JP2007506288A - 有機レーザ及び液晶ディスプレイ照明 - Google Patents

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Abstract

複数の発光種を有する発光層（１７）を有する偏光光を生成する非対称発光構造体であって、発光種の配向は制御されていない、非対称発光構造体について開示している。発光層（１７）からの発光光を受けることは又、偏光光を生成する非対称幾何要素（２０）により達成される。更に、非対称発光構造体（２０）は発光層（１７）の励起手段（１２、１６）を有する。

Description

本発明は、有機発光装置に関し、特に、液晶ディスプレイにおけるバックライトとして有機発光装置の使用に関する。
従来の透過型液晶ディスプレイは、カラーを表示する手段として色付けされた画素要素を形成するために、パターニングされたカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）と共に白色バックライトを用いる。偏光フィルムは光を偏光する。従来の液晶ディスプレイにおける画素は、偏光液晶の層の反対側において２つの交差する偏光子構造体と組み合わされた付加液晶層を用いることによりオン又はオフに切り換えられる。付加液晶は、第１方向を有する電界中に置かれるとき、光偏光を変えない。電界が第２方向に変化するとき、付加液晶は光の偏光を変える。偏光液晶からの光が第１方向にある偏光フィルムの配向に対して９０°の角度に方向合わせされているとき、光はディスプレイを透過せず、それ故、滅点を形成する。第２方向においては、液晶は光偏光を回転させ、それ故、光は、カラーフィルタアレイにより決定される色を有する輝点を形成するように、液晶及び偏光構造を透過する。
このようなディスプレイを形成するための従来のデザインにおいては、偏光光を生成するために偏光フィルムを用いる必要性に苦慮する。光の約２分の１はバックライトから損失され、それ故、パワー効率は低減される。同様に重要なことに、偏光フィルムによりもたらされる不完全な偏光はディスプレイのコントラストを低下させる。更に、白色光源から着色光をもたらすために要求されるカラーフィルタアレイの追加の使用は、パワー効率を更に低下させる。三原色の赤色、緑色及び青色表示のための各々のカラーフィルタが白色光の３分の１を透過する場合、白色光の３分の２は失われることとなる。それ故、バックライトにより発生される白色光の少なくとも８４％は失われる。
液晶ディスプレイにバックライトを与えるために有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を使用することは周知である。例えば、
“Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ＤＩｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ”と題され、２００２年７月４日に公開されたＪｏｅｎｇ Ｈｙｕｎ等による米国特許出願公開第２００２／００８５１４３号明細書において、第１基板及び第２基板と、第１基板の外側表面に第１絶縁層を介することにより形成される有機発光要素と、有機発光層の全体の表面に亘って順に形成される第２絶縁層及び保護層と、第１基板において形成される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを有する第１基板の全体の表面に亘って形成されるパッシベーション層と、薄膜トランジスタに接続されるようにパッシベーション層において形成される画素電極と、第２基板において形成される共通電極と、第１基板と第２基板との間に形成される液晶層とを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置について記載されている。
米国特許出願公開第２００２／００８５１４３号明細書に記載されているＬＣＤ製造方法は、第１基板の外側表面において第１絶縁層を形成する段階と、第１絶縁層において有機発光要素を形成する段階と、有機発光要素の全体の表面に亘って第２絶縁層を形成する段階と、第２絶縁層において保護層を形成する段階と、第１基板において薄膜トランジスタを形成する段階と、薄膜トランジスタを有する第１基板の全体の表面に亘って保護層を形成する段階と、保護層において画素電極を形成する段階と、第１基板と第２基板との間に液晶層を形成する段階とを有する。
“Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｆｏｒ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ”と題され、２００２年１１月２６日に公開されたＭａｒｔｉｎ Ｂ．Ｗｏｌｋ等による米国特許第６，４８５，８８４号明細書においては、ディスプレイの効率を改善するための手段としてパターニングされた偏光光エミッタを使用することについて開示している。その方法は、感熱供与体シートから受容体に配向された電気的に活性な又は発光性の材料の選択的熱転写を含む。その方法は、偏光光を発光する有機エレクトロルミネッセンス装置及びディスプレイを製造するために用いられる。しかしながら、感熱供与体シートから受容体に電気的に活性な又は発光性の材料の不完全な配向が存在し続ける問題点が残っている。それ故、発光光の偏光は厳密には直線偏光ではなく、それ故、その光は不完全に偏光されている。
米国特許出願公開第２００２／００８５１４３号明細書 米国特許第６，４８５，８８４号明細書
従って、偏光光の発生の効率を改善する、それ故、代替のバックライトを組み込む液晶ディスプレイの全体的な効率を改善する、代替のバックライト及び新規なディスプレイのデザインに対する要請が存在する。
本発明は、偏光光を生成するための改善された非対称光発光構造を与えることにより上記の問題点の１つ又はそれ以上を克服することを目的とし、ａ）複数の発光種を有する発光層であって、発光種の配向は制御されていない、発光層と、ｂ）発光層から発光された光を受け取り、偏光光を生成する非対称幾何要素と、ｃ）発光層を励起する手段とを有する。
