JP7191401B2 - Ｏｌｅｄマイクロキャビティ設計と最適化方法 - Google Patents
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Description
本開示は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスに関し、より具体的には、高角度分解能、広視野、多視野ディスプレイのためのＯＬＥＤマイクロキャビティ設計プロセスに関する。
ライトフィールドディスプレイは多視野（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｖｉｅｗｓ）を提供し、ユーザーは各自の目で個別の視野（ｖｉｅｗ）受け取ることができる。このカテゴリの現在のディスプレイは興味深い視野体験を提供するが、魅惑的なライトフィールドディスプレイには、非常に高いピクセル密度（ｐｉｘｅｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）、非常に低い視野間の角度分離（ａｎｇｕｌａｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｉｅｗｓ）、および大きな視野角（ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ）が必要である。隣接する視野からの独立した知覚可能な視野を維持しながら、ユーザーが視域（ｖｉｅｗｉｎｇ ｚｏｎｅｓ）間のスムーズな移行を体験することが望ましい。これらの視野パラメータ（ｖｉｅｗｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を達成するための基本的な要件は、放出源の出力特性を制御することである。マイクロキャビティ内にバウンド（ｂｏｕｎｄ）された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）により、得られる光のスペクトル帯域幅と出力角度を制御できる。
有機発光ダイオードは、一般に、ガラス製の基板上にコーティングされた、２つの電極の間にある、有機材料の薄膜層で構成される。ＯＬＥＤは、特徴的な幅広いスペクトル幅とランベルト（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）強度分布プロファイルをもつ。アノードとカソードの間に配置された薄膜層は、通常、有機正孔注入層（ＨＩＬ）、有機正孔輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＥＭＬ）、有機電子輸送層（ＥＴＬ）、および、有機電子注入層の１つ以上を含む。カソードとアノード（電極）からそれぞれ注入された電子と正孔が、ＥＴＬとＨＴＬを流れ、ＥＭＬで再結合すると、ＯＬＥＤデバイスで光が生成される。
光の出力特性を制御するひとつの方法は、マイクロキャビティの使用である。マイクロキャビティは２つのミラーの間に形成される。第１のミラーは金属カソードとすることができ、第２のミラーは非吸収性材料の層状スタック（ｌａｙｅｒｅｄ ｓｔａｃｋ）とすることができる。非吸収材料の層状スタックは、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）と呼ばれる。ＤＢＲは、交互の順序で、異なる屈折率をもつ２つの異なる誘電体層の複数のペアで構成される光学ミラーである。最高の反射率は、各層の光路長が共振波長の４分の１になるように層の厚さが選択されたときに達成される。これは、一般に、ブラッグ波長λＢｒａｇｇと呼ばれる。マイクロキャビティの出力特性に影響を与える３つの主な設計変数は、上面と底面（つまり、対向するミラー）の反射率と光路長である。ミラー間の光路長は、波長の倍数に等しくなる。そのような共振ＯＬＥＤ構造によって出力される光の波長は、部分的には、マイクロキャビティのこの光路長に依存する。キャビティ内の光路長はさまざまな方法で操作できる。そのひとつは、マイクロキャビティを構成する層の厚さを変更することである。ライトフィールドディスプレイに適したＯＬＥＤのチャレンジは、ペクトル帯域幅と出力角度を小さくするために、如何にして、マイクロキャビティの最適な光路長を決定するかである。
従来技術で知られている、マイクロキャビティＯＬＥＤの現在の設計プロセスには、初期ＯＬＥＤ設計の作成、出力特性の定義、反射面の設計、および材料の厚さの決定が含まれる。次に、ＯＬＥＤが製造され、テストされる。このプロセスは、製造されたＯＬＥＤ構造から所望の出力が得られるまで繰り返される。これは時間とコストのかかるプロセスである。
米国特許第６，９１７，１５９号明細書（マイクロキャビティＯＬＥＤデバイス）は、ＯＬＥＤ内のマイクロキャビティを使用して、出力の効率と強度を向上させることを記載している。製作が容易なため、ＤＢＲの代わりに金属ミラーが使用されている。これにより、失われるエネルギーが大きくなり、反射率の制御が低くなる。両方のリフレクターに金属構造が使用されているため、ひとつは半透明でなければならない。これは、ＯＬＥＤの出力効率を改善し、色度を改善するためのものであるが、出力パラメータを微調整するには、反射率を制御できるように、半透明の電極／反射器の製造を非常に正確に行う必要がある。また、反射率の最大値は、金属がエネルギーの一部を吸収するため、ＤＢＲで達成可能な値よりも低くなる。
ＷＯ２０１７０５１２９８号公開公報（青色ＯＬＥＤ照明用途のためのマイクロキャビティを備えた色変換層上の分散型ブラッグ反射器）は、デバイス構成要素によって分類された製造技術および形状を記載している。この特許文献は、青色ＯＬＥＤのみについての、製造と設計に言及している。未知のＯＬＥＤ堆積プロセスがＤＢＲに適用され、構造には無機層と有機層の組み合わせが含まれ、フレキシブル基板を備えた底面発光型デバイスを作製する。ここでのピクセルは、パッシブマトリックスを使用して制御される。
米国特許第７，４８９，０７４号明細書（マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスの色変化の低減または除去）および米国特許第２００６／００６６２２０号公開公報（マイクロキャビティデバイスの視野角による色変化の低減または除去）は、その結果として、底面発光型デバイスとなる、ＯＬＥＤ構造の底部にある多層ミラー構造を開示している。このＯＬＥＤの構造には、発光層の両側にある２つの電極の使用が含まれる。開示されたデバイスは、基板の前面に光変調薄膜を含み、そのひとつは、出力される発光スペクトルが同じ知覚される色を有するように波長を再分配する微細構造である。
Ｊ． Ｇ． Ｃ． Ｖｅｉｎｏｔ， Ｈ． Ｙａｎ， Ｓ． Ｍ． Ｓｍｉｔｈ， Ｊ． Ｃｕｉ， Ｑ． Ｈｕａｎｇ， ａｎｄ Ｔ． Ｊ． Ｍａｒｋｓ， "Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｎａｎｏｄｉｏｄｅ ａｒｒａｙｓ，" Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． ２， ｎｏ． ４， ｐｐ． ３３３－３３５， ２００２．
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本発明は、カソードを兼ねる金属反射面と、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む反対側の反射面を含む、赤、緑、または青（Ｒ、Ｇ、またはＢは個別に、またはＲＧＢはまとめて）の発光のための有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスを設計および製造する方法に関する。これらの方法は、ライトフィールドディスプレイで使用するように構成された上面発光マイクロキャビティＯＬＥＤの設計と製造について例示されており、ＤＢＲ設計は、特定の厚さの誘電体材料を交互に積み重ねたもので、マイクロキャビティの光路長が設計波長の４分の１であり、あらゆる色のＯＬＥＤでの使用に適している。
当該技術分野で知られている現在のマイクロキャビティＯＬＥＤ設計プロセスは、初期ＯＬＥＤ設計の作成からなる。次に、目的の出力特性が指定され、反射面が設計され、材料の厚さが定義され、最初のＯＬＥＤが製造される。製造されたＯＬＥＤをテストすると、得られた製造されたＯＬＥＤが望ましい出力パラメータを生成するまで、このプロセスが繰り返される。このプロセスの概略図を図１０に示す。本開示は、製造前にＦＤＴＤシミュレーションを実装してマイクロキャビティＯＬＥＤの設計を最適化する方法を提供し、商業的な製造およびアプリケーションで所望の設計／性能が達成されるまで、ＭＣＯＬＥＤの反復製造の必要性を排除する（図１１を参照）。
一態様によれば、マイクロキャビティを形成するように構成された下部反射層および分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）上部層を備えた積層構造を備えるマイクロキャビティＯＬＥＤであって、カソード層とアノード層の間に積み重ねられて上面発光型ＯＬＥＤを形成する一連の１つ以上の有機層と、ＤＢＲに隣接するオプションのフィラー層を含み、ここで、ＤＢＲ上部層は、所定の色に対応する光の波長を放出するように調整された上面発光型ＯＬＥＤで使用するように構成され、誘電体材料を交互に重ねた副層であって、該各副層の厚さはブラッグ波長の４分の１に等しい光路長を提供する複数の副層を含む、マイクロキャビティＯＬＥＤが提供される。
マイクロキャビティＯＬＥＤの一実施形態では、ブラッグ波長は、ＯＬＥＤが放出するように調整される光の波長と等しくない。
