JP2023530043A - 複数個の青色放射層を有するマルチモーダルマイクロキャビティｏｌｅｄ - Google Patents

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Abstract

マルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであり、不透明な基板と、その基板の上方にあり反射面を有する層と、その反射面の上方にある第１電極と、その反射面の近くにある第２青色発光層及びその第２青色発光層よりも当該反射層から遠くにある第１青色発光層を含み、第２及び第１青色発光層の中点間距離がＬ１であり、且つ少なくとも１個の非青色発光層を含む有機発光層群と、その最内面を介し光が放射される半透明第２電極と、を備え、当該反射面と半透明第２電極の最内面との間の距離Ｌ０が発光エリア全体に亘り一定であり、比Ｌ１／Ｌ０が０．３０～０．４０の範囲内のものである。本マルチモーダルマイクロキャビティＯＬＥＤでは青色放射が増すので、マイクロディスプレイ内光源としての使用向けにひときわ有用である。

Description

［関連出願への相互参照］
本願は、２０２０年１１月１１日付米国特許出願第１６／６９５３９１号、代理人包袋番号ＯＬＷＫ－００２０－ＵＳの利益を主張する出願である。
通常、マイクロディスプレイの対角寸法は２インチ（約５ｃｍ）未満であり、超小型ディスプレイでは１インチ未満まで小さくなる。大抵の場合、マイクロディスプレイの分解能は高く、その画素サイズは通常４～１５μｍである。１９９０年代後半に初めて商業導入された頃、これらはリアプロジェクションＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ及びディジタルカメラ向けに広く用いられていた。近年では、スマートウォッチ（登録商標）等のデバイスにて、この種のデバイスの利点である高分解能及び低電力消費が活かされている。マイクロディスプレイについては、今後の数年間にて世界市場に広まり、２０％の年平均成長率となることが予期されることが見込まれている。この成長を推し進める趨勢の一つは、ニアアイディスプレイ並びに補強現実デバイス及び仮想現実デバイス、例えばヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）及び電子ビューファインダ（ＥＶＦ）の採用が増えていることであろう。
マイクロディスプレイには二つの主要カテゴリがある。一つ目は、高拡大画像の面上投射が必須な投射型マイクロディスプレイである。投射型マイクロディスプレイの種類には、リアプロジェクションＴＶ及びコンパクトデータプロジェクタがある。二つ目は、アイピース（例えば仮想現実ヘッドセットやカムコーダのビューファインダ）を介し高拡大仮想像が看取されるよう構成されたニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）である。この種のディスプレイはＨＭＤ及びＨＵＤにてとみに用いられており、特に軍事及び医療産業ではそうである。
どちらのタイプのマイクロディスプレイにも、従来の直視型ディスプレイ例えばフラットパネルＬＣＤに勝る顕著な長所がある。マイクロディスプレイの長所とは、極小計量光源表示ユニットから大画像がもたらされるため空間制約的テクノロジ例えばウェアラブル内に統合しやすいこと、画素容量が大きいため高い分解能及び明瞭性がもたらされること、並びに他種ディスプレイに比べ電力効率が高いことである。分解能及び輝度が高いほど、また電力消費が少ないほど、マイクロディスプレイは良質である。とはいえ、マイクロディスプレイメーカにとり難儀なことに、高輝度及び長稼働寿命が求められることと相俟ち、生産コストが相対的に高いままである。
マイクロディスプレイは、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ディジタル光処理（ＤＬＰ（登録商標））や、より最近ではマイクロＬＥＤ（発光ダイオード）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を初め、広範なディスプレイテクノロジを利用し作成することができる。
ＬＣＤは近年のマイクロディスプレイ市場を席巻してきた。ＬＣＤテクノロジの売りは、高い輝度、比較的低いコスト及び比較的単純な製造プロセスである。ＬＣＤを用いることで、デバイス製造業者は、年来、マイクロディスプレイ構成部材のサイズを低減することができていた。ＬＣＤディスプレイは、現在、幾つかのＨＭＤ、ＨＵＤ、ＥＶＦ、並びに熱線撮像グラス及びウェアラブルにて用いられている。とはいえ、ＬＣＤマイクロディスプレイでは、像を生成するための光源即ちバックライトと併せ、その光を変調するための液晶アレイが必要とされる。このテクノロジには制約事項、例えば偏向、色空間、最高輝度制限、ＬＣ温度感度、視角、ＬＣＤ透過率及び消光比、システム的寸法制限その他があり、望まれる性能特性全てを提供することができない。
マイクロＬＥＤテクノロジに依拠したマイクロディスプレイであれば、自己放射、広めな色域、広い視角、より良いコントラスト、高めなリフレッシュレート、少なめな電力（画像に依存する）及び広い動作温度範囲等、ＬＣＤマイクロディスプレイに勝る利点を提供できよう。現状では、マイクロＬＥＤマイクロディスプレイは、標準的ＬＥＤから採り入れられた標準的な窒化ガリウム（ＧａＮ）ウェハに依拠している。この手法には、寿命問題のない高輝度表示デバイスを比較的低価格で提供できる見込みがある。一般的には、標準的なＧａＮウェハがマイクロＬＥＤアレイの態へとパターン化される。その上で、そのマイクロＬＥＤアレイとトランジスタ群との集積によりマイクロＬＥＤディスプレイが生産される。しかしながら、この手法には、それらトランジスタの上方におけるマイクロＬＥＤのモノリシック形成、画素の間隔決め、色生成、並びに個別マイクロＬＥＤ間の色及び輝度ばらつきによる空間均一性を初め、数個の製造懸念がある。
ＯＬＥＤテクノロジは、マイクロディスプレイ向けマイクロＬＥＤテクノロジと、多くの魅力的特徴を共有している。それは、自己放射型であること、秀逸な画質を呈すること、ＬＣＤやＬＣｏＳに比べ非常に効率的なこと、並びに非常に高い色再現度及び広い色空間を有していることである。自己放射型ＯＬＥＤデバイスがバックライト型デバイス（例えばＬＣＤ）に勝る重要な長所は、バックライト付画素では不要光吸収を経て最高強度がもたらされるのに対し、その像で必要とされる強度が個々の画素だけでもたらされることである。更に、ＯＬＥＤ層は真空堆積させること又は直接施覆することができるので、トランジスタ上方におけるＯＬＥＤの形成は、マイクロＬＥＤの形成に比べかなり容易且つ低コストである。他方で、ＯＬＥＤでは輝度が制約され寿命が限定される。
画素化ＯＬＥＤディスプレイ（マイクロディスプレイを含む）では、その画素電極のうち一つに制御回路（トランジスタ群）経由で電力を供給し、それにより個別画素の輝度を制御することが必要であり、その作成手法には二つの基本手法がある。一つ目の手法では、各画素にて個別に赤色、緑色又は青色光（順にＲ，Ｇ，Ｂ）を発生させる。二つ目の手法では、全画素に亘り共通なマルチモーダル（白色）発光ＯＬＥＤ層に色フィルタアレイ（ＣＦＡ）を付設することで個別のＲＧＢ画素が作成される。二つ目の手法は、一つ目の手法に勝る長所、即ち相異なる組成にて個別ＯＬＥＤ画素を生成する必要がないという長所を有しているので、製造コストが低減されることとなろう。
ＯＬＥＤ式マイクロディスプレイでは、そのＯＬＥＤ発光層から非常に高い輝度を得ることが求められよう。ある周知方法によれば、光マイクロキャビティ効果の利点を活かすことで、ＯＬＥＤ放射の輝度及び色純度を高めることができる。この効果の下地は、反射面と半反射面、即ち幾ばくかの光を通しうる面との間に、光共振器が生じることである。それら二面間の光学距離によるものの、それら二面間での複数回反射により定在波が生じ、またその放射の生成個所がその定在波の波腹か波節かによりそれぞれ強め合い，弱め合い干渉効果が生じることとなるので、ある波長の光が強まり別の波長の光が弱まることとなろう。波腹は、リフレクタ（反射体，反射器）間合計間隔並びに最適化対象波長に依存しつつ様々な個所に発生する。所与構造に関し理想エミッタ（発光体，発光器）位置を決める際には、数学的計算に依拠する光学モデルが有用である。
波腹所在個所、ひいては最良のエミッタ所在個所に影響する要因には、リフレクタ間合計光学距離、光アブゾーバ（吸収体，吸収器）又はリフレクタにて光が反射されるときに生じることが知られている位相シフト、有機層の屈折率、並びに半透明リフレクタの外側にある反射性界面がある。
マイクロキャビティの光学厚が有機媒体内光波長に比し大きくなると、マイクロキャビティ内で色毎に波腹が複数個生じうるようになる。そうした機会自体、同じスペクトルのエミッタを複数個利用することで特定アプリケーション向け所望出力条件を充足させうることを、表している。それら複数個のエミッタを、それらだけで用い非常に明るいモノクローム（単色）ディスプレイを作成することや、他のエミッタと併用して平衡白色ディスプレイを生産することができよう。
しかしながら、マイクロキャビティから放射される光には厳しい角度依存性が現れうるので、看取角が看取面垂線から外れるにつれ色シフト及び輝度損失が生じることとなりうる。これは、投射光学系の入来角が制限されていることから、ＮＥＤアプリケーションでは問題にならないことが多い。
ＯＬＥＤ式マイクロディスプレイを作成するには、マルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティを用いるのが望ましかろう。即ち、マイクロディスプレイにおける発光元をある単一のマルチモーダルな（光の色が複数の）発光ＯＬＥＤユニットとし、そのユニットを全画素に共有させ、且つ個別画素の放射色を色フィルタアレイにより制御することで、ＲＧＢ（色フィルタ無しの画素がある場合はＲＧＢＷ）を作成することができる。
マイクロキャビティ効果を利用するマルチモーダル（又は白色）発光ＯＬＥＤは既知である。その例には特許文献１～７及び非特許文献１～４がある。
特許文献８には、白色ＯＬＥＤマイクロキャビティを用いる受動マトリクスディスプレイであり、そのマイクロキャビティの厚みがマイクロキャビティ内発光層のピーク波長の１／２の総和の整数倍であるものが、記載されている。
しかしながら、これら参照文献により述べられている手法の何れでも、求められている必須な高い輝度を、とりわけ青色光に関し提供することができない。これは、ＯＬＥＤ青色エミッタの効率が最良なＧ又はＲエミッタの何れよりも総じて低いからである。例えば、燐光（フォスフォレッセント；蓄光）Ｇ、Ｙ及びＲエミッタでは、効率が非常に高く且つ安定性が秀逸になりうる。これに対し、最良例の燐光ＢエミッタであってもＧ又はＲエミッタより低効率となり、しかもかなり不安定となる。青色放射ＴＡＤＦ（熱活性遅延蛍光）化合物ならより安定になりうるが、それでもなお燐光Ｇ及びＲエミッタの効率には及ばない。蛍光（フルオレッセント）Ｂエミッタならば更に安定になりうるが、燐光エミッタよりもかなり低効率である。実際のところ、多くの白色発光ＯＬＥＤにて、Ｇ及びＲ放射に比しＢ放射が弱いことに悩まされている。
ＲＧＢ放射に関するこのアンバランスには多くのやり方で対処しうる。Ｇ及びＲエミッタの効率を低下させることができるが、この手法ではそのデバイスの総効率が低下する。ディスプレイにおいては、Ｇ及びＲ画素に比し大電流にて青色画素を駆動することで総放射をバランスさせることができるが、ＯＬＥＤ素材の安定性が供給電流に反比例するので、総デバイス寿命が短縮されかねない。Ｇ及びＲ画素に比したＢ画素の個数又はサイズを増大させることができるが、これでは、（分解能情報の大半を運ぶ）隣接Ｇ又はＲ画素間有効距離が長くなるので、分解能が影響を受けかねない。これらの潜在解の何れも、マイクロディスプレイ向けには望ましくなかろう。
