(57)【要約】  白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイスは、基板上に形成された反射電極（１２）と半透明電極（１６）と、この反射電極と半透明電極との間に形成された非パターン化白色発光層（１４）を含んでおり、反射電極と半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成する。反射又は半透明電極は、独立して制御可能な発光サブピクセル素子（５０、５２、５４、５６）を形成するためにパターン化されている。カラーフィルタ（４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ）は、有色サブピクセルを形成するために、非パターン化白色発光層側とは反対側の半透明電極上に、発光素子と対応して形成されている。少なくとも１個の発光素子は、白色光を発光して白色サブピクセルを形成するために、少なくとも２個の共通に制御される部分（５６Ｙ、５６Ｂ）を有している。白色サブピクセルは、一つの発光角において異なる補色波長で発光するように同調された光学マイクロキャビティ（６６Ｙ、６６Ｂ）を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイスであって、
ａ）基板と、
ｂ）前記基板上に形成された反射電極と半透明電極及び前記反射電極と前記半透明電極との間に形成された非パターン化白色発光層とであって、前記反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成し、前記反射電極又は半透明電極の何れかは複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成するためにパターン化されている、反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層と、
ｃ）有色サブピクセルを形成するために、前記半透明電極の前記非パターン化白色発光層とは反対側の一側面上で前記独立に制御可能な発光素子と対応して形成される複数のカラーフィルタであって、前記複数のカラーフィルタは少なくとも２個の異なる色を有し、更に、少なくとも１個の前記独立に制御可能な発光素子は少なくとも２個の共通に制御される部分を有しこの部分は白色サブピクセルを形成するために実質的に白色の光を共に発光する、複数のカラーフィルタと、を備え、
ｄ）前記白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティは複数の光学マイクロキャビティを備え、それぞれの光学マイクロキャビティは異なる補色波長と発光角で発光するように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の１個は前記基板の法線角度で実質的に青色又はシアンの光を発光し、且つ、前記共通に制御される部分の他方は前記基板の法線角度で実質的に黄色、オレンジ、又は赤の光を発光する、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の１個は基板の法線角度で５５０ｎｍよりも大きなピーク波長発光を有する光を発光し、且つ、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の他方は前記基板の法線角度で５００ｎｍより小さいピーク波長発光を有する光を発光する、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスであって、更に、前記共通に制御される部分の１個の上に形成されるカラーフィルタを備え、このカラーフィルタは前記基板の法線角において発光した光を選択的に透過し、法線以外の角度において発光した光を選択的に吸収する、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の１個は前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の他方とは異なるサイズの面積を有する、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の少なくとも１個は前記有色サブピクセルのピーク波長とは異なるピーク波長で発光するように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの発光は好ましいデバイス白色点で発光するように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの発光は前記デバイスの好ましい白色点以外の白色点で発光するように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの発光は前記白色サブピクセルの平均の発光と１個以上の角度における好ましいデバイス白色点との間の差を最小とするように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分のそれぞれから発光された光の波長は異なる視角において変化し、且つ、前記共通に制御される部分からの結合された発光の白色点変化は少なくとも１個の共通に制御された部分の波長変化に基づく白点変化よりも小さい、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のデバイスであって、前記有色サブピクセルの光学キャビティは対応するカラーフィルタのピーク透過波長にほぼ対応するピーク波長に同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記白色サブピクセルの光学マイクロキャビティは前記白色発光層のピーク発光波長にほぼ対応する１個又はそれ以上のピーク波長に同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載のデバイスであって、前記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と一致している、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載の発光ダイオードデバイスであって、前記白色サブピクセルの光学マイクロキャビティは赤、緑及び青の光又は黄色及び青の光、又は赤及びシアンの光、又はオレンジ及びシアンの光を発光するように同調されている、発光ダイオードデバイス。
【請求項１５】
請求項１に記載の発光ダイオードデバイスであって、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の１個は法線角において５５０ｎｍよりも大きいピーク波長を有する光を発光するように同調されおり、更に、前記白色サブピクセルの共通に制御される部分の上に形成されるカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタは５５０ｎｍよりも短い波長を有する光の相当量を吸収する、発光ダイオードデバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載の発光ダイオードデバイスであって、前記白色発光層は２個又はそれ以上のピークを有するスペクトルを持った光を発光する、発光ダイオードデバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載の発光ダイオードデバイスであって、前記ＬＥＤでは情報ディスプレイデバイスである、発光ダイオードデバイス。
【請求項１８】
請求項１に記載の発光ダイオードデバイスであって、前記白色発光層は有機材料又は多結晶半導体マトリックス中に形成された無機量子ドットを備えている、発光ダイオードデバイス。
【請求項１９】
ａ）基板と、
ｂ）前記基板上に形成された反射電極と半透明電極及び前記反射電極と前記半透明電極との間に形成された非パターン化白色発光層とであって、前記反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成し、前記反射電極又は半透明電極の何れかは複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成するためにパターン化されている、反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層と、