マイクロキャビティＯＬＥＤの別の実施形態では、ＤＢＲは、誘電体材料を交互に重ねた、６から１２の副層からなる。
マイクロキャビティＯＬＥＤのさらなる実施形態では、ＤＢＲは、３対の交互に重ねた誘電体材料からなる。
マイクロキャビティＯＬＥＤのさらなる実施形態では、誘電体材料を交互に重ねた副層は、二酸化チタンと二酸化ケイ素からなる。
マイクロキャビティＯＬＥＤのさらに別の実施形態では、ＤＢＲは、３対の交互に重ねた二酸化チタンおよび二酸化ケイ素の副層を含み、該ＤＢＲは５００ｎｍのブラッグ波長を有し、各二酸化チタン副層は約５０ｎｍの厚さであり、各二酸化ケイ素副層は約８６ｎｍの厚さである。
マイクロキャビティＯＬＥＤの関連する実施形態では、ＯＬＥＤは、赤、緑、または青の光を発する。
別の態様によれば、製造規格（ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を取得し、有機層が間に配置されたカソードとアノード、オプションのフィラー層、および分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む特定のマイクロキャビティＯＬＥＤを製造する方法が提供され、この方法は以下のステップを含む。
ｉ． 所定のマイクロキャビティＯＬＥＤ発光特性のセットについて、カソードとＤＢＲの光路長とミラー反射率の近似を計算すること
ｉｉ． ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、光路長とミラーの反射率の近似値を使用して、マイクロキャビティＯＬＥＤの波長に必要なミラーの透過深さを決定すること
ｉｉｉ． ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、反射層の間にマイクロキャビティ層を形成するために使用される１つまたは複数の材料層をパラメータ化すること
ｉｖ． ＦＤＴＤシミュレーションの結果を使用して、１つ以上の材料層をパラメータ化し、１つ以上の材料層の最適化された厚さを決定することで、マイクロキャビティＯＬＥＤの製造仕様を提供すること
ｉ． 所定のマイクロキャビティＯＬＥＤ発光特性のセットについて、カソードとＤＢＲの光路長とミラー反射率の近似を計算すること
ｉｉ． ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、光路長とミラーの反射率の近似値を使用して、マイクロキャビティＯＬＥＤの波長に必要なミラーの透過深さを決定すること
ｉｉｉ． ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、反射層の間にマイクロキャビティ層を形成するために使用される１つまたは複数の材料層をパラメータ化すること
ｉｖ． ＦＤＴＤシミュレーションの結果を使用して、１つ以上の材料層をパラメータ化し、１つ以上の材料層の最適化された厚さを決定することで、マイクロキャビティＯＬＥＤの製造仕様を提供すること
この方法の一実施形態では、１つまたは複数の材料層は有機層である。
この方法の別の実施形態では、１つまたは複数の材料層はアノード層である。
この方法のさらなる実施形態では、１つまたは複数の材料層は、フィラー層である。
方法のさらに別の実施形態では、１つまたは複数の材料層をパラメータ化するためにＦＤＴＤシミュレーションを適用するステップは、粒子群最適化プロトコル（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に基づく。
この方法のさらに別の実施形態では、ＤＢＲのミラー反射率の計算は、伝達行列プロトコル（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使用して行われる。
方法の別の実施形態では、指定されたマイクロキャビティＯＬＥＤを製造するステップをさらに含む。
方法のさらなる実施形態では、指定されたマイクロキャビティＯＬＥＤは、所定の色に対応する光の波長を放出するように調整されたＯＬＥＤで使用するように構成されたＤＢＲを含み、該ＤＢＲは、交互の誘電体材料の副層を含み、各副層の厚さは、ブラッグ波長の４分の１に等しい光路長を提供する。
この方法のさらに別の実施形態では、ＯＬＥＤは上面発光型である。
この方法のさらに別の実施形態では、ＯＬＥＤは、赤、緑、または青の光を放出する。
方法の別の実施形態では、ＤＢＲは、３対の交互に重ねた二酸化チタンおよび二酸化ケイ素の副層を含み、該ＤＢＲは５００ｎｍのブラッグ波長を有し、各二酸化チタン副層は約５０ｎｍの厚さであり、各二酸化ケイ素副層は約８６ｎｍの厚さである。
本発明のこれらおよび他の特徴は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明でより明らかになるであろう。
本開示は、概して、ライトフィールドディスプレイにおける光源の特性の放出を制御するための、ＦＤＴＤ最適化を含むマイクロキャビティＯＬＥＤ設計方法に関する。
本発明の様々な特徴は、図中の説明図とともに以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本明細書に開示されるマイクロキャビティＯＬＥＤ設計プロセスおよび構造の設計パラメータ、設計方法、構成、および使用は、本明細書の記載および本発明の特許請求の範囲を限定することを意図しない実施形態を表す様々な例を参照して説明される。本発明が関係する分野の熟練技術者は、本開示の教示に従って、本開示の教示および範囲から逸脱することなく実施できる、本明細書に開示されていない本発明の他の変形例、実施例および実施形態があり得ることを理解するであろう。
定義
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が関係する当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が関係する当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。
本明細書で「含む」という用語と併せて使用されるときの「ａ」または「ａｎ」という用語の使用は、「１つ」を意味し得るが、「１つ以上」、「少なくとも１つ」および「１つまたは１つ以上」の意味とも一致する。
本明細書で使用される場合、「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」という用語、ならびにそれらの文法上の変形は、包括的または制限のないものであり、追加の列挙されていない要素および／または方法ステップを除外しない。組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法に関連して本明細書で使用される場合、「から本質的になる」という用語は、追加の要素および／または方法ステップが存在し得るが、これらの追加は、列挙された構成、デバイス、物品、システム、方法、または使用機能の方法に実質的に影響を与えるものではない。本明細書で組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法に関連して使用される場合、「からなる」という用語は、追加の要素および／または方法ステップの存在を除外する。特定の要素および／またはステップを含むものとして本明細書に記載される組成物、デバイス、物品、システム、使用または方法はまた、これらの実施形態が具体的に参照されているかどうかにかかわらず、特定の実施形態では本質的にそれらの要素および／またはステップからなり、他の実施形態ではこれらの要素および／またはステップからなる。
本明細書で使用される場合、「約」という用語は、所与の値からの約±１０％の変動を指す。そのような変動は、それが具体的に言及されているかどうかにかかわらず、本明細書で提供される任意の所与の値に常に含まれることを理解されたい。
本明細書における範囲の列挙は、本明細書において別段の指示がない限り、範囲およびその範囲内に含まれる個々の値の両方を、範囲を示すために使用される数字と同じ場所の値に、伝えることを意図している。
「など」、「例示的な実施形態」、「例示的な実施形態」および「例えば」などの、例または例示的な言語の使用は、本発明に関連する態様、実施形態、変形、要素または特徴を例示または示すことを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図していない。
本明細書で使用される場合、「接続する」および「接続された」という用語は、本開示の要素または特徴間の任意の直接的または間接的な物理的関連付けを指す。したがって、これらの用語は、例え、接続されていると説明されている要素または機能の間に他の要素または機能が介在していても、相互に部分的または完全に含まれ、取り付けられ、結合され、配置され、一緒に結合され、連絡し、動作可能に関連付けられるなどの要素または機能を示すと理解され得る。
本明細書で使用される場合、「ＤＢＲ」という用語は、分布ブラッグ反射器を指す。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）は、屈折率が異なる２つの異なる誘電体層の複数のペアで構成される光学ミラーである［参照文献１１］。各層の光路長が共振波長の４分の１になるように層の厚さを選択すると、最高の反射率が得られる。各層の光路長がλＢｒａｇｇ／４の場合、すべての反射は同相で追加され、透過率はミラーの厚さの関数として指数関数的に減少する。阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）よりも長い波長または短い波長では、反射の位相がずれ始めるため、全反射が減少する［参照文献０４］。これにより、阻止帯域と呼ばれるブラッグ波長を中心とした広帯域の高反射率領域が得られ、両側にサイドローブが振動する［参照文献０７］。ＤＢＲは通常、屈折率の異なる２つの異なる誘電体層のペアで構成されるが、各層の光路長がλＢｒａｇｇ／４である限り、複数の誘電体材料またはｎのコントラストをもつ他の透明な材料で構成することもできる。
