KR20070031329A - Direct-view display devices using vertical cavity laser arrays - Google Patents

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KR20070031329A KR1020067025969A KR20067025969A KR20070031329A KR 20070031329 A KR20070031329 A KR 20070031329A KR 1020067025969 A KR1020067025969 A KR 1020067025969A KR 20067025969 A KR20067025969 A KR 20067025969A KR 20070031329 A KR20070031329 A KR 20070031329A
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케이쓰 브라이언 카헨
에리카 니콜 몬트배츠
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이스트맨 코닥 캄파니
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Abstract

화소 처리된 유색 광을 생성시키기 위한 디스플레이 장치는 펌프-광선 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛(220)을 포함한다. 상기 장치는 또한 펌프-광선 광에 응답하고 화소들을 갖는 미세공동 광-생성 어레이(100)를 포함하며, 이때 각각의 화소는 투명 기판, 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 기부 유전체 스택, 디스플레이 광을 생성시키기 위한 펌프-광선 광에 응답하는 활성 영역, 및 상기 기부 유전체 스택으로부터 이격되고 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 상부 유전체 스택을 포함한다. 상기 장치는 또한 미세공동 광 생성 어레이로부터 선택된 디스플레이 광을 통과시키는 광 셔터(310), 상기 미세공동 광 생성 어레이와 광 셔터 사이에 배치된 편광 층(305), 및 상기 광 셔터 위에 배치된, 상기 디스플레이 광의 시야 각 원뿔을 증가시키기 위한 광선 확장층(320) 또는 색 전환 층을 포함한다.

Figure 112006091201249-PCT00013

The display device for generating pixelated colored light includes a backlight unit 220 for providing pump-ray light. The apparatus also includes a microcavity light-generating array 100 responsive to pump-ray light and having pixels, wherein each pixel is a transparent substrate, a base dielectric stack that is reflective to light over a range of wavelengths, a display. An active region responsive to pump-ray light for producing light, and an upper dielectric stack spaced from the base dielectric stack and reflective to light over a range of wavelengths. The apparatus also includes an optical shutter 310 for passing selected display light from the microcavity light generating array, a polarization layer 305 disposed between the microcavity light generating array and the optical shutter, and disposed above the optical shutter. A light expanding layer 320 or color converting layer to increase the viewing angle cone of the display light.

Figure 112006091201249-PCT00013

Description

수직공동 레이저 어레이를 사용하는 직시형 디스플레이 디바이스{DIRECT-VIEW DISPLAY DEVICES USING VERTICAL CAVITY LASER ARRAYS}Direct-view display device using vertical cavity laser array {DIRECT-VIEW DISPLAY DEVICES USING VERTICAL CAVITY LASER ARRAYS}

본 발명은 미세공동(microcavity) 디바이스 어레이를 사용하는 유색 광 생성용 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a display device for producing colored light using a microcavity device array.

명세서의 판독을 용이하게 하기 위해서 하기의 용어들을 정의한다. 본 발명에서 광축은 전파하는 광이 복굴절을 보이지 않는 방향을 지칭한다. 본 발명에서 편광판(polarizer) 및 검광자(analyzer)는 전자기파를 편광하는 소자들을 지칭한다. 그러나, 광원에 더 가까운 것을 편광판이라 칭하는 반면 관찰자에 더 가까운 것은 검광자라 칭할 것이다. 본 발명에서 편광 소자는 상기 편광판과 검광자 모두를 지칭한다. 방위각 φ 및 경사각 θ를 본 발명에서는 광축의 방향을 명시하는데 사용한다. 상기 편광판 및 검광자의 투과축에 대해서, 그의 경사각 θ가 0이므로 방위각 φ만을 사용한다.The following terms are defined to facilitate reading of the specification. In the present invention, the optical axis refers to a direction in which propagating light does not show birefringence. In the present invention, polarizers and analyzers refer to elements that polarize electromagnetic waves. However, the one closer to the light source will be called the polarizer while the one closer to the observer will be called the analyzer. In the present invention, the polarizer refers to both the polarizer and the analyzer. Azimuth angle φ and tilt angle θ are used in the present invention to specify the direction of the optical axis. With respect to the transmission axis of the polarizing plate and the analyzer, since the inclination angle θ is 0, only the azimuth angle φ is used.

도 1은 x-y-z 좌표계(3)에 대해서 광축(1)의 방향을 명시하기 위한 방위각 φ와 경사각 θ의 정의를 나타낸다. x-y 평면은 디스플레이 표면(5)에 평행하고, z-축은 디스플레이 법선 방향(7)에 평행하다. 방위각 φ는 y-축과 x-y 평면상의 광축(9) 투사 사이의 각이다. 경사각 θ는 광축(1)과 x-y 평면 사이의 각이다.1 shows the definition of the azimuth angle φ and the inclination angle θ for specifying the direction of the optical axis 1 with respect to the x-y-z coordinate system 3. The x-y plane is parallel to the display surface 5 and the z-axis is parallel to the display normal direction 7. The azimuth angle φ is the angle between the y-axis and the optical axis 9 projection on the x-y plane. The inclination angle θ is an angle between the optical axis 1 and the x-y plane.

예를 들어 통상적인 수동 또는 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스를 사용하는, 디스플레이용의 화소 처리된 유색 광을 생성시키는 다수의 방식이 존재한다. 또 다른 방식은 액정 디스플레이(LCD)를 사용하는 것이다. 전형적인 LCD 시스템에서, 액정 셀은 한 쌍의 편광판 사이에 배치된다. 상기 디스플레이에 들어가는 광은 초기 편광판에 의해 편광된다. 상기 광이 상기 액정 셀을 통과함에 따라, 액정 물질의 분자 배향은 상기 광이 검광자를 통과하거나 또는 상기 검광자에 의해 차단되도록 상기 편광된 광에 영향을 미친다. 액정 분자의 배향은 상기 셀을 가로질러 전압을 인가함으로써 변경될 수 있으며, 따라서 이는 다양한 크기의 광의 강도가 상기 LCD 화소를 통과할 수 있게 한다. 이러한 원리를 사용함으로써, LCD를 스위칭하는데 최소의 에너지가 요구된다. 이러한 스위칭 에너지는 전형적으로는 캐소드 발광 물질을 사용하는 음극선관(CRT)에 대해 필요한 경우보다 훨씬 적으며, 이는 액정 물질을 사용하는 디스플레이를 매우 매력적이게 한다.There are a number of ways to generate pixelated colored light for displays, for example using conventional passive or active matrix organic light emitting diode (OLED) devices. Another way is to use a liquid crystal display (LCD). In a typical LCD system, a liquid crystal cell is disposed between a pair of polarizers. Light entering the display is polarized by the initial polarizer. As the light passes through the liquid crystal cell, the molecular orientation of the liquid crystal material affects the polarized light such that the light passes through or is blocked by the analyzer. The orientation of liquid crystal molecules can be altered by applying a voltage across the cell, thus allowing the intensity of light of various magnitudes to pass through the LCD pixel. By using this principle, minimal energy is required to switch the LCD. This switching energy is typically much less than necessary for cathode ray tubes (CRTs) using cathode luminescent materials, which makes displays using liquid crystal materials very attractive.

전형적인 액정 셀은 적색, 녹색 및 청색 투과 화소로 이루어진 컬러 필터 어레이(CFA)를 함유한다. 백라이트 유닛(BLU)으로부터의 다량의 광을 투과시키기 위해서, 상기 CFA 화소들 각각의 투과 스펙트럼은 큰 반치폭(FWHM)을 가져야 한다. 상기 넓은 FWHM의 결과, 상기 LCD의 색 범위는 기껏해야, NTSC 색 범위 표준의 약 0.7이다. 또한, 광이 CFA상에 충돌함에 따라, 상기 광의 2/3 이상이 상기 CFA에 의해 흡수되어, 1/3 미만이 투과하게 된다. 상응하게, 이러한 각 화소의 투과 스 펙트럼 밖의 광의 흡수는 전체적인 디스플레이 효율을 손실시킨다.Typical liquid crystal cells contain a color filter array (CFA) consisting of red, green and blue transmissive pixels. In order to transmit a large amount of light from the backlight unit BLU, the transmission spectrum of each of the CFA pixels must have a large half width (FWHM). As a result of the wide FWHM, the color range of the LCD is at most about 0.7 of the NTSC color range standard. In addition, as light impinges on the CFA, more than two thirds of the light is absorbed by the CFA, and less than one third is transmitted. Correspondingly, absorption of light outside the transmission spectrum of each of these pixels loses the overall display efficiency.

투과형 LCD는 광원, 도광판(LGP), 반사층, 확산층, 조준 필름, 및 반사 편광판을 포함한 백라이트 유닛에 의해 예시된다. 상기 반사 편광판은 바람직하지 않은 편광의 광을 재생 및 반사하기 위해 사용된다. 그러나, 바람직하지 않은 편광 광이 모두 재생되는 것은 아니며, 상기 재생된 광의 전부가 정확한 편광 상태로 BLU를 나가는 것은 아니다. 따라서, 상기 반사 편광판으로부터 반사된 광의 단지 작은 부분만이 정확한 편광 상태로 재생된다. 그 결과, 편광되지 않은 LBU 광원은 기부 편광판을 통과할 때 거의 2 인자의 효율 손실을 발생시킨다.The transmissive LCD is exemplified by a backlight unit including a light source, a light guide plate (LGP), a reflective layer, a diffusion layer, an aiming film, and a reflective polarizing plate. The reflective polarizer is used for reproducing and reflecting light of undesirable polarization. However, not all undesirable polarized light is reproduced, and not all of the reproduced light exits the BLU with the correct polarization state. Thus, only a small portion of the light reflected from the reflective polarizer is reproduced in the correct polarization state. As a result, the unpolarized LBU light source produces nearly two efficiency losses when passing through the base polarizer.

LCD는 CRT 및 다른 유형의 컴퓨터 모니터용 전자 디스플레이, 텔레비전, 및 다른 사무 및 가정용 디스플레이를 빠르게 대체하고 있다. 그러나, LCD는 보다 큰 시야각에서 불량한 콘트라스트 비가 문제가 된다. 큰 시야각에서 상기 콘트라스트 비를 개선시키지 않는다면, LCD가 특정 시장을 뚫는데 한계가 있을 것이다. 상기 불량한 콘트라스트 비는 전형적으로는 상기 디스플레이의 어두운 상태의 증가된 광도에 기인한다. LCD는 상기 디스플레이가 축 상에 집중된 좁은 시야 원뿔(viewing cone) 내에서(0 도의 시야각에서) 가장 큰 콘트라스트 비를 갖도록 최적화된다. 상기 디스플레이를 보다 큰 시야각에서 축을 벗어나 바라볼 때, 상기 어두운 상태는 광도의 증가를 경험하며, 따라서 상기 콘트라스트 비가 감소한다. 축을 벗어나 풀 컬러 디스플레이를 바라볼 때, 상기 어두운 상태는 광도가 증가할 뿐만 아니라 어둡고 밝은 상태의 색이 모두 이동한다. 과거에, 이러한 색조 이동 및 콘트라스트 비의 손실을 다양한 방법들에 의해, 예를 들어 상기 디스플레이에 보상 필름을 도입시키거나 또는 화소를 분절하거나, 심지어 다중 도메인을 추가로 사용함으로써 개선시키고자 하였다. 그러나, 이러한 방법들은 색조 이동 및 콘트라스트 비를 단지 제한된 시야 원뿔에 대해서 약간 개선시킨다. 또한, 보상 필름 및 다중 도메인 액정 셀의 제작은 전형적으로 비용이 많이 들며, 따라서 디스플레이의 전체 비용을 증가시킨다.LCDs are rapidly replacing electronic displays, televisions, and other office and home displays for CRTs and other types of computer monitors. However, LCDs suffer from poor contrast ratios at larger viewing angles. Unless the contrast ratio is improved at large viewing angles, LCDs will be limited in penetrating certain markets. The poor contrast ratio is typically due to the increased brightness of the dark state of the display. The LCD is optimized so that the display has the highest contrast ratio within a narrow viewing cone (at 0 degree viewing angle) concentrated on the axis. When looking at the display off-axis at a larger viewing angle, the dark state experiences an increase in brightness, thus reducing the contrast ratio. When looking at the full color display off the axis, the dark state not only increases the luminosity but also the color of the dark and light state all shift. In the past, this loss of hue shift and contrast ratio has been attempted to be improved by various methods, for example by introducing a compensation film into the display, segmenting pixels, or even further using multiple domains. However, these methods slightly improve hue shift and contrast ratio for only limited viewing cones. In addition, the fabrication of compensation films and multi-domain liquid crystal cells is typically expensive, thus increasing the overall cost of the display.

