(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
１以上の画素駆動回路と、
ナノスケールまたはマイクロスケールの１以上のサブピクセルと、
１以上の指向性導光面と、を備え、
前記１以上のサブピクセルの各々は、光ビームを放射する発光デバイスと、前記発光デバイスを収容する光学マイクロキャビティとを含み、
前記光学マイクロキャビティは、特定的に前記光ビームをコリメート又は前記光ビームのスペクトル帯域幅を減少する複数の反射面を含み、
前記複数の反射面のうちの１つ以上は、前記光学マイクロキャビティから前記光ビームを伝搬する光伝搬反射面として機能する分布ブラッグ反射器であり、
前記光伝搬反射面が、前記光ビームを受光して特定の角度に向けるように、前記分布ブラッグ反射器と前記１以上の指向性導光面が接続されて配置され、
前記１以上のサブピクセルの各々において、当該サブピクセルから前記光ビームが外部に射出される状態で、当該サブピクセルの前記光ビームに沿って、前記光学マイクロキャビティが前記分布ブラッグ反射器と前記前記１以上の画素駆動回路の間に位置するように当該サブピクセルが積層されたものであることを特徴とする指向性画素。
【請求項２】
前記１以上のサブピクセルは、前記１以上の画素駆動回路によって個々にアドレス指定可能である、請求項１に記載の指向性画素。
【請求項３】
前記１以上の画素駆動回路の各々は、前記１以上のサブピクセルのうちの一つに用いられる、請求項１又は２に記載の指向性画素。
【請求項４】
前記１以上の画素駆動回路の各々は、前記１以上のサブピクセルのうちの複数に用いられる、請求項１に記載の指向性画素。
【請求項５】
前記１以上の画素駆動回路のうちの１つまたは複数が、１以上のトランジスタおよび１以上のキャパシタを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項６】
前記１以上の画素駆動回路のうちの１つまたは複数が、１以上の薄膜トランジスタを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項７】
前記１以上のサブピクセルの各々は、赤、緑、または青（ＲＧＢ）サブピクセルである、請求項１から６のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項８】
前記発光デバイスは、有機発光ダイオードまたは無機発光ダイオードである、請求項１から７のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項９】
前記複数の反射面が１以上の非導電性表面を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項１０】
前記１以上の指向性導光面が、１以上のレンズ、１以上のレンズ様表面、または１以上のメタサーフィスを備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項１１】
前記１以上の指向性導光面は、１以上のメタサーフィスを含み、前記メタサーフィスは周期的または非周期的構造にエッチングされたものである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項１２】
前記１以上の指向性導光面は、前記光ビームを受光して指向性光ビームとして出力し、前記１以上の指向性導光面は、前記指向性光ビームを特定の空間波ベクトルに導く、請求項１から１１のいずれか１項に記載の指向性画素。
【請求項１３】
複数の指向性画素を指向性画素アレイシステムに配置するステップを含み、
前記指向性画素の１以上が、基板と、１以上の画素駆動回路と、ナノスケールサブピクセル又はマイクロスケールの１以上のサブピクセルと、１以上の指向性導光面とを備え、
前記１以上のサブピクセルの各々は、光ビームを放射する発光デバイスと、前記発光デバイスを収容する光学マイクロキャビティとを含み、前記光学マイクロキャビティは、特定的に前記光ビームをコリメート又は前記光ビームのスペクトル帯域幅を減少する複数の反射面を含み、
前記複数の反射面のうちの１つ以上は、前記光学マイクロキャビティから前記光ビームを伝える光伝搬反射面として機能する分布ブラッグ反射器であり、前記光伝搬反射面は、前記光ビームを特定の角度に向けるように前記１以上の指向性導光面に接続されており、