本発明においては、偏光光出力を有する白色光発光装置を作製し、それにより、液晶ディスプレイの全体的な効率を改善するように簡単な集積構造を用いる有利点を有する。
図１を参照するに、本発明に従ったディスプレイ４は第１側及び第２側を有する基板１０を有する。第１側において、偏光光７を生成することができる非対称発光構造体６が形成される。非対称発光構造体６は基板１０を透過して進む偏光光７を生成するために用いられる。基板１０の第２側において、第１液晶電極２２、液晶層２４及び第２液晶電極２６を有する透過液晶（ＬＣ）要素８が形成されている。液晶電極２２及び２６は、当該技術分野において周知であるように、画素化されたＬＣＤに対して独立して電気的に制御される要素を与える。液晶電極２２及び２６は液晶層２４を横断するように電界を印加することができ、それ故、一の状態においては、液晶層２４は透過性であり、他の状態においては、液晶層２４はあ透過性ではない。液晶層２４の状態に応じて、偏光光７は液晶層２４を透過し、透過性偏光光９を生成する。
液晶電極２２及び２６並びに液晶層２４の構成及び制御は当該技術分野においては周知である。ディスプレイ４は、ディスプレイのコントラストを改善する偏光層２５及び反射防止層２７を有する。ディフューザ層２８はビューアが見る光の角度分布を制御し、また、それは任意である。非対称発光構造体６は又、少なくとも１つの発光層１４を有する。従来のＬＣＤにおいては、下部の偏光層が、バックライトを生成するために非偏光の入射光から偏光光を生成するように基板１０とＬＣ要素８との間に形成されている。ここで開示している本発明においては、下部の偏光層は必ずしも必要ない。電極１２及び１６は発光層１４を励起するために用いられる。
非対称発光構造体６から出射される偏光光７はコヒーレントか又はインコヒーレントであることが可能である。図２Ａを参照するに、偏光光７のコヒーレント光源が、先ず、第１側及び第２側を有する基板１０を備えることにより、本発明の一実施形態に従って形成されることが可能である。着色された偏光光７を生成する垂直共振器レーザ構造体２０は基板１０の第１側に形成されている。図２Ｂを参照するに、垂直共振器レーザ構造体２０は複数の発光種２９を有する発光層２３を有する一方、発光種２９の配向は制御されていない。垂直共振器レーザ構造体２０は当該技術分野において周知であり、例えば、下記の参照文献において記載されている。発光層２３は、光共振器構造を構成する上下に位置付けられるミラー１９及び２１を有する。高い発光量子効率を有する材料を有する発光層２３のために複数の材料を用いることが可能である。それらの材料としては、典型的には、有機色素、高分子、例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の薄膜半導体材料、それらの材料から作られ、バインダにおいてコーティングされる量子ドット（微小ナノ結晶）がある。典型的な量子ドットはＣｄＳｅ量子ドットを有する。典型的なバインダは高分子材料である。周期律表のＩＩ族及びＶＩ族の元素から製造される材料は薄膜の形態の高発光率材料を構成し、類似して、ＩＩＩ族及びＶ族の元素から製造される材料は、当該技術分野において周知であるように、発光性化合物に製造されることができる。
図２Ａを参照するに、垂直共振器レーザ構造体２０の偏光出力は、垂直共振器レーザ構造体２０の一部である非対称な幾何要素からもたらされ、それについては下で詳述する。発光層２３（図２Ｂに示す）は発光層１７からの発光を受ける。光励起層１７は、垂直共振器レーザ構造体２０を光学的にポンピングするためにポンプ層を有することが可能である。保護用の透明偏光層１８は垂直共振器レーザ構造体２０に接して位置付けられている。第１電極１６、垂直共振器レーザ構造体２０をポンピングするようにインコヒーレント光を出射するための有機発光ダイオードのような光励起層１７及び第２電極は平坦化層１８に接して位置付けられる。このような平坦化層１８に接する要素の組み合わせは、垂直共振器レーザ構造体２０の発光層（図２Ｂに示している）を励起するための手段を与える。光励起層１７は、典型的には、エレクトロルミネセンスによりインコヒーレント光を生成する。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、当該技術分野においては周知である、例えば、発光層、電荷注入層及び電荷輸送層等の層を有することが可能である。インコヒーレント光を生成するための励起源を与える楔型導波路を使用すると共に平面状アレイ又は線状アレイとして形成される有機発光ダイオードを用いることが可能である。
垂直共振器レーザ構造体２０は偏光出力を用いてインコヒーレント光をコヒーレント光に変換する。基板１０の第２側においては、透過型ＬＣ要素８が、図１に関連して上記したように、形成され、その透過型ＬＣ要素８は、垂直共振器レーザ、液晶層２４及び第２液晶電極２６から出射される着色光を制御するために垂直共振器レーザとアライメントされた第１の独立した制御可能な液晶電極２２を有する。任意の拡散層２８は電極２６の上方に位置付けられることが可能である。又、ディスプレイのコントラストを改善するように、偏光層２５と反射防止層２７とを有する。この実施形態においては、非対称の発光構造体６は、基板１０に隣接して層１２、１６、１７、１８及び２０を有する。
発光層１７並びに第１電極１６及び第２電極１２はそれぞれ、独立して制御可能ではなく、第１電極１６と第２電極１２との間を流れる電流の適用下で、垂直共振器レーザ構造体２０の全てを同時にポンピングするインコヒーレント光を生成する。垂直共振器レーザ構造体２０は基板１０と第１液晶電極２を透過する偏光光７を出射する。液晶層２４が透過性である場合、透過偏光光９は液晶層２４及び第２液晶電極２６を透過し、ディスプレイ４から最終的に出射される。液晶層２４が透過性でない場合、上部の偏光層２５は透過偏光光９を吸収する。代替として、光励起層は画素化方法において形成され、液晶要素８と位置合わせされることが可能である。更に、第１電極１６及び第２電極１２それぞれは、液晶電極２２と呼応して且つ独立して制御可能であり、それ故、光を出射するように意図された位置のみが光を出射する。この実施形態においては、カラーフィルタアレイは用いられていないことに留意されたい。