白色発光ＯＬＥＤにおけるＢ放射量を増やせるもう一つの手法は、複数個の青色発光層を用いるものであろう。その例を特許文献９～１７中に見出すことができる。しかしながら、これらは何れもマイクロキャビティＯＬＥＤに関係しておらず、その構成がマイクロキャビティへの応用に相応しくなさそうである。
特許文献１８には、２個の青色発光層間に所在する緑色発光層を有していて自ＯＬＥＤ内の諸正孔輸送層の厚み比が特定範囲内にあるマイクロキャビティＯＬＥＤが、記載されている。しかしながら、そのマイクロキャビティの総厚も当該２個の青色発光層間の間隔も開示されていない。
特許文献１９及び２０の両者には、発光層が反射性カソードから特定距離のところに所在する白色放射ＯＬＥＤが記載されている。特許文献２１には、互いに隣接する３個の発光層を有するＯＬＥＤであり、中間にある発光層から外側の二層とは異なる色が放射され、当該外側の二層からは同じ色の光が放射されうるものが、記載されている。しかしながら、これらは何れもマイクロキャビティＯＬＥＤに関係しておらず、その構成がマイクロキャビティへの応用に相応しくなさそうである。
特許文献２２には、白色発光ユニットのスタック（積層体）を複数個有し、そのスタックそれぞれが中間接続層により分離されており、非マイクロキャビティアプリケーションに属するＯＬＥＤが記載されている。この手法では、個別の白色発光ユニットが青色発光層を有しているので、別の色の光を放射する発光層により分離された複数個のＢ発光層がデバイス内に存在することとなる。しかしながら、そうしたデバイスには複数個のＧ及びＲ層も備わるので、やはりＢ光とＧ及びＲ光との間のアンバランスに悩まされよう。この構成は、発光層のスタックを複数個有するマイクロキャビティへの応用には相応しくなかろう。
米国特許第６１３３６９２号明細書 米国特許第７１０２２８２号明細書 欧州特許第０６８３６２３号明細書 米国特許第９３８５３３８号明細書 特開２０１５ー１３０３１９号公報 米国特許第７８８８８６０号明細書 国際公開第２０１４０３９６１５号パンフレット 米国特許第７０９８５９０号明細書 米国特許第８８７７３５０号明細書 米国特許第９６５５１９９号明細書 米国特許第９５７７２２１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２９７９２２号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００１２８２０号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３２０８３７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２２４６０２号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２７３７１４号明細書 米国特許第１０２９０８２５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１８３４９６号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２４８９７１号明細書 米国特許第９６８５６２２号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１８１５６０号明細書 米国特許第７２７３６６３号明細書
Lu et al, AppPhysLet, 92, 123303 (2008) Young-Gu Ju (2011). "Micro-cavity in organic light-emitting diode", from Organic Light Emitting Diode - Material, Process and Devices, Prof. Seung Hwan Ko (Ed.), ISBN: 978-953-307-273-9 Chen et al, Organic Electronics, 12, 2065(2011) Park et al, ACS Photonics, 5, 655-662 (2018) Introduction to Modern Optics by Grant R. Fowles, Holt Reinhart and Winston, Inc., 1968, ISBN 0-03-065365-7 O.H. Crawford, J. Chem. Phys. 89 (10), 6017-6027 (1988) Dodabalapur et al, AppPhysLet, 64(19) 2486 (1994) Dodabalapur et al, AppPhysLet, 65(18), 2308 (1994)
求められているのは、青色放射が増強されておりマイクロディスプレイでの使用に適しそうな白色発光ＯＬＥＤ組成にすることである。白色発光マイクロキャビティＯＬＥＤに、少なくとも２個の青色放射層を設けることで、増強された青色発光を提供することができる。マイクロキャビティのサイズにもよるが、他の青色発光層並びにマイクロキャビティの反射面に対する青色発光層の間隔が、強い青色放射を達成する上で重要たりうる。
マイクロディスプレイ向け光源として役立つのは、マルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、不透明な基板と、その基板の上方にあり反射面を有する層と、その反射面の上方にある第１電極と、第１及び第２青色発光層を含む有機発光層群であり、その第２青色発光層が上記反射面の近くにあり、第１青色発光層が当該反射層から見て第２青色発光層よりも遠くにあり、第２及び第１青色発光層の中点間距離がＬ１であり、且つ少なくとも１個の非青色発光層を含む有機発光層群と、その最内面を介し光が放射される半透明第２電極と、を備え、上記反射面と半透明第２電極の最内面との間の距離Ｌ０が発光エリア全体に亘り一定であり、比Ｌ１／Ｌ０が０．３０～０．４０の範囲内にあるものである。
幾つかの実施形態によれば、本マルチモーダル発光マイクロキャビティにて、Ｌ２を第１青色発光層の中点と上記反射面の間の距離としたときの比Ｌ２／Ｌ０を、０．９０～０．９８の範囲内とすることができる。そうした諸実施形態にて、Ｌ３を第２青色発光層の中点と上記反射面の間の距離としたときの比Ｌ３／Ｌ０を、０．５２～０．６４の範囲内とすることもできる。
本マルチモーダル発光マイクロキャビティＯＬＥＤでは、距離Ｌ０に関し相異なる二通りの範囲、即ち距離Ｌ０が６５００～７８００オングストロームの範囲内となる第１範囲、並びに距離Ｌ０が８０００～９０００オングストロームの範囲内となる第２範囲を採ることができる（１オングストローム＝１０－１０ｍ）。
幾つかの実施形態によれば、非青色発光層を第１・第２青色発光層間に所在させ、緑色発光させることができる。第２非青色発光層を第２青色発光層・上記反射面間に所在させ、赤色発光させることもできる。第３青色発光層をその赤色発光層と上記反射面との間に所在させることもできる。第４青色発光層を第３青色発光層・上記反射面間に所在させることもできる。
幾つかの実施形態では、アノードの最上面が上記反射面とされる。即ち、基板の上方にあり反射面を有する層により提供される機能と、その反射面の上方にある第１電極（好ましくはアノード）により提供される機能とを、単一層の態に結合させること、ひいては第１電極（アノード）を反射性にしその上面によりマイクロキャビティの片側を画定することができる。
上述のマルチモーダル発光ＯＬＥＤをマイクロディスプレイにて用いること、そのマルチモーダル発光マイクロキャビティＯＬＥＤの基板にサブ画素個別動作用制御回路付でバックプレーンを具備させること、並びに上記半透明カソードの上方に色フィルタアレイを所在させそれを個別制御対象サブ画素と整列させることで少なくともＲ，Ｇ，Ｂのサブ画素が形成されるようにすることができる。幾つかの実施形態ではそのマイクロディスプレイがＲＧＢＷマイクロディスプレイとされる。
非マイクロキャビティ環境における典型的なＯＬＥＤエミッタであり付近に何ら界面がないもののスペクトル（強度対波長）を示す図である。 Ｒ、Ｇ及びＢ色に関する相対効率計算結果対６９５ｎｍマイクロキャビティ内電極からの距離のプロット図である。 ６９６０オングストロームマイクロキャビティに関しあるエミッタ位置範囲に亘る放射強度計算結果対波長のプロット図である。 本発明に係るＯＬＥＤマイクロキャビティを用いるマイクロディスプレイ１００の模式的断面図である。 第１のＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００の断面図である。 第２のＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２５０の断面図である。 第３のＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス３００の断面図である。 第４のＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス４００の断面図である。 実験例Ａ１～Ａ４に関し青色放射領域内スペクトルを示す図である。 実験例Ｂ１及びＢ２に関し青色放射領域内スペクトルを示す図である。 実験例Ｃ１～Ｃ６に関し青色放射領域内スペクトルを示す図である。
本件開示の目的上、語「上方」や「上」は、言及している構造が別の構造の上方に所在していること、即ち基板とは逆側にあることを意味している。「最上」や「上寄り」は基板から遠い方の側又は表面を指し、「最下」や「下」はその基板に最寄りの側又は表面を指している。「内部」や「内側」は、層の側又は表面のうちそのマイクロキャビティ内の有機層に最寄りのものを指している。別様に注記しない限り、「上方」は、２個の構造が直接接触してもよいしそれらの間に中間層が存在してもよい、と解されるべきである。「層」を以て、層が２個の側面又は表面（最上及び最下）を有すること並びに複数個の層が存在しうるので単一層に限定されないことを、ご理解頂きたい。
Ｒは主として赤色光（＞６００ｎｍ、望ましくは６２０～６６０ｎｍの範囲内）を放射する層を指し示しており、Ｇは主として緑色光（５００～６００ｎｍ、望ましくは５４０～５６５ｎｍの範囲内）を放射する層を指し示しており、Ｂは主として青色光（＜５００ｎｍ、望ましくは４４０～４８５ｎｍの範囲内）を放射する層を指し示している。これらの範囲の選択は、マイクロキャビティの光学系によってではなく所望色域及び明所応答並びに利用可能なエミッタにより規定される。マイクロキャビティは、その所望波長域を最良サポートするよう選択される。
重々留意すべきことに、Ｒ、Ｇ及びＢ層では指定範囲外の光も幾らか生じうるものの、その量は常に原色未満となる。Ｙ（黄）は、Ｒ及びＧ光双方を顕著に多く放射しＢ光をかなり少量しか放射しない層を指し示している。「ＬＥＬ」は発光層を意味している。別様に注記しない限り、波長は、その場値（インサイチュー値）ではなく真空値で表されている。
マルチモーダルＯＬＥＤは複数色の光を発生させる。理想的には、マルチモーダルＯＬＥＤにて、ほぼ等量のＲ、Ｇ及びＢ光を含む白色光を発生させる。通常、これは、約０．３３，０．３３なるＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ値相当となろう。白色光は、等量のＲ，Ｇ，Ｂ光を含んでいないものを含め、一般に、３個の別々なＲ、Ｇ及びＢ発光層を有し、２個の別々な発光層例えば青及び黄を有し、或いは更に単一の白色発光層を有するＯＬＥＤによって生成することができる。しかしながら、混合放射型発光層（例えばＹ層）を用いると、合計放射が２個の相異なるチャネルに分割されるため、固有な効率損失が往々にして発生する。単一層内で相異なる色のエミッタを用いることは、放射エネルギが少なめなエミッタが卓越することとなるので、問題含みとなりかねない。