ｃ）有色サブピクセルを形成するために、前記半透明電極の前記非パターン化白色発光層とは反対側の一側面上で前記独立に制御可能な発光素子と対応して形成される複数のカラーフィルタであって、前記複数のカラーフィルタは少なくとも２個の異なる色を有し、更に、少なくとも１個の前記独立に制御可能な発光素子は少なくとも２個の共通に制御される部分を有しこの部分は白色サブピクセルを形成するために実質的に白色の光を共に発光する、複数のカラーフィルタと、を備え、
ｄ）前記白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティは複数の光学マイクロキャビティを備え、それぞれの光学マイクロキャビティは複数の発光角度において異なる補色波長で発光するように同調されている、白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイス。
【請求項２０】
ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
ａ）基板を提供するステップと、
ｂ）反射電極と半透明電極を前記基板上に形成し且つ前記反射電極と半透明電極との間に非パターン化白色発光層を形成するステップであって、前記反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成し、前記反射電極又は半透明電極の何れかは複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成するためにパターン化されているステップと、
ｃ）有色サブピクセルを形成するために、前記半透明電極の前記非パターン化白色発光層とは反対側の一側面上で前記独立に制御可能な発光素子と対応して複数のカラーフィルタを形成するステップであって、前記複数のカラーフィルタは少なくとも２個の異なる色を有し、更に、少なくとも１個の前記独立に制御可能な発光素子は少なくとも２個の共通に制御される部分を有しこの部分は白色サブピクセルを形成するために実質的に白色の光を共に発光する、ステップと、を備え、
ｄ）前記白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティは複数の光学マイクロキャビティを備え、それぞれの光学マイクロキャビティは複数の発光角度において異なる補色波長で発光するように同調されている、ＬＥＤデバイスを製造するための方法。
【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）デバイスに関し、更に特定すると、光出力、周囲コントラスト比および製造可能性を向上させるためのＬＥＤデバイス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光性のフラットパネルディスプレイデバイスは、計算装置及び特に携帯装置と共に広く使用されている。これらのディスプレイは往々にして、著しい周囲照明下にある公共の場で使用され且つ幅広い角度から観察される。
【０００３】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）はフラットパネルディスプレイデバイスとして多くの有用性を有し且つ光学システムにおいて有用である。Ｔａｎｇ等に対して２００２年５月７日に発行された米国特許第６、３８４、５２９号は、ＯＬＥＤ発光素子（ピクセル）のアレイを含むＯＬＥＤカラーディスプレイを示している。有機材料を電流が流れると光がピクセルから放射され、その光の周波数は使用した有機材料の性質に依存する。有機材料は電極間の基板上に配置され、カバー層或いはプレートによって封入されている。このようなディスプレイにおいて、光は基板を通して（底面発光体）、或いは封入カバーを通して（上面発光体）、或いはその両方から放出される。放射された光はランバート放射、即ち全ての方向に均等に放射されるものである。ＬＥＤデバイスは高い光学指数材料を用いているために、放射された光の多くの部分（例えば５０％以上）は、全面的な内部反射に基づいてデバイス中に捕獲され、その結果、デバイス効率を低下させる。
【０００４】
光学空洞（キャビティ）構造が、ＯＬＥＤデバイス構造から放射される光を増加させることは既知である。このような光学キャビティ構造は、薄膜で形成された場合、マイクロキャビティ即ち光学マイクロキャビティとして知られている。ＬＥＤデバイス中に形成された場合、異なる色の発光有機材料が、基板上の反射電極と半透明電極との間にパターン状に堆積される。このようにして、異なる色の発光体が光学キャビティ内に形成され、このキャビティは、通常、パターン化された有機材料によって放射される光の色に相当する所望のピーク光波長に同調されている。米国特許第６、６８０、５７０号は、光学キャビティを形成するためにスペーサ層を使用する、改良されたカラー制御を有する有機発光デバイスについて記載している。図９は、このような従来の底面発光光学キャビティデバイスを示しており、このデバイスは、アクティブマトリックス薄膜構成部材３０、平坦化構造３２及び３４及び半透明電極１６を有する基板１０を使用している。赤、緑及び青の発光を提供するパターン化された有機材料１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂが発光層１４中に堆積される。光学スペーサ２６Ｒ、２６Ｇ及び２６Ｂが光学キャビティ６０、６２及び６４を形成するために使用され、これのキャビティは、それぞれ赤の光８０、緑の光８２及び青の光８４を発光するために、赤、緑及び青の所望のピーク波長に同調されている。カバー２０を、デバイスを保護し封止するために使用することができる。このような設計は有用であるが、その一方で、大きな基板に拡大するのが困難なパターン化有機材料堆積技術（例えば、金属のシャドーマスクを介した真空蒸着）を必要とする。更に、光学キャビティデバイスは通常、受け入れがたい角度色依存性を有している。その上、例えば米国特許第７、１８９、２３８号で教示されているように、光学キャビティ構造にカラーフィルタを使用することが知られている。しかしながら、このようなアプローチは有用ではあるけれど、デバイスの製造可能性を向上することは無く、ある照明条件下で不適切な周囲コントラスト比を提供する。その上、カラーフィルタは発光層から放射された光を吸収し、その結果、デバイス効率を低下させる。
【０００５】
“Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ”と題された米国特許第５、５５４、９１１号は、発光波長を決定するそれぞれに異なる光学長を持った、少なくとも２個の光学キャビティ構造を有する多色発光素子を記載している。各光学キャビティ構造は、発光領域として有機材料を含んでおり、この領域はその素子中で均一な厚さを有する単一の膜であっても良い。“Ｔｕｎｅｄ  ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  ｃｏｌｏｒ  ＯＬＥＤ  ｄｉｓｐｌａｙ”と題された米国特許第６、８６１、８００号は、少なくとも２個の異なるカラーピクセルセットに分割されたピクセルアレイを有する、マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスを記載している。このカラーピクセルセットのそれぞれは、共通基板上で、予め決定された異なる色の光を発光する。アレイ中の各ピクセルは、基板上に配置された金属の底面電極層と、この金属底面電極層から間隔を置いて離れた金属電極層とを含んでいる。半透明金属電極層のための材料は、Ａｇ、Ａｕ或いはこれらの合金を含む。半透明金属電極層の厚さ、有機層と透明導電相の層とを結合した厚さ、及び発光層の配置は、ディスプレイ中の各ピクセルが、マイクロキャビティを有さない比較可能なＯＬＥＤデバイスの発光出力効率よりも高い発光出力効率を有する、同調された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５、９４９、１８７号は、第１のマイクロキャビティを有するＯＬＥＤを記載している。このマイクロキャビティは、第１の透明スペーサと第１のミラースタックを含み、このミラースタックは、第１のスペーサ上に配置され、光をＯＬＥＤ中に反射して戻し、且つ第１のマイクロキャビティの光学長を規定する。第１のマイクロキャビティの光学長は、第１のマイクロキャビティから放射された光が第１のスペクトルを有するようなものである。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隣接して配置される第２の透明スペーサを含み、第２のスペーサ上に配置された第２のミラースタックは光を第２のＯＬＥＤに向かって反射し且つ第２のマイクロキャビティの光学長を規定する。第２のマイクロキャビティの光学長は、第２のマイクロキャビティから放射された光が第２のスペクトルを有するようなものである。更に光スペクトルを強化し変更するために、この構造中に更にマイクロキャビティを配置しても良い。このような設計は、しかしながら、法線に対して角度を有して進行する光に対して有効光路長に変化が生じることに基づく異なる視角での著しい色変化と同様に、製造コストを増加させ、希望したものよりも光出力を低下させ、希望したよりも反射率を大きくする。