電界が第１液晶電極２と第２液晶電極２６との間に存在する場合、液晶は電界の大きさに対応する程度に位置合わせされ、それにより、偏光光を回転し、ディスプレイからの偏光光の出射を可能にする。液晶が電極により形成される電界に応じて偏光光の経路を妨げる機構は、偏光面の回転を含み、これは当該技術分野において周知である。
図３を参照するに、本発明の第２実施形態においては、垂直共振器レーザ構造体２０は、結合されるとき、白色の偏光光を構成する種々の色を有する、微小な画素化された垂直微小共振器レーザ要素の組み合わせにより白色の偏光光を出射する。この構成においては、液晶層２４の上方にカラーフィルタ３４を付加することは、着色された垂直微小共振器レーザ要素を形成することに役立つ。液晶ディスプレイと共にカラーフィルタを堆積すること及び形成することは当該技術分野においては周知である。任意の反射防止層２７は図示されていないが、必要に応じて有することが可能である。
図４を参照するに、図３に示している構成の電力効率は、図１に示すように、着色された偏光光７を出射する垂直共振器レーザ構造体２０を用いることにより改善されることが可能であるが、インコヒーレントな励起層１７からの着色インコヒーレント光１１により任意にポンピングされる。図４における緑色のＯＬＥＤは、緑色レーザの垂直共振器レーザ構造体２０により実質的に吸収され、緑色レーザの垂直共振器レーザ構造体２０の光学ポンピングによく適合する光を生成することが理解されるべきである。同様に、これは、青色ＯＬＥＤ及び関連青色レーザについて並びに赤色ＯＬＥＤ及び関連赤色レーザについて真実である。これらの特定の層の材料の組み合わせを変えることが可能であり、又は全体的なディスプレイの要求に依存しない。着色インコヒーレント光１１の周波数は、垂直共振器レーザ構造体２０を任意にポンピングするために用いられる。インコヒーレント光励起層１７（及び、電極１２及び１６）は液晶電極２２と組み合わせて独立して制御されることはない。代替として、インコヒーレント光励起層１７（電極１２及び１６による）は液晶電極２２と組み合わせて独立して制御されることが可能である。このような構成は、光を出射することが見込まれる要素のみが電力供給されるために、垂直共振器レーザ構造体２０についてより電力効率の高い光ポンピング機構を提供することができる。
適切な垂直共振器レーザ構造体２０については、“Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｌａｓｅｒ Ｃａｖｉｔｙ”と題されたＲｏｎａｌｄ Ｓ．Ｃｏｋ等により２００３年６月２４日に出願された米国特許出願公開第１０／６０２，１４３号明細書及び“Ｗｈｉｔｅ−Ｌｉｇｈｔ Ｌａｓｅｒ”と題されたＲｏｎａｌｄ Ｓ．Ｃｏｋ等により２００３年５月２７日に出願された米国特許出願公開第１０／４４５，９８０号明細書に詳細に記載されていて、それらの特許文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。それらの参考文献においては、キャビティミラー、発光層及び横方向閉じ込め構造の製造のための種々の手段について記載されている。垂直共振器レーザ構造体２０の発光層１４を活性層と呼ぶことは一般的である。図２Ｂを参照するに、発光層２３は、光共振器構造を形成するように、ミラー層１９と２１との間に位置付けられる。一般に、発光層は、大きい面積のＬＥＤ装置により光学的にポンピングされる低閾値の垂直レーザ共振器装置の製造に対して重要である。基本的な垂直共振器レーザ構造体２０は、複数の発光種２９を有する発光層を有し、発光種２９の配向は制御されていない。発光層は光学的に励起されるため、発光層は、高効率動作を必要としない光電子輸送特性を有する材料及びアモルファス材料を有することが可能である。この層、又は、代替の実施形態においては、複数の層が光共振器を有するミラー要素間に形成される。例えば、係属中の“Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｌａｓｅｒ Ａｒｒａｙ Ｄｅｖｉｃｅ”と題されたＫｅｉｔｈ Ｂ Ｋａｈｅｎ等により２００２年５月２３日に出願された米国特許出願公開第１０／１５４，３７２号明細書においては、光フィールドの横方向の広がりの制御は、互いに位相ロックされる個別のミクロンサイズのレーザ画素のアレイを構築するために用いられ、その特許文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。下部の誘電体積層構造の反射率を変調させることにより装置のミクロンサイズのレーザ画素が与えられる。それらの画素からの発光は位相ロックされ、そのことにより、広い面積のソースにより装置を駆動することが可能である一方、レーザ出力は単一横モードに主に維持される。低電力密度の閾値を広い面積のソースによるポンピングと組み合わせることにより、装置を安価なインコヒーレントのＬＥＤにより光学的にク同意することが可能である。そのような横方向閉じ込めを生成するための他の手段は当該技術分野においては周知である。例えば、所謂、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）構造を、レーザ発光の方向に沿って又は横方向に光フィールドを閉じ込めるために用いられる。文献“Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ ｆｏｒ Ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ， Ｇｕｉｄｉｎｇ，ａｎｄ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ”，ｂｙ Ａｘｅｌ Ｓｃｈｅｒｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．