マイクロキャビティ効果の背後にある理論は周知であり、最も望ましいマイクロキャビティ内個所を予測するため、ひいては任意の個別波長に関し強め合い干渉を強めるため、モデル化することができる。例えば非特許文献５～８を参照されたい。
一般に、ＯＬＥＤマイクロキャビティのモデル化で示唆されるところによれば、２個のリフレクタにて何らかの位相シフトに調整されているとき、最高放射効率が見出されるのは、その光が生じた個所が、そのマイクロキャビティの反射面・半透明面間で四半波長（波長の四分の一）の奇数倍のところにある波腹である場合である。別々な「色」に係る波腹は、波長が異なるためそのマイクロキャビティ内の別々な個所に現れよう。この場合の四半波長とは、真空中ではなくデバイス媒体内波長を基準としている。言い換えれば、理論予測によれば、マイクロキャビティ効果を増強することで効率を高めるには、そのマイクロキャビティの輪郭規定面間、特定距離のところに（即ち波腹に）、その発光波長に係る放射層を配置すべきである。
重々ご理解頂くべきことに、マイクロキャビティ理論は光学距離に依拠しており、これは物理的距離と同じにならないことがある。光学距離は物理的距離と屈折率の積であり、その屈折率が波長依存性を呈することがある。例えば、ある典型的な有機非放射ＯＬＥＤ素材では、その屈折率が、４００ｎｍでは約１．９０６、４５０ｎｍでは約１．８５、５００ｎｍでは約１．８０、５５０ｎｍでは約１．７７、６００ｎｍでは約１．７５、６５０ｎｍでは約１．７３となろう。とはいえ、マイクロキャビティ内ＯＬＥＤ素材全てが似た屈折率、似た波長依存性を呈することとなるので、ある許容限度内で物理的距離が光学距離に比例対応することとなる。本願の目的を踏まえ、別様に注記しない限りは、どのマイクロキャビティ距離に関しても光学距離の代わりに物理的距離を用いることとする。
ＯＬＥＤエミッタには、比較的広帯域となり、最強波長付近の波長で放射量が顕著になる傾向がある。図１に、非マイクロキャビティ環境における典型的Ｂ、Ｇ及びＲ色ＯＬＥＤエミッタのスペクトルを示す。これらの具体的エミッタでは、Ｂのλｍａｘ＝４５６ｎｍ、Ｇのλｍａｘ＝５４０ｎｍ、Ｒのλｍａｘ＝６２０ｎｍとなっている。これらの例を踏まえると、計算に用いられる積分範囲は、赤に関しては５６２～６８２ｎｍ、緑に関しては４８６～５９４ｎｍ、青色光に関しては４１０～４９８ｎｍとなり、これは、中心波長が６２０ｎｍ、５４０ｎｍ及び４５６ｎｍ、帯域幅が±１０％になることを表している。
その放射光の波長にはマイクロキャビティの総厚が影響することとなる。例えば図２には、カソード，アノードがそれぞれ反射型，半反射型電極である６９５ｎｍマイクロキャビティにおける単一の理論的白色エミッタに関し、波腹（強度が高めなところ）及び波節（強度が低めなところ）の所在個所の計算結果が（カソードからその放射層の中点までの距離により）示されている。ガラス内に埋め込まれた輻射性白色エミッタの出力を空気中への正規化出力へと正規化してある。このサイズのマイクロキャビティ内には、赤色光に係る４個の高強度位置、緑色光に係る５個の高強度ピーク、並びに青色光に係る６個の高強度ピークが現れる。また、モデルにより指し示されるところによれば、このマイクロキャビティ内では、赤色及び緑色光に係る好適強度がほぼ同じであるが、青色光に関しては、アノードに近いほど強度が高まることが予測される。
マイクロキャビティ内の光はそのマイクロキャビティでの光学距離を基礎とし定在波を形成するので、最適な強め合いが起こる波節が複数個現れる。図３に、６９５０オングストロームマイクロキャビティ内で強め合う光の波長を示す。図３中の各曲線（個別特定せず）は、反射性電極からの距離が４０ｎｍの倍数となるところに配置された理論的白色エミッタに関し、各波長にて予測される放射を表している。図３の曲線群の包絡線におけるピークは、適切なエミッタ位置が選択された場合に強め合いうる波長を示している。曲線群の包絡線の谷にある波長は、何れのエミッタ位置でも強め合わない。
マイクロキャビティの望ましい全体サイズ又は幅は、所望放射出力（これは色フィルタの使用により変調することができる）、ＬＥＬ内光エミッタのスペクトル（強度対波長）、ＬＥＬの厚み、並びに駆動電圧（駆動電圧はデバイス厚及びＬＥＬ存在個数と歩調を合わせ上昇する）なる四要因により決定付けられる。重々留意すべきことに、違うサイズのマイクロキャビティでは、他とは異なる放射出力がもたらされるのであり、そのマイクロキャビティの内部構成部材全てが同じであってもそうなる。これは、マイクロキャビティ効果が、そのマイクロキャビティの全体サイズだけでなく、そのマイクロキャビティ内で所与波長の光子が生成される個所にも、依存するからである。高効率ＯＬＥＤマイクロキャビティを設計する際には、これらの要因全てを考慮すると共に、それらの組み込みに必要な妥協点も考慮しなければならない。
とはいえ、マイクロキャビティ理論に従い望ましい個所に放射層を所在させることが、常に可能であるとは限らない。これは、個別放射層内における正孔／電子再結合に同時に対処し、電極間での有機層経由電荷輸送に対処し、且つ個別発光層間での不要相互作用を防ぐことも、必要であるからである。様々な層で別様な素材を用いこれら全てに対処するには、それらの層の厚みを、それらの目的を達成しうる特定の厚みにする必要がある。２個の別々な青色層を用いる際には、個々でのマイクロキャビティ効果が増強されるようそれらに相異なる個所を占めさせることとなるので、これはとりわけ難題となりうる。これらの要請をバランスさせるには、妥協をなすことが必要となろう。
マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティは少なくとも２個の青色ＬＥＬ並びに少なくとも１個の他色（非青色）を有するものとなるので、各色に係る波腹を複数個容れうるよう、ひいては必要なＬＥＬ全てを強度増強に必要な程度に間隔配置しうるよう、そのマイクロキャビティのサイズを十分大きくしなければならない。これにより非発光層向けの余地も生じるので、それを助力としてデバイス内電荷流を保持することや、そのデバイス内で相異なる横方向エリア内にあり又は色が異なるＬＥＬ間での不要クロストークを防ぐことができる。
マルチモーダルマイクロキャビティの厚みＬ０（反射層の最上面と半透明電極の最下面の間の距離）には二通りの相異なる好適範囲がある。これはマイクロキャビティ理論によるものであり、Ｒ、Ｇ及びＢ色それぞれに係り相異なる個数の波腹を各範囲内に効率的要領にて容れうるからである。Ｌ０に関する第１の好適範囲は６０００～８０００オングストローム、より好適には６５００～７８００オングストロームの範囲である。Ｌ０に関する第２の好適範囲は７５００～９５００オングストローム、より好適には８０００～９０００オングストロームの範囲である。これら二通りの範囲のうちでは第１の範囲の方が望ましい。
図４には、本発明に係るマルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティを用いるマイクロディスプレイ１００が描かれている。これには基板１が設けられており、それに重なる層３内にはトランジスタ群、接続用導電トレース群その他の必須構成部材があり、入力信号に従いサブ画素群に電力を供給する制御回路がそれらにより形成されている。それらトランジスタ及び制御回路を有する層３の上方には、オプション的な平坦化層５を設けることができる。基板１／トランジスタ付制御回路層３／オプション的平坦化層５は、バックプレーンと呼ばれることが多い。
層５（存する場合）の上方には、導電コンタクト７により接続される個別的な第１電極セグメント９があり、上記オプション的平坦化層を貫き延びる導電コンタクト７により個別的電極セグメント９・層３内制御回路間電気的接触がなされている。本実施形態では第１電極セグメント９が２個の層、即ち基板１寄りにある反射層９Ｂ並びにＯＬＥＤ層寄りにある第１電極層９Ａを有している。個別的第１電極セグメント９は、横方向に沿い互いに電気的に分離されている。それらセグメント化第１電極セグメント９の上方には、非発光ＯＬＥＤ層１１、例えば電子又は正孔注入層或いは電子又は正孔輸送層がある。本実施形態には第１及び第２青色発光層が備わっている。第２青色発光層１３はＯＬＥＤ層１１の上方にある。層１５は電荷生成層であり、第２青色発光層１３・非青色発光層１７間に存しそれらを隔てている。その非青色発光層１７の上方には電荷生成層１９があり、非青色発光層１７・第１青色発光層２１間に存しそれらを隔てている。第２青色発光層１３及び第１青色発光層２１の中点間物理的距離は距離Ｌ１である。第２青色発光層２１の上方には、非発光ＯＬＥＤ層２３、例えば電子又は正孔輸送層或いは電子又は正孔注入層と、半透明第２電極２５とがある。これにより距離Ｌ０のＯＬＥＤマイクロキャビティ３０、即ち反射面９Ｂの最上面から半反射型電極でもある半透明第２電極２５の最下面まで延びるそれが形成されている。このＯＬＥＤマイクロキャビティは、封止（カプセル化）層２７により環境から保護されている。本実施形態では色フィルタ２９Ｂ、２９Ｇ及び２９Ｒを有する色フィルタアレイが設けられており、ＯＬＥＤマイクロキャビティ３０にて生成されるマルチモーダル放射をそれら色フィルタによりフィルタリングすることで、その下側にある電極セグメント９に供給される電力に従いＢ、Ｇ及びＲ光が放射されるようにしている。
本ＯＬＥＤマイクロディスプレイ１００では、第１電極層９Ａ及び反射層９Ｂ双方がセグメント化、即ち電気的に分離されたサブ画素相当個別セクションへと分割されており、その能動発光面に亘り連続的ではない。とはいえ、実施形態のうち反射層が導電性でないものではその反射層をセグメント化する必要がなく、寧ろその能動発光エリア全体に亘り第１電極９Ａの分離セクション群の下方で連続的に延設することができる。そうした応用例では、導電コンタクト７を反射層９Ｂ内に通すことで電極セグメント９Ａが層３内制御回路に接続されることとなろう。反射層９Ｂが導電性でありセグメント化されているときには、導電コンタクト７を反射層９Ｂのセグメントに直に接触させるだけでよい。サブ画素レイアウトやセグメント化電極レイアウトは肝要でなく、あらゆる既知レイアウトを用いることができよう。
マイクロディスプレイ、例えばマイクロディスプレイ１００の放射エリアは、１００ｃｍ２（即ち２０ｃｍ×５ｃｍの長方形や１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形）以下、望ましくは２４ｃｍ２（即ち６ｃｍ×４ｃｍの長方形）以下とすべきである。看取距離は、通常は２０ｃｍ以下、望ましくは１５ｃｍ以下となることが見込まれる。マイクロディスプレイはどのような形状でもよく、例えば正方形、長方形、円形、卵形及び不規則形状とすることができる。
マイクロディスプレイ、例えばマイクロディスプレイ１００は、通常はフルカラーであるので、図示の如くＢ、Ｇ及びＲサブ画素を有するものとなる。このマイクロディスプレイ内のＯＬＥＤマイクロキャビティはマルチモーダルであるので、個々のサブ画素の色が、そのマルチモーダル放射光経路上に所在する色フィルタアレイの存在により規定される。色フィルタアレイ（ＣＦＡ）はモザイクをなす色フィルタ群（一般には赤、緑及び青）であり、それらサブ画素群に重畳される。そして、それら色フィルタにより、所望色以外の光の透過が妨げられる。色フィルタアレイの配下に、フィルタを欠く又は透明フィルタ付きのサブ画素、即ちＯＬＥＤマイクロキャビティから放射された光がフィルタリングされず通過するサブ画素が幾つかあれば、そのマイクロディスプレイは４色（ＲＧＢＷ）となり、応用例次第では有益なものとなりうる。別の応用例によれば、色フィルタアレイに備わる色フィルタ群を同一色とすることで、そのマイクロディスプレイをモノクローム（単色型）にすることができる。モノクロ－ムディスプレイにて、アレイを単一色のフィルタのみに置き換えてもよい。また、色フィルタアレイに備わるフィルタを二種類にすることで、そのマイクロディスプレイをバイクローム（二色型）にすることもできる。色フィルタアレイは、封止層２７上に堆積させることも、別体の予形成部材として適用し接着剤で以て封止済ＯＬＥＤマイクロキャビティに外付けすることもできる。また、半透明第２電極２５・封止層２７間に所在させることで、ＣＦＡを封止済ＯＬＥＤマイクロキャビティ内に設けることもできよう。
