JP2021163743A - 高い軸上輝度及び低い色シフトのｑｄ−ｌｅｄ画素 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光デバイスに関して使用される層及びバンク構造体に関し、高屈折率封入材料内に埋め込まれたトップエミッション型構造体に関する効率を改善し、色シフトを低減し、軸上輝度を改善する。
【解決手段】基板と、基板の表面の上のサブ画素積層体と、基板上のサブ画素積層体を取り囲むバンクとを備え、また、内部空間内の第１の充填剤材料、及び第１の充填剤材料の上の第２の充填剤材料も備え、サブ画素積層体は、積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、第１の発光ピークを放出し、軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、第２の発光ピークを放出する。第１の発光ピークは、全内部反射を実質的に伴わずに、第１の充填剤材料と第２の充填剤材料との間の境界面を通って放出される。第２の発光ピークは、バンクの傾斜側壁部に到達する前に境界面によって全内部反射され、軸上方向に沿って放出される、発光構造体。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、全般的に、発光デバイスに関して使用される、特に量子ドットＬＥＤディスプレイに関して使用される、層及びバンク構造体に関する。特に、本開示は、バンクによって取り囲まれている高屈折率封入材料内に埋め込まれたトップエミッション型構造体に関する効率を改善し、色シフトを低減し、軸上輝度を改善することを追求する。
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、表示デバイス内で使用される最も一般的なＬＥＤの中の１つであるが、量子ドットは、より良好なスペクトル発光を有し、かつ化学的により安定であるため、ＯＬＥＤに対する改善として提案されている。量子ドットは、多くの場合、青色ＬＥＤ用の蛍光体として使用され、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライトとして存在している。従来のＬＥＤディスプレイは、ＬＥＤ構造体内にキャビティを有し、それらキャビティが光に対して効果を有する、洗練化手法を取っている。例えば、Ｋｏｄａｋ（米国特許出願公開第２００６０１５８０９８号）は、トップエミッション型構造体を説明しており、Ｓａｍｓｕｎｇ（米国特許第９５８３７２７号）は、反射領域間に発光領域を有し、反射領域の一方が部分的に透過性である、ＯＬＥＤ及びＱＬＥＤ構造体を説明している。
他のディスプレイは、ＬＥＤ内のキャビティの輝度を改善する方法を伴う。例えば、Ｓａｍｓｕｎｇ（米国特許出願公開第２０１５／００８４０１２号）は、ＯＬＥＤ構造体内での分散層の使用を説明しており、Ｓａｍｓｕｎｇ（米国特許第８８９４２４３号）は、効率を改善するための微細構造体散乱の使用を説明しており、３Ｍ（国際公開第２０１７／２０５１７４号）は、輸送層内での表面プラズモンナノ粒子又はナノ構造体の使用による、発光の強化を説明している。
キャビティに対する修正を伴う方法は、多くの場合、極めて小さいサイズの特徴部、又は層の制御を必要とするため、実施することが困難である。キャビティの修正に対する１つの代替案は、高屈折率を有する、厚い上部「充填剤」層を使用することであり、これにより、フレネル反射の低減、及び上部電極を介した透過率の増大が可能となる。しかしながら、高屈折率層内の光は、全内部反射（total internal reflection、ＴＩＲ）によって、殆どが捕捉される可能性がある。捕捉された光を抽出するために、充填剤層を取り囲む反射性及び／又は散乱性のバンクを使用して、ＴＩＲによって捕捉されている光をアウトカップルする。
ＴＣＬ（中国特許第１０６８７６５６６号）及びＪＯＬＥＤ（米国特許第９０２９８４３号）は、バンクと、キャビティの有機層の上方かつバンク間の充填剤材料とを有する、そのような画素配列を説明している。Ｈｉｔａｃｈｉ（米国特許第７０９１６５８号）は、電極金属材料を使用して反射性とすることが可能なバンクを説明しており、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈ（韓国公開特許第１０２０１５００２０１４０号）は、異なる組み立てステップを使用して異なる構造体に成形することが可能なバンクを説明しており、Ｓｈａｒｐ（米国特許第１００９０４８９号）は、有機層の下の成形反射器を説明している。
別の手法は、充填剤材料を制御することである。例えば、Ｇｌｏｂａｌ ＯＬＥＤ（米国特許第８２０７６６８号）は、波長の関数として光出力を最大化するために、充填剤及び有機層が、異なるサブ画素に関して異なる厚さを有する、制御することが可能な充填剤層を説明している。
別の手法は、有機層を制御することであり、これは、適切な材料選択（例えば、親液性／疎液性）によって達成することができる。例えば、Ｓｅｉｋｏ Ｅｐｓｏｎ（米国特許第７９０２７５０号）は、キャビティ層が湾曲しているが封入部が平坦化層であることを説明しており、ＪＯＬＥＤ（米国特許第９３１２５１９号）は、有機層が、直交方向において凸状及び凹状の双方であることを説明している。
更に別の手法では、Ｌｅｅら（「Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｉｘｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」、ＳＩＤ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｅｅｋ ２０１９会報）は、ＯＬＥＤ発光層の設計を使用する、画素バンク構造体のシミュレーションを説明している。そのような手法は、実際のバンク構造体に関する効率を最大化する、バンク構造体を使用する最適な抽出効率をシミュレートする。最適な解決策は、緑色光及びＩＴＯ電極のみを伴うものであるが、この解決策は、発光スペクトルが過度に広くなり、またそれゆえ劣った色域を有することになると同時に、軸上輝度（ユーザに対する見掛けの輝度）が考慮されていないため、そのようなデバイスにおいては実用的ではないであろう。
米国特許出願公開第２００６／０１５８０９８（Ａ１）号（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏｍｐａｎｙ、２００６年７月２０日公開）。 米国特許第９，５８３，７２７（Ｂ２）号（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ Ｌｔｄ、２０１７年２月２８日発行）。 米国特許出願公開第２０１５／００８４０１２（Ａ１）号（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ Ｌｔｄ、２０１５年３月２６日公開）。 米国特許第８，８９４，２４３（Ｂ２）号（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ Ｌｔｄ、２０１４年１１月２５日発行）。 国際公開第２０１７／２０５１７４（Ａ１）号（３Ｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ、２０１７年１１月３０日公開）。 中国公開特許第１０６８７６５６６（Ａ）号（ＴＣＬ、２０１７年６月２０日公開）。 米国特許第９，０２９，８４３（Ｂ２）号（ＪＯＬＥＤ Ｉｎｃ．、２０１５年５月１２日発行）。 米国特許第７，０９１，６５８（Ｂ２）号（Ｈｉｔａｃｈｉ、２００６年８月１５日発行）。 韓国公開特許第１０２０１５００２０１４０号（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈ、２０１５年２月２５日公開）。 米国特許第１０，０９０，４８９（Ｂ２）号（Ｓｈａｒｐ Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｙａ、２０１８年１０月２日発行）。 米国特許第８，２０７，６６８（Ｂ２）号（Ｇｌｏｂａｌ ＯＬＥＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ、２０１２年６月２６日発行）。 米国特許第７，９０２，７５０（Ｂ２）号（Ｓｅｉｋｏ Ｅｐｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２０１１年３月８日発行）。 米国特許第９，３１２，５１９（Ｂ２）号（ＪＯＬＥＤ Ｉｎｃ．、２０１６年４月１２日発行）。