１，Ｍａｒｃｈ ２００２，ｐａｇｅｓ ４−１１において、偏光発光の生成及び光閉じ込めの両方についてのＰＢＧ構造の使用について開示されている。類似して、文献“Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｆｒｏｍ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｂｙ Ｔｈｉｎ−Ｓｌａｂ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ ２３，１９９９，ｐａｇｅｓ １０３６−１０３８に、隣接する二次元フォトニック結晶を用いてパターニングされたインコヒーレントＬＥＤからの光取り出し効率の改善について記載されている。
それは、ＶＣＳＥＬが偏光制御のための機会を提供する垂直共振器レーザの技術において周知である。幾何学的に対称なＶＣＳＥＬプロセスは直交偏光状態を有する横モードを悪化させる。従って、特定の発振モードを強いるようにＶＣＳＥＬの対称性を壊す必要がある。そのような偏光出力装置は偏光光を生成するために非対称な幾何要素を用いる。係属中の“Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”と題されたＰ．Ｓｐｏｏｎｈｏｗｅｒ等により２００３年３月２４日に出願された米国特許出願公開第１０／３５９，４８４号明細書においては、有機垂直共振器レーザからの偏光光出力を発生させるための手段について開示されていて、その特許文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。非対称幾何要素は、キャビティミラーの反射率の修正により与えられる非対称の横方向閉じ込めを有する垂直共振器レーザ構造体２０であることが可能である。図５Ａは、このタイプの非対称幾何要素３６を有する垂直共振器レーザ構造体の模式的な平面図である。垂直共振器レーザ構造体２０の模式的な平面図は外付けの横方向閉じ込め構造体と共に示されている。代替として、非対称幾何要素は、レーザ共振器に隣接して位置付けられているフォトニックバンドギャップ構造体により与えられる非対称横方向閉じ込めを有する垂直共振器レーザ構造体２０であることが可能である。図５Ｂは、このタイプの非対称幾何要素３６を有する垂直共振器レーザ構造体の模式的名平面図である。フォトニックバンドギャップ４０は非対称方式でレーザ共振器の横方向の寸法を限定する。
代替として、非対称幾何要素は回折格子であることが可能である。図５Ｃは、非対称幾何要素３６として回折格子４２を有する垂直共振器レーザ構造体２０の模式的な平面図を示している。非対称幾何要素３６が回折格子である場合、その回折格子は、好適には、１つの偏光方向についての表面プラズモン光出力結合を改善する。次いで、図５Ｄは、非対称幾何要素３６としての回折格子を有する垂直共振器レーザ構造体２０の模式的な平面図を示している。偏光選択ミラー４４は、レーザ共振器内のかなり大きいマルチパス利得を与えるが、それは１つの好ましい方向に対してのみである（図５Ｄにおいて矢印で示している）。垂直共振器レーザ構造体２０は、より小さいポンプパワーにおけるレーザ発振についての閾値を達成し、好ましい偏光出力であるモードで発振する。
レーザ偏光制御についての多くの方法が存在している。例えば、文献“Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ”，ｂｙ Ｃａｒｌ Ｗ．Ｗｉｌｍｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９９において、空間的に非対称な垂直共振器レーザアレイ要素を使用することによる偏光モードの特定な制御であって、又、ここでは、非対称幾何要素と呼ぶ、特定な制御について記載されている。安定な単一偏光を有するレーザ出力を生成するための一機構は、非対称横方向閉じ込めにより１つの寸法において垂直共振器レーザ装置のサイズを減少させるようになっている。例えば、６ｘ３．５μｍの寸法を有する矩形形状の垂直共振器レーザ装置は、完全に対称的な装置幾何構成（６ｘ６μｍ）からサイズを減少させることにより基本モード出射の回折損失の増加を示す。このような基本モード出射の増加した回折損失は偏光レーザ出射方向のピニングに繋がる。同様に、文献“Ｌｏｗ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｓｅｒ”，ｂｙ Ｍａｒｋｏ Ｌｏｎｃａｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．１５，Ｏｃｔｏｂｅｒ ７，２００２，ｐａｇｅｓ ２６８０−２６８２において、そのようなフォトニックバンドギャップ構造の使用による偏光レーザ光の発生について記載されている。
代替のＰＢＧ構造、即ち、所謂、カイラルレーザについては、 “Ｃｈｉｒａｌ Ｌａｓｅｒ Ａｐｐｌｉｄａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”と題され、２００２年６月１１日に公開されたＶｉｃｔｏｒ Ｉｌ‘ｉｃｈ Ｋｏｐｐ等による米国特許第６，４０４，７８９号明細書と
“Ｃｈｉｒａｌ Ｌａｓｅｒ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａ Ｑｕａｒｔｅｒ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ”と題され、２００１年１１月１日に公開されたＶｉｃｔｏｒ Ｉｌ‘ｉｃｈ Ｋｏｐｐ等による米国特許出願公開第２００１／００３６２１２号明細書とに開示されている。それらの代替のＰＢＧ構造は、薄膜の偏光コヒーレント光源を製造するために、発光層と組み合わせてコレステリック液晶を用いている。それらのレーザ偏光は、米国特許出願公開第２００１／００３６２１２号明細書（上記）に開示されているように、λ／４板が偏光型を変換するために用いられるかどうかに依存して、円偏光又は線偏光されることが可能である。
