컨택하고, 외부 표면(222d)를 가지며, 그리고 복수개의 나노구조들 (228d)은 외부 표면(222d) 상에 배치되고 매트릭스(232d)에 내장되는 것을 도9(d)는 예시한다. 나노구조들 및 매트릭스는 형성된 전사 필름 (예를 들어, 도면들 7 또는 8)상에 먼저 형성되고, OLED의 외부 표면 (222d)에 전사된다.
매트릭스는 본 출원에서 설명된 임의의 매트릭스일 수 있다. 이들 실시예들 (예를 들어, 도면들 9a-9d)에서, 매트릭스의 광학적 특성들은 OLED들이 하부-방출이기 때문에 중요한 역할을 하지 않을 것이다. 어떤 실시예들에서, 매트릭스는 불투명하다.
그러나, 금속/유기 인터페이스에 나노구조들을 배치하는 것은 유기 스택의 용매-민감도 때문에 용액기반의 접근법과 호환 가능하지 않다. 따라서, 나노구조들은 금속 필름이 예를 들어, 물리적 기상 증착에 의해 증착되기 전에 고체-상태 프로세스로 금속/유기 인터페이스 위로 전사될 수 있다.
산란 중심들 위치 선정하기(Positioning the Scattering Center)
추가 실시예들에서, OLED 디바이스내 광 출력-커플링은 OLED 디바이스내 산란 중심들의 효율을 최대화함으로써 추가로 개선될 수 있다. 광이 디바이스 스택을 통하여 이동할 때, 광은 하나 이상의 모드들로 전파한다. 산란 중심들은 전파하는 광의 움직임들, 특별히 다른 방식으로 도파되는 광의 움직임들과 간섭하도록 전략적으로 위치선정될 수 있다. 특별히, 산란 중심들이 없이 광학 스택내에 도파되는 광의 에너지 밀도는 광학 스택내 산란 중심들의 함유에 의해 축소될 수 있다. 그러나, 높은 굴절률 층들 (예를 들어, OLED의 유기 층 또는 OPV 셀의 유기 광 활성층)을 포함하는 광학 스택들에 대하여, 도파되는 광은 산란 중심들과 제한된 양의 상호 작용을 가질 수 있어서 산란 중심들이 효율적으로 채용되지 않을 수 있다.
도 10 은 어떻게 도파되는 광이 임의의 감지할 수 있을 정도의 방식으로 산란 중심들과 상호작용하지 않을 수 있는지를 보여준다. 특별히, 도 10 은 간략화된 디바이스 스택 (300)내에서 전파하는 광의 에너지 밀도 분포를 도시한다. 디바이스 스택은 제 1 전극 (310), 유기 스택 (320), 및 유리 기판 (360)을 포함한다. 유기 스택에 의해 생성된 광은 광이 유리 기판을 통하여 빠져 나가기 전에 디바이스 스택내에서 전파한다. 본 출원에서 설명될 것처럼, 도파로 모드는 유기 스택 (320) 및 기판 (360) 사이의 인덱스 차이 때문에 유기 스택내에서 주로 유지된다. 도파되는 광의 에너지 밀도는 벨 곡선 (380)에 의해 표시되기 때문에, 벨 곡선의 최대값 (390)은 대략 유기 스택내 중심에 위치된다. 유기 층에서 이런 도파는 광으로 하여금 유기 스택 (즉,유기 스택 밑에 놓인 광 산란 중심들은 명확성을 위해 미도시된다) 넘어서의 임의의 엘리먼트와 거의 상호작용을 가지지 않게 하거나 또는 최소의 상호작용을 가지게 한다.
보다 효율적으로 작용하기 위해 산란 중심들, 그것들은 유기 스택내에서 도파되는 광의 최대값 세기에(바람직하게는 최대값 세기에서) 근접하여야 한다. 도 11은 얼마나 에너지 밀도 분포 곡선이 유기 스택의 중심으로부터 멀어진지를 보여주고, 그렇게 함으로써 유기 스택의 일단에 보다 근접하게 이동한다. 보다 구체적으로, 광학 스택 (400)에서, 하이-인덱스 층 (420)은 유기 스택 (320) 및 기판 (360)사이에 배치된다. 하이-인덱스 층은 유기 스택의 굴절률과 견줄만큼 하이-굴절률을 가진다. 유기 층 (320) 및 하이-인덱스 층 (420)사이의 광학적 연속성 때문에, 에너지 밀도 분포 곡선 (430)은 하이-인덱스 층 (420)으로 확장된다. 결과적으로, 곡선 (430)의 최대값은 하이-인덱스 층 (420)쪽으로 이동하고, 하이-인덱스 층과 보다 큰 중첩영역 (450)으로 귀결된다.
따라서, 일 실시예에서, 에너지 밀도 분포는 그것의 최대값이 산란 입자들의 위치쪽으로 이동되는 방식으로 변형될 수 있다. 도 12 는 도 11의 개념에 기반되고, 유기 스택 (320) 및 하이-인덱스 층 (420) 사이에 복수개의 나노구조들 (340)을 통합한다. 이들 나노구조들 (예를 들어, 은 나노와이어들)은 OLED 디바이스내 제 2 전극 뿐만 아니라 산란 중심들로 기능하고, 그것은 유기 스택에서 생성되고 도파되는 광을 추출하는 것을 가능하게 한다. 산란 중심들 (340) 및 에너지 밀도 분포 곡선 (430) 사이의 중첩영역 (450)은 하이-인덱스 층 (예를 들어, 도 10)이 없는 스택에 비교되었을 때 실질적으로 증가하고, 그렇게 함으로써 광을 추출하기 위한 산란 중심들의 효율을 증가시킨다. 중첩영역은 곡선의 전체 언더-곡선 영역에 비교 되었을 때 유기 스택을 넘어서 확장된 에너지 밀도 분포 곡선의 언더-곡선 영역(퍼센티지로)으로 정의된다. 예는 도 11의 영역 (450)이다. 전형적으로, 중첩영역이 클 수록, 산란 중심들이 도파되는 광을 추출하는 것이 더 효율적이다. 다양한 실시예들에서, 산란 중심들은 희망하는 결과를 달성하기 위해서 적어도 2%, 또는 적어도 3% 또는 적어도 5%, 또는 적어도 10%, 또는 적어도 30% 또는 적어도 50%인 중첩된 영역으로 위치선정된다.
본 출원에서 사용되는, "하이-인덱스" 층은 모드가 전파하는 유기 층의 굴절률과 적어도 같거나 또는 더 큰 굴절률을 가진다. 전형적으로, 하이-인덱스 층은 1.55 또는 더 높은, 또는 바람직하게는 1.6 또는 더 높은, 또는 보다 바람직하게는, 1.7 또는 더 높은, 또는 보다 바람직하게는, 1.8 또는 더 높은 굴절률을 가진다.