Ｌｅｅら（「Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｉｘｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」、ＳＩＤ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｅｅｋ ２０１９会報、２０１９年発行）。
本開示は、ＬＥＤ構成内に量子ドット電子発光材料を含む、発光型ディスプレイを目的とする。
本開示の一態様によれば、発光構造体は、基板と、基板の表面の上のサブ画素積層体と、サブ画素積層体を取り囲み、サブ画素積層体の上方に内部空間を形成しているバンクと、内部空間内の、第１の屈折率を有する第１の充填剤材料と、第１の充填剤材料の上の、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の充填剤材料と、第１の充填剤材料と第２の充填剤材料との間の境界面とを備え、サブ画素積層体が、サブ画素積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、第１の充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、第１の充填剤材料内に第２の発光ピークを放出し、第１の発光ピークが、全内部反射を実質的に伴わずに、境界面を通って放出され、第２の発光ピークが、バンクの傾斜側壁部に到達する前に境界面によって全内部反射され、第２の発光ピークが、傾斜側壁部によって反射されて、実質的な全内部反射を伴わずに、軸上方向に沿って境界面を通って放出される。
一部の実施態様では、サブ画素積層体は、第１輸送層と第２輸送層との間の発光層と、第１輸送層に結合されている第１電極層と、第２輸送層に結合されている第２電極層とを含む。
一部の実施態様では、サブ画素積層体は、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、第１電極層は、基板上の金属層を有する底部反射器であり、サブ画素積層体が、軸上方向に沿って第１の充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、軸外方向に沿って第１の充填剤材料内に第２の発光ピークを放出するように、発光層と底部反射器との間の距離が予め規定されている。
一部の実施態様では、バンクの傾斜側壁部とサブ画素積層体の上面との間の角度は、第１の発光ピークの軸上方向と第２の発光ピークの軸外方向との間の角度の２分の１である。
一部の実施態様では、サブ画素積層体は、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、第１の発光ピークは、中心波長よりも短い、サブ画素積層体によって放出される波長に関して、第２の発光ピークよりも強度が高い。
一部の実施態様では、サブ画素積層体は、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、第１の発光ピークは、中心波長よりも長い、サブ画素積層体によって放出される波長に関して、第２の発光ピークよりも強度が低い。
一部の実施態様では、第２の充填剤材料は、第１の充填剤材料の上面全体を覆っている。
一部の実施態様では、第２の充填剤材料は、第１の充填剤材料の上面の一部分を覆っている。
一部の実施態様では、境界面は、第２の発光ピークがバンクの傾斜側壁部に到達する前に反射されるように、サブ画素積層体の上面に対して傾斜角を有する。
一部の実施態様では、発光層は、量子ドット発光材料を含み、第１輸送層は、正孔輸送層を含み、第２輸送層は、電子輸送層を含み、第１電極層は、発光層から放出された光を反射するための金属反射器を含むアノード層であり、第２電極層は、非金属の実質的に透明な材料を含むカソード層である。
一部の実施態様では、第２の屈折率は、第１の屈折率と実質的に同じである。
一部の実施態様では、第１の発光ピークは、発光構造体の中央領域において、軸上方向に沿って境界面を通って放出され、バンクの傾斜側壁部によって反射された第２の発光ピークは、発光構造体の周辺領域において、軸上方向に沿って境界面を通って放出され、軸上輝度が増大して、或る角度を有する軸外の色シフトが低減される。
一部の実施態様では、発光層は、量子ドット発光材料を含み、第１輸送層は、電子輸送層を含み、第２輸送層は、正孔輸送層を含み、第１電極層は、発光層から放出された光を反射するための金属反射器を有するカソード層であり、第２電極層は、非金属の実質的に透明な材料を有するアノード層である。
本開示の別の態様によれば、表示デバイスは、発光構造体を備える。発光構造体は、基板と、基板の表面の上のサブ画素積層体と、サブ画素積層体を取り囲み、サブ画素積層体の上方に内部空間を形成しているバンクと、内部空間内の、第１の屈折率を有する第１の充填剤材料と、第１の充填剤材料の上の、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の充填剤材料と、第１の充填剤材料と第２の充填剤材料との間の境界面とを含み、サブ画素積層体が、サブ画素積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、第１の充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、第１の充填剤材料内に第２の発光ピークを放出し、第１の発光ピークが、全内部反射を実質的に伴わずに、境界面を通って放出され、第２の発光ピークが、バンクの傾斜側壁部に到達する前に境界面によって全内部反射され、第２の発光ピークが、傾斜側壁部によって反射されて、実質的な全内部反射を伴わずに、軸上方向に沿って境界面を通って放出される。
本開示の別の態様によれば、サブ画素構造体は、第１輸送層と第２輸送層との間の発光層、第１輸送層に結合されている第１電極層、及び第２輸送層に結合されている第２電極層を含む、サブ画素積層体と、サブ画素積層体を取り囲み、サブ画素積層体の上方に内部空間を形成しているバンクと、内部空間内の、第１の屈折率を有する第１の充填剤材料と、第１の充填剤材料の上の、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の充填剤材料と、第１の充填剤材料と第２の充填剤材料との間の境界面とを備え、サブ画素積層体が、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、サブ画素積層体が、サブ画素積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、充填剤材料内に第２の発光ピークを放出するように、発光層と第１電極層との間の距離が予め規定されており、第１の発光ピークが、全内部反射を実質的に伴わずに、境界面を通って放出され、第２の発光ピークが、境界面によってバンクの傾斜側壁部上に完全に内部反射され、第２の発光ピークが、傾斜側壁部によって反射されて、全内部反射を実質的に伴わずに、軸上方向に沿って境界面を通って放出される。
一部の実施態様では、第１の発光ピークは、中心波長よりも短い、サブ画素積層体によって放出される波長に関して、第２の発光ピークよりも強度が高い。
一部の実施態様では、第１の発光ピークは、中心波長よりも長い、サブ画素積層体によって放出される波長に関して、第２の発光ピークよりも強度が低い。
一部の実施態様では、第１の発光ピークは、サブ画素構造体の中央領域において、軸上方向に沿って境界面を通って放出され、傾斜側壁部によって反射された第２の発光ピークは、サブ画素構造体の周辺領域において、軸上方向に沿って境界面を通って放出され、軸上輝度が増大して、サブ画素構造体の或る角度を有する軸外の色シフトが低減される。