前記１以上のサブピクセルを積層するステップであって、前記１以上のサブピクセルの各々において、当該サブピクセルから外部に射出されるための光ビームに沿って、当該光学マイクロキャビティが前記分布ブラッグ反射器と前記前記１以上の画素駆動回路との間に位置するように前記サブピクセルを積層するステップをさらに含むことを特徴とする、
高角度解像度マルチビューライトフィールドディスプレイの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高角度解像度、広視野、マルチビューディスプレイの生成のための指向性画素のデザインに関する。
【背景技術】
【０００２】
多大なライトフィールドディスプレイの研究および開発にもかかわらず、商業的なマルチビュー、自動立体視、高角度解像度、広視野のライトフィールドディスプレイは存在しない。現在市販されているディスプレイは、数十ミクロンから数百ミクロンの範囲の大きさの画素を使用している。自然な「リアルタイム」画像を再現するライトフィールドディスプレイを製造する場合には、現在のディスプレイの解像度は低すぎる。
【０００３】
現在のディスプレイはまた、(特許文献１および特許文献２のような)ディスプレイスクリーン又は(特許文献３のような)画像プロジェクタを覆う従来レンズを用いた出力角度の制限に起因して、狭い視野を生成する。解像度及び視野の制限に加えて、従来の３次元ディスプレイは一般に調節-輻輳矛盾（accommodation-convergence conflict）を生じさせ、観察者に不快感をもたらす。
【０００４】
特許文献４には、複数のサブピクセル（サブピクセル）を覆うレンズが教示されており、これにより、サブピクセルを個々にアドレス指定することができない。
【０００５】
特許文献５のように、異なる角度に光ビームを向けるように機械的に傾けられ又は角度連接された指向性光変調器の使用が知られている。また、特許文献６のように、光ビームを制御して散乱させるための指向性バックライトも知られている。
【０００６】
特許文献７は、画素の発光部分の周辺に配置された回路で構成された画素を教示し、この構成により、発光面の空間が制限され、垂直導波路は、ナノスケールのようなより小規模な画素にコリメートするように、うまくスケールダウンすることができない。
【０００７】
特許文献８は、媒体内で接続された光ビームを特定の角度に向けるために周期的な回折格子を使用することを教示しており、これらの周期的な回折格子は、従来の画素サイズに対して広い角度を提供する一方で、より小規模な画素から発光された光を良好に直接発光することができない。特許文献８の周期な回折格子はまた、ディスプレイを水平視差に制限する。
【０００８】
特許文献９は、コリメートされたバックライトを配置するライトフィールドディスプレイを記載している。特に小規模画素サイズのために、正確なビームステアリングを可能にするために、各サブピクセルのスペクトル帯域幅が低減されたライトフィールドディスプレイが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第９２７４３４５号明細書
【特許文献２】米国特許第９２５０４４６号明細書
【特許文献３】米国特許第８５６７９６０号明細書
【特許文献４】米国特許第８９２８９６９号明細書
【特許文献５】米国特許第９１９５０５３号明細書
【特許文献６】米国特許第９４５９４６１号明細書
【特許文献７】米国特許第７８２９９０２号明細書
【特許文献８】米国特許第９３８９４１５号明細書
【特許文献９】米国特許第９３７２３４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示の目的は、高角度解像度、広視野、マルチビューディスプレイの作成のための指向性画素のデザインを向上することである。
【００１１】
本分野で既知の画素は、一般に、全方向に光をブロードキャストしながら、出力色及び強度を制御する。本開示の目的は、光ビームの色、強度(instance)、および方向を制御する指向性画素を提供することである
【００１２】
本分野で既知の指向性画素の強度は、限られた数の異なる光放射方向を提供し、限られた角度解像度および限られた被写界深度を有するディスプレイを作成する。本開示の目的は、増加した数の異なる光放射方向を提供することであり、被写界深度が改善された高角度解像度ディスプレイを創造することである。