다양한 실시예들은 광 산란 중심들 (340)의 효율을 촉진하는 하이-인덱스 층 (420)을 통합하는 여러 접근법들을 설명한다. 도파로 모드들의 상이한 위치들에 대응하는 산란 입자들의 몇개의 층들 그리고 그것의 대응하는 하이-인덱스 층을 도입하는 것이 가능한 것이 이해되어야 한다.
도 13은 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 디바이스 스택 (500)은 제 1 전극 (310), 유기 스택 (320), 복수개의 상호연결/네트워킹 나노구조들 (340)을 가지는 제 2 전극 (510), 나노구조들 (340) 밑에 놓인 하이-인덱스 층 (520) 및 기판 (360)을 포함한다. 이 실시예에서, 절연 결합제 또는 매트릭스가 없고, 제 2 전극은 하이-인덱스 층 위에 나노구조들을 직접 증착함으로써 형성된다. 만약 프로세싱 장치가 하이-인덱스 층 위에 나노구조들의 코팅 동안에 결합제 재료가 존재하는 것을 필요로 한다면, 이후에 유기 스택 (320) 형성 전에 결합제는 제거된다(예를 들어, 세척 또는 플라즈마 처리에 의해).
도 14는 본 발명에 따른 추가 실시예를 도시한다. 디바이스 스택 (700)은 디바이스 스택들 (500 및 600)의 특성들을 결합한다. 도시된 바와 같이, 디바이스 스택 (700)은 제 1 전극 (310), 유기 스택 (320), 제 1 하이-인덱스 층 또는 매트릭스(720)에 내장된 복수개의 상호연결/네트워킹 나노구조들 (340)을 가지는 제 2 전극 (710), 제 2의 밑에 놓인 하이-인덱스 층 (730), 및 기판 (360)을 포함한다.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 디바이스 스택 (800)은 제 1 전극 (310), 유기 스택 (320), 로우-인덱스 매트릭스 또는 결합제 (350)에 내장된 복수개의 상호연결/네트워킹 나노구조들 (340)을 가지는 제 2 전극 (810), 제 2 전극 밑에 놓인 하이-인덱스 층 (820), 및 기판 (360)을 포함한다. 이 실시예에서, 결합제는 전극 (810)을 형성하기 위해서 하이-인덱스 층 (820) 위에 나노구조들과 함께 증착된다. 그런다음 로우-인덱스 결합제는 전극에 잔존하고 유기 스택 또는 하이-인덱스 층보다 더 낮은 굴절률을 가져야 한다.
본 출원에서 설명된 임의의 실시예들에서, 하이-인덱스 층은 추가의 산란 중심들, 즉, 본 출원에 정의된 광 산란 입자들을 추가로 포함할 수 있다.
더욱이, 도파로 모드 변형과 관련하여 설명된 실시예들이 상부-방출 디바이스들에 또한 적용될 수 있고, 그 경우에 디바이스의 완전한 스택이 (나노와이어 층 및 하이-인덱스 층을 포함하는) 역으로 될 것이다.
다양한 컴포넌트들이 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
도전성 나노구조들 (Conductive Nanostructures)
일반적으로 말해서, 본 출원에서 설명된 투명한 도전체들은 도전성 나노구조들의 얇은 도전성 필름들이다. 투명한 도전체에서, 하나 이상의 전기적 도전성 경로들은 나노구조들간에 연속적인 물리적 컨택들을 통하여 수립된다. 충분한 나노구조들이 전기적 퍼콜레이션 임계값(전기적 퍼콜레이션 임계값)에 도달하도록 존재할 때 나노구조들의 도전성 네트워크가 형성된다. 전기적 퍼콜레이션 임계값은 따라서 중요한 값이며 그 이상에서 긴 범위 연결성(long range connectivity)이 달성될 수 있다.
본 출원에서 사용되는, "도전성 나노구조들" 또는 "나노구조들" 일반적으로는 전기적으로 도전성 나노 크기의 구조들을 지칭하고, 그것 중 적어도 하나의 치수는 500nm 미만, 보다 바람직하게는, 250nm, l00nm, 50nm 또는 25nm 미만이다.
나노구조들은 임의의 형상 또는 기하학적 구조를 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 나노구조들은 등방성으로 형상화된다 (즉, 종횡비 = 1). 전형적인 등방성 나노구조들은 나노입자들을 포함한다. 선호되는 실시예들에서, 나노구조들은 이방성으로 형상화된다 (즉, 종횡비 ≠ 1). 본 출원에서 사용되는, "종횡비(aspect ratio)"는 나노구조의 길이 및 폭 (또는 직경)사이의 비율을 지칭한다. 이방성 나노구조는 전형적으로 그것의 길이를 따라서 종축을 가진다. 대표적인 이방성 나노구조들은 본 출원에서 정의된 나노와이어들 및 나노튜브들을 포함한다.
나노구조들은 고체 또는 공동(hollow)일 수 있다. 고체 나노구조들은 예를 들어, 나노입자들 및 나노와이어들을 포함한다. "나노와이어들"은 따라서 고체 이방성 나노구조들을 지징한다. 전형적으로, 각각의 나노와이어는 10 보다 더 큰 , 바람직하게는 50보다 더 큰, 및 보다 바람직하게는 100보다 더 큰 종횡비 (길이:직경)를 가진다. 전형적으로, 나노와이어들은 500nm 이상, 1 μm이상, 또는 10μm 보다 길 수 있다.
공동 나노구조들은 예를 들어, 나노튜브들을 포함한다. 전형적으로, 나노튜브는 10 보다 더 큰 , 바람직하게는 50보다 더 큰, 및 보다 바람직하게는 100보다 더 큰 종횡비 (길이:직경)를 가진다. 전형적으로, 나노 튜브들은 500nm 이상, 1 μm이상, 또는 10μm 보다 길 수 있다.
나노구조들은 임의의 전기적인 도전성 재료로 형성될 수 있다. 보다 전형적으로, 도전 재료는 금속성이다. 금속성의 물질은 원소 금속(elemental metal)(예를 들어, 전이 금속들) 또는 금속 화합물 (예를 들어, 금속 산화물)일 수 있다. 금속성의 물질은 또한 두가지 금속으로 된 물질 또는 금속 합금일 수 있고, 이것은 금속의 두개 이상의 유형들을 포함한다. 적절한 금속들은 은, 금, 구리, 니켈, 금-도금된 은, 백금 및 팔라듐을 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 도전 재료는 또한 비-금속성의, 예컨대 탄소 또는 흑연 (탄소 동소체)일 수 있다.
나노구조 층 (Nanostructure layer)
일반적으로, 나노구조 층 또는 코팅은 본 출원에서 설명된 광전기 디바이스들에서 투명한 전극으로 동작한다. 나노구조 층 (또한 투명한 도전체 층으로 지칭된다)은 액체 캐리어 및 복수개의 도전성 나노구조들을 포함하는 액체형 분산액 (또는 코팅 조성물)을 증착하고 액체 캐리어를 건조하도록 허용함으로써 형성된다. 나노구조 층은 전사 필름상에 먼저 형성될 수 있고, 그런다음 광전기 디바이스내 밑에 놓인 층에 전사된다.