一部の実施態様では、第２の充填剤材料は、第１の充填剤材料の上面の少なくとも一部分を覆っている。
一部の実施態様では、境界面は、第２の発光ピークがバンクの傾斜側壁部に到達する前に反射されるように、サブ画素積層体の上面に対して傾斜角を有する。
例示的開示の諸態様は、以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことにより、最も良好に理解される。様々な特徴部は、正確な縮尺では描かれていない。様々な特徴部の寸法は、論考の明瞭性のために、恣意的に増大又は縮小されている場合がある。
本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の一部分の断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、図１Ａの発光構造体内のサブ画素積層体の一部分の断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の一部分を示す。 本開示の例示的実施態様による、図２Ａの例示的な発光構造体で測定された、或る１つの波長における単一の発光ピークの例示的な角度分布図を示す。 本開示の例示的実施態様による、別の例示的な発光構造体の一部分を示す。 本開示の例示的実施態様による、図２Ｃの例示的な発光構造体で測定された３つの発光ピークの例示的な角度分布を示す。 本開示の例示的実施態様による、発光構造体からの例示的な角度分布図を示す。 本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、図４Ａの発光構造体内の３つのサブ画素積層体の３つの例示的構造の詳細な断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、図４Ａの発光構造体内の３つのサブ画素積層体の３つの例示的構造の詳細な断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、図４Ａの発光構造体内の３つのサブ画素積層体の３つの例示的構造の詳細な断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の断面模式図である。 本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の断面模式図である。
以下の開示は、本開示での例示的実施態様に関連する具体的情報を含む。本開示での図面、及びそれら図面に付随する詳細な説明は、単なる例示的実施態様を目的とするものである。しかしながら、本開示は、単にこれらの例示的実施態様に限定されるものではない。本開示の他の変形態様及び実施態様が、当業者には想起されるであろう。
特に断りのない限り、図中での同様の要素又は対応する要素は、同様の参照番号又は対応する参照番号によって示されている場合がある。更には、本開示での図面及び図は、全般的に正確な縮尺ではなく、実際の相対寸法に対応することを意図するものではない。
一貫性及び理解の容易性のために、同様の特徴部は、実施例の図において、同じ数字によって識別することができる（ただし、一部の実施例では図示せず）。しかしながら、異なる実施態様におけるそれらの特徴部は、他の点では異なる場合もあり、それゆえ、図に示されるものに狭義に制限されるものではない。
明細書本文では、語句「一実施態様では」又は「一部の実施態様では」を使用し、それぞれが、同じ実施態様又は異なる実施態様のうちの１つ以上を指すことができる。用語「含む、備える（comprising）」は、「含むが、必ずしも限定するものではない」ことを意味し、具体的には、そのように説明されている組み合わせ、グループ、シリーズ、及び同等物における、オープンエンドの包含又は帰属関係を示す。「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」又は「以下のＡ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」とは、「Ａのみ、又はＢのみ、又はＣのみ、あるいは、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組み合わせ」を意味する。
更には、説明及び非限定の目的のために、機能エンティティ、技術、プロトコル、標準規格などの具体的詳細が、説明されている技術の理解を提供するために記載されている。他の実施例では、周知の方法、技術、システム、アーキテクチャなどの詳細な説明は、不必要な詳細により説明を不明瞭にすることがないように省略されている。
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構成内に量子ドット電子発光材料を含む、発光型ディスプレイに関する。ＬＥＤ構成は、典型的には、電子輸送層（ＥＴＬ）と正孔輸送層（ＨＴＬ）との間に挟み込まれた、量子ドット（ＱＤ）発光材料の層（例えば、発光層）を含む。これら３つの層は、２つの導電層の間に挟み込まれて、サブ画素積層体を形成する。本開示の１つ以上の実施態様では、「トップ」エミッション型（ＴＥ）構造体が使用される。ＴＥ構造体は、ＴＥ構造体が上に配置されているガラス基板とは反対側の、ＴＥ構造体の側面からの発光を伴う。
本開示の１つ以上の実施態様では、ＴＥデバイスの製作は、ガラス基板上に堆積された、典型的には金属（例えば、銀又はアルミニウム）で作製された導電性反射材料の１つの厚い層を伴い、導電性反射層（例えば、反射性導電体又は反射性電極）上のＨＴＬ層、ＨＴＬ層上の発光層、発光層上のＥＴＬ層、及びＥＴＬ層上の透明電極層を有する。１つの好ましい実施態様では、反射性電極は、８０ｎｍ（すなわち、１０＾−９メートル）超の厚さを有する。別の好ましい実施態様では、反射性電極は、約１００ｎｍの厚さを有する銀の層と、約１０ｎｍの厚さを有するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の層とを含む。１つの好ましい実施態様では、ＨＴＬ層は、厚さ約４０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）の層と、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層上の約３５〜４５ｎｍの厚さを有するＴＦＢ（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン））の層とで作製されている。別の好ましい実施態様では、厚さ約２０ｎｍの発光層が、ＨＴＬ層上に配置され、ＥＴＬ層が発光層上に配置される。別の好ましい実施態様では、ＥＴＬ層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノ粒子で作製され、約３０〜８０ｎｍの厚さを有する。１つの好ましい実施態様では、透明電極層は、十分な電流を搬送するために十分に厚いが、光に対して透明となるように十分に薄い、薄い金属層であり、ＥＴＬ層上に配置される。好ましい一実施態様では、透明電極層は、約８０ｎｍの厚さを有するＩＴＯ層である。
本開示の１つ以上の実施態様では、発光層からの角度発光分布は、発光層と（例えば、サブ画素積層体の底部の）反射性電極層との間の距離によって決定することができ、この距離は、ＨＴＬ層の総厚さに直接依存している。発光層と反射性電極層との間の距離は、強め合う干渉が生じる、光源からの２つの方向の発光が存在するように、調整することができる。一方の方向は、軸上発光（例えば、サブ画素積層体の平面又は上面に対して垂直な発光）であり、他方の方向は、軸外発光である（例えば、発光が、軸上方向に対して角度を成している）。
反射性電極が完全な鏡である例示的実施態様では、反射性電極層は、発光層から、波長（例えば、λ）の距離で離れている。この距離は、発光層から、０．５波長、１波長、又は、０．５の倍数を有する任意の整数の波長で離れたものとすることができる。反射性電極が完全な鏡ではない（例えば、換言すれば、位相シフトが存在する）例示的実施態様では、反射点は、反射性電極の表面に正確に位置することはない。本開示の１つ以上の実施態様では、反射性電極は、例えば、２つの発光（例えば、軸上発光及び軸外発光）を生成するために、発光層から約１波長離れた距離にある。しかしながら、反射性電極における位相シフトの影響を相殺するために、この距離は、０．８７波長に調節される。発光層は、強め合う、反射性電極に対して垂直な軸上発光と、軸上発光に対して約５０°軸外の軸外発光とを生成することができ、それにより、ＨＴＬ層の厚さを得ることができる。