【００１３】
本開示の目的は、光ビームが本システムを通って伝搬する前に、光学マイクロキャビティ内の小規模な画素サイズのために光ビームをコリメート、操作、または調整することであり、これにより、出力光ビームのスペクトル帯域幅を減少し、出力角度の制御を最大化する。
【００１４】
本発明の目的は、小規模(ナノスケールまたはマイクロスケール)画素を提供することである。ディスプレイに使用される場合、低減された画素サイズは、システムがより多くの異なる方向に、より多数の光ビームを出力することを可能にする。これは、多次元オブジェクトに対する改善された有効解像度を有するより高角度の解像度ディスプレイの生成を可能にすることによって、本分野の既知の画素を改善する。視野数が増加したライトフィールドディスプレイは、任意の観察位置に位置する観察者が複数の視野を同時に受け取ることを可能にする。これは、スーパーマルチビュー（ＳＭＶ）ディスプレイとして知られている。改良された角度解像度を提供するＳＭＶディスプレイは、調節-輻輳矛盾をなくし、より高品質の被写界深度を有するディスプレイを生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一つの態様では、基板と、１以上の画素駆動回路と、１以上のナノスケールまたはマイクロスケールのサブピクセルと、１以上の指向性導光面と、を備え、前記サブピクセルの各々は、光ビームを放射する発光デバイスと、前記発光デバイスを収容する光学マイクロキャビティとを含み、前記光学マイクロキャビティは、特定的に前記光ビームをコリメート、操作、または調整する複数の反射面を含み、前記複数の反射面のうちの１つ以上は、前記マイクロキャビティから前記光ビームを伝える光伝搬反射面であり、前記光伝搬反射面は、前記光ビームを特定の角度に向けるように前記１以上の指向性導光面に接続されている指向性画素が提供される。
【００１６】
別の態様では、複数の指向性画素を指向性画素アレイシステムに配置するステップを含み、前記指向性画素の一以上が、基板と、１以上の画素駆動回路と、１以上のナノスケールサブピクセル又はマイクロスケールサブピクセルと、１以上の指向性導光面とを備え、前記サブピクセルの各々は、光ビームを放射する発光デバイスと、前記発光デバイスを収容する光学マイクロキャビティとを含み、前記光学マイクロキャビティは、特定的に前記光ビームをコリメート、操作、調整する複数の反射面から構成され、前記複数の反射面のうちの１つ以上は、前記マイクロキャビティから前記光ビームを伝える光伝搬反射面であり、前記光伝搬反射面は、前記光ビームを特定の角度に向けるように前記１以上の指向性導光面に接続されていることを特徴とする、高角度解像度マルチビューライトフィールドディスプレイの生成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、２Ｔ１Ｃ画素駆動回路を示す。
【図２】図２は、本技術分野で公知の、画素構成の概略平面図を提供する。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示のサブピクセル構成の概略平面図を提供する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示のサブピクセル構成の概略側面図を提供する。
【図４】図４は、本開示の基礎サブピクセル層を示す図である。
【図５】図５は、本開示の指向性画素構成を示す図である。
【図６】図６は、本開示の代替的な指向性画素構成を示す図である。
【図７】図７は、本開示の代替的な指向性サブピクセル層を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の指向性導光面を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の指向性導光面をレンズまたはレンズ状の表面として示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、回折格子にエッチングされたメタサーフィスとしての本開示の指向性導光面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の様々な特徴は、図面の例と共に以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本明細書に開示された指向性画素の設計要素、構成および使用は、ここに記載され請求される本発明の範囲を限定することを意図されていない実施形態を表す様々な実施例を参照して説明される。本発明が属する分野における当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本開示の教示に従って実施することができる、本明細書に開示されていない本発明の他の変形、実施例および実施形態がありうることを理解するであろう。
