JP5193872B2 - 空間光フィルタとして機能を果たす共振光空洞と抽出器を有する有機発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、下部電極と上部電極の間で、下部反射層と上部反射層との間に挿入された有機電界発光層を備え、それら間に電界発光層により発光される光の波長の範囲でこの層に垂直方向に共振光空洞を形成し、電極の少なくとも１つと電界発光層に対してこの電極と同じ側に位置される反射層とが、ダイオードにより発光される光に対して透明または半透明であるダイオードに関する。本発明は、また複数のこのようなダイオードを備えた画像ディスプレイに関する。

特許文献１は、この形状のダイオードを開示しており、その反射層の１方が電極として働き、他の電極は透明であり、電界発光層に対して他の反射層と同じ側に位置し、他の反射層は半透明であり、誘電体副層の積層反射膜から形成されている。

そのようなダイオードの電極間に電流を流したときに、電界発光層による発光される光の一部は、光空洞内で共振し、透明電極と誘電体反射膜を介してダイオードから出射され、発光はこの層の面に垂直な方向で最大発光強度を有する。

図１は、このダイオードの垂直方向に対して測定した視野角（または放射角度）に関するこのタイプのダイオードの発光強度の分布を示す。ここで検討するダイオードは、以下の構造を有する。基板／Ａｇ（反射性を有し、不透明の下側金属電極）／有機層（電界発光層を含む）／Ａｇ（厚さ２ｎｍまたは２０ｎｍ）／ＺｎＳｅ、ここでＺｎＳｅ誘電体層はＡｇ／ＺｎＳｅ積層の最小の吸収が得られるようにするものである。また、ＺｎＳｅ誘電体層は、特許文献２、３、４に記載されているように、Ａｇ／ＺｎＳｅ積層の光学的な性質を最適化するように適合されるものである。それゆえ、図１はＡｇ上部電極（厚さ２ｎｍまたは２０ｎｍ）の厚さにかかわらず、発光ダイオードからの発光の空間分布は、（破線で示す）ランバート型光源と比較するとより狭く、方向性が強い。

米国公開特許第２００４−０５１４４７号明細書 欧州特許第１、０７６、３６８号明細書 欧州特許第１、４３９、５８９号明細書 欧州特許第１、４４３、５７２号明細書 米国特許第６、３２６、２２４号明細書 米国特許第５、９４９、１８７号明細書 欧州特許第０、８０１、４２９号明細書 米国公開特許第２００３−０３４９３８号明細書 国際特許第２００５−０９８９８７号明細書 米国公開特許第２００４−１５０３２９号明細書 米国特許第６、６０３、２４３号明細書 Ｗ．Ｔ．ウェルフォード（Ｗｅｌｆｏｒｄ）とＲ．ウインストン（Ｗｉｎｓｔｏｎ）による「高集束非画像光学（Ｈｉｇｈ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ）」、アカデミックプレス社（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ），１９８９．

特許文献５は、ダイオードに組み込まれた共振型光空洞が色の純化を達成できることを教示している。特許文献６に示されているように、いくつかの空洞（すなわちマイクロキャビティー）が存在してもよい。

さらに、本明細書において図２として再現される上述の特許文献１の図７に示されるように、光空洞は、波長とともに発光の角度分布を変化させる。この図は、発光波長の関数として発光強度最大値の（ｘ軸上の）角度位置を示す。発光強度最大値がダイオードに垂直に向かう（すなわち視野角＝０°）波長は、空洞の垂直方向の共振波長に対応する。特許文献７、８、および９も、光学共振空洞の特性の関数として、発光強度の角度分布のこのような変化を開示している。

図４は、赤色発光し、以下の構造を有する有機ダイオードからの発光の角度分布を示す。その構造は、基板／Ａｌ（反射性を有し、不透明の下部金属電極）／有機層（電界発光層を含む）／Ａｇ（２０ｎｍ）／ＺｎＳｅ（８５ｎｍ）である。この分布は、同じ電界発光層の蛍光スペクトルの３つの異なる波長、すなわち６５０ｎｍ（実線）、６３０ｎｍ（破線）、および６１５ｎｍ（点線）に対して与えられている。この図４から、すでに図２に示してあるが、（ここでは３つの波長だけが示されているが）発光波長の関数として発光強度の最大点の角度位置が変化するということを導出できる。図３は、電界発光層の材料に固有な発光スペクトル分布を示す。