距離、厚さ、角度発光、及び波長間における、前述の相関関係は、以下の式によって表すことができる：
２（ｄ−ｄ’）ｃｏｓ（θＰ）＝Ｎλ・・・式（１）
ｄ＝Ｔ・・・式（２）
式中、ｄは、ＨＴＬ層内の全ての層（例えば、図１Ｂの１０４ｄ１及び１０４ｄ２）の全ての光学的厚さの合計であり、ｄ’は、反射性電極の上面から、有効な反射が生じる反射性電極の内側部分までの、光学的距離（例えば、図１Ｂのｄ’）であり、θＰは、軸上発光と軸外発光との間の角度（例えば、図１Ａ）であり、Ｎは、ゼロよりも大きい整数であり、λは、自由空間での波長であり、Ｔは、各層が異なる屈折率を有する、１つ以上の層（例えば、ＴＦＢ層及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層）を含み得るＨＴＬ層の総厚さである。式（１）及び式（２）により、厚さＴを適宜に調整することができる。例示的実施態様では、Ｎを１に等しくすることにより、広い順方向の発光方向を与えることができる。好ましい例示的実施態様では、ｄが予め定められており、かつθＰが０に等しい（例えば、ｄ−ｄ’＝λである）場合には、Ｎは２に等しくなり得る。それゆえ、Ｃｏｓ（θＰ）が１／２に等しい（例えば、θＰが６０°である）場合には、第２のピークが発生し得る。本開示の様々な要素（例えば、ＨＴＬ層、充填剤層など）の間の屈折率の差により、θＰは、１つの好ましい実施態様では６０°未満であり、θＰは、更に別の好ましい実施態様では約５０°〜５５°である。本開示で説明される用語「発光」は、放出される波長の分布を指し得るが、単一の波長に限定されるものではない。本開示での用語「波長」は、上記の式の文脈において、複数の波長の中でのピーク波長又は中心波長を説明するために使用することができるが、本明細書で提供される説明に限定されるものではない。
本開示は、提供される実施例に限定されるものではないが、これは、開示される構造体の基本的原理が、ＥＴＬ層及びＨＴＬ層の構成が反転された場合にも、依然として適用されるためである。本開示の１つの好ましい実施態様では、ＥＴＬ層又はＨＴＬ層のいずれが、ガラス基板から離れた発光層の発光側面上に配置されているかに関わらず、その輸送層は、よりガラス基板に近接して配置されている輸送層よりも薄い。
本開示の例示的実施態は、ＱＬＥＤ構造体に関連し得る。しかしながら、本開示は、ＱＬＥＤ構造体にのみ限定されるものではなく、ＯＬＥＤ構造体に関連する様々な実施態様に適用可能であり得る。
ＱＬＥＤサブ画素では、内部空間構造（例えば、キャビティ構造）は、サブ画素積層体とサブ画素積層体を取り囲むバンク構造体とによって、輪郭を示すことができる。より高い屈折率を有する充填剤材料を、サブ画素積層体の上方の内部空間構造内に配置することができる。バンク構造体は、高屈折率を有する充填剤材料と少なくとも同じ高さ、又はより高い高さを有し得る。バンク構造体はまた、一部の実施態様では、充填剤材料に対して、高さをより低くすることもできる。より高い屈折率を有する充填剤材料は、その充填剤材料の直上の低い屈折率を有する層よりも、内部空間から多くの光を抽出することができる。低屈折率層は、低屈折率層の上方に配置されている上部ガラス層によって隣接画素に光が結合されることを防ぐことによって、光学的クロストークを防止するために、充填剤材料の上に配置されている。低屈折率層は、より容易に吸収される、充填剤材料内の光を捕捉する。それゆえ、上部ガラス層内に光を結合することなく、より有効に充填剤材料から光を抽出することができる。１つ以上の実施態様では、低屈折率層は、空気間隙、１．１５の低い屈折率を有するＩｎｋｒｏｎ製のシロキサン系ナノ複合ポリマー、１．３７５の屈折率を有するポリ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート）、及び１．３７７の屈折率を有するポリ（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチルアクリレート）のうちの少なくとも１つとすることができる。
内部空間構造及び上部透明電極を有する本開示では、軸上発光及び軸外発光が存在するように、発光層と反射性電極との間の距離が、前述のように調整される。軸外発光は、バンクの傾斜面から反射されて、軸上方向に沿って充填剤材料を通って放出される前に、少なくとも１回、全内部反射（ＴＩＲ）を介して、充填剤材料の上面（例えば、境界面）上に反射されることになる。各画素の端部におけるバンク構造体は、バンク構造体の傾斜角（例えば、バンク角）が、軸上発光に対する、充填剤材料内への軸外発光の角度の、２分の１となるように設計されている。
本開示では、サブ画素積層体内の発光層は、典型的には主発光ピークと見なされる１つの中心波長を有する、或る範囲の波長の光を放出し得る。中心波長は、発光源からの発光スペクトルにおいて最も高いスペクトル輝度の波長である。本開示では、平均して中心波長よりも長い、発光層によって放出される波長に関しては、軸上発光よりも強い強度の軸外発光が生成される。軸上発光は、中心波長よりも短い波長に関して、軸外発光よりも強度が強い。
本開示によれば、全光出力効率が最大化されない場合であっても、軸上輝度は、ユーザによって知覚される輝度と同様に最大化される。軸上発光の光は、一般に、画素の中央領域においてユーザによって知覚され、軸外発光の光は、一般に、バンクの縁部において知覚されるため、これらの異なるスペクトル領域からの光の分布は、全ての角度でよりバランスの取れた色分布をもたらし、それにより様々な角度における色シフトを最小限に抑えることができる。
図１Ａは、本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の一部分の断面模式図である。図１Ａでは、例示的構造体１００は、基板１０２、サブ画素積層体１０４、バンク１０６、第１の充填剤材料１１０、第２の充填剤材料１１２、及びガラスカバー１２２を含み得る。本開示の１つ以上の実施態様では、第１の充填剤材料１１０は、より高い屈折率の材料とすることができ、第２の充填剤材料１１２は、第１の充填剤材料１１０に対して、より低い屈折率の材料とすることができる。サブ画素積層体１０４は、サブ画素積層体１０４の上方に内部空間１０８を形成するように、サブ画素積層体１０４を取り囲むバンク１０６と共に、基板１０２上に配置することができる。一実施態様では、例示的構造体１００は、画素構造体を含み得る。
図１Ａに示されるような本実施態様では、サブ画素積層体１０４を取り囲むバンク１０６によって形成されている、内部空間１０８内に、第１の充填剤材料１１０を配置することができる。第２の充填剤材料１１２は、第１の充填剤材料１１０及びバンク１０６の上に、連続的に配置することができる。
別の実施態様では、第２の充填剤材料１１２は、第１の充填剤材料１１０上に部分的に配置することができる。１つ以上の実施態様では、バンク１０６は、第１の充填剤材料１１０の厚さよりも、厚さを大きくすることができる。１つ以上の実施態様では、バンク１０６は、基板１０２と接触している。好ましい実施態様では、バンク１０６は、第２の充填剤材料１１２と接触しているか又は殆ど接触している場合がある。１つ以上の実施態様では、ガラスカバー１２２は、第２の充填剤材料１１２の上に連続的に配置することができる。
１つ以上の実施態様では、光は、サブ画素積層体１０４から、第１の充填剤材料１１０、第２の充填剤材料１１２、及びガラスカバー１２２を通って放出される。第１の充填剤材料１１０は、空気よりも高い屈折率を有し得ることにより、第１の充填剤材料１１０は、充填剤材料としての空気よりも高い程度まで、サブ画素積層体１０４から光を抽出することができる。サブ画素積層体１０４内に捕捉されている光を、迅速に吸収することができ、その一方で、第１の充填剤材料１１０内に捕捉された光は、バンク１０６の縁部に伝播して、反射によって抽出することができる。
