(57)【要約】  薄膜白色発光ダイオードデバイスは、反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造とを含む。１つ、又は２つ以上の薄膜層は、反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造との間に形成されて、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造を形成する。薄膜層は、導電性薄膜構造が提供する電流に応答して白色光を発光する。２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造はそれぞれ、１つ、又は２つ以上の光キャビティ内部に異なる共振周波数を有し、単数、又は複数の白色光発光薄膜層のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する。２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造が発光する光の組み合わせが白色である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造と、
ｂ）前記反射導電性薄膜構造と、前記半透明導電性薄膜構造との間に形成されて、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造を形成する１つ、又は２つ以上の薄膜層であって、前記導電性薄膜構造が提供する電流に応答して白色光を発光する薄膜層と、
を有し、
ｃ）前記２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造はそれぞれ、１つ、又は２つ以上の光キャビティ内部に異なる共振周波数を有し、単数、又は複数の白色光発光薄膜層のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光し、前記２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造が発光する光の組み合わせが白色である、
ことを特徴とする薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項２】
前記共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも２つが発光する前記光は、補完的である請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項３】
前記共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する光は、青色であり、前記共通制御マイクロキャビティ構造の他の少なくとも１つが発光する光は、黄色であるか、前記共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する光は、シアンであり、前記共通制御マイクロキャビティ構造の他の少なくとも１つが発光する光は、赤色であるか、又は前記共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する光は、緑色であり、前記共通制御マイクロキャビティ構造の他の少なくとも１つが発光する光は、マゼンダである請求項２に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項４】
１つ、又は２つ以上の個別制御される付加的な構造であって、光を発光する構造をさらに有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項５】
前記白色光発光薄膜層が発光する光をフィルタリングするカラーフィルタをさらに有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項６】
１つ、又は２つ以上の角度に亘る前記２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造の発光を組み合わせた光の色の変化は、前記１つ、又は２つ以上の角度に亘る前記２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する前記光の色の変化よりも小さい請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項７】
前記反射導電性薄膜構造、又は前記半透明導電性薄膜構造は、金属の単一層を有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項８】
前記反射導電性薄膜構造は、反射層と、導電性の分離した透明な層とを有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項９】
透明なスペーサ層は、前記反射層と、前記導電性の分離した透明な層との間に配置される請求項８に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１０】
透明なスペーサ層は、前記反射導電性薄膜構造と、前記半透明導電性薄膜構造との間に配置される請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１１】
それぞれの対が前記単数、又は複数の白色光発光薄膜層の前記スペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する、少なくとも２対の共通制御マイクロキャビティ構造をさらに有し、前記１対の共通制御マイクロキャビティ構造が発光する光の組み合わせは、白色である請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１２】
１対の共通制御マイクロキャビティ構造の一方が発光する光は、青色であり、前記１対の共通制御マイクロキャビティ構造の他方が発光する光は、黄色であるか、１対の共通制御マイクロキャビティ構造の一方が発光する光は、シアンであり、前記１対の共通制御マイクロキャビティ構造の他方が発光する光は、赤色であるか、又は１対の共通制御マイクロキャビティ構造の一方が発光する光は、緑色であり、前記１対の共通制御マイクロキャビティ構造の他方が発光する光は、マゼンダである請求項１１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１３】
それぞれの対が補完的な色の光を作り出す３対の共通制御マイクロキャビティ構造をさらに有する請求項１２に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１４】
前記共通制御マイクロキャビティ構造は、基板上に互いに近接して配置される請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１５】
１つ、又は２つ以上の光キャビティを形成するために採用される透明スペーサ層をさらに有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１６】
ディスプレイデバイス、照明器具デバイス、又は領域照明デバイスである請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１７】
制御、及び電力を供給するための制御器をさらに有する請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイス。
【請求項１８】
請求項１に記載の薄膜白色発光ダイオードデバイスを形成する方法。
【請求項１９】
ａ）反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造と、
ｂ）前記反射導電性薄膜構造と、前記半透明導電性薄膜構造との間に形成されて、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造を形成する１つ、又は２つ以上の薄膜層であって、前記導電性薄膜構造が提供する電流に応答して光を発光する薄膜層と、
を有し、
ｃ）前記２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造はそれぞれ、単数、又は複数の光発光薄膜層のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光し、１つ、又は２つ以上の角度に亘る前記共通制御マイクロキャビティ構造の発光を組み合わせた光の色の変化は、前記１つ、又は２つ以上の角度に亘る前記共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する前記光の色の変化よりも小さい、