【０００６】
Ａｎｔｏｎｉａｄｉｓによる“Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｏｒ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ  ｃｏｌｏｒ  ｃｈａｎｇｅ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  ＯＬＥＤ  ｄｅｖｉｃｅｓ”と題された米国特許出願公開第２００６／００６６２２８Ａ１は、異なる視角における色変化を最小にし、或いは取り除いたマイクロキャビティＯＬＥＤデバイスを開示している。このＯＬＥＤデバイスは、例えば、エリア照明に使用されるＯＬＥＤディスプレイ又はＯＬＥＤ光源となり得る。このＯＬＥＤデバイスは、基板上に多層ミラーを含んでおり、この各層は非吸収性の材料で形成されている。このＯＬＥＤデバイスは更に、多層化された第１のミラー上に第１の電極を含み、この第１の電極は実質的に透明である。発光層は第１の電極上にある。第２の電極は発光層上にあり、第２の電極は実質的に反射性であり、ミラーとして機能する。多層ミラーと第２の電極はマイクロキャビティを構成する。光変調薄膜が基板の前面上にある。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、輝度増強膜、認識される色変化が存在する角度における発光スペクトルを減衰させるマイクロ構造、又は、出力された発光スペクトルが同じ認識された色を有するように波長を再分配するマイクロ構造、の何れかである。先と同様に、このような設計はパターン化堆積プロセスに基づいて、製造コストを増加させることがある。更に、相当の光がカラーフィルタによって吸収され、効率を低下させる。
【０００７】
大きな基板上に材料を堆積する問題を克服する一つのアプローチは、Ｃｏｋによる“Ｓｔａｃｋｅｄ  ＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｈａｖｉｎｇ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ”と題された米国特許第６、９８７、３５５号において教示されているように、例えば、白色発光体のような単一の発光層を、フルカラーディスプレイを構成するためにカラーフィルタと共に使用することである。しかしながら、カラーフィルタの使用はデバイスの効率をかなり低下させる。更に、例えば、Ｃｏｋ等による“Ｃｏｌｏｒ  ＯＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ”と題された米国特許第６、９１９、６８１号において教示されているように、カラーフィルタを含まない白色サブ−ピクセルを使用することも既知である。しかしながら、この開示は角度色問題又は大量のトラップ光についての対処はない。
【０００８】
Ｗｉｎｔｅｒｓ等による“ＯＬＥＤ  ｄｅｖｉｃｅ  ｈａｖｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  ｇａｍｕｔ  ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌｓ  ａｎｄ  ａ  ｗｉｔｈｉｎ  ｇａｍｕｔ  ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ”と題された米国特許第７、０３０、５５３号は、従来のマイクロキャビティデバイスの一例を開示している。この開示は、発光ピクセルのアレイを含むＯＬＥＤデバイスについて記載しており、ここにおいて各ピクセルは、光を生成する少なくとも１個の発光層と間隔を置いた電極層とを含む有機層を備えたサブ−ピクセルを含んでいる。色域を規定する色を生成する少なくとも３個の全域サブピクセルと、全域サブ−ピクセルによって生成される色域内で光を生成する少なくとも１個のサブ−ピクセルがある。少なくとも１個の色域サブ−ピクセルは、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を含む。しかしながら、この設計は、上面発光形式において製造が困難であるパターン化半透明電極を使用する。更に、角度色変化について対処されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、従来技術の欠点を克服し、且つ、光出力、角度色性能およびＬＥＤデバイスの製造可能性を向上する、改良された発光構造に対する必要性が依然として残っている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態において、上記必要性は、以下のものを含む白色発光マイクロキャビティ発光ダイオードデバイスによって達成される。即ち、このデバイスは、
ａ）基板と、
ｂ）前記基板上に形成された反射電極と半透明電極及び前記反射電極と前記半透明電極との間に形成された非パターン化白色発光層とであって、前記反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成し、前記反射電極又は半透明電極の何れかは複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成するためにパターン化されている、反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層と、
ｃ）有色サブピクセルを形成するために、前記半透明電極の前記非パターン化白色発光層とは反対側の一側面上で前記独立に制御可能な発光素子と対応して形成される複数のカラーフィルタであって、前記複数のカラーフィルタは少なくとも２個の異なる色を有し、更に、少なくとも１個の前記独立に制御可能な発光素子は少なくとも２個の共通に制御される部分を有しこの部分は白色サブピクセルを形成するために実質的に白色の光を共に発光する、複数のカラーフィルタと、を備え、
ｄ）前記白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティは複数の光学マイクロキャビティを備え、それぞれの光学マイクロキャビティは異なる補色波長と発光角で発光するように同調されている。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、光学マイクロキャビティを有する白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティを設ける。それぞれの光学マイクロキャビティは、複数の発光角度で異なる相補型波長で光を発光するように同調されている。
【００１２】
本発明の第３の実施形態は、以下のステップを含むＬＥＤデバイスの製造方法を提供する。即ち、この方法は、
ａ）基板を提供するステップと、
ｂ）反射電極と半透明電極を前記基板上に形成し且つ前記反射電極と半透明電極との間に非パターン化白色発光層を形成するステップであって、前記反射電極、半透明電極及び非パターン化白色発光層は光学キャビティを形成し、前記反射電極又は半透明電極の何れかは複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成するためにパターン化されているステップと、
ｃ）有色サブピクセルを形成するために、前記半透明電極の前記非パターン化白色発光層とは反対側の一側面上で前記独立に制御可能な発光素子と対応して複数のカラーフィルタを形成するステップであって、前記複数のカラーフィルタは少なくとも２個の異なる色を有し、更に、少なくとも１個の前記独立に制御可能な発光素子は少なくとも２個の共通に制御される部分を有しこの部分は白色サブピクセルを形成するために実質的に白色の光を共に発光する、ステップと、を備え、