１つ以上の実施態様では、第１の充填剤材料１１０は、サブ画素積層体１０４及び第２の充填剤材料１１２の屈折率よりも、高い屈折率を有し得る。一実施態様では、第２の充填剤材料１１２（例えば、より低い屈折率の層）は、空気間隙とすることができる。１つ以上の実施態様では、バンク１０６は、不透明とすることができる。第１の充填剤材料１１０に面しているバンク１０６の表面は、散乱反射性又は鏡面反射性とすることができ、基板１０２（例えば、ガラス基板）の平面に対して角度を成す（例えば、傾斜する）ことができる。
図１Ｂは、本開示の例示的実施態様による、図１Ａの発光構造体内のサブ画素積層体の一部分の断面模式図である。図１Ｂに示されるように、サブ画素積層体１０４は、第１電極層１０４ａ、ＥＴＬ層１０４ｂ、発光層１０４ｃ、ＨＴＬ層１０４ｄ、及び第２電極層１０４ｅを含む。
１つの例示的実施態様では、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、第１の充填剤材料１１０は、サブ画素積層体１０４の第１電極層１０４ａ上に配置することができ、第１電極層１０４ａの屈折率は、第１の充填剤材料１１０の屈折率と実質的に同じとすることができる。本実施態様では、第１電極層１０４ａは、透明上部電極とすることができ、第２電極層１０４ｅは、底部反射性電極とすることができる。第１電極層１０４ａは、非金属で実質的に透明であり、ＥＴＬ層１０４ｂ上に配置されている、カソード層とすることができる。第２電極層１０４ｅは、基板１０２上に配置することができ、発光層１０４ｃから放出された光を反射する金属反射器である、アノード層とすることができる。
しかしながら、第１電極層１０４ａ及び第２電極層１０４ｅの構成は、本明細書で提供される実施例に限定されるものではなく、反転させることもできる。例えば、第１電極層１０４ａは、発光層１０４ｃから放出された光を反射する金属反射器である、底部アノード層とすることができ、第２電極層１０４ｅは、非金属で実質的に透明な、上部カソード層とすることができる。
図１Ｂに示されるように、ＨＴＬ層１０４ｄは、ＴＦＢ層１０４ｄ１及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層１０４ｄ２を含み得る。別の実施態様では、ＨＴＬ層１０４ｄは、他の層を含み得るものであり、本明細書で提供される例示的な層に限定されるものではない。別の実施態様では、ＨＴＬ層１０４ｄ及びＥＴＬ層１０４ｂの前出の構成は、第１電極層１０４ａ及び第２電極層１０４ｅの構成に応じて反転させることもできる。
本開示の１つ以上の実施態様では、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、少なくとも１つの単一の発光ピークが、サブ画素積層体１０４から生成される。図１Ａを参照すると、発光ピークの主部分１１４（以降では、第１の発光ピーク１１４）及び発光ピークの他の部分１１６（以降では、第２の発光ピーク１１６）は、サブ画素積層体１０４から生成することができる。第１の発光ピーク１１４は、発光層１０４ｃから、発光層１０４ｃの上面に対して垂直に、ＥＴＬ層１０４ｂ、第１電極層１０４ａを通って、次いで、第１の充填剤材料１１０、第２の充填剤材料１１２、及びガラスカバー１２２を通って、全内部反射を実質的に伴わずに放出される、軸上発光とすることができる。
本開示の１つ以上の実施態様では、第２の発光ピーク１１６は、発光層１０４ｃから、第１の発光ピーク１１４に対してオフ角で第１の充填剤材料１１０内に放出される、軸外発光とすることができる。軸外の第２の発光ピーク１１６は、バンク１０６の傾斜側壁部１０７に到達する前に、少なくとも１回、全内部反射（ＴＩＲ）１１８として、境界面１２０（例えば、第１の充填剤材料１１０の上面）において全内部反射し得る。全内部反射を経た軸外の第２の発光ピーク１１６は、傾斜側壁部１０７から、軸上方向に沿って（例えば、発光層１０４ｃの上面に対して垂直な角度で）、全内部反射を実質的に伴わずに境界面１２０を通るように、反射することができる。
１つ以上の実施態様では、第１の発光ピーク１１４は、全内部反射を実質的に伴わずに、境界面１２０を通って放出され得る。好ましい実施態様では、傾斜側壁部１０７のバンク角θＢは、軸上の第１の発光ピーク１１４に対する軸外の第２の発光ピークの角度θＰの、２分の１である。この構成により、高い軸上輝度が達成される。
図２Ａは、本開示の例示的実施態様による、例示的な発光構造体の一部分を示す。図２Ｂは、本開示の例示的実施態様による、図２Ａの発光構造体の例示的な発光分布図を示す。
図２Ａでは、例示的構造体２００Ａは、少なくとも１つの単一の主発光ピークを含む複数の発光を放出するサブ画素積層体２０４、第１の充填剤材料２１０、第２の充填剤材料２１２、境界面２２０、及びガラスカバー２２２を含み得る。１つ以上の実施態様では、サブ画素積層体２０４、第１の充填剤材料２１０、第２の充填剤材料２１２、境界面２２０、及びガラスカバー２２２は、それぞれ、図１Ａの例示的構造体１００のサブ画素積層体１０４、第１の充填剤材料１１０、第２の充填剤材料１１２、境界面１２０、及びガラスカバー１２２に対応し得る。
図２Ａでは、例示的構造体２００Ａは、透明上部電極層を含み得る第１電極層、反射性底部電極層とすることが可能な第２電極層、及び境界面２２０（例えば、第１の充填剤材料２１０の表面）を有する。上述のように、単一の主発光ピークが、発光層によって生成される。主発光ピークの主部分２１４（例えば、図２Ａの直線矢印）は、第１の充填剤材料２１０及び第２の充填剤材料２１２を通過するが、その一方で、主発光ピークの他の部分（例えば、図２Ａでは標識されていない他の矢印）は、様々な角度で発散することにより、軸上輝度の低下がもたらされる。
上述のように、主発光ピークの主部分２１４（例えば、軸上発光）は、充填剤材料２１０、２１２を通って放出されるが、その一方で、発光ピークの他の部分（例えば、軸外発光）は、様々な角度で発散される。軸上の第１の発光ピーク２１４は、サブ画素積層体２０４の上面に対して垂直に放出されるが、その一方で、軸外発光（例えば、図２Ａでは標識されていない他の矢印）は、軸上発光に対してオフ角で、第１の充填剤材料２１０内に放出される。本実施態様では、軸上発光は、第１の発光ピーク２１４である。
図２Ｂの例示的な図２００Ｂを参照すると、或る１つの波長における主発光ピークの角度分布が、図２Ａの例示的構造体２００Ａの第１の充填剤材料２１０において測定されている。軸上の第１の発光ピーク２１４と、主発光ピークの軸外発光とが、この角度分布において示されている。
図２Ｃは、本開示の例示的実施態様による、別の例示的な発光構造体の一部分を示す。図２Ｄは、本開示の例示的実施態様による、図２Ｃの例示的構造体２００Ｃの第１の充填剤材料２１０において測定された、３つの発光ピークの角度分布を示す。
図２Ｃでは、例示的構造体２００Ｃは、図２Ａの例示的構造体２００Ａと同様の構造体を含み得る。それゆえ、例示的構造体２００Ｃの詳細は、簡潔性のために省略される。
例示的構造体２００Ａとは対照的に、例示的構造体２００Ｃ内の境界面２２０（例えば、第１の充填剤材料２１０の上面）は、より高い屈折率を有する。例示的構造体２００Ｃでは、軸上の第１の発光ピーク２１４（例えば、実線矢印）は、サブ画素積層体２０４の発光層から放出され、その一方で、主発光ピークの軸外発光（以降では、第２の発光ピーク２１６、例えば、他の実線矢印）は、サブ画素積層体２０４から放出され、サブ画素積層体２０４の上面に対して垂直な角度で傾斜側壁部２０７から反射される前に、少なくとも１回、全内部反射２１８を介して、境界面２２０に対して内部に全反射される。境界面２２０（例えば、高屈折率の第１の充填剤材料２１０の表面）の１つ以上の実施態様では、第２の発光ピーク２１６は、垂直な角度で傾斜側壁部２０７から反射される前に、少なくとも１回、全内部反射２１８を介して、境界面２２０に対して内部に全反射し得る。