ことを特徴とする薄膜発光ダイオードデバイス。
【請求項２０】
前記光発光薄膜層は、種々の共通制御マイクロキャビティ構造内部で種々の発光材料が採用されるように、パターン化される請求項１９に記載の薄膜発光ダイオードデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。より詳細には、光出力、製造可能性、及び角度性能（angular  performance）を改良したＬＥＤデバイス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光型のフラットパネルディスプレイデバイスが、計算機器、特に携帯型デバイスと共に広く使用される。これらのディスプレイは、著しい周囲照明がある公共の場所において多々使用され、広角かつ様々な角度から観視される。また、このようなデバイスは、領域照明デバイス、又は照明器具としても開発される。
【０００３】
発光材料の薄膜を組み込む発光ダイオード（ＬＥＤ）は、フラットパネルディスプレイにおいて多くの利点を有し、光学システムにおいて有用である。これらの膜は、有機材料、及び無機材料の一方、又は双方を有することができる。２００２年５月７日にTangらに特許された米国特許第６３８４５２９号は、ＯＬＥＤ発光素子（画素）のアレイを有するＯＬＥＤカラーディスプレイを示す。有機材料を電流が流れるときに、光が画素から発光され、光の周波数は、使用する有機材料の特性に依存する。有機材料は、基板の間に位置し、カバー層、又はカバー面により密封される。このディスプレイでは、基板（裏面エミッタ）、又は封入カバー（表面エミッタ）、若しくは基板と封入カバーとの双方を介して放出できる。発光は、ランベルトである。すなわち、全ての方向に均等に発光する。ＬＥＤデバイスは、光学指数が高い発光材料を使用するので、発光の大部分（５０％以上など）は、全体の内部反射のためにデバイス内に閉じ込められて、デバイスの効率を低下させる。例えば、無機材料は、リン光性結晶、又は量子ドットを有することができる。有機材料、又は無機材料の他の薄膜を採用して、発光薄膜への電荷の注入、移動、又は阻止を制御できるが、これは周知である。
【０００４】
光キャビティ構造（optical  cavity  structure）は、ＬＥＤデバイス構造から発光される光を増加することが、知られる。このような光キャビティ構造は、薄膜に形成されるときに、マイクロキャビティ、又は光マイクロキャビティとしても知られる。ＬＥＤ構造に形成されるときに、種々のカラー発光有機材料が、反射電極と、半透明電極との間の基板上にパターン状に蒸着される。種々の色を有する発光は、一般的にはパターン化された発光材料が発光する光に対応する、光の所望のピーク波長に調整される光キャビティ内部に、有機発光材料、又は無機発光材料を蒸着することによって形成される。米国特許第６６８０５７０号は、スペーサ層を採用して光キャビティを形成する改良型光制御を有する有機発光デバイスを説明する。図９において、アクティブマトリクス薄膜素子３０と、平坦化構造３２、及び３４と、半透明電極１６とを有する基板を採用する先行技術であるアクティブマトリクス裏面発光光キャビティデバイスを示す。赤色、緑色、及び青色の発光を提供するパターン化された有機材料１４Ｒ、１４Ｇ、及び１４Ｂは、発光層１４に蒸着される。光スペーサ２６Ｒ、２６Ｇ、及び２６Ｂを採用して、光発振器６０、６２、及び６４を形成して、赤色、緑色、及び青色の光の所望のピーク波長にそれぞれ調整して、赤色光８０と、緑色光８２と、青色光８４とを発光する。カバー２０を採用して、デバイスを保護及び封入できる。このような配置は有用であるが、パターン化された有機材料蒸着技術（メタルシャドーマスクによる真空蒸着など）が必要になるので、大きな基板に搭載することが難しい。さらにまた、真空発振器デバイスは、許容できない角度色依存（angular  color  dependence）を有する。米国特許第７１８９２３８号などで教授されるように、光キャビティ構造を有するカラーフィルタを採用することが知られる。しかしながら、このアプローチは、有用である一方、デバイスの製造可能性を改良せず、ある照明条件の下では、このアプローチが提供する環境コントラスト比は不十分である。さらにまた、カラーフィルタが発光層から発光する光を吸収することによって、デバイスの効率が低下する。
【０００５】
名称を「発光素子（Light-emitting  elements）」という米国特許第５５５４９１１号は、発光波長を決定する光学的距離がそれぞれ異なる少なくとも２つの光キャビティ構造を有するマルチカラー発光素子を説明する。光キャビティはそれぞれ、発光領域として有機材料を有するが、これは、素子内において、均一な厚さの単一の膜にできる。名称を「同調マイクロキャビティＯＬＥＤディスプレイ（Tuned microcavity color OLED display）」という米国特許第６８６１８００号は、共通の基板に亘って、所定の異なる色の光を発光する少なくとも２つの異なるカラー画素の組に分割される画素のアレイを有するマイクロキャビティＯＬＥＤデバイスを説明する。ここで、アレイの画素はそれぞれ、基板に亘って配置される金属製裏面電極層と、金属製裏面電極層から距離をあけて配置される別の半透明金属電極層とを有する。半透明金属電極層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、及びこれらの合金を含む。半透明金属電極層の膜厚、有機層と、透明導電相の層とを合わせた膜厚、及び発光層の配置は、ディスプレイの画素がそれぞれ、マイクロキャビティを有しない比較可能なＯＬＥＤデバイスの発光出力効率を超える発光出力効率を有する同調マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスを形成するように選択される。米国特許第５９４９１８７号は、第１の透明スペーサと、第１のスペーサの上に位置し、ＯＬＥＤに光を反射し、かつ第１のマイクロキャビティの光学的距離を規定する第１のミラー堆積とを備える第１のマイクロキャビティを有するＯＬＥＤを説明する。第１のマイクロキャビティの光学的距離によって、第１のマイクロキャビティから放出される光は、第１のスペクトルを有する。第２のマイクロキャビティは、第１のマイクロキャビティに近接して位置する第２の透明スペーサと、第２のスペーサ上に位置し、第２のマイクロキャビティに向けて光を反射し、かつ第２のマイクロキャビティの光学的距離を規定する第２のミラー堆積とを有する。第２のマイクロキャビティの光学的距離によって、第２のマイクロキャビティから放出される光は、第２のスペクトルを有する。マイクロキャビティを構造内にさらに配置させて、光のスペクトルをさらに増進し、かつ変化できる。しかしながら、このような配置は、製造コストが増加し、所望の光出力よりも光出力が低く、所望の反射率よりも反射率が大きく、さらに法線に対する角度が変化するために光の実効的な光路長が変化することによって、異なる視野角で色が著しく変化する可能性がある。
【０００６】
名称を「マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスのための色の変化の抑制、又は除去（Reducing or eliminating color change for microcavity OLED devices）」というAntoniadisによる米国特許出願２００６／００６６２２８  Ａ１は、異なる視野角における色の変化を最小化し、又は除去するマイクロキャビティＯＬＥＤデバイスを開示する。ＯＬＥＤデバイスは、ＯＬＥＤディスプレイ、又は領域照明に使用するＯＬＥＤ光源などにできる。このＯＬＥＤデバイスは、それぞれが非吸収材料からなるマルチレイヤミラーを基板上に有する。また、ＯＬＥＤデバイスは、マルチレイヤー化された第１のミラー上に実質的に透明な第１の電極を有する。発光層は、第１の電極の上にある。第２の電極は、発光層の上にある。第２の電極は、反射が大きく、ミラーとして機能する。マルチレイヤミラーと第２の電極とは、マイクロキャビティを形成する。光変調薄膜は、基板の表面にある。光変調薄膜は、カットオフカラーフィルタ、バンドパスカラーフィルタ、強化輝度フィルム、色の変化が知覚される角度の発光スペクトルを減衰するマイクロ構造、又は出力する発光スペクトルが共通と知覚される色を有するように波長を再配分するマイクロ構造のいずれか１つにできる。この場合もやはり、パターン化する蒸着処理のために製造価格が上昇する可能性がある。また、カラーフィルタが光を著しく吸収することによって、効率が低くなる可能性がある。