多層ミラーは、適切に選択された厚さの実質的に非吸収性の材料の交互の層からなる。典型的には、各層はλ／４ｎの厚さであり、ここで、λはＥＭＬ発光スペクトルの中心波長、例えば５００～５５０ｎｍに、ほぼ対応するように有利に選択される。このようなミラーはよく知られている。ミラーの反射率は、既知の方法で、層ペアの数、層の厚さ、使用する材料の屈折率に依存する。可視波長領域の代表的な材料ペアは、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、および、ＴｉＯ２である。
本明細書で使用される場合、「ＩＴＯ」という用語は、酸化インジウムスズを指し、通常、重量で７４％のＩｎ、１８％のＯ２、および８％のＳｎの配合を有する酸素飽和組成物としてある。ＩＴＯは、その適切な導電性により、ＯＬＥＤ構造のアノード材料として一般的に使用され、確立された方法で堆積でき、ほぼ透明で無色であり、本開示においてＯＬＥＤのアノード層を構成するために使用できる材料である。
本明細書で使用する場合、「ピクセル」という用語は、ディスプレイを作製するために使用される光源および発光機構を指す。
本明細書で使用する場合、「サブピクセル」という用語は、光マイクロキャビティ内に収容された発光デバイスで構成される。光マイクロキャビティは、光を実質的にコリメート、操作、または調整するために、複数の反射面と動作可能に関連付けられている。反射面の少なくとも１つは、光をマイクロキャビティに伝搬させるために光マイクロキャビティに接続された光伝搬反射面である。本開示は、個別にアドレス指定可能な、赤、緑、および青（ＲＧＢ）サブピクセルを提供する。サブピクセルサイズは、ナノスケールから数ミクロンまでの範囲に縮小され、当技術分野で以前から知られているピクセルサイズよりも大幅に小さい。
本明細書で使用するとき、基本レベルでの「光照射野」（ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ）という用語は、閉塞のない、空間内の点を通ってあらゆる方向に流れる光の量を表す関数を指す。したがって、ライトフィールドは、自由空間における光の位置と方向の関数として放射輝度（ｒａｄｉａｎｃｅ）を表す。ライトフィールドは、さまざまなレンダリングプロセスを通じて合成的に生成するか、ライトフィールドカメラまたはライトフィールドカメラのアレイからキャプチャできる。
本明細書で使用される場合、「ライトフィールドディスプレイ」という用語は、デバイスに入力された有限数のライトフィールド放射輝度サンプルからライトフィールドを再構成するデバイスである。輝度サンプルは、赤、緑、青（ＲＧＢ）の色成分を表す。ライトフィールドディスプレイでの再構成では、ライトフィールドは４次元空間から単一のＲＧＢカラーへのマッピングとしても理解できる。４つの次元には、ディスプレイの垂直および水平の次元と、ライトフィールドの方向成分を説明する２つの次元が含まれる。ライトフィールドは関数として定義される。
ＬＦ：（ｘ、ｙ、ｕ、ｖ）→（ｒ、ｇ、ｂ）
ＬＦ：（ｘ、ｙ、ｕ、ｖ）→（ｒ、ｇ、ｂ）
固定ｘｆ、ｙｆの場合、ＬＦ（ｘｆ、ｙｆ、ｕ、ｖ）は、「要素画像」と呼ばれる２次元（２Ｄ）画像を表す。要素画像は、固定されたｘｆ、ｙｆ位置からのライトフィールドの指向性画像である。複数の要素画像が並べて接続されている場合、結果の画像は「統合画像」と呼ばれる。インテグラルイメージは、ライトフィールドディスプレイに必要なライトフィールド全体として理解できる。
本明細書で使用する場合、「ＦＷＨＭ」という用語は、半値全幅を指し、これは、従属変数がその最大値の半分に等しい、独立変数の２つの極値の間の差によって与えられる関数の範囲の表現である。
本明細書で使用する場合、「ＯＬＥＤ」という用語は、外部電圧の印加下で光を放出する光電子デバイスである有機発光ダイオードを指す。ＯＬＥＤＳは、小さな有機分子で作られたものおよび有機ポリマーで作られたものという、２つの主要なクラスに分類できる。ＯＬＥＤは、発光エレクトロルミネセンス層が電流に応答して発光する有機化合物の膜である発光ダイオードである。一般に、ＯＬＥＤは固体半導体デバイスであり［参照文献１４］、アノードとカソードとの間に配置され、それらに電気的に接続された少なくとも１つの導電性有機層を含む。電流が印加されると、アノードが正孔を注入し、カソードが電子を有機層に注入する。注入された正孔と電子は、それぞれ反対に帯電した電極に向かって移動する。電子と正孔が同じ分子上に局在すると、励起されたエネルギー状態をもつ局在化した電子－正孔対である励起子が形成される。励起子が光電子放出機構を介して緩和すると、光が放出される。
限定されるものではないが、ＯＬＥＤのタイプには下記のものがある［参照文献１４］。
ａ．アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）
ＡＭＯＬＥＤは、陰極、有機分子、陽極のすべての層をもつ。アノード層は、マトリックスを形成するように、それに平行な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）平面を有する。これにより、各ピクセルを必要に応じてオンまたはオフの状態に切り替え、イメージを形成することができる。したがって、ピクセルが不要になったり、ディスプレイに黒い画像が表示されたりすると、ピクセルのスイッチがオフになり、デバイスのバッテリー寿命が長くなる。これは、特に電力消費が最も少ないタイプで、リフレッシュレートが速いため、ビデオにも適している。ＡＭＯＬＥＤの最適な用途は、コンピューターモニター、大画面テレビ、電子看板または看板である。
ｂ．上面発光型ＯＬＥＤ
上面発光型ＯＬＥＤは、不透明または反射性の基板を備えている。上面発光型ＯＬＥＤは、不透明なトランジスタバックプレーンと簡単に統合できるため、アクティブマトリックスアプリケーションに適している。製造業者は、スマートカードで上面発光型ＯＬＥＤディスプレイを使用できる。
ｃ．底面発光型ＯＬＥＤ
放出された光が透明または半透明の底部電極および基板を通過する場合、ＯＬＥＤは底面発光型である。
ａ．アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）
ＡＭＯＬＥＤは、陰極、有機分子、陽極のすべての層をもつ。アノード層は、マトリックスを形成するように、それに平行な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）平面を有する。これにより、各ピクセルを必要に応じてオンまたはオフの状態に切り替え、イメージを形成することができる。したがって、ピクセルが不要になったり、ディスプレイに黒い画像が表示されたりすると、ピクセルのスイッチがオフになり、デバイスのバッテリー寿命が長くなる。これは、特に電力消費が最も少ないタイプで、リフレッシュレートが速いため、ビデオにも適している。ＡＭＯＬＥＤの最適な用途は、コンピューターモニター、大画面テレビ、電子看板または看板である。
ｂ．上面発光型ＯＬＥＤ
上面発光型ＯＬＥＤは、不透明または反射性の基板を備えている。上面発光型ＯＬＥＤは、不透明なトランジスタバックプレーンと簡単に統合できるため、アクティブマトリックスアプリケーションに適している。製造業者は、スマートカードで上面発光型ＯＬＥＤディスプレイを使用できる。
ｃ．底面発光型ＯＬＥＤ
放出された光が透明または半透明の底部電極および基板を通過する場合、ＯＬＥＤは底面発光型である。
本明細書で使用される場合、「マイクロキャビティ」という用語は、スペーサー層またはＯＬＥＤなどの光学媒体の両面の反射面によって形成される構造を指す。
本明細書で使用する場合、「マイクロキャビティＯＬＥＤ」（ＭＣ ＯＬＥＤ）という用語は、前述のように、２つの反射面によって定義されるマイクロキャビティ内にバウンドされたＯＬＥＤの材料を指し、マイクロキャビティにおいて、反射面は、金属材料、特定の範囲内で光を反射するように配置された誘電体材料、または、誘電体と金属材料のいくつかの組み合わせである。ＯＬＥＤを構成する有機材料は、Ｌｊの光路長をもつ材料の厚さｄｊでアレンジされる。ここで、Ｌｊ＝ｎｊ×ｄｊであり、ｎｊはＯＬＥＤ材料の屈折率である。反射面間の材料の光路長の合計は、λｉがＭＣＯＬＥＤのピーク設計波長であるｍλｉ／２に等しくなるように設計されている。したがって、反射面間の１つまたはすべての材料の厚さを変更するか、追加のフィラー材料を追加することで、光路長を変更できる。ＯＬＥＤ構造でマイクロキャビティを使用すると、ＯＬＥＤのスペクトル幅が減少し、角度出力が減少するため、全体的な効率が向上する。
本明細書で使用される場合、「カソード」という用語は、電子が電気デバイスに入る負に帯電した電極を指す。
本明細書で使用される場合、「アノード」という用語は、電子がデバイスを去る正に帯電した電極を指す。