나노구조 층은 무작위적으로 분포되고 서로와 상호 연결되는 나노구조들을 포함한다. 나노 구조들의 수가 퍼콜레이션 임계값에 도달할 때, 박막은 전기적으로 도전성이다. 예를 들어, 하나 이상의 결합제들, 계면 활성제들 및 점도 변경자들을 포함하는 잉크 조성물의 다른 비-휘발성 컴포넌트들은 도전성 필름의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 다른 식으로 명시되지 않으면, 본 출원에서 사용되는, "도전성 필름"은 잉크 조성물의 임의의 비휘발성 컴포넌트들과 결합되는 퍼콜레이티브 나노구조들 및 네트워크를 형성하는 나노구조 네트워크 네트워크를 지칭하고, 그리고 예를 들어, 결합제 (예를 들어, 점도 변경자), 계면 활성제 및 부식 방지제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
분산을 위한 액체 캐리어는 물, 알코올, 케톤 또는 그것의 조합일 수 있다. 대표적인 알코올들은 이소프로판올 (IPA), 에탄올, 디아세톤 알코올 (DAA) 또는 IPA 및 DAA의 조합을 포함할 수 있다. 대표적인 케톤들은 메틸 에틸 케톤 (MEK) 및 메틸 프로필 케톤 (MPK)을 포함할 수 있다.
계면 활성제들은 나노구조들 및/또는 광 산란 재료의 집합체(aggregation)를 축소시키는 역할을 한다. 적절한 계면 활성제들의 대표적인 예들은 ZONYL® FSN, ZONYL® FSO, ZONYL® FSA, ZONYL® FSH (DuPont Chemicals, Wilmington, DE), 및 NOVECTM (3M, St. Paul, MN)을 포함하는 ZONYL® 계면 활성제들과 같은 플루오르계면 활성제들을 포함한다. 다른 대표적인 계면 활성제들은 알킬페놀 에톡실레이트 기반의 비-이온의 계면 활성제들을 포함한다. 선호되는 계면 활성제들은 예를 들어, 옥틸페놀 에톡실레이트 예컨대 TRITON™ (xl00, xl14, x45), 및 노닐페놀 에톡실레이트 예컨대 TERGITOL™ (Dow Chemical Company, Midland MI)을 포함한다. 추가로 대표적인 비-이온의 계면 활성제들은 아세틸렌계 계면 활성제들 예컨대 DYNOL® (604, 607) (Air Products 및 Chemicals, Inc., Allentown, PA) 및 n-도데실 β-D-말토사이드를 포함한다.
점도 변경자는 기판 상에 나노구조들을 고정시키는 결합제(binder) 역할을 한다. 적절한 점도 변경자들의 예들은 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 (HPMC), 메틸 셀룰로오스, 잔탄검, 폴리비닐 알코올, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 및 하이드록시 에칠 셀룰로스를 포함한다.
특별한 실시예들에서, 코팅 용액에서 점도 변경자에 대한 계면 활성제의 중량 비율은 바람직하게는 약 80: 1 내지 약 0.01: 1의 범위에 있고; 도전성 나노구조들에 대한 점도 변경자의 중량 비율은 바람직하게는 약 5: 1 내지 약 0.000625: 1의 범위에 있고; 및 계면 활성제에 대한 도전성 나노구조들의 중량 비율은 바람직하게는 약 560: 1 내지 약 5: 1의 범위에 있다. 코팅 용액의 컴포넌트들의 비율은 사용되는 애플리케이션의 기판 및 방법에 의존하여 수정될 수 있다. 선호되는 코팅 용액을 위한 점도 범위는 약 1 cP 및 100 cP 사이에 있다.
일 실시예에서, 코팅 용액은 필름 형성하는 것을 가능하게 하기 위해서 결합제 (예를 들어, HPMC)를 처음에 함유할 수 있다. 그러나, 결합제는 그 후에 나노구조들이 불연속적인 층을 형성하고 반사 방지층 및 유기 스택 사이의 광학적 상호작용을 방해하지 않도록 제거되어야 한다.
도전성 필름의 전기 전도도는 종종 "시트 저항(sheet resistance)"에 의해 측정되고, 이것은 오옴/스퀘어 (또는 "ohms/sq")에 의해 표시된다. 시트 저항은 적어도 표면 하중(loading) 밀도, 나노구조들의 사이즈/형상들, 및 나노구조 구성 요소의 고유한 전기적 특성의 함수이다. 본 출원에서 사용되는, 만약 박막이 108 ohms/sq 보다 더 높지 않은 시트 저항을 가지면 박막은 도전성으로 간주된다. 바람직하게는, 시트 저항은 104 ohms/sq, 3,000 ohms/sq, 1,000 ohms/sq, 또는 350 ohms/sq, 또는 100 ohms/sq보다 더 높지 않다. 전형적으로, 금속 나노구조들에 의해 형성되는 도전성 네트워크의 시트 저항은 10 ohms/sq로부터 1000 ohms/sq까지, 100 ohms/sq로부터 750 ohms/sq까지, 50 ohms/sq로부터 200 ohms/sq까지, 100 ohms/sq로부터 500 ohms/sq까지, 또는 100 ohms/sq로부터 250 ohms/sq까지, 또는 10 ohms/sq로부터 200 ohms/sq까지, 10 ohms/sq로부터 50 ohms/sq까지, 또는 1 ohms/sq로부터 10 ohms/sq까지의 범위에 있다. 본 출원에서 설명된 광전기 디바이스들에 대하여, 시트 저항은 전형적으로 20 ohms/sq 미만, 또는 15 ohms/sq 미만, 또는 10 ohms/sq 미만이다.
광학적으로, 나노구조-기반 투명 도전체들은 가시 영역 (400nm- 700nm)에서 높은 광 투과율을 가진다. 전형적으로, 투명한 도전체는 광 투과율이 70% 보다 클 때, 또는 보다 전형적으로 가시 영역에서 85% 보다 클 때 광학적으로 투명하다고 간주된다. 보다 바람직하게는, 광 투과율은 90%보다 크거나, 93%보다 크거나, 또는 95%보다 크다. 본 출원에서 사용되는, 다른 식으로 명시되지 않으면, 도전성 필름은 (예를 들어, 투과율에서 70%보다 큰) 광학적으로 투명하다. 따라서, 투명한 도전체, 투명한 도전 필름, 층 또는 코팅, 도전 필름, 층 또는 코팅, 및 투명 전극은 호환하여 사용된다.