【０００７】
大きな基板における材料蒸着の問題を克服する１つのアプローチは、名称を「効率を改善した積層ＯＬＥＤディスプレイ（Stacked OLED Display having Improved Efficiency）」というCokらによる米国特許第６９８７３５５号に教授されるように、カラーフィルタと共に白色光エミッタなどの単一の発光層を採用して、フルカラーディスプレイを形成することである。しかしながら、カラーフィルタを使用することによって、デバイスの効率が著しく低下する。名称を「電力効率を改良したカラーＯＬＥＤディスプレイ（Color OLED Display with Improved Power Efficiency）」というCokらによる米国特許第６９１９６８１号などに教授されるように、カラーフィルタを有しない白色のサブ画素を採用することもまた知られる。しかしながら、この開示は、角度色の問題、又はトラップされる多量の光については対処しない。
【０００８】
またマイクロキャビティＯＬＥＤデバイスから白色光発光を作り出すことが知られる。名称を「白色発光マイクロキャビティＯＬＥＤデバイス（White-emitting microcavity OLED device）」という米国特許出願２００５００７３２２８  Ａ１は、マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスと、光統合素子とを有する白色光発光ＯＬＥＤ装置を説明する。ここで、マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスは、白色光発光有機ＥＬ素子を有し、マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスは、角度依存狭帯域発光を有するように構成され、光統合素子は、マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスからの角度が異なる角度依存狭帯域発光を統合して、白色光発光を形成する。しかしながら、この配置の色、すなわち白色点は、強い角度依存を有する。
【０００９】
名称を「マイクロキャビティ・ガモット・サブ画素と、ウィズイン・ガモット・サブ画素とを有するＯＬＥＤデバイス（OLED device having microcavity gamut sub-pixels and a within gamut sub-pixel）」というWintersらによる米国特許第７０３０５５３号は、マイクロキャビティデバイスの一例を開示する。この開示は、光を作り出す少なくとも１つの発光層と、間隔をあけた電極とを備える有機層を有するサブ画素をそれぞれが備える光放出画素のアレイを有するＯＬＥＤデバイスを説明する。カラー・ガモットを規定する光を作り出す少なくとも３つのガモット・サブ画素と、ガモット・サブ画素が作り出すカラー・ガモット内部に光を作り出す少なくとも１つのサブ画素とがある。ガモット・サブ画素の少なくとも１つは、マイクロキャビティを形成するように機能する反射体と、半透明反射体とを有する。しかしながら、この配置は、パターン化された半透明電極を採用して、白色サブ画素を形成するが、表面発光型で製造することが難しい。またこの特許では、角度色変化には対処しない。
【００１０】
したがって、先行技術の欠点を克服し、ＬＥＤデバイスの光出力、角度色性能、及び製造可能性を向上させる改良型光発光構造のニーズが未だに存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、薄膜と、反射導電性薄膜構造を有する白色光発光ダイオードデバイスと、半透明導電性薄膜構造とを提供することによって、上述のニーズに対処する。１つ、又は２つ以上の薄膜層は、反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造との間に形成されて、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造を形成する。薄膜層は、導電性薄膜構造が提供する電流に応答して白色光を発光する。２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造はそれぞれ、１つ、又は２つ以上の光キャビティ内部に異なる共振周波数を有し、単数、又は複数の白色光発光薄膜層のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する。２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造が発光する光の組み合わせが白色である。
【００１２】
本発明の他の態様は、単数、又は複数の白色光発光薄膜層のスペクトル域よりもスペクトル域が狭い光を発光する２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造を提供し、１つ、又は２つ以上の角度に亘り共通制御マイクロキャビティ構造が発光する組み合わせ光の色の変化は、１つ又は２つ以上の角度に亘り共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが発光する組み合わせ光の色の変化よりも小さい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、光出力と製造可能性を向上し、角度色変化が減少するという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施形態に従うＬＥＤデバイスの部分横断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態に従う上部エミッタＬＥＤデバイスの部分横断面を概略的に示す図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施形態に従うスペーサを有する上部エミッタＬＥＤデバイスの部分横断面を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施形態に従うスペーサを有する上部エミッタＬＥＤデバイスの部分横断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る様々な実施形態に有用な複数の共振周波数を有する光キャビティを概略的に示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態に従うＬＥＤデバイスを採用するシステムである。
【図６】本発明に係る様々な実施形態のＣＩＥｘとＣＩＥｙとにおける光発光波長を概略的に示すグラフである。
【図７】本発明に係る様々な実施形態を理解するのに有用な黄色と青色との様々な周波数を組み合わせした一定のＤ６５光出力を概略的に示すグラフである。
【図８Ａ】本発明に係る様々な実施形態において有用なマイクロキャビティ構造を有しない一般的な視野角における白色発光のスペクトルを概略的に示すグラフである。
【図８Ｂ】本発明に係る様々な実施形態において有用なカラーフィルタのスペクトルと共に、垂直の視野角、及び異なる視野角におけるマイクロキャビティによる白色発光のスペクトルを概略的に示すグラフである。
【図８Ｃ】カラーフィルタを統合する本発明に係る実施形態のＣＩＥｘとＣＩＥｙとにおける発光波長を概略的に示すグラフである。
【図９】従来の裏面エミッタＬＥＤデバイスの部分横断面を概略的に示す図である。
【図１０Ａ】本発明に係る様々な実施形態に従う共通制御可能な部分の相対的に大きさが異なる白色サブ画素での視野角における白色点の変化を概略的に示すグラフである。
【図１０Ｂ】本発明に係る様々な実施形態に従う共通制御可能な部分の相対的に大きさが異なる白色サブ画素での視野角における白色点の変化を概略的に示すグラフである。
【図１１】本発明に係るＬＥＤデバイスの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
層はそれぞれ、非常に薄く、それぞれの層の膜厚の違いは、縮尺比を描写するには大き過ぎるので、図において、縮尺比は一定ではない。
【００１６】