本明細書で使用される場合、「シミュレーション」という用語は、特に、研究の目的で、または製造仕様を開発および改良するための、何かのコンピュータモデルの生成を指す。有限差分時間領域（ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ： ＦＤＴＤ）法は、電磁気学やフォトニクスの問題を解くために使用され、複雑な形状のマクスウェルの方程式を解く。ＦＤＴＤは、非線形材料特性を自然な方法で処理し、ユーザーが広範囲の周波数でシステム応答を測定できるようにする、時間領域での多目的有限差分法である。同等の手法は、厳密な結合波解析（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ： ＲＣＷＡ）である。これは、半構造的手法であり、周期構造のフィールド回折問題を解くために一般的に使用される。ＲＣＷＡはフィールドを平面波のセットに分解し、フーリエ空間の空間調和関数の合計でフィールドを表す。ＲＣＷＡは、シミュレーションの複雑さと時間の削減から恩恵を受けるが、より複雑なジオメトリでは不正確になる。
本明細書で使用される場合、「ミラー」という用語は、ある範囲の波長の入射光に対して、反射光が、鏡面反射と呼ばれる、元の光の詳細な物理的特性の多くまたはほとんどを維持するような方法で光を反射する物体を指す。２つ以上のミラーが正確に平行に配置され、互いに向き合っていると、無限のミラー効果と呼ばれる、反射が無限に退行（ｒｅｇｒｅｓｓ）する可能性がある。
本明細書で使用する場合、「メタ表面」（ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ）という用語は、サブ波長共振器に依存してインターフェースの光学応答を変更する薄い光学コンポーネントとして定義される。この共振特性により、入射波面に突然の位相シフトが導入され、散乱波面を成形することが可能になる［参照文献１５］。望ましい機能を実現するには、インターフェースと望ましい波面を分離する複数の光路間の建設的な干渉が必要である。
本明細書で使用する場合、「透過率」という用語は、入射光ごとに透過する光のパーセンテージとして定義される。
本明細書で使用する場合、「波長」という用語は、波や光や音などの移動エネルギーの繰り返しパターンである、波の２つの同一のピーク（高点）または谷（低点）間の距離の尺度である。
本明細書に開示される組成物、デバイス、物品、方法および使用の任意の実施形態は、当業者によって、そのままで、または本発明の範囲および精神から逸脱することなく、そのような変形または同等物を作ることによって実施できる。
ＯＬＥＤの設計上の考慮事項－材料
図１４に見られるように、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造は、典型的には、ガラスで作られた基板３８；ＩＴＯの透明なアノード１８、ここでＩＴＯの屈折率（ｎ）は約１．８である；約１．５の屈折率（ｎ）を有する正孔輸送層（ＨＴＬ）２２；約１．７のｎ値を有する電子輸送層（ＥＴＬ）２６および発光層（ＥＭＬ）２４；そしてカソード、を含む。必要なｎ値を達成するために、これらの各コンポーネントの材料が選択される。
図１４に見られるように、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造は、典型的には、ガラスで作られた基板３８；ＩＴＯの透明なアノード１８、ここでＩＴＯの屈折率（ｎ）は約１．８である；約１．５の屈折率（ｎ）を有する正孔輸送層（ＨＴＬ）２２；約１．７のｎ値を有する電子輸送層（ＥＴＬ）２６および発光層（ＥＭＬ）２４；そしてカソード、を含む。必要なｎ値を達成するために、これらの各コンポーネントの材料が選択される。
電子輸送層（ＥＴＬ）２６は、関連する電極から発光層への電子輸送を容易にすることができる実質的に透明な任意の材料とすることができる。そのような材料の例には、２－（４－ビフェニル）－５－フェニル－１，３，４－オキサジアゾール（ＰＢＤ）、ブチルＰＢＤ、または、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）やポリ（カーボネート）などの、不活性ポリマーにドープされた前述の材料のいずれかが含まれる。
発光層（ＥＭＬ）２４の材料には、Ａｌｑ、芳香族炭化水素、ポリ（フェニレンビニレン）、オキサジアゾール、および、スチルベン誘導体が含まれる。ＥＭＬ２４材料は、ＥＭＬ２４材料の主要成分のエネルギーギャップよりも小さいエネルギーギャップを有する発光材料でドープされた安定な非発光ホスト材料である場合もある。
正孔輸送層（ＨＴＬ）２２は、電子－正孔再結合が行われるＥＭＬ２４層への正孔の輸送を容易にすることができる任意の実質的に透明な材料であることができる。適切な材料の例は、ジアミン（例えば、Ｎ、Ｎ’－ジフェニル－Ｎ、Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン）およびポリ（フェニレンビニレン）である。
アノード１８は、一般に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはドープされたポリアニリンなどの導電性ポリマー、または、金属（例えば、ＡｕまたはＡｌ）の薄層（例えば、約１０ｎｍ）であり、パターン化されないか、またはパターン化され得る（例えば、行または列に）。
フィラー層１６は、製造および動作条件下で化学的に安定であり、適切な技術によってパターン化することができる任意の実質的に透明な材料とすることができる。例示的なフィラー材料は、透明なポリマー（例えば、ポリイミド）または透明な無機誘電体（例えば、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２）である。
ＯＬＥＤの上面発光構成では、基板３８は透明である必要はない。それは（適切な絶縁体を備えた）金属または半導体、例えばシリコンであり得る。
マイクロキャビティＯＬＥＤの設計要素と構成
実世界を模倣する３Ｄディスプレイを作製するための方法には、光源（ｓｏｕｒｃｅ）の寸法を減らすことが含まれる。無機の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、サブミクロン領域への小型化には適していない。これは、製造上の課題や量子構造に関連するバンド構造の変化など、いくつかの障害があるためである。一方、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、アモルファス構造が量子閉じ込めに拘束されないため、可能な代替案を提供する［参照文献０１］。さらに、直径が１００ｎｍ未満のＯＬＥＤが製造され、大面積ＯＬＥＤと同様の性能を示している［参照文献０２］。
実世界を模倣する３Ｄディスプレイを作製するための方法には、光源（ｓｏｕｒｃｅ）の寸法を減らすことが含まれる。無機の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、サブミクロン領域への小型化には適していない。これは、製造上の課題や量子構造に関連するバンド構造の変化など、いくつかの障害があるためである。一方、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、アモルファス構造が量子閉じ込めに拘束されないため、可能な代替案を提供する［参照文献０１］。さらに、直径が１００ｎｍ未満のＯＬＥＤが製造され、大面積ＯＬＥＤと同様の性能を示している［参照文献０２］。
マイクロキャビティＯＬＥＤ（ＭＣＯＬＥＤ）のスペクトル狭小化、強度向上、および放出プロファイルの変更は、平面マイクロキャビティデバイスの自然放出のよく報告された結果である。マイクロキャビティの性能に影響を与える３つの主要な設計変数は、上面と底面の反射率、および光路長である。したがって、反射面間の距離を具体的に固定し、ミラーの１つで高い反射率値を達成し、反対側のミラーの反射率を微調整することにより、各ＯＬＥＤの出力を微調整できる。この開示では、カソード３０は、図１４に示されるように、マイクロキャビティ構造の底部反射面とベースの電気接点の両方として機能する。上部反射面は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として知られる、高屈折率１４および低屈折率１２が交互に並んだ一連の屈折率の誘電体層で構成されている。構成材料の屈折率特性と誘電体層のペアの数が誘電体層状ミラーのピーク反射率と反射率プロファイルを変更するため、ＤＢＲは出力パラメータの調整を可能にするように選択され、可視スペクトルにおいて吸収がないという追加の利点がある。
有機発光ダイオードは、一対の電極間の複数の有機材料層で構成されており、特徴的な広いスペクトル幅とランベルト強度プロファイルの発光をもたらす。これらの発光特性は標準のディスプレイソリューションにとって望ましい場合があるが、マイクロキャビティ効果を使用してライトフィールドディスプレイ用にデバイスの光学特性を調整する機能が必要である。
複雑なＭＣＯＬＥＤ設計の場合、設計段階で最適化方法を履行すると、設計からのばらつきが少ないＭＣＯＬＥＤ構造が製造される。これにより、目的の出力でＭＣＯＬＥＤを製造するために必要な再設計とその後の製造プロセスが削減される。
例えば、本開示の実施形態は、Ｒ、Ｇ、およびＢサブピクセルのための共通のＤＢＲ構造を含む。ＤＢＲは、反射率がマイクロキャビティ内の最適な光路長Ｌｉになるように設計されている。ＤＢＲ層の厚さは、ＤＢＲ（ｄＤＢＲ）１０の全体的な厚さが最適な光路長をもたらすように設計されている。各サブピクセル（ＲＧＢ）に一貫したＤＢＲ構造が使用されているため、ＤＢＲの設計はますます複雑になり、各サブピクセルの最適な光路長Ｌｉが実現される。ＦＤＴＤシミュレーションを使用したＭＣＯＬＥＤの設計の最適化の履行により、一般的なＤＢＲ設計が行われ、各サブピクセルに必要な光路長が得られた。
この開示では、マイクロキャビティに基づくＯＬＥＤの開発および結果として得られるＯＬＥＤが詳述されている。ピーク発光波長でのＯＬＥＤの初期構造を定義するために使用される理論的な設計変数がまとめられている。マイクロキャビティ内の光路長を最適化するために使用されるＦＤＴＤシミュレーションが詳述されている。ＦＤＴＤシミュレーションの仕様に基づいて作製されたＭＣＯＬＥＤが開示され、マイクロキャビティにバウンドされていないＯＬＥＤ、およびＦＤＴＤシミュレーション結果と比較される。