発光波長の関数として発光強度最大点の角度位置のこのような変化により、ダイオードの前に位置する観測者は、選択されたこのダイオードの視野角に従い異なる発光の色の陰に気付く。

この色の純度の問題を解決するために、特許文献１は、収束レンズと、このレンズの絞りを形成する開口を備えるマスクとを具備した光抽出デバイスをダイオードに付け加えることを提案している。絞りは、このレンズの光軸上に置かれ、ダイオードからの発光光線の中の（視野角ゼロの）このダイオードの垂直方向に近い方向の光線だけを通し、「遮断角度」よりも大きな視野角で出射される光線を遮断するように配置され、レンズのほぼ焦点面に置かれる。遮断角度は絞りの開口に比例し、一般的にはレンズの焦点距離に対応するレンズと絞りの距離に反比例する。発光強度が遮断角度よりも大きな放射角度で最大となるような光線の大部分を除去することにより、上記文献において提案された抽出デバイスは、ダイオードの発光の色純度を大幅に改善する。

特許文献１に記載されたダイオードの欠点の１つは、抽出デバイスの構成要素の位置決めに関する制約である。他の欠点は、これらダイオードからの発光が非常に顕著な方向依存性を有し、発光の空間分布はランバート光源よりも遥かに狭くなる。特許文献１に記載された抽出デバイスの他の欠点は、少なくとも画像ディスプレイを形成するためにダイオードをアレイ状に並べたときに、各ダイオード上にレンズを配置することが必要となり、それにより軸合わせ上の制約を取り込むこととなり、これがディスプレイを製造する上で大きな不利になることである。

本発明の目的は、上記の欠点の１つ以上を解決することである。

この目的のために、本発明の１つの対象は、下部電極と上部電極との間で、下部反射層と上部反射層との間に有機電界発光層を備え、それらの間に上記電界発光層により発光される光の波長の範囲で共振光空洞を形成し、上記電極の少なくとも１つと上記電界発光層に対してこの電極と同じ側に位置される上記反射層とが、上記発光される光に対して透明または半透明であるダイオードであって、このダイオードが透明または半透明である上記電極と上記反射層とを介し、上記電界発光層に光学的に結合する光入射部と、上記ダイオードの外側に向かい、上記入射部よりは小さい面積を有する光出射部と、上記入射部と上記出射部とにより区切られた反射性側壁とを備える少なくとも１つの光抽出器を含むダイオードである。

上記下部反射層と上記上部反射層は一般的には平行である。半透明である上記反射層は、それゆえ、ここでは半反射的である。

上記電極が光空洞を区切るための反射層としても働くのが好適である。例えば、電極の一方は、アルミニウムまたは銀の層のような、厚い反射性で不透明な金属層で形成される。他の電極は、例えば２０ｎｍ厚の銀の層のような、反射性でかつ半透明であるために十分に薄い金属副層と、この電極の光学的な性質を最適化するように、物性と厚さの観点から、例えばＺｎＳｅで作成される透明誘電体副層とから形成される。このとき、上記電極間の距離Ｄ_cは共振空洞の高さに対応する。特許文献８が教えるように、この空洞の共振条件は式１で表される。
２π×２Ｄ_C／λ_CN＋Ｆ＝２πｍ （式１）
ここで、ｍは整数であり、一般的には１に等しい。Ｆは、共振空洞の境界を区切る反射層のそれぞれの波長λ_CNの光線の反射における全位相変化を表す。上述の式１は、共振空洞を区切る反射層に垂直な方向に伝播する光線に対する共振波長λ_CNを与える。垂直方向から外れた伝播方向に対しては、共振波長は図２と図４に示すように減少する。

図４において、垂直方向の共振波長はλ_CN＝６５０ｎｍ（実線）である。破線（６３０ｎｍ）と点線（６１５ｎｍ）は、垂直方向の共振波長λ_CNから遠く離れても、ダイオードから垂直方向に発する光の強度が依然としてかなり大きいこと、それゆえに垂直方向の放射に対応するダイオードにより発せられる光の波長範囲が存在することを示す。

上記抽出器の入射部と出射部は、一般的には平面であり、ダイオードの反射層に平行であり、それゆえに垂直方向の放射に垂直である。

上記抽出器は、入射部よりも小さな面積を有する出射部を有しているので、この抽出器は集束器として働く。反射性側壁を有するので、この抽出器は反射による集束器として働く。抽出器から離れる光線は、反射を受けることなく直接それを通過したものか、または反対に側壁で１回以上反射を受けた後に通過したものである。