헤이즈는 광학적 선명도(clarity)의 인덱스이다. 헤이즈는 벌크 및 표면 조도 영향들에 기인한 광-산란 및 반사/굴절로부터 비롯된다. 어떤 광전기 디바이스들 예컨대 PV 셀들 및 OLED 광 애플리케이션들에 대하여, 하이-헤이즈 투명 도전체들이 선호될 수 있다. 이들 투명 도전체들은 전형적으로 10% 초과의, 보다 전형적으로 15% 초과의, 또는 보다 전형적으로, 20%-50%의 범위에 헤이즈 값들을 가진다. 공개된 U.S. 특허 출원 번호. 2011/0163403를 참조하라. 디스플레이 애플리케이션들을 위한 OLED와 같은 다른 디바이스들에 대하여, 로우-헤이즈(low-haze)가 선호된다. 헤이즈를 조정하거나 감소하기 위한 추가의 세부사항들은 예를 들어, 공개된 U.S. 특허 출원 번호. 2009/0321113에서 찾아볼 수 있다. 이들 공개된 미국 특허 출원들은 본 발명의 양수인인 Cambrios Technologies Inc.에 양도된 상호-계류중인(co-pending) 출원들이다.
다른 방식으로 특정되지 않는 한, 본 출원에 설명되고 그리고 청구된 소정의 투명 도전체의 헤이즈 값은 ASTM D 1003 - 07, "투명한 플라스틱들의 헤이즈 및 발광 투과율의 표준 테스트 방법(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics)에 따라 광자-광학적으로(photo-optically) 측정된다.
매트릭스 (Matrix)
"매트릭스"는 금속 나노와이어들이 분포되거나 또는 내장된 고체-상태 재료를 지칭한다. 나노와이어들의 부분들은 매트릭스로부터 도전성 네트워크에 대한 표면 액세스를 가능하게 하도록 돌출할 수 있다. 매트릭스는 금속 나노와이어들을 위한 호스트이고 도전성 층의 물리적 형태를 제공한다. 매트릭스는 부정적인 환경 요인들, 예컨대 부식 및 마모로부터 금속 나노와이어들을 보호한다. 특별히, 매트릭스는 환경, 예컨대 수분, 미량의 산, 산소, 황 및 유사한 것에서 부식성 엘리먼트들의 투과성을 상당히 낮춘다.
더욱이, 매트릭스는 도전성 층에 유리한 물리적 및 기계적인 특성들을 제공한다. 예를 들어, 기판에 접착력(adhesion)을 제공할 수 있다. 더욱이, 부서지기 쉬운 산화 금속 필름들와 달리, 금속 나노와이어들이 내장된 고분자 또는 유기 매트릭스들은 강건하고 가요적일 수 있다. 본 출원에서 보다 상세하게 논의될 것처럼, 가요성 매트릭스들은 저비용의, 높은 스루풋 프로세스에 투명 도전체들을 제조하는 것을 가능하게 한다.
게다가, 도전성 층의 광학적 특성들은 적절한 매트릭스 재료를 선택함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 반사 손실 및 원치않는 섬광은 바람직한 굴절률, 조성물 및 두께의 매트릭스를 이용함으로써 효율적으로 축소될 수 있다.
전형적으로, 매트릭스는 광학적으로 투명한 재료이다. 재료는 만약 재료의 광 투과율이 가시 영역 (400nm - 700nm)에서 적어도 80%이면 광학적으로 투명한 것으로 간주된다. 만약 다른 식으로 특정되지 않은 한, 본 출원에서 설명된 투명 도전체내 모든 층들은 (기판을 포함하여) 바람직하게는 광학적으로 투명하다. 매트릭스의 광학적 선명도는 전형적으로 다수의 요인들에 의해 결정되고, 제한 없이: 굴절률 (RI), 두께, 두께 전체를 통한 RI의 일관성, 표면 (인터페이스를 포함하여) 반사율, 및 헤이즈 (표면 조도 및/또는 내장된 입자들에 의해 야기된 산란 손실)를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 매트릭스는 결합제(binder)이고, 즉, 매트릭스는 나노구조들과 함께 잉크 조성물내 처음에 분산된다. 이들 실시예들에서, 용어들 "매트릭스(matrix)" 및 "결합제(binder)"는 교환가능하다. 기판 위에 증착에 이어서, 잉크 조성물의 휘발성 컴포넌트들이 제거되거나 또는 기화될 때 매트릭스는 경화된다.
다른 실시예들에서, 매트릭스는 잉크 조성물이 기판 위에 증착된 이후에 형성된다. 이것과 관련하여, 나노구조들을 현탁시키기 위한 매체를 제공하는 것에 추가하여, 매트릭스는 또한 보호용 층을 형성하거나 위에 놓인 나노구조들을 오버코트(overcoat) 한다. 그 전체가 참조로서 본원에 통합된 U.S. 특허 번호 8,049,333는 매트릭스를 형성의 상세한 설명을 제공한다.
어떤 실시예들에서, 매트릭스는 약 10nm 내지 5μm 두께, 약 20nm 내지 1 μm 두께, 또는 약 50nm 내지 200nm 두께이다. 다른 실시예들에서, 매트릭스는 약 1.3 내지 2.5, 또는 약 1.35 내지 1.8의 굴절률을 가진다.
어떤 실시예들에서, 매트릭스는 또한 고분자 매트릭스로 지칭되는 폴리머이다. 광학적으로 투명한 폴리머들은 관련 기술 분야에서 알려졌다. 바람직하게는, 폴리머는 가교 가능하거나 또는 재유동가능하다 (예를 들어, 경화 후에 가열시 유동가능한). 적절한 고분자 매트릭스들의 예들은 이하를 포함하지만, 이것에 제한되지는 않는다: 폴리아크릴계 예컨대 폴리메타크릴레이트들 (바람직하게는, 폴리(메틸 메타크릴레이트)), 폴리아크릴레이트들 및 폴리아크릴로니트릴들, 폴리비닐 알코올들, 폴리에스테르들 (예를 들어, 폴리에틸렌 테레프타레이트 (PET), 폴리에스테르 나프탈레이트, 및 폴리카보네이트들), 고도의 방향족성을 가진 폴리머들 예컨대 페놀들 또는 크레졸-포름할데히드 (노볼락"), 폴리스티렌, 폴리비닐톨루엔, 폴리비닐자일렌, 폴리이미드들, 폴리아미드들, 폴리아미드이마이드들, 폴리에테르이미드들, 폴리설파이드들, 폴리설폰들, 폴리페닐렌들, 및 폴리페닐 에테르들, 폴리우레탄 (PU), 에폭시, 폴리올레핀류 (예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 및 사이클릭 올레핀류), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머 (ABS), 셀룰로오스 물질, 실리콘들 및 다른 실리콘-함유 폴리머들 (예를들어, 폴리실세스퀴옥산들 및 폴리실이란들), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리아세테이트들, 폴리노르보르넨들, 합성 고무들 (예를 들어, EPR, SBR, EPDM), 및 플루오로폴리머들 (예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 (TFE) 또는 폴리헥사플루오로프로필렌), 코폴리머들 of 플루오로-올레핀 및 탄화수소 올레핀 (예를 들어, Lumiflon"), 및 아몰퍼스 플루오르카본 폴리머들 또는 코폴리머들 (예를 들어, CYTOP® by Asahi Co.,또는 Teflon® AF by Du Pont).