図１を参照すると、本発明に従う白色光発光薄膜ダイオードデバイスは、反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６とを有する。１つ、又は２つ以上の薄膜層１４を、反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６との間に形成することによって、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造２８を形成する。薄膜層１４は、導電性薄膜構造１２、及び１６が提供する電流に応答して白色光を発光する。２つ以上のマイクロキャビティ構造２８はそれぞれ、単数、又は複数の白色光発光薄膜層１４のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する。マイクロキャビティ構造２８が発光する光の組み合わせは、白色である。マイクロキャビティ構造２８が発光する光の角度の範囲に亘る色の変化は、マイクロキャビティ構造２８の少なくとも１つが発光する光の角度の範囲に亘る色の変化よりも小さい。
【００１７】
全ての薄膜層は、基板１０の上に形成できる。基板１０及びカバー２０に対する反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６との位置を、反対にして、表面発光ＬＥＤ、又は裏面発光ＬＥＤを形成できる。これらの双方は、本発明において考慮される。公知のように、薄膜層は、白色光を発光すると共に、複数の発光層をそれぞれ有することができる。しかしながら、マイクロキャビティ内部で採用されるとき、マイクロキャビティ構造からの発光は、マイクロキャビティ構造による建設的、及び破壊的な（constructive and destructive）光の干渉によって、カラー化されるであろう。
【００１８】
本発明をさらに理解するために、採用されるいくつかの用語を理解することは有用である。反射薄膜構造は、典型的には、少なくとも１つの所望の波長において、放射エネルギの少なくとも５０％が典型的には反射されることになり、好適には、少なくとも１つの所望の波長において、放射エネルギの少なくとも８０％が反射されることになるであろう。しかしながら、このような反射薄膜構造は、放射エネルギの少なくとも９０％より多くを反射することが望ましいことが認識されるであろう。本発明に係る半透明導電性膜は、所望の波長範囲内において、吸収率が非常に低いことが望まれる。このような膜は、典型的には、衝突する放射エネルギの少なくとも１０％を反射することになり、好適には、所望の波長範囲に亘り衝突する放射エネルギの実質的にはより多くを反射することができる。角度の範囲を説明するとき、典型的には、この角度は、基板の法線ベクトルに対応して測定され、反射導電性薄膜構造のアクティブ領域にも垂直になることが多いであろう。
【００１９】
さらにこの開示において、用語白色は、人間の観察者に適応して、白色であると知覚される、いずれの色を参照する。この色は、ＣＩＥ１９７６統一色度図などの知覚的に関連する色空間内部のプランク軌跡に対応して特定されることが多い。本発明のためには、典型的には、ＣＩＥ１９７６統一色度図にプロットしたときに、３０００ケルビンと２００００ケルビンとの間の黒体温度であるプランク軌跡の０．０５単位内にある場合に、色は、白色であると特定されるであろう。
【００２０】
パターン化されていない白色エミッタが、本発明において採用できる一方、本発明の他の実施形態において、発光層は、パターン化できる。例えば、種々の共通制御マイクロキャビティ構造に種々の発光材料を採用できる。この場合、２つ以上の共通制御マイクロキャビティ構造はそれぞれ、単数、又は複数の発光薄膜層が発光する組み合わせ光のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する。共通制御マイクロキャビティ構造が角度範囲に亘って発光する組み合わせ光の色の変化は、共通制御マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが角度範囲に亘り発光する組み合わせ光の色の変化よりも小さい。本発明のさらなる実施形態に従うと、共通制御マイクロキャビティ構造２８の少なくとも２つが発光する光は、補完的である。本明細書で使用するとき、補完的な光（complementary  light）は、白色光をともに形成する光の２つの周波数、又は周波数範囲をいう。マイクロキャビティ構造２８Ａ及び２８Ｂの対は、マイクロキャビティ構造２７Ａを形成する。マイクロキャビティ構造２７Ａの一方のマイクロキャビティ構造２８Ａは、黄色光を発光し、マイクロキャビティ構造２７Ａの他方のマイクロキャビティ構造２８Ｂは、青色光を発光する。また例えば、マイクロキャビティ構造２７Ｂの一方のマイクロキャビティ構造２８Ｃは、マゼンタ光を発光し、マイクロキャビティ構造２７Ｂの他方のマイクロキャビティ構造２８Ｄは、緑色光を発光する。またさらなる他の例では、マイクロキャビティ構造２７Ｃの一方のマイクロキャビティ構造２８Ｅは、赤色光を発光し、マイクロキャビティ構造２７Ｃの他方のマイクロキャビティ構造２８Ｆは、シアン光を発光する。本発明のいくつかの実施形態では、２７Ａなどの補完的な対の１つを採用できる。他の実施形態において、補完的な対を有する２つのマイクロ構造（２７Ａ及び２７Ｂなど）を採用できる。さらなる他の実施形態において、図１に示すように、補完的な対を有する３つのマイクロ構造（２７Ａ、２７Ｂ、及び２７Ｃなど）を採用できる。本発明の１つの実施形態に従うと、全ての補完的な対は、単一の制御によって、共通制御できる。本発明の他の実施形態に従うと、マイクロキャビティ構造２７Ａに関連付けられる補完的な対の第１の制御と、マイクロキャビティ構造２７Ｂに関連付けられる補完的な対の第２の制御と、マイクロキャビティ構造２７Ｃに関連付けられる補完的な対の第３の制御とを有し、個別制御できる。
【００２１】
本発明の他の実施形態において、さらなるマイクロキャビティ構造、又は非マイクロキャビティ構造を、カラーフィルタと共に採用し、又はカラーフィルタを有さずに採用できる。例えば図２を参照すると、本発明に従う発光ダイオードデバイスの典型的な実施形態は、基板１０と、ここではアルミニウム、又は銀などの反射導電性金属で形成される反射電極である導電性薄膜構造１２と、ここでは、銀などの金属の非常に薄い薄膜で形成される半透明電極である半透明導電性薄膜構造１６とを有する。反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６とは、基板上に形成される。反射電極、又は半透明電極の少なくとも１つをパターン化して、個別制御可能な発光ダイオード素子５０、５２、５４、及び５６を形成する。図２に示すように、例えば、反射電極１２をパターン化できる。個別制御可能な発光ダイオード素子は、基板１０上に形成される薄膜電極コンポーネント３０などによって制御できる。他方の電極１６は、パターン化されず、発光素子５０、５２、５４、及び５６の全てと電気的に共通にできる。パターン化されていない白色発光層１４は、反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６との間に形成され、公知のように電荷制御層などのいくつかの層を有することができる。反射導電性薄膜構造１２と、半透明導電性薄膜構造１６と、パターン化されていない白色発光層１４とは、光キャビティ６０、６２、６４、及び６６を形成する。光キャビティは、以下で説明するように６６Ｙ及び６６Ｂなどの複数の共通制御光マイクロキャビティをさらに有する。いくつかのカラーフィルタ４０Ｒ、４０Ｇ、及び４０Ｂは、個別制御可能な発光素子５０、５２、及び５４に対応するパターン化されていない白色発光層１４の反対の、半透明導電性薄膜構造１６の側に形成され、カラー化サブ画素を形成する。カラーフィルタは、少なくとも２つの異なる色を有する。１つの個別制御可能な少なくとも１つの発光素子５６は、ともに実質的に白色光を発光して白色サブ画素を形成する少なくとも２つの共通制御部５６Ｙ及び５６Ｂを有する。光キャビティ６６の白色サブ画素の１つ、又は２つ以上の共通制御部５６Ｙ及び５６Ｂは、複数の光マイクロキャビティ６６Ｙ、及び６６Ｂを有する。光マイクロキャビティはそれぞれ、発光角の範囲において、補完的な異なる波長の光を発光するように調整される。本発明に従うと、共通制御マイクロキャビティ構造が角度の範囲において発光する組み合わせ光の色の変化は、マイクロキャビティ構造の少なくとも１つが角度の範囲において発光する組み合わせ光の色の変化よりも小さい。
【００２２】