それゆえに、この抽出器の動作は反射によるものであり、特許文献１０に記載されているような屈折によるものではない。特許文献１０では側壁は（本発明による反射とは異なり）屈折性のものであり、この屈折は発光を垂直方向に近い方向に偏向しようとするものである。

上記抽出器の全ての側壁が反射性であるとは限らない。行および／または列に分布したダイオードを備えるディスプレイの場合には、各抽出器は任意の１つの行または任意の１つの列の全てのダイオードに共通である。その場合、この抽出器は２つの対向する反射性側壁を備え、この抽出器の他の２つの側壁は行または列の端に移動し、しかも必ずしも反射性ではない。上記抽出器の入射部は、このとき、複数のダイオードに光学的に結合する。この構成では、行の各ダイオードは抽出器の対向する２つの反射性側壁だけを「見る」ことになる。

上記ダイオードはまた、いくつかの並置される抽出器を含み、これらの抽出器の入射部がダイオードの放射面の全てをカバーするようにしてもよい。このとき、放射面はいくつかの抽出器の入射部と結合するようになる。そのような場合でも、これらの抽出器もいくつかのダイオードに共通であってもよい。

集束効果を得るためには、ダイオードの少なくとも１つの抽出器の反射性側壁はその入射部方向に向かうことが望ましい。このことは、上記反射性側壁上の任意の点での法線が抽出器の内部を介してこの入射部を切断しているか、さもなければ、この入射部に平行であることを意味している。

少なくとも１つの抽出器の反射性側壁は、入射部を介して入射され、上記側壁により少なくとも１回は反射し、その出射部を介して抽出器から出射する任意の出射光線が、抽出器の入射部でのこの光線の放射角度よりも大きな放射角度でそこから出射するのに適した形状を有することが好適である。

このようにして、発光強度の角度分布は広がり、有利なことには、ランバート分布に近づく。この効果は、同様の反射器を使用しながら、特許文献１１（列１１、パラグラフ１、および図１７を参照）に記載の光システムにより提供されるものとは正反対のものであることは注目すべきである。この文献では、目的が垂直方向の視野を制限することに置かれ、視野（特に水平方向の視野）を広げることを目的とする本発明とは反対であるからである。

反射性側壁の形状を定義することは、上記抽出器の深さ、すなわち入射部と出射部間の距離を定義することを含む。それはその端部がこれら側壁を定義する、これらの部分の形状と面積を含む。

上記少なくとも１つの抽出器の上記反射性側壁は、遮断角度θ_limと呼ばれる角度が存在するような適当な形状を有することが好適である。まず放射角度とは、上記下部反射層と上記上部反射層との垂直方向に対して測定されるものとする。そこで、遮断角度θ_limとは次のようなものである。上記遮断角度θ_limを超えない放射角度でその入射部を介して入射した発光光線は、その出射部を介してこの抽出器から出射する。そして、この遮断角度θ_limよりも大きな放射角度で入射部を介して入射した発光光線は、その出射部を介して抽出器から出射できない。

実際には、遮断角度よりも少し大きな放射角度を有するが、その出射部を介して抽出器から出射するような光線がいくらかは存在し、遮断角度よりわずかに小さな放射角度を有するが、その出射部を介して抽出器から出射できない光線がいくらかは存在する、という意味で遮断角度は絶対的な角度ではない。

図４を参照すると、本発明によるダイオードの抽出器は、それゆえに、遮断角度θ_limよりも大きな放射角度に対して発光強度が最大となるような波長を有する発光光線の大部分を除去することになる。この角度、およびそれによる反射性側壁の形状を適当に選択することにより、ここで提案された抽出デバイスは、ダイオードによる発光の波長を空間的に選択し、このダイオードの発光の色純度を改善し、または変化させることを可能とするものである。これは上記の特許文献１に記載のレンズと絞りに基づくデバイスと同様であるが、このレンズに基づくデバイスの、構成要素の位置決めに関する制約を回避しているという利点を有するものである。

反射性側壁の形状を定義するステップは、抽出器の深さ、すなわち入射部と出射部との間の距離を定義するステップを含む。それは、端面がこれらの壁を区切る入射部と出射部の形状と面積を定義するステップも含む。λ_C-limをλ_CNより短い範囲で選択された遮断波長であるとして、光線が範囲［λ_CN、λ_C-lim］外の波長を有するときはいつでも、電界発光層からの発光光線の大部分を除外するのが望ましい場合は、抽出器の形状は上記遮断角度θ_limがこの遮断波長λ_C-limに対応するように決定される。