偏光光を発生させるためにマイクロキャビティにおいて有機材料を用いるための他の方法が又、知られている。例えば、そのような方法の１つについて、文献“Ｎａｒｒｏｗ−Ｂａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｒｏｍ Ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｂｙ Ａ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，ｂｙ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．１８，Ｍａｙ ５，２００３，ｐａｇｅｓ ２９３９−２９４１に記載されている。そのようなマイクロキャビティ装置の光出力は、直交偏光された２つの微細なラインの発光モード、即ち、所謂ＴＥモード及びＴＭモードを有する。それらの２つのモードは、波長の関数としてのパワーにおいて略等しく、各々のモードの光強度は装置の利得曲線のピーク（この場合、６２０ｎｍ）で最大である。その装置が観測者の方向に関して角度を調節されるとき、個々の変更モードの波長は分かれる。波長フィルタリングにより、偏光モードの一を選択することが可能である。更に、
“Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｆｏｒ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ”と題され、２００２年８月８日に公開されたＪａｍｅｓ Ａ．Ｃｏｘ等による米国特許公開第２００２／０１０６１６０号明細書において、ＶＣＳＥＬの波長制御及び偏光のための導波モード回折格子共振反射器フィルタを用いる光学システムについて開示している。
偏光レーザ光を発生させる他の非対称幾何要素は偏光選択共振器要素を用いる。非対称の方式でレーザ共振器の利得に影響する何れの機構は偏光レーザ光出力を生成する可能性を有する。そのような影響は無機ＶＣＳＥＬについて示され、ミラー要素として偏光選択回折格子構造の使用を含む。それらのデザインについては、例えば、文献“Ｆｉｒｓｔ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ａｎｄ Ｈｉｇｈｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｇｒａｔｉｎｇｓ（ＧＩＲＯ−Ｇｒａｔｉｎｇｓ） Ｆｏｒ Ｌｏｎｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ＶＣＳＥＬ’ｓ”，ｂｙ Ｓ．Ｇｏｅｍａｎ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９８，ｐａｇｅｓ １２０５−１２０７に記載されている。更に、多層の偏光選択ミラーがマイクロキャビティレーザを製造するときに終端ミラーとして用いられることについて、文献“Ｇｉａｎｔ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｏｐｔｉｃｓ Ｉｎ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｉｒｒｏｒｓ”，ｂｙ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｆ．Ｗｅｂｅｒ ｅｔ．ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２８７，Ｍａｒｃｈ ３１，２０００，ｐａｇｅｓ ２４５１−２４５６に記載されている。
種々の構造化要素を有するインコヒーレント光エミッタを用いて偏光光を発生させる他の手段が存在する。例えば、表面プラズモン効果を用いる構造は偏光光を発生させる。例えば、文献“Ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｎ Ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ Ｏｐａｑｕｅ Ｍｅｔａｌ Ｌａｙｅｒ Ｖｉａ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ”，ｂｙ Ｄａｗｎ Ｋ．Ｇｉｆｆｏｒｄ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．２０，Ｍａｙ ２０，２００２，ｐａｇｅｓ ３６７９−３６８１と、“Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｏｎｅ Ｏｆ Ｔｗｏ Ｍｅｔａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ Ｏｆ Ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｖｉａ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｐｌａｓｍｏｎ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ”，ｂｙ Ｄａｗｎ Ｋ．Ｇｉｆｆｏｒｄ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｉｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．２３，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２，２００２，ｐａｇｅｓ ４３１５−４３１７とを参照されたい。Ｇｉｆｆｏｒｄ等は、下にある表面プロファイルをレプリカする続く層を堆積することにより後続される干渉パターンを有するガラス上のフォトレジストを露光することによりフォトルミネッセント表面プラズモン結合のための回折格子幾何構成を作製することについて開示している。
