JP2010510619A - カラー光電子デバイス - Google Patents

Abstract

有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイスは、基板上に形成されたデバイスのサブピクセル１０、１２、１４をアドレス指定するための能動回路１６を含む該基板と、金属アノード層１８と、少なくとも発光層を含む有機層２２と、カソード層２６と、封入用層２８とを含む。デバイスは、異なる色の光を放射するように配置された各サブピクセルに対して十分に範囲を規定された異なる格子面間隔を有する少なくとも１つの光格子２４を含む。デバイスは、少なくとも１つの光格子２４に完全に依存して、各サブピクセルから外部結合された光の色を決定するようになっている。

Description

本発明は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ピクセルを含むマイクロディスプレイに関するものである。

全てのＬＥＤデバイスに光取出しの問題がある。この問題の根源は、従来の光学部品および内部全反射の概念にある。全てのＬＥＤデバイス（ＯＬＥＤおよび無機ＬＥＤ）は、高屈折率材料製薄膜積層体から成るので、デバイスから光子が漏れる可能性は、実際にはかなり低いため、ＬＥＤの外部効率は極めて制限される。従来の表示器ＬＥＤでは、この問題は、半球のプラスチック・シェルでデバイスを覆い、光の通過を可能にすることができる角度の数を増やすことによって解決される。ＯＬＥＤデバイスでは、通常、このＬＥＤデバイスが、情報ディスプレイとしての用途では平面状であることを要求されるため、解決策はより複雑である。

デバイス構造内に、または、デバイスに近接して、可視光線波長の大きさ程度の空間的寸法を有する１Ｄまたは２Ｄの格子構造体を挿入することにより、ＯＬＥＤデバイスの外部光結合の大きさ（マグニチュード）を制御可能であることが広く知られている。２Ｄ格子の場合は、光格子として既知である。効果がある程度波長に左右されることが示されている（Ｍ．Ｋｉｔａｍｕｒａ、Ｓ．Ｉｗａｍｏｔｏ、Ｙ．Ａｒａｋａｗａ、「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」、日本応用物理学会誌、第４４巻、Ｎｏ．４Ｂ、２００５年、２８４４〜２８４８頁）。

既知のＯＬＥＤマイクロディスプレイでは、発光は、高反射性のアノード金属（ＡｌまたはＴｉ）および部分反射性のカソード層によるマイクロキャビティ（微細凹所）の存在によって、既に１Ｄに限定されている。このキャビティの細かさと厚さは、発光色および外部結合の大きさを制御する。

取出す必要のある光の波長と同等の長さスケールでデバイス内に物理構造体を導入することにより、干渉効果によって、光の各種波長の外部結合を増大または減少させることができる。

マイクロキャビティにおける干渉効果は、２つの反射鏡または半反射鏡の間の発光制限によるものである。ＭｉｃｒｏＥｍｉｓｓｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ社製の既知のデバイスでは、反射鏡は、実際にはＯＬＥＤデバイスの電極である。

本発明は、光格子構造体を利用する。光格子における干渉効果は、特定波長の光の伝播を許さない周期性の物理構造体の形成によるものである。光結晶の効果を極大化するために、周期構造体が、デバイスの発光領域内に理想的に配置される。

本発明では、赤色、緑色および青色のピクセル（画素）の発光色を制御するのに光工学を用いる。

配列体である赤色、緑色および青色のサブピクセルのそれぞれの内部に、異なる格子面間隔を有する２Ｄの光構造体を挿入することによって、ディスプレイの彩度を制御するために、放射光の光度と色を用いることができる。さらに、ピクセルの前方放射が促進されることになるので、光クロストークを減らし、より小さなピクセルサイズを使用可能にすることもできるだろう。

本発明は、請求項１に記載されたＯＬＥＤマイクロディスプレイ・デバイスを提供する。本発明の選択的特徴は、従属請求項で規定されている。

以下、添付図面を見ながら、単なる例示として、本発明の説明を行う。

図１ｂ〜図１ｄと共に、互いに異なる形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図１ａ、図１ｃ、図１ｄと共に、互いに異なる形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図１ａ、図１ｂ、図１ｄと共に、互いに異なる形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図１ａ〜図１ｃと共に、互いに異なる形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図２ｂ、図２ｃと共に、互いに異なる格子面間隔を有する光ピクセル格子構造を示す概略図。 図２ａ、図２ｃと共に、互いに異なる格子面間隔を有する光ピクセル格子構造を示す概略図。 図２ａ、図２ｂと共に、互いに異なる格子面間隔を有する光ピクセル格子構造を示す概略図。 図３ｂ、図３ｃと共に、互いに異なる格子面間隔を有する代替例形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図３ａ、図３ｃと共に、互いに異なる格子面間隔を有する代替例形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 図３ｂ、図３ｃと共に、互いに異なる格子面間隔を有する代替例形状の光ピクセル格子構造を示す概略図。 本発明の一実施例に係るＯＬＥＤデバイスの部分的断面図。 既知の白色ＯＬＥＤデバイスのスペクトルを示す。 最適光ピクセルについて予測される外部結合を示す。 図５のスペクトルと組み合わせた図６の外部結合を示す。 図５のスペクトルと組み合わせた図６の外部結合を示す。 図５のスペクトルと組み合わせた図６の外部結合を示す。