ｄ）ｄ）前記白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分の光学キャビティは複数の光学マイクロキャビティを備え、それぞれの光学マイクロキャビティは複数の発光角度において異なる補色波長で発光するように同調されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ＬＥＤデバイスの光出力と製造可能性を増加させ、且つ、角度色変化を減少させると言う効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る、上面発光ＬＥＤデバイスの部分断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る、図１に示す上面発光ＬＥＤデバイスの部分断面図である。
【図３】本発明の種々の実施形態に有用な光学スペーサを示す。
【図４】本発明の種々の実施形態におけるＣＩＥｘおよびＣＩＥｙ空間での発光波長を示す。
【図５】本発明の種々の実施形態の理解に有用である、黄色と青の周波数の種々の組合せに対する一定Ｄ６５光出力を示す。
【図６Ａ】本発明の種々の実施形態に有用なマイクロキャビティ構造を持たない白色発光体の、法線視角におけるスペクトルを示す。
【図６Ｂ】マイクロキャビティを有する白色発光体の法線視角と、これとは異なる視角とにおけるスペクトルを、本発明の種々の実施形態に有用なカラーフィルタのスペクトルと共に示すグラフである。
【図６Ｃ】カラーフィルタを組み込んだ本発明の一実施形態のＣＩＥｘとＣＩＥｙ空間における発光波長を示すグラフである。
【図７】図６Ｃの種々の部分を示すグラフである。
【図８】本発明の種々の実施形態に従って、共通に制御可能な部分で異なる相対サイズを有する白色サブピクセルの、視角に伴う白色点変化を示すグラフである。
【図９】従来技術の底面発光ＬＥＤデバイスの部分断面図を示す。
【図１０】本発明の方法にかかるフロー図である。
【図１１】本発明に従ってＬＥＤデバイスを使用するシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
個々の層は非常に薄く、且つ、種々の層の厚さにおける相違は縮尺比通りに描写するには大きすぎるため、それぞれの図面は縮尺比通りではないことを理解する必要がある。
【００１６】
図１を参照すると、本発明に係る発光ダイオードの一実施例は、基板１０、反射電極１２、及び基板１０上に形成された半透明電極１６を備えている。反射電極１２又は半透明電極１６の何れかは、独立して制御可能な発光素子５０、５２、５４および５６を形成するためにパターン化されている。例えば、図１に示す様に、反射電極１２がパターン化される。独立して制御可能な発光素子は、例えば、基板１０上に形成された薄膜要素３０によって制御される。他方の電極（例えば、１６）はパターン化されず、発光素子５０、５２、５４及び５６の全てに対して電気的に共通である。反射電極１２と半透明電極１６間にパターン化されない白色発光層１４が形成され、且つ、半透明電極１６は複数の層を有することができる。反射電極１２、半透明電極１６及びパターン化されない白色発光層１４は光学キャビティ６０、６２、６４及び６６を形成する。光学キャビティ６６は更に、以下に説明するように、複数の追加のマイクロキャビティ、例えば、６６Ｙ及び６６Ｂを有している。複数のカラーフィルタ４０Ｒ、４０Ｇ及び４０Ｂが、半透明電極１６のパターン化されていない白色発光層１４の反対側の一面の上方に、独立して制御可能な発光素子５０、５２、５４に対応して形成され、有色ピクセルを形成する。この複数のカラーフィルタは少なくとも異なる２つの色を有している。少なくとも１個の、独立して制御可能な発光素子５６は少なくとも２個の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂを有しており、これらは共に実質的に白色光を発光して白色のサブピクセルを形成する。白色サブピクセルの１個又はそれ以上の共通に制御される部分５６Ｙ、５６Ｂは複数の光学マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂを有しており、それぞれのマイクロキャビティは異なる補色波長と異なる発光角度で発光するように同調されている。本発明の更なる実施形態において、白色サブピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂの共通に制御可能な光学マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂは、複数の角度で又は全ての視角で、補色波長の光を発光する。
【００１７】
本発明において用いられているように、ピクセルは、３個又はそれ以上のサブピクセルを備える多色画素である。それぞれのサブピクセルは、異なる色の光を発光する、独立して制御可能な発光素子を含む。通常、ピクセルは赤、緑、及び青のサブピクセルを含む（ＲＧＢ構造）。更に、この開示において用いられているように、それぞれのピクセル内に白色サブピクセルが含まれ（ＲＧＢＷ構造）、少なくとも１個の独立に制御可能な発光素子サブピクセルに対応している。ＲＧＢＷ構造において白色サブピクセルが使用される場合、その白色サブピクセルが赤、緑或いは青の何れよりも大きな輝度効率を有すると（白色サブピクセル上にカラーフィルタが無いことによって、普通はこの状態が正しい）、低から中程度の色飽和（即ち、かなりのグレイ成分を有する）を有する画像に対して、輝度が増加し又は出力利用性は減少する。発光素子５０、５２、５４、５６はサブピクセルに対応する。
【００１８】
本発明は従って、例えばディスプレイのような情報表示装置において個々のピクセルを形成するために、ＲＧＢＷ（赤、緑、青及び白）サブピクセル構造を使用する。共通のパターン化されていない白色発光体１４を使用する。有色光は、それぞれの色に対して別個に同調されたマイクロキャビティとカラーフィルタ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ（有色サブピクセルに対して）との組合せによって形成される。発光素子５０、５２、５４及び５６との間で周囲光を吸収するために、ブラックマトリックス４０Ｋを用いることができる。個別に（独立して）制御可能な発光素子を電気的に分離するために、平坦化層と絶縁層３２、３４を設けることができる。光学マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂは補色を形成するので、共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂに対してカラーフィルタを必要としない場合もある。しかしながら、本発明の他の実施形態において及び以下に記載するように、１個又はそれ以上の別個のカラーフィルタ４０ＷＹ、４０ＷＢを、白色サブピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂと共に、或いは別個に使用することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態では、共通の白色発光体は、有色サブピクセルの少なくとも１個より、更に効率的である。更に、光学マイクロキャビティの補色対の１個又は両方は、有色サブピクセルの少なくとも１個よりも更に効率的な１個又は両方の発光素子を有していても良い。この発光は、有色サブピクセルがカラーフィルタを含まない場合であっても、有色サブピクセルに比べて更に効率的である。共通白色発光体の効率は、放射効率即ち発光効率に関して規定される。
【００２０】
図１の一部分のより詳細な図面である図２を参照すると、基板（図示せず）上に反射電極１２が光学キャビティに対するスペーサ２６と共に形成される。光学キャビティ６０、６２、６４、６６Ｙ、６６Ｂのそれぞれは、例えば、赤、緑、青、黄色及び青それぞれの光学マイクロキャビティを形成するために、対応するスペーサ２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、２６ＷＹ、２６ＷＢと同調される。
【００２１】