そのような上記の偏光インコヒーレント光エミッタを用いることにより、図１の３段階の構造が、図６に示すような２段階のみの構造で実施されることができる。図６を参照するに、第１電極１２は周期的な回折格子構造を規定する。そのような構造は、例えば、基板１０上に形成される偏光層（図１に示している）においてパターニングするために既知のフォトリソグラフィ技術を用いることにより形成される。第１電極１２及び第２電極１６それぞれと、発光層１４と、例えば、ＯＬＥＤ層は、偏光光７を出射する周期的な回折格子構造を構成する。このような偏光光７は出射され、上記のような液晶層の状態に応じて、ＬＣＤ層を透過する。ＯＬＥＤ層を用いている発光層１４は、当該技術分野においては既知であるように、例えば、発光層、電荷注入層及び電荷輸送層等の複数の副層を有することができる。発光層１４は、種々の色の偏光光７を出射するために図４に示すようにパターニングされ、液晶層２４の独立制御要素とアライメントされることが可能である。代替として、発光層１４は、全体として、白色光が独立制御要素から出射されるように、結合されるときに白色光を生成する種々の色を有する複数の微小なエミッタを用いてパターニングされることが可能である。
発光層１４の構成及び制御は、電極１２及び１６に対する連続的な単一導電コーティングを用いて容易に達成される。代替として、電極１２又は１６の一はパターニングされ、電極２２及び２６と関連付けられる光を生成するように個別に制御されることが可能である。電極１２は反射性であることが可能であり、それ故、液晶層２４から出射される何れの光は液晶層２４の方に反射される。電極１６は、発光層１４から垂直共振器レーザ構造体２０の方か又は液晶層２４の方に直接に光を通すように透過性である必要がある。透過性電極及び反射性電極については、基板コーティング技術として当該技術分野においては周知である。それらの適切な構造については、“Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｉｔｈ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ”と題され、２００２年６月２７日に公開されたＤ．Ａｎｄｒｅｗ等による米国特許公開第１０／１８４，３５８号明細書において開示されていて、その特許文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。独立制御電極２２及び２６並びに液晶層２４の構成については又、当該技術分野において周知である。特に、薄膜技術を用いるアクティブマトリクス制御装置が、ディスプレイの独立制御要素を活性化するように用いられることが可能である。
非対称発光構造６及び液晶要素８は、当該技術分野において周知の技術を用いて、カバー又は透明な保護コーティング（図示せず）内に封入されることが可能である。カバー又は代替としての透明な保護コーティングの両方は又、続く層が形成される基板としての役割を果たすことが可能であり、それ故、基板１０は連続して堆積される偏光層である。
本発明について、特定の好ましい実施形態を特別に参照して説明したが、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく変形及び修正が可能であることが理解されるであろう。
本発明の一実施形態の側面模式図である。 偏光光を与えるコヒーレント光光源を用いる本発明の他の実施形態の側面模式図である。 垂直共振器レーザ構造体の側面模式図である。 偏光光を与えるコヒーレント光光源を用いる本発明の代替の実施形態の側面模式図である。 偏光光を与えるコヒーレント光光源を用いる本発明の他の代替の実施形態の側面模式図である。 非対称幾何要素を有する垂直共振器レーザ構造体の平面模式図である。 代替の非対称幾何要素を有する垂直共振器レーザ構造体の平面模式図である。 代替の非対称幾何要素を有する垂直共振器レーザ構造体の平面模式図である。 偏光選択ミラーから成る代替の非対称幾何要素を有する垂直共振器レーザ構造体の平面模式図である。 偏光光を与える代替の光源を用いる本発明の実施形態の側面模式図である。

Claims (34)

  1. 偏光光を生成する非対称発光構造体であって：
    ａ）複数の発光種を有する発光層であって、前記発光種の配向は制御されていない、発光層；
    ｂ）前記発光層からの発光光を受け、偏光光を生成する非対称幾何要素；及び
    ｃ）前記発光層の励起手段；
    を有することを特徴とする非対称発光構造体。
  2. 請求項１に記載の非対称発光構造体であって、前記発光層は有機発光材料と無機発光材料とから成る群から選択される材料を有する、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  3. 請求項２に記載の非対称発光構造体であって、前記有機発光層材料は高分子と色素から成る群から選択される材料を有する、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  4. 請求項２に記載の非対称発光構造体であって、前記無機発光材料は、周期律表のＩＩ族及びＶＩ族と、ＩＩＩ族及びＶ族とから得られる化合物をを有する群から選択される材料と、それらの同じ族から作られる半導電性量子ドットとを有する、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  5. 請求項１に記載の非対称発光構造体であって、前記非対称幾何要素は非対称横方向閉じ込めを有する垂直共振器面発光レーザである、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  6. 請求項５に記載の非対称発光構造体であって、前記垂直共振器面発光レーザは有機である、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  7. 