マイクロディスプレイ１００は不透明且つ上面放射型であり、基板１内を通じてではなく基板１とは逆の側から光が放射される。これは、不透明な制御回路層３が基板の上方、ＯＬＥＤマイクロキャビティの下方に存在しているためである。即ち、発光層・基板間に不透明層があるため、上面を通じ光を放射するようＯＬＥＤマイクロキャビティ内配列を構成しなければならない。とはいえ、その不透明な制御回路の諸エリア間に透明エリアを発生させ、少なくとも幾ばくかの光がそのマイクロディスプレイ内を通り抜けうるようにすることで、マイクロディスプレイ例えばマイクロディスプレイ１００を少なくとも部分的に透明なものにすることができる。
図４では、マイクロキャビティ３０の物理的距離Ｌ０が、能動発光エリア全体を通じ一定となっている。とりわけ、マイクロキャビティ３０の厚みが、サブ画素の光色をもとに調整されていない。本発明のＯＬＥＤマイクロキャビティを用いるマイクロディスプレイでは、全てのサブ画素が同じマイクロキャビティ厚Ｌ０を有することとなる。
図５には、本発明の一実施形態に係り２個の非青色発光層を有する上面放射ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００の断面が描かれている。基板５０上には、順に、非セグメント化反射層５２、非セグメント化第１電極５４、正孔注入層５６、正孔輸送層５８、第２非青色発光層６０、電子輸送層６２、電荷生成層６４、正孔輸送層６６、第２青色発光層６８、電子輸送層７０、電荷生成層７２、正孔輸送層７４、第１非青色発光層７６、電子輸送層７８、電荷生成層８０、正孔輸送層８２、第１青色発光層８４、電子輸送層８６、電子注入層８８、半透明（且つ半反射型）第２電極９０、そして封止層９２が堆積されている。不図示の他層を上述の諸層間に設けてもよい。マイクロキャビティ９５の距離Ｌ０は、反射層５２の最上面と、半透明第２電極９０の最下面とにより定まる。Ｌ１は、第２青色発光層６８の中点と第１青色発光層８４の中点との間の物理的距離である。Ｌ２は、第１青色発光層８４の中点から反射層５２の最上面までの物理的距離である。Ｌ３は、第２青色発光層６８の中点と反射層５２の最上面との間の物理的距離である。
マイクロディスプレイ１００の基板１やＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００の基板５０は、シリコン、ガラス（可撓ガラスを含む）、金属又はポリマ素材とすることができる。概して、これは平坦且つ均一厚なものとされる。下面放射ＯＬＥＤ向けでは基板を透明とすべきである。上面放射ＯＬＥＤ向けでは、基板を、望むところに従い、不透明なものにすることも透明なものにする（両面放射可能とする）こともできる。基板の上面とはＯＬＥＤに面するそれのことである。この基板は全体的なＯＬＥＤカプセル化の一部分となるので、そのＯＬＥＤが所望の寿命を持つものとなるよう、空気及び水に対し十分に不浸透性なものとすべきである。基板はリジッド（堅固性）とすることもフレキシブル（可撓性）とすることもできる。基板には様々な種類の下引き層（即ち平坦化層、光管理層等）を設けることができ、それらの層をパターン化することもパターン化無しとすることもでき、またそれを上面及び下面の何れの上にも設けることができる。
反射層５２の上側内部反射面により、マイクロキャビティ９５の第１の側が画定される。反射層５２は、反射性金属例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｕ若しくはＲｈ又はそれらの合金や、誘電体鏡や、高反射被覆とすることができる。誘電体鏡は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム及び様々な金属酸化物等といった素材の薄層複数個を、基板上に堆積させることで構築される。高反射被覆は二種類の素材、即ち高い屈折率を有する素材（例えば硫化亜鉛（ｎ＝２．３２）又は二酸化チタン（ｎ＝２．４））及び低い屈折率を有する素材（例えばフッ化マグネシウム（ｎ＝１．３８）又は二酸化ケイ素（ｎ＝１．４９））からなる複数個の層で構成される。これらの層の厚みは、一般に、反射される光の波長に対し四半波長とされる。望ましくはその反射層にて入射光のうち少なくとも８０％、最も望ましくは少なくとも９０％を反射させる。好適な反射層はＡｌ又はＡｇであり、その厚みが３００～２０００オングストローム、最も好ましくは８００～１５００オングストロームのものである。
本ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００では、第１（下）電極層５４が非セグメント化層であり、従って能動発光エリア全体に亘り連続しており分割されていない。即ち、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００は大面積光エミッタであり、ディスプレイではなく照明及びバックライトへの応用に適している。図５中のＯＬＥＤマイクロキャビティ９５では、反射面から半透明第２電極までの物理的距離Ｌ０が能動発光エリア全体を通じ一定となっている。
マイクロディスプレイ１００及びＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００の何れでも、第１電極セグメント９Ａ又は第１電極層５４を、アノードにもカソードにもすることができ、また透明型、反射型、不透明型及び半透明型の何れにもすることができる。第１電極が反射層の上方にある用例では、それを透明にすべきである。とはいえ、用例によっては、その上側反射面により光マイクロキャビティ９５の片側が形成されるよう、第１電極層９Ａ，５４が反射型とされる。
望ましくは、第１電極を、好ましくは少なくとも７０％、より望ましくは少なくとも８０％の透過率を有する透明アノードとし、極力多くの可視光を透過させるべきである。透明第１電極を何れの導電素材で作成してもよいが、金属酸化物例えばＩＴＯ又はＡＺＯか、金属例えばＡｇの薄層が好ましい。薄くすることができるのであれば、導電性が貧弱な素材（例．ＴｉＮ）を９Ａ及び５４向けに用いることもできる。
反射層及び／又は第１電極の最小厚は、所要の反射率及び導電率により決定される。小画素（ｎｍ）向けなら導電率は問題とならない。大面積デバイス（ｍｍ～ｃｍ）向けでは、デバイス内輝度ばらつきが生じかねないので、その電極にて電圧降下を発生させてはならない。考慮すべきもう一つの要因は、その層がバルクと似た特性を呈することである。Ａｇの場合、薄くし過ぎると集まる傾向があるため、均一性を確かめねばならない。これは、その層がほんの数個の原子単層（２０～５０オングストローム）である場合に、問題となろう。アノード及び反射層が同じ層であるときは、それをＡｌ、Ａｕ、Ａｇ若しくはＭｇ又はそれらの合金を初めとする金属で作成し、その厚みを少なくとも３０ｎｍ、望ましくは６０ｎｍとするのが望ましい。
反射アノードでは、薄い付加的な無機素材被覆により、その反射アノード／有機層界面に亘る正孔輸送の改善を助長すること、或いは扱い回し及び清掃中にその金属質反射面を保護することが必要とされうる。透明アノードが反射面の上方に所在している場合は、それがその光共振器（キャビティ）の一部分となる。
非放射層での使用、例えば正孔注入層５６や正孔輸送層５８，６６，７４，８２或いは電子注入層８８や電子輸送層６２，７０，７８，８６での使用に適する電子輸送及び正孔輸送素材は周知であり、広く用いられている。これらの層を、そうした素材の混合物としてもよいし、それらの特性を修飾・修正するドーパント入りのものとしてもよい。それらは非発光であるので、放射素材を含まず透明である。適切素材の選択は肝要でなく、それらの性能を踏まえ何れかを選択すればよい。
様々なマイクロキャビティ内ＬＥＬ間の間隔並びにマイクロキャビティのサイズが、効率を高める上で重要であるので、通常は、様々な非発光層の厚みを選定することで望ましい間隔を設けることが必要となる。望ましいことに、ＬＥＬ間隔及びマイクロキャビティサイズの調整が、適切な厚みの正孔輸送層例えば５８、６６、７４又は８２を用いることで実現される。
図５に示す実施形態では、第２青色発光層６８よりも第２非青色発光層６０の方が反射面５２の近くにある。第２非青色ＬＥＬ６０は、実施形態によっては存在しないことがあり、その存在はオプション的である。とはいえ、ある方がよい。
発光層は、通常、その層の主成分たるホスト素材（又はホスト素材群の混合物）と発光化合物を有している。この場合は非青色発光化合物であり、放射する光の主放射は５００ｎｍ超である。より少量の青色放射が生じてもよいが、５００ｎｍ超放射での最大値に対し２０％未満であるのが望ましい。非青色層における青色放射の難点は、非青色放射で最高効率となるようエミッタ位置が選定されるため、非青色波長ほど効率的には強め合わないことである。望ましくは、非青色発光化合物を、高めな効率を呈する燐光性のものとする。
多くの実施形態にて望まれるのは、反射層の最寄にある第２非青色ＬＥＬにて主に赤色光を放射させることである。発光層例えば６０での使用に適するホスト素材及び非青色発光素材例えばＲ放射燐光化合物は周知であり、広く用いられている。適切素材の選択は肝要ではなく、それらの性能及び放射特性に基づき何れかを選択すればよい。燐光エミッタ使用時には、ときとして、その燐光エミッタにより生成された励起子をその層内に閉じ込めることが必要になる。即ち、必要であれば、その燐光ＬＥＬの片側又は両側で励起子遮蔽層を用いることができる。そうした素材及びそれらの用例については周知である。
第２非青色発光層６０の上方には第２青色発光層６８があり、ＥＴＬ６２／ＣＧＬ６４／ＨＴＬ６６によりそこから分離されている。図５の実施形態では、第２青色ＬＥＬ６８が、第２非青色発光層６０を挟み反射面とは逆側に所在している。第２青色発光層６８の中点は、反射面の最上面から見て距離Ｌ３のところにある。比Ｌ３／Ｌ０は０．５２～０．６４、より好ましくは０．５６～０．６０の範囲内とすべきである。
青色発光層は、通常、ホスト素材（又はホスト素材群の混合物）と青色光エミッタで構成されることとなる。前述の通り、青色燐光エミッタが非常に適切であろうが、現在既知の諸例は十分な安定性を有していない。仮に、十分な安定性を有する燐光青色エミッタが利用可能になったとしても、それらの効率はＲ及びＢ燐光エミッタの効率に比べまだまだ低いであろうから、それらを利用できることだけでは、マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティから十分な青色光を得られないという問題を解決できないであろう。こうした理由で、蛍光及びＴＡＤＦ（熱活性遅延蛍光）青色エミッタが、本発明ではひときわ有用となる。Ｂ放射とは一般に５００ｎｍ未満のそれのことであるが、非マイクロキャビティ環境における青色放射素材からの好適青色放射範囲は４４０～４８５ｎｍ、より好ましくは４４５～４７５ｎｍ、最も好ましくは４５０～４７０ｎｍとなる。これらの好適波長域を左右するものには、利用する青色エミッタの如何、目の明所応答（長めの波長の方が明るく見える）、並びにそのデバイスに係る色域条件（短めの波長の方が広めの色域をもたらす）がある。発光層例えば６８及び８４での使用に適するホスト素材並びに蛍光及びＴＡＤＦ青色発光素材は周知であり、広く用いられている。適切素材の選択は肝要でなく、それらの性能及び放射特性に基づき何れかを選択すればよい。