有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）は、単一のシミュレーションで複数の周波数ポイントを組み込むことができる最先端の時間領域技術であり、広い波長範囲にわたってデバイス設計を分析および最適化する機能を提供する。ＦＤＴＤ法の現在のアプリケーションには、イメージセンサー、太陽電池、メタマテリアルの設計が含まれる。ＯＬＥＤ設計では、現在、ＦＤＴＤソリューションが設計プロセスに組み込まれており、抽出層（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒｓ）を最適化して出力効率を高め、層の厚さを定義してマイクロキャビティベースの効果を回避している。
図１０は、当技術分野で以前から知られているマイクロキャビティＯＬＥＤ（ＭＣＯＬＥＤ）の設計方法を示している。このプロセスには、初期のＯＬＥＤ設計４２の作成、望ましい出力特性４４の定義、反射面４６の設計、および材料の厚さ４８の定義が含まれる。当技術分野で知られている次のステップは、ＭＣＯＬＥＤ ６４の製造である。製造が完了すると、マイクロキャビティＯＬＥＤはテストを受け、所望の出力が得られるまでプロセスが４２から製造まで繰り返される。
図１１は、本開示による、マイクロキャビティＯＬＥＤの設計および最適化のために提案された方法のプロセス概略図を示す。この方法は、初期のＯＬＥＤ設計４２の作成、所望の出力特性４４の定義、および反射面４６の設計を含む。
本開示（図１１）および当技術分野で以前に知られているようなＤＢＲ構造を有するマイクロキャビティＯＬＥＤの設計（図１０）の場合、初期ＯＬＥＤ設計４２の作成は、理論的設計変数の考慮を必要とする。
理論的な設計変数
発光材料が２つの反射面の間に配置されると、自然放出光子の状態密度が再分配され、垂直方向の発光強度が強化され、発光スペクトルが狭まる［参照文献１２］。この強化は、総光路長Ｌｉが下記の関係を満足する［参照文献０５］。
発光材料が２つの反射面の間に配置されると、自然放出光子の状態密度が再分配され、垂直方向の発光強度が強化され、発光スペクトルが狭まる［参照文献１２］。この強化は、総光路長Ｌｉが下記の関係を満足する［参照文献０５］。
ここで、ｍは正の整数、λｉはキャビティからのピーク放出の波長である［参照文献０６］。
エミッション特性
マイクロキャビティによる角度広がりの減少は、次のように近似できる。
マイクロキャビティによる角度広がりの減少は、次のように近似できる。
同様に、出力スペクトルのＦＷＨＭは次のように決定される。
ここで、ＲＣａｔｈｏｄｅはカソードの反射率であり、ＲＤＢＲはＤＢＲの反射率である。
分散ブラッグ反射器
各層の光路長が共振波長の４分の１になるように、あるいは下式のように、層の厚さｄｉを選択すると、ＤＢＲ構造の反射率が最も高くなる。
各層の光路長が共振波長の４分の１になるように、あるいは下式のように、層の厚さｄｉを選択すると、ＤＢＲ構造の反射率が最も高くなる。
ここで、λＢｒａｇｇはＤＢＲの設計波長であり、任意の値にすることができるが、設計の波長範囲で反射率が高くなるように選択される［参照文献１１］。これらの条件下では、すべての反射が同相で追加され、透過率はミラーの厚さの関数として指数関数的に減少する。λＢｒａｇｇでのＤＢＲの反射率は、次のように近似できる。
ここで、ｎ１はλＢｒａｇｇでの低屈折率ＤＢＲ １２の屈折率、ｎ２はλＢｒａｇｇでの高屈折率ＤＢＲ材料１４の屈折率、Λは誘電体ペアの数である［参照文献０９］。長波長または短波長では、反射の位相がずれ始めるため、全反射が減少する［参照文献０４］。結果は、λＢｒａｇｇを中心とした広帯域の高反射率領域であり、阻止帯域（ｓｔｏｐ ｂａｎｄ）と呼ばれ、δλｓｂは次のように決定される。
ここで、ｎｅｆｆは有効なインデックスである［参照文献０７］。これらは、ＤＢＲを備えたマイクロキャビティＯＬＥＤ構造について従来技術で考慮された理論的な設計変数であり、本開示でも同様である。しかしながら、ＭＣＯＬＥＤおよびＭＣＯＬＥＤ設計の出力を向上させるために、本開示は、図１１Ａ～Ｃに表されるように、マイクロキャビティの光路長を考慮する。ＤＢＲの材料は、設計の波長範囲で不透明でない任意の材料にすることができる。例えば、可視波長範囲では、窒化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ケイ素、および他の誘電体などの材料を使用することができる。
光路長
マイクロキャビティの総光路長は次のように表される。
マイクロキャビティの総光路長は次のように表される。
ＤＢＲへの侵入深さ、ＬＤＢＲ、ＯＬＥＤ材料中の光路長Ｌ０ｒｇａｎｉｃｓ、および、金属カソードへの侵入深さＬＣａｔｈｏｄｅの合計。２つの反射面の間の材料の光路長は、各材料の光路長の合計として求められる。
ここで、ｎｉとｄｉは、それぞれ、層のインデックスと厚さである。ＤＢＲへの侵入深さは、下式で定めることができる［参照文献０５、１３］
そして、金属陰極への侵入深さは下式である。
ここで、Φｍは次の式で与えられる金属反射板での位相シフトである。
ここで、ｎＣａｖｉｔｙはカソードと接触している有機物の屈折率であり、ｎＣａｔｈｏｄｅとｋＣａｔｈｏｄｅは金属カソードの屈折率の実数部と虚数部である［参照文献０５］。
図１～６のＤＢＲ構造は、低屈折率１２の誘電体材料と高屈折率１４の誘電体材料の交互層状ペアを示している。フィラー層１６の上のＤＢＲの最初の層は、低屈折率１２または高屈折率の材料１４でありえる。
図１２Ａ～Ｇは、０．５の増分で、Λ＝３～６の範囲の周期を有する本開示のＤＢＲ構造を示す。１つの高屈折率層１４および１つの低屈折率層１２を構成する、周期Λで定義されるＤＢＲの層の数を増やすことができ、および／または、ＤＢＲ材料の屈折率の差を増やすことができる。低屈折率１２の材料がＤＢＲスタックの最下層を形成し、高屈折率材料層１４が上に配置されるようにペアを配置でき、または逆に、このペアを、高屈折率材料１４はＤＢＲスタックの最下層を形成し、低屈折率材料層１２は最上部に位置するように配置することもできる。
図１０にみられるように、当該技術分野で以前に知られているように、理論設計変数が決定されると（４２～４６）、材料の厚さが定義され（４８）、ＭＣＯＬＥＤ構造が製造される（６４）。次に、この構造がテストされ、設計要件と比較される。理論的な設計変数は４２～４８で再計算され、後続のＭＣＯＬＥＤ構造は、希望の出力が得られるまで６４で作製される。
本開示では、理論的設計変数の再計算を削減し、次に、必要な設計仕様で構造を達成する前に、製造されたＭＣＯＬＥＤの数を最小限にするために、最適化方法の追加が導入されている。この最適化方法を図１１Ａ～Ｃに示す。ＭＣＯＬＥＤ構造が生成（想定）５２され、ＦＤＴＤシミュレーション５４のセットアップに履行される。
設計方法論
一般的なＭＣＯＬＥＤ設計では、λＢｒａｇｇ＝λｉの場合、前のセクションで示した理論モデルを使用して、初期ＯＬＥＤ設計４２を作成できる。この初期設計４２は、所望の出力４４の定義、反射鏡設計４６、および材料厚さ４８の定義と組み合わされて、満足できる製造６４の結果をもたらす。ただし、λＢｒａｇｇ≠λｉの場合、これらの方程式は、必要なＭＣＯＬＥＤ設計４２の初期近似値を提供するためにのみ使用できる。式（９）は、λＢｒａｇｇ以外の値でのＤＢＲへの侵入深さの値を決定するために確実に使用することはできない。このセクションの残りの部分では、図１１に示すように、λＢｒａｇｇ≠λｉの場合についてここで報告された設計手順について詳しく説明する。
一般的なＭＣＯＬＥＤ設計では、λＢｒａｇｇ＝λｉの場合、前のセクションで示した理論モデルを使用して、初期ＯＬＥＤ設計４２を作成できる。この初期設計４２は、所望の出力４４の定義、反射鏡設計４６、および材料厚さ４８の定義と組み合わされて、満足できる製造６４の結果をもたらす。ただし、λＢｒａｇｇ≠λｉの場合、これらの方程式は、必要なＭＣＯＬＥＤ設計４２の初期近似値を提供するためにのみ使用できる。式（９）は、λＢｒａｇｇ以外の値でのＤＢＲへの侵入深さの値を決定するために確実に使用することはできない。このセクションの残りの部分では、図１１に示すように、λＢｒａｇｇ≠λｉの場合についてここで報告された設計手順について詳しく説明する。
最初は、理論的な設計方法を使用して、一連の近似を使用して、光路長とミラー反射率を推定する。式（８）でＯＬＥＤ材料の光路長を決定するために使用される一組の材料厚さ４８を含むＯＬＥＤ設計が４２で指定されている。マイクロキャビティ設計と同じＯＬＥＤ設計と同じ金属カソードが使用されていると仮定すると、浸透深さは式（１０）を使用して計算５０できる。カソードの厚さは、ＯＬＥＤ設計４２と比較してマイクロキャビティ設計で大幅に増加し、不要な透過を防止する。マイクロキャビティ内の光路長を推定する最後のステップは、λｉで近似できる、ＤＢＲ ５０への侵入である。式（１）を使用して、最小モード数ｍを決定することができる。
ＭＣＯＬＥＤに必要な発光特性を定義すると、上部ミラー４６と下部ミラー４６の反射率が決まる。金属ミラーが使用されている場合、反射率の値は吸収のために上限に制限される。式（２）および／または式（３）を使用して、ＤＢＲの最小反射率を決定できる。最小反射率の知識にもとづき、伝達行列法（プロトコル）に基づいて、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）またはその他の適切なソフトウェアで作成されたスクリプトを使用して、ＤＢＲの反射率プロファイルを決定する。伝達行列法は、マクスウェルの方程式からの連続性条件を使用して、周期的な媒体を通る電磁伝搬を分析し、反射プロファイルを決定する。このカスタムスクリプトの出力例を、図７と８の両方に示す。