다른 평면 패널 디스플레이는 광발광(PL) 스크린을 LCD의 전면 상에 통합시킴으로써(PL-LCD라 칭함) 상기 시야각 문제를 해결하고자 한다(W. Crossland, SID Digest 837(1997)). 이러한 디스플레이는 좁은 대역 주파수를 갖는 백라이트 유닛, 액정 변조기, 및 색 생성용 광발광 출력 스크린을 사용한다. 상기 PL-LCD 광원은 상기 액정 물질의 파괴를 가속화하는 UV 중에 있는 파장을 이용한다. 또한, 상기 PL-LCD 광원은 전형적인 LCD 디스플레이에 사용되는 표준 냉 캐소드 형광 램프(CCFL)보다 훨씬 덜 효율적이다.Other flat panel displays seek to solve the viewing angle problem by integrating a photoluminescent (PL) screen on the front of the LCD (called PL-LCD) (W. Crossland, SID Digest 837 (1997)). Such displays use a backlight unit having a narrow band frequency, a liquid crystal modulator, and a photoluminescent output screen for color generation. The PL-LCD light source utilizes a wavelength in UV that accelerates the destruction of the liquid crystal material. In addition, the PL-LCD light source is much less efficient than the standard cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) used in typical LCD displays.

일반적으로, 전형적인 LCD 디스플레이와 관련된 문제들이 없는 디스플레이를 제조하는 것이 이로울 것이다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 결점들은 효율의 손실(편광되지 않은 백라이트 및 CFA의 사용으로 인한), 불충분한 색 범위, 및 보다 큰 시야각에서 콘트라스트 및 색의 손실이다. OLED 디스플레이는 이러한 단점들 중 일부를 극복하지만, 상기는 현재 짧은 수명과 보다 큰 제작 비용이 문제가 된다. 상기 보다 큰 제작 비용 중 일부는, 상기 OLED 이미터 부분의 화소처리 필요성, 및 전류 구동식 디바이스용 박막 트랜지스터(TFT)의 보다 큰 복잡성과 같이, OLED 디자인에 내재한다.In general, it would be advantageous to manufacture a display without the problems associated with a typical LCD display. As discussed above, these drawbacks are loss of efficiency (due to the use of unpolarized backlights and CFAs), insufficient color range, and loss of contrast and color at larger viewing angles. OLED displays overcome some of these drawbacks, but the current short lifespan and greater manufacturing costs are problematic. Some of the larger manufacturing costs are inherent in OLED designs, such as the need for pixelation of the OLED emitter portion and the greater complexity of thin film transistors (TFTs) for current driven devices.

발명의 요약Summary of the Invention

따라서 본 발명의 목적은 전형적인 LCD 디스플레이 고유의 단점들, 예를 들어 효율의 손실, 보다 불충분한 색 범위, 및 보다 큰 시야각에서 보다 낮은 콘트라스트 및 색을 극복하는 디스플레이를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a display that overcomes the disadvantages inherent in a typical LCD display, such as loss of efficiency, less color gamut, and lower contrast and color at larger viewing angles.

상기 목적은 The purpose is

a) 펌프-광선 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛;a) a backlight unit for providing pump-ray light;

b) 펌프-광선 광에 응답하고 화소들을 갖는 미세공동 광-생성 어레이(이때 각각의 화소는b) a microcavity light-generating array responsive to pump-ray light and having pixels, wherein each pixel is

i) 투명 기판;i) a transparent substrate;

ii) 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 기부 유전체 스택;ii) a base dielectric stack reflective to light over a range of wavelengths;

iii) 디스플레이 광을 생성시키기 위한 펌프-광선 광에 응답하는 활성 영역;iii) an active region responsive to pump-ray light for producing display light;

iv) 상기 기부 유전체 스택으로부터 이격되고 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 상부 유전체 스택iv) an upper dielectric stack spaced from the base dielectric stack and reflective to light over a range of wavelengths

을 포함한다);It includes);

c) 상기 미세공동 광-생성 어레이로부터 선택된 디스플레이 광을 통과시키는 광 셔터;c) an optical shutter for passing display light selected from said microcavity light-generating array;

d) 상기 미세공동 광-생성 어레이와 광 셔터 사이에 배치된 편광 층; 및d) a polarization layer disposed between said microcavity light-generating array and an optical shutter; And

e) 상기 광 셔터 위에 배치된, 디스플레이 광의 시야 각 원뿔을 증가시키기 위한 광선 확장층e) a beam expanding layer for increasing the viewing angle cone of display light, disposed above the optical shutter.

을 포함하는, 화소 처리된 유색 광의 생성을 위한 디스플레이 장치에 의해 성취된 다.Is achieved by a display device for generation of pixelated colored light.

발명의 이점Advantage of the invention

본 발명의 이점은 액정 디스플레이용 광원으로서 화소 처리된 2 차원 미세공동 디바이스 어레이를 사용하는 것이다. 미세공동 디바이스는 디바이스 디자인의 적합한 공학을 통해 출력 광의 발산 각을 10 내지 15° 미만으로 감소시킬 수 있다는 유용한 특징을 갖는다. 이러한 작은 발산 각은 상기 미세공동의 색 요소와 액정 디스플레이의 색 요소간의 1:1 대응을 가능하게 한다. 상응하게, LCD 필름 구성요소들 중 하나로서 더 이상 컬러 필터 어레이를 포함시킬 필요가 없다.An advantage of the present invention is the use of a pixelated two dimensional microcavity device array as a light source for liquid crystal displays. Microcavity devices have the useful feature of reducing the divergence angle of the output light to less than 10-15 ° through proper engineering of the device design. This small divergence angle enables a 1: 1 correspondence between the color element of the microcavity and the color element of the liquid crystal display. Correspondingly, it is no longer necessary to include a color filter array as one of the LCD film components.

상기 미세공동 광은 거의 축 상에 있는 LC 스위치를 통과하기 때문에, 큰 시야각의 경우 콘트라스트 및 색 이동과 관련된 문제점들이 제한된다. 상기 광원의 근 시준의 추가적인 특징은 액정 시야각 보상 필름을 상기 디스플레이 구조로부터 제거할 수 있다는 것이다. 상기 LCD 구성요소의 일부로서 시준 필름을 포함시키는 것도 또한 통상적이나; 상기 2 차원 어레이로부터의 미세공동 디바이스 출력은 자연히 시준하기 때문에(<10 내지 15° 발산 각), 상기 필름을 제거할 수 있다.Since the microcavity light passes through an LC switch that is almost on axis, the problems associated with contrast and color shift are limited for large viewing angles. An additional feature of near collimation of the light source is that liquid crystal viewing angle compensation film can be removed from the display structure. It is also common to include a collimating film as part of the LCD component; Since the microcavity device output from the two-dimensional array is naturally collimated (<10 to 15 ° divergence angle), the film can be removed.

본 발명의 추가의 이점은 각각의 색 요소로부터의 광 출력이 분광학적으로 좁다는 사실로부터 나온다. 이러한 성질은 액정 디스플레이의 색 범위를 크게 향상시킨다. 제한된 시야각을 선호하는 용도, 예를 들어 사적인 조망에서, 상기 광원의 근 시준은 전형적인 것에 비해 디스플레이에 많이 향상된 축 상 조망 광도를 생성시킨다. 이러한 향상은 디스플레이 광도를 크게 증가시키거나 또는 크게 증가된 디스플레이 전력 효율(배터리 수명을 크게 증대시킬 수 있음)을 위해 거래될 수 있다.A further advantage of the present invention comes from the fact that the light output from each color element is spectroscopically narrow. This property greatly improves the color range of the liquid crystal display. In applications where limited viewing angles are desired, for example private viewing, the near collimation of the light source produces much improved on-axis viewing brightness in the display compared to typical ones. These improvements can be traded for either significantly increasing display brightness or for greatly increased display power efficiency (which can significantly increase battery life).

도 1은 광축 방향을 명시하기 위해 경사각 및 방위각의 정의를 이해하는데 유용한 투시도를 도시한다.1 shows a perspective view useful for understanding the definition of the tilt and azimuth angles to specify the optical axis direction.

도 2는 광학적으로 펌핑된 2 차원 미세공동 디바이스 어레이 광원의 개략적인 측 단면도를 도시한다.Figure 2 shows a schematic side cross-sectional view of an optically pumped two dimensional microcavity device array light source.

도 3은 적색, 녹색 및 청색 방출 성분들을 함유하는 2 차원 미세공동 디바이스 어레이 광원의 상면도를 도시한다.3 shows a top view of a two dimensional microcavity device array light source containing red, green and blue emission components.

도 4는 미세공동 디바이스 어레이 광원을 함유하는 디스플레이 디바이스의 단순화된 개략도이다.4 is a simplified schematic diagram of a display device containing a microcavity device array light source.

도 5는 미세공동 디바이스 어레이 광원을 펌핑하는 평면 LED-어레이 구동 백라이트 유닛의 단순화된 개략도이다.5 is a simplified schematic diagram of a planar LED-array driven backlight unit pumping microcavity device array light sources.

도 6은 미세공동 디바이스 어레이 광원을 펌핑하는 평면 LED-어레이 구동 백라이트 유닛의 단순화된 개략도이다.6 is a simplified schematic diagram of a planar LED-array driven backlight unit pumping microcavity device array light sources.

도 7은 미세공동 디바이스 어레이 광원을 펌핑하는 냉 캐소드 형광 램프 구동 백라이트 유닛의 단순화된 개략도이다.7 is a simplified schematic diagram of a cold cathode fluorescent lamp driven backlight unit pumping microcavity device array light sources.

도 8은 미세공동 디바이스 어레이 광원을 펌핑하는 냉 캐소드 형광 램프 구동 백라이트 유닛의 또 다른 실시태양의 단순화된 개략도이다.8 is a simplified schematic diagram of another embodiment of a cold cathode fluorescent lamp driven backlight unit pumping a microcavity device array light source.

도 9는 액정 셀 및 검광자를 포함한 그의 구성요소들의 단순화된 개략도이 다.9 is a simplified schematic diagram of its components, including a liquid crystal cell and an analyzer.

도 10은 미세공동 디바이스 어레이 광원을 함유하는 디스플레이 디바이스의 또 다른 실시태양의 단순화된 개략도이다.10 is a simplified schematic diagram of another embodiment of a display device containing a microcavity device array light source.