第１の変形例においては、少なくとも１つの抽出器の上記反射性側壁は、異なる光学的屈折率を有する２つの透明材料間の界面により形成され、これらの壁の形状とこの光学的屈折率の差は、上記発光光線が上記抽出器の内部からおよびその入射部から来て、上記壁にぶつかり、全内部反射により反射して上記壁を離れるように適応されることが好適である。これらの条件は特許文献１０に記載されたものとは逆であり、この文献では、これらの光線は、反対に、界面により屈折して透過する。

第２の変形例によれば、上記反射性側壁は、金属化されているのが好適である。このとき、上記抽出器の内部から来て上記壁にぶつかる任意の発光光線は上記壁に反射されて離れる。

上記抽出器の上記反射性側壁は、上記下部反射層と上記上部反射層の垂直方向に向かう面に対して対称な対となることが好適である。ダイオードベースのディスプレイの任意の１行または任意の１列のダイオードの全てに共通な上記の抽出器の場合には、この抽出器は、このとき上記行または上記列に平行な面に対して対称な２つの対向する反射性側壁を備えている。入射部と出射部が長方形または正方形である場合には、一般に、第１の面に対して対称な第１の対向する側壁の対があり、第１の面に垂直な第２の面に対して対称な第２の対向する側壁の対がある。

上記反射性側壁は上記下部反射層と上記上部反射層との垂直方向に向かう対称軸を有するのが好適である。

上記側壁と、上記下部反射層と上記上部反射層の垂直方向に向かう面であり、上記対称面に直交する面であるこの壁の任意の断面と、または上記対称軸を通る任意の断面とが交差する２つの線のそれぞれは、直線、または軸が上記垂直方向にある放物線であるのが好適である。利点としては、上記出射部が上記入射部よりも小さな面積を有するので、このような形状が集束効果を実現することを可能とし、このような抽出器は上記で定義された遮断角度を有するので、ダイオードにより発光された光の波長の空間的選択を可能とするものである。壁が対称軸を有する場合、これらの反射性側壁は、この場合、円錐または放物面を形成する。

上記下部反射層と上記上部反射層との垂直方向に向かう、上記対称面に垂直な、この壁の任意の断面と、または上記対称軸を通る任意の断面と上記側壁との２つの交差線のそれぞれは、
一方では、上記交差線と上記入射部とに共通の点と上記交差線と上記出射部とに共通の点を結ぶ直線と、
他方では、放物線であって、その軸が後者の共通の点と、上記のものとは対称であり、他方の交差線と上記入射部とに共通の点を結ぶ直線にほぼ平行であり、その焦点がこの他方の交差線と上記出射部の端部とに共通の点にほぼ一致するような放物線と、
により区切られた表面内にあるのが好適である。

このように定義された放物線は、「ＣＰＣ（複合放物線集束器）放物線」と呼ばれる。この表面の輪郭はここではこの表面に含まれる。

上記側壁と断面との２つの交差線のそれぞれは、このＣＰＣ放物線とほぼ一致するのが好適である。上記断面内での、この放物線と上記抽出器の入射部の端部との共通点Ｅ、Ｅ’での、ＣＰＣ型の放物線のそれぞれへの法線は上記対称面または上記対称軸に垂直であることを指摘する。

このとき側壁はＣＰＣを形成し、これによりダイオードからの発光の角度分布を拡大しながら、集束効率の最適化を可能とし、これは特許文献１に記載のレンズと絞りに基づくデバイスとは異なる点である。更に、このとき遮断角度はこの抽出器のいわゆる「極限光線」と垂直方向とのなす角度に対応する。この極限光線は上記断面内にあって、一方では、抽出器の入射部の端部と、この抽出器の反射性側壁とこの断面との第１の交差線とに共通の点を通り、他方では、出射部の端部と、上記対称面または上記対称軸に関する第１のものと対称である、壁とこの断面との第２の交差線との共通の点を通る光線として定義される。