図１に示す様に、本発明は、反射電極１２と発光層１４との間で異なる厚さを有するスペーサ層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ及び２６Ｗを用いることができる。異なる厚さは、異なる光学キャビティ６０、６２、６４の光学的応答に同調させるように選択される。本発明の別の実施形態では、図３に示す様に、光学キャビティは、反射層１１と透明導電層１５との間の透明スペーサ層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、１３ＷＹ、１３ＷＢを用いて同調させることができる。この反射層１１と透明導電層１５とは反射電極１２を構成する。他の実施形態（図示せず）では、スペーサ層を別の位置、例えば、発光層１４と半透明電極１６との間に配置することができる。これらの例示的な実施形態の全てにおいて、反射層と導電層とが同じ層か、隣接する層か、或いはスペーサ層によって分離されているか否かに拘わらず、この反射層と導電層は共に反射電極を構成する。
【００２２】
この開示において、光の補色波長は、一緒に観察した場合、プランクの軌跡上又はその近くの光のような、実質的に白色に見える光を形成する。例えば、青と黄色は補色対を形成し、同様にシアンと赤およびマジェンタと緑も補色対を形成する。赤、緑及び青は、補色三重項を形成する。したがって、サブピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂの共通に制御可能な光学マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂは、一緒に観察した場合、白色光を発光する。本発明の種々の例示的な実施形態によれば、このサブピクセルはディスプレイ中にピクセルを形成することができる。この場合、このサブピクセルは設計された観察距離において眼によって個々に識別されることはなく、また、白色サブピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂでもない。したがって、白色サブピクセル５６から発光した光は、それが実際は補色を組み合わせたものであっても、普通の人間の眼によって白色として観察される。図面では簡潔さのために、青及び黄色の発光光学マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂを示しているが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
動作時において、例えば薄膜トランジスタ３０を介して供給される電流は、電極１２と１６を介して発光層１４を通過し、光を放射させる。放射された光のある部分は、デバイスから直接出射し、或いはカラーフィルタを通してデバイスから出射する。他の光は反射電極１２によって反射されてデバイスを出射する。法線に対して高い角度で放射された他の光は、全内部反射によってトラップされる。光学キャビティ構造は、放射された光の放出角を減少するように作用し、それによってトラップされる光の量を減少させ、且つ、より多くの所望の光を進行方向に集中させる。白色ピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ及び５６Ｂは、同時に同じ電気制御装置（例えば、トランジスタ３０）によって駆動される。その結果、これらは別々に励起されず、それ故、異なる光学成分を有するにも関わらず１個のサブピクセルを表すようになる。本発明は、アクティブマトリックス及びパッシブマトリックス制御回路の両方を用いることができる。
【００２４】
特に、本発明は、法線からの種々の角度において白色として観察される、実質的な白色光を形成するための手段を提供する。各マイクロキャビティ６６Ｙ、６６Ｂからの光出力は、光が放射される角度が基板に対する法線（９０度）から増加するに従って、周波数を増加（波長を減少）させる。半透明電極の反射率に従って強度が変化するように、マイクロキャビティを形成できることが、従来技術の範囲内で理解される。強いマイクロキャビティを有するデバイスは飽和（非白色）光を放出するであろう。しかしながら、弱いマイクロキャビティを有するデバイスは、これをパターン化されていない白色発光素子を用いて形成した場合、比較的白色の光を形成することができる。従来技術によれば、弱いマイクロキャビティ内に配置した場合、白色発光体層は白色光を形成するが、しかしながら、このような単一要素白色発光体は、反射電極１２の法線に対して測定した場合の０度より大きな角度で観察したとき、短波長側にシフトする光を放出する傾向がある。白色発光体は本質的に広帯域であり、法線に対してより高い角度において、周波数の広い範囲において一般的なシフトが見られる。更に、人間の眼のシステムは、緑に対して最も感度が高く、したがってこのようなデバイスは、反射電極に対する法線から０度よりも大きな角度で観察する場合、見かけは通常、緑又はシアンとなる。
【００２５】
しかしながら、本発明の一実施形態では、２個又はそれ以上の異なる光学マクロキャビティから白色発光体を形成するために、より強いマイクロキャビティを用いることができる。この、２個又はそれ以上の異なる光学マイクロキャビティは、それぞれが著しい色飽和を示す光を発光し、且つ、白色発光体単独よりも狭いバンド幅を有する。白色サブピクセル５６の異なる光学マイクロキャビティは、出力周波数におけるシフトを相互に補償する。このシフトは、個々のマイクロキャビティのそれぞれにおいて、それらを０度よりも大きな角度で見た場合に発生する。より正確には、白色サブピクセル５６の共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂのそれぞれから発光した光の波長又は効率は、異なる視角において変化するが、しかし、共通に制御可能な部分５６Ｙ、５６Ｂからの結合された発光の白色点が、共通に制御される部分５６Ｙ、５６Ｂの個々の色変化に比べて比較的小さい変化を経験するような相補的な方法において変化する。
【００２６】
図４を参照すると、ＣＩＥ１９３１ｘ、ｙ色度図が、単色光源の位置を示し、且つ、赤と青の光の境界２０６を結合するスペクトル軌跡２０５によって示されている。スペクトル軌跡２０５と紫の境界２０６とによって囲まれた領域は、全ての視認できる色を含んでいる。シアン／青の発光光学マイクロキャビティ（例えば、光学マイクロキャビティ６６Ｂから）の発光２１０が、ｘ、ｙ座標０．１６０、０．２５３の法線において始まり、ｘ、ｙ座標０．１８６、０．１１６の６０度で終わる、基板法線に対する増加する複数の角度で示されている。特に、ここで留意すべきは、光学マイクロキャビティの視角が増加するに伴って、光の知覚色は、高い周波数と短い波長を有する青になることである。同様に、黄色／緑発光光学マイクロキャビティ（例えば、光学マイクロキャビティ６６Ｙから）のＣＩＥ座標２１５が、複数の角度で示されている。この場合も同様に、光学マイクロキャビティの視角が増加すると、光の知覚色は、ｘ、ｙ座標が０．４６９、０．３８９において始まり、ｘ、ｙ座標が０．２３３、０．５９８で終わる、高い周波数と短い波長を有する緑となる。共通に制御可能な部分のそれぞれから発光する光は色を有しているが、これらの色は補色であるため、結合された光は白色に見える。この白色は、ＣＩＥ座標２２０として示すように、視角０度で見た場合、ＣＩＥ１９３１色度座標０．２６７、０．３００を有し、且つ、角度６０度で見た場合０．１９８７、０．２４６を有する。視角が変化すると、青及び黄色の発光体の両方がその色を著しく変化させる。しかしながら、結合された色は比較的一定で且つ実質的に白色に留まる。点２２５は、基板の法線角において白色点を示し、点２３０は、基板法線に対して角度６０度の白色点を示している。これらの曲線は、モデル化された異なる角度で色変化を有する、出願人によって製造された実際の白色光ＯＬＥＤデバイスから取ったものである。
【００２７】