図８は、４７５ｎｍ（点線）、５００ｎｍ（実線）、および、５２５ｎｍ（破線）のブラッグ波長λＢｒａｇｇの３周期分布ブラッグ反射器の波長対反射率を示している。赤、緑、青のＯＬＥＤの予想出力スペクトルは、ＤＢＲの反射率プロファイルの下に表示されている。各サブピクセルに使用する単一のＤＢＲ構造の設計要件には、７５％より高い（＞７５％）反射率、ＲＧＢ ＯＬＥＤの発光スペクトル（δλｓｂ＝２４０ｎｍ）より大きい阻止帯域幅（ｓｔｏｐｂａｎｄ ｗｉｄｔｈ）が含まれる。各サブピクセルに使用される単一のＤＢＲ構造の設計要件には、８０％、８５％、および９０％の反射率値が含まれる。反射率の値が高いほど、角度出力とＭＣＯＬＥＤからのスペクトル帯域幅が減少する。中心波長またはブラッグ波長λＢｒａｇｇは、反射ごとに反射率が最大になるように定義されている（λＢｒａｇｇ～５００ｎｍ）。
ＤＢＲ ４６の最終設計を使用して、ＭＣＯＬＥＤの設計波長λｉでの侵入深さを決定する必要がある。Ｌｕｍｅｒｉｃａｌ ＦＤＴＤ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（これは有限差分時間領域法に基づく商用グレードのシミュレーターである）を使用して、侵入深さは、λｉでの伝搬長を測定し、その結果をディスクリートミラー５０と比較することによって決定される。同様のシミュレーションが、式（１０）を使用して計算を検証するために、金属カソードに対して完了される。次に、これらの値を式（７）で使用して、ＭＣＯＬＥＤ ５２の初期モデルを定義できる。
粒子群最適化は、ＯＬＥＤ構造の発光層の波長範囲全体を考慮して、最終的なＭＣＯＬＥＤ構造を決定するために使用される。各マイクロキャビティＯＬＥＤ ６２に必要な光路長を決定するための最適化５６～６０は、カスタムスクリプトを使用してＭＣＯＬＥＤ構造を作製するＦＤＴＤソリューションで作成された。スクリプトは、各層の厚さ５６～６０を変数として作成し、シミュレーションソフトウェアによって６２を最適化できる。各材料の屈折率と消衰係数は、最初にエリプソメトリーによって測定され、および／または、材料サプライヤーから提供され、シミュレーションにインポートされて、正確な結果を保証する。光路長を調整するために変更できるアノード構造６０の上にフィラー層を追加したり、同様にアノードの厚さ５８を変更したり、ＯＬＥＤ材料の厚さ５６の１つまたはすべてを調整したりできるなど、構造を最適化する多くの方法があることに注意すべきである。
図１１Ａは、ＯＬＥＤ材料５６をパラメータ化するプロセスを示し、したがって、このモデルは、有機材料の厚さを掃引（ｓｗｅｅｐ）し、波長全体にわたって結果として生じる強度を測定する。使用されるメリットは２つあり、１つは事前定義された共振波長で強度を最大化することであり、もう１つはすべての波長の強度を組み合わせることである。また、強度が共振波長のＦＷＨＭを超える最大－最小波長範囲も最小化する。
どちらも使用されており、限られた比較では両方の方法の結果に整合性があることが示されている。このシミュレーションからの望ましい結果は、ＯＬＥＤスタック５６の材料の厚さを微調整して、出力強度を最大化し、スペクトル帯域幅を減少させる。
パラメータの厚さの最適化６２が完了すると、ＭＣＯＬＥＤが６４で製造され、テストされる。図１１に示すように、このマイクロキャビティＯＬＥＤ設計方法では、製造６４の前に構造を５４～６２に最適化して、ＯＬＥＤ構造の複数の再設計シーケンス４２～５２および製造６４を回避できる。
図１１Ｂは、本開示による、マイクロキャビティＯＬＥＤの設計および最適化のために提案された方法のプロセス概略図を示す、図１１Ａの代替プロセス実施形態である。この図は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）５８をパラメータ化するプロセスを示している。したがって、モデルはＩＴＯ層の厚さを掃引し、波長全体にわたって結果として得られる強度を測定する。
図１１Ｃは、図１１Ａおよび図１１Ｂの代替プロセス実施形態であり、本開示による、マイクロキャビティＯＬＥＤの設計および最適化のために提案された方法のプロセス概略図を示す。図１１Ｃは、フィラー層６０をパラメータ化するプロセスを示し、したがって、モデルは、フィラー層の厚さを掃引し、波長全体にわたって結果として生じる強度を測定する。
実験結果
図１１のステップ５２で使用された伝達行列モデルスクリプトを確認するために、図７に示すように、シリコン上に３周期のＤＢＲを作製した。結果として得られたＤＢＲの測定反射率プロファイルは、理論的に決定されたプロファイルに対してプロットされ、非常によく一致している。結果として得られる阻止帯域幅は約２４０ｎｍであり、最大反射率は９８％を超える。
図１１のステップ５２で使用された伝達行列モデルスクリプトを確認するために、図７に示すように、シリコン上に３周期のＤＢＲを作製した。結果として得られたＤＢＲの測定反射率プロファイルは、理論的に決定されたプロファイルに対してプロットされ、非常によく一致している。結果として得られる阻止帯域幅は約２４０ｎｍであり、最大反射率は９８％を超える。
マイクロキャビティを備えた赤と緑のＯＬＥＤの結果として得られるスペクトル出力は、それぞれ図１３Ａと１３Ｂに示されている。ＯＬＥＤのスペクトル出力は、Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ ＳＴＳ分光計を使用して記録された。各曲線のＦＷＨＭ値は、収集されたデータにガウス関数を当てはめ、ＦＷＨＭを計算することによって決定される。緑のＯＬＥＤは、ＦＷＨＭが２．５倍以上減少し、１０１．６ｎｍから４０．４ｎｍに減少している。同様に、ＦＷＨＭは８７．０ｎｍから４６．７ｎｍに、ほぼ２倍に減少する。例１と例２に示した設計例から、最適化されたＭＣＯＬＥＤの結果の発光スペクトルを図１３Ａと１３Ｂにプロットしている。
ライトフィールドディスプレイ用のマイクロキャビティＯＬＥＤ構造
マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスとは、２つの反射面またはミラーによって結合されたＯＬＥＤ構造の材料を指す。吸収によって最大反射率にバインドされる金属ミラーと比較して、分散ブラッグ反射器、ＤＢＲの反射率を調整できるため、設計者はマイクロキャビティの出力特性を調整できる。ＭＣＯＬＥＤの最適な光路長を達成するようにＤＢＲ構造を微調整することにより、デバイスのマイクロキャビティ効果は、ライトフィールドディスプレイでの使用に有利である。メタ表面（ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ）または回折ベースの光学素子の場合、それは各ＯＬＥＤの出力スペクトルの減少である。屈折レンズの場合、それは出力角度の減少であり、したがって強度プロファイルの制御である。
マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスとは、２つの反射面またはミラーによって結合されたＯＬＥＤ構造の材料を指す。吸収によって最大反射率にバインドされる金属ミラーと比較して、分散ブラッグ反射器、ＤＢＲの反射率を調整できるため、設計者はマイクロキャビティの出力特性を調整できる。ＭＣＯＬＥＤの最適な光路長を達成するようにＤＢＲ構造を微調整することにより、デバイスのマイクロキャビティ効果は、ライトフィールドディスプレイでの使用に有利である。メタ表面（ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ）または回折ベースの光学素子の場合、それは各ＯＬＥＤの出力スペクトルの減少である。屈折レンズの場合、それは出力角度の減少であり、したがって強度プロファイルの制御である。
ＤＢＲと組み合わせたＭＣＯＬＤのさまざまな構成が、さまざまなアプリケーションに対して考えられる。これらの構成のそれぞれは、本開示のＦＤＴＤシミュレーション方法を使用してシミュレーションすることができる独自の特定の設計要件を有することになる。
図１は、各サブピクセルが単一の専用ピクセルドライバ回路によって駆動される例示的な実施形態を示している。例えば、図１は、３つの別個のサブピクセル１６～３０を駆動する３つの別個のピクセル駆動回路３２を示し、図中では、同様の要素はＲ、Ｇ、およびＢで示され、図の数値要素の参照は、すべて同じように動作するため、同様の要素のそれぞれを指す。
図１に示すように、ＴＦＴバックプレーンなどのピクセルドライバ回路３２は、基板３８のビア３４を介してカソード３０に接続する。カソードは、光マイクロキャビティ反射面の１つとしても機能する。カソードの上には、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、アノード１８および充填層（ｆｉｌｌ ｌａｙｅｒ）１６があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。充填層１６の上には分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、低屈折率１２と高屈折率１４の間で交互になる誘電体層からなる光伝播反射面がある。光学マイクロキャビティの長さはＬｉと表記され、接続されているＤＢＲの厚みはｄＤＢＲと表記される。ＤＢＲは、１つまたは複数の実質的にコリメート、操作、または調整された光ビームを放出し、光ビームは、指向性光学ガイド面３６を通って伝播する。指向性光学ガイド面は、特定の空間波ベクトルに光線を向ける。各ピクセルが専用のＤＢＲを使用する場合、ＤＢＲは各出力波長に対して動作可能に調整される。