非特許文献１は、ＣＰＣ型抽出器の側壁の形状及び入射部と出射部の深さおよび面積比に関して詳しく定義してある。特に、この文献の第４章、第３節を参照のこと。特許文献１１は、共振空洞のない発光ダイオードディスプレイの視野角を制限するための適用例を示している。２ａ’を、上述したように定義された断面内におけるこのＣＰＣ型抽出器の出射部の２つの対向する端部間の距離とし、２ａを、同じくこの断面内における入射部の２つの対向する端部間の距離とし、θ_cを遮断角度としたとき、これら３つのパラメータは式２で関係付けられる。
ａ＝ａ’／ｓｉｎθ_c （式２）
抽出器の深さＬ、すなわち入射部と出射部との間の距離は式３で表される。
Ｌ＝（ａ＋ａ’）ｃｏｓθ_c （式３）

このように、例えば、θ_lim＝２５℃（図４参照）であれば、ａ’＝０．４２ａとＬ＝１．４２ａであり、顕著な色純化効果が得られる（図３参照。遮断は約６００ｎｍで現れる。）。このように、ダイオードの発光面の幅が２００μｍであれば、それは光学的結合により、ＣＰＣ抽出器の入射部の幅に対応し（ａ＝１００μｍ、それゆえａ’＝４２μｍ）、そのときＬ＝１２９μｍとなる。

ダイオードは、複数の抽出器を備えるのが好適である。このとき、これらの抽出器は、入射部がダイオードの出射面の全体をカバーするように並置するのが好適である。

ダイオードの抽出器の出射部間の空間は不透明で非反射性であるものとし、すなわち「黒い格子（ｂｌａｃｋ ｍａｔｒｉｘ）」を形成するのが有利であり、これにより周囲の光の中でダイオードの発光コントラストを改善する。抽出器の集束比が高いほど、この「黒い格子」用に利用可能な面積が大きくなり、周囲光の中での発光のコントラストがよくなる。

また、本発明の課題は、１つまたは同一の基板上に分布された本発明による複数のダイオードを備える画像ディスプレイでもある。

それぞれのダイオードは、複数の抽出器を備えるのが好適である。このようにすることにより、それぞれの抽出器とそれぞれのダイオード間の位置合わせの制約条件を除去し、それによりこの抽出器の深さを低減することができる。

これら抽出器は、ディスプレイ全体をカバーする透明材料の同一の層内に形成されるのが好適である。この層は「抽出層」と呼ばれる。

第１の変形例によれば、この抽出層は電界発光層に関して基板とは反対側に置かれて、電界発光層を劣化の危険性から保護するための封入層としても働く。

第２の変形例によれば、この抽出層は基板として働く。

ディスプレイのダイオードは行と列に分布され、抽出器のそれぞれは任意の１列のいくつかのダイオードに共通であることが好適である。

抽出器のそれぞれは、任意の１列のダイオードの全てに共通であることが好適である。

画像ディスプレイに適合するように上記列が垂直に配置される時は、任意の１列のいくつかのダイオードに共通なそれぞれの抽出器の上記反射性側壁は、上記垂直方向に向かい上記列に平行な面に対して対称な対であることが好適である。

このように、これらの反射性側壁が、この抽出器の入射部を介して入射され上記側壁で少なくとも１回反射して離れた発光光線が出射部を介してこの抽出器から、抽出器の入射部での光線の放射角度よりも大きな放射角度で出射するように適当な形状を有するときは、有利なことに、ディスプレイの水平方向の発光分布は広がり、すなわちディスプレイの水平方向の視野角が広がる。

本発明は、非限定的な例示の方法で与える以下の記述を、添付の図面を参照しながら読むことによりさらに鮮明に理解されるであろう。

記述を単純にし、本発明が従来技術を越えて提供する差異と利点を明確にするために、同じ機能を備える構成要素には同一の参照番号が使用される。

ここで、本発明の一実施形態が、行と列に分配され、１つおよび同一の基板１上に配置された複数のダイオード２を備える画像ディスプレイの場合の図５〜図８を参照して記載される。図６を参照すると、ダイオード２のそれぞれは、反射層を形成する厚い金属製の下部電極２１と、有機電界発光層２２と、これも半反射層を形成する半透明上部電極２３とを備えている。有機電界発光層２２は、従来様式では、第１の種類のキャリアの注入と輸送のための副層２２２と、第２の種類のキャリアを遮断するための副層２２３と、実際の電界発光の部分である副層２２１と、上記第１の種類のキャリアを遮断するための副層２２４と、上記第２の種類のキャリアを注入して輸送するための副層２２５とを備えている。上記のキャリアの種類は電子および正孔に対応するものである。上部電極２３は、例えば、銀で作成されるような薄い金属の副層と、これらの副層の積層に必要な光学的特性を与えるために適当な、厚い誘電体副層とを備える。