このグラフから分かるように、白の色度座標はｙ次元において殆ど変化せず、反対に幾分大きな変化がｘ次元において見られる。しかしながら、その全体の変化は、青又は黄色の発光体の変化よりも小さく、その色は実質的に白に留まる。図５を参照すると、コンスタントＤ６５白色点２００のグラフが、補色の黄色と青の異なる発光周波数で示されている。このグラフから理解されるように、白色点を維持するためには、黄色の波長における大きな変化が青の波長における小さな変化を相殺することを必要とする。更に、出願人によって実施された実験では、観察者は、白色又は中間色における青方向への色変化に対して、黄色方向よりもより寛容であることを示している。図４に示す発光体は、これらの効果を利用することによって、青方向へのある程度の偏向を許しながら、青−黄色貢献のバランスを取って黄色へのシフトを最小としている。この変化は、共通に制御された部分５６Ｙ、５６Ｂの１個の上に形成されたカラーフィルタを用いて、物理的に制御することができる。これらの部分５６Ｙ、５６Ｂは、基板の法線角において発光する光を選択的に透過し、法線以外の角度で発光する光を選択的に吸収する。例えば、フィルタ（図１の４０ＷＹ）を、黄色発光光学マイクロキャビティ６６Ｙ上に用いることができる。このカラーフィルタは、例えば、５７０ｎｍ、５６０ｎｍ、又は５５０ｎｍよりも小さい波長を有する、緑がかった光を吸収する。このことにより、白色点が短い波長の方へ移動することを制限する効果、又は、同じように、青色発光体の相対的インパクトを増加させる効果が発生する。他の実施形態において且つ出願人によってモデル化されたように、５００ｎｍ、４９０ｎｍ、４８０ｎｍよりも小さい波長を有する、青みがかった光を吸収するフィルタ（例えば、図１の４０ＷＢ）を用いることもできる。
【００２８】
有色サブピクセル５０、５２、５４に対して且つ白色サブピクセル５６の光学マイクロキャビティの両方に対して、光学キャビティサイズの豊富な選択の幅と共に、種々の白色発光材料を本発明に合わせて使用することができる。本発明の一実施形態において、白色サブピクセル５６の共通に制御される部分５６Ｙ、５６Ｂの１個は、基板の法線角において実質的に青又はシアンの光を放射することができ、且つ共通に制御される部分のもう一方は、基板の法線角において実質的に黄色、オレンジ又は赤の光を発光することができる。サブピクセル５６の共通に制御された部分の１個は、基板の法線角において５５０ｎｍより大きなピーク波長発光を有する光を発光することができ、白色サブピクセルの共通に制御される部分の他方は、基板の法線角において５５０ｎｍより小さなピーク波長発光を有する光を発光することができる。他の実施形態では、白色サブピクセルの光学マイクロキャビティは、赤、緑及び青の光を、又は、黄色及び青の光を、或いは、赤及びシアンの光を、又は、オレンジ及びシアンの光、又は、マジェンタ及び緑の光を発光するように同調されている。特に、白色サブピクセルの共通に制御された部分の１個は、法線角度で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同調されており、白色サブピクセルの共通に制御される部分上に形成されたカラーフィルタを含んでおり、このカラーフィルタは５５０ｎｍよりも小さい波長を有する光のかなりの部分を吸収する。
【００２９】
本発明において、種々の白色発光体を用いることができ、更に、これらの白色発光体から白色発光素子を形成するために、種々のマイクロキャビティを形成することができる。例えば、図６Ａは、出願人によって製造され且つ本発明に対して有用な、白色発光体のスペクトル２５０のグラフである。図６Ｂを参照すると、スペクトル２５２は、白色サブピクセルの黄色の共通に制御された部分として有用な１個のマイクロキャビティからの光出力である。シフトしたスペクトル２５５によって示されるように、視角が大きくなると、発光周波数も大きくなる。共通に制御される部分の１個（例えば、５６Ｙ）上に形成されたハイパススペクトル２６０を有するカラーフィルタを使用することによって、光は、基板の法線角においてカラーフィルタを通って選択的に透過することができ、更に、このカラーフィルタによって、法線以外の角度において選択的に吸収される。そのため、法線角での発光量を減少させること無く、視角によるカラーシフトを減少させることができる。図６Ｃを参照すると、カラーフィルタ無しで黄色発光に同調されているマイクロキャビティにおける白色発光体の角度２６４でのカラーシフトは、カラーフィルタによって黄色の発光に同調されたマイクロキャビティにおける白色エミッタの角度２６２でのカラーシフトよりも長い。これらのカラーフィルタ（有色サブピクセルのカラーフィルタを含む）は、しかしながら、法線から離れた角度においてデバイスの輝度を減少させる。しかしながら留意すべきことは、各部分の相対輝度効率と同様に白色サブピクセルの共通に制御される部分のそれぞれの色度座標は視角の関数として変化する、と言うことである。このようなデバイスの幾つかでは、黄色のフィルタを用いて視角の関数として黄色の共通に制御される部分の輝度を減少させることが、比較的一定の輝度を保つためには有用である。何故なら、人間の眼の輝度効率は、黄色のピークが５５０ｎｍの方向に移動するに伴って増加するからである。
【００３０】
白色サブピクセル５６のそれぞれの共通に制御される部分５６Ｙ、５６Ｂに対して異なるサイズの領域を使用することによって、本発明のデバイスからの発光を更に制御することが可能である。図７に示す様に、境界線２７０及び２７５は関心のある最小及び最大角度で青及び黄色の発光体のＣＩＥｘ及びｙ座標を接続し、点２９０において共通の接点を有する領域２８０と２８５を形成する。共通に制御される部分５６Ｙ、５６Ｂの領域の相対的なサイズを変更することによって、白色点の相対位置は交点２９０の近くに或いは遠くへ移動する。従って、白色点が交点２９０に近づくと、白色点における変化の量は減少する。同様に、白色点が交点２９０から離れると、白色点における変化の量は増加する。典型的なオレンジの発光ダイオードシステム（ＯＬＥＤｓ）では黄色発光体は青色発光体よりも効率的であるため、白色点が更に変化しようとも、白色点の変化が容認できる限りにおいて発光体を黄色発光点に向かって移動させることが有利である。図８を参照すると、白色発光体（図７のものとは異なる白色発光体）に対する最小の視角から最大の視角までの白色点変化を表すＣＩＥｘ及びｙのグラフにおいて、３個の曲線が示されている。共通制御部分の黄色５６Ｙ対青色５６Ｂの領域の相対サイズは、曲線２９６に対して等しく、曲線２９５に対して１．３であり、曲線２９７に対して０．７である。Ｄ６５白色点は点２９８として示されている。曲線２９５における相対的発光およびカラーシフトは、曲線２９６又は２９７に対するものよりも比較的大きい。
【００３１】
本発明の光学キャビティからの発光は、発光材料のスペクトル、カラーフィルタピーク透過率及び光学マイクロキャビティ応答を一致させることによって増加させることができる。即ち、有色サブピクセルの光学キャビティは、キャビティの光路長を変更することによって、対応するカラーフィルタのピーク透過波長にほぼ対応するピーク波長に同調させることができる。同様に、白色サブピクセルの光学マイクロキャビティを、白色発光層のピーク発光波長にほぼ対応する１個又はそれ以上のピーク波長に同調させることができる。同様に、白色発光層のピーク発光波長を対応するカラーフィルタのピーク透過波長に一致させることができる。
【００３２】
しかしながら、システム全体の最適化は、発光層のピーク発光、ピークカラーフィルタ透過率及び光学キャビティピークの全てが一致していることが必要なわけではない。白色サブピクセル５６の共通制御部分５６Ｙ、５６Ｂの少なくとも１個が、有色サブピクセルのピーク波長とは異なるピーク波長で発光するように同調させることも、また可能である。１個又はそれ以上の光学キャビティのサイズが同じであれば（例えば、青色サブピクセルに対するキャビティ６４と白色サブピクセル５６の青色発光部分５６Ｂ）、製造工程の多くを減らすことができる一方で、光学キャビティが異なる長さを有していれば、例えば、白色サブピクセルが青色サブピクセルのキャビティよりもよりシアン色の光を発光するように同調された部分キャビティを有していると、全体のシステムを最適化することができる。
【００３３】
白色サブピクセルの通常の発光が特定の白色点、例えばＤ６５であるように、システムを設計することもまた可能である。このような設計における所望の白色点からの視角による色変化又は平均発光の色変化は、別の設計の場合、即ち、発光が所望の白色点により近く留まっており或いは視角変化に伴う白色点の変化が小さいけれども決して所望の白色点の光を実際に発光することが無い場合よりも、大きいことがある。このような設計、即ち、平均の効率が優れていることが望ましい。平均の発光とは、応用における重要性によって重み付けし或いは重み付けしていない、全ての関心ある視角に対する白色点の平均を意味する。従って、好ましい設計では、白色サブピクセルの発光を単一の視角における所望の白色点に一致させるよりもむしろ、白色サブピクセルの平均発光と１個の角度以上における好ましいデバイスの白色点との間の相違を最小とするように、白色サブピクセルの発光を同調する方が良い。
【００３４】