【００１９】
＜定義＞
本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、他に定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
【００２０】
用語「１（aまたはan）」の使用は、本明細書では「含む(comprising)」という用語と共に使用される場合、「１(one)」を意味することができるが、「１以上(one or more)」、「少なくとも１つの(at least one)」及び「１以上(one or more than one」という意味にも一致する。
【００２１】
本明細書で使用されるように、「備える(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」、および「含有する(containing)」およびその文法的な変形の用語は、包括的またはオープンエンドであり、追加の、列挙されていない要素および/または方法のステップを除外するものではない。本明細書では、組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法に関連して使用される場合に「本質的に〜からなる(consisting essentially of)」という用語は、追加の要素および/または方法ステップが存在し得るが、これらの追加は、列挙された組成物、デバイス、物品、システム、方法または使用機能のような方法に実質的に影響を及ぼさない。「からなる（consisting of）という用語は、組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法に関連して使用される場合、追加の要素および/または方法ステップの存在を除外する。特定の要素および/または工程を含む本明細書に記載された組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法は、特定の実施形態では、これらの要素および/またはステップから本質的になりえ、他の実施形態では、これらの実施形態が特に参照されるか否かにかかわらず、それらの要素および/またはステップからなりうる。
【００２２】
本明細書で使用される場合、用語「約」は、所与の値から約＋／−１０％の変動を意味する。このような変動は、特にそれが特に言及されるか否かにかかわらず、本明細書で提供される任意の所与の値に含まれることが理解されるべきである。
【００２３】
本明細書における範囲の記載は、特に示されない限り、当範囲内と、使用された数字と同じ位（くらい）まで当範囲内に入る個々の値と、の両方を、当該範囲を表すように伝えることを意図している。
【００２４】
任意の例または例示的な言語の使用、例えば、「のような(such as)」、「例示的な実施形態(exemplary embodiment)」、「例示的な実施形態(illustrative embodiment)」、および「例えば(for example)」などの用語は、本発明に関する態様、実施形態、変形、要素又は特徴を説明するまたは示すことを意図されているものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２５】
本明細書で使用される「接続(connect)」および「接続された(connected)」という用語は、本開示の指向性画素またはサブピクセルの要素または特徴間の任意の直接的または間接的な物理的関連付けを指す。したがって、接続されていると記載された要素または特徴の間に介在する他の要素または特徴が存在する場合であっても、これらの用語は、部分的にまたは完全に互いに含まれ、取り付けられ、結合され、その上に配置され、共に結合されている等のこれらの要素または特徴を表すと理解されたい。
【００２６】