도면부호설명Explanation of Drawings

1: 광축1: optical axis

3: x-y-z 좌표계3: x-y-z coordinate system

5: 디스플레이 표면5: display surface

7: 디스플레이 법선 방향7: Display normal direction

9: 광축9: optical axis

100: 미세공동 어레이 디바이스100: Microcavity Array Device

105: 청색-방출 미세공동 어레이 디바이스105: blue-emitting microcavity array device

110: 기판110: substrate

120: 기부 유전체 스택120: base dielectric stack

130: 활성 영역130: active area

140: 상부 유전체 스택140: top dielectric stack

160: 주기적인 이득 영역160: periodic gain range

170: 이격 층170: spacing layer

180: 펌프-광선 광180: pump-ray light

190: 미세공동 방출190: microcavity release

205: 방출 요소205: emission element

220: 백라이트 유닛220: backlight unit

230: 발광 다이오드230: light emitting diode

240: 확산층240: diffusion layer

250: 선형 어레이250: linear array

260: 도파관260 waveguide

270: 평면 어레이270: flat array

280: 냉 캐소드 형광 램프280: cold cathode fluorescent lamp

300: 열(row)300: row

305: 편광판305: polarizer

310: 광 셔터 층310: optical shutter layer

315: 적/녹색 유전체 스택315: red / green dielectric stack

320: 광선 확장층320: ray expanding layer

325: 색 전환 층325: color transition layer

330: 액정 셀330: liquid crystal cell

340: 검광자340: Prospector

350: 액정 기판350: liquid crystal substrate

360: 투명 전도체 층360: transparent conductor layer

370: 액정 분자들의 정렬 층370: alignment layer of liquid crystal molecules

380: 액정 물질380: liquid crystal material

φ: 방위각φ: azimuth

θ: 경사각θ: tilt angle

본 발명은 근 시준하고 분광학적으로 좁은 광원에 의해 가능하다. 또한, 상기 광원은 크기가 80 x 240 ㎛의 규모인 통상적인 기판으로부터 적색, 녹색 및 청색 방출 요소를 함유해야 한다. 이러한 기준을 만족하는 광원은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 2 차원 미세공동 어레이 디바이스(100)이다. 도 3은 미세공동 디바이스의 표면상에 한정된 적색, 녹색 및 청색 (RGB) 방출 요소(205)들이 존재할 필요가 있는 미세공동 어레이 디바이스(100)의 상면도를 도시한다. 통상적인 기판으로부터 적색, 녹색 및 청색 미세공동 광을 생성시키기 위해서, 활성 영역(130)을 유기 기재 이득(gain) 매질로 구성할 수 있다. 또한, 최근의 연구(R.N. Bhargava, Phys. Stat. Sol. 229, 897(2002))는 무기 기재 나노입자로부터 가시 파장 방출의 획득 가능성을 지적한다. 하나의 가능성은 도핑되지 않거나 또는 불순물, 예를 들어 Mn2+ 또는 Eu2 +로 도핑된 ZnO 나노입자(바람직한 직경은 10 ㎚ 미만이다)이다. 추가의 예로서, 콜로이드 CdSe/CdS 헤테로구조 양자 점은 80% 이상의 양자 수율인 것으로 입증되었다(A.P. Alivisatos, MRS Bulletin 18(1998)).The present invention is made possible by near collimating and spectroscopically narrow light sources. In addition, the light source should contain red, green and blue emitting elements from conventional substrates of size 80 × 240 μm. A light source that meets these criteria is a two dimensional microcavity array device 100 as schematically shown in FIG. 2. 3 shows a top view of the microcavity array device 100 in which red, green and blue (RGB) emitting elements 205 need to be present on the surface of the microcavity device. In order to generate red, green and blue microcavity light from a conventional substrate, the active region 130 may be composed of an organic substrate gain medium. Also, a recent study (RN Bhargava, Phys. Stat. Sol. 229, 897 (2002)) points out the possibility of obtaining visible wavelength emission from inorganic based nanoparticles. One possibility is (less than the preferred diameter 10 ㎚) or is not doped, or impurities, such as Mn 2+ or ZnO nanoparticles doped with Eu 2 +. As a further example, the colloidal CdSe / CdS heterostructure quantum dots proved to be at least 80% quantum yield (AP Alivisatos, MRS Bulletin 18 (1998)).

다시 도 2에 대해서, 기판(110)은 광 투과성이어야 한다. 그 결과, 상기 기판(110)은 투명한 유리 또는 플라스틱일 수 있다. 상기 기판(110) 상에 기부 유전체 스택(120)을 배치하며, 상기 스택은 교번하는 고 및 저 굴절률 유전 물질로 구성된다. 일반적으로, 상기 기부 유전체 스택(120)은 소정 범위의 파장에 걸쳐 미세공동 광에 반사성이도록 디자인된다. 전형적인 고 및 저 굴절률 물질은 각각 TiO2 및 SiO2이다. 상기 기부 유전체 스택(120)을 플라스마-촉진된 화학적 증착, 전자-광선(e-광선) 침착, 또는 스퍼터링에 의해 침착시킬 수 있다. 추가적인 방법은 당해 분야에서 통상적으로 실행되는 바와 같은 중합체 압출, 및 졸-겔 및 콜로이드 침착이다.2 again, the substrate 110 should be light transmissive. As a result, the substrate 110 may be transparent glass or plastic. A base dielectric stack 120 is disposed on the substrate 110, which stack is composed of alternating high and low refractive index dielectric materials. Generally, the base dielectric stack 120 is designed to be reflective to microcavity light over a range of wavelengths. Typical high and low refractive index materials are TiO 2 and SiO 2, respectively. The base dielectric stack 120 may be deposited by plasma-promoted chemical vapor deposition, electron-ray (e-ray) deposition, or sputtering. Additional methods are polymer extrusion, and sol-gel and colloidal deposition as commonly practiced in the art.

활성 영역(130)을 기부 유전체 스택(120) 상에 침착시킨다. 도 2는 상기 활성 영역(130)이 벌크 층이 아니고 다층 복합체임을 도시한다. 상기 활성 영역(130)은 하나 이상의 주기적인 이득 부분(160)(상기는 이격 층(170)에 의해 분리된다)을 함유한다. 상기 주기적인 이득 부분(160)의 두께는 전형적으로는 50 ㎚ 미만이고, 바람직한 두께는 5 내지 30 ㎚이다. 상기 이격 층(170)의 두께를 상기 주기적인 이득 부분(들)이 미세공동의 고정된 전자기장(e-장)의 파복(antinode)들과 정렬되도록 선택한다. 상기 활성 영역(130)에 주기적인 이득 부분(들)(160)을 사용한 결과 보다 큰 전력 전환 효율 및 불필요한 자발적 방출의 큰 감소가 발생한다. 요약하면, 상기 활성 영역(130)은 하나 이상의 주기적인 이득 부분(160), 및 상기 주기적인 이득 부분(들)의 어느 한 면상에 배치되고 상기 주기적인 이득 부분(들)이 상기 디바이스의 정상파 전자기장의 파복들과 정렬되도록 배열된 이격 층(170)을 포함한다.Active region 130 is deposited on base dielectric stack 120. 2 shows that the active region 130 is not a bulk layer but a multilayered composite. The active region 130 contains one or more periodic gain portions 160, which are separated by the spacing layer 170. The thickness of the periodic gain portion 160 is typically less than 50 nm, with a preferred thickness of 5 to 30 nm. The thickness of the spacer layer 170 is selected such that the periodic gain portion (s) are aligned with the antinodes of the microcavity fixed electromagnetic field (e-field). The use of the periodic gain portion (s) 160 in the active region 130 results in greater power conversion efficiency and a greater reduction in unnecessary spontaneous emissions. In summary, the active region 130 is disposed on one or more periodic gain portions 160 and on either side of the periodic gain portion (s) and the periodic gain portion (s) is a standing wave electromagnetic field of the device. A spacing layer 170 arranged to align with the fractures of the substrate.

상기 주기적인 이득 부분(들)(160)은 소 분자량 유기 물질, 중합체성 유기 물질, 또는 무기 기재 나노입자(높은 양자 효율로 형광을 발한다)로 구성된다. 상기 소 분자량 유기 물질을 전형적으로는 고 진공(10-6 토르) 열 증발에 의해 침착시키는 반면, 공액 중합체 및 무기 나노입자는 대개 회전 주조에 의해 형성시킨다.The periodic gain portion (s) 160 consists of small molecular weight organic material, polymeric organic material, or inorganic based nanoparticles (fluorescing with high quantum efficiency). The small molecular weight organic materials are typically deposited by high vacuum ( 10-6 Torr) thermal evaporation, while conjugated polymers and inorganic nanoparticles are usually formed by rotary casting.