第２青色発光層６８の上方にありそこからＥＴＬ７０／ＣＧＬ７２／ＨＴＬ７４により分離されているところには、第１非青色発光層７６がある。図５の実施形態では、第２青色発光層６８が第２非青色発光層６０・第１非青色発光層７６間に所在し、ＨＴＬ／ＣＧＬ／ＥＴＬ層により両者から分離されている。
第１非青色ＬＥＬ７６は、色放射や組成の面で、第２非青色ＬＥＬ６０（存在する場合）と同じであっても異なっていてもよい。例えば、ＬＥＬ６０及び７６双方がＲ光を放射するのでも双方がＧ光を放射するのでもよいし、それらの内部組成及び素材が同じであっても異なっていてもよい。例えば、両者がそっくりな組成を用い同じＧ放射を呈するのでもよいし、Ｇ放射の最強波長が同じにならないよう両者が相異なる組成を用い緑色光を放射するのでもよい。これに代え、例えば一方がＧ光、他方がＲ光を放射する態で、ＬＥＬ６０及び７６が相異なる色の光を放射するのでもよい。その他の組合せでの発光、例えば第１ＬＥＬ７６がＧ光、第２ＬＥＬ６０がＹ光を放射するそれも可能である。
多くの実施形態にて望ましいのは、第１・第２青色発光層間に所在する第１非青色ＬＥＬ例えば７６から、主に緑色光を放射させることである。より好ましくは、第１ＬＥＬ７６からＧ光、第２ＬＥＬ６０（存在する場合）からＲ光を放射させる。発光層例えば７６での使用に適するホスト素材及び非青色発光素材例えばＧ放射燐光化合物は周知であり、広く用いられている。適切素材の選択は肝要でなく、それらの性能及び放射特性に基づき何れかを選択すればよい。
第１非青色発光層７６の上方には第１青色発光層８４があり、ＥＴＬ７８／ＣＧＬ８０／ＨＴＬ８２によってそこから分離されている。図５の実施形態では、第１青色ＬＥＬ８４が第２非青色発光層７６を挟み第２青色ＬＥＬ６８とは逆側に所在している。この配列では、第２青色ＬＥＬ６８が反射面５２の近くにあり、第１青色ＬＥＬ８４が反射面からより遠く半反射型第２電極に近いところにあり、第１非青色ＬＥＬ７６がそれらの間に備わっている。
望ましくは、両Ｂ－ＬＥＬの効率を高めるため、比Ｌ１／Ｌ０を０．３０～０．４０の範囲内とすべきである。より望ましくは、比Ｌ１／Ｌ０を０．３２～０．３８の範囲内とすべきである。それら第１青色ＬＥＬ８４・第２青色ＬＥＬ６８間に間隔を設けることが重要であり、なぜならマイクロキャビティ環境における両層の効率がそれにより高まるからである。理論によれば、それら２個のＢ－ＬＥＬを別々の波腹（四半波長の奇数倍分、即ち４６０ｎｍの青色波長であれば１１５ｎｍの奇数倍分隔たるそれら）に所在させるべきであり、それによりそれらの個別的な効率を高めることができる。他方、先に論じた通り、相異なる色のＬＥＬを所望位置に従い収容可能とするには、マイクロキャビティのサイズが重要となる。従って、それら２個のＢ－ＬＥＬ間の適切な間隔は、マイクロキャビティのサイズにより左右され、比Ｌ１／Ｌ０に対応付けられることとなる。
比Ｌ２／Ｌ０は０．９２～０．９８、より好ましくは０．９３～０．９６の範囲内とすべきである。これにより、第１青色ＬＥＬが電極付近、即ち強い青色放射に望ましいところ（図２参照）に、確と所在することとなる。
第１青色ＬＥＬ８４は、色放射の面や組成の面で、第２青色ＬＥＬ６８と同じであっても異なっていてもよい。例えば、両者がそっくりな組成を用い同じＢ放射を呈するのでもよいし、Ｂ放射の最強波長又は半値幅が同一にならないよう両者が相異なる組成を用い青色光を放射するのでもよい。
多くの実施形態にて望ましいのは、第１及び第２Ｂ－ＬＥＬ８４，６８を同じ組成とし、同じ青色最強波長で放射させることである。第２青色ＬＥＬ６８ついていえば、発光層例えば８４での使用に適するホスト素材及び青色発光素材例えば蛍光及びＴＡＤＦ化合物は周知であり、広く用いられている。適切素材の選択は肝要でなく、それらの性能及び放射特性に基づき何れかを選択すればよい。
第１非青色ＬＥＬ７６を第２・第１青色発光ＬＥＬ８４，６８間に所在させるのが望ましいのは、それによりマルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティ内空間の浪費を避けられるからである。青色ＬＥＬとは大きく異なる波長の光を放射する非青色ＬＥＬを、それら青色ＬＥＬ間に所在させることで、空間を効率的に利用することができる。
図５には示されていないが、第１Ｂ－ＬＥＬ８４よりも半反射型電極寄りに、付加的な非青色発光層を、オプション的に設けることができる。このオプション的な非青色発光層は、必要に応じ、Ｇ、Ｒ又はＹ光を放射するものにすることができる。そうした層の組成は、第１又は第２非青色ＬＥＬに関し前述したものと同じ組成のうち何れともすることができる。また、第１青色ＬＥＬ８４よりも半反射型電極寄りに、１個又は複数個の付加的な青色発光層を設けることもできる。そうした層の組成は、第１又は第２青色ＬＥＬに関し前述したものと同じ組成のうち何れともすることができる。
第２電極９０は半透明であると共に半反射型であり、故に光のうち一部分を反射させ残りを透過させる。第２電極９０の内側最下面は、その物理的距離がＬ０であるマイクロキャビティ９５の第２の側を画定する。望ましいことに、この半透明な上電極９０にて、ＬＥＬにより放射された光のうち少なくとも５％、より望ましくは少なくとも１０％が反射され、それによりマイクロキャビティ効果が確立される。
この半透明第２電極の厚みが重要なのは、それにより反射光の量が制御され且つどれだけ透過するかが制御されるためである。とはいえ、ＯＬＥＤ内に電荷を効率的に通すことができなくなり、またピンホールその他の欠陥が生じることがあるため、過度に薄くすることができない。この上電極層の厚みは、望ましくは１００～２００オングストローム、より望ましくは１２５～１７５オングストロームとする。
この上電極は金属又は合金の薄層とするのが望ましい。相応しい金属にはＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ及びＣａ又はそれらの合金がある。無論、青色吸収率が比較的低いのでＡｇが好ましい。半透明電極による青色吸収の問題の一つは、多くのＯＬＥＤ素材が幾ばくかの可視光、とりわけ青色光を吸収し、マイクロキャビティ内での反射毎に幾ばくかの光子が永遠に除去されることである。一例として、Ａｇ製で１２５オングストローム厚の半透明な上電極では、青色（４２０ｎｍ）にて１５％、赤色（６５０ｎｍ）にて３９％が反射され、またＡｇ製の２５０オングストローム厚では４２０ｎｍにて４３％、６５０ｎｍにて７２％が反射される。望ましい合金はＡｇ／Ｍｇ（比は９：１～１：９）である。電子輸送及び安定化を助長するため、その電極の表面上に透明金属酸化物、例えばＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ又はＭｏＯ３からなる隣接層を設けてもよい。これに代え、ハロゲン化金属例えばＬｉＣｌ、有機金属酸化物例えばキノリン酸リチウム、或いはその他の有機素材を用いることもできよう。
上電極の上方に保護層又はスペーサ層（図５には示さず）を設けることで、カプセル化中の損傷を防ぐようにしてもよい。
上電極９０、並びに存在している場合はオプション的保護層全ての上方に、封止層９２が堆積又は載置されている。この封止は、最低限、上部及び側部にある発光エリアを全面被覆すべきものであり、基板と直に接触している。この封止は、空気及び水の浸透に抗う不浸透性のものとすべきである。透明であっても不透明であってもよい。導電性とすべきではない。その場形成（インサイチュー形成）してもよいし、側縁封止手段を有する別体の予形成シートとし、それを付加してもよい。
インサイチュー形成の例は薄膜封止であろう。薄膜封止には、所望の保護度が達成されるまで無機素材層及びポリマ層を交番させることによる複数層堆積がつきものである。薄膜封止形成用の組成及び方法は周知であり、望むところに従い何れも用いることができる。
これに代え、予形成シート又は被覆スリップを用い、それを少なくとも封止エリア及び封入エリアに亘り装着することで、封止を行ってもよい。その予形成シートがリジッドであってもフレキシブルであってもよい。ガラス（可撓ガラスを含む）、金属又は有機／無機障壁層で作成することができよう。よりロバストな接続・連結を達成するには、基板に近い熱膨張係数を有するものとすべきである。予形成封止シートは、空気及び水を通さない接着剤、例えばシリコン又はエポキシ系接着剤を用い、或いは熱的手段例えば超音波溶接又はガラスフリット溶接により、封止エリアの上方に装着する必要があろうし、後者では付加的な封止材、例えば半田又はガラスフリットが必要となろう。被覆スリップの上縁及び下縁を、その封止エリアに対しより良好にフィットし又はより良好な封止を助長するよう、格別に設計してもよい。被覆スリップ及び封止エリアを一緒に設計することで、封止形成前にそれらがその場にフィットし又は部分的にロックされるようにすることができる。更に、その被覆スリップに前処理を施すことで、その封止エリアに対するより良好な接着を助長することができる。
図５に示されている最も望ましい実施形態は、（マイクロキャビティ内ＬＥＬ順との関係で）上面放射デバイスと呼べる、基板／反射層／アノード（第１電極）／Ｒ（第２非青色ＬＥＬ）／Ｂ－ＬＥＬ２（第２Ｂ－ＬＥＬ）／Ｇ（第１非青色ＬＥＬ）／Ｂ－ＬＥＬ１（第１Ｂ－ＬＥＬ）／カソード（第２電極）型デバイスである。但し、他種の上面放射実施形態では、（第１・第２電極間に）Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｂ－ＬＥＬ１、或いはＢ－ＬＥＬ２／Ｂ－ＬＥＬ１／Ｙが備わることもあろう。
他方、図５に示す通り、ＯＬＥＤマイクロキャビティの第１電極がセグメント化されておらずデバイスが大面積光エミッタとなっている場合は、そのＯＬＥＤマイクロキャビティを下面エミッタとすること、即ち基板内を通り光を放射させることもできる。実施形態によっては、第１電極（とりわけカソード）を半透明電極とすること、並びに第２電極（とりわけアノード）による反射面をそのＯＬＥＤマイクロキャビティの上部に亘り設けることが望まれる。本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）にはご理解頂けるように、そうした配列向けにする際には、正孔輸送層及び電子輸送層の順序が必然的に反転されることとなる。本発明に係る望ましい下面放射デバイスは、（マイクロキャビティ内ＬＥＬ順との関係で）（透明）基板／カソード（第２電極）／Ｂ－ＬＥＬ１（第１Ｂ－ＬＥＬ）／Ｇ（第１非青色ＬＥＬ）／Ｂ－ＬＥＬ２（第２Ｂ－ＬＥＬ）／Ｒ（第２非青色ＬＥＬ）／アノード（第１電極）／反射層型デバイスと呼ぶことができる。但し、他種の下面放射実施形態では、（第１・第２電極間に）Ｂ－ＬＥＬ１／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｙ、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｒ、Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ１／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２、Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ１／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ２、Ｂ－ＬＥＬ１／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２、Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２／Ｂ－ＬＥＬ１／Ｙ、或いはＢ－ＬＥＬ１／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ２が備わることもあろう。