本発明の１つの実施形態に従うと、反射導電性薄膜構造１２、又は半透明導電性薄膜構造１６は、アルミニウム、銀、マグネシウム、又はこれらの金属の合金などの金属層などの単一の層を有する。
【００２３】
図２に示すように、本発明は、反射導電性薄膜構造１２と、発光層１４、又は半透明導電性薄膜構造１６との間に種々の膜厚を有する透明スペーサ層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、及び２６Ｗを採用できる。この層は、有機、又は無機であるが、所望の高い導電性を有して、ＬＥＤの電圧を抑制する。また先行技術で教授されるように、透明抵抗層を採用して、短絡低減特性を提供できる。種々の膜厚を選択して、種々の光キャビティ６０、６２、６４の光学的な応答を調整する。
【００２４】
図３Ａを参照すると、図２の一部のより詳細な図において、反射導電性薄膜構造１２は、光キャビティのためのスペーサ２６と共に、基板（図示せず）上に形成される。光キャビティ６０、６２、６４、６６Ｙ、６６Ｂはそれぞれ、スペーサ２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、２６ＷＹ、２６ＷＢによって調整されて、赤色、緑色、青色、青色、黄色などの光マイクロキャビティをそれぞれ形成する。この例では６４と６６Ｂなどの同様なカラーを提供する光キャビティ内部のスペーサ層は、共通の厚さを有し、共通のステップで形成されるスペーサ２６Ｂ、及び２６ＷＢを有することができる。しかしながら、これは必須ではなく、２つのスペーサを異なる厚さにして、彩度、効率などのパラメータの間の種々のトレードオフを提供する。本発明の他の実施形態において、図３Ｂに示すように、光キャビティは、分離した反射層１１と透明導電性層１５との間の透明スペーサ層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、１３ＷＹ、１３ＷＢを採用して調整でき、分離した反射層１１と透明導電性層１５もまた、反射導電性薄膜１２を有する。導電性、又は非導電性透明スペーサ素子１３を、反射層１１と、二酸化シリコン、シリコン窒化物、若しくはＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＡＩＺＯなどを、導電性酸化物などの分離した透明導電性層１５との間に採用できる。また、透明導電性層１５は、反射層１１上に電気的に接続して直接形成できる。反射層１５もまた導電性である。
【００２５】
本発明の１つの実施形態において、マイクロキャビティ構造２６は、（図１及び２に示すように）基板と互いに近接して形成される。図４に示す他の実施形態において、第１及び第２のマイクロキャビティ構造を２つ以上の異なる周波数２９Ａ及び２９Ｂにおける共通のキャビティ共振において形成される。本明細書で採用されるとき、このような２つの周波数における光キャビティの共振は、それぞれが共振周波数の１つにおいて発光する２つの光キャビティ構造を形成すると考えられる。具体的には、このような光キャビティは、青色及び赤色の双方の周波数で共振して、マゼンタ光と知覚される光を発光できる。
【００２６】
ＲＧＢＷ（赤色、緑色、青色、及び白色）サブ画素アーキテクチャにおいて、本発明を採用して、ディスプレイなどの情報表示デバイスにおいてそれぞれの画素を形成できる（図２）。パターン化されていない共通の白色エミッタ１４を採用する。カラー化された光は、（カラーサブ画素のための）カラーフィルタ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと共にそれぞれの色に調整されたマイクロキャビティを組み合わせて形成する。ブラックマトリクス４０Ｋを採用して、発光素子５０、５２、５４、及び５６の間の環境光を吸収できる。平坦化層３２、及び絶縁層３４によって、個別制御可能な発光素子を電気的に絶縁できる。カラーフィルタは、光マイクロキャビティ６６Ｙ及び６６Ｂが補完的な色を形成するので、共通制御可能なマイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂには必要ではないことがある。しかしながら、以下に説明するように、本発明のさらなる実施形態において、１つ、又は２つ以上の分離したカラーフィルタ４０ＷＹ、及び４０ＷＢを、白色サブ画素５６の共通制御可能な部分５６Ｙ、及び５６Ｂと共に採用でき、又は別に採用できる。
【００２７】
また、本発明を採用して、領域照明デバイス、又は照明器具を形成できる。後者の場合、高い演色指数（ＣＲＩ）を提供するために、広範な様々な周波数における発光が必要である。それ故に、図１に示すように広範に分布する周波数の組を有する補完的なマイクロキャビティ構造を採用することによって、高品質の白色光源を提供できる。図５に示すように、ディスプレイ、領域照明、又は照明器具などは、典型的には、情報信号、又は電力信号３２０に応答して導電する電極である反射導電性薄膜構造１２と半透明導電性薄膜構造１６を介して、薄膜、白色発光ダイオードデバイスに電力を供給し、制御する制御器３１０と共にＬＥＤデバイス３００を有する発光システムに採用できる。
【００２８】
薄膜光キャビティ構造を採用する先行技術の発光の解決法は、白色発光が十分でなく、特に、様々な角度において観視するときに色が変化する傾向が強い。しかしながら、本発明が教授するように、共通制御マイクロキャビティ構造２８は、単数、又は複数の白色発光薄膜層１４のスペクトル域よりも狭いスペクトル域を有する光を発光する。マイクロキャビティ構造２８が発光する組み合わせは、実質的に白色であり、マイクロキャビティ構造２８は発光する組み合わせ光の角度の範囲における色の変化は、マイクロキャビティ構造２８の少なくとも１つが発光する光の角度の範囲における色の変化よりも小さい。したがって、本発明は、角度依存が低い白色光を作り出す薄膜光キャビティ構造を提供する。
【００２９】
この開示において、光の補完的な波長は、ともに観視されるときに、プランク軌跡上の、又はプランク軌跡に近接する光など、実質的に白色に近い光を形成する光の波長である。例えば、青色と、及び黄色は、チアン及び赤色、並びに緑色及びマゼンタのように補完的な対を形成する。それ故に、白色サブ画素５６の共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂの共通制御可能な光マイクロキャビティ６６Ｙ、及び６６Ｂは、ともに観視されるときに、白色光を発光する。本発明の様々な実施形態に従って、白色サブ画素５６の共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂなどの共通制御マイクロキャビティは、典型的な観視距離から観視するとき、人間の目でそれぞれ識別されない。それ故に、白色サブ画素５６から発光される光は、実際には補完的な色の組み合わせであるが、白色として観視されることになるであろう。簡単にするために、図２において、青色を発光する光キャビティ６６Ｂと、黄色を発光する光キャビティ６６Ｙとが説明されるが、本発明は、この実施形態にのみに限定されない。
【００３０】
動作中、薄膜トランジスタ３０を介するなどして供給される電流は、薄膜導電性構造（電極）１２、及び１６を介して発光層１４を通電することによって、光を発光する。発光した光の一部は、デバイスから直接通過し、又はカラーフィルタを介してデバイスから通過する。他の光は、反射電極１２から反射して、デバイスを通過する。法線に対して大きい角度で発光する他の光は、全体的な内部反射によって、トラップされる。光キャビティ構造は、発光した光の発光角を減少する役目を果たす。これによって、トラップされる光の量を減少させ、順方向の所望の光により一層集中させる。白色サブ画素５６の共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂは、無関係に活性化されないように、共通の電気制御（トランジスタ３０など）によって、同時に駆動される。これによって、異なる光学的な構成素子を有するにも関わらず、１つのサブ画素に相当する。本発明は、アクティブマトリクス制御回路、及びパッシブマトリクス制御回路の双方と共に、採用できる。なお、少なくともいくつかの実施形態において、白色サブ画素５６の共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂの相対的な大きさは、設計及び製造の間に、白色光を発光するように調整できる。また、種々の抵抗を２つのマイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂのそれぞれの間に採用して、２つのマイクロキャビティ構造に提供する相対的な電流を調整することによって、相対的な輝度を調整する。
