JPH088061A - 発光素子の層構造およびこれを含むフラットパネルディスプレイ - Google Patents
発光素子の層構造およびこれを含むフラットパネルディスプレイInfo
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- JPH088061A JPH088061A JP30940094A JP30940094A JPH088061A JP H088061 A JPH088061 A JP H088061A JP 30940094 A JP30940094 A JP 30940094A JP 30940094 A JP30940094 A JP 30940094A JP H088061 A JPH088061 A JP H088061A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の異なる色を発光するマイクロキャビテ
ィーの製造を容易にする発光素子の層構造を提供する。 【構成】 ２つのマイクロキャビティー（ＭＣ）発光部
を有する。各発光部は、ＭＣを決定する間隔をおいて配
置された反射手段、Ａｌｑのような電場発光可能な有機
物材料、この有機物材料に電場を印可するための手段を
有する。マイクロキャビティーの１つは、例えば赤色発
光をする有効光学長Ｌ1であり、他の１つは、緑色発光
をする有効光学長Ｌ2≠Ｌ1である。また、第３の色
（例、青色）を発光する第３のＭＣを形成することもで
きる。ＭＣ内には、充填層があり、その厚さはＭＣの所
望の光学長とする。それぞれが３つの異なるＭＣからな
る多数のピクセルを含むフルカラー・フラットパネルデ
ィスプレイを構成できる。
ィーの製造を容易にする発光素子の層構造を提供する。 【構成】 ２つのマイクロキャビティー（ＭＣ）発光部
を有する。各発光部は、ＭＣを決定する間隔をおいて配
置された反射手段、Ａｌｑのような電場発光可能な有機
物材料、この有機物材料に電場を印可するための手段を
有する。マイクロキャビティーの１つは、例えば赤色発
光をする有効光学長Ｌ1であり、他の１つは、緑色発光
をする有効光学長Ｌ2≠Ｌ1である。また、第３の色
（例、青色）を発光する第３のＭＣを形成することもで
きる。ＭＣ内には、充填層があり、その厚さはＭＣの所
望の光学長とする。それぞれが３つの異なるＭＣからな
る多数のピクセルを含むフルカラー・フラットパネルデ
ィスプレイを構成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロキャビティー
光源に係り、特に、フラットパネルディスプレイのよう
な光源アレイに関する。
光源に係り、特に、フラットパネルディスプレイのよう
な光源アレイに関する。
【０００２】
【従来技術の説明】光学的マイクロキャビティーは、１
つ（せいぜい２または３の小さな数）の光波長のオーダ
ーで少なくとも１つの寸法（典型的には、キャビティー
の有効光学長）をもつ共振器である。そのような共振器
は、基礎的研究目的の関心だけでなく、発光素子の新規
な構造を技術的に約束するものとして認識されていた。
例えば、H.Yokoyama,Science,Vol.256,pp.66-70のＦＩ
Ｇ．６には、染料溶液を含むマイクロキャビティー構造
が開示されている。また、Y.Yamamoto et al.,Physics
Today,pp.66-73, June 1993には、マイクロ共振器の応
用は、例えば、フラットパネルディスプレイ、光学的相
互接続、光ファイバー通信およびＬＥＤ印刷の分野が有
り得ることを開示している。
つ（せいぜい２または３の小さな数）の光波長のオーダ
ーで少なくとも１つの寸法（典型的には、キャビティー
の有効光学長）をもつ共振器である。そのような共振器
は、基礎的研究目的の関心だけでなく、発光素子の新規
な構造を技術的に約束するものとして認識されていた。
例えば、H.Yokoyama,Science,Vol.256,pp.66-70のＦＩ
Ｇ．６には、染料溶液を含むマイクロキャビティー構造
が開示されている。また、Y.Yamamoto et al.,Physics
Today,pp.66-73, June 1993には、マイクロ共振器の応
用は、例えば、フラットパネルディスプレイ、光学的相
互接続、光ファイバー通信およびＬＥＤ印刷の分野が有
り得ることを開示している。
【０００３】例えばカラーフラットパネルディスプレイ
のような、少なくともいくつかの技術分野では、光源の
配列が必要とされる。光源のいくつかは、ある色の光を
発し、他は他の色を発する。そのような配列は、典型的
には、フルカラーの性能を達成するために、赤、緑、青
の３原色である。K.Murata,Display Devices,pp.47-50,
1992に示された３色フラットパネルディスプレイの一例
は、異なるタイプのＬＥＤを設置することにより構成さ
れるＬＥＤディスプレイである。
のような、少なくともいくつかの技術分野では、光源の
配列が必要とされる。光源のいくつかは、ある色の光を
発し、他は他の色を発する。そのような配列は、典型的
には、フルカラーの性能を達成するために、赤、緑、青
の３原色である。K.Murata,Display Devices,pp.47-50,
1992に示された３色フラットパネルディスプレイの一例
は、異なるタイプのＬＥＤを設置することにより構成さ
れるＬＥＤディスプレイである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】フラットパネルＬＥＤ
カラーディスプレイは、先行技術に開示されているが、
これらのＬＥＤディスプレイは完全に満足できるもので