図６には、本発明の一実施形態に係る上面放射ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２５０の断面が描かれている。これは図５に示した実施形態に似ているが、第２青色発光層６８及び第１非青色発光層７６の相対位置が入れ替わっている。それ以外には何ら変更がない。本実施形態では、これら２個の青色発光層が非発光層により分離されていない。とはいえ、第２青色発光層６８の中点と第１青色発光層８４の中点との間の距離Ｌ１を、比Ｌ１／Ｌ０が両実施形態にて同じになるよう図５の実施形態と同じく調整することができる。例えば、その調整を行うに当たり、正孔輸送層８２の厚みを適切量だけ増大させることでＬ１を増大させ、正孔輸送層６６，５８の厚みを同じ総量だけ減少させることで、マイクロキャビティ距離Ｌ０を一定に保つことができる。Ｌ２は２００，２５０の両者で同じになる。
ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス３００（図５に似たもの）を図７に示す。本実施形態では、追加的なＨＴＬ９９／ＣＧＬ９８／ＥＴＬ９６／第３青色発光層９４の積層体が層５８（ＨＴＬ）・層６０（第２非青色ＬＥＬ）間に付加されている。その他の諸層に変更はなく、追加されるＨＴＬ、ＣＧＬ、ＥＴＬ及び第３青色ＬＥＬは図５中の類似諸層に関し記載したのと同じやり方で組成すればよい。この上面放射ＯＬＥＤマイクロキャビティは３個の青色ＬＥＬ及び２個の非青色ＬＥＬを有している。第１非青色ＬＥＬ７６は第２青色ＬＥＬ６８・第１青色ＬＥＬ８４間、第２非青色ＬＥＬ６０は第２青色ＬＥＬ６８・第３青色ＬＥＬ９４間に所在している。ＯＬＥＤマイクロキャビティ２００に関し述べた通り、Ｇ－ＬＥＬ及びＲ－ＬＥＬの位置を入れ替えることやＹ－ＬＥＬに変えることができる。加えて、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス３００は、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００に関し述べた通り下面放射実施形態に再編することができる。実施形態によっては、第３青色ＬＥＬが第２非青色放射層（存在している場合）・第２青色発光層間に所在させることができる。とはいえ、第２非青色ＬＥＬがない諸実施形態では、第２青色ＬＥＬ及び第３青色ＬＥＬが発光層により分離されないこととなろう。
Ｌ４は、第２青色発光層６８の中点と第３青色発光層９４の中点との間の物理的距離である。望ましくは、Ｌ４／Ｌ０を０．３０～０．４０、より好ましくは０．３２～０．３８の範囲内とする。
ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス４００（図７に似たもの）を図８に示す。本実施形態では、追加的なＨＴＬ１０７／ＣＧＬ１０５／ＥＴＬ１０３／第４青色発光層１０１の積層体が層５８（ＨＴＬ）・層９４（第３Ｂ－ＬＥＬ）間に付加されている。その他の諸層に変更はなく、追加されるＨＴＬ、ＣＧＬ、ＥＴＬ及び第４青色ＬＥＬは図５中の類似諸層に関し述べたのと同じ要領で組成することができる。この上面放射ＯＬＥＤマイクロキャビティは４個の青色ＬＥＬ及び２個の非青色ＬＥＬを有しており、第１非青色ＬＥＬ７６は第２青色ＬＥＬ６８・第１青色ＬＥＬ８４間、第２非青色ＬＥＬ６０は第２青色ＬＥＬ６８・第３青色ＬＥＬ９４間に所在している。本実施形態での図示によれば、第３Ｂ－ＬＥＬ（９９）・第４Ｂ－ＬＥＬ（１０１）間に非青色ＬＥＬはない。とはいえ、第３Ｂ－ＬＥＬ・第４Ｂ－ＬＥＬ間に第３非青色ＬＥＬをオプション的に付加することができる。例えば、ＯＬＥＤマイクロキャビティを以下の構造、即ち基板／反射層／Ｂ－ＬＥＬ４／Ｙ／Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１／カソードなる構造を有するものとすることができよう。ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス３００に関し述べた通り、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス４００にてＧ－ＬＥＬ及びＲ－ＬＥＬの位置を入れ替えることやＹ－ＬＥＬに変更することができる。加えて、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス４００は、ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス２００に関し述べた通り下面放射実施形態として再編することができる。
Ｌ５は、第３青色発光層９４の中点と第４青色発光層１０１の中点との間の物理的距離である。望ましくは、Ｌ５／Ｌ０を０．１０～０．２０、より好ましくは０．１３～０．１６の範囲内とする。
複数個の積層体内発光層があること及び複数個の発光層を有するＯＬＥＤでの電圧低減が必要なことから、ときとしてコネクタ又は中間層とも呼ばれる電荷生成層（ＣＧＬ）を設け、図５～図８の諸実施形態の如くＬＥＬ複数個の積層体を用いる際の電圧上昇を抑えるよう、望まれることが多い。とりわけ、ＣＧＬをその積層体内の各発光層間に所在させることが望ましく、そのＣＧＬの片側にＨＴＬ、反対側にＥＴＬを設けることがより望ましい。一般に、発光層・電極間にＣＧＬを所在させる必要はないが、特殊な状況下ではそうしたＣＧＬ適用が有益となろう。
電荷生成層（複数個の層で構成されていてもよい）には、正孔及び電子の双方を生成する能力がある。往々にして、ＣＧＬは、電気的バイアスを受けたときに電子を生成することができるｎ層（例えば電子を生成するｎドーパントで以てドーピングされたもの）と、電子を受け入れることができるｐ層（例えば電子に乏しいｐドーパントで以てドーピングされたもの）とを有している。場合によっては、それらｎ層及びｐ層が薄い中間層により分離されることもある。往々にして、ＣＧＬは、そのｎ層がアノード寄り、ｐ層がカソード寄りとなるよう配列される。
望ましいＣＧＬ向け組成は３個の層、即ちｎドーパント（例えばＬｉ）で以てドーピングされた電子輸送素材、その電子輸送素材と同素材の薄い中間層、並びにｐドーパントで以てドーピングされた正孔輸送素材を有するものである。ＣＧＬ例えば６４、７２及び８０での使用に適する電子輸送及び正孔輸送素材並びにそれに適するｎドーパント及びｐドーパントは周知であり、広く用いられている。その素材が有機であっても無機であってもよい。適切素材の選択は肝要でなく、それらの性能に基づき何れかを選定すればよい。
ＣＧＬの厚みは、望ましくは２００～４５０オングストロームの範囲内とすべきである。多くの場合、電荷輸送の改善を助長しＬＥＬからの電荷生成ドーパント（存在している場合）の分離を助長するため、ＣＧＬのアノード側にＥＴＬ、カソード側にＨＴＬを設けることとなろう。
［モデル化結果］
本発明の目的は、マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティであり発光エリア全体に亘って単一且つ一定な厚みを有するマイクロキャビティでの、青色放射量を増やすことにある。Ｂ－ＬＥＬ相互間の相対距離、並びにそのマイクロキャビティ内の反射層からＢ－ＬＥＬまでの相対距離が、高い青色効率を達成する上で重要であるほか、他の諸要因、例えばそれらＬＥＬの相対的順序や半透明電極の性状も、青色放射を増強する上で重要たりうる。
マイクロキャビティの総厚が、放射光の波長に影響を及ぼすこととなろう。図１に示す通り、ＯＬＥＤエミッタには、比較的広帯域となり、その最強波長付近の波長にて顕著な量の放射を呈する傾向がある。とはいえ、マイクロキャビティ環境における最強放射波長は、非マイクロキャビティ環境におけるそれとは異なりうる。これは、マイクロキャビティ効果が個々の波長で稼働するため、そのマイクロキャビティのサイズに依存しつつ、ある波長にて放射が強め合う一方で他の波長にて弱め合うこととなるからである。これにより、最強放射波長のシフトが発生すること及びスペクトル全体の形状に変化が生じることがありうる。単一のマルチモーダルマイクロキャビティを各色の光向けに個別最適化することはできないので、各色最強放射波長における幾ばくかのシフトが見込まれる。
表Ａに、放射強め合い波長に対するマイクロキャビティ厚の影響のモデル化結果を示す。
Figure 2023530043000002
このサイズ範囲のマイクロキャビティでは、好適な青色、緑色及び赤色波長（図１に示されているそれ）が強め合う一方、あまり望ましくない波長例えば４８０ｎｍ及び５８０ｎｍ、即ちそのディスプレイの飽和原色波長付近にない波長では強め合わない。マイクロキャビティ長が増すにつれ、強め合い波長のピークが長波長側へと間断なくシフトしていき、ピークが追加されることとなりうる。モデル化結果によれば、ひときわ好適なマイクロキャビティの範囲、即ち所望波長のＲ、Ｇ及びＢ光に強め合いが起こることとなる範囲は二種類あり、そのうち第１の好適範囲は約６５００～７８００オングストローム、第２の好適範囲は約８０００～９０００オングストロームである。
即ち、全体効率を高めるには、まず、強め合い波長のピークが所望のＲ、Ｇ及びＢ域内となる適切なキャビティ長を定めた上で、そのマイクロキャビティ内における様々なエミッタの位置を定める必要がある。
６９５０オングストロームマイクロキャビティ内青色ＬＥＬの最大強め合いに関する最適個所予測結果を表Ｂに示す。ＬＥＬの厚みは有限であるので、そのＬＥＬの中点から反射層の最上面までの距離に依拠し諸個所を示した。計算に際しては、物理的距離を用いマルチモーダルマイクロキャビティの厚み及びＬＥＬの位置関係を記述した。なお、典型的な青色光エミッタ（４６０ｎｍ）の四半波長は約１１５ｎｍである。
Figure 2023530043000003
表Ｂに示す通り、最大強め合い個所の計算結果同士は何れも約１２１～１２５ｎｍ隔たっており、（波節間距離）／（マイクロキャビティ長）の比が０．１７～０．１８となっている。
８４５０オングストロームマイクロキャビティ内青色ＬＥＬの最大強め合いに関する最適個所予測結果を表Ｃに示す。
Figure 2023530043000004
表Ｃに示す通り、最大強め合い個所の計算結果同士は何れも約１１４～１２１ｎｍ隔たっており、（波節間距離）／（マイクロキャビティ長）の比が０．１３～０．１４となっている。
マイクロキャビティ内Ｂ－ＬＥＬに関し最適所在個所を決定するため、２個以上のＢ－ＬＥＬを有する以下のＯＬＥＤマイクロキャビティ構造をモデル化した。それらの計算を、Ｂ＝４５６ｎｍ、Ｇ＝５４０ｎｍ及びＲ＝６２０ｎｍなるλｍａｘ放射（非マイクロキャビティ）に基づき行った。マイクロキャビティの厚み（最上反射面と半透明電極の最下面との間）は６９５０オングストロームとし、ＬＥＬ厚は全て２００オングストロームとし、例外なく各ＬＥＬ間に非発光スペーサ層があるものとした。デバイスを下面放射型とした。無論、モデルフォーマットＢ及びＤでは少なくとも１個の非青色ＬＥＬによりＢ－ＬＥＬ同士を分離させ、モデルフォーマットＡ及びＣではＢ－ＬＥＬ同士を隣り合わせた：
モデルフォーマットＡ：Ｂ２－ＬＥＬ／Ｂ１－ＬＥＬ／Ｒ－ＬＥＬ／Ｇ－ＬＥＬ
モデルフォーマットＢ：Ｂ２－ＬＥＬ／Ｇ－ＬＥＬ／Ｒ－ＬＥＬ／Ｂ１－ＬＥＬ
モデルフォーマットＣ：Ｇ－ＬＥＬ／Ｂ２－ＬＥＬ／Ｂ１－ＬＥＬ／Ｒ－ＬＥＬ
モデルフォーマットＤ：Ｒ－ＬＥＬ／Ｂ２－ＬＥＬ／Ｇ－ＬＥＬ／Ｂ１－ＬＥＬ。
青色強度に関する計算結果から作表したものが表Ｄである。
Figure 2023530043000005