本明細書で使用される「画素」という用語は、ディスプレイを生成するために使用される光源および発光メカニズムを指す。
【００２７】
本明細書に開示された組成物、デバイス、物品、方法および使用の任意の実施形態は、当業者によって、または本発明の範囲および精神から逸脱することなく変形または等価物を作成することによって実施され得ることが予期される。
【００２８】
＜サブピクセル＞
本開示は、個々にアドレス指定可能な赤、緑、および青（ＲＧＢ）のサブピクセルを提供する。サブピクセルサイズは、本分野で以前に知られているピクセルサイズよりも著しく小さく、ナノスケールから数ミクロンまでの範囲まで低減される。サブピクセルは、光学マイクロキャビティ内に収容された発光デバイスから構成される。光学マイクロキャビティは、光を実質的にコリメート、操作、または調整するための複数の反射面を含む。反射面のうちの少なくとも１つは、マイクロキャビティからの光を伝えるために光学マイクロキャビティに接続された光伝搬反射面である。
【００２９】
＜指向性画素＞
本分野で既知の画素は、全ての方向に光をブロードキャストする。本開示は、光ビームを単一の方向に、または、単一の角度で導く改良された画素である、指向性画素を提供する。各指向性画素には、特定の方向、或いは、x座標とy座標とが割り当てられ、視野は、x座標とy座標の両方に対して１８０度まで可能である。
【００３０】
各指向性画素は、１以上の画素駆動回路と、１以上のサブピクセルと、１以上の指向性導光面とを含む。サブピクセルはＲＧＢサブピクセルであり、赤、緑、または青のサブピクセルを含むことができる。複数の方向に光を伝搬する複数の指向性画素は、指向性画素アレイを形成する。指向性画素アレイは、指向性光ビームのアレイを異なる視野角に送る。例えば、５１２×５１２指向性画素アレイにおいて、各指向性画素は異なる角度に光を向けるので、各指向性画素アレイは、視野角関数の５１２×５１２個のサンプルと、無限数の異なる視野角とを有するライトフィールドディスプレイを生成する。第１の角度に位置する第１の観察者が、第１の観察者に向けられた第１の指向性のある画素を見ることができる場合、第２の角度の第２の観察者は、第２の観察者に向けられた第２の指向性のある画素を見ることができる。両方の観察者が空間内の同じ点を注視しているように見えるが、それらは実際には異なる画像を観察し、それは輝度、強度、または色が異なり得る。複数の指向性画素をディスプレイに使用する場合、フルモーション視差を有するフル３次ライトフィールドディスプレイを動作可能に形成する。
【００３１】
画素駆動回路は、サブピクセルを制御し、異なる色および強度を達成するために、異なる電圧を発光デバイスに対して駆動する。サブピクセルのアレイにおいて、各サブピクセルに動作可能に接続された画素駆動回路のアレイは、アレイ内の各サブピクセルの背後に位置する。同様に、指向性画素のアレイにおいて、サブピクセルに接続された画素駆動回路は、指向性画素アレイ内の各サブピクセルの背後に位置する。
【００３２】
例示的な実施形態では、画素駆動回路はサンプルホールド回路である。アレイ内の各指向性画素は順次更新される、画素駆動回路のアレイ内の各回路は、その関連するサブピクセルにデータを駆動し、データをサンプリングして保持し、各サブピクセルは、新しいデータが使用可能になるまでその値を保持し、それを更新する。
【００３３】
例示的な実施形態では、マイクロキャビティ陰極(底部反射面)は、導電性材料から構成される。陰極の厚さは反射率を増大させ、不要な位相変化を低減するように設定される。マイクロキャビティ光伝搬反射面(上部反射面)は、二酸化チタンおよび二酸化ケイ素を含む誘電体層を有する。光伝搬反射面は、光のわずかな部分のみが逃れるように高度に反射性であり、光伝搬反射面は、有利にはその誘電体組成物により吸収がない。誘電体対の数を増加させることにより、光伝搬反射面の反射率を調整することができる。各誘電体層は、λ／４の光路長を有する。誘電体層の光路長は、光路長が光学キャビティ内を移動する距離を考慮するものであるため、誘電体層の厚さとは異なる。誘電体層の光路は、所定の波長のモードであるため、光伝搬反射面は、該所定の波長およびその中心波長の周りの波長の範囲の両方のための高反射ミラーである。発光デバイスが発光する場合、光ビームは、上記２つのミラーの間を反射する。中心ピークにおける強め合う干渉と、中心ピークの周りの消滅的な干渉とを含み、ミラーに垂直な光線は、光伝搬反射面から放射される、それによって、低減されたスペクトル帯域幅を有する実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光を生成する。