はない。これは、そのようなディスプレイがいまだに広
く使用されていない事実からも明かである。例えば、公
知のディスプレイには、製造が困難であるという問題が
ある。そこで、製造が容易な新しいタイプのＬＥＤカラ
ーディスプレイに関心が持たれている。すなわち、より
容易かつ経済的に製造可能なカラーディスプレイに応用
できる新規な多色光源の配列が望まれている。
カラーディスプレイは、先行技術に開示されているが、
これらのＬＥＤディスプレイは完全に満足できるもので
はない。これは、そのようなディスプレイがいまだに広
く使用されていない事実からも明かである。例えば、公
知のディスプレイには、製造が困難であるという問題が
ある。そこで、製造が容易な新しいタイプのＬＥＤカラ
ーディスプレイに関心が持たれている。すなわち、より
容易かつ経済的に製造可能なカラーディスプレイに応用
できる新規な多色光源の配列が望まれている。
【０００５】N.Takada et al.,Applied Physics Lette
rs,Vol.63(15),pp.2032-2034、及びT.Nakayama et al.,A
pplied Physics Letters,Vol.63(5),pp.594-595,Augus
t 2,1993には、２つの鏡の間に挟まれた有機物薄膜が興
味深い光学特性を有することが知られている。
rs,Vol.63(15),pp.2032-2034、及びT.Nakayama et al.,A
pplied Physics Letters,Vol.63(5),pp.594-595,Augus
t 2,1993には、２つの鏡の間に挟まれた有機物薄膜が興
味深い光学特性を有することが知られている。
【０００６】後者の論文には、適切な間隔をおいた２つ
鏡の間の５０ｎｍの厚さのトライス（水酸化キノリノ
ル）アルミニウム（Ａｌｑ）層の電子発光（ＥＬ）スペ
クトルが、２つの鏡の間に挟まれていないそのようなフ
ィルムに比べて、顕著に狭められることが示されてい
る。文献のＦＩＧ．６には、４９５ｎｍでの大きなピー
クと６６０ｎｍでの非常に小さなピークが示されてい
る。また、トリフェニル・ダイアミン誘導体（ＴＡＤ）
正孔移動層およびインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）透明
電極層を含むマイクロキャビティーが示されている。
鏡の間の５０ｎｍの厚さのトライス（水酸化キノリノ
ル）アルミニウム（Ａｌｑ）層の電子発光（ＥＬ）スペ
クトルが、２つの鏡の間に挟まれていないそのようなフ
ィルムに比べて、顕著に狭められることが示されてい
る。文献のＦＩＧ．６には、４９５ｎｍでの大きなピー
クと６６０ｎｍでの非常に小さなピークが示されてい
る。また、トリフェニル・ダイアミン誘導体（ＴＡＤ）
正孔移動層およびインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）透明
電極層を含むマイクロキャビティーが示されている。
【０００７】本発明は、複数の異なる色で発光するマイ
クロキャビティーの製造を容易にする発光素子の層構
造、およびそれを用いたフラットパネルディスプレイを
提供することを目的とする。
クロキャビティーの製造を容易にする発光素子の層構
造、およびそれを用いたフラットパネルディスプレイを
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による装置は、所
定の色（例えば青）の光を放射するためのマイクロキャ
ビティーと、他の所定の色（例えば赤）の光を放射する
ための他のマイクロキャビティーとを含む、複数（２個
または３個）のマイクロキャビティー発光部を有するこ
とを特徴とする。例えば、発光部の配列を含み、配列の
各基本要素（ピクセル）はそれぞれ少なくとも１つの赤
色発光部、１つの緑色発光部、および青色発光部を含
む。
定の色（例えば青）の光を放射するためのマイクロキャ
ビティーと、他の所定の色（例えば赤）の光を放射する
ための他のマイクロキャビティーとを含む、複数（２個
または３個）のマイクロキャビティー発光部を有するこ
とを特徴とする。例えば、発光部の配列を含み、配列の
各基本要素（ピクセル）はそれぞれ少なくとも１つの赤
色発光部、１つの緑色発光部、および青色発光部を含
む。
【０００９】本発明による装置は、例えばガラス板のよ
うな基板の主表面に層構造を含む。この層構造は、離し
て配置された第１および第２の反射手段と、電界発光を
するような有機物材料（例えば、Ａｌｑのような、ＥＬ
材料と呼ばれるもの）を含む活性層とからなる。活性層
の少なくとも第１の部分は反射手段の間に配置されてい
る。第１および第２の反射手段は、有効光学長Ｌ1の第
１のマイクロキャビティーを決定する。層構造は、活性
層の第１の部分への電界の印加を容易にする手段を含
み、第１のマイクロキャビティーが第１の色の発光でき
るようにする。
うな基板の主表面に層構造を含む。この層構造は、離し
て配置された第１および第２の反射手段と、電界発光を
するような有機物材料（例えば、Ａｌｑのような、ＥＬ
材料と呼ばれるもの）を含む活性層とからなる。活性層
の少なくとも第１の部分は反射手段の間に配置されてい
る。第１および第２の反射手段は、有効光学長Ｌ1の第
１のマイクロキャビティーを決定する。層構造は、活性
層の第１の部分への電界の印加を容易にする手段を含
み、第１のマイクロキャビティーが第１の色の発光でき
るようにする。
【００１０】さらに、層構造は、離して配置された第３
および第４の反射手段と、活性層の少なくとも第２の部
分は反射手段の間に配置されている。第３および第４の
反射手段は、第１のマイクロキャビティーから離れて配