【００３１】
具体的には、本発明は、法線からの様々な角度において白色として観視される実質的な白色を形成する方法を提供する。それぞれの光マイクロキャビティ６６Ｙ、及び６６Ｂから出力される光は、発光する光の角度が、基板に対する法線（９０度）から増加すると、周波数が増加する（波長が減少する）。人間の観視システムが緑色に最も敏感であり、また法線に対する視野角が増加すると、白色サブ画素が発光する白色光の全ての周波数が、増加するので、先行技術に従う従来の単一素子白色エミッタは、実質的に青色、より詳細には緑色に近くなる。しかしながら、本発明に従うと、白色サブ画素５６の種々の光キャビティは、この効果に対して互いに補完できる。より正確には、白色サブ画素５６の共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂのそれぞれから発光される光の波長は、種々の視野角において変化する一方、共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂから発光する組み合わせ光の白色点の変化は、共通制御可能な光マイクロキャビティ構造５６Ｙ、及び５６Ｂの少なくとも１つの波長の変化による白色点の変化よりも小さい。
【００３２】
図６を参照すると、ＣＩＥ１９３１ｘ、ｙ色度図は、単色光源の位置を示すスペクトル軌跡２０５と、赤色光と青色光の双方を含む純紫軌跡２０６と共に示される。スペクトル軌跡２０５と、純紫軌跡２０６とによって囲まれる領域は、全ての可視色を含む。シアン／青色を発光する光マイクロキャビティ（光マイクロキャビティ６６Ｂなどからの）の発光２１０は、ｘ座標０．１６０、ｙ座標０．２５３における法線から開始して、ｘ座標０．１８６、ｙ座標０．１１６における６０度において終了する、基板法線に対して増加させた、いくつかの角度を示す。具体的には、光マイクロキャビティの視野角が増加すると、知覚される光の色は、周波数が高くなり、波長が短くなり、青色に近くなる。同様に、黄色／緑色を発光する光マイクロキャビティからの（光キャビティ６６Ｙなどからの）発光２１５は、複数の角度で示される。この場合もやはり、光キャビティの視野角が増加すると、知覚される光の色は、ｘ座標０．４６９、ｙ座標０．３８９における法線から開始して、ｘ座標０．２３３、ｙ座標０．５９８において６０度で終了し、周波数が高くなり、波長が短くなり、緑色に近くなる。共通制御可能な部分のそれぞれから発光される光はカラー化されるにもかかわらず、色が補完されるために、０度視野角で観視するときのＣＩＥ１９３１色度座標０．２６７、０．３００、及び６０度視野角で観視するときのＣＩＥ１９３１色度座標０．１９８７、０．２４６を有する組み合わせ光が白色として現れる。視野角が変化すると、青色エミッタ、及び黄色エミッタの双方の色が著しく変化する。しかしながら、組み合わせ光は、比較的一定に維持され、実質的に白色である。点２２５は、基板に対する垂直角の白色点を示し、点２３０は、基板の法線に対する６０度における白色点を示す。これらの曲線は、様々な角度にモデル化した色の変化を、出願人が組み立てた実際の白色ＯＬＥＤデバイスから採ったものである。
【００３３】
図６から理解できるように、白色の色度座標は、ｙ次元には変化が小さいが、ｘ次元にはいくらか変化が大きいように思われる。しかしながら、全体的な変化は、青色エミッタ、又は黄色エミッタのいずれか一方の変化よりも小さく、色は、白色を維持する。図７を参照すると、一定のＤ６５の白色点２００のグラフが、種々の黄色発光の補完周波数、及び青色発光の補完周波数において示される。図７から理解されるように、白色点を維持するためには、黄色の波長を大きく変化するときに、青色の波長は小さく変化するようにオフセットする必要がある。さらに出願人が行った実験によると、観察者は、白色、すなわち中間色から黄色の方向に向かうよりも青色の方向に向かうカラーのシフトへの耐性が高いことが明らかになっている。図６に示す発光は、青色と黄色の分配をバランスすることによってこの効果を採用して、黄色のシフトを最小化する一方、青色方向の多少の逸脱を許容する。この変化は、共通制御可能な部分５６Ｙ、及び５６Ｂの１つを覆うように形成し、好適には基板に対する垂直角で発光する光を伝送し、好適には法線以外の角度で発光する光を吸収するカラーフィルタを採用することによって、物理的に制御できる。例えば、フィルタ（図１における４０ＷＹなど）は、黄色光を発光する光キャビティ６６Ｙを覆って使用できる。カラーフィルタは、５７０ｎｍ、５６０ｎｍ、又は５５０ｎｍなどよりも短い波長を有する緑色を帯びた光を吸収する。これにより、白色点の移動の短い方の波長に限定し、すなわち青色エミッタの相対的な影響を大きくする効果を有する。出願人がモデル化したとき、他の実施形態において、５００ｎｍ、４９０ｎｍ、又は４８０ｎｍなどよりも短い波長を有する青色を帯びた光を吸収するフィルタ（図１の４０ＷＢなど）を採用できる。
【００３４】
本発明に合わせて、カラー化されたサブ画素５０、５２、及び５４と、白色サブ画素５６の光マイクロキャビティ６６Ｂ、及び６６Ｙとの双方の光キャビティの大きさは、広範な選択を有し、多くの種類の白色光発光材料を採用できる。本発明の１つの実施形態では、白色サブ画素５６の共通制御部分５６Ｙ、及び５６Ｂの１つは、基板に対する垂直角において、実質的に青色光、又はシアン光を発光し、他の共通制御部分は、基板に対する垂直角において、実質的に黄色、オレンジ色、又は赤色の光を発光する。白色サブ画素５６の共通制御部分の一方は、基板に対する垂直角において、５５０ｎｍよりも大きいピーク波長発光を有する光を発光し、少なくとも２つの共通制御部分の他方は、基板に対する垂直角において、５００ｎｍよりも小さいピーク波長発光を有する光を発光する。他の実施形態において、白色サブ画素の光マイクロキャビティは、赤色、緑色、及び青色の光、又は黄色、及び青色の光、又は、赤色、及びシアンの光、又はオレンジ色、及びシアンの光、又はマゼンタ、及び緑色の光を発光するように調整される。具体的には、白色サブ画素の共通制御部分の１つは、垂直角において５５０ｎｍよりも大きなピーク波長を有する光を発光するように調整され、白色サブ画素の共通制御部分を覆うように形成されるカラーフィルタを有することができる。このカラーフィルタは、５５０ｎｍより小さい波長を有する光を相当量吸収する。
【００３５】
様々な白色光エミッタを本発明と共に採用でき、様々なマイクロキャビティを形成して、これらの白色光エミッタからの白色発光成分を作り出すことができる。例えば、図８Ａは、出願人が作成した本発明に有用な白色光エミッタのスペクトル２５０のグラフである。図８Ｂを参照すると、スペクトル２５２は、白色サブ画素の共通制御される黄色の部分として有用な１つのマイクロキャビティから出力される光である。シフトしたスペクトル２５５によって示すように、視野角が増加すると、発光周波数は、増加する。共通制御部分の１つ（５６Ｙなど）を覆って形成され、ハイパススペクトル２６０を有するカラーフィルタを採用することによって、光は、好適には基板に対する垂直角で発光する光を伝送し、好適には法線以外の角度で発光する光を吸収することができる。それ故に、視野角による色のシフトは、垂直角で発光する光の量を減少することなく、減少できる。図８Ｃを参照すると、カラーフィルタを有することなく、黄色発光を調整するマイクロキャビティにおける白色エミッタの点２６４における角度による色のシフトは、カラーフィルタにより黄色発光を調整するマイクロキャビティにおける白色エミッタの点２６２における角度による色のシフトよりも大きい。しかしながら、（カラー化されたサブ画素を含む）カラーフィルタは、法線から離れた角度におけるデバイスの輝度を減少させることになるであろう。なお、しかしながら、白色サブ画素の共通制御部分のそれぞれの色度座標と同様に、それぞれの部分の相対的な輝度効率は、視野角の関数として変化することになるであろう。人間の目の輝度効率は、黄色におけるピークが５５０ｎｍに向かって移動するときに増加するので、いくつかのこのデバイスにおいて、黄色フィルタを使用して、共通制御される黄色の部分の輝度を視野角に応じて減少させることは、比較的一定の輝度を維持するためには有用であろう。
【００３６】