そのような構成により、より高い軸上輝度が達成される。対照的に、境界面２２０が存在しない（例えば、第１の充填剤材料２１０の表面が高屈折率を有さない）場合、軸外発光（例えば、例示的構造体２００Ｃ内の点線矢印）は、バンクへと内部に全反射することができず、むしろ、第１の充填剤材料２１０、第２の充填剤材料２１２、及びガラスカバー２２２で屈折され得ることにより、軸上輝度の低減をもたらし得る。
図２Ｄの例示的な図２００Ｄを参照すると、３つの発光ピークの角度分布が、図２Ｃの例示的構造体２００Ｃの第１の充填剤材料２１０において測定されている。例示的な図２００Ｄは、軸上の第１の発光ピーク２１４と、ＴＩＲを経たことにより、軸上の第１の発光ピーク２１４を囲い込む２つの第２の発光ピーク２１６をもたらす、軸外発光とを示している。
図３は、本開示の例示的実施態様による、発光構造体からの角度分布の例示的な図３００Ａ、図３００Ｂ、及び図３００Ｃを示す。図３で説明される例示的な図３００Ａ、図３００Ｂ、及び図３００Ｃは、図２で説明された例示的な図２００Ｂ及び図２００Ｄに実質的に対応し得る点に留意されたい。それゆえ、例示的な図３００Ａ、図３００Ｂ、及び図３００Ｃの詳細は、簡潔性のために省略される。
発光ピーク間には、強め合う干渉が存在することになる。これらの干渉は、波長依存性であり、材料は一般に、それらの性質上、光の伝搬に向けて分散性である。発光層からの発光は、効率及び軸上輝度の最大化に関連する計算上、有限のスペクトル幅に従う。白色点の高い変動性が、極角の関数として認められる。本開示の１つ以上の実施態様では、発光構造体は、軸上輝度を最大化し、色シフトを最小限に抑える。
図３では、例示的な図３００Ａは、単一の中心ピーク（又は、複数のピークが存在する場合には、一次ピーク）を有する、実際の発光スペクトルを示す。発光層と底部電極層との間の距離は、充填剤材料（例えば、高屈折率の第１の充填剤材料）内への軸上発光と軸外発光との（例えば、図３００Ｂ又は図３００Ｃでの第１の発光ピーク３１４と第２の発光ピーク３１６との）相対強度を制御することができるように選択される。
図３の例示的な図３００Ｂ及び図３００Ｃは、サブ画素積層体から放出された光が、中心波長が存在する複数の波長を有することを示している。例示的実施態様では、サブ画素積層体によって放出される発光波長の殆どは、中心波長（例えば、例示的な図３００Ｂの３１４）よりも短く（例えば、例示的な図３００Ｂの３１６）、その一方で、中心波長（又は、軸上発光）は、より短い波長（又は、軸外発光）よりもスペクトル的に強度が高い。別の例示的実施態様では、サブ画素積層体によって放出される発光波長の殆どは、中心波長（例えば、例示的な図３００Ｃの３１４）よりも長く（例えば、例示的な図３００Ｃの３１６）、中心波長（又は、軸上発光）は、より短い波長（又は、軸外発光）よりもスペクトル的に強度が低い。軸上発光からの発光は、画素のバルク領域から来る一方で、軸外発光からの光は、画素の縁部から来るように見えるため、発光は、各発光が異なるスペクトルを有し得るが、様々な角度において低い色シフトを達成するようにバランスを取ることができる。
図４Ａは、本開示の例示的実施態様による発光構造体の、例示的構造体４００Ａの断面模式図である。図４Ａの例示的構造体４００Ａは、ガラス基板４０２、サブ画素積層体４０４、バンク４０６、第１の充填剤材料４１０、第２の充填剤材料４１２、及びガラスカバー４２２を含む。例示的構造体４００Ａは、図１Ａで説明された例示的構造体１００に実質的に対応し得る。それゆえ、例示的構造体４００Ａの詳細は、簡潔性のために省略される。
図４Ａでは、例示的構造体４００Ａは、図１Ａの例示的構造体１００とは異なっているが、これは、例示的構造体４００Ａが、３つの異なる画素に関する３つの発光構造体４００Ｂ、４００Ｃ、及び４００Ｄ（例えば、３つのサブ画素積層体）を含むためである。本開示の１つ以上の実施態様では、例示的構造体４００Ａは、青色画素に関する例示的構造体４００Ｂ、緑色画素に関する例示的構造体４００Ｃ、及び赤色画素に関する例示的構造体４００Ｄを含み得る。別の実施形態では、例示的構造体４００Ａは、４つ以上の画素に関する４つ以上の例示的構造体を含む場合があり、説明される実施例に限定されるものではない。
１つ以上の実施態様では、第１の発光ピーク４１４は、全内部反射４１８を実質的に伴わずに、第１の充填剤材料４１０及び第２の充填剤材料４１２の双方を通って軸上方向に放出される。第２の発光ピーク４１６は、サブ画素積層体４０４から、第１の充填剤材料４１０と第２の充填剤材料４１２との間の境界面４２０（例えば、第１の充填剤材料４１０の上面）に向けて、軸外方向で放出され、全内部反射４１８を実質的に伴わずに軸上方向に沿ってバンク４０６の傾斜側壁部４０７から反射される前に、少なくとも１回、境界面４２０によって全内部反射される（例えば、４１８）。
図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、本開示の例示的実施態様による、図４Ａの発光構造体内の３つのサブ画素積層体の、３つの例示的構造体４００Ｂ、４００Ｃ、及び４００Ｄ（例えば、３つの点線円）の詳細な断面模式図である。例示的構造体４００Ｂ〜４００Ｄは、第１電極層４０４ａ、ＥＴＬ層４０４ｂ、発光層４０４ｃ、ＴＦＢ層４０４ｄ１とＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層４０４ｄ２とを含むＨＴＬ層４０４ｄ、及び第２電極層４０４ｅをそれぞれが含む、例示的なサブ画素積層体４０４である。例示的構造体４００Ｂ〜４００Ｄは、図１Ｂで説明された例示的構造体１００に実質的に対応し得る。それゆえ、例示的構造体４００Ｂ、４００Ｃ、及び４００Ｄの詳細は、簡潔性のために省略される。
３つの例示的構造体４００Ｂ〜４００Ｄは、３つの色の画素（例えば、それぞれ、青色、緑色、及び赤色の画素）に関するサブ画素積層体４０４である。発光層と発光構造体の底部の反射性電極との間の距離、又はＨＴＬ層の厚さは、強め合う軸上の第１の発光ピーク４１４と軸外の第２の発光ピーク４１６とが放出されるように、調整することができる。
１つ以上の実施態様では、３つの例示的なサブ画素積層体４００Ｂ〜４００ＤのＴＦＢ層４０４ｄ１は、異なる厚さを有し、それにより、ＴＦＢ層４０４ｄ１のそれぞれの厚さｔ（例えば、ｔＢ、ｔＧ、及びｔＲ）を調整することにより、例示的なサブ画素積層体４００Ｂ〜４００Ｄのそれぞれにおける、第１の発光ピーク４１４と第２の発光ピーク４１６との相対強度を変更することができる。それゆえ、全体的な輝度が調節され、色シフトが低減される。
１つの例示的実施態様では、（約４３５ｎｍの中心波長を放出する）青色画素に関する例示的構造体４００Ｂ内のＴＦＢ層４０４ｄ１の厚さｔＢは、約７５ｎｍであり、（約５３０ｎｍの中心波長を放出する）緑色画素に関する例示的構造体４００Ｃ内のＴＦＢ層４０４ｄ１の厚さｔＧは、約１１５ｎｍであり、（約６２０ｎｍの中心波長を放出する）赤色画素に関する例示的構造体４００Ｄ内のＴＦＢ層４０４ｄ１の厚さｔＲは、約１５０ｎｍである。好ましい実施態様では、発光層と反射性電極との間の厚さ又は距離は、屈折率を考慮する場合、青色画素、緑色画素、及び赤色画素のそれぞれに関する波長の０．５３である。好ましい実施態様の距離（距離が０．５３である場合）と理想的な実施態様の距離（距離が０．７８である場合）との間のオフセットは、使用される反射性電極からもたらされる。例示的実施態様では、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄにそれぞれ示されている、例示的構造体４００Ｂ、４００Ｃ、及び４００Ｄは、ＨＴＬ層４０４ｄの層のうちの一方（例えば、ＴＦＢ層４０４ｄ１）のみにおいて厚さが変化している。しかしながら、本開示の１つ以上の実施態様では、ＨＴＬ層４０４ｄの任意の層又は全ての層は、総光学的厚さが、ＨＴＬ層４０４ｄのうちの一方のみの厚さが変化する場合の総光学的厚さと同じとなるように、厚さが変化し得る。
図５は、本開示の例示的実施態様による発光構造体の、例示的構造体５００の断面模式図である。例示的構造体５００は、ガラス基板５０２、サブ画素積層体５０４、バンク５０６、第１の充填剤材料５１０、第２の充填剤材料５１２、及びガラスカバー５２２を含む。例示的構造体５００は、図１Ａで説明された例示的構造体１００に実質的に対応し得る。それゆえ、例示的構造体５００の詳細は、簡潔性のために省略される。