２つの電極２１と２３との間の空間は、共振光空洞を形成する。これら２つの電極２１と２３との間の距離Ｄ_cは、この空洞の高さに相当するが、上記で説明されたように、これらの電極の垂直方向に層２２により発光された波長λ_CNの光線が共振するために適している。式４が成り立つことが好適である。
２π×２Ｄ_c／λ_CN＋Ｆ＝２π （式４）
ここで、Ｆは電極２１、２３のそれぞれで波長λ_CNの光線が反射する際の位相変化の合計である。

図５を参照すると、上部電極２３を介して発光するダイオード２の発光面は抽出／封止層３で被覆される。この層３は、透明ベース３０と、このベースを被覆する抽出器３１のアレイとを備える。図７を参照すると、抽出器３１のそれぞれは正方形である入射部３１１と、これも正方形である、入射部よりは小さな面積を有する出射部３１３とを有する。抽出器３１のそれぞれは、ここでは平面であり、その輪郭はそれゆえに台形である反射性側壁３１２も含む。図８を参照すると、抽出器３１のそれぞれは、従って、正方形の錐台を形成し、それゆえに、垂直方向に向かう２つの垂直な対称面を有する。図５を参照すると、それぞれのダイオードの発光面は、透明ベース３０を介しいくつかの抽出器３１の入射部に光学的に結合する。各入射部３１１の面積は、各ダイオードの発光面の面積よりもかなり小さく、少なくとも１０分の１であるのが好適である。図７を参照すると、層３のベース３０の厚さは例えば１００μｍであり、各抽出器の高さは例えば１６μｍであり、入射部３１１上の１辺は例えば２５μｍであり、その出射部３１３上の１辺は例えば１２μｍである。

層３の全体は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような熱形成剤である高分子材料に圧縮モールドにより形成される。この層３は、ダイオード２の上部電極２３を層３のベース３０に光学的に結合させるために適当な接着剤を使用して、ダイオードをサポートする基板に接着される。抽出器３１の入射部３１１がダイオードの発光面の面積よりもかなり小さい面積を有するので、組み立ては位置合わせの制約なく可能となるという利点がある。

実現されるものは、視野角が抽出器の形状により水平面内にも垂直面内にも広がるディスプレイである。

図９は、このディスプレイの別の実施形態を示す。各抽出器３１’は、任意の１列の複数のダイオードに共通であり、垂直方向に向かいこの列に平行な唯一の対称面を有する。上記の図７に示した構成要素は、この対称面に垂直でまた、垂直方向に向いた任意の断面内に在る。実現できるものは、視野角が抽出器の形状により、この場合は、水平面内にのみ広がるディスプレイであることが利点である。

図１０と図１１に示す好適な代替実施形態では、抽出器の反射性側壁はＣＰＣ型である。この場合より正確には、各抽出器３１の側壁３１２’と抽出器の任意の対称面に垂直な断面との交差線は、ＣＰＣ型の放物線を形成する。対称軸を有する抽出器の場合には、この断面は、このときこの軸を通る。図１４は、ＣＰＣ型の放物線に対する光線の軌跡の特性を詳細に示す。点ＥとＥ’は抽出器の入射部の端部を表し、点ＦとＦ’は出射部の端部を表し、線Ｆ’Ｅ’に沿う放物線は点Ｆを焦点として有し、Ｆ’Ｅに平行で点Ｆを通る直線を軸として有し、線ＦＥに沿う放物線は点Ｆ’を焦点として有し、ＦＥ’に平行でＦ’を通る直線を軸として有する。

このようなＣＰＣ放物線の１つの特性は、断面内で、入射部との交差線にある各放物線の点、ここでは点ＥとＥ’での接線は垂直方向に平行であり、それゆえにここでは入射部と出射部の面に垂直である。

抽出器のＣＰＣ放物線というこの断面形状の利点は、遮断角度θ_lim以下の放射角度でダイオードにより発光される光線の集束を最適化することである。この遮断角度は、それゆえこの抽出器のいわゆる「極限光線」、ここではそれぞれ第１と第２のＣＰＣ放物線に対するＦＥ’とＦ’Ｅ、とダイオードの面の垂直方向との間の角度に対応する。