図２は、１つのピクセル駆動回路が複数のサブピクセルを駆動する別の実施形態を示している。このような構成は、グレースケールディスプレイに使用できるが、これに限定されない。例えば、図２は、３つの別個のサブピクセル１６～３０を駆動する１つのピクセル駆動回路４０を示しており、図中では、同様の要素はＲ、Ｇ、およびＢで示され、図の数値要素の参照は、すべて同じように動作するため、同様の要素のそれぞれを指す。
図２に示すように、ピクセル駆動回路４０は、基板３８のビア３４を介してカソード３０に接続する。カソードは、複数の反射面の１つとしても機能する。カソードの上には、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、アノード１８および充填層１６があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。充填層１６の上には、低屈折率１２と高屈折率１４との間で交互になる誘電体層からなるＤＢＲがあり、光学マイクロキャビティの長さはＬｉとして示され、接続されたＤＢＲの厚さはｄＤＢＲとして示される。ＤＢＲは、１つ以上の実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光ビームを放出し、光ビームは、指向性光学ガイド面５２を通って伝播する。指向性光学ガイド面は、光線を特定の空間波ベクトルに向ける。各ピクセルが専用のＤＢＲを使用する場合、ＤＢＲは各出力波長に対して動作可能に調整される。
図３は、１つのピクセル駆動回路が複数のサブピクセル１６～３０を駆動する別の実施形態を示しており、それらは１つ以上の光マイクロキャビティ光伝搬反射表面を共有している。このような構成は、グレースケールディスプレイに使用できるが、これに限定されない。例えば、図３は、反射面１２～１４を共有する３つの別個のサブピクセルを駆動する１つのピクセル駆動回路４０を示しており、図中では、同様の要素はＲ、Ｇ、およびＢで示され、図の数値要素の参照は、すべて同じように動作するため、同様の要素のそれぞれを指す。
図３に示すように、ピクセル駆動回路４０は、基板３８のビア３４を介してカソード３０に接続する。カソードは、複数の反射面の１つとしても機能する。カソードの上には、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、陽極１８および充填層１６があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。３つの個別の充填層１６の上には、低屈折率１２と高屈折率１４の間で交互になる誘電体層で構成される単一の共有ＤＢＲがある。光学マイクロキャビティの長さはＬｉで示され、接続されているＤＢＲはｄＤＢＲとして表記される。ＤＢＲは、１つ以上の実質的にコリメート、操作、または調整された光ビームを放出し、光ビームは、指向性光学ガイド面３６を通って伝播する。指向性光学ガイド面は、光線を特定の空間波ベクトルに向ける。複数のピクセルがＤＢＲを共有する場合、ＤＢＲは、スペクトル範囲全体をカバーする反射率を持つ広帯域構造として動作する。
図４は、複数のサブピクセルを示しているが、サブピクセルは、１つまたは複数の光マイクロキャビティ光伝搬反射表面を共有している。このような構成は、グレースケールディスプレイに使用できるが、これに限定されない。例えば、図４は、反射面１２～１４を共有する３つの別個のサブピクセルを示しており、図中では、同様の要素はＲ、Ｇ、およびＢで示され、図の数値要素の参照は、すべて同じように動作するため、同様の要素のそれぞれを指す。サブピクセルは、それぞれの波長λｉを表すようにスケーリングされ、ここで、ｉは、ｍ＝３のモードで、赤、青、または緑（ＲＧＢ）の特定のサブピクセルを表す。
図４に示すように、カソードは複数の反射面の１つとしても機能する。カソードの上には、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、アノード１８および充填層１６があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。３つの別個の充填層１６の上には、低屈折率１２と高屈折率１４の間で交互になる誘電体層で構成される単一の共有ＤＢＲがある。光学マイクロキャビティの長さはＬｉで表示され、接続されたＤＢＲの厚さはｄＤＢＲとして表示される。ＤＢＲは、１つまたは複数の実質的にコリメートされ、操作され、または調整された光ビームを放出し、光ビームは、指向性光ガイド面（３６）を通って伝播する。指向性光学ガイド面は、特定の空間波数ベクトルに光線を向ける。複数のピクセルがＤＢＲを共有する場合、ＤＢＲは、スペクトル範囲全体をカバーする反射率を持つ広帯域構造として動作する。
図５は、複数のサブピクセルを示しているが、サブピクセルは、１つまたは複数の光マイクロキャビティ光伝搬反射表面を共有している。このような構成は、グレースケールディスプレイに使用できるが、これに限定されない。例えば、図４は、反射面１２～１４を共有する３つの別個のサブピクセル１６～３０を示しており、図中では、同様の要素はＲ、Ｇ、およびＢで示され、図の数値要素の参照は、すべて同じように動作するため、同様の要素のそれぞれを指す。サブピクセルは、それぞれの波長λｉを表すようにスケーリングされ、ここで、ｉは特定のサブピクセル、赤、青、または緑（ＲＧＢ）を示す。赤と緑のモードはｍであり、青のモードは赤のサブピクセルのものにスケールを近づけるためにｍ＋１である。
図５に示すように、カソードは複数の反射面の１つを兼ねている。カソードの上には、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、アノード１８および充填層１６があり、これらの要素は３つのＯＬＥＤを構成する。３つの別個の充填層１６の上には、低屈折率１２と高屈折率１４の間で交互になる誘電体層で構成される単一の共有ＤＢＲがある。光学マイクロキャビティの長さはＬｉで示され、接続されているＤＢＲの厚みはｄＤＢＲとして表記される。ＤＢＲは、１つ以上の実質的にコリメート、操作、または調整された光ビームを放出し、光ビームは、指向性光学ガイド面３６を通って伝播する。指向性光学ガイド面は、光線を特定の空間波ベクトルに向ける。ＤＢＲを共有する複数のピクセルがある場合、ＤＢＲは、スペクトル範囲全体をカバーする反射率をもつ広帯域構造として動作する。
図６は、発光領域（ＯＬＥＤとも呼ばれる）およびＤＢＲを含むＯＬＥＤデバイスの概略図を示す。当業者は、ＤＢＲが上方反射率を増加させるために使用され得ることを理解するであろう。ただし、図７の構成のＤＢＲにより、狭く、より適切な波長ピークが得られる。発光領域は、アノード１８、カソード３０、電子輸送層２６、発光層２４、正孔輸送層２２、正孔注入層２０、および充填層１６を含み得る。発光領域に関連するＤＢＲ構造は、屈折率の低い層１２と屈折率の高い層１４の、誘電体材料の積み重ねられたペアを含む。図６はまた、交互誘電材料の順序を逆にすることができるＤＢＲ構造として示すことができ、第１の層である充填層１６は、より高い屈折率１４を有する材料である。
有機発光ダイオードの放射理論は、アノード１８およびカソード３０からの電子の正孔への注入に基づいている。ＥＭＬ ２４内で再結合した後、エネルギーは可視光に変換される。ルミネセンス領域は、少なくとも部分的には反射カソード３０とアノード１８との間のマイクロキャビティ効果により、狭い発光スペクトル帯域を提供し得る。このマイクロキャビティ効果および結果として生じる狭い発光スペクトルは、従来のＩＴＯアノードと比較して、効率的な蛍光体励起に寄与し得る。ＯＬＥＤ構造とＤＢＲを通る光の経路の方向は、矢印で示されている。
図９は、５００ｎｍのブラッグ波長で設計された３周期ＤＢＲの理論反射率のグラフ表示を示し、屈折率のコントラストを増加させることにより反射率と阻止帯域幅が増加することを示している。ここで、ｎ１は１．４４５に設定されており、また、ｎ２は１．８～２．８の範囲で変化する。
例
例１：
ＭＣＯＬＥＤの設計では、λＲ＝６３０ｎｍの赤色ＯＬＥＤの例が考慮される。この場合、全体的な設計には、ＲＧＢサブピクセル全体で連続的で、λＢｒａｇｇ＝５００ｎｍのＤＢＲが含まれる。
例１：
ＭＣＯＬＥＤの設計では、λＲ＝６３０ｎｍの赤色ＯＬＥＤの例が考慮される。この場合、全体的な設計には、ＲＧＢサブピクセル全体で連続的で、λＢｒａｇｇ＝５００ｎｍのＤＢＲが含まれる。
最初の赤いＯＬＥＤ設計４２には、３０ｎｍのＡｌｑ３、２重量パーセント（２％ｗ ／ ｗ）のルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ）をドープした３０ｎｍのＡｌｑ３、２０ｎｍのＮＰＤ、３０ｎｍのｍ－ＭＴＤＡＴＡが含まれ、ＩＴＯのアノードおよびアルミニウムカソードは、厚さ１ｎｍのＬｉＦコーティングされている。したがって、式（８）からＬ０ｒｇａｎｉｃｓ＝２７４．４ｎｍである。設計どおりのＯＬＥＤからの発光スペクトルを図１３Ａに示す。
ＤＢＲの反射スペクトルには、赤、緑、青のＯＬＥＤの全出力に相当する阻止帯域幅が必要である。多くの材料をＤＢＲに使用できるが、ＴｉＯ２とＳｉＯ２は大きな屈折率コントラストをもち、これらの材料の堆積は一般的でよく知られている。阻止帯域はブラッグの周りに均一に分布していないため、ＴｉＯ２とＳｉＯ２の屈折率値は、ＤＢＲ反射率プロファイルを決定するために、伝達行列モデルに基づくスクリプトで使用された。ＲＧＢ ＯＬＥＤの予想される放出プロファイルを、ＴｉＯ２とＳｉＯ２を使用した、λＢｒａｇｇ＝４７５ｎｍ、５００ｎｍ、および５２５ｎｍのΛ＝３のＤＢＲの予想反射率プロファイルの下で、図８に示しており、λＢｒａｇｇ＝５００ｎｍは、阻止帯域がＲＧＢ ＯＬＥＤ全体に分散していることを示している。式（５）と（６）を使用すると、５００ｎｍでのＴｉＯ２とＳｉＯ２の屈折率は１．４４９と２．５１５であり、必要な層の厚さはそれぞれ８６．３ｎｍと４９．７ｎｍであり、８６．４と１７１ｎｍ ４６になる。