本発明では種々の発光材料を使用することができる。例えば、白色発光層は、小分子又は高分子有機材料のような有機材料、又は、多結晶半導体マトリックス中に形成された無機量子ドットを有している。光学キャビティを規定するために適切な透明層を形成する場合と同様に、通常のフォトリソグラフィー技術を、基板上に制御構造（例えば、バス、トランジスタ、コンデンサ、電極）を形成するために用いることができる。キャビティを規定する適切な透明材料としては、例えば、二酸化シリコン又はインジウムスズ酸化物が含まれる。有機材料はこの分野で既知の種々の手段、例えば真空蒸着、によって堆積させることができる。しかしながら、このような手段は、光学キャビティの一貫性のある製造を可能とするために、充分な精密さと正確性を提供する必要がある。特に、Ｋｏｄａｋ  Ｖａｐｏｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍは、有用に使用することができる１％以内の均一性と正確性で有機層の堆積を提供する、線形有機真空蒸着源である。適切な半透明陰極は、例えば、銀、マグネシウム、アルミニウム又はその他の金属又は合金の、この分野で既知の蒸着又はスパッタ技術によって形成することができる。これらの半透明電極は、通常、２０％以上の反射率を有し、理想的には１０％以下の吸収率を有している。本発明に有用な有機及び無機材料に対する封入技術は、この技術分野において既知である。本発明は、例えば円偏光子（図１の１８）のような、デバイスの周囲コントラスト比を改善するために適切な種々の素子と共に用いることができる。本発明は、一実施形態では図１に示す様に上面発光デバイスである。別の実施形態では、このデバイス（図示せず）は底面発光デバイスである。
【００３５】
図１０を参照すると、本発明に係るＬＥＤデバイスの製造方法は、基板を提供するステップ４００、反射電極を形成するステップ４１０、反射電極上に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を備えている。ステップ４３０において、半透明電極を、パターン化しない白色発光層が反射電極とこの半透明電極間に形成されるように、反射電極上に形成することができる。反射電極と半透明電極およびパターン化しない白色発光層は光学キャビティを形成し、更に、反射電極又は半透明電極の何れかをパターン化して複数の独立に制御可能な発光サブピクセル素子を形成する。ステップ４４０では、半透明電極の非パターン化白色発光層の反対側の一側面上に有色サブピクセルを形成するために、独立に制御可能な発光素子に対応して複数のカラーフィルタを形成する。このカラーフィルタは少なくとも２個の異なるカラーであっても良い。独立に制御可能な発光素子の少なくとも１個は、共に実質的な白色光を発光して白色サブピクセルを形成する少なくとも２個の共通制御部分を有しており、白色サブピクセルの共通に制御可能な部分の１個又はそれ以上の光学キャビティは、複数の光学マイクロキャビティを備えており、それぞれのマイクロキャビティは１個の発光角度で或いは複数の発光角度で補色波長の異なる光を発光するように同調されている。本発明の別の実施形態では、非パターン化白色発光層は半透明電極上に形成される。
【００３６】
消費者リサーチ及び白色発光体の最適化を通して、且つ、慎重に光学キャビティを選択することによって、出願人は、本発明のマイクロキャビティを使用する白色発光体での色変化が消費者に容認されることを明らかにした。このようなマイクロキャビティ構造は、半透明電極（例えば、銀の薄層によって形成される）が完全透明電極（例えば、インジウムスズ酸化物のような透明導電性酸化物を含む）よりも遥かに電気伝導性を有するので、特に上面発光構造において利点を有している。本発明では、マイクロキャビティ構造からの光出力を向上し、角度カラーシフトを減少し、更に、有機又は無機の何れかの非パターン化発光層を使用することによってコストを削減する。
【００３７】
図１１を参照すると、本発明は、ＬＥＤディスプレイデバイス３００（図１にその詳細を示す）と、情報信号３２０（例えば、テキスト及びイメージの）を受信し、ディスプレイ３００がこの情報信号３２０を表示するように駆動するための制御装置３１０とを有する、情報表示システムにおいて使用することができる。
【００３８】
パターン化されたデバイスでは、電流に応答して異なる色の光を発光させるために異なる材料を使用することができる。反対に、非パターン化デバイスでは、有色サブピクセルによって例えば白色である単一色を発光させ、発光した光を白色発光体と組み合わせたカラーフィルタを用いて色づけすることにより、同じ材料を用いて単一光を発光させることができる。白色発光体は１個又はそれ以上の非パターン化層において材料の組合せを含んでいることが多い。この非パターン化層は、全体で白として認識される光を発光するために、それぞれが異なる色、例えば、青及び黄、又は赤及びシアンを発光する。重要な点は、しかしながら、多くの発光材料が単一の層中に含まれていても、又は、多くの層が含まれていても、その層は非パターン化されており、且つ、それらの発光の集合が、全てのピクセル中の全てのサブピクセルにおいて使用されることである。
【００３９】
従来技術において、ＬＥＤデバイスでは、光は、実際に光を発光する高光学指数層、又は高光学指数電荷制御層、又は高光学指数透明電極における全内部反射によってトラップされることが知られている。法線に対して低い角度で発光する光はデバイスから出射することができるが、一方で、法線に対して比較的高い角度で発光する光は高光学指数層によってトラップされる。光学キャビティ構造を使用することによって、高い角度での光の発光を減少させることができ、その結果、より多くの光を法線に対して比較的低い角度でデバイスから発光させることができる。
【００４０】
更に、光学キャビティ構造から発光する光の色が視角に対する依存性を有していることも又真実である。この角度依存性は、観察者を、特に大きな視角が価値のある応用において極度に不愉快にさせる。この角度によるカラーシフトは、白色発光体を使用する有色サブピクセルに対して特に顕著である。しかしながら、本発明で有色サブピクセルに対して使用されるカラーフィルタは、周囲光を吸収するのみでなく、光学キャビティデバイスによって見られる、光の色の角度に対する観察依存性を減少させる。
【００４１】
しかしながら、本発明によって提供される有色サブピクセルにおいて角度の増加に伴って見られるカラーシフトの減少は、これらの有色サブピクセルの輝度をも減少させる。輝度におけるこのような減少は、色におけるシフトよりも顕著ではなく観察者に対して不愉快でもない。更に、有色サブピクセルが輝度を減少させる限りにおいて、視角を変化させても白色サブピクセルの輝度が一定である間は（白色点シフトは起こり得るが）、正味の影響は全体の色飽和における減少である。このような色飽和の減少は、ある種のイメージ（即ち、殆ど飽和しないカラーを有するイメージ）に対しては無視することができ、且つ、強く飽和したカラーを有するイメージに対する色変化よりも顕著ではない。従って、イメージ品質を向上させることができる。更に、殆どのイメージは比較的飽和していないため、正味の輝度効果は比較的小さい場合が多い。
【００４２】
出願人は、パターン化され且つ有色の発光体と白色発光体の両方のマイクロキャビティを使用する多くのＯＬＥＤデバイスを製作し、それらの性能を、円偏光子及びカラーフィルタの性能と共に研究してきた。更に、種々の状況下での本発明の性能を理解するために、光学的モデリングツールを使用してきた。一般に、光学キャビティ及びカラーフィルタを用いる白色発光の、非パターン化ＯＬＥＤデバイスは、光学キャビティとカラーフィルタを有さない白色発光、非パターン化ＯＬＥＤデバイスに比べて、有色ピクセルの光出力のほぼ２倍を期待することができる。有色サブピクセルは最も光出力を増加させるが、一方で白色発光サブピクセルは、ほぼ０．６から１．２の倍数因子だけ光出力を変化させる。これは、光学キャビティ構造では、狭帯域の光よりも広帯域の光出力を増加させることがより難しいためである。しかしながら、白色発光サブピクセルは有色サブピクセルよりもより（約３倍）効率的である（白色サブピクセルではカラーフィルタを使用しないので）ために、白色サブピクセルを使用することによって、ＯＬＥＤデバイスの全体の性能を向上させることができる。これは、大部分のイメージは飽和した色を殆ど持たず且つより効率的な白色発光体を過度に使用しているためである。出願人は、カラーフィルタの設計においてこのような白色サブピクセルを使用することにより、ある種のイメージ応用に対して約２倍、全体のデバイス性能を向上させることができた。