다른 실시예들에서, 매트릭스는 무기 재료이다. 예를 들어, 실리카, 멀라이트, 알루미나, SiC, MgO-Al203-Si02, Al203-Si02, MgO-Al203-Si02-Li20 또는 그것들의 혼합물 기반의 솔-겔 매트릭스(sol-gel matrix)가 사용될 수 있다.
어떤 실시예들에서, 매트릭스 그 자체는 도전성이 있다. 예를 들어, 매트릭스는 도전성 폴리머일 수 있다.도전성 폴리머들은 관련 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 제한없이 : 폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리아닐린들, 폴리티오펜들, 및 폴리디아세틸렌들을 포함한다.
반사 방지층( Anti - Reflective Layer )
반사 방지층은 인덱스 매칭의 원리(principle of index matching)에 기반한 레일리 필름(Rayleigh's film) 또는 상쇄 간섭 기반의 간섭 필름의 형태를 가질 수 있다.
레일리 필름은 상이한 굴절률들을 가지는 예를 들어, 기판 및 유기 층 (OLED의), 두개의 층들 사이에 삽입된 박막(thin film)이다. 반사 방지층의 굴절률은 기판 및 유기 층의 굴절률들 사이에서 선택된 값이다 (즉, "인덱스 매칭(index matching)"). 반사 방지층의 존재가 기판 및 유기 층의 굴절률들의 큰 차이를 완화시켜서 그것들의 개별 인터페이스들에서 내부 반사를 줄인다.
다양한 실시예들에서, 반사 방지층은 1.5-1.8의 범위에, 또는 1.55-1.6의 범위에, 또는 1.6-1.65의 범위에, 또는 1.65-1.7, 또는 1.7-1.75, 또는 1.75-1.8의 범위들에 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지층은 전형적으로 광학적으로 투명하고 200nm 내지 2 마이크론 사이의 두께를 가진다.
바람직한 실시예에서, 반사 방지층은 폴리이미드 층이다. 전형적으로, 폴리이미드들 (그것의 특정 화학적 성분(moietie)들에 관계없이)은 약 1.6의 굴절률들을 가지며, 값은 전형적인 기판 (예를 들어, 유리) 및 유기 스택의 굴절률들 사이이고, 기판의 굴절률보다 훨씬 더 높은 굴절률을 가지는 경향이 있다.
반사 방지층은 스핀-코팅, 슬롯 다이 코팅 또는 그라비어 코팅, 등을 포함하는 관련 기술 분야에서 알려진 방법들에 따라 기판위에 전형적으로 증착될 수 있다.
인덱스 매칭 레일리 필름에 대한 대안으로서, 다중-층 간섭 필름이 또한 사용될 수 있다. 이런 간섭 필름은 전형적으로 낮은 굴절률 재료와 높은 굴절률 재료의 교번하는 층들을 포함하고, 그것의 두께는 투과될 파장에 의존하여 선택되고 최적화될 수 있다.
발광 층 ( Light - Emitting Layer )
발광 층은 일 실시예에 따라 OLED내 유기 스택의 컴포넌트이다. 발광 층은 전류가 애노드 (30) 및 캐소드 사이에서 통과될 때 광을 방출하는 것이 가능한 유기 재료일 수 있다. 바람직하게는, 발광 층은 형광 방출 재료(fluorescent emissive material)들이 또한 사용될 수 있지만 인광 방출 재료(phosphorescent emissive material)를 포함한다. 인광성의 재료들이 이런 재료들과 관련된 더 높은 발광 효율성들 때문에 선호된다. 발광 층은 또한 전자들, 홀들, 및/또는 엑시톤들을 트랩할 수 있는 방출 재료로 도핑되고, 전자들 및/또는 홀들을 전송할 수 있는 호스트 재료를 포함할 수 있어서 엑시톤들은 광방출 메커니즘을 통하여 방출 재료로부터 평형상태로 돌아간다. 발광 층은 단일 재료 또는 전송 및 방출 특성들을 결합하는 재료를 포함할 수 있다.
광 활성층 ( Photo - active Layer )
광 활성층은 또한 광을 직접 전기로 변환하는 PV 셀의 광-흡수 컴포넌트인 유기 스택의 일 유형이다.
광 활성층은 하나 이상의 다음 반도전성 재료들: 단결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 카드뮴 텔루라이드, 및 구리 인듐 셀렌화물/황화물일 수 있다. 다른 적절한 재료들이 유기 염료, 및/또는 유기 폴리머들의 박막 층들을 포함한다. 대안적으로, 나노결정들 또는 양자 점(quantum dot)들(전자-제한 나노입자들)이 광-흡수 재료로 사용될 수 있다.
광 활성층은 단일 층일 수 있거나 또는 보다 전형적으로, 상이한 광 흡수 및 전하 분리 메커니즘들을 이용하기 위한 다수의 물리적 구성들 일 수 있다.
산란 중심들 ( Scattering Centers )
본 출원에서 사용되는, 산란 중심들은 광 산란을 일으키는 비활성 재료인 광 산란 재료에 의해 형성된다. 광-산란 재료는 예를 들어, 미립자 산란 매체들 또는 산란-촉진제들 (예를 들어, 전구체들)을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 광 산란 재료는 입자들 형태이고 또한 폴리이미드의 코팅 용액내에 직접 통합될 수 있는 "광 산란 입자들"로 지칭된다. 기판 위에 폴리이미드 용액을 코팅한 이후에, 광 산란 입자들은 폴리이미드 필름내에 무작위적으로 분포된다.
광 산란 입자들은 바람직하게는 마이크로-크기의 입자들, 또는 보다 바람직하게는 나노 크기의 입자들이다. 전형적으로, 입자 크기들은 1 nm 내지 몇 마이크론들 범위내; 바람직하게는 10nm-800nm, 10nm-600nm, 10nm-400nm, 또는 10nm-200nm 의 범위에 있다. 보다 전형적으로, 입자 크기들은 1 nm-100nm의 범위이다.