式（１０）から、λＲ＝６３０ｎｍでのアルミニウムカソードの侵入深さは、ＬＣａｔｈｏｄｅ＝２１．６ｎｍであることがわかり、ＬＤＢＲ＝６３０ｎｍを設定すると、式（７）はＬＲ＝９２５．９ｎｍになる。式（１）を使用して、λＲ＝６３０ｎｍで式（１）を満たす最も近いモード数はｍ＝３であると決定される。
λＲでの実際の侵入深さを見つけるために、前述のようにＦＤＴＤが使用される。空気に浸されたＤＢＲのモデル、および、ポイントモニターと平面波源を使用して、ＤＢＲからの反射の累積位相が決定される。理想的な金属反射板からの反射の位相累積（Φ＝２πｄ／λ）を計算すると、ＤＢＲの位相変化を計算でき、そこから侵入深さを決定できる。λＲの場合、ＤＢＲ ５０の侵入深さは６５８ｎｍと決定される。
ＬＤＢＲ＝６５８ｎｍ、ｍ＝３の場合、ＯＬＥＤの材料の厚さは、マイクロキャビティ設計用で、２２ｎｍのＡｌｑ３、２重量パーセント（２％ｗ ／ ｗ）のルブレン（Ｒｕｂｒｅｎｅ）をドープした２２ｎｍのＡｌｑ３、１５ｎｍのＮＰＤ、４５ｎｍのｍ－ＭＴＤＡＴＡに変更され、Ｌ０ｒｇａｎｉｃｓ＝２６３．４になり、その結果、６２９ｎｍ ５２のｍ＝３モードになる。
λＲの初期設計が定義されたので、ルミカルＦＤＴＤソリューション（Ｌｕｍｅｒｉｃａｌ ＦＤＴＤ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）でＭＣＯＬＥＤ構造５２を定義することができる。シミュレーションは、Ｌｕｍｍｅｒｉｃａｌのスクリプト言語で作成されたカスタムスクリプトを使用して作成され、パラメータ掃引（ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｗｅｅｐｓ）または最適化中に、各材料の厚さを個別に変更する機能を追加する５４。この場合、ＩＴＯ ５８の厚さは変動量であり、性能指数（ＦＯＭ）はλＲでの最大電界強度として定義される。得られた最適化のスペクトルは、ＩＴＯ ６２の最適化された値４５ｎｍを使用して、実験的に測定されたＭＣＯＬＥＤの結果とともに、図１３Ａにプロットされている。
ＭＣＯＬＥＤ ６４を製造するには、ＤＢＲをガラス基板上にスパッタリングで堆積し、次にＩＴＯを堆積させる。次に、ＯＬＥＤ材料、ＬｉＦ、およびアルミニウムを蒸発させてＯＬＥＤを完成させる。一般に、カソードの後に追加のキャッピングが追加される。同じプロセスを使用して、ＤＢＲの堆積を除いたＯＬＥＤを作製する。
上面発光型のＭＣＯＬＥＤ ６４の製造のために、シリコン、ガラス、または他の基板を使用することができる場合、前述と同様のプロセスを使用することができる。金属カソードおよびＯＬＥＤの有機材料は、蒸着を使用して堆積される。その後、ＩＴＯアノードとＤＢＲ材料のスパッタリングが行われる。
例２：
ＭＣＯＬＥＤの設計では、λＧ＝５４０ｎｍの緑のＯＬＥＤの例を検討する。この例では、前の例で説明したように、全体的な設計にＲＧＢサブピクセル全体で連続し、λＢｒａｇｇ＝５００ｎｍのＤＢＲが含まれている。
ＭＣＯＬＥＤの設計では、λＧ＝５４０ｎｍの緑のＯＬＥＤの例を検討する。この例では、前の例で説明したように、全体的な設計にＲＧＢサブピクセル全体で連続し、λＢｒａｇｇ＝５００ｎｍのＤＢＲが含まれている。
初期の緑色ＯＬＥＤ設計４２は、５０ｎｍのＡｌｑ３、２０ｎｍのＮＰＤ、および３０ｎｍのｍ－ＭＴＤＡＴＡを含み、４５ｎｍのＩＴＯのアノードを備えており、式（８）からＬＯｇａｎｉｃｓ＝２６１．３ｎｍが得られる。設計どおりのＯＬＥＤからの発光スペクトルを図１３Ｂに示す。
式（１０）から、λＧ＝５４０ｎｍでのアルミニウムカソードの侵入深さはＬＣａｔｈｏｄｅ＝１８．５ｎｍであり、ＬＤＢＲ＝５４０ｎｍに設定すると、式（７）でＬＧ＝８１９．８ｎｍが得られる。式（１）を使用して、λＧ＝５４０ｎｍ、ｍ＝３で、式（１）を満たす最も近いモード数が決定される。
λＧでの実際の侵入深度を見つけるには、前述のようにＦＤＴＤを使用する。空気に浸されたＤＢＲのモデル、および、ポイントモニターと平面波源を使用して、ＤＢＲからの反射の累積位相が決定される。理想的な金属反射板からの反射の位相累積（Φ＝２πｄ／λ）を計算すると、ＤＢＲの位相変化を計算でき、そこから侵入深さを決定できる。λＧの場合、ＤＢＲ ５０の侵入深さは４８９．６ｎｍと決定される。
ＬＤＢＲ＝４８９．６ｎｍを使用し、ｍ＝３の場合、ＯＬＥＤの材料の厚さはマイクロキャビティ設計用で、３０ｎｍのＡｌｑ３、１５ｎｍのＮＰＤ、２０ｎｍのｍ－ＭＴＤＡＴＡに変更され、ＩＴＯの厚さは１００ｎｍに増加し、Ｌ０ｒｇａｎｉｃｓ＝３０４．１ｎｍを与え、その結果、５４１ｎｍ ５２のｍ＝３モードになる。
λＧの初期設計が定義されたので、ルミカルＦＤＴＤソリューション（Ｌｕｍｅｒｉｃａｌ ＦＤＴＤ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）でＭＣＯＬＥＤ構造５２を定義することができる。シミュレーションは、Ｌｕｍｍｅｒｉｃａｌのスクリプト言語で作成されたカスタムスクリプトを使用して作成され、パラメータ掃引（ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｗｅｅｐｓ）または最適化中に、各材料の厚さを個別に変更する機能を追加する５４。この場合、ＩＴＯ ５８の厚さは変動量であり、性能指数（ＦＯＭ）はλＧでの最大電界強度として定義される。結果として得られる最適化のスペクトルは、図１３Ｂの実験的に測定されたＭＣＯＬＥＤの結果とともにプロットされ、製造６４に使用される最終的な厚さ６２は、３４ｎｍのＡｌｑ３、１３．６ｎｍのＮＰＤ、および、２０．４ｎｍのｍ－ＭＴＤＡＴＡである。
本明細書で参照されているすべての特許、特許出願、出版物、およびデータベースエントリの開示は、あたかも個々の特許、特許出願、出版物、およびデータベースエントリが具体的かつ個別に示されているのと同じ程度に、その全体が参照により具体的に組み込まれる。
本発明は、特定の実施形態を参照して説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その様々な修正が当業者には明らかであろう。当業者に明らかであるようなすべてのそのような修正は、以下の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
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Claims (11)
- 製造規格を取得し、間に有機層が配置されたカソードとアノード、任意のフィラー層、および分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む特定のマイクロキャビティＯＬＥＤを製造する方法であって、
前記マイクロキャビティＯＬＥＤのブラッグ波長λ Bragg とキャビティからのピーク放出の波長λ i がλ Bragg ≠λ ｉ の場合に、
ｉ. 所定のマイクロキャビティＯＬＥＤ発光特性のセットについて、カソードとＤＢＲの光路長とミラー反射率の近似を計算すること；
ii. ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、光路長とミラーの反射率の近似値を使用して、マイクロキャビティＯＬＥＤの波長に必要なミラーの透過深さを決定すること；
iii. ＦＤＴＤシミュレーションを適用して、反射層の間にマイクロキャビティ層を形成するために使用される１つまたは複数の材料層をパラメータ化すること；
iv. ＦＤＴＤシミュレーションの結果を使用して１つまたは複数の材料層をパラメータ化し、１つまたは複数の材料層の最適化された厚さを決定して、マイクロキャビティＯＬＥＤの製造仕様を提供すること；
を含む、方法。 - 前記１つまたは複数の材料層が有機層である、請求項１に記載の方法。
- 前記１つまたは複数の材料層がアノード層である、請求項１に記載の方法。
- 前記１つまたは複数の材料層がフィラー層である、請求項１に記載の方法。
- ＦＤＴＤシミュレーションを適用して１つまたは複数の材料層をパラメータ化するステップは、粒子群最適化プロトコルに基づく、請求項１に記載の方法。
- 前記ＤＢＲのミラー反射率の計算は、伝達行列プロトコルを使用して行われる、請求項１に記載の方法。
- 特定のマイクロキャビティＯＬＥＤを製造するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記特定のマイクロキャビティＯＬＥＤは、所定の色に対応する光の波長を放出するように調整されたＯＬＥＤと共に使用するように構成されたＤＢＲを含み、前記ＤＢＲは、交互の誘電体材料の副層を含み、各副層の厚さがブラッグ波長の4分の1に等しい光路長を提供する、請求項７に記載の方法。
- 前記ＯＬＥＤが上面発光型である、請求項８に記載の方法。
- 前記ＯＬＥＤが、赤、緑、または青の光を放出する、請求項８に記載の方法。
- 前記ＤＢＲが交互の二酸化チタンおよび二酸化ケイ素の副層の３対からなり、５００ｎｍのブラッグ波長を有し、各二酸化チタン副層が約５０ｎｍの厚さであり、各二酸化ケイ素副層が約８６ｎｍの厚さである、請求項８に記載の方法。
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