１つ以上の実施態様では、例示的構造体５００は、第１の充填剤材料５１０を部分的に覆う第２の充填剤材料５１２を、例示的構造体５００が有するという点で、図１Ａの例示的構造体１００とは異なっている。１つ以上の実施態様では、（例えば、より低い屈折率を有する）第２の充填剤材料５１２は、フレネル反射損失を低減するために、（例えば、より高い屈折率を有する）第１の充填剤材料５１０の諸部分を部分的に覆っている。フレネル損失とは、通過する光のうちの一部分が、通過する代わりに反射される、部分損失である。反射された光は跳ね返り、ピーク輝度には寄与しないため、部分損失となる。反射される光の量は、充填剤材料５１０、５１２の屈折率の差に依存し、例えば、より小さい屈折率の差は、損失を低減し得る。
本実施態様では、第２の充填剤材料５１２は、バンク５０６に直近の、第１の充填剤材料５１０の周辺部分を除いて、第１の充填剤材料５１０の表面領域（例えば、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面）の大部分を覆っている。それゆえ、バンク５０６から反射された光によるフレネル損失を防ぐことができるように、第２の充填剤材料５１２（例えば、より低い屈折率の層）は、バンク５０６の直上には配置されていない。
第１の発光ピーク５１４は、例示的構造体５００の中央領域において、軸上方向に沿って境界面５２０を通って放出され得る。第２の発光ピーク５１６は軸外方向で放出され、バンク５０６の傾斜側壁部５０７に到達する前に、少なくとも１回、全内部反射５１８を介して、境界面５２０によって反射され、傾斜側壁部５０７に直近の、第１の充填剤材料５１０の周辺部分において、軸上方向に沿って境界面５２０を通って放出され得る。このことは、より高い効率、軸上輝度の増大、及び、様々な角度における軸外の色シフトの低減をもたらす。
別の実施態様では、第２の充填剤材料５１２は、第１の充填剤材料５１０の中央部分の実質的に上の表面領域のみを覆うことができる。第１の充填剤材料５１０に対する第２の充填剤材料５１２の物理的構成は、これらの例示的構成に限定されるものではない。第２の充填剤材料５１２は、説明されていない別の方式で、第１の充填剤材料５１０を部分的に覆うことができる。
図６は、本開示の例示的実施態様による発光構造体の、例示的構造体６００の断面模式図である。例示的構造体６００は、ガラス基板６０２、サブ画素積層体６０４、バンク６０６、第１の充填剤材料６１０、第２の充填剤材料６１２、及びガラスカバー６２２を含む。例示的構造体６００は、図１Ａの例示的構造体１００に実質的に対応し得る。それゆえ、例示的構造体６００の詳細は、簡潔性のために省略される。
１つ以上の実施態様では、例示的構造体６００は、図１Ａの例示的構造体１００とは異なるが、これは、例示的構造体６００が、第１の充填剤材料６１０を部分的に覆う第２の充填剤材料６１２を有し、第１の充填剤材料６１０及び第２の充填剤材料６１２が、双方とも内部空間６０８を占有しており、第１の充填剤材料６１０と第２の充填剤材料６１２との間の境界面６２０の一部分が、サブ画素積層体６０４の上面を基準として、角度を成して、具体的には境界面角度θＩで、存在し得るためである。傾斜側壁部６０７のバンク角θＢと、境界面角度θＩと、軸上の第１の発光ピーク６１４に対する軸外の第２の発光ピークの角度θＰとの間の相関関係は、以下の式によって表すことができる：
θＢ＝θＩ＋（θＰ／２）・・・式（３）
図１Ａの例示的構造体１００では、第１の充填剤材料１１０と第２の充填剤材料１１２との間の境界面１２０が、サブ画素積層体１０４の上面に対して平行であるため、境界面角度θＩはゼロである。それゆえ、式（３）は、θＢ＝（θＰ／２）へと誘導することができる。換言すれば、例示的構造体１００におけるバンク角θＢは、例示的構造体１００における第２の発光ピーク角度θＰの２分の１である。
１つ以上の実施態様では、傾斜側壁部６０７に直近の、第１の充填剤材料６１０と第２の充填剤材料６１２との間の境界面６２０の一部分は、バンク６０６に向けて上向きに角度付けされている。換言すれば、傾斜側壁部６０７に直近の境界面６２０の一部分は、図６に示されるように、サブ画素積層体６０４の上面に対して、角度を成して、具体的には境界面角度θＩで、存在している。
境界面角度θＩを有する境界面６２０は、傾斜表面領域（例えば、Ｙ−Ｚ平面とＸ−Ｙ平面との間の平面）を有する。境界面６２０の傾斜表面領域は、バンク６０６の傾斜側壁部６０７に到達する前に、第２の発光ピーク６１６の全内部反射６１８を介した最後の反射が生じる場所である。境界面６２０の傾斜表面領域の範囲は、バンク６０６の上面から第２の充填剤材料６１２の傾斜表面領域の開始までの、距離ＤＢＳに依存する。１つの好ましい実施態様では、図６を参照すると、距離ＤＢＳは、総厚さＴＡＦ及びバンク角θＢに相関する。総厚さＴＡＦは、第１の充填剤材料６１０及び第２の充填剤材料６１２の中央付近での、第１の充填剤材料６１０（例えば、第１の充填剤材料６１０の最も薄い部分）の厚さと第２の充填剤材料６１２の厚さＴ２ｆとの合計である。更には、距離ＤＦは、以下の式において、厚さＴ２ｆ及び境界面角度θＩに、あるいは、総厚さＴＡＦ、第２の充填剤材料６１２の厚さＴ２ｆ、軸上の第１の発光ピーク６１４に対する軸外の第２の発光ピークの角度θＰ、及び境界面角度θＩに相関する：
ＤＢＳ＝ＴＡＦ／ｔａｎθＢ・・・式（４）
ＤＦ＝Ｔ２ｆ ＊ｔａｎ（θＩ）＝（ＴＡＦ−Ｔ２ｆ）＊ｔａｎ（θＰ＋２θＩ）・・・式（５）
上記の様々なパラメータを調節することによって、好ましいバンク角θＢを得ることができる。
１つ以上の実施態様では、バンク角θＢを狭くすることができる。１つの好ましい実施態様では、バンク角θＢは、画素のバンク６０６が、より広いバンク角を有する別のバンク表面領域よりも大きいバンク表面領域（例えば、図６のＹ−Ｚ平面とＸ−Ｙ平面との間の傾斜側壁部６０７の平面）を有し得るように、約２０〜４０°である。ＱＬＥＤなどの発光型ディスプレイに関しては、より高い表面輝度は、製品寿命の低下をもたらす恐れがあるため、達成することが可能な表面輝度には限界がある。それゆえ、狭いバンク角及び高いバンク表面積は、全体的な輝度を低減すると同時に、軸上輝度を改善することができる。
１つ以上の実施態様では、軸外の第２の発光ピーク６１６が、少なくとも１回、傾斜側壁部６０７に直近の境界面６２０の部分に対して、全内部反射（６１８）した後、第２の発光ピーク６１６の角度は、その最後の全内部反射６１８の際に変化することにより、第２の発光ピーク６１６が軸上方向に沿って放出される結果をもたらす。より狭いバンク角、及びより大きい投影バンク表面積は、好ましいコリメート性能をもたらす。
本開示の１つ以上の実施態様では、ＩＴＯ上部透明電極を有するトップエミッション型構造体は、ランバート光源に関する１のコリメーション比と比較して、より高いコリメーション比、例えば２．２６をもたらす。輝度向上フィルムを有する標準的なＬＣＤバックライトは、約３〜３．５のコリメーション比を有し、典型的な内部空間構造（例えば、キャビティ構造）と金属上部電極とを有するＯＬＥＤ／ＱＬＥＤは、約２のコリメーション比を有し、（キャビティ構造よりも良好な色シフト及び効率をもたらす）透明ＩＴＯ上部電極を有するＯＬＥＤ／ＱＬＥＤは、約１．０３のコリメーション比を有する。
本開示から、様々な技術が、本開示で説明される構想を実施するために、それらの構想の範囲から逸脱することなく使用され得る点が分かる。これらの構想は、特定の実施態様を具体的に参照して説明されてきたが、当業者であれば、それらの構想の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えることができる点を認識することができる。
それゆえ、説明される実施態様は、全ての点で、例示的であって制限的ではないものとして考慮されるべきである。本開示は、説明される特定の実施態様に限定されるものではなく、むしろ、本開示の範囲から逸脱することなく、多くの再構成、修正、及び置換が可能である点もまた理解されたい。

Claims (20)

  1. 発光構造体であって、
    基板と、
    前記基板の表面の上のサブ画素積層体と、