置された、Ｌ1と異なる有効光学長Ｌ2の第２のマイクロ
キャビティーを決定する。層構造は、活性層の第２の部
分への電界の印可を容易にする手段を含み、第２のマイ
クロキャビティーが第１の色とは異なる第２の色の発光
できるようにする。
および第４の反射手段と、活性層の少なくとも第２の部
分は反射手段の間に配置されている。第３および第４の
反射手段は、第１のマイクロキャビティーから離れて配
置された、Ｌ1と異なる有効光学長Ｌ2の第２のマイクロ
キャビティーを決定する。層構造は、活性層の第２の部
分への電界の印可を容易にする手段を含み、第２のマイ
クロキャビティーが第１の色とは異なる第２の色の発光
できるようにする。
【００１１】活性層は、有機物ＥＬ材料に加えて、例え
ば正孔移動層、および／または電子／正孔・ブロック層
を含んでも良い。ＥＬ材料は単一の層でも良いが、それ
ぞれが異なる発光特性を有する２つ以上の層であっても
良い。
ば正孔移動層、および／または電子／正孔・ブロック層
を含んでも良い。ＥＬ材料は単一の層でも良いが、それ
ぞれが異なる発光特性を有する２つ以上の層であっても
良い。
【００１２】本発明は、単一の基板上に、それぞれの有
効光学長が異なる少なくとも２つのマイクロキャビティ
ー発光部を設けることを特徴とする。有効光学長の違い
は、種々の方法で達成でき、全ての方法が考察されてい
る。例えば、第１のマイクロキャビティー内のどの層
（例えば、ＩＴＯ電極またはＥＬ層）も、第２のマイク
ロキャビティー内の同じ層と厚さを違うようにすること
ができる。一方のマイクロキャビティーが、他のマイク
ロキャビティーに無い層を含むようにすることもでき
る。１つのマイクロキャビティー内の上側反射器の下に
あるパターン形成されたＩＴＯ層の一部が他のマイクロ
キャビティーには無いようにすることもできる。
効光学長が異なる少なくとも２つのマイクロキャビティ
ー発光部を設けることを特徴とする。有効光学長の違い
は、種々の方法で達成でき、全ての方法が考察されてい
る。例えば、第１のマイクロキャビティー内のどの層
（例えば、ＩＴＯ電極またはＥＬ層）も、第２のマイク
ロキャビティー内の同じ層と厚さを違うようにすること
ができる。一方のマイクロキャビティーが、他のマイク
ロキャビティーに無い層を含むようにすることもでき
る。１つのマイクロキャビティー内の上側反射器の下に
あるパターン形成されたＩＴＯ層の一部が他のマイクロ
キャビティーには無いようにすることもできる。
【００１３】しかし、製造が容易という理由から、望ま
しい実施例においては、第１のマイクロキャビティー中
でｔf,1の厚さ、第２のマイクロキャビティー中でｔf,2
の厚さをもつように容易に加工できる充填層を含む。ｔ
f,1またはｔf,2のうちの一方は０とすることができるこ
とがわかるであろう。両方のマイクロキャビティー内に
おいて、他の全ての層が本質的に同じ厚さを持つ場合、
ｔf,1とｔf,2との違いの結果、２つのマイクロキャビテ
ィーの有効光学長が異なることがすぐにわかる。
しい実施例においては、第１のマイクロキャビティー中
でｔf,1の厚さ、第２のマイクロキャビティー中でｔf,2
の厚さをもつように容易に加工できる充填層を含む。ｔ
f,1またはｔf,2のうちの一方は０とすることができるこ
とがわかるであろう。両方のマイクロキャビティー内に
おいて、他の全ての層が本質的に同じ厚さを持つ場合、
ｔf,1とｔf,2との違いの結果、２つのマイクロキャビテ
ィーの有効光学長が異なることがすぐにわかる。
【００１４】
【実施例】図１を参照して、底面発光の単一のマイクロ
キャビティーと組み合わされた層構造を説明する。図１
において、基板１０、多層ミラー１１、充填層１２、透
明導体層１３、正孔移動層１４、ＥＬ層１５が順に積層
されている。領域１６はパターン形成された金属層の一
部であり、上面電極および上面ミラーとして使用され、
マイクロキャビティーの横方向への広がりを決定する。
領域１６の横方向への広がりは、典型的には、キャビテ
ィーの有効光学長よりもはるかに（例えば、１０倍以
上）大きい。
キャビティーと組み合わされた層構造を説明する。図１
において、基板１０、多層ミラー１１、充填層１２、透
明導体層１３、正孔移動層１４、ＥＬ層１５が順に積層
されている。領域１６はパターン形成された金属層の一
部であり、上面電極および上面ミラーとして使用され、
マイクロキャビティーの横方向への広がりを決定する。
領域１６の横方向への広がりは、典型的には、キャビテ
ィーの有効光学長よりもはるかに（例えば、１０倍以
上）大きい。
【００１５】底面発光の構成では、基板１０は所定の波
長の発光に対して実質的に透明である。ここでの「実質
的に透明」ということは、所定距離による所定の波長の
発光の減衰が２５％以下であることを意味する。例え
ば、基板１０の材料は、ガラス、サファイア、水晶、ま
たはポリエチル・スルフォンのような透明プラスチック
である。
長の発光に対して実質的に透明である。ここでの「実質
的に透明」ということは、所定距離による所定の波長の
発光の減衰が２５％以下であることを意味する。例え
ば、基板１０の材料は、ガラス、サファイア、水晶、ま
たはポリエチル・スルフォンのような透明プラスチック
である。
【００１６】多層ミラー１１は、適切な厚さ（典型的に
は、λ／４）の実質的に非吸収材料の交互の層からな
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、層の対の数および使用されている材料の屈折
率に依存する。材料の対の例は、ＳｉＯ2とＳｉＮX、Ｓ
ｉＯ2とＴｉＯ2である。
は、λ／４）の実質的に非吸収材料の交互の層からな