【００３４】
本開示では、各指向性画素は単一方向に光を放射する。画素は、本分野で一般に知られているように、全ての方向に光をブロードキャストしない。本発明は、３次元ライトフィールドディスプレイを生成するために、光ビームの各々は、１以上の指向性導光面を通って伝播し、指向性導光面は、光を単一方向に導く。指向性導光面は、レンズ、レンズ様表面、或いは、周期的または非周期的格子を有するメタサーフィスのような任意のタイプの誘電体表面とすることができる。複数の観察者は、指向性導光面によって指向される異なる光ビームで提示される同じ３次元表示画面を観察することができる。例えば、第１の角度に位置する第１の観察者が、第１の観察者に向けられた第１の指向性の画素を見ることができる場合、第２の角度に位置する第２の観察者は、第２の観察者に向かう第２の指向性の画素を見ることができる。指向性導光面は、第１の指向性画素の各ＲＧＢサブピクセルから放射された光ビームを同一方向に導き、第２の指向性画素におけるＲＧＢサブピクセルとそれ以降も同様である。
【００３５】
本発明が属する分野における当業者は、指向性導光面としてうまく作用することができる複数のタイプの誘電体表面が存在することを理解するであろう。指向性導光面は、これに限定されるものではないが、１以上のレンズ、１以上のレンズ様表面、または１以上のメタサーフィスを含むことができる。指向性導光面は、これに限定されるものではないが、周期的又は非周期的な回折格子又は構造にエッチングすることができる。指向性導光面は、単一の表面または互いに作動的に接続された複数の表面とすることができる。
【００３６】
＜本発明の例示的な実施形態＞
本発明の例示的な実施形態では、本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンから構成される画素駆動回路と、発光デバイスとして有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、ＯＬＥＤを収容し、複数の反射面から構成された光学マイクロキャビティと、指向性導光面とを備える。画素駆動回路はＯＬＥＤに電力を供給し、マイクロキャビティはＯＬＥＤから放射される光の出力角を著しく減少させ、実質的にコリメートされ、操作され、又は調整された光を生成し、指向性導光面は、光ビームを単一の方向に、または単一の角度に向ける。
【００３７】
図１は、２トランジスタ１キャパシタ（２Ｔ１Ｃ）画素駆動回路を示す。複数の回路はアレイを形成し、アレイの側縁部は、格子状の接続構造においてアレイから出てきた複数の接続部を有する。データ接続部はアレイ列であり、サンプル接続部はアレイ行である。図１に示すように、各個別回路は、データ線１と走査線２とを有する。走査線２がアクティブであるとき、データはサンプリングされ、サンプル信号はアレイの側縁部に配置されたスイッチングトランジスタ３（ＴＦＴ１）に送られる。サブピクセルが選択されると、ＴＦＴ１（３）が電圧信号をデータ線トランジスタ４（ＴＦＴ２）に送出する。ＴＦＴ２（４）が発光デバイス（例示的な実施形態ではＯＬＥＤ（５））を駆動する。電圧レール６は、ＴＦＴ２（４）に電力を供給する。複数の回路がアレイを形成し、アレイの第１の行がアクティブであるとき、ＴＦＴ１（３）は各指向性画素をサンプリングし、全行を能動的にサンプリングして更新する。各サブピクセルがサンプリングされると、キャパシタ７は、ＯＬＥＤ（５）の状態を指向性画素がリフレッシュされるまで一定のままに確保するようにデータを保持する。第１の行が完了すると、複数のキャパシタの各々は、アレイの第２の行がアクティブである間、第１の行用のデータを保持し、同様の手順を行う。キャパシタは、アレイの第３の行がアクティブである間、第２の行用のデータを保持し、以下同様である。この手順は、行ごとに繰り返され、最後の行がサンプリングされた場合にアレイの第１の行に戻る。回路は２つの接地線８、９を有する。ＴＦＴ１（３）を制御するデータ線１及び走査線２は、個々に画素アレイに接続し、各サブピクセルを個々にアドレス指定可能にする。
【００３８】