달리 구체적으로 나타내지 않는 한, "치환된" 또는 "치환체"란 용어의 사용은 수소 이외의 임의의 그룹 또는 원자를 의미한다. 또한, "그룹"이란 용어가 사용되는 경우, 상기는 치환체 그룹이 치환 가능한 수소를 함유하는 경우, 상기 그룹이 상기 치환체의 치환되지 않은 형태뿐만 아니라, 치환체가 디바이스 효용에 필요한 성질들을 파괴하지 않는 한 본 발명에서 언급한 바와 같은 임의의 치환체 그룹 또는 그룹들에 의해 추가로 치환된 그의 형태를 포함함을 의미한다. 적합하게는 치환체 그룹은 할로겐이거나 또는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인, 황, 셀레늄 또는 붕소의 원자에 의해 상기 분자의 나머지에 결합될 수 있다. 상기 치환체는 예를 들어 할로겐, 예를 들어 클로로, 브로모 또는 플루오로; 나이트로; 하이드록실; 시아노; 카복실; 또는 추가로 치환될 수 있는 그룹, 예를 들어 직쇄 또는 분지 쇄 또는 환상 알킬을 포함한 알킬, 예를 들어 메틸, 트라이플루오로메틸, 에틸, t-뷰틸, 3-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)프로필, 및 테트라데실; 알케닐, 예를 들어 에틸렌, 2-뷰텐; 알콕시, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시, 2-메톡시에톡시, 2급-뷰톡시, 헥실옥시, 2-에틸헥실옥시, 테트라데실옥시, 2-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)에톡시, 및 2-도데실옥시에톡시; 아릴, 예를 들어 페닐, 4-t-뷰틸페닐, 2,4,6-트라이메틸페닐, 나프틸; 아릴옥시, 예를 들어 페녹시, 2-메틸페녹시, 알파- 또는 베타-나프틸옥시, 및 4-톨릴옥시; 카본아미도, 예를 들어 아세트아미도, 벤즈아미도, 뷰티르아미도, 테트라데칸아미도, 알파-(2,4-다이-t-펜틸-페녹시)아세트아미도, 알파-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)뷰티르아미도, 알파-(3-펜타데실페녹시)-헥산아미도, 알파-(4-하이드록시-3-t-뷰틸페녹시)-테트라데칸아미도, 2-옥소-피롤리딘-1-일, 2-옥소-5-테트라데실피롤린-1-일, N-메틸테트라데칸아미도, N-숙신이미도, N-프탈이미도, 2,5-다이옥소-1-옥사졸리디닐, 3-도데실-2,5-다이옥소-1-이미다졸릴, 및 N-아세틸-N-도데실아미노, 에톡시카보닐아미노, 페녹시카보닐아미노, 벤질옥시카보닐아미노, 헥사데실옥시카보닐아미노, 2,4-다이-t-뷰틸페녹시카보닐아미노, 페닐카보닐아미노, 2,5-(다이-t-펜틸페닐)카보닐아미노, p-도데실-페닐카보닐아미노, p-톨릴카보닐아미노, N-메틸유레이도, N,N-다이메틸유레이도, N-메틸-N-도데실유레이도, N-헥사데실유레이도, N,N-다이옥타데실유레이도, N,N-다이옥틸-N'-에틸유레이도, N-페닐유레이도, N,N-다이페닐유레이도, N-페닐-N-p-톨릴유레이도, N-(m-헥사데실페닐)유레이도, N,N-(2,5-다이-t-펜틸페닐)-N'-에틸유레이도, 및 t-뷰틸카본아미도; 설폰아미도, 예를 들어 메틸설폰아미도, 벤젠설폰아미도, p-톨릴설폰아미도, p-도데실벤젠설폰아미도, N-메틸테트라데실설폰아미도, N,N-다이프로필-설파모일아미노 및 헥사데실설폰아미도; 설파모일, 예를 들어 N-메틸설파모일, N-에틸설파모일, N,N-다이프로필설파모일, N-헥사데실설파모일, N,N-다이메틸설파모일, N-[3-(도데실옥시)프로필]설파모일, N-[4-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)뷰틸]설파모일, N-메틸-N-테트라데실설파모일, 및 N-도데실설파모일; 카바모일, 예를 들어 N-메틸카바모일, N,N-다이뷰틸카바모일, N-옥타데실카바모일, N-[4-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)뷰틸]카바모일, N-메틸-N-테트라데실카바모일, 및 N,N-다이옥틸카바모일; 아실, 예를 들어 아세틸, (2,4-다이-t-아밀페녹시)아세틸, 페녹시카보닐, p-도데실옥시페녹시카보닐 메톡시카보닐, 뷰톡시카보닐, 테트라데실옥시카보닐, 에톡시카보닐, 벤질옥시카보닐, 3-펜타데실옥시카보닐, 및 도데실옥시카보닐; 설포닐, 예를 들어 메톡시설포닐, 옥틸옥시설포닐, 테트라데실옥시설포닐, 2-에틸헥실옥시설포닐, 페녹시설포닐, 2,4-다이-t-펜틸페녹시설포닐, 메틸설포닐, 옥틸설포닐, 2-에틸헥실설포닐, 도데실설포닐, 헥사데실설포닐, 페닐설포닐, 4-노닐페닐설포닐, 및 p-톨릴설포닐; 설포닐옥시, 예를 들어 도데실설포닐옥시, 및 헥사데실설포닐옥시; 설피닐, 예를 들어 메틸설피닐, 옥틸설피닐, 2-에틸헥실설피닐, 도데실설피닐, 헥사데실설피닐, 페닐설피닐, 4-노닐페닐설피닐, 및 p-톨릴설피닐; 티오, 예를 들어 에틸티오, 옥틸티오, 벤질티오, 테트라데실티오, 2-(2,4-다이-t-펜틸페녹시)에틸티오, 페닐티오, 2-뷰톡시-5-t-옥틸페닐티오, 및 p-톨릴티오; 아실옥시, 예를 들어 아세틸옥시, 벤조일옥시, 옥타데카노일옥시, p-도데실아미도벤조일옥시, N-페닐카바모일옥시, N-에틸카바모일옥시 및 사이클로헥실카보닐옥시; 아민, 예를 들어 페닐아닐리노, 2-클로로아닐리노, 다이에틸아민, 도데실아민; 이미노, 예를 들어 1(N-페닐이미도)에틸, N-숙신이미도, 또는 3-벤질하이단토이닐; 포스페이트, 예를 들어 다이메틸포스페이트 및 에틸뷰틸포스페이트; 포스파이트, 예를 들어 다이에틸 및 다이헥실포스파이트; 헤테로사이클릭 그룹, 헤테로사이클릭 옥시 그룹 또는 헤테로사이클릭 티오 그룹(이들은 각각 치환될 수 있고 탄소 원자, 및 산소, 질소, 황, 인 및 붕소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자로 구성된 3 내지 7 원 헤테로사이클릭 고리를 함유한다), 예를 들어 2-퓨릴, 2-티에닐, 2-벤즈이미다졸릴옥시 또는 2-벤조티아졸릴; 4급 암모늄, 예를 들어 트라이에틸암모늄; 4급 포스포늄, 예를 들어 트라이페닐포스포늄; 및 실릴옥시, 예를 들어 트라이메틸실릴옥시일 수 있다.Unless specifically indicated otherwise, the use of the term "substituted" or "substituent" means any group or atom other than hydrogen. In addition, when the term "group" is used, it means that when a substituent group contains a substitutable hydrogen, as long as the group does not destroy the unsubstituted form of the substituent as well as the properties necessary for device utility. It is meant to include those forms further substituted by any substituent group or groups as mentioned in the present invention. Suitably the substituent group may be halogen or bonded to the rest of the molecule by atoms of carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur, selenium or boron. Such substituents may be, for example, halogen, for example chloro, bromo or fluoro; Nitro; Hydroxyl; Cyano; Carboxyl; Or alkyl, including straight or branched or cyclic alkyl groups which may be further substituted, for example methyl, trifluoromethyl, ethyl, t-butyl, 3- (2,4-di-t- Pentylphenoxy) propyl, and tetradecyl; Alkenyl such as ethylene, 2-butene; Alkoxy, for example methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, 2-methoxyethoxy, secondary-butoxy, hexyloxy, 2-ethylhexyloxy, tetradecyloxy, 2- (2 , 4-di-t-pentylphenoxy) ethoxy, and 2-dodecyloxyethoxy; Aryl such as phenyl, 4-t-butylphenyl, 2,4,6-trimethylphenyl, naphthyl; Aryloxy such as phenoxy, 2-methylphenoxy, alpha- or beta-naphthyloxy, and 4-tolyloxy; Carbon amido, for example acetamido, benzamido, butyramido, tetradecane amido, alpha- (2,4-di-t-pentyl-phenoxy) acetamido, alpha- (2, 4-di-t-pentylphenoxy) butyramido, alpha- (3-pentadedecylphenoxy) -hexaneamido, alpha- (4-hydroxy-3-t-butylphenoxy) -tetradecaneami FIG. 2, 2-oxo-pyrrolidin-1-yl, 2-oxo-5-tetradecylpyrroline-1-yl, N-methyltetradecaneamido, N-succinimido, N-phthalimido, 2 , 5-dioxo-1-oxazolidinyl, 3-dodecyl-2,5-dioxo-1-imidazolyl, and N-acetyl-N-dodecylamino, ethoxycarbonylamino, phenoxycarbo Nylamino, benzyloxycarbonylamino, hexadecyloxycarbonylamino, 2,4-di-t-butylphenoxycarbonylamino, phenylcarbonylamino, 2,5- (di-t-pentylphenyl) carbonyl Amino, p-dodecyl-phenylcarbonylamino, p-tolylcarbonylamino, N-methylureido, N, N-dimethylureido, N-methyl-N- Decyl ureido, N-hexadecyl ureido, N, N-dioctacyl ureido, N, N-dioctyl-N'-ethyl ureido, N-phenyl ureido, N, N-diphenyl ureido, N-phenyl-Np-tolylureido, N- (m-hexadecylphenyl) ureido, N, N- (2,5-di-t-pentylphenyl) -N'-ethylureido, and t-butyl Carbon amido; Sulfonamido, for example methylsulfonamido, benzenesulfonamido, p-tolylsulfonamido, p-dodecylbenzenesulfonamido, N-methyltetradecylsulfonamido, N, N-dipropyl-sulfa Moylamino and hexadecylsulfonamido; Sulfamoyls such as N-methylsulfamoyl, N-ethylsulfamoyl, N, N-dipropylsulfamoyl, N-hexadecylsulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl, N- [3- (dode Siloxy) propyl] sulfamoyl, N- [4- (2,4-di-t-pentylphenoxy) butyl] sulfamoyl, N-methyl-N-tetradecylsulfamoyl, and N-dodecylsulfamoyl; Carbamoyl, for example N-methylcarbamoyl, N, N-dibutylcarbamoyl, N-octadecylcarbamoyl, N- [4- (2,4-di-t-pentylphenoxy) butyl] carbamoyl , N-methyl-N-tetradecylcarbamoyl, and N, N-dioctylcarbamoyl; Acyl, for example acetyl, (2,4-di-t-amylphenoxy) acetyl, phenoxycarbonyl, p-dodecyloxyphenoxycarbonyl methoxycarbonyl, butoxycarbonyl, tetradecyloxycarbon Neyl, ethoxycarbonyl, benzyloxycarbonyl, 3-pentadedecyloxycarbonyl, and dodecyloxycarbonyl; Sulfonyl, for example methoxysulfonyl, octyloxysulfonyl, tetradecyloxysulfonyl, 2-ethylhexyloxysulfonyl, phenoxysulfonyl, 2,4-di-t-pentylphenoxysulfonyl, methylsulfonyl, Octylsulfonyl, 2-ethylhexylsulfonyl, dodecylsulfonyl, hexadecylsulfonyl, phenylsulfonyl, 4-nonylphenylsulfonyl, and p-tolylsulfonyl; Sulfonyloxy, such as dodecylsulfonyloxy, and hexadecylsulfonyloxy; Sulfinyl, for example methylsulfinyl, octylsulfinyl, 2-ethylhexylsulfinyl, dodecylsulfinyl, hexadecylsulfinyl, phenylsulfinyl, 4-nonylphenylsulfinyl, and p-tolylsulfinyl; Thio, for example ethylthio, octylthio, benzylthio, tetradecylthio, 2- (2,4-di-t-pentylphenoxy) ethylthio, phenylthio, 2-butoxy-5-t-octylphenyl Thio, and p-tolylthio; Acyloxy such as acetyloxy, benzoyloxy, octadecanoyloxy, p-dodecylamidobenzoyloxy, N-phenylcarbamoyloxy, N-ethylcarbamoyloxy and cyclohexylcarbonyloxy; Amines such as phenylanilino, 2-chloroanilino, diethylamine, dodecylamine; Imino, such as 1 (N-phenylimido) ethyl, N-succinimido, or 3-benzylhydantoinyl; Phosphates such as dimethyl phosphate and ethyl butyl phosphate; Phosphites such as diethyl and dihexylphosphite; Heterocyclic group, heterocyclic oxy group or heterocyclic thio group, each of which may be substituted and is a 3-7 membered member consisting of carbon atoms and one or more heteroatoms selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus and boron Heterocyclic rings), for example 2-furyl, 2-thienyl, 2-benzimidazolyloxy or 2-benzothiazolyl; Quaternary ammonium such as triethylammonium; Quaternary phosphoniums such as triphenylphosphonium; And silyloxy, for example trimethylsilyloxy.