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、層の対の数および使用されている材料の屈折
率に依存する。材料の対の例は、ＳｉＯ2とＳｉＮX、Ｓ
ｉＯ2とＴｉＯ2である。
【００１７】充填層１２は、製造中および動作中に化学
的に安定で、適当な技術によりパターン形成できるもの
であれば、どのような実質的に透明な材料であってもよ
い。充填層１２の材料の例としては、例えばポリイミド
のような透明ポリマー、またはＳｉＯ2のような透明絶
縁体がある。なお、充填層１２を設けるかどうかは任意
である。
的に安定で、適当な技術によりパターン形成できるもの
であれば、どのような実質的に透明な材料であってもよ
い。充填層１２の材料の例としては、例えばポリイミド
のような透明ポリマー、またはＳｉＯ2のような透明絶
縁体がある。なお、充填層１２を設けるかどうかは任意
である。
【００１８】透明（または半透明）導体層１３は、ＩＴ
Ｏ、またはポリアニリンのような導電性ポリマー、また
はＡｕあるいはＡｌのような金属の薄い（約１０ｎｍ）
層である。正孔移動層１４は、電子・正孔再結合が起こ
るＥＬ層への正孔の移動を容易にすることができるもの
であれば、どのような実質的に透明な材料であっても良
い。適切な材料の例として、例えばＴＡＤのようなダイ
アミンおよびポリシエニレン・ビニレンがある。正孔移
動層１４を設けるかどうかは任意である。
Ｏ、またはポリアニリンのような導電性ポリマー、また
はＡｕあるいはＡｌのような金属の薄い（約１０ｎｍ）
層である。正孔移動層１４は、電子・正孔再結合が起こ
るＥＬ層への正孔の移動を容易にすることができるもの
であれば、どのような実質的に透明な材料であっても良
い。適切な材料の例として、例えばＴＡＤのようなダイ
アミンおよびポリシエニレン・ビニレンがある。正孔移
動層１４を設けるかどうかは任意である。
【００１９】ＥＬ層１５は、発光源である。ＥＬ材料の
例としては、Ａｌｑ、ペリレン誘導体、アントラセン、
ポリフェニレン・ビニレン、オキサジアゾール、スチル
ベン誘導体がある。ＥＬ材料は、例えばカウマリン、Ｄ
ＣＭ、ローダミン誘導体でドープして、材料のＥＬスペ
クトルを作り変えるようにしたり、素子の効率を高める
ようにしてもよい。
例としては、Ａｌｑ、ペリレン誘導体、アントラセン、
ポリフェニレン・ビニレン、オキサジアゾール、スチル
ベン誘導体がある。ＥＬ材料は、例えばカウマリン、Ｄ
ＣＭ、ローダミン誘導体でドープして、材料のＥＬスペ
クトルを作り変えるようにしたり、素子の効率を高める
ようにしてもよい。
【００２０】図１には示されていない任意の電子移動層
は、上面電極からＥＬ層１５への電子の移動を容易にす
ることができるものであれば、どのような実質的に透明
な材料であっても良い。そのような材料としては、２ー
（４ービフェニール）ー５ーフェニール−１，３，４ー
オキサジアゾール（ＰＢＤ）、ブチルＰＢＤ、またはこ
れらのうちの１つをポリメチル・メタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）あるいはポリカルボナートのような不活性ポリマ
ーでドープしたものがある。
は、上面電極からＥＬ層１５への電子の移動を容易にす
ることができるものであれば、どのような実質的に透明
な材料であっても良い。そのような材料としては、２ー
（４ービフェニール）ー５ーフェニール−１，３，４ー
オキサジアゾール（ＰＢＤ）、ブチルＰＢＤ、またはこ
れらのうちの１つをポリメチル・メタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）あるいはポリカルボナートのような不活性ポリマ
ーでドープしたものがある。
【００２１】パターン形成された金属層１６は、近接す
る層に電子を注入する。その材料の例として、Ａｌ、Ａ
ｇ、Ａｕ、またはＭｇＡｌのような合金がある。ＥＬ材
料を適切に選ぶと、正孔移動層、電子移動層の一方（可
能であれば両方）を取り除くことができる。例えば、Ａ
ｌｑはＥＬ材料としても電子移動媒体としても機能する
ことができ、ポリフェニレン・ビニレンはＥＬ材料とし
ても正孔・移動媒体としても機能することができる。
る層に電子を注入する。その材料の例として、Ａｌ、Ａ
ｇ、Ａｕ、またはＭｇＡｌのような合金がある。ＥＬ材
料を適切に選ぶと、正孔移動層、電子移動層の一方（可
能であれば両方）を取り除くことができる。例えば、Ａ
ｌｑはＥＬ材料としても電子移動媒体としても機能する
ことができ、ポリフェニレン・ビニレンはＥＬ材料とし
ても正孔・移動媒体としても機能することができる。
【００２２】電子注入接点と正孔注入接点とを交換し
て、電子が透明導体層１３から注入され、正孔がパター
ン形成された金属層１６から注入されるようにすること
ができる。電子移動層および／または正孔移動層が使用
されると、層構造中のこれらの位置が適切に入れ換えら
れるなどして変更される。
て、電子が透明導体層１３から注入され、正孔がパター
ン形成された金属層１６から注入されるようにすること
ができる。電子移動層および／または正孔移動層が使用
されると、層構造中のこれらの位置が適切に入れ換えら
れるなどして変更される。
【００２３】マイクロキャビティーは上面発光構造とす
ることもできる。このような発光体においては、基板は
透明である必要がない。適切な絶縁物を備えた金属また
はＳｉのような半導体とすることができる。図２によ
り、上面発光のマイクロキャビティーのための層構造の
一例を説明する。図２において、２０は基板、２６はパ
ターン形成された金属層、２９は電子移動層である。２
５はＥＬ層、２４は正孔移動層、２３は透明導体層、２