表Ｄには、表Ｂ及びＣと同様、青色発光層間最適距離を約１２０ｎｍ、即ちマイクロキャビティ距離の約０．１６倍とすべきことが示されている。その青色発光層間距離の更なる増大（即ち半波長以上、但し四半波長の奇数倍ではないそれ）により結果が悪くなることが予測されている。この点では、青色ＬＥＬ間に中間的な非青色ＬＥＬがある例（フォーマットＢ及びＤ）が、それら２個の青色ＬＥＬ間に非青色ＬＥＬがないフォーマットＣに、一見して似ている。
［実験結果］
以下の諸例では、別様に注記しない限り、各素材名の前にある数字をオングストローム単位の物理的層厚としている（例．１３０のＩＴＯ）。何れのデバイスも、同じ手順を用いカソード堆積後にカプセル化した。ＯＬＥＤシリーズＡ及びＢでは、全ての例で反射面・半透明カソード間マイクロキャビティ厚を７７５０オングストロームとしている。
（ＯＬＥＤシリーズＡ）
例Ａ１（比較）：従来のＲ／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型内部構造を有するＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを、ガラス基板上に以下の通り調製した：
層１（反射面）：１０００のＡｌ
層２（アノード）：１３０のＩＴＯ
層３（ＨＩＬ）：２５０の正孔輸送素材（ＨＴＭ）Ａ，８％がｐドーパントＡ
層４（ＨＴＬ）：２４５０のＨＴＭ－Ａ
層５（赤色ＬＥＬ）：２００の混合ホストＡ／Ｂ（比９：１），３％が燐光赤色ドーパント、１０％がスタビライザ
層６（ＥＴＬ）：１００の電子輸送素材（ＥＴＭ）Ａ
層７（電荷生成層（ＣＧＬ）１）：１００のＥＴＭ－Ｂ，２％がＬｉ／２０のＥＴＭ－Ｂ／２５０のＨＴＭ－Ａ，１０％がｐドーパントＡ、で構成される３個の層（合計厚３７０）
層８（ＨＴＬ）：２０５０のＨＴＭ－Ａ
層９（緑色ＬＥＬ）：２００のホストＡ＋１０％の燐光緑色ドーパント
層１０：ＥＴＬ：１００のＥＴＭ－Ａ
層１１（ＣＧＬ２）：３７０（層７内のＣＧＬ１と同じ組成）
層１２（ＨＴＭ）：９３０のＨＴＭ－Ａ
層１３（青色ＬＥＬ１）：２００のホストＣ，４％が蛍光青色ドーパントＡ
層１４（ＥＴＬ）：３００のＥＴＭ－Ａ
層１５（ＥＩＬ）：１００のＥＴＭ－Ｂ，２％がＬｉ
層１６（半透明カソード）；１２５ 共堆積されたＡｇ（７５％）及びＭｇ（２５％）。
例Ａ１では、反射層の前方内面から７２５０オングストローム、半透明カソードの前方内面から５００オングストロームのところに、Ｂ－ＬＥＬ１の中点を所在させた。
例Ａ２（発明）：本発明のＲ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型内部構造を有するＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを、以下の変更点を除き、比較例Ａ１と同じ要領で調製した：
層８（ＨＴＬ）：２０５０なるＨＴＭ－Ａの厚みを９５０なる厚みに減らし、付加的なＢ発光層及びＣＧＬ３を含む以下の諸層
層８Ａ（青色ＬＥＬ２）：２００（層１３と同じ組成のもの）
層８Ｂ（ＥＴＬ）：１００のＥＴＭ－Ａ
層８Ｃ（ＣＧＬ３）：３７０（ＣＧＬ１と同じ組成のもの）
層８Ｄ（ＨＴＬ）：４３０のＨＴＭ－Ａ
を層９の堆積に先立ち追加し、且つそれらの諸層を層８の上方、層９より前に（順に）追加した。
青色ＬＥＬ２は緑色ＬＥＬ・赤色ＬＥＬ間に所在させ、ＥＴＬ／ＣＧＬ／ＨＴＬ層により両者から分離させた。Ｂ－ＬＥＬ１の中点から反射面までの距離は７２５０オングストローム、Ｂ－ＬＥＬ２の中点から反射面までの距離は４５５０オングストローム、Ｂ－ＬＥＬ１の中点とＢ－ＬＥＬ２の中点との間の距離は２７００オングストロームとした。
例Ａ３（発明）：発明例Ａ２（Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）に似たＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを、層８の厚みを（９５０から）１１５０に増やし、層８Ｄの厚みを（４３０から）２３０に減らした点を除き、例Ａ２と同じやり方で調製した。これにより、実質的に、Ｂ－ＬＥＬ２の中点を、反射面から更に２００オングストローム遠ざけ且つＢ－ＬＥＬ１及びカソードに２００オングストローム近付けた。例３では、Ｂ－ＬＥＬ２の中点から反射面までの距離を４７５０オングストローム、Ｂ－ＬＥＬ２の中点から半透明カソードまでの距離を３０００オングストロームとし、ひいてはＢ－ＬＥＬ１の中点とＢ－ＬＥＬ２の中点の間の距離を２７００オングストロームから２５００オングストロームへと減らした。
例Ａ４（発明）：発明例Ａ２（Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）に似たＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを、層８の厚みを（９５０から）７５０に減らし、層８Ｄの厚みを（４３０から）６３０に増やした点を除き、同じ要領で調製した。これにより、実質的に、Ｂ－ＬＥＬ２の中点を、反射面に２００オングストローム近付け、Ｂ－ＬＥＬ１及びカソードから更に２００オングストローム遠ざけた。例Ａ４では、Ｂ－ＬＥＬ２の中点から反射面までの距離を４３５０オングストローム、Ｂ－ＬＥＬ２の中点から半透明カソードまでの距離を３４００オングストロームとし、ひいてはＢ－ＬＥＬ１の中点とＢ－ＬＥＬ２の中点の距離も２７００オングストロームから２９００オングストロームへと増やした。
ＯＬＥＤシリーズＡに関する結果を表１及び表２中に見出すことができる。
Figure 2023530043000006
図９に示す通り、ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ値が改善され（０．３３，０．３３に近づき）青色放射強度が高まっていることからわかるように、発明例Ａ２～Ａ４では、Ｇ－ＬＥＬを挟みＢ－ＬＥＬ２とは逆側にＢ－ＬＥＬ１を追加することで、比較例Ａ１でのそれに比べ多量の青色光が放射されることが、立証されている。
表２にＢ－ＬＥＬ１・Ｂ－ＬＥＬ２間距離Ｌ１及び比Ｌ１／Ｌ０を示す。
Figure 2023530043000007
表１及び表２では、反射層に対するマイクロキャビティ内Ｂ－ＬＥＬ１及びＢ－ＬＥＬ２の最適所在個所が、マイクロキャビティ理論によるそれから意外にも非常に異なるだけでなく、図９に示す如く青色放射の増大がなおも観測されることも、立証されている。例えば、発明例Ａ２～Ａ４は、２個のＢ－ＬＥＬ間に非青色ＬＥＬがあるモデルフォーマットＤに似た構造を有しているが、表Ｄに示す通り、２個のＢ－ＬＥＬ間のこの距離については、マイクロキャビティ理論による予測では最適とされていなかった。
（ＯＬＥＤシリーズＢ）
例Ｂ１：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）を、カソード（層１６）の厚みを１２５から１４５に増やした点を除き、発明例Ａ２と同じ要領で調製した。
例Ｂ２：本発明のＢ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型内部構造を有するＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを、以下の変更点を除き、発明例Ｂ１と同じ要領で調製した：
層４（ＨＴＬ）：２４５０なるＨＴＭ－Ａの厚みを１２４０なる厚みに減らし、付加的なＢ発光層及びＣＧＬ４を含む以下の諸層
層４Ａ（青色ＬＥＬ３）：２００（層１３と同じ組成のもの）
層４Ｂ（ＥＴＬ）：２００のＥＴＭ－Ａ
層４Ｃ（ＣＧＬ４）：３７０（ＣＧＬ１と同じ組成のもの）
層４Ｄ（ＨＴＬ）：２６０のＨＴＭ－Ａ
を層５の堆積に先立ち追加し、且つ以下の諸層を
層８（ＨＴＬ）：厚みを９５０から１０７０に増やした
層８Ｂ（ＥＴＬ）：厚みを１００から２００に増やした
層８Ｄ（ＨＴＬ）：厚みを４３０から３１０に減らした
層１２（ＨＴＭ）：厚みを９３０から９１０に減らした
層１４（ＥＴＬ）：厚みを３００から２００に減らした
の通り修正した。
例Ｂ２では、反射層の前方内面から７３５０オングストローム、半透明カソードの前方内面から４００オングストロームのところにＢ－ＬＥＬ１の中点を所在させ、反射層の前方内面から４５９０オングストローム、半透明カソードの前方内面から３１６０オングストロームのところにＢ－ＬＥＬ２の中点を所在させ、Ｂ－ＬＥＬ１の中点とＢ－ＬＥＬ２の中点との間の距離を２７６０オングストロームとし、反射層の前方内面から１７２０オングストローム、半透明カソードの前方内面から６０３０オングストロームのところにＢ－ＬＥＬ３の中点を所在させ、Ｂ－ＬＥＬ２の中点とＢ－ＬＥＬ３の中点との間の距離を２８７０オングストロームとした。
ＯＬＥＤシリーズＢに関する結果を表３及び表４中に見出すことができる。
Figure 2023530043000008
Figure 2023530043000009
発明例Ｂ１は、発明例Ａ２に似たＲ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型構造を有している。発明例Ｂ２はＢ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型構造を有している。Ｂ－ＬＥＬを追加しＲ－ＬＥＬ・反射面間に所在させることで、図１０に示すように、ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ値の更なる改善（０．３３，０．３３への接近）並びに青色放射強度の上昇が生じている。
表３及び表４では、反射層に対するマイクロキャビティ内Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２及びＢ－ＬＥＬ３の最適所在個所が、マイクロキャビティ理論によるそれから意外にも非常に異なるだけでなく、青色放射の増大がなおも観測されることも、立証されている。例えば発明例Ｂ２は、２個のＢ－ＬＥＬ間に非青色ＬＥＬがあり反射面の最寄に第３Ｂ－ＬＥＬがあるモデルフォーマットＥに似た構造を有しているが、表Ｄに示す通り、２個のＢ－ＬＥＬ間のこの距離については、マイクロキャビティ理論による予測では最適とされていなかった。
（ＯＬＥＤシリーズＣ）
例Ｃ１：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）を、発明例Ｂ２と同じ要領で調製した。
例Ｃ２：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ－ＬＥＬ４／Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）を、付加的なＢ発光層及びＣＧＬ４を含む以下の諸層
層４Ａ’（青色ＬＥＬ４）：２００（層１３と同じ組成のもの）
層４Ｂ’（ＥＴＬ）：２００のＥＴＭ－Ａ
層４Ｃ’（ＣＧＬ４）：３７０（ＣＧＬ１と同じ組成のもの）
層４Ｄ’（ＨＴＬ）：３７０のＨＴＭ－Ａ
を層４Ａの堆積に先立ち追加した点を除き、発明例Ｃ１と同じ要領で調製した。
例Ｃ３：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ４／Ｂ３／Ｒ／Ｂ２／Ｇ／Ｂ１）を、以下の変更点
層４Ｄ（ＨＴＬ）：厚みを２６０から２１０に減らした
層８（ＨＴＬ）：厚みを１０７０から１０２０に減らした
層８Ｄ（ＨＴＬ）：厚みを３１０から２６０に減らした
層１２（ＨＴＬ）：厚みを９１０から８６０に減らした
を除き、発明例Ｃ２と同じ要領で調製した。
例Ｃ４：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ４／Ｂ３／Ｒ／Ｂ２／Ｇ／Ｂ１）を、以下の変更点を除き、発明例Ｃ２と同じ要領で調製した：
層４Ｄ（ＨＴＬ）：厚みを２６０から１６０に減らした