本発明のデバイスからの発光は、白色サブ画素５６の共通制御部分５６Ｙ、及び５６Ｂの異なる大きさの領域を採用することによって、さらに制御される。図１０Ａに示すように、対象の最大角、及び最小角における青色エミッタ、及び黄色エミッタのＣＩＥのｘ座標、及びｙ座標に接続する境界線２７０、及び２７５は、点２９０において共通の交点を有する領域２８０、及び２８５を形成する。共通制御部分５６Ｙ、及び５６Ｂの領域の相対的な大きさを変更することにより、白色点の相対的な位置は、交点２９０により近接するように移動し、又は交点２９０から遠方に移動する。それ故に、交点２９０に近接するように白色点が移動すると、白色点における変化の量は、減少できる。同様に、交点２９０に遠方に白色点が移動すると、白色点における変化の量は、増加できる。典型的な有機発光ダイオードシステムにおいて、黄色放射は、青色よりも効率が高いので、白色点の変化が許容されるならば、白色点の変化が大きいのにも関わらず、エミッタが黄色発光点に向かって移動することは、有利である。図１０Ｂを参照すると、３つの曲線は、白色光エミッタ（図８Ａ〜Ｃに示す異なる白色光）における最小の視野角から最大の視野角までの白色点の変化を示すＣＩＥｘ、ｙグラフにおいて示される。共通制御される黄色の部分５６Ｙと、共通制御される青色の部分５６Ｂの領域の相対的な大きさは、曲線２９６において等しく、曲線２９５において１．３であり、曲線２９７において０．７である。Ｄ６５白色点は、点２９８として示される。曲線２９５に示す相対的な発光、及び色のシフトは、曲線２９６、又は２９７の相対的な発光、及び色よりも比較的大きい。
【００３７】
本発明の光キャビティからの発光は、発光材料のスペクトル、カラーフィルタのピーク透過、及び光マイクロキャビティの応答を適合させることにより、増加する。すなわち、カラー化されたサブ画素の光キャビティは、キャビティの光学的距離を変化させることによって、対応するカラーフィルタのピーク透過波長と対応するピーク波長近くに調整される。同様に、白色サブ画素の光マイクロキャビティは、白色発光層のピーク発光波長に近似的に対応する１つ、又は２つ以上のピーク波長に調整される。同様に、白色発光層のピーク発光波長は、対応するカラーフィルタのピーク透過波長に調整される。
【００３８】
しかしながら、システムの全体的な最適化は、発光層のピーク発光、ピークカラーフィルタ透過、及び光キャビティのピークのすべてを適合させないことが必要になる可能性がある。また、白色サブ画素５６の共通制御部分５６Ｙ、及び５６Ｂの少なくとも１つを調整して、カラー化されたサブ画素５０、５２、及び５４のピーク波長と異なるピーク波長の光を発光することが可能である。２つ以上の光キャビティ（青色にカラー化されたサブ画素のキャビティ６４、及び白色サブ画素５６の青色発光部５６Ｂのキャビティ６６など）の大きさを共通にする場合、製造工程数が減少する一方、光キャビティが異なる長さを有する場合は、全体的なシステムを最適化することが可能になる。例えば、白色サブ画素は、青色カラー化されたサブ画素のキャビティよりもシアンカラー化された光を発光するように調整された部分のキャビティを有することができる。
【００３９】
また、白色サブ画素の垂直の発光を、Ｄ６５などの特定の白色点にするシステムを配置することが可能である。しかしながら、この配置の視野角による色の変化、又は所望の白色点からの平均的な発光は、所望の白色点に発光がより近い他の配置、又は白色点における視野角の変化による発光の減少が少ないが、所望の白色点では実質的には発光しない配置よりも大きくすることが可能である。平均的な性能を超えるような配置が望まれる可能性がある。平均的な発光による、アプリケーションにおける重要性によって重み付けされ、又は重み付けされずに、対象の視野角の全ての平均的な白色点が重要である。それ故に、好適な配置において、白色サブ画素の発光を調整して、単一の視野角における所望の白色点を一致させるよりもむしろ、白色サブ画素の平均的な発光と、１つより多い角度における好適なデバイスの白色点との間の差異を最小化することが可能である。
【００４０】
様々な光発光材料が、本発明において採用される。例えば、白色発光層は、小分子有機材料、ポリ有機材料などの有機材料、若しくは多結晶半導体マトリックスに形成される無機量子ドットを有することができる。従来のフォトリソグラフィー技術を採用して、光キャビティを規定するのに適当な透明層を形成するのと同様に、基板上に制御構造（バス、トランジスタ、キャパシタ、電極など）を形成できる。キャビティを規定するのに適当な透明材料は、二酸化シリコン、又はインジウムスズ酸化物などを含むことができる。有機材料は、真空蒸着などの様々な公知の方法で蒸着する。しかしながら、この方法は、光キャビティの一貫性のある製造を可能にする十分な正確度、及び精度を提供しなければならない。具体的にはKodak（登録商標）  Vapor  Injection  System（商標）は、１％以内の均一性と、有効に使用できる精度である有機層の蒸着を提供する線形性の有機真空蒸着源である。適当な半透明カソードは、銀、マグネシウム、アルミニウム、又は他の金属、若しくは合金などの公知の蒸着技術、又はスパッタ技術によって、形成できる。これらの半透明電極は、典型的には、２０％よりも大きい反射率を有し、理想的には１０％より小さい吸収率を有することになるであろう。本発明に有用な有機材料、及び無機材料の双方のためのカプセル化技術は、公知である。本発明は、円偏光子（図１における１８）などのデバイスの環境コントラストを改良するのに適当な様々な素子と共に使用できる。１つの実施形態では、本発明は、図１に示すように、表面エミッタである。他の実施形態（図示せず）では、デバイスは、裏面電極デバイスである。
【００４１】
図１１を参照すると、本発明に従って、ＬＥＤデバイスの製造方法は、基板を提供するステップ４００と、反射導電性薄膜構造を形成するステップ４１０と、スペーサを形成するステップ４１５と、反射導電性薄膜構造を覆うパターン化されていない白色発光層を形成するステップ４２０とを有する。ステップ４３０において、半透明導電性薄膜構造は、パターン化されていない白色発光層が、反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造との間に形成されるように、反射導電性薄膜構造上に形成される。反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造と、パターン化されていない白色発光層とは、光キャビティを形成する。ステップ４４０において、反射導電性薄膜構造と、半透明導電性薄膜構造とのいずれか一方は、パターン化されて、複数の個別制御可能な発光サブ画素素子を形成する。そして、カラー化されたサブ画素を形成するために、個別制御可能な発光素子に対応するパターン化されていない白色発光層の反対の半透明導電性薄膜構造側を覆ってカラーフィルタを随意的に形成する。カラーフィルタは、少なくとも２つの異なるカラーを有する。少なくとも１つの個別制御可能な発光素子は、実質的に白色の光をともに形成する少なくとも２つの共通制御マイクロキャビティ構造を有して、白色発光素子を形成する。白色発光素子の共通制御マイクロキャビティ構造の１つ、又は２つ以上の光キャビティは、複数の光マイクロキャビティを有する。光マイクロキャビティはそれぞれ調整されて、１つの発光角度、又は複数の発光角度において、異なる補完波長の光を発光する。本発明の他の実施形態では、パターン化されていない白色発光層は、半透明導電性薄膜構造を覆って形成される。
【００４２】
白色発光エミッタの最適化し、注意深く選択した光キャビティの選択した需要調査を通して、本発明の光キャビティを使用した白色光エミッタにおける色の変化は、消費者に満足なものである。このマイクロキャビティ構造は、（銀の薄い層などを有する）半透明電極が（インジウムスズ酸化物などの透明な導電性酸化物などを有する）完全な透明電極よりも導電性が非常に良いため、特に表面エミッタ構造において有利である。本発明は、有機、又は無機のいずれかのパターン化されていない光発光層を採用するとき、色角度シフト、及び価格を低減したマイクロキャビティ構造から出力される改良された光を提供する。
【００４３】
パターン化されたデバイスにおいて、種々の材料を採用して、電流に応答して種々の色の光を発光する。反対に、パターン化されていないデバイスにおいて、いくつかの材料を使用して、白色などの単一の色を発光し、カラーサブ画素が発光する光は、白色光エミッタと組み合わせたカラーフィルタを採用してカラー化される。白色光エミッタは、青色、及び黄色、又は赤色、及びシアンなどの異なる色をそれぞれ発光する１つ、又は２つ以上のパターン化されていない層における材料の組み合わせを有して、全体的に白色であると知覚される光を発光する。重要な点は、いかに多くの光発光材料が単一の層に含まれていようと、又はいかに多くの層が含まれていようと、層は、パターン化されておらず、全ての画素内の全てのサブ画素において合計した発光を採用することである。