경우에 따라, 상기 치환체 자체를 개시된 치환체 그룹으로 1 회 이상 추가 치환시킬 수 있다. 사용되는 특정한 치환체는 특정의 용도에 목적하는 바람직한 성질을 획득하기 위해 당해 분야의 숙련가에 의해 선택될 수 있으며, 예를 들어 전자 회수 그룹, 전자 공여 그룹 및 입체 그룹을 포함할 수 있다. 분자가 2 개 이상의 치환체를 가질 수 있는 경우, 달리 제공되지 않는한, 상기 치환체들을 함께 결합시켜 축합된 고리와 같은 고리를 형성시킬 수 있다. 일반적으로는, 상기 그룹 및 그의 치환체는 탄소수 48 이하, 전형적으로는 탄소수 1 내지 36, 대개는 탄소수 24 미만을 가질 수 있으나, 선택되는 특정 치환체에 따라 보다 큰 수도 가능하다. 치환은 축합된 고리 유도체, 예를 들어 비제한적으로 벤조-, 다이벤조-, 나프타-, 또는 다이나프토-축합된 유도체를 포함할 수 있다. 이러한 축합된 고리 유도체들도 또한 추가로 치환될 수 있다.In some cases, the substituents themselves may be further substituted one or more times with the disclosed substituent groups. The specific substituents used may be selected by those skilled in the art to obtain the desired properties desired for a particular use, and may include, for example, electron recovery groups, electron donor groups, and steric groups. Where a molecule may have two or more substituents, unless otherwise provided, the substituents may be joined together to form a ring, such as a condensed ring. Generally, the group and its substituents may have up to 48 carbon atoms, typically from 1 to 36 carbon atoms, usually less than 24 carbon atoms, but may be larger depending on the particular substituent selected. Substitutions may include condensed ring derivatives, such as but not limited to benzo-, dibenzo-, naphtha-, or dynaphtho-condensed derivatives. Such condensed ring derivatives may also be further substituted.

상기 유기-기재의 주기적인 이득 부분(들)(160)(또는 방출 물질)은 단일 호스트 물질로 구성될 수 있으나, 보다 통상적으로는 게스트 화합물(도판트) 또는 발광이 주로 상기 도판트로부터 나오고 임의의 색을 가질 수 있는 화합물로 도핑된 호스트 물질을 포함한다. 이러한 호스트-도판트 조합은 이들이 유기 기재 이득 매질에 대해 매우 작은 펌핑되지 않은 산란/흡수 손실(1 ㎝-1 미만일 수 있다)을 발생시키므로 유리하다. 상기 도판트는 대개 매우 형광성인 염료들 중에서 선택되지만, 인광 화합물, 예를 들어 WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676 및 WO 00/70655에서 OLED 용도에 대해 개시된 바와 같은 전이 금속 착체가 또한 유용하다. 도판트를 전형적으로는 호스트 물질 중에 0.01 내지 10 중량%로 코팅시키며, 이때 상기를 적색, 녹색 또는 청색의 색조를 갖는 발광을 제공하도록 선택할 수 있다. 적색 방출 층에 유용한 호스트-도판트 조합의 예는 호스트 물질로서 Alq 및 도판트로서 1% L39 [4-(다이시아노메틸렌)-2-t-뷰틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란]이다.The organic-based periodic gain portion (s) 160 (or emitter material) may consist of a single host material, but more typically a guest compound (dopant) or luminescence mainly comes from the dopant and optionally It includes a host material doped with a compound that can have a color of. Such host-dopant combinations are advantageous because they produce very little unpumped scattering / absorption loss (which may be less than 1 cm −1 ) for the organic substrate gain medium. The dopant is usually selected from among highly fluorescent dyes, but phosphorescent compounds such as transition metal complexes as disclosed for OLED applications in WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676 and WO 00/70655 It is also useful. Dopants are typically coated at 0.01 to 10% by weight in the host material, which may be selected to provide light emission with a red, green or blue tint. Examples of host-dopant combinations useful for the red emitting layer include Alq as host material and 1% L39 [4- (dicyanomethylene) -2-t-butyl-6- (1,1,7,7 as dopant -Tetramethyljulrolidyl-9-enyl) -4H-pyran].

도판트로서 염료를 선택하는데 중요한 관계는 도판트 물질의 흡수와 호스트 물질의 방출을 비교하는 것이다. 호스트로부터 도판트 분자로의 효율적인 에너지 전달(포스터(Forster) 에너지 전달을 통해)을 위해서, 필요한 조건은 상기 도판트의 흡수가 상기 호스트 물질의 방출과 겹치는 것이다. 당해 분야의 숙련가들은 포스터 에너지 전달의 개념에 친숙하며, 상기 전달은 호스트와 도판트 분자간의 방사선 부재 하의 에너지 전달을 수반한다. 상기 호스트 물질을 선택하는데 중요한 관계는 상기 호스트 물질의 흡수가 펌프-광선(180) 광의 방출 스펙트럼과 현저하게 겹치는 것이다. 또한, 상기 호스트 물질 또는 호스트 물질 + 도판트의 흡수가 미세공동 어레이 디바이스(100)의 미세공동 방출 파장에서 작은 것이 바람직하다. 허용 가능한 흡수 수준은 상기 호스트 + 도판트 조합의 흡수 계수가 상기 미세공동 방출 파장에서 1000 ㎝-1 미만인 것이다.An important relationship in choosing a dye as a dopant is to compare the absorption of the dopant material and the release of the host material. For efficient energy transfer from the host to the dopant molecules (via Forster energy transfer), the necessary condition is that the absorption of the dopant overlaps with the release of the host material. Those skilled in the art are familiar with the concept of Foster energy transfer, which involves energy transfer in the absence of radiation between the host and dopant molecules. An important relationship in selecting the host material is that the absorption of the host material significantly overlaps the emission spectrum of the pump-ray 180 light. It is also desirable that the absorption of the host material or host material + dopant is small at the microcavity emission wavelength of the microcavity array device 100. Acceptable absorption levels are those in which the absorption coefficient of the host + dopant combination is less than 1000 cm −1 at the microcavity emission wavelength.

유용한 형광 방출 물질은 문헌[I.B. Berlman, "Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecular," Academic Press, New York, 1971] 및 EP 1 009 041에 개시된 바와 같은 다환상 방향족 화합물을 포함한다. 올리고머 물질을 포함하여 2 개보다 많은 아민 그룹을 갖는 3급 방향족 아민을 사용할 수 있다.Useful fluorescence emitting materials are described in I.B. Berlman, "Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecular," Academic Press, New York, 1971 and polycyclic aromatic compounds as disclosed in EP 1 009 041. Tertiary aromatic amines having more than two amine groups can be used, including oligomeric materials.

유용한 방출 물질(호스트 또는 도판트용)의 또 다른 부류는 방향족 3급 아민을 포함하며, 이때 상기 아민은 오직 탄소 원자에만 결합된 하나 이상의 3 가 질소 원자(이 중 하나 이상은 방향족 고리의 구성원이다)를 함유하는 화합물인 것으로 이해된다. 하나의 형태에서 상기 방향족 3급 아민은 아릴아민, 예를 들어 모노아릴아민, 다이아릴아민, 트라이아릴아민, 또는 올리고머성 아릴아민일 수 있다. 전형적인 단량체성 트라이아릴아민들은 클루펠(Klupfel) 등의 미국 특허 제 3,180,730 호에 예시되어 있다. 하나 이상의 비닐 라디칼로 치환되고/되거나 하나 이상의 활성 수소 함유 그룹을 포함하는 다른 적합한 트라이아릴아민들이 브랜틀리(Brantley) 등에 의해 미국 특허 제 3,567,450 호 및 제 3,658,520 호에 개시되어 있다.Another class of useful emissive materials (for hosts or dopants) include aromatic tertiary amines, wherein the amine is one or more trivalent nitrogen atoms bonded only to carbon atoms, one or more of which are members of the aromatic ring It is understood that it is a compound containing. In one form the aromatic tertiary amine may be an arylamine, for example monoarylamine, diarylamine, triarylamine, or oligomeric arylamine. Typical monomeric triarylamines are illustrated in US Pat. No. 3,180,730 to Klupfel et al. Other suitable triarylamines substituted with one or more vinyl radicals and / or comprising one or more active hydrogen containing groups are disclosed in US Pat. Nos. 3,567,450 and 3,658,520 by Brantley et al.

보다 바람직한 부류의 방향족 3급 아민은 미국 특허 제 4,720,432 호 및 제 5,061,569 호에 개시된 바와 같은 2 개 이상의 방향족 3급 아민 잔기를 포함하는 것들이다. 상기와 같은 화합물은 하기 화학식 A로 나타내는 것들을 포함한다:A more preferred class of aromatic tertiary amines are those comprising two or more aromatic tertiary amine residues as disclosed in US Pat. Nos. 4,720,432 and 5,061,569. Such compounds include those represented by Formula A:

Figure 112006091201249-PCT00001
Figure 112006091201249-PCT00001

상기 식에서,Where

Q1 및 Q2는 독립적으로 선택된 방향족 3급 아민 잔기이고,Q 1 and Q 2 are independently selected aromatic tertiary amine residues,

G는 결합 그룹, 예를 들어 아릴렌, 사이클로알킬렌, 또는 탄소-탄소 결합의 알킬렌 그룹이다.G is a bonding group, for example arylene, cycloalkylene, or an alkylene group of carbon-carbon bonds.

하나의 실시태양에서, Q1 및 Q2 중 하나 이상은 다환상 축합 고리 구조, 예를 들어 나프탈렌을 함유한다. G가 아릴 그룹인 경우, 상기는 편의상 페닐렌, 바이페닐렌 또는 나프탈렌 잔기이다.In one embodiment, at least one of Q 1 and Q 2 contains a polycyclic condensed ring structure, such as naphthalene. When G is an aryl group, this is for convenience a phenylene, biphenylene or naphthalene moiety.

화학식 A를 만족하고 2 개의 트라이아릴아민 잔기를 함유하는 유용한 부류의 트라이아릴아민은 하기 화학식 B로 나타낸다:A useful class of triarylamines that satisfy Formula A and contain two triarylamine residues are represented by Formula B:

Figure 112006091201249-PCT00002
Figure 112006091201249-PCT00002

상기 식에서,Where

R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 아릴 그룹, 또는 알킬 그룹을 나타내거나, 또는 R1 및 R2가 함께 사이클로알킬 그룹을 완성하는 원자들을 나타내고;R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an aryl group, or an alkyl group, or R 1 and R 2 together represent an atom that together completes a cycloalkyl group;

R3 및 R4는 각각 독립적으로 아릴 그룹을 나타내고, 차례로 이는 하기 화학식 C로 나타내는 바와 같이, 다이아릴 치환된 아미노 그룹으로 치환된다:R 3 and R 4 each independently represent an aryl group, which in turn is substituted with a diaryl substituted amino group, as represented by Formula C:

Figure 112006091201249-PCT00003
Figure 112006091201249-PCT00003

상기 식에서,Where

R5 및 R6은 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.R 5 and R 6 are independently selected aryl groups.

하나의 실시태양에서, R5 및 R6 중 하나 이상은 다환성 축합 고리 구조, 예를 들어 나프탈렌을 함유한다.In one embodiment, at least one of R 5 and R 6 contains a polycyclic condensed ring structure, such as naphthalene.

상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 트라이아릴아민 화합물을 포함할 수 있다. 또 다른 부류의 방향족 3급 아민은 테트라아릴다이아민이다. 바람직한 테트라아릴다이아민은 아릴렌 그룹을 통해 결합된, 2 개의 다이아릴아미노 그룹, 예를 들어 화학식 C로 나타내는 바와 같은 그룹을 포함한다. 유용한 테트라아릴다이아민은 하기 화학식 D로 나타내는 것들을 포함한다:The host material may comprise a substituted or unsubstituted triarylamine compound. Another class of aromatic tertiary amines are tetraaryldiamines. Preferred tetraaryldiamines include two diarylamino groups, for example a group as represented by Formula C, joined via an arylene group. Useful tetraaryldiamines include those represented by the following formula (D):

Figure 112006091201249-PCT00004
Figure 112006091201249-PCT00004

각각의 Are는 독립적으로 선택된 아릴렌 그룹, 예를 들어 페닐렌 또는 안트라센 잔기이고,Each Are is an independently selected arylene group such as phenylene or anthracene residues,

n은 1 내지 4의 정수이고,n is an integer from 1 to 4,

Ar, R7, R8 및 R9는 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.Ar, R 7 , R 8 and R 9 are independently selected aryl groups.