本発明によるディスプレイの抽出器がＣＰＣ型形状であるので、有利なことには、抽出器の断面内で、遮断角度θ_limを超えない放射角度を有するダイオードからの発光光線は、図１０と１４に示すように、これら抽出器の出口でより広い立体角に亘って再分配されることである。放射立体角の拡がりは、明確に抽出器の側壁とこの面との交差がＣＰＣ型の放物線を形成する断面内で起こる。このように、いくつかの対称面または対称軸でも有するＣＰＣ抽出器を使用すると、それゆえ図８に示したものと同様の抽出層を有する抽出器を使用すると、ディスプレイのダイオードの放射立体角は全ての方向に拡がり、当然、視野立体角も広がる。反対に、単一の対称面だけを有し、それゆえに図９に示したものと同様の抽出層を有するＣＰＣ抽出器を使用すると、ディスプレイのダイオードの放射立体角は、主にこの対称面に垂直な面内で広がり、当然その視野立体角も広がる。

本発明によるディスプレイの抽出器のこのＣＰＣ型の形状であることによる利点として、抽出器の断面において遮断角度θ_limにより制限された立体角の外側へのダイオードからの発光光線は、反射によりダイオードへ送り返され、それゆえ抽出器の出口での発光立体角から除かれる。

λ_CNをダイオードの電界発光層により垂直方向へ発光される光線の共振波長であるとし（この場合、２π×２Ｄ_C／λ_CN＋Ｆ＝２πが成立する。上記参照）、少なくとも、電極２１、２３のそれぞれの全位相変化Ｆが実質的に波長に依存しなければ、遮断角度に等しい放射角度θ_limで発光強度が最大となる光線の波長λ_C-limは式５で与えられる。
λ_C-lim＝λ_CNｃｏｓθ_lim （式５）

このように、λ_C-limをλ_CNより短い遮断波長であるとして、これらの光線が範囲［λ_CN、λ_C-lim］から外れた波長を有するときはいつでも、電界発光層２２からの発光光線の大部分を除外するのが望ましいときは、遮断角度θ_limがこの遮断波長λ_C-limに対応するように、より詳しくは式５が成り立つように、抽出器の形状が決定される。それゆえに、抽出器はまた、光空洞と組み合わせて、色に対する空間的フィルタ機能を有し、ダイオードから発光される色の純度の改善または調節を可能とするものであることがわかる。

それゆえに、ＣＰＣ形状を有する抽出器はディスプレイの視野角を広くして、それにより光空洞に固有の欠点を修正し、また発光の色純度を改善するものであることがわかる。

図１２に示されたような他の変形例によれば、抽出器の反射性側壁は、図１３に示された平面形状３１２'''、と、上記し、図１０、１１および１４に示されたＣＰＣ型の中間の形状を有する。この場合、より詳しくは、抽出器の任意の対称面（または対称軸を通る任意の面）に垂直な断面と各抽出器３１の側壁３１２”との交差線は、直線ＥＦと、点ＥとＦを通るＣＰＣ放物線とで区切られた表面内で、直線Ｅ’Ｆ’と、点Ｅ’とＦ’を通るＣＰＣ放物線とで区切られた面内に存在する。この境界、つまり直線と放物線―はこれらの表面内に存在する。このような「中間」の形状の利点は、ＣＰＣ形状よりも製造が簡単であり、尚、視野角を広げ、空間的に色をフィルタリングする観点から十分に許容できる性能のレベルを提供することである。

本発明は、画像を表示するための有機発光ダイオードディスプレイを参照して記述してきたが、以下に記載の請求項の技術範囲から逸脱することなしに、本発明は無機の発光ダイオードディスプレイ、ダイオードベースの照明パネル、または個別の有機または無機のダイオードに適用可能であることが当業者には明らかである。