【００４４】
ＬＥＤデバイスにおいて、実際に光を発光する高屈折率層、電荷を制御する高屈折率層、又は高屈折率の半透明電極における全体的な内部反射によってトラップされる可能性があることは、公知である。法線に対して小さい角度で発光された光が、デバイスから発光できる一方、法線に対して比較的大きい角度で発光された光が、高屈折率層でトラップされる可能性がある。光キャビティ構造を使用することによって、法線に対して比較的小さい角度でデバイスから発光する光を多くするように、大きい角度での光の発光は、抑制される。
【００４５】
また、光キャビティ構造から発光される光の色は、視野角に対する依存性を有することは、事実である。この角度依存性は、特に大きな視野角がもとめられる応用において、観視者を非常に苛立たせる可能性がある。角度によるこの色のシフトは、白色光エミッタを使用するカラーサブ画素において、特に顕著である。しかしながら、本発明において、カラーサブ画素に採用されるカラーフィルタは、環境光を吸収するだけでなく、一般的には光キャビティデバイスが有する、観測される光の角度への依存性も抑制する。
【００４６】
しかしながら、カラーサブ画素の角度が増加と共に明らかになる本発明が提供する色のシフトの抑制は、カラーサブ画素の輝度を低下させる。輝度が低下することは、色がシフトすることと比較して、観視者に対して顕著ではなく、不快にさせない。さらにまた、カラーサブ画素の輝度が低下することについては、（白色点がシフトする可能性はあるが、）白色サブ画素の輝度が視野角によって一定である一方、実際の影響は、全体的な彩度の低下である可能性がある。この彩度の低下は、（色がほとんど飽和しない画像などの）いくつかの画像では影響を与えず、非常に飽和した色を有する画像の色の変化と比較して、顕著ではない。それ故に、画質が改良される。さらにまた、多くの画像は、相対的に飽和しないので、実際の輝度の影響は、比較的小さいことが多い。
【００４７】
出願人は、パターン化されたカラー化エミッタと、白色エミッタとの双方を有するマイクロキャビティを採用するいくつかのＯＬＥＤデバイスを組み立てて、円偏光子、及びカラーフィルタの性能と共に、その性能を研究した。さらにまた、光モデリングツールを使用して、様々な環境下での本発明の性能を理解してきた。一般に、光キャビティと、カラーフィルタとを採用するパターン化されていない白色光発光ＯＬＥＤデバイスは、光キャビティとカラーフィルタとを有しないパターン化されていない白色光発光ＯＬＥＤデバイスと比較して、カラー化されたがその光出力の大まかに２倍が期待できる。カラーサブ画素は、光出力が大幅に増加する一方、白色光発光サブ画素は、光キャビティ構造において狭域の光よりも広帯域の光を増加することがより難しいため、大まかに０．６〜１．２の乗法因子によってのみ光出力が変化することになるであろう。しかしながら、白色光発光サブ画素は、カラーサブ画素よりもより効率的（だいたい３倍で）であるので（カラーフィルタを白色サブ画素に採用しないので）、多くの画像がほとんど飽和色を有さず、より効果的な白色光エミッタが主として使用されるときに、白色サブ画素を使用することによって、ＯＬＥＤデバイスの全体的な性能は改良される。出願人は、カラーフィルタ配置においてこの白色サブ画素を使用することによって、いくつかの画像形成アプリケーションにおいて、全体的なデバイス性能を約２倍改良できることを明らかにしてきた。
【００４８】
本発明のＬＥＤデバイスは、所望される場合は、特性を向上させるために、様々な周知の光学的な効果を採用できる。これは、層の膜厚を最適化して、光の透過率を最大化すること、誘電体反射鏡構造を提供すること、ディスプレイ上に、アンチグレアコーティング、又は反射防止コーティングを提供すること、減光を提供すること、又はディスプレイ上に色温度変換フィルタを提供することを含む。フィルタ、円偏光子、及びアンチグレアコーティング、又は反射防止コーティングは、カバー、又は基板の全て、又は一部に特に提供できる。
【００４９】
本発明は、アクティブマトリクスＯＬＥＤデバイス、又はパッシブマトリクスＯＬＥＤデバイスと共に実施でき、情報表示デバイスにおいて特に有用である。１つの実施形態において、本発明は、１９８８年９月６日にTangらに特許されたよる米国特許第４７６９２９２号、１９９１年１０月２９日にVanSlykeらに特許された米国特許第５０６１５６９号において開示される小分子ＯＬＥＤ、又は高分子ＯＬＥＤを有するフラットパネルＯＬＥＤデバイスにおいて採用されるが、これには限定されない。（Kahenらによる米国特許出願第２００７／００５７２６３号などに教授される）多結晶半導体マトリックスで形成される量子ドット、及び有機電荷制御層、又は無機電荷制御層などで採用する無機デバイス、若しくは有機／無機ハイブリッドデバイスで採用できる。有機光発光ディスプレイ、又は無機光発光ディスプレイの多くの組み合わせ、及び変化を使用して、表面エミッタ構造、又は裏面エミッタ構造を有するアクティブマトリクスディスプレイ、及びパッシブマトリクスディスプレイの双方を含むデバイスを組み立てることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    基板
１１    反射層
１２    反射導電性薄膜構造
１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、１３ＷＹ、１３ＷＢ    スペーサ
１４    単数、又は複数の発光層
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ    パターン化された発光層
１５    透明導電性層
１６    半透明導電性薄膜
１８    円偏光子
２０    カバー
２６    スペーサ
２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、２６ＷＹ、２６ＷＢ    スペーサ
２８    マイクロキャビティ構造
２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅ、２８Ｆ    マイクロキャビティ構造
２９Ａ、２９Ｂ    光の周波数
３０    薄膜電気回路
３２    絶縁体
３４    絶縁体
４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０ＷＹ、４０ＷＢ    カラーフィルタ
４０Ｋ    ブラックマトリクス
５０、５２、５４、５６    発光素子、サブ画素
５６Ｙ、５６Ｂ    共通制御可能な部分
６０、６２、６４、６６、６６Ｂ、６６Ｙ    光キャビティ
８０、８２、８４    光
２００    Ｄ６５白色点
２０５    スペクトル軌跡
２０６    純紫軌跡
２１０    青色発光曲線
２１５    黄色発光曲線
２２０    白色点曲線
２２５    垂直角の白色点
２３０    最大視野角の白色点
２５０    白色発光スペクトル
２５２    スペクトル
２５５    シフトした白色発光スペクトル
２６０    カラーフィルタ通過スペクトル
２６２    角度による色のシフト
２６４    角度による色のシフト
２７０    境界線
２７５    境界線
２８０    領域
２８５    領域
２９０    交点
２９５    発光曲線
２９６    発光曲線
２９７    発光曲線
２９８    Ｄ６５白色点
３００    デバイス
３１０    制御器
３２０    信号
４００    処理ステップ：基板の提供
４１０    処理ステップ：電極の形成
４１５    処理ステップ：スペーサの形成
４２０    処理ステップ：パターン化されない白色発光層の形成
４３０    処理ステップ：半透明電極の形成
４４０    処理ステップ：カラーフィルタの形成
【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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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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