광 산란 입자들은 도전성, 반도전성, 또는 비-도전성일 수 있는 무기 재료일 수 있다. 전형적으로, 광 산란 재료의 굴절률은 높아야 한다 (예를 들어, 1.6 보다 크거나, 또는 보다 전형적으로, 1.7 보다 크거나, 또는 보다 전형적으로, 약 1.8). 적절한 광 산란 입자들의 예들은 제한없이, SiOx, AlOx, lnOx, Snox, Znox, Al-도핑된 Znox, (AZO), 인듐 주석 산화물 (lTO), Sb-도핑된 SnOx (ATO), TiOx, SiC, 불소-도핑된 SnOx (FTO), 및 유사한 것을 포함한다. 더 높은 굴절률 입자들의 예들은 TiOx, AlOx, 및 ZnOx를 포함한다. 도전성 입자들의 예들은 ITO, AZO, ATO, 및 유사한 것을 포함한다. 상이한 산화 율들(화학량론들 및 이어 도핑 레벨들)이 특별히 세개 또는 그 이상 엘리먼트들 (예를 들어, AZO, ATO, ITO)를 포함하는 시스템들에 대하여 사용될 수 있다. 특정 그리고 선호 실시예들에서, 이런 재료들, 조성물들 및 도핑 레벨들이 산란 첨가제들을 위해 사용될 수 있고 또한 도전성 나노구조 네트워크 및 인접 반도체 (예를 들어, PV 스택내 a-Si, um-Si 층)사이의 적절한 버퍼 및 인터페이스 층으로서 역할을 한다. 예를 들어, 제한 없이, AdNano® ZnO 20 및 AdNano® Z805 나노입자들 및 AdNano® ZnO 탈 이온수계 분산액은 이런 식으로 사용될 수 있다.
광 산란 재료들의 추가 설명은 공개된 U.S. 특허 출원 번호. 2011/0163403에서 찾아볼 수 있고, 그것은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
기판 ( Substrate )
통상의 OLED에 적절한 임의의 기판은 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 또한 적절하다. 단단한 기판들의 예들은 유리, 폴리카보네이트들, 아크릴들, 및 유사한 것을 포함한다.
가요성 기판들의 예들은 이하를 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다: 폴리에스테르들 (예를 들어, 폴리에틸렌 테레프타레이트 (PET), 폴리에스테르 나프탈레이트, 및 폴리카보네이트), 폴리올레핀류 (예를 들어, 선형, 분기된, 및 순환적 폴리올레핀류), 폴리비닐들 (예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐 아세탈들, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트들, 및 유사한 것), 셀룰로오스 에스테르 기재들 (예를 들어, 셀룰로오스 트리아세테이트, 및 셀룰로오스 아세테이트), 폴리설폰들 예컨대 폴리에테르설폰, 폴리이미드들, 실리콘들, 및 다른 통상의 고분자 필름들.
예들( EXAMPLES )
예 1
은 나노와이어들의 합성 (SYNTHESIS OF SILVER NANOWIRES)
은 나노와이어들은 예를 들어, Y. Sun, B. Gates, B. Mayers, & Y. Xia, "소프트 용액 프로세싱에 의한 결정질 은 나노와이어들 (Crystalline silver nanowires by soft solution processing)" Nanoletters 2(2): 165-168, 2002 에 설명된 "폴리올(polyol)" 방법을 따르는 폴리(비닐 피롤리돈)(PVP) 존재하에서 에틸렌 글리콜에 용해된 은 질산염의 감소에 의해 합성된다. 출원중인 그리고 공동 소유의 U.S. 특허 출원 번호. 11/766,552에 설명된 변형된 폴리올 방법은 통상의 "폴리올" 방법이 하는 것보다 더 높은 수율들에서 보다 균일한 은 나노와이어들을 생산한다. 이 애플리케이션은 그 전체가 본 출원에 참조로서 통합된다. 결과 나노와이어들은 주로 약 13μm로부터 약 17μm 까지의 길이들 및 약 34nm로부터 약 44nm까지의 직경들을 가진다.
예 2
도전성 나노구조들의 코팅 조성물의 표준 조제 (STANDARD PREPARATION OF COATING COMPOSITION OF CONDUCTIVE NANOSTRUCTURES)
금속 나노와이어들을 증착하기 위한 전형적인 코팅 조성물은 중량에 의해, 0.0025%에서 0.1 %까지의 계면 활성제 (예를 들어, 선호되는 범위는 ZONYL® FS0-100에 대하여 0.0025%로부터 0.05%까지이다), 0.02%로부터 4%까지의 점도 변경자 (예를 들어, 선호되는 범위는 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 (HPMC)에 대하여 0.02% 내지 0.5%이다), 94.5%로부터 99.0%까지의 용매 및 0.05%로부터 1.4%까지의 금속 나노와이어들을 포함한다.
코팅 조성물은 기판상에 형성된 최종 도전성 필름의 하중 밀도(loading density)의 인덱스인 나노와이어들의 희망하는 농도에 기초하여 조제될 수 있다.
코팅 조성물은 예를 들어, 상호-계류중인 U.S. 특허 출원 번호. 11/504,822에 설명된 방법들에 따라 기판상에 증착될 수 있다.
당해 기술의 통상의 기술자에 의해 이해되는, 다른 증착 기술들이 예를 들어, 협 채널에 의해 계량된 침강장 흐름(sedimentation flow metered by a narrow channel), 다이 흐름(die flow), 경사면 상의 흐름(flow on an incline), 슬릿 코팅, 그라비어 코팅(gravure coating), 마이크로그라비어 코팅, 비드 코팅(bead coating), 침지 코팅(dip coating), 슬롯 다이 코팅, 및 유사한 것이 채용될 수 있다. 프린팅 기술들이 패턴을 가지거나 패턴 없는 기판 위로 잉크 조성물을 직접 프린트하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 잉크젯, 플렉소프린팅(flexoprinting) 및 스크린 프린팅이 채용될 수 있다. 유동체의 전단 움직임(shear behavior) 및 점도 뿐만 아니라 나노와이어들 사이의 상호작용들이 증착된 나노와이어들의 상호연결성 및 분포에 영향을 미칠 수 있다는 것이 추가로 이해된다.
분산되어 예 1로 제조된 은 나노와이드들, 계면 활성제 (예를 들어, 트리톤), 및 점도 변경자 (예를 들어,낮은 분자-중량 HPMC) 및 물을 포함되게 샘플 도전성 나노구조 분산액(dispersion)이 조제된다. 최종 분산액은 약 0.4% 은 및 0.4% HPMC (중량에 의해)를 포함한다. 이 분산액은 코팅 용액을 형성하기 위해 직접 광 산란 재료 (예를 들어, 미립자 형태로)와 조합하여 사용될 수 있다(물을 타지 않거나 또는 희석되어). 대안적으로, 분산액은 코팅 용액을 형성하기 위해 광 산란 재료의 분산액과 결합될 수 있다.
예 3
폴리이미드 코팅 용액 (예를 들어, SUNEVER Polyimide (type 0821))은 기판 위에 먼저 증착되고, 1500rpm에서 스핀되고, 이어서 90°C에서 건조되고, 200°C에서 30분동안 경화한다. 결과 샘플의 투과율 및 헤이즈는 개별적으로 0.1 % 및 92.1 %이었다. 필름 두께는 1.2 마이크론에서 측정된다.