２は充填層、２１は多層ミラーである。
ることもできる。このような発光体においては、基板は
透明である必要がない。適切な絶縁物を備えた金属また
はＳｉのような半導体とすることができる。図２によ
り、上面発光のマイクロキャビティーのための層構造の
一例を説明する。図２において、２０は基板、２６はパ
ターン形成された金属層、２９は電子移動層である。２
５はＥＬ層、２４は正孔移動層、２３は透明導体層、２
２は充填層、２１は多層ミラーである。
【００２４】また、大きな立体角について放射をランダ
ムにするための拡散層を設けて、発光波長の角度的依存
関係を除去するか少なくとも減少させることもできる。
ファーブリ・ペロー・キャビティー効果によるこの依存
関係は、ディスプレイのような応用においては望ましく
ない。そこで、本発明によるディスプレイはこのような
拡散層を有する。図２において、２８は拡散層である。
底面発光の場合、拡散層は基板と多層ミラーとの間に配
置されることになる。接点層は、蒸気シリカのようなコ
ロイド状の散乱を含む実質的に透明なポリマー（例え
ば、ポリイミドまたはＰＭＭＡ）の層である。また、こ
れは、機械的に粗い表面をもったＳｉＮXのような実質
的に透明な層であっても良い。
ムにするための拡散層を設けて、発光波長の角度的依存
関係を除去するか少なくとも減少させることもできる。
ファーブリ・ペロー・キャビティー効果によるこの依存
関係は、ディスプレイのような応用においては望ましく
ない。そこで、本発明によるディスプレイはこのような
拡散層を有する。図２において、２８は拡散層である。
底面発光の場合、拡散層は基板と多層ミラーとの間に配
置されることになる。接点層は、蒸気シリカのようなコ
ロイド状の散乱を含む実質的に透明なポリマー（例え
ば、ポリイミドまたはＰＭＭＡ）の層である。また、こ
れは、機械的に粗い表面をもったＳｉＮXのような実質
的に透明な層であっても良い。
【００２５】本発明の実施例は、ある有効光学長をもち
第１の色で発光する多数（例えば何十、何千）のマイク
ロキャビティー、これと異なる有効光学長をもち異なる
色で発光する多数のマイクロキャビティーを含む。ま
た、この実施例は、第３の有効光学長をもち第３の色で
発光する多数のマイクロキャビティーを含む。例えばこ
れらの色は、赤、緑、青である。
第１の色で発光する多数（例えば何十、何千）のマイク
ロキャビティー、これと異なる有効光学長をもち異なる
色で発光する多数のマイクロキャビティーを含む。ま
た、この実施例は、第３の有効光学長をもち第３の色で
発光する多数のマイクロキャビティーを含む。例えばこ
れらの色は、赤、緑、青である。
【００２６】望ましい実施例においては、少なくとも２
つのマイクロキャビティーのそれぞれの反射手段（例え
ば第１および第３の反射手段）のうちの１つは、均一か
つ平坦な多層ミラーである。他の反射手段（例えば第２
および第４の反射手段）は、典型的には電極としての役
割も果たすパターン形成された金属層の一部である。本
発明による装置は、典型的には、上述した発光要素のア
レイに加えて、電源回路および駆動回路のような通常の
部品も含む。
つのマイクロキャビティーのそれぞれの反射手段（例え
ば第１および第３の反射手段）のうちの１つは、均一か
つ平坦な多層ミラーである。他の反射手段（例えば第２
および第４の反射手段）は、典型的には電極としての役
割も果たすパターン形成された金属層の一部である。本
発明による装置は、典型的には、上述した発光要素のア
レイに加えて、電源回路および駆動回路のような通常の
部品も含む。
【００２７】望ましい実施例による装置は、それぞれが
上述したような赤色、緑色、および青色のマイクロキャ
ビティー発光体を含む多数のピクセルからなるフルカラ
ーフラットパネルディスプレイである。他の実施例によ
る装置は、光相互接続手段あるいは光ファイバー通信手
段中の送信器、またはＬＥＤ印刷手段中の印刷ヘッドで
ある。そのような手段は、実質的に光源に関するものだ
けである従来技術の対応する手段とは異なる。
上述したような赤色、緑色、および青色のマイクロキャ
ビティー発光体を含む多数のピクセルからなるフルカラ
ーフラットパネルディスプレイである。他の実施例によ
る装置は、光相互接続手段あるいは光ファイバー通信手
段中の送信器、またはＬＥＤ印刷手段中の印刷ヘッドで
ある。そのような手段は、実質的に光源に関するものだ
けである従来技術の対応する手段とは異なる。
【００２８】以下、図３により本発明の一実施例につい
て説明する。図３において、３０は例えばガラス板のよ
うな実質的に透明な基板、３１は、例えば、ＳｉＯ2と
ＳｉＮXの誘電体層が交互に積み重ねられた１／４波ス
タックの平面ミラーである。このようなミラーはよく知
られている。層の厚さは、ＥＬ層３５のＥＬスペクトル
中の所定の波長におけるピーク反射率になるように選ば
れる。この所定の波長は、例えば、ＥＬ発光スペクトル
のピークに対応する波長である。３２は充填層、３３は
透明導体（例えばＩＴＯ）層、３４は正孔移動層であ
る。３６１および３６２は、パターン形成された導体
（例えばＡｌ、Ａｕ）層であり、平面ミラー３１ととも
に第１および第２のマイクロキャビティーをそれぞれ決
定する役割を果たす。
て説明する。図３において、３０は例えばガラス板のよ
うな実質的に透明な基板、３１は、例えば、ＳｉＯ2と
ＳｉＮXの誘電体層が交互に積み重ねられた１／４波ス
タックの平面ミラーである。このようなミラーはよく知
られている。層の厚さは、ＥＬ層３５のＥＬスペクトル
中の所定の波長におけるピーク反射率になるように選ば
れる。この所定の波長は、例えば、ＥＬ発光スペクトル
のピークに対応する波長である。３２は充填層、３３は