図１ａは、発光領域２内に絶縁材料の支柱１を用いて構成された光格子を示す。図１ｂは、絶縁材料の壁４で閉じ込められた発光孫ピクセル（＝サブ・サブピクセル）３を有する代替格子を示す。図１ｃは、支柱５のより高密度の行列から形成された格子を示し、図１ｄは、フォトリソグラフィによって製作された支柱５’についてのより現実的な形状を示す。

そのような光格子構造体をマイクロディスプレイ・デバイスとして設計することができる。というのは、半導体パターニング技術、特にＣＭＯＳ技術は、非常に高い分解能（＜０．５μｍ）で金属（典型例はアルミニウム）および絶縁体（酸化シリコンまたは窒化シリコン）にパターン付与できるからである。

光格子の間隔を入念に設計すれば、光の特定の波長が強化された外部結合をもたらすことになる。諸ＲＧＢサブピクセルが差異および適切な格子面間隔を有するように設計することによって、各サブピクセルからの特定波長の外部結合を強化することができる。

したがって、図２ａ〜図２ｃは、図１ａに基づく格子ではあるが、図２ａでは青色光の外部結合が強化され、図２ｂでは緑色光の外部結合が強化され、図２ｃでは赤色光の外部結合が強化されるように異なる格子面間隔を有する格子を示す。

同様に、図３ａ〜図３ｃは、図１ｄに基づく格子ではあるが、図３ａでは青色光の外部結合が強化され、図３ｂでは緑色光の外部結合が強化され、図３ｃでは赤色光の外部結合が強化されるように異なった格子面間隔を有する格子を示す。

光格子は、ディスプレイの彩度を向上させるだけでなく、各ピクセルの前方放射発光を増大させる。

図４は、緑色サブピクセル１０、赤色サブピクセル１２、青色サブピクセル１４から形成されたピクセルを備えるデバイスを示す。このデバイスは、ＣＭＯＳ能動回路１６を備え、その上に金属アノード１８が形成されている。ピクセル壁２０は、アノード１８を貫通して有機層２２中に延在している。これらは、正孔および／または電子のトランスポート層、および発光層を含む。サブピクセル領域内のアノード１８上に、十分に範囲を規定された格子面間隔と格子深さを有する光格子要素２４が、例えば酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンから形成される。図２ａ〜図２ｃおよび図３ａ〜図３ｃに示されるように、格子面間隔は光の所望の色に対して最適である。また、デバイスは、順に、金属カソード層２６、封入用層２８および接着剤３０を有する。パターン付与によって、封入用層２８上に光格子要素３４を形成することもできる。図４のデバイスは、色フィルタを必要とせず、光格子に完全に依存して、各サブピクセルから外部結合される光の色を決定することに留意すべきである。

代替デバイス（図示せず）は、光格子層を１つだけ有する。

図５は、既知の２素子の白色ＯＬＥＤの正規化されたエレクトロルミネセンス・スペクトルを示す。

図６は、本発明による光格子を有するＲＧＢピクセルからの予測される外部結合関数を示す。

図７ａ〜図７ｃは、青色、緑色および赤色のサブピクセルについて、図５および図６のスペクトルをそれぞれ組み合わせたものであり、格子がこれらのＲＧＢサブピクセルの彩度をどのように増大させ得るかを示す。

Claims (7)

1. 有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイスにおいて、
   該デバイスが、
   基板上に形成されたデバイスのサブピクセルをアドレス指定するための能動回路を含む前記基板と、
   金属アノード層と、
   少なくとも発光層を含む有機層と、
   カソード層と、
   封入用層とを有し、
   前記デバイスは、異なる色の光を放射するように配置された各サブピクセルに対して十分に範囲を規定された異なる格子面間隔を有する少なくとも１つの光格子を含み、また、前記少なくとも１つの光格子に完全に依存して、各サブピクセルから外部結合された光の色を決定するようになされた有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
2. 前記光格子、または、複数の前記光格子のうちの１つが前記アノード層上に形成されている請求項１に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
3. 前記光格子、または、複数の前記光格子のうちの１つが前記デバイスの封入用層上に形成されている請求項１または請求項２に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
4. 各光格子が、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一種で形成されている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
5. 前記少なくとも１つの光格子が、格子材料の支柱から成る請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
6. 前記支柱が格子縞模様形態で配設されている請求項６に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。
7. 前記少なくとも１つの光格子が、交差する格子材料の壁で形成されている請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された有機発光ダイオードのマイクロディスプレイ・デバイス。

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