例示的な実施形態では、各ＴＦＴは、誘電体およびｎ型半導体を有するスタガードボトムゲートデバイスである。ＴＦＴはまた、金属製のソース、ドレイン、ゲート電極、及びバックチャネルパッシベーション層を含む。ＴＦＴを有するピクセルバックプレーンを製造することにより、３次元ピクセルアレイディスプレイを従来の電子ディスプレイサイズまで拡大することができる。例示的な実施形態では、ナノスケールＴＦＴは、電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）を介して製造される。
【００３９】
本開示は、ミクロンサイズの指向性画素及びナノスケールから数ミクロンの範囲のサイズのサブピクセルを教示する。２Ｔ１Ｃ画素駆動回路をミクロンサイズの領域に適合するために、キャパシタの上部に積層された２つのＴＦＴを有する回路が製造される。２つのビアは、２つのＴＦＴを２つのキャパシタ電極に接続する。第３のビアは、これらのＴＦＴをＯＬＥＤに接続する。ＯＬＥＤは、２つのＴＦＴの上に製造される。平坦化層は、キャパシタと２つのＴＦＴとの間、および２つのＴＦＴとＯＬＥＤとの間に位置する。例示的な実施形態では、ＯＬＥＤは、現在のＬＣＤディスプレイ技術と比較して、改善された色精度、増大されたコントラスト、および低下された電力条件を有するので、発光デバイスとして使用される。本開示は、ＯＬＥＤの間隔を数十ｎｍまで減少させることにより、従来技術を改善する。
【００４０】
図２は、本分野で一般的に知られている画素の平面図を示し、画素駆動回路１３は、画素の発光部１２と同一平面上に配置される。例示的な実施形態は、画素駆動回路を発光部分の背後に積層することによって先行技術を改善する。図３Ａは、本開示の平面図を示し、発光部１４のみが視認可能である。図３Ｂは、本開示の側面図であり、発光部１４の下側の画素駆動回路１５を示す。この構造は、より多くの領域が発光に利用可能となり、全体の画素サイズを低減することができるように画素の面上の空間を節約する。当業者は、このような画素のデザインが、本分野で以前に知られているディスプレイと比較して、開口率の著しい増大をもたらすことを理解するであろう。本開示は、ナノスケールから数ミクロンの範囲のＲＧＢサブピクセルを生成することができ、そのサイズは、ＲＧＢ画素サイズが１０μｍ−３０μｍの従来技術のＲＧＢ画素サイズと比較して著しく低減される。サブピクセルサイズを１０ミクロン未満に小型化するために、光学マイクロキャビティと組み合わせられるナノスケール回路またはマイクロスケール回路は、全体的な画素設置面積が低減される。
【００４１】
光学マイクロキャビティは、ＯＬＥＤを収容する複数の反射面からなる。例示的な実施形態では、マイクロキャビティは、底部反射面と上部反射面を含み、多層ＯＬＥＤは、この２つの反射面の間に配置される。マイクロキャビティは、陰極が反射面を兼ねることができる。上部反射面は光伝搬反射面でもある。図４は、赤、緑および青のサブピクセルの基本的な層を示し、各サブピクセルは、陰極１６と、着色ＯＬＥＤ層１７Ａ−Ｃと、透明な陽極１８と、充填層１９から構成され、各々は光学マイクロキャビティ内にそれぞれ構成される。ＯＬＥＤのＲＧＢ色は、赤１７Ａ、緑１７Ｂ及び青１７Ｃである。複数の反射面間の距離は所定の長さに設定され、ＯＬＥＤ光路長はλ／２であり、λは所定の発光中心波長である。
【００４２】
図５は、本発明の例示的な実施形態を示す。本実施形態では、各サブピクセルは、単一の専用画素駆動回路によって駆動される。例えば、図５は、３つの別個のサブピクセル２３−３１を駆動する３つの別個の画素駆動回路２０を示している。同図では、同様の要素は、Ｄ、Ｅ、およびＦで示され、図の数値要素に対する参照は、それらは全て同じように動作するので、該同様の要素のそれぞれを参照する。
【００４３】
図５に示すように、ＴＦＴバックプレーンなどの画素駆動回路２０は、基板２２において、ビア２１を介して陰極２３に接続する。陰極は、光学マイクロキャビティ反射面の１つを兼ねている。陰極の上部には、電子輸送層２４、エミッション層２５、正孔輸送層２６、正孔注入層２７、陽極２８および充填層２９があり、これらの要素が３つのＯＬＥＤを構成する。充填層２９の上部は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であり、複数の光伝搬反射面は低屈折率（３０）と高屈折率（３１）を交互に配置した誘電体層からなる。光学マイクロキャビティの長さはＬＣＡＶとして示され、接続されたＤＢＲの長さはＬＤＢＲとして示されている。ＤＢＲは、１以上の実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光ビームを放射し、光ビームは、指向性導光面３２を通って伝搬する。指向性導光面は、特定の空間波ベクトルに光ビームを導く。各画素が専用ＤＢＲを使用する場合、該ＤＢＲは各出力波長に対して作動可能に同調される。