層８（ＨＴＬ）：厚みを１０７０から９７０に減らした
層８Ｄ（ＨＴＬ）：厚みを３１０から２１０に減らした
層１２（ＨＴＬ）：厚みを９１０から８１０に減らした。
例Ｃ５：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ－ＬＥＬ４／Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）を、層４（ＨＴＬ）の厚みを１００から３００に増やした点を除き、発明例Ｃ２と同じ要領で調製した。
例Ｃ６：ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス（Ｂ－ＬＥＬ４／Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１）を、層４（ＨＴＬ）の厚みを１００から５００に増やした点を除き、発明例Ｃ２と同じ要領で調製した。
ＯＬＥＤシリーズＣに関する結果を表５、表６及び表７中に見出すことができる。
Figure 2023530043000010
Figure 2023530043000011
Figure 2023530043000012
発明例Ｃ１は、発明例Ｂ２に似たＢ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型構造を有している。ＯＬＥＤシリーズＣの残りは、Ｒ－ＬＥＬ・反射面間にもう１個の青色発光層（Ｂ－ＬＥＬ４）が追加されたＢ－ＬＥＬ４／Ｂ－ＬＥＬ３／Ｒ／Ｂ－ＬＥＬ２／Ｇ／Ｂ－ＬＥＬ１型構造を有している。これにより、図１１に示す如く青色放射が増えているが、その改善具合は、そのマイクロキャビティ内におけるＢ－ＬＥＬ２の相対位置に敏感である。加えて、これらの結果が示すところによれば、このフォーマットにてマイクロキャビティの厚みを増すことが青色放射の波長に影響しうる。
表５～表７では、反射層に対するマイクロキャビティ内Ｂ－ＬＥＬ１、Ｂ－ＬＥＬ２、Ｂ－ＬＥＬ３及びＢ－ＬＥＬ４の最適所在個所が、マイクロキャビティ理論によるそれから意外にも非常に異なるだけでなく、青色放射の増大がなおも観測されることも、立証されている。例えば発明例Ｃ３は、２個のＢ－ＬＥＬ間に非青色ＬＥＬがあり反射面の最寄に第３及び第４Ｂ－ＬＥＬがあるモデルフォーマットＦに似た構造を有しているが、表Ｄに示す通り、２個のＢ－ＬＥＬ間のこの距離については、予測では最適なものとされていなかった。
本明細書で参照している添付図面は、本明細書の一部分を形成するものであると共に、実施しうる具体的実施形態を例証なるやり方で示すものである。それら実施形態を詳述したのはいわゆる当業者が本発明を実施できるようにするためであり、ご理解頂けるように、他の諸実施形態を利用することや、本発明の技術的範囲から離隔することなく構造的、論理的及び電気的改変を施すことができる。従って、どの例示的実施形態についての記述であれ、限定的感覚で解されるべきではない。例証目的で本発明を記述してきたが、ご理解頂けるように、そうした詳述は専らその目的のためのものであり、いわゆる当業者であれば本発明の神髄及び技術的範囲から離隔することなく改変を施すことができる。
１ 基板、３ 制御回路層、５ オプション的平坦化層、７ 導電コンタクト、９ 第１電極セグメント、９Ａ 第１電極層、９Ｂ 反射層、１１ 非発光ＯＬＥＤ層、１３ 第２青色発光層、１５，６４，７２，８０，９６，１０５ 電荷生成層、１７ 非青色発光層、１９ 電荷生成層、２１ 第１青色発光層、２５ 半透明第２電極、２７，９２ 封止層、２９ 色フィルタアレイ、２９Ｂ 青色フィルタ、２９Ｇ 緑色フィルタ、２９Ｒ 赤色フィルタ、３０，９５ マイクロキャビティ、
５０ 基板、５２ 反射層、５４ 第１電極、５６ 正孔注入層、５８，６６，７４，８２，９９，１０７ 正孔輸送層、６０ 第２非青色発光層、６２，７８，８６，９６，１０３ 電子輸送層、６８ 第２青色発光層、７０ 電子輸送層、７６ 第１非青色発光層、８４ 第１青色発光層、８８ 電子注入層、９０ 半透明第２電極、
９４ 第３青色発光層、
１０１ 第４青色発光層、
１００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティを伴うマイクロディスプレイ、２００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス、３００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス、４００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス、
Ｌ０ マイクロキャビティ距離、Ｌ１ 第１及び第２Ｂ－ＬＥＬの中点間距離、Ｌ２ 第１Ｂ－ＬＥＬの中点と反射層の前面との間の距離、Ｌ３ 第２Ｂ－ＬＥＬの中点と反射層の前面との間の距離、Ｌ４ 第２及び第３Ｂ－ＬＥＬの中点間距離、Ｌ５ 第３及び第４Ｂ－ＬＥＬの中点間距離。

Claims (20)

  1. マルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、
    不透明な基板と、
    その基板の上方にあり反射面を有する層と、
    その反射面の上方にある第１電極と、
    第１及び第２青色発光層を含む有機発光層群であり、その第２青色発光層が上記反射面の近くにあり、第１青色発光層が第２青色発光層よりも当該反射層から遠くにあり、第２及び第１青色発光層の中点間距離がＬ１であり、且つ少なくとも１個の非青色発光層を含む有機発光層群と、
    半透明第２電極であり、その最内面を介し光が放射される第２電極と、
    を備え、上記反射面と上記半透明第２電極の最内面との間の距離Ｌ０が発光エリア全体に亘り一定であり、
    比Ｌ１／Ｌ０が０．３０～０．４０の範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  2. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、距離Ｌ０が６５００～７８００オングストロームの範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  3. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、距離Ｌ０が８０００～９０００オングストロームの範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  4. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、Ｌ２を第１青色発光層の中点と上記反射面の間の距離としたときの比Ｌ２／Ｌ０が０．９０～０．９８の範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  5. 請求項４のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、Ｌ３を第２青色発光層の中点と上記反射面の間の距離としたときの比Ｌ３／Ｌ０が０．５２～０．６４の範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  6. 請求項５のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、距離Ｌ０が６５００～７８００オングストロームの範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  7. 請求項５のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、距離Ｌ０が８０００～９０００オングストロームの範囲内であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  8. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、上記非青色発光層が第１・第２青色発光層間に所在するマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  9. 請求項８のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、上記非青色発光層が緑色発光であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  10. 請求項９のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、第２青色発光層・上記反射面間に所在する第２非青色発光層が存するマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  11. 請求項１０のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、第２非青色発光層が赤色発光であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  12. 請求項１１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、上記赤色発光層・上記反射面間に所在する第３青色発光層が存するマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  13. 請求項１２のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、第３青色発光層・上記反射面間に所在する第４青色発光層が存するマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  14. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、第１電極の最上面が上記反射面であるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  15. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスであって、第１電極がアノード、上記半透明第２電極がカソードであるマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
  16. 請求項１のマルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスを備えるマイクロディスプレイ。
  17. 請求項１６のマイクロディスプレイであって、第１電極がアノード、上記半透明第２電極がカソードであるマイクロディスプレイ。
  18. 請求項１６のマイクロディスプレイであって、第１電極の最上面が上記反射面であるマイクロディスプレイ。
  19. 請求項１６のマイクロディスプレイであって、
    上記マルチモーダル発光ＯＬＥＤマイクロキャビティデバイスの基板が制御回路付のバックプレーンを有し、その制御回路がサブ画素の個別動作用のものであり、それらサブ画素がその制御回路に接続されたセグメント化第１電極により画定されており、
    上記半透明電極の上方に色フィルタアレイがあり、個別制御されるサブ画素に対しそれを整列させることで少なくともＲ，Ｇ，Ｂサブ画素が形成されているマイクロディスプレイ。
  20. 請求項１９のマイクロディスプレイであって、上記色フィルタアレイ内の色フィルタのうち幾つかを透明にし又は欠落させることで、Ｒ，Ｇ，Ｂ及びＷサブ画素が形成されているマイクロディスプレイ。
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