전형적인 실시태양에서, Ar, R7, R8 및 R9 중 하나 이상은 다환상 축합 고리 구조, 예를 들어 나프탈렌이다.In a typical embodiment, at least one of Ar, R 7 , R 8 and R 9 is a polycyclic condensed ring structure, for example naphthalene.

차례로 상기 화학식 A, B, C, D의 다양한 알킬, 알킬렌, 아릴 및 아릴렌 잔기는 각각 치환될 수 있다. 전형적인 치환체로는 알킬 그룹, 알콕시 그룹, 아릴 그룹, 아릴옥시 그룹 및 할로겐, 예를 들어 플루오라이드, 클로라이드 및 브로마이드가 있다. 상기 다양한 알킬 및 알킬렌 잔기는 전형적으로는 약 1 내지 6 개의 탄소 원자를 함유한다. 상기 사이클로알킬 잔기는 3 내지 약 10 개의 탄소 원자, 그러나 전형적으로는 5, 6 또는 7 개의 고리-탄소 원자, 예를 들어 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 사이클로헵틸 고리 구조를 함유할 수 있다. 상기 아릴 및 아릴렌 잔기는 전형적으로는 페닐 및 페닐렌 잔기이다.In turn, the various alkyl, alkylene, aryl and arylene moieties of Formulas A, B, C, and D may each be substituted. Typical substituents include alkyl groups, alkoxy groups, aryl groups, aryloxy groups and halogens such as fluorides, chlorides and bromides. These various alkyl and alkylene moieties typically contain about 1 to 6 carbon atoms. The cycloalkyl moiety may contain from 3 to about 10 carbon atoms, but typically 5, 6 or 7 ring-carbon atoms, for example cyclopentyl, cyclohexyl and cycloheptyl ring structures. The aryl and arylene moieties are typically phenyl and phenylene moieties.

상기 방출 물질을 방향족 3급 아민 화합물 단독으로 또는 상기 화합물들의 혼합물로 형성시킬 수 있다. 구체적으로, 트라이아릴아민, 예를 들어 화학식 B를 만족하는 트라이아릴아민을 예를 들어 화학식 D로 나타내는 바와 같은 테트라아릴다이아민과 함께 사용할 수 있다. 상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 다이카바졸-바이페닐 화합물을 포함할 수 있다. 예시적인 유용한 방향족 3급 아민은 하기와 같다:The emissive material can be formed either alone or as a mixture of these compounds. Specifically, triarylamines, for example triarylamines satisfying Formula B, can be used together with tetraaryldiamines, for example as represented by Formula D. The host material may comprise a substituted or unsubstituted dicarbazole-biphenyl compound. Exemplary useful aromatic tertiary amines are as follows:

4,4'-N,N'-다이카바졸-1,1'-바이페닐(CBP)(D1);4,4'-N, N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl (CBP) (D1);

4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(D2);4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (D2);

4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]바이페닐)(D3);4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N- (2-naphthyl) amino] biphenyl) (D3);

4,4'-비스[N-(2-나프틸)-N-p-톨릴아미노]바이페닐(D4);4,4'-bis [N- (2-naphthyl) -N-p-tolylamino] biphenyl (D4);

1,1-비스(4-다이-p-톨릴아미노페닐)사이클로헥산;1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) cyclohexane;

1,1-비스(4-다이-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐사이클로헥산;1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) -4-phenylcyclohexane;

4,4'-비스(다이페닐아미노)콰드리페닐;4,4'-bis (diphenylamino) quadriphenyl;

비스(4-다이메틸아미노-2-메틸페닐)-페닐메탄;Bis (4-dimethylamino-2-methylphenyl) -phenylmethane;

N,N,N-트라이(p-톨릴)아민;N, N, N-tri (p-tolyl) amine;

4-(다이-p-톨릴아미노)-4'-[4(다이-p-톨릴아미노)-스티릴]스틸벤;4- (di-p-tolylamino) -4 '-[4 (di-p-tolylamino) -styryl] stilbene;

N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-다이아미노바이페닐;N, N, N ', N'-tetra-p-tolyl-4,4'-diaminobiphenyl;

N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-다이아미노바이페닐;N, N, N ', N'-tetraphenyl-4,4'-diaminobiphenyl;

N,N,N'N'-테트라-1-나프틸-4,4'-다이아미노바이페닐;N, N, N'N'-tetra-1-naphthyl-4,4'-diaminobiphenyl;

N,N,N'N'-테트라-2-나프틸-4,4'-다이아미노바이페닐;N, N, N'N'-tetra-2-naphthyl-4,4'-diaminobiphenyl;

N-페닐카바졸;N-phenylcarbazole;

4,4"-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]p-터페닐;4,4 "-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] p-terphenyl;

4,4'-비스[N-(2-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (2-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(3-아세나프테닐)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (3-acenaphthenyl) -N-phenylamino] biphenyl;

1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌;1,5-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] naphthalene;

4,4'-비스[N-(9-안트릴)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (9-anthryl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4"-비스[N-(1-안트릴)-N-페닐아미노]-p-터페닐;4,4 "-bis [N- (1-antryl) -N-phenylamino] -p-terphenyl;

4,4'-비스[N-(2-펜안트릴)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (2-phenanthryl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(8-플루오르안테닐)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (8-fluoroantenyl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(2-피렌일)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (2-pyrenyl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(2-나프타세닐)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (2-naphthacenyl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(2-페릴렌일)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (2-peryleneyl) -N-phenylamino] biphenyl;

4,4'-비스[N-(1-코로넨일)-N-페닐아미노]바이페닐;4,4'-bis [N- (1-coronylyl) -N-phenylamino] biphenyl;

2,6-비스(다이-p-톨릴아미노)나프탈렌;2,6-bis (di-p-tolylamino) naphthalene;

2,6-비스[다이-(1-나프틸)아미노]나프탈렌;2,6-bis [di- (1-naphthyl) amino] naphthalene;

2,6-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]나프탈렌;2,6-bis [N- (1-naphthyl) -N- (2-naphthyl) amino] naphthalene;

N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4"-다이아미노-p-터페닐;N, N, N ', N'-tetra (2-naphthyl) -4,4 "-diamino-p-terphenyl;

4,4'-비스{N-페닐-N-[4-(1-나프틸)-페닐]아미노}바이페닐;4,4'-bis {N-phenyl-N- [4- (1-naphthyl) -phenyl] amino} biphenyl;

4,4'-비스[N-페닐-N-(2-피렌일)아미노]바이페닐;4,4'-bis [N-phenyl-N- (2-pyrenyl) amino] biphenyl;

2,6-비스[N,N-다이(2-나프틸)아민]플루오렌;2,6-bis [N, N-di (2-naphthyl) amine] fluorene;

1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌; 및1,5-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] naphthalene; And

4,4',4"-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]트라이페닐아민.4,4 ', 4 "-tris [(3-methylphenyl) phenylamino] triphenylamine.

상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 아자-방향족 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 아크리딘, 퀴놀린, 퓨린, 펜아진, 펜옥사진 또는 펜안트롤린 화합물을 포함할 수 있다. 카바졸 유도체가 유용한 호스트이다. 펜안트롤린 물질의 유용한 예는 2,9-다이메틸-4,7-다이페닐-1,10-펜안트롤린 및 4,7-다이페닐-1,10-펜안트롤린을 포함한다.The host material may comprise a substituted or unsubstituted aza-aromatic compound. For example, the host material may include substituted or unsubstituted acridine, quinoline, purine, phenazine, phenoxazine or phenanthroline compounds. Carbazole derivatives are useful hosts. Useful examples of phenanthroline materials include 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline and 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline.

호스트 및 도판트 분자들에는 비제한적으로 미국 특허 제 4,768,292, 5,141,671, 5,150,006, 5,151,629, 5,405,709, 5,484,922, 5,593,788, 5,645,948, 5,683,823, 5,755,999, 5,928,802, 5,935,720, 5,935,721 및 6,020,078 호에 개시된 것들이 포함된다.Host and dopant molecules include, but are not limited to, U.S. Pat.

8-하이드록시퀴놀린 및 유사 유도체의 금속 착체(화학식 E)는 전기발광을 지원할 수 있는 유용한 호스트 화합물의 한 부류를 구성하며, 500 ㎚ 초과 파장, 예를 들어 녹색, 황색, 오렌지색 및 적색의 발광에 특히 적합하다:Metal complexes of 8-hydroxyquinoline and similar derivatives (Formula E) constitute a class of useful host compounds capable of supporting electroluminescence and are capable of luminescence at wavelengths greater than 500 nm, for example green, yellow, orange and red. Especially suitable for:

Figure 112006091201249-PCT00005
Figure 112006091201249-PCT00005

상기 식에서,Where

M은 금속을 나타내고;M represents a metal;

n은 1 내지 4의 정수이고;n is an integer from 1 to 4;

Z는 각각의 경우에 독립적으로 2 개 이상의 축합된 방향족 고리를 갖는 핵을 완성하는 원자들을 나타낸다.Z independently represents in each case the atoms that complete the nucleus having two or more condensed aromatic rings.

상기로부터, 상기 금속이 1 가, 2 가, 3 가 또는 4 가 금속일 수 있음은 자명하다. 상기 금속은 예를 들어 알칼리 금속, 예를 들어 리튬, 나트륨 또는 칼륨; 알칼리 토 금속, 예를 들어 마그네슘 또는 칼슘; 3 가 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 갈륨, 또는 또 다른 금속, 예를 들어 아연 또는 지르코늄일 수 있다. 일반적으로는 유용한 킬레이트 금속인 것으로 공지된 임의의 1 가, 2 가, 3 가 또는 4 가 금속을 사용할 수 있다.From the above, it is apparent that the metal may be a monovalent, divalent, trivalent or tetravalent metal. The metal may for example be an alkali metal such as lithium, sodium or potassium; Alkaline earth metals such as magnesium or calcium; Trivalent metal such as aluminum or gallium, or another metal such as zinc or zirconium. In general, any monovalent, divalent, trivalent or tetravalent metal known to be a useful chelate metal can be used.

Z는 2 개 이상의 축합된 방향족 고리(이들 중 하나 이상은 아졸 또는 아진 고리이다)를 함유하는 헤테로사이클릭 핵을 완성한다. 지방족 및 방향족 고리 모두를 포함하여, 추가의 고리들을 경우에 따라 상기 2 개의 필요한 고리들과 축합시킬 수 있다. 작용에 대한 개선 없이 분자 부피만 증가시키는 것을 피하기 위해서 고리 원자들의 수를 대개는 18 이하로 유지시킨다.Z completes a heterocyclic nucleus containing two or more condensed aromatic rings, at least one of which is an azole or azine ring. Additional rings, including both aliphatic and aromatic rings, may optionally be condensed with the two required rings. The number of ring atoms is usually kept below 18 to avoid increasing the molecular volume without improving the action.

상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 킬레이트화된 옥시노이드 화합물을 포함할 수 있다.The host material may comprise a substituted or unsubstituted chelated oxynoid compound.