【００４４】
図６は、本開示の別の実施形態を示す。ここで、１つの画素駆動回路は、複数のサブピクセルを駆動する。このような構成は、グレースケールディスプレイに用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、図６は、３つの別個のサブピクセル（４３−５１）を駆動する１つの画素駆動回路４０を示している。同図では、同様の要素は、Ｄ、Ｅ、およびＦで示され、同図の数値要素の参照は、それらは全て同じように動作するので、同様の要素の各々を参照する。
【００４５】
図６に示すように、画素駆動回路４０は、基板４２において、ビア４１を介して陰極４３に接続されている。陰極は、複数の反射面の１つを兼ねている。陰極の上部には、電子輸送層４４、エミッション層４５、正孔輸送層４６、正孔注入層４７、陽極４８および充填層４９があり、これらの要素が３つのＯＬＥＤを構成する。充填層４９の上にはＤＢＲがあり、低屈折率５０と高屈折率５１を交互に配置した誘電体層からなる。光学マイクロキャビティの長さはＬＣＡＶとして示され、ＤＢＲの長さはＬＤＢＲとして示されている。ＤＢＲは、１以上の実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光ビームを放射し、光ビームは、指向性導光面５２を通って伝搬する。指向性導光面は、特定の空間波ベクトルに光ビームを導く。各画素が専用ＤＢＲを使用する場合、ＤＢＲは各出力波長に対して作動可能に調節される。
【００４６】
図７は、本開示の別の実施形態を示す。ここで、１つの画素駆動回路は、複数のサブピクセルを駆動するが、サブピクセルは、１以上のマイクロキャビティ光伝搬反射面を共有する。このような構成は、グレースケールディスプレイに用いることができるが、これに限定されない。例えば、図７は、反射面７０−７１を共有する３つの別個のサブピクセル６３−６９を駆動する１つの画素駆動回路６０を示している。同図では、同様の要素は、Ｄ、Ｅ、およびＦで示され、同図の数値要素の参照は、それらは全て同じように動作するので、同様の要素の各々を参照する。
【００４７】
図７に示すように、画素駆動回路６０は、基板６２において、ビア６１を介して陰極６３に接続されている。陰極は、複数の反射面の１つを兼ねている。陰極の上部には、電子輸送層６４、エミッション層６５、正孔輸送層６６、正孔注入層６７、陽極６８および充填層６９があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。３つの別個の充填層６９の上には、低屈折率７０と高屈折率７１を交互に配置した誘電体層からなる単一の共有ＤＢＲがある。光学マイクロキャビティの長さはＬＣＡＶとして示され、ＤＢＲの長さはＬＤＢＲとして示されている。ＤＢＲは、１つ以上の実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光ビームを放射し、光ビームが指向性導光面７２を通って伝搬する。指向性導光面は、特定の空間波ベクトルで光ビームを導く。複数の画素がＤＢＲを共有する場合、ＤＢＲは、全スペクトル範囲をカバーする反射率を有する広帯域構造として動作する。
【００４８】
図８Ａから図８Ｃは、本発明の範囲および精神から制限または逸脱することなく指向性導光面を例示するために提供されている。図示されているように、光ビームは指向性導光面８０に入射し、そこで特定のｘ及びｙ座標を有する特定の空間波ベクトルに偏向され、導かれる。例示的な目的のために、図８Ａは一般的な指向性導光面８０を示し、図８Ｂはレンズまたはレンズ様構造８０を示し、図８Ｃは回折格子または構造８０にエッチングされたメタサーフィスを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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