透明導体（例えばＩＴＯ）層、３４は正孔移動層であ
る。３６１および３６２は、パターン形成された導体
（例えばＡｌ、Ａｕ）層であり、平面ミラー３１ととも
に第１および第２のマイクロキャビティーをそれぞれ決
定する役割を果たす。
【００２９】例えば、平面ミラー３１は、名目上の光学
的厚さ１３７ｎｍのＳｉＯ2／ＳｉＮX対３つからなり、
そのスタックの理論的ピーク反射率は０．８３である。
ＳｉＯ2、ＳｉＮXの屈折率は、それぞれ１．５、２．２
である。平面ミラー３１は、より少ないまたは多い層の
対を有することができる。充填層３２の厚さの最大値
は、典型的には５０乃至２０００ｎｍであるが、キャビ
ティーの光学長が１波長よりの長い場合にはもっと厚く
なる。
的厚さ１３７ｎｍのＳｉＯ2／ＳｉＮX対３つからなり、
そのスタックの理論的ピーク反射率は０．８３である。
ＳｉＯ2、ＳｉＮXの屈折率は、それぞれ１．５、２．２
である。平面ミラー３１は、より少ないまたは多い層の
対を有することができる。充填層３２の厚さの最大値
は、典型的には５０乃至２０００ｎｍであるが、キャビ
ティーの光学長が１波長よりの長い場合にはもっと厚く
なる。
【００３０】実際には、充填層が２つのマイクロキャビ
ティーのうちの１つの中に無いようにすることも可能で
ある。すなわち、２つのマイクロキャビティーのうちの
１つで、充填層の厚さを０にすることもできる。典型的
には、本質的に一定の厚さの充填層が、例えばポリイミ
ドのスピンコーティングおよびベイキングを行うことに
より、平面ミラー３１上に形成される。次に、フォトリ
ソグラフィーおよびエッチングのような適切な手段によ
ってパターン形成される。パターン形成の目的は、光学
的厚さの異なる光学キャビティーをつくることである。
ティーのうちの１つの中に無いようにすることも可能で
ある。すなわち、２つのマイクロキャビティーのうちの
１つで、充填層の厚さを０にすることもできる。典型的
には、本質的に一定の厚さの充填層が、例えばポリイミ
ドのスピンコーティングおよびベイキングを行うことに
より、平面ミラー３１上に形成される。次に、フォトリ
ソグラフィーおよびエッチングのような適切な手段によ
ってパターン形成される。パターン形成の目的は、光学
的厚さの異なる光学キャビティーをつくることである。
【００３１】キャビティーの合計の光学的厚さＬは、数
式１で表される。
式１で表される。
【数１】 数式１中の第１項は、１／４波スタック（ＱＷＳ）中の
有効透過深さ、第２項は、キャビティー中の層の光学的
厚さの合計、第３項は、最も上にあるミラーにおける位
相シフトによる。通常、第３項は、他の２つの項に比べ
て小さい。パラメータλは波長、ｎeffはＱＷＳの有効
屈折率、ΔｎはＱＷＳを形成する２つの材料の屈折率の
違い、ｎiはキャビティー中のｉ番目の層の屈折率、Ｌi
はキャビティー中のｉ番目の層の実際の厚さ、Φmは最
も上にあるミラーにおける位相シフトである。
有効透過深さ、第２項は、キャビティー中の層の光学的
厚さの合計、第３項は、最も上にあるミラーにおける位
相シフトによる。通常、第３項は、他の２つの項に比べ
て小さい。パラメータλは波長、ｎeffはＱＷＳの有効
屈折率、ΔｎはＱＷＳを形成する２つの材料の屈折率の
違い、ｎiはキャビティー中のｉ番目の層の屈折率、Ｌi
はキャビティー中のｉ番目の層の実際の厚さ、Φmは最
も上にあるミラーにおける位相シフトである。
【００３２】位相シフトは、数式２で表される。
【数２】 ｍSは最も上にあるミラーに接触している材料の屈折
率、ｎmは最も上にあるミラーの材料の屈折率の実部、
ｋmは最も上にあるミラーの材料の屈折率の虚部であ
る。
率、ｎmは最も上にあるミラーの材料の屈折率の実部、
ｋmは最も上にあるミラーの材料の屈折率の虚部であ
る。
【００３３】数式１からわかるように、充填層３２の厚
さを変えることにより、キャビティーの光学長を変える
ことができ、キャビティーの共振モードの波長を変える
ことができる。もちろん、少なくとも原則として、キャ
ビティー中の他の層の厚さを変えることによっても同じ
効果が達成される。例えば、透明導体層３３、正孔移動
層３４、またはＥＬ層３５の厚さを変えても良く、全て
の可能性がある。しかし、製造の容易性の理由から、適
切な充填層を準備し、選択的に薄くすることが望まし
い。それは、ポリイミドまたはＳｉＯ2のような充填層
を選択的に薄くする作業の方が、ＩＴＯ、Ａｌｑ、また
はＴＡＤのような他の層材料の場合よりも容易に制御可
能だからである。
さを変えることにより、キャビティーの光学長を変える
ことができ、キャビティーの共振モードの波長を変える
ことができる。もちろん、少なくとも原則として、キャ
ビティー中の他の層の厚さを変えることによっても同じ
効果が達成される。例えば、透明導体層３３、正孔移動
層３４、またはＥＬ層３５の厚さを変えても良く、全て
の可能性がある。しかし、製造の容易性の理由から、適
切な充填層を準備し、選択的に薄くすることが望まし
い。それは、ポリイミドまたはＳｉＯ2のような充填層
を選択的に薄くする作業の方が、ＩＴＯ、Ａｌｑ、また
はＴＡＤのような他の層材料の場合よりも容易に制御可
能だからである。
【００３４】本発明によるマイクロキャビティー発光体
の好ましい応用は、フルカラー・フラットパネルディス
プレイである。そのようなディスプレイの各ピクセル
は、それぞれが赤色光、緑色光、青色光を放射する少な
くとも３つのマイクロキャビティーを含む。そのような
ディスプレイを駆動するためには、いかなる適切な回路
も使用できる。例えば、前述のＫ．Ｍｕｒａｔａの論文
の４９ページの第９図には、本発明によるディスプレイ
に使用できるマトリクス駆動回路が開示されている。