예 4
은 나노와이어들은 도전성 필름을 형성하기 위해서 반사 방지층, 예를 들어, 폴리이미드 필름위에 증착된다. 표준 나노와이어 현탁액(suspension)이 예 2 (0.4% AgNW, 0.4% LMw HPMC, 250ppm 트린톤 X)에 따라 먼저 조제된다. 코팅 용액은 1000rpm에서 폴리이미드 필름을 스핀하고, 뒤이어 50°C에서 90초 동안 건조하고 140 도표시에서 90초동안 어닐링한다. 결과 시트 저항은 87.5% 투과율 및 3.9% 헤이즈를 가지면서 9 ohms/sq이다.
폴리이미드 층 없이, 즉, 나노와이어들이 유리 위에 직접 증착된 디바이스에 비교하면, 광학적 데이터 뿐만 아니라 시트 저항이 상당히 이상적이다. 반사 방지층은 나노구조 층의 광학적 및 전기적 성능에 영향을 미치지 않는다.
상기에서 설명된 다양한 실시예들은 추가의 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 본 명세서에 언급되고 및/또는 출원 데이터 쉬트(Application Data Sheet)에 열거된 미국 특허들, 미국 특허 출원 간행물들, 미국 특허 출원, 외국 특허들, 외국 특허 출원 및 비 특허 간행물들의 모든것들이 그 전체로서 참조로서 본원에 통합된다. 또 다른 실시예들을 제공하기 위하여 다양한 특허들, 출원 및 간행물들의 개념들을 채용하는 것이 필요하다면 실시예들의 측면들이 개조될 수 있다.
이들 및 다른 변화들이 상기-상세한 설명을 고려한 실시예들에 제공될 수 있다. 전반적으로, 이하의 청구항들에서, 사용된 용어들은 청구항들을 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들에 제한하는 것으로 이해되지 않아야 하지만, 이런 청구항들이 권리를 부여하는 등가물들의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 청구항들은 개시에 의해 제한되지 않는다.

Claims (41)

  1. 광학 스택(optical stack)에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 밑에 놓인(underlying) 유기 스택;
    상기 유기 스택 밑에 놓인 나노구조 층으로서, 상기 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들을 포함하는, 상기 나노구조 층;
    상기 나노구조 층 밑에 놓인 하이-인덱스 층(high-index layer); 및
    상기 하이-인덱스 층 밑에 놓인 기판을 포함하되, 상기 하이-인덱스 층은 상기 유기 층과 같거나 더 높은 굴절률을 가지며, 상기 나노구조 층은 제 2 전극을 형성하는, 광학 스택.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 나노구조 층은 하이-인덱스 매트릭스를 포함하고, 상기 하이-인덱스 매트릭스는 상기 유기 층과 같거나 더 높은 굴절률을 가지는, 광학 스택.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 나노구조 층은 로우-인덱스 매트릭스를 포함하고, 상기 로우-인덱스 매트릭스는 상기 유기 층보다 낮은 굴절률을 가지는, 광학 스택.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 광학 스택내에서 도파되는 광은 에너지 밀도 분포 곡선에 의해 나타내어지며, 상기 에너지 밀도 분포 곡선의 적어도 10%로 중첩하도록 상기 나노구조 층이 위치 선정되는, 광학 스택.
  5. 광학 스택(optical stack)에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 밑에 놓인 유기 스택;
    상기 유기 스택 밑에 놓인 나노구조 층으로서, 상기 나노구조 층은 복수개의 금속 나노구조들을 포함하는, 상기 나노구조 층; 및
    상기 제 1 전극, 유기 스택 및 나노구조 층을 지지하는 기판을 포함하되,
    상기 나노구조 층 없이 상기 광학 스택에서 도파될 광의 에너지 밀도는 상기 광학 스택내 상기 나노구조 층의 함유에 의해 축소되는, 광학 스택.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 나노구조 층 아래에 하이-인덱스 층을 더 포함하고, 상기 하이-인덱스 층은 상기 유기 층과 같거나 더 높은 굴절률을 가지는, 광학 스택.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 나노구조 층은 상기 유기 스택 및 상기 하이-인덱스 층 사이의 인터페이스에 위치되는, 광학 스택.
  8. 상부-방출(top-emitting) OLED에 있어서,
    기판;
    상기 기판상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 배치된 유기 스택; 및
    상기 유기 스택 위에 놓인 복수개의 나노구조들을 포함하는 나노구조 층으로서, 상기 나노구조 층은 제 2 전극인, 상부-방출 OLED.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 나노구조 층은 상기 복수개의 나노구조들이 내장된 매트릭스를 추가로 포함하는, 상부-방출 OLED.
  10. 프로세스에 있어서,
    기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드 상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 가지는, 상기 부분 광학 스택을 제공하는 단계;
    전사 필름(transfer film) 위에 나노구조 층을 포함하는 도너 필름을 제공하는 단계로서, 상기 나노구조 층은 매트릭스내에 임의로 분산된 복수개의 나노구조들을 포함하는, 상기 도너 필름을 제공하는 단계; 및
    상기 도너 필름의 상기 나노구조 층을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계;를 포함하는, 프로세스.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 전사 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 프로세스.
  12. 프로세스에 있어서,
    (i) 이형지(release liner) 위에 복수개의 나노구조들을 증착하는 단계;
    (ii) 상기 복수개의 나노구조들 위에 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 매트릭스는 상부 표면을 갖는, 상기 매트릭스를 형성하는 단계;
    (iii) 전사 필름을 상기 매트릭스의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계, 및
    (iv) 나노구조 표면을 노출시키기 위해 상기 이형지를 제거하는 단계;에 의해 도너 필름을 제공하는 단계;
    기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드 상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 가지는, 상기 부분 광학 스택을 제공하는 단계; 및
    상기 나노구조 표면에 의해 상기 도너 필름을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면에 컨택하는 단계;를 포함하는 프로세스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전사 필름을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 프로세스.
  14. 프로세스에 있어서,
    (i) 이형지 위에 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 매트릭스는 상부 표면을 갖는, 상기 매트릭스를 형성하는 단계;
    (ii) 상기 매트릭스의 상기 상부 표면 위에 복수개의 나노구조들을 증착하는 단계;
    (iii) 재유동되는 매트릭스를 형성하기 위해서 상기 매트릭스를 재유동시키는 단계;
    (iv) 상기 나노구조들을 상기 재유동되는 매트릭스내로 밀어 넣어 상기 전사 필름이 상기 매트릭스의 상기 상부 표면을 컨택하도록 하는 단계;
    (v) 상기 상부 표면을 노출시키기 위해서 상기 전사 필름을 제거하는 단계; 에 의해 도너 필름을 제공하는 단계;
    기판, 상기 기판상에 배치된 캐소드 및 상기 캐소드 상에 배치된 유기 스택을 포함하는 부분 광학 스택을 제공하는 단계로서, 상기 부분 광학 스택은 상부 표면을 가지는, 상기 부분 광학 스택을 제공하는 단계; 및
    상기 도너 필름의 상기 상부 표면을 상기 부분 광학 스택의 상기 상부 표면과 컨택하는 단계;를 포함하는, 프로세스.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 나노구조들을 상기 재유동되는 매트릭스내로 밀어 넣는 단계는 상기 나노구조들을 캘린더링(calendering)하는 단계를 포함하는, 프로세스.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 복수개의 나노구조들 위에 전사 필름을 도포하는 단계; 및 상기 나노구조들을 상기 재유동되는 매트릭스내로 밀어 넣기 위해서 상기 전사 필름에 압력을 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 프로세스.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 이형지를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 프로세스.