예시적인 유용한 킬레이트화된 옥시노이드 화합물은 하기와 같다:Exemplary useful chelated oxynoid compounds are as follows:

CO-1: 알루미늄 트리스옥신[일명, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)]CO-1: aluminum trisoxine [aka tris (8-quinolinolato) aluminum (III)]

CO-2: 마그네슘 비스옥신[일명, 비스(8-퀴놀리놀레이토)마그네슘(II)]CO-2: magnesium bisoxine [aka bis (8-quinolinolato) magnesium (II)]

CO-3: 비스[벤조{f}-8-퀴놀리놀레이토]아연(II)CO-3: bis [benzo {f} -8-quinolinolato] zinc (II)

CO-4: 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)CO-4: bis (2-methyl-8-quinolinolato) aluminum (III) -μ-oxo-bis (2-methyl-8-quinolinolato) aluminum (III)

CO-5: 인듐 트리스옥신[일명, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)인듐]CO-5: Indium trisoxine [aka Tris (8-quinolinolato) indium]

CO-6: 알루미늄 트리스(5-메틸옥신)[일명, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)]CO-6: aluminum tris (5-methyloxine) [aka tris (5-methyl-8-quinolinolato) aluminum (III)]

CO-7: 리튬 옥신[일명, (8-퀴놀리놀레이토)리튬(I)]CO-7: lithium auxin [aka, (8-quinolinolato) lithium (I)]

CO-8: 갈륨 옥신[일명, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)갈륨(III)]CO-8: gallium auxin [aka tris (8-quinolinolato) gallium (III)]

CO-9: 지르코늄 옥신[일명, 테트라(8-퀴놀리놀레이토)지르코늄(IV)].CO-9: zirconium auxin [aka tetra (8-quinolinolato) zirconium (IV)].

상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 안트라센 화합물을 포함할 수 있다.The host material may comprise a substituted or unsubstituted anthracene compound.

9,10-다이-(2-나프틸)안트라센(화학식 F)의 유도체는 전기발광을 지원할 수 있는 유용한 호스트의 한 부류를 구성하며, 400 ㎚ 초과 파장, 예를 들어 청색, 녹색, 황색, 오렌지색 또는 적색의 발광에 특히 적합하다:Derivatives of 9,10-di- (2-naphthyl) anthracene (formula F) constitute a class of useful hosts capable of supporting electroluminescence and have wavelengths above 400 nm, for example blue, green, yellow, orange Or particularly suitable for emitting red light:

Figure 112006091201249-PCT00006
Figure 112006091201249-PCT00006

상기 식에서,Where

R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각 고리 상의 하나 이상의 치환체들을 나타내며, 이때 각 치환체는 개별적으로 하기의 그룹 중에서 선택된다:R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 represent one or more substituents on each ring, wherein each substituent is individually selected from the following groups:

그룹 1: 수소, 전형적으로는 탄소수 1 내지 24의 알킬;Group 1: hydrogen, typically alkyl having 1 to 24 carbon atoms;

그룹 2: 탄소수 5 내지 20의 아릴 또는 치환된 아릴;Group 2: aryl or substituted aryl having 5 to 20 carbon atoms;

그룹 3: 안트라세닐, 피레닐 또는 페릴렌의 축합된 방향족 고리를 완성하는데 필요한 4 내지 24 개의 탄소 원자;Group 3: 4 to 24 carbon atoms necessary to complete the condensed aromatic ring of anthracenyl, pyrenyl or perylene;

그룹 4: 퓨릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 또는 다른 헤테로사이클릭 시스템의 축합된 헤테로원자 고리를 완성하는데 필요한 탄소수 5 내지 24의 헤테로아릴 또는 치환된 헤테로아릴;Group 4: heteroaryl or substituted heteroaryl having 5 to 24 carbon atoms necessary to complete the condensed heteroatom ring of a furyl, thienyl, pyridyl, quinolinyl or other heterocyclic system;

그룹 5: 탄소수 1 내지 24의 알콕실아미노, 알킬아미노 또는 아릴아미노; 및Group 5: alkoxylamino, alkylamino or arylamino having 1 to 24 carbon atoms; And

그룹 6: 플루오르, 염소, 브롬 또는 시아노.Group 6: fluorine, chlorine, bromine or cyano.

예시적인 예로는 9,10-다이-(2-나프틸)안트라센(F1) 및 2-t-뷰틸-9,10-다이-(2-나프틸)안트라센(F2)이 있다. 다른 안트라센 유도체들은, 예를 들어 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐에테닐)페닐]안트라센의 유도체를 포함하여, 호스트로서 유용할 수 있다.Illustrative examples are 9,10-di- (2-naphthyl) anthracene (F1) and 2-t-butyl-9,10-di- (2-naphthyl) anthracene (F2). Other anthracene derivatives may be useful as hosts, including, for example, derivatives of 9,10-bis [4- (2,2-diphenylethenyl) phenyl] anthracene.

벤즈아졸 유도체(화학식 G)는 광발광을 지원할 수 있는 유용한 호스트의 또 다른 부류를 구성하며, 400 ㎚ 초과 파장, 예를 들어 청색, 녹색, 황색, 오렌지색 또는 적색의 발광에 특히 적합하다:Benzazole derivatives (formula G) constitute another class of useful hosts capable of supporting photoluminescence and are particularly suitable for luminescence at wavelengths above 400 nm, for example blue, green, yellow, orange or red:

Figure 112006091201249-PCT00007
Figure 112006091201249-PCT00007

상기 식에서,Where

n은 3 내지 8의 정수이고;n is an integer from 3 to 8;

Z는 O, NR 또는 S이고;Z is O, NR or S;

R 및 R'는 개별적으로 수소; 탄소수 1 내지 24의 알킬, 예를 들어 프로필, t-뷰틸, 헵틸 등; 탄소수 5 내지 20의 아릴 또는 헤테로 원자 치환된 아릴, 예를 들어 페닐 및 나프틸, 퓨릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 및 다른 헤테로사이클릭 시스템; 또는 할로, 예를 들어 클로로, 플루오로; 또는 축합된 방향족 고리를 완성하는데 필요한 원자이고;R and R 'are individually hydrogen; Alkyl having 1 to 24 carbon atoms such as propyl, t-butyl, heptyl and the like; Aryl or hetero atom substituted aryl having 5 to 20 carbon atoms such as phenyl and naphthyl, furyl, thienyl, pyridyl, quinolinyl and other heterocyclic systems; Or halo, for example chloro, fluoro; Or atoms necessary to complete the condensed aromatic ring;

L은 다수의 벤즈아졸들을 함께 공액 또는 비공액 결합시키는 알킬, 아릴, 치환된 알킬, 또는 치환된 아릴을 포함하는 결합 단위이다. 유용한 벤즈아졸의 예는 2,2',2"-(1,3,5-페닐렌)트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸]이다.L is a binding unit comprising alkyl, aryl, substituted alkyl, or substituted aryl, which conjugately or unconjugates a plurality of benzazoles together. Examples of useful benzazoles are 2,2 ', 2 "-(1,3,5-phenylene) tris [1-phenyl-1H-benzimidazole].

상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 벤즈옥사졸 화합물, 치환되거나 비치환된 벤즈티아졸 화합물, 또는 치환되거나 비치환된 벤즈이미다졸 화합물을 포함할 수 있다. 상기 호스트 물질은 치환되거나 비치환된 옥사졸 화합물, 치환되거나 비치환된 트라이아졸 화합물, 또는 치환되거나 비치환된 옥사다이아졸 화합물을 포함할 수 있다. 옥사졸 화합물의 유용한 예로는 1,4-비스(5-페닐옥사졸-2-일)벤젠, 1,4-비스(4-메틸-5-페닐옥사졸-2-일)벤젠 및 1,4-비스(5-(p-바이페닐)옥사졸-2-일)벤젠이 있다. 옥사다이아졸 화합물의 유용한 예로는 2-(4-바이페닐일)-5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸 및 2-(4-바이페닐일)-5-(4-3급-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸이 있다. 트라이아졸 화합물의 유용한 예로는 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-3급-뷰틸페닐-1,2,4-트라이아졸이 있다.The host material may include a substituted or unsubstituted benzoxazole compound, a substituted or unsubstituted benzthiazole compound, or a substituted or unsubstituted benzimidazole compound. The host material may include a substituted or unsubstituted oxazole compound, a substituted or unsubstituted triazole compound, or a substituted or unsubstituted oxadiazole compound. Useful examples of oxazole compounds include 1,4-bis (5-phenyloxazol-2-yl) benzene, 1,4-bis (4-methyl-5-phenyloxazol-2-yl) benzene and 1,4 -Bis (5- (p-biphenyl) oxazol-2-yl) benzene. Useful examples of oxadiazole compounds include 2- (4-biphenylyl) -5-phenyl-1,3,4-oxadiazole and 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert- Butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole. Useful examples of triazole compounds include 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole.

다이스티릴아릴렌 유도체가 또한 호스트 물질 또는 도판트 물질로서 유용하다. 많은 예들이 미국 특허 제 5,121,029 호에 개시되어 있다. 유용한 방출 물질(호스트 및 도판트)은 하기 화학식 H 또는 I를 가질 수 있다:Distyrylarylene derivatives are also useful as host materials or dopant materials. Many examples are disclosed in US Pat. No. 5,121,029. Useful release materials (hosts and dopants) may have the formula H or I:

X-CH=CH-Y-CH=CH-ZX-CH = CH-Y-CH = CH-Z

X-(CH=CH)n-ZX- (CH = CH) n -Z

상기 식들에서,In the above formulas,

X 및 Z는 독립적으로 치환되거나 비치환된 방향족 그룹 또는 하나의 질소 원자를 갖는 치환되거나 비치환된 방향족 착체 고리 그룹이고;X and Z are independently substituted or unsubstituted aromatic groups or substituted or unsubstituted aromatic complex ring groups having one nitrogen atom;

n은 1, 2 또는 3이고;n is 1, 2 or 3;

Y는 2 가 방향족 그룹 또는 하나의 질소 원자를 갖는 2 가 방향족 착체 고리 그룹이다. 유용한 예로는 1,4-비스(2-메틸스티릴)-벤젠, 4,4'-(9,10-안트라센다이일다이-2,1-에텐다이일)비스(N,N-비스(4-메틸페닐)-벤젠아민, 4,4'-(1,4-나프탈렌다이일다이-2,1-에텐다이일)비스(N,N-비스(4-메틸페닐)벤젠아민, 및 4,4'-(1,4-페닐렌다이-2,1-에텐다이일)비스(N,N-(4-톨릴))벤젠아민이 있다.Y is a divalent aromatic group or a divalent aromatic complex ring group having one nitrogen atom. Useful examples include 1,4-bis (2-methylstyryl) -benzene, 4,4 '-(9,10-anthracenediyldi-2,1-ethenediyl) bis (N, N-bis (4 -Methylphenyl) -benzeneamine, 4,4 '-(1,4-naphthalenediyldi-2,1-ethenediyl) bis (N, N-bis (4-methylphenyl) benzeneamine, and 4,4' -(1,4-phenylenedi-2,1-ethenediyl) bis (N, N- (4-tolyl)) benzeneamine.