の好ましい応用は、フルカラー・フラットパネルディス
プレイである。そのようなディスプレイの各ピクセル
は、それぞれが赤色光、緑色光、青色光を放射する少な
くとも３つのマイクロキャビティーを含む。そのような
ディスプレイを駆動するためには、いかなる適切な回路
も使用できる。例えば、前述のＫ．Ｍｕｒａｔａの論文
の４９ページの第９図には、本発明によるディスプレイ
に使用できるマトリクス駆動回路が開示されている。
【００３５】透明導体層３３は、少なくともディスプレ
イのサイズと同じ横方向の広がりをもつ均一の層であ
り、複数のストリップにパターン化され、得られるスト
リップがディスプレイの行または列になる。
イのサイズと同じ横方向の広がりをもつ均一の層であ
り、複数のストリップにパターン化され、得られるスト
リップがディスプレイの行または列になる。
【００３６】具体例１ 通常の融解シリカ基板の上に、多層ミラーが、２５０℃
においてプラズマ強化化学気相成長法により形成され
た。多層ミラーは、ＳｉＯ2の層（屈折率１．５、厚さ
９１．６ｎｍ）とＳｉＮXの層（屈折率２．２、厚さ６
２．５ｎｍ）を交互に積み重ねて形成された。窒素およ
び亜酸化窒素中で２％のシラン混合物がＳｉＯ2の堆積
に使用され、窒素中で２％のシラン混合物がＳｉＮXの
堆積に使用された。３段階スタックが成長させられた。
５５０ｎｍにおけるピーク反射率は約８０〜９０％であ
った。
においてプラズマ強化化学気相成長法により形成され
た。多層ミラーは、ＳｉＯ2の層（屈折率１．５、厚さ
９１．６ｎｍ）とＳｉＮXの層（屈折率２．２、厚さ６
２．５ｎｍ）を交互に積み重ねて形成された。窒素およ
び亜酸化窒素中で２％のシラン混合物がＳｉＯ2の堆積
に使用され、窒素中で２％のシラン混合物がＳｉＮXの
堆積に使用された。３段階スタックが成長させられた。
５５０ｎｍにおけるピーク反射率は約８０〜９０％であ
った。
【００３７】透明なポリイミド（屈折率１．７）を１０
８ｎｍの層にスピンコーティングし、通常のベーキング
を行い、充填層を形成した。形成された均一な充填層
は、異なる厚さ（０．４５ｎｍおよび１０８ｎｍ）３の
段を形成するために酸素プラズマ中でパターン化され
た。これは、パターン化されたフォトレジストをマスク
としたフォトリソグラフィーを用いて通常の方法により
行われた。次に、６０ｎｍのＡｌｑ層、６０ｎｍのＴＡ
Ｄ層、および１５０ｎｍのＡｌ層が気相成長させられ
た。全ての気化は、基本気圧約１０-6トルの通常の拡散
ポンプ熱気化器中で行われた。形成されたマイクロキャ
ビティーは、３つの領域中のメインモードの位置が３原
色に対応するようになった。０．４５ｎｍおよび１０８
ｎｍの充填層の領域において、関係するキャビティーモ
ードは、有機物の屈折率を１．６５とみなし、６０５ｎ
ｍ、４９３ｎｍ、５４６ｎｍにおいてそれぞれ計算され
ることになる。
８ｎｍの層にスピンコーティングし、通常のベーキング
を行い、充填層を形成した。形成された均一な充填層
は、異なる厚さ（０．４５ｎｍおよび１０８ｎｍ）３の
段を形成するために酸素プラズマ中でパターン化され
た。これは、パターン化されたフォトレジストをマスク
としたフォトリソグラフィーを用いて通常の方法により
行われた。次に、６０ｎｍのＡｌｑ層、６０ｎｍのＴＡ
Ｄ層、および１５０ｎｍのＡｌ層が気相成長させられ
た。全ての気化は、基本気圧約１０-6トルの通常の拡散
ポンプ熱気化器中で行われた。形成されたマイクロキャ
ビティーは、３つの領域中のメインモードの位置が３原
色に対応するようになった。０．４５ｎｍおよび１０８
ｎｍの充填層の領域において、関係するキャビティーモ
ードは、有機物の屈折率を１．６５とみなし、６０５ｎ
ｍ、４９３ｎｍ、５４６ｎｍにおいてそれぞれ計算され
ることになる。
【００３８】測定結果は、それぞれ図４〜図６に示され
ているように、計算結果とよく一致する。図４〜図６
は、それぞれ４５ｎｍ、１０８ｎｍ、０ｎｍの厚さの充
填層をもつキャビティーからの光ルミネセンスの強さ
（３００ｎｍ励起）を示している。図７はマイクロキャ
ビティー効果の無い類似のサンプルからの光ルミネセン
スの強さを示している。
ているように、計算結果とよく一致する。図４〜図６
は、それぞれ４５ｎｍ、１０８ｎｍ、０ｎｍの厚さの充
填層をもつキャビティーからの光ルミネセンスの強さ
（３００ｎｍ励起）を示している。図７はマイクロキャ
ビティー効果の無い類似のサンプルからの光ルミネセン
スの強さを示している。
【００３９】具体例２ 準備される層構造は、具体例１に示したものと実質的に
おなじであるが、充填層のパターン形成の後に約６０ｎ
ｍの厚さのＩＴＯ層が堆積され、このように形成された
透明導体層の上に残りの層が堆積される。Ａｌ層は、充
填層の厚さが異なる別個にアドレス可能なマイクロキャ
ビティー領域を形成するためにパターン化される。上面
電極および底面電極間に電圧を印可すると、図４〜図６
に示す発光と実質的に同じような光ルミネセンスを生じ
る。
おなじであるが、充填層のパターン形成の後に約６０ｎ
ｍの厚さのＩＴＯ層が堆積され、このように形成された
透明導体層の上に残りの層が堆積される。Ａｌ層は、充
填層の厚さが異なる別個にアドレス可能なマイクロキャ
ビティー領域を形成するためにパターン化される。上面
電極および底面電極間に電圧を印可すると、図４〜図６
に示す発光と実質的に同じような光ルミネセンスを生じ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
数の異なる色で発光するマイクロキャビティーの製造を
容易にする発光素子の層構造、およびそれを用いたフラ
ットパネルディスプレイを提供することができる。