  18. OLED에 있어서,
    기판;
    상기 기판상에 배치된 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 배치된 유기 스택; 및
    상기 유기 스택 상에 배치된 금속 필름을 포함하되, 상기 금속 필름은 외부 표면 가지고, 금속/유기 인터페이스에 의해 상기 유기 스택을 컨택하고, 및 제 1 복수개의 나노구조들은 상기 금속/유기 인터페이스 상에 배치되는, OLED.
  19. 청구항 18에 있어서, 제 2 복수개의 나노구조들이 상기 외부 표면상에 배치되는 것을 추가로 포함하는, OLED.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 제 2 복수개의 나노구조들은 상기 외부 표면상에 배치된 매트릭스내에 내장되는, OLED.
  21. OLED에 있어서,
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 배치된 투명한 하부 전극;
    상기 투명한 하부 전극 상에 배치된 유기 스택; 및
    상기 유기 스택 상에 배치된 금속 필름을 포함하되, 상기 금속 필름은 금속/유기 인터페이스에 의해 상기 유기 스택을 컨택하고, 외부 표면 가지며 복수개의 나노구조들은 상기 외부 표면 상에 배치되는, OLED.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 복수개의 나노구조들이 매트릭스내에 내장되는, OLED.
  23. 유기 발광 다이오드 (OLED)에 있어서,
    상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판, 상기 상부 표면은 상기 기판 및 공기 사이의 인터페이스인, 상기 기판;
    상기 기판의 상기 하부 표면을 컨택하는 반사 방지층;
    상기 반사 방지층 위에 증착된 제 1 전극, 상기 제 1 전극은 복수개의 도전성 나노구조들을 포함하는, 상기 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 증착된 유기 스택으로서, 상기 유기 스택은 유기 발광 재료, 전하 주입 층 및 홀 주입 층을 포함하는, 상기 유기 스택; 및
    상기 유기 스택 위에 증착된 제 2 전극;을 포함하는, OLED.
  24. 청구항 23 에 있어서, 상기 기판은 제 1 굴절률을 가지고, 및 상기 유기 스택은 제 2 굴절률을 가지며, 및 상기 반사 방지층은 제 3 굴절률을 가지되, 상기 제 3 굴절률은 상기 제 1 굴절률보다 더 크고 상기 제 2 굴절률보다 작은, OLED.
  25. 청구항 23 내지 청구항 24 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 반사 방지층은 1.5-1.8의 범위내 반사 인덱스를 가지는, OLED.
  26. 청구항 23 내지 청구항 25 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 반사 방지층은 폴리이미드 층인, OLED.
  27. 청구항 23 내지 청구항 26 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제 1 전극은 애노드이고 상기 제 2 전극은 캐소드인, OLED.
  28. 청구항 23 내지 청구항 27 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 기판은 유리인, OLED.
  29. 청구항 23 내지 청구항 28 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 반사 방지층은 복수개의 광 산란 입자들을 더 포함하는, OLED.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 광 산란 입자들은 SiOx, AlOx, InOx, SnOx, ZnOx, Al-도핑된 ZnOx (AZO), 인듐 주석 산화물 (lTO), Sb-도핑된 SnOx(ATO), TiOx, SiC, 또는 불소-도핑된 SnOx(FTO)인, OLED.
  31. 광전지 셀로서,
    상부 표면 및 하부 표면을 갖는 기판으로서, 상기 상부 표면은 상기 기판과 공기 사이의 인터페이스인, 상기 기판;
    상기 기판의 상기 하부 표면을 컨택하는 복수개의 광 산란 입자들;
    상기 복수개의 광 산란 입자들 위에 증착된 제 1 전극으로서, 상기 제 1 전극은 복수개의 도전성 나노구조들을 포함하는, 상기 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 놓인 광 활성층(photo-active layer); 및
    상기 광 활성층 위에 증착된 제 2 전극;을 포함하는, 광전지 셀.
  32. 청구항 31에 있어서, 상기 광 산란 입자들은 SiOx, AlOx, InOx, SnOx, ZnOx, Al-도핑된 ZnOx (AZO), 인듐 주석 산화물 (lTO), Sb-도핑된 SnOx(ATO), TiOx, SiC, 또는 불소-도핑된 SnOx(FTO)인, 광전지 셀.
  33. 청구항 31 내지 청구항 32 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제 1 전극은 애노드이고 상기 제 2 전극은 캐소드인, 광전지 셀.
  34. 청구항 31 내지 청구항 32 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 기판은 유리인, 광전지 셀.
  35. 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode)에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 밑에 놓인 유기 스택으로서, 상기 유기 스택은 유기 발광 재료, 전하 주입 층, 및 홀 주입 층을 포함하는, 상기 유기 스택;
    상기 유기 스택 밑에 놓인 제 2 전극으로서, 복수개의 상호연결 도전성 나노구조들을 갖는 상기 제 2 전극;
    상기 제 2 전극 밑에 놓인 제 1 하이-인덱스 층; 및
    상기 하이-인덱스 층 밑에 놓인 기판,을 포함하되,
    상기 유기 스택내 생성된 광은 상기 기판으로부터 빠져 나가고; 및 상기 유기 스택은 제 1 굴절률을 가지고, 상기 하이-인덱스 층은 제 2 굴절률을 가지며, 상기 제 2 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 같거나 또는 더 높은, OLED.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 제 2 전극은 상기 도전성 나노구조들이 내장된 절연 결합제를 더 포함하고, 상기 절연 결합제는 제 3 굴절률을 갖는, OLED.
  37. 청구항 36에 있어서, 상기 제 2 굴절률은 상기 제 3 굴절률보다 더 높은, OLED.
  38. 청구항 36에 있어서, 상기 제 2 굴절률은 상기 제 3 굴절률과 같고, 상기 결합제 및 상기 하이 인덱스층은 동일한 재료로 이루어진, OLED.
  39. 청구항 38에 있어서, 상기 제 1 하이-인덱스 층 밑에 놓인 제 2 하이- 인덱스 층을 더 포함하는, OLED.
  40. 청구항 35 내지 청구항 39 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제 1 하이-인덱스 층 및 상기 제 2 하이-인덱스 층은 복수개의 광 산란 입자들을 더 포함하는, OLED.
  41. 청구항 35 내지 청구항 40 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제 1 하이-인덱스 층 및 상기 제 2 하이-인덱스 층은 폴리이미드인, OLED.
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