    前記サブ画素積層体を取り囲み、前記サブ画素積層体の上方に内部空間を形成しているバンクと、
    前記内部空間内の、第１の屈折率を有する第１の充填剤材料と、
    前記第１の充填剤材料の上の、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の充填剤材料と、
    前記第１の充填剤材料と前記第２の充填剤材料との間の境界面と、
    を備え、
    前記サブ画素積層体が、前記サブ画素積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、前記第１の充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、前記軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、前記第１の充填剤材料内に第２の発光ピークを放出し、
    前記第１の発光ピークが、全内部反射を実質的に伴わずに、前記境界面を通って放出され、
    前記第２の発光ピークが、前記バンクの傾斜側壁部に到達する前に、前記境界面によって全内部反射され、
    前記第２の発光ピークが、前記傾斜側壁部によって反射されて、実質的な全内部反射を伴わずに、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出される、発光構造体。
  2. 前記サブ画素積層体が、
    第１輸送層と第２輸送層との間の発光層と、
    前記第１輸送層に結合されている第１電極層と、
    前記第２輸送層に結合されている第２電極層と、を含む、請求項１に記載の発光構造体。
  3. 前記サブ画素積層体が、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、
    前記第１電極層が、前記基板上の金属層を有する底部反射器であり、
    前記サブ画素積層体が、前記軸上方向に沿って前記第１の充填剤材料内に前記第１の発光ピークを放出し、前記軸外方向に沿って前記第１の充填剤材料内に前記第２の発光ピークを放出するように、前記発光層と前記底部反射器との間の距離が予め規定されている、
    請求項２に記載の発光構造体。
  4. 前記バンクの前記傾斜側壁部と前記サブ画素積層体の前記上面との間の角度が、前記第１の発光ピークの前記軸上方向と前記第２の発光ピークの前記軸外方向との間の前記角度の２分の１である、請求項１に記載の発光構造体。
  5. 前記サブ画素積層体が、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、
    前記第１の発光ピークが、前記中心波長よりも短い、前記サブ画素積層体によって放出される波長に関して、前記第２の発光ピークよりも強度が高い、
    請求項１に記載の発光構造体。
  6. 前記サブ画素積層体が、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、
    前記第１の発光ピークが、前記中心波長よりも長い、前記サブ画素積層体によって放出される波長に関して、前記第２の発光ピークよりも強度が低い、
    請求項１に記載の発光構造体。
  7. 前記第２の充填剤材料が、前記第１の充填剤材料の上面全体を覆っている、請求項１に記載の発光構造体。
  8. 前記第２の充填剤材料が、前記第１の充填剤材料の上面の一部分を覆っている、請求項１に記載の発光構造体。
  9. 前記境界面が、前記第２の発光ピークが前記バンクの前記傾斜側壁部に到達する前に反射されるように、前記サブ画素積層体の前記上面に対して傾斜角を有する、請求項１に記載の発光構造体。
  10. 前記発光層が、量子ドット発光材料を含み、
    前記第１輸送層が、正孔輸送層を含み、
    前記第２輸送層が、電子輸送層を含み、
    前記第１電極層が、前記発光層から放出された光を反射するための金属反射器を含むアノード層であり、
    前記第２電極層が、非金属の実質的に透明な材料を含むカソード層である、
    請求項２に記載の発光構造体。
  11. 前記第２の屈折率が、前記第１の屈折率と実質的に同じである、請求項２に記載の発光構造体。
  12. 前記第１の発光ピークが、前記発光構造体の中央領域において、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出され、
    前記バンクの前記傾斜側壁部によって反射された前記第２の発光ピークが、前記発光構造体の周辺領域において、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出される、
    請求項２に記載の発光構造体。
  13. 前記発光層が、量子ドット発光材料を含み、
    前記第１輸送層が、電子輸送層を含み、
    前記第２輸送層が、正孔輸送層を含み、
    前記第１電極層が、前記発光層から放出された前記光を反射するための金属反射器を有するカソード層であり、
    前記第２電極層が、非金属の実質的に透明な材料を有するアノード層である、
    請求項２に記載の発光構造体。
  14. 請求項１に記載の発光構造体を備える表示デバイス。
  15. サブ画素構造体であって、
    第１輸送層と第２輸送層との間の発光層、前記第１輸送層に結合されている第１電極層、及び前記第２輸送層に結合されている第２電極層を含む、サブ画素積層体と、
    前記サブ画素積層体を取り囲み、前記サブ画素積層体の上方に内部空間を形成しているバンクと、
    前記内部空間内の、第１の屈折率を有する第１の充填剤材料と、
    前記第１の充填剤材料の上の、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の充填剤材料と、
    前記第１の充填剤材料と前記第２の充填剤材料との間の境界面と、
    を備え、
    前記サブ画素積層体が、中心波長を有する複数の波長の光を放出するように構成されており、
    前記サブ画素積層体が、前記サブ画素積層体の上面に対して実質的に垂直な軸上方向に沿って、前記充填剤材料内に第１の発光ピークを放出し、前記軸上方向に対して角度を成している軸外方向に沿って、前記充填剤材料内に第２の発光ピークを放出するように、前記発光層と前記第１電極層との間の距離が予め規定されており、
    前記第１の発光ピークが、全内部反射を実質的に伴わずに、前記境界面を通って放出され、
    前記第２の発光ピークが、前記境界面によって前記バンクの傾斜側壁部上に完全に内部反射され、前記第２の発光ピークが、前記傾斜側壁部によって反射されて、全内部反射を実質的に伴わずに、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出される、サブ画素構造体。
  16. 前記第１の発光ピークが、前記中心波長よりも短い、前記サブ画素積層体によって放出される波長に関して、前記第２の発光ピークよりも強度が高い、請求項１５に記載のサブ画素構造体。
  17. 前記第１の発光ピークが、前記中心波長よりも長い、前記サブ画素積層体によって放出される波長に関して、前記第２の発光ピークよりも強度が低い、請求項１５に記載のサブ画素構造体。
  18. 前記第１の発光ピークが、前記サブ画素構造体の中央領域において、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出され、
    前記傾斜側壁部によって反射された前記第２の発光ピークが、前記サブ画素構造体の周辺領域において、前記軸上方向に沿って前記境界面を通って放出される、
    請求項１５に記載のサブ画素構造体。
  19. 前記第２の充填剤材料が、前記第１の充填剤材料の上面の少なくとも一部分を覆っている、請求項１５に記載のサブ画素構造体。
  20. 前記境界面が、前記第２の発光ピークが前記バンクの前記傾斜側壁部に到達する前に反射されるように、前記サブ画素積層体の前記上面に対して傾斜角を有する、請求項１５に記載のサブ画素構造体。
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