視野角の関数として、従来技術の２つのダイオードの発光強度の分布を示す図である。 特許文献１の図７に対応するものであり、観測角度（視野角）の関数として、垂直方向で約５５０ｎｍで共振する共振光空洞を備える従来技術のダイオードの発光強度が最大の波長を示す図である。 赤色で発光する従来技術の有機材料に固有の電界発光スペクトルを示す図である。 図３の材料で作成された電界発光層と、垂直方向で６５０ｎｍの波長で共振する光空洞を含む従来技術のダイオードの発光強度の分布を３つの異なる波長に対して視野角の関数として示す図である。 本発明の第１の実施形態によるダイオードベースのディスプレイの断面図である。 図５のディスプレイの１つのダイオードの詳細断面図である。 図５のディスプレイの抽出器の詳細断面図である。 図５のディスプレイの変形例であり、抽出器が正方形の断面を有する錐形であるものを示す図である。 図５のディスプレイの変形例であり、抽出器がダイオードの列で共通であるものを示す図である。 本発明によるダイオードの抽出器の側壁と垂直方向断面との交差の形の変形例であり、ＣＰＣ型を示す図である。 本発明によるダイオードの抽出器の側壁と垂直方向断面との交差の形の変形例であり、ＣＰＣ型を示す図である。 本発明によるダイオードの抽出器の側壁と垂直方向断面との交差の形の変形例であり、１部切り詰めたＣＰＣ型を示す図である。 本発明によるダイオードの抽出器の側壁と垂直方向断面との交差の形の変形例であり、ＣＰＣ型内に在る台形を示す図である。 図１０と図１１に示す変形例による抽出器の入射部と出射部の間でのＣＰＣ型放物線に対する光線の軌跡を示す図である。

Claims (7)

1. 下部電極と上部電極との間に挿入された有機電界発光層を含んでおり、
   前記有機電界発光層は、下部反射層と上部反射層との間に挿入され、当該下部反射層と上部反射層との間に前記有機電界発光層により発光される光線の波長の範囲で共振光空洞を形成し、前記電極の少なくとも１つと前記電界発光層に対してこの電極と同じ側に位置される前記反射層とが、前記発光される光線に対して透明または半透明である、
   ダイオードであって、
   透明または半透明である前記電極と前記反射層とを介し、前記有機電界発光層に光学的に結合する光入射部と、
   前記ダイオードの外側に向かい、前記入射部よりは小さい面積を有する光出射部と、
   前記入射部と前記出射部とにより区切られた反射性側壁と、
   を備える少なくとも１つの光抽出器と、を含み、
   前記抽出器の前記反射性側壁は、前記下部反射層と前記上部反射層の垂直方向に向かう面に対して対称な対となるか、又は前記下部反射層と前記上部反射層の垂直方向に向かう対称軸を有し、
   前記側壁と、前記下部反射層と前記上部反射層の垂直方向に向かう断面であり、前記対称面に直交する断面であるこの側壁の任意の断面とが、または前記対称軸を通る任意の断面とが交差する２つの線のそれぞれは放物線であり、
   第１の点および第２の点（Ｅ’、Ｅ）は、前記交差する第１および第２の線上にある入射部の端部をそれぞれ示し、第３の点および第４の点（Ｆ’、Ｆ）は、前記交差する第１および第２の線上にある出射部の端部をそれぞれ示す場合、第１の点Ｅ’から第３の点Ｆ’を結ぶ前記放物線の一方は、第４の点Ｆを焦点として有するとともに、線ＥＦ’に平行であって第４の点Ｆを通る直線を軸として有し、第２の点Ｅから第４の点Ｆを結ぶ前記放物線の他方は、第３の点Ｆ’を焦点として有するとともに、線Ｅ’Ｆに平行であって第３の点Ｆ’を通る直線を軸として有する、前記ダイオード。
2. 前記少なくとも１つの抽出器の前記反射性側壁は、異なる光学的屈折率を有する２つの透明材料間の界面により形成され、
   これらの壁の形状とこれらの光学的屈折率の差は、前記発光光線が前記抽出器の内部からおよびその入射部から来て、前記壁にぶつかり、全内部反射により反射して前記壁を離れるように適応される、請求項１に記載のダイオード。
3. 前記反射性側壁は、金属化されている、請求項１に記載のダイオード。
4. 前記抽出器を複数含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイオード。
5. 前記ダイオードが同一の基板上に分布している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のダイオードを複数備える画像ディスプレイ。
6. 前記ダイオードが行および列状に配列され、抽出器のそれぞれが任意の１つの列のいくつかのダイオードに共通である、請求項５に記載の画像ディスプレイ。
7. 前記画像ディスプレイに適合するように前記列が垂直方向に配列された時に、任意の１列のいくつかのダイオードに共通な抽出器のそれぞれの前記反射性側壁は、前記垂直方向に向かい、前記列に平行である面に関して対称な対である、請求項６に記載の画像ディスプレイ。

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