【００４３】
２個のピークを有するＯＬＥＤ発光体（例えば図６に示すような）を使用するデバイスの明確な光学モデリング計算が、反射アルミニウム背面電極１２と、薄い銀の半透明電極１６によって実施された。商業的に入手可能なカラーフィルタセットによって、軸上の赤の光出力は２．８倍増加し、緑の光出力は２．０倍増加し、更に青の光出力は１．７５倍増加し、且つ、色域が向上した。出願人によって開発され且つ独占占有権を有し、さらに、幾分の効率の減少を犠牲にして色域を向上させることができるカラーフィルタセットと共に、本発明の光学キャビティ構造を使用した場合、軸上の光出力を増加させる因子が更に、赤、青、及び緑のサブピクセルに対して５−１５％増加する。この場合も同様に、光学キャビティによって色域が更に向上する。
【００４４】
Ａｇ反射背面電極を使用することによって、デバイスの性能は更に５−２０％の向上が期待される。従って、独占占有権を有するカラーフィルタをＡｇ反射背面電極と共に使用すると、赤の光出力は約３．５倍増加し、緑の光出力は約２．４倍増加し、更に青の光出力は約２．１倍増加する一方で、白の光出力は構造に依存して約０．７から１．６倍増加する。
【００４５】
出願人は、本発明の種々の属性の性能を測定し、このデバイスの統合された性能をモデル化した。従来技術と比較した本発明の種々の実施形態の性能を、以下の表に纏める。この表において、“相対発光輝度”は、軸上で発光した光の量（更に、赤、緑、青及び白のサブピクセルに対して利得因子を等しく重み付した平均値を取ることによって推測される）を示し、“ＲＧＢカラー”は複数の有色サブピクセルに言及し、“白色”は白の正確さ（即ち、白色光がＤ６５のような標準の白色点にどのくらい近いか）に言及し、“反射率”はデバイスから反射された周囲光の尺度であり、更に、“角度色白色”は法線角以外の角度から観察した場合の白色発光における色変化に言及する。“ＷＲＧＢＷ”は、赤、緑、及び青の有色サブピクセル及び例えば米国特許第６、８９７、８７６号において示されているような白色発光サブピクセルを有する非パターン化白色発光ＬＥＤ材料に言及し、“ＷＲＧＢ”は、赤、緑及び青の有色サブピクセルのみを有する非パターン化白色発光ＬＥＤ材料に言及する。サブピクセルは全て同じサイズであり、同じように使用されると仮定し、更に、比較は、上記の最も良い評価を使用して相対輝度１．０を有する従来構造に対して行われた。４４％の単一パス透過率を有し、理想的な背面反射体を有するデバイスに入射しデバイスから反射される１．６％の周辺光を許す、円偏光子が使用される。上記で参照した独占占有権を有するフィルタを、カラーフィルタとして使用する。背面マトリックスは使用しないが、もし存在すれば、反射光の品質を更に低下する。
【表１】
2010539653.tif 000003
【００４６】
上記の表から明らかなように、本発明は有用な特徴の優れた組合せを提供する。表に示す様に、円偏光子がもし用いられたならほぼ同じ量の光を吸収するけれども、円偏光子が無い場合、光出力は約１．０倍から約２．２７倍に増加し、その結果反射率も増加する。本発明は重要なこととして、従来技術と次の点で異なっている：１）特に白色を含む全てのサブピクセルの形成に、狭帯域のスペクトル応答を有するマイクロキャビティを使用すること、及び、２）白色点を狭帯域マイクロキャビティ発光体から形成するのみではなく、白色点を、これらの発光体の応答のバランスを、多くの視角上で観察者に受け入れられ且つ満足される方法で慎重に取ることによって、多くの視角上で維持することである。
【００４７】
出願人は、本発明の白色サブピクセルに対して発光角に基づく予想色変化をモデル化した。このモデルにおいて、白色サブピクセルに対する複数の光学マイクロキャビティは、キャビティ長において１６０ｎｍまで変化する。白色サブピクセルに対する発光角に基づく色シフトは、非光学マイクロキャビティデバイスに見られるシフトまで、又はそれよりも更に減少するが、一方で光出力は増加する。
【００４８】
円偏光子およびカラーフィルタの使用に関する更なる詳細は、共通の出願人による、同時出願中の書類番号９４２０２および９４２０８に開示されており、その全体は参照によってここに組み入れられる。
【００４９】
もし希望すれば、本発明のＬＥＤデバイスは、その特性を強化するために種々の既知の光学効果を使用することができる。これには、最大の光透過率を得るために層の厚さを最適化すること、誘電ミラー構造を設けること、ディスプレイ上にグレア又は反射防止コーティングを設けること、減光フィルタを設けること、又はディスプレイ上に色変換フィルタを設けること、が含まれる。フィルタ、偏光子、およびグレア又は反射防止コーティングは、特に、カバー又は基板上に或いはその一部上に設けることができる。
【００５０】
本発明は、アクティブ又はパッシブマトリックスＯＬＥＤデバイスと共に実施することができ、更に、特に情報ディスプレイデバイスにおいて有用である。好ましい実施形態において、本発明は、１９８８年９月６日発行のＴａｎ等の米国特許第４、７６９、２９２号及び１９９１年１０月２９日発行のＶａｎＳｌｙｋｅ等の米国特許第５、０６１、５６９号に開示されているように、しかしこれに限定されるものではなく、小分子又は高分子ＯＬＥＤによって形成されたフラットパネルＯＬＥＤデバイスに使用される。例えば、多結晶半導体マトリックスによって形成された量子ドットを使用する（たとえば、Ｋａｈｅｎによる米国特許出願公開第２００７／００５７２６３号に教示されているように）無機デバイス及び有機又は無機電荷制御層を使用する無機デバイス、又はハイブリッドの有機／無機デバイスを使用することができる。このようなデバイスを形成するために、上面又は底面発光構造の何れかを有するアクティブ及びパッシブマトリックスでの両方を含む、有機又は無機の発光ディスプレイの多くの組合せ及び種々の変形を使用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０    基板
１１    反射層
１２    反射電極
１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、１３ＷＹ、１３ＷＢ    スペーサ
１４    発光層
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ    パターン化された発光層
１５    透明導電層
１６    半透明電極
１８    円偏光子
２０    カバー
２６    スペーサ
２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、２６ＷＹ、２６ＷＢ    スペーサ
３０    薄膜回路
３２    絶縁体
３４    絶縁体
４０    カラーフィルタ
４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０ＷＹ、４０ＷＧ    カラーフィルタ
４０Ｋ    ブラックマトリックス
５０、５２、５４、５６    発光素子、サブピクセル
５６Ｙ、５６Ｂ    共通制御部分
６０、６２、６４、６６、６６Ｂ、６６Ｙ    光学キャビティ
８０、８２、８４    光
２００    Ｄ６５白色点
２０５    スペクトル軌跡
２０６    紫境界
２１０    青色発光曲線のＣＩＥ座標
２１５    黄色発光曲線のＣＩＥ座標
２２０    白色点曲線
２２５    法線視角における白色点
２３０    最大視角における白色点
２５０    白色発光スペクトル
２５２    白色マイクロキャビティ発光スペクトル
２５５    シフトした白色マイクロキャビティ発光スペクトル
２６０    カラーフィルタ透過スペクトル
２６２    角度による色シフト
２６４    角度による色シフト
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    制御装置
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
４２０    処理ステップ：パターン化し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３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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