상기 유기 기재 도판트를 300 내지 1700 ㎚의 방출을 제공하도록 선택한다. 상기 도판트를 형광 또는 인광 염료 중에서 선택할 수 있다. 유용한 형광 도판트는 상기 호스트 물질로서 개시한 바와 같은 물질을 포함한다. 다른 유용한 형광 도판트로는 비제한적으로 치환되거나 비치환된 안트라센, 테트라센, 잔텐, 페릴렌, 루브렌, 쿠마린, 로다민, 및 퀴나크리돈의 유도체, 다이시아노메틸렌피란 화합물, 티오피란 화합물, 폴리메틴 화합물, 피릴륨 및 티아피릴륨 화합물, 플루오렌 유도 체, 페리플란텐 유도체, 인데노페릴렌 유도체, 비스(아지닐)아민 붕소 화합물, 비스(아지닐)메탄 화합물, 나프티리딘, 플루오르안텐, 퓨란, 인돌, 티아펜, 벤즈옥산텐, 피렌, 페로피렌, 터페닐, 쿼터페닐, 퀸퀘페닐, 섹시페닐, 안탄트렌, 비스안트렌 화합물, N,N,N',N'-사치환된 벤지덴 유도체, N,N,N',N'-테트라아릴벤지덴 유도체 및 카보스티릴 화합물 또는 이들의 조합이 있다. 이러한 부류의 물질들의 유도체가 또한 유용한 호스트 물질 또는 그의 조합으로서 작용할 수 있다. 호스트 물질은 종종 3 개 이상의 페닐렌 잔기를 함유하는 화합물일 것이다.The organic substrate dopant is chosen to provide an emission of 300-1700 nm. The dopant may be selected from fluorescent or phosphorescent dyes. Useful fluorescent dopants include materials as disclosed above as host material. Other useful fluorescent dopants include, but are not limited to, substituted or unsubstituted anthracene, tetracene, xanthene, perylene, rubrene, coumarin, rhodamine, and derivatives of quinacridone, dicyanomethylenepyran compound, thiopyran compound, Polymethine compounds, pyryllium and thiapiryllium compounds, fluorene derivatives, periplanthene derivatives, indenoferylene derivatives, bis (azinyl) amine boron compounds, bis (azinyl) methane compounds, naphthyridine, fluoranthenes, Furan, indole, thiaphene, benzoxanthene, pyrene, ferropyrene, terphenyl, quarterphenyl, quinquephenyl, sexyphenyl, anthrene, bisantrene compound, N, N, N ', N'-substituted benz Den derivatives, N, N, N ', N'-tetraarylbenziden derivatives and carbostyryl compounds or combinations thereof. Derivatives of this class of substances can also serve as useful host materials or combinations thereof. The host material will often be a compound containing three or more phenylene moieties.

예시적인 유용한 도판트의 예로는 비제한적으로 하기의 것들이 있다:Exemplary useful dopants include, but are not limited to the following:

Figure 112006091201249-PCT00008
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Figure 112006091201249-PCT00009
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Figure 112006091201249-PCT00010
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Figure 112006091201249-PCT00011
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Figure 112006091201249-PCT00012
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다른 방출 물질은 미국 특허 제 4,539,507 호에 개시된 바와 같은 다양한 헤테로사이클릭 형광 증백제를 포함한다.Other emissive materials include various heterocyclic fluorescent brighteners as disclosed in US Pat. No. 4,539,507.

상기 방출 물질은 또한 중합체성 물질, 2 개 이상의 중합체성 물질의 블렌드, 또는 도핑된 중합체 또는 중합체 블렌드일 수 있다. 상기 방출 물질은 또한 도판트와 함께 또는 상기 없이 하나보다 많은 비중합체성 및 중합체성 물질을 포함할 수 있다. 전형적인 도판트는 앞서 비중합체성 분자에 대해 열거되어 있다. 비중합체성 도판트는 중합체성 호스트 내에 분자로 분산되거나, 또는 상기 도판트를 소수의 구성성분을 상기 호스트 중합체로 공중합시킴으로써 가할 수 있다. 전형적인 중합체 물질로는 비제한적으로 치환 및 비치환된 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 유도체, 치환 및 비치환된 폴리(p-페닐렌)(PPP) 유도체, 치환 및 비치환된 폴리플루오렌(PF) 유도체, 치환 및 비치환된 폴리(p-피리딘), 치환 및 비치환된 폴리(p-피리달비닐렌) 유도체, 및 치환, 비치환된 폴리(p-페닐렌) 사다리 및 계단-사다리 중합체, 및 이들의 공중합체가 있다(Diaz-Garcia, et al., 미국 특허 제 5,881,083 호 및 상기 중의 참고문헌). 상기 치환체는 비제한적으로 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 아릴, 헤테로아릴, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 나이트로, 티오, 할로, 하이드록시 및 시아노를 포함한다. 전형적인 중합체는 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 다이알킬-, 다이아릴-, 다이아미노-, 또는 다이알콕시-치환된 PPV, 모노 알킬-모노 알콕시-치환된 PPV, 모노 아릴-치환된 PPV, 9,9'-다이알킬 또는 다이아릴-치환된 PF, 9,9'-모노 알킬-모노 아릴 치환된 PF, 9-모노 알킬 또는 아릴 치환된 PF, PPP, 다이알킬-, 다이아미노-, 다이아릴-, 또는 다이알콕시-치환된 PPP, 모노 알킬-, 아릴-, 알콕시-, 또는 아미노-치환된 PPP이다. 또한, 중합체성 물질, 예를 들어 폴리(N-비닐카바졸)(PVK), 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 공중합체, 예를 들어 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)/폴리(4-스타이렌설포네이트)(또한 PEDOT/PSS라 칭함)를 사용할 수 있다.The release material may also be a polymeric material, a blend of two or more polymeric materials, or a doped polymer or polymer blend. The release material may also include more than one nonpolymeric and polymeric material with or without a dopant. Typical dopants are listed above for nonpolymeric molecules. Non-polymeric dopants can be dispersed molecularly within the polymeric host or added by copolymerizing the dopant with a few components into the host polymer. Typical polymeric materials include, but are not limited to, substituted and unsubstituted poly (p-phenylenevinylene) (PPV) derivatives, substituted and unsubstituted poly (p-phenylene) (PPP) derivatives, substituted and unsubstituted poly Fluorene (PF) derivatives, substituted and unsubstituted poly (p-pyridine), substituted and unsubstituted poly (p-pyridalvinylene) derivatives, and substituted, unsubstituted poly (p-phenylene) ladders and Step-ladder polymers, and copolymers thereof (Diaz-Garcia, et al., US Pat. No. 5,881,083 and references therein). Such substituents include, but are not limited to, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl, heteroaryl, alkoxy, aryloxy, amino, nitro, thio, halo, hydroxy and cyano. Typical polymers include poly (p-phenylene vinylene), dialkyl-, diaryl-, diamino-, or dialkoxy-substituted PPV, mono alkyl-mono alkoxy-substituted PPV, mono aryl-substituted PPV, 9,9'-dialkyl or diaryl-substituted PF, 9,9'-mono alkyl-mono aryl substituted PF, 9-mono alkyl or aryl substituted PF, PPP, dialkyl-, diamino-, dia Aryl-, or dialkoxy-substituted PPP, mono alkyl-, aryl-, alkoxy-, or amino-substituted PPP. Also polymeric materials such as poly (N-vinylcarbazole) (PVK), polythiophene, polypyrrole, polyaniline and copolymers such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (4 Styrenesulfonate) (also called PEDOT / PSS) can be used.

상기 언급한 유기 물질을 승화를 통해 적합하게 침착시키지만, 필름 형성을 개선시키기 위해 임의의 결합제와 함께 용매로부터 침착시킬 수 있다. 상기 물질이 중합체인 경우, 용매 침착이 대개 바람직하다. 승화에 의해 침착되는 물질을 종종 예를 들어 미국 특허 제 6,237,529 호에 개시된 바와 같은, 탄탈 물질로 구성된 승화기 "보트"로부터 기화시키거나, 또는 먼저 공여체 시트 상에 코팅시키고 이어서 기판에 아주 근접하여 승화시킬 수 있다. 물질들의 혼합물을 갖는 층은 별도의 승화기 보트를 사용하거나 또는 상기 물질들을 예비 혼합하고 단일 보트 또는 공여체 시트로부터 코팅시킬 수 있다. The above-mentioned organic materials are suitably deposited through sublimation, but can be deposited from a solvent with any binder to improve film formation. If the material is a polymer, solvent deposition is usually preferred. The material deposited by sublimation is often vaporized from a sublimer “boat” made of tantalum material, for example as disclosed in US Pat. No. 6,237,529, or first coated onto a donor sheet and then sublimed very close to the substrate. You can. The layer with the mixture of materials may be using a separate sublimer boat or premixing the materials and coating from a single boat or donor sheet.

도 3에 도시되고 상기 논의된 바와 같이, 미세공동 디바이스 어레이는 80 x 240 ㎛ 정도의 치수를 갖는 적색, 녹색 및 청색 방출 화소를 함유한다. 상기 방출 색을 방출 경로의 길이 및 주기적인 이득 부분(160) 중에 함유된 이득 매질의 형광 스펙트럼의 조합에 의해 측정한다. 상기 주기적인 이득 부분(160) 중에 함유된 이득 매질의 패턴화된 침착을 쉐도우 마스크, 통합 쉐도우 마스크(미국 특허 제 5,294,870 호), 공여체 시트로부터의 공간 한정된 열 염료 전달(미국 특허 제 5,688,551 호, 5,851,709 호 및 6,066,357 호) 및 잉크젯 방법(미국 특허 제 6,066,357 호)을 사용하여 달성할 수 있다. 상기 주기적인 이득 부분(160)이 한 층을 초과하는 경우, 상기 패턴화된 침착을 상응하게 반복할 필요가 있다.As shown in FIG. 3 and discussed above, the microcavity device array contains red, green, and blue emission pixels having dimensions on the order of 80 × 240 μm. The emission color is measured by the combination of the length of the emission path and the fluorescence spectrum of the gain medium contained in the periodic gain portion 160. Patterned deposition of the gain medium contained in the periodic gain portion 160 allows for the use of shadow masks, integrated shadow masks (US Pat. No. 5,294,870), space-limited thermal dye transfer from donor sheets (US Pat. Nos. 5,688,551, 5,851,709). And 6,066,357) and inkjet methods (US Pat. No. 6,066,357). If the periodic gain portion 160 is more than one layer, it is necessary to repeat the patterned deposition correspondingly.

대부분의 유기 기재 미세공동 디바이스는 수분 또는 산소, 또는 이들 모두에 민감하며, 따라서 상기 디바이스를 통상적으로는 불활성 분위기, 예를 들어 질소 또는 아르곤 하에서 밀폐시킨다. 알루미나, 보크사이트, 황산 칼슘, 점토, 실리카 젤, 제올라이트, 알칼리성 금속 산화물, 알칼리 토 금속 산화물, 설페이트 또는 금속 할라이드 및 퍼클로레이트와 같은 건조제를 상기 밀폐된 디바이스에 통합시킬 수 있다. 캡슐화 및 건조 방법은 비제한적으로 미국 특허 제 6,226,890 호에 개시된 것들을 포함한다. 또한, 차단 층, 예를 들어 SiOx, 테플론, 및 교번하는 무기/중합체 층들이 캡슐화를 위해 당해 분야에 공지되어 있다. Most organic based microcavity devices are sensitive to moisture or oxygen, or both, so that the device is typically sealed under an inert atmosphere, such as nitrogen or argon. Desiccants such as alumina, bauxite, calcium sulfate, clay, silica gel, zeolites, alkaline metal oxides, alkaline earth metal oxides, sulfates or metal halides and perchlorates can be incorporated into the enclosed device. Encapsulation and drying methods include, but are not limited to, those disclosed in US Pat. No. 6,226,890. In addition, barrier layers such as SiO x , Teflon, and alternating inorganic