数の異なる色で発光するマイクロキャビティーの製造を
容易にする発光素子の層構造、およびそれを用いたフラ
ットパネルディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による底面発光マイクロキャビティーの
層構造を示す図。
層構造を示す図。
【図２】本発明による上面発光マイクロキャビティーの
層構造を示す図。
層構造を示す図。
【図３】本発明による第１および第２の底面発光マイク
ロキャビティーの層構造を示す図。
ロキャビティーの層構造を示す図。
【図４】本発明の一実施例による発光スペクトルを示す
図。
図。
【図５】本発明の一実施例による発光スペクトルを示す
図。
図。
【図６】本発明の一実施例による発光スペクトルを示す
図。
図。
【図７】マイクロキャビティー効果の無い場合の発光ス
ペクトルを示す図。
ペクトルを示す図。
１０・２０・３０ 基板 １１・２１・３１ 平面ミラー（多層ミラー層） １２・２２・３２ 充填層 １３・２３・３３ 透明導体層 １４・２４・３４ 正孔移動層 １５・２５・３５ ＥＬ層 １６・２６・３６１・３６２ 導体層（金属層） ２８ 拡散層 ２９ 電子移動層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー マーク ミラー アメリカ合衆国、07974 ニュー ジャー ジー、ニュー プロビデンス、デルウィッ ク レーン ２ (72)発明者 ルイス ジョシア ロスバーグ アメリカ合衆国、07960 ニュー ジャー ジー、モーリスタウン、ウェスタン アベ ニュー 207
Claims (7)
- 【請求項１】 （ａ）第１のマイクロキャビティーの有
効光学長を決定する、間隔をおいて配置された第１およ
び第２の反射手段（３１，３６１）と、 （ｂ）この第１および第２の反射手段間に少なくとも第
１の部分がある電場発光できる有機物材料を含む活性層
（３５）と、 第１のマイクロキャビティーが第１の色の光を放射でき
るように前記活性層の第１の部分に電場を印可すること
を容易にする手段（３６２）とを有する、基板の主面上
に形成される発光素子の層構造において、 （ｃ）前記第１のマイクロキャビティーと間隔をおいて
配置され、第１のマイクロキャビティーの有効光学長と
は異なる第２のマイクロキャビティーの有効光学長を決
定する、間隔をおいて配置された第３および第４の反射
手段（３１，３６１）と、 この第３および第４の反射手段間に少なくとも第２の部
分がある活性層と、 （ｄ）第２のマイクロキャビティーが前記第１の色とは
異なる第２の色の光を放射できるように前記活性層の第
２の部分に電場を印可することを容易にする手段（３６
２）とを有することを特徴とする発光素子の層構造。 - 【請求項２】 第１および第３の反射手段は、単一の多
層誘電体ミラーのそれぞれ一部であり、第２および第４
の反射手段は、パターン形成された金属層のそれぞれ別
個の部分であることを特徴とする請求項１記載の発光素
子の層構造。 - 【請求項３】 第１および第２の反射手段の間に配置さ
れた第１の厚さをもつ充填層と、 第３および第４の反射手段の間に配置された前記第１の
厚さとは異なる第２の厚さをもつ充填層とを有すること
を特徴とする請求項１記載の発光素子の層構造。 - 【請求項４】 第１および第２のマイクロキャビティー
の外側に配置される拡散層を有することを特徴とする請
求項２記載の発光素子の層構造。 - 【請求項５】 第１および第２のマイクロキャビティー
の有効光学長とは異なる第３の有効光学長をもち、第３
の色の光を放射する第３のマイクロキャビティーを有す
ることを特徴とする請求項１記載の発光素子の層構造。 - 【請求項６】 第１の有効光学長をもつ複数のマイクロ
キャビティーと、 第２の有効光学長をもつ複数のマイクロキャビティー
と、 第３の有効光学長をもつ複数のマイクロキャビティーと
を有し、請求項１記載の発光素子の層構造を含むフルカ
ラーのフラットパネルディスプレイ。 - 【請求項７】 電場発光できる有機物材料は、Ａｌｑ、
ペリレン誘導体、アントラセン、ポリフェニレン・ビニ
レン、オキサジアゾール、スチルベン誘導体、およびこ
れらをカウマリン、ＤＣＭ、ローダミン誘導体からなる
群から選ばれた不純物でドープしたものからなる群から
選ばれ、 多層誘電体ミラーは、ＳｉＯ2とＳｉＮX、またはＳｉＯ
2とＴｉＯ2との交互の層を含み、 パターン形成された金属層は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｇ
とＡｇの合金、またはおよびＭｇとＡｌの合金を含み、 活性層の第１および第２の部分に電場を印可するための
手段は、インジウム錫酸化物またはポリアニリンを含
み、 第１および第２のマイクロキャビティーの外側に配置さ
れた拡散層を含むことを特徴とする請求項２記載の発光
素子の層構造。
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| JP2786403B2 JP2786403B2 (ja) | 1998-08-13 |
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Country Status (4)
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| US (1) | US5405710A (ja) |
| EP (1) | EP0654833B1 (ja) |
| JP (1) | JP2786403B2 (ja) |
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