請求項５に記載の非対称発光構造体であって、前記垂直共振器面発光レーザは無機である、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  8. 請求項１に記載の非対称発光構造体であって、前記非対称幾何要素は回折格子である、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  9. 請求項８に記載の非対称発光構造体であって、前記回折格子は表面プラズモン光出力結合を改善する、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  10. 請求項１に記載の非対称発光構造体であって、前記非対称幾何要素は非対称横方向閉じ込めを有するフォトニック結晶である、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  11. 請求項１に記載の非対称発光構造体であって、前記発光層は白色光を発光する、ことを特徴とする非対称発光構造体。
  12. フラットパネルディスプレイであって：
    ａ）複数の発光種を有する発光層であって、前記発光種の配向は制御されていない、発光層；
    ｂ）前記発光層からの発光光を受け、偏光光を生成する非対称幾何要素；及び
    ｃ）前記発光層を励起する光励起層；並びに
    ｄ）前記偏光光が前記液晶により透過される透過性状態と前記偏光光が前記液晶により透過しない非透過性状態との間で切り換えられるように適合された液晶；
    を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  13. 請求項１２に記載のフラットパネルディスプレイであって：
    ａ）光学的に透明な絶縁性偏光層；
    を更に有するフラットパネルディスプレイであり、
    ｂ）前記光励起層は：
    ｉ）前記の光学的に透明な絶縁性偏光層の一の側に位置付けられている第１透明電極；
    ｉｉ）前記第１透明電極と前記の光学的に透明な絶縁性偏光層とを通って光励起層の外に透過して出るポンプビーム光を生成するように前記第１透明電極に隣接するポンプ層；並びに
    ｉｉｉ）前記ポンプ層に隣接する第２電極；
    を更に有する、光励起層であり、
    ｃ）垂直レーザ共振器構造体は前記の光学的に透明な絶縁性偏光層の他の側に位置付けされ、前記の光学的に透明な絶縁性偏光層を前記光励起層から透過する前記ポンプビーム光を受けるように備えられ、その垂直レーザ共振器構造体は：
    ｉ）前記光励起層から光を受け取り、且つ所定の波長範囲に亘って主に透過性又は反射性である第１手段；
    ｉｉ）前記光励起層から及び前記第１光受け取り手段から光を受け取り、且つレーザ光を生成するための有機活性層；並びに
    ｉｉｉ）前記有機活性層からの光を前記有機活性層に反射して戻す第２手段であって、前記第１手段と光を受け取る前記第２手段との組み合わせは前記偏光レーザ光を透過する、第２手段；
    を有する、
    ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  14. 請求項１３に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記垂直共振器レーザ構造体は群として配置され、各々の群は空間的共通距離を有し、同じ着色のモードロックされた光を出射する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  15. フラットパネルディスプレイであって：
    ａ）基板；
    ｂ）基板に対して形成された周期的回折格子構造；
    ｃ）前記周期的回折格子構造に対して形成され、前記回折格子構造に適合された第１電極構造；
    ｄ）前記第１電極層に対して形成され、前記回折格子に適合されたＯＬＥＤ層；
    ｅ）前記ＯＬＥＤ層に対して形成され、前記回折格子に適合された第２電極層であって、前記第１及び／又は第２電極層は金属層であり、それにより、前記周期的回折格子構造は前記の金属の電極層において表面プラズモン交差結合を有する、第２電極層；並びに
    ｆ）前記偏光光が液晶を透過する透過性状態と、前記偏光ＯＬＥＤ光が前記液晶を透過しない非透過性状態との間で切り換えられるように適合されている前記液晶；
    を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  16. 請求項１５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記基板は透明な保護コーティングである、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  17. 請求項１２に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記液晶は：
    ｉ）第１液晶電極及び第２液晶電極；並びに
    ｉｉ）液晶材料の層であって、電界が前記第１及び前記第２液晶電極により印加されないときに前記液晶材料は偏光光を透過せず、電界が前記第１及び前記第２液晶電極により印加されるときに前記液晶材料は偏光光を透過するように、前記第１液晶電極と前記第２液晶電極との間に位置付けられた前記液晶材料の層；
    を更に有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  18. 請求項１７に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記第１及び前記第２液晶電極は独立して制御可能なセルを構成する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  19. 請求項１８に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記発光層は種々の色の光を出射する複数の光エミッタを更に有し、前記の種々の色の光エミッタは前記の独立して制御可能な画素とアライメントされている、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  20. 請求項１８に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記発光層は白色光を出射し、前記の独立して制御可能な画素とアライメントされている複数のカラーフィルタアレイを更に有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  21. 請求項１８に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記発光層は独立して制御可能な画素を有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  22. ディスプレイシステムであって：
    ａ）インコヒーレント光を出射する光エミッタ；
    ｂ）前記インコヒーレント光を受け且つ前記インコヒーレント光に応じて第１方向に偏光されたレーザ光を出射するように適合された有機垂直共振器レーザ；
    ｃ）前記偏光レーザ光が前記液晶を透過する透過性状態と前記偏光レーザ光が前記液晶を透過しない非透過性状態との間で切り換えられるように適合された液晶；並びに
    ｄ）前記光エミッタを制御する制御器；
    を有することを特徴とするディスプレイシステム。
  23. 請求項２２に記載のディスプレイシステムであって、前記光エミッタ及び前記制御器は共通の基板に統合されている、ことを特徴とするディスプレイシステム。
  24. 請求項１５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記液晶は：
    ｉ）第１液晶電極及び第２液晶電極；並びに
    ｉｉ）液晶材料の層であって、電界が前記第１及び前記第２液晶電極により印加されないときに前記液晶材料は偏光光を透過せず、電界が前記第１及び前記第２液晶電極により印加されるときに前記液晶材料は偏光光を透過するように、前記第１液晶電極と前記第２液晶電極との間に位置付けられた前記液晶材料の層；
    を更に有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  25. 請求項１５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記第１及び前記第２液晶電極は独立して制御可能なセルを構成する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  26. 請求項２５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記ＯＬＥＤ層は種々の色の光を出射する複数のＯＬＥＤを更に有し、前記の種々の色のＯＬＥＤは前記の独立して制御可能な画素とアライメントされている、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  27. 請求項２５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記ＯＬＥＤ層は白色光を出射し、前記の独立して制御可能な画素とアライメントされた複数のカラーフィルタアレイを更に有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  28. 請求項２５に記載のフラットパネルディスプレイであって、前記ＯＬＥＤ層は独立して制御可能な画素を有する、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
  29. ディスプレイシステムであって：
    ａ）基板；
    ｂ）基板に対して形成された周期的回折格子構造；
    ｃ）前記周期的回折格子構造に対して形成され、前記回折格子構造に適合された第１電極構造；
    ｄ）前記第１電極層に対して形成され、前記回折格子に適合されたＯＬＥＤ層；
    ｅ）前記ＯＬＥＤ層に対して形成され、前記回折格子に適合された第２電極層であって、前記第１及び／又は第２電極層は金属層であり、それにより、前記周期的回折格子構造は前記の金属の電極層において表面プラズモン交差結合を有する、第２電極層；
    ｆ）前記偏光光が液晶を透過する透過性状態と、前記偏光レーザ光が前記液晶を透過しない非透過性状態との間で切り換えられるように適合されている前記液晶；並びに
    ｇ）前記光エミッタを制御する制御器；
    を有することを特徴とするディスプレイシステム。
  30. 請求項２９に記載のディスプレイシステムであって、前記光エミッタ及び前記制御器は共通の基板に統合されている、ことを特徴とするディスプレイシステム。
  31. 偏光レーザ光を生成する方法であって：
    ａ）複数の発光種を有する発光層を形成する段階であって、前記発光種の配向は制御されていない、段階；
    ｂ）前記発光層からの発光光を受け、それにより偏光レーザ光を生成する横方向非対称レーザ共振器構造を形成する段階；及び
    ｃ）前記発光層を励起する手段を備える段階；
    を有することを特徴とする方法。
  32. 請求項３１に記載の方法であって、前記横方向非対称レーザ共振器構造は非対称横方向閉じ込めを有する垂直共振器面発光レーザである、ことを特徴とする方法。
  33. 請求項３２に記載の方法であって、前記垂直共振器面発光レーザは有機である、ことを特徴とする方法。
  34. 請求項３２に記載の方法であって、前記垂直共振器面発光レーザは無機である、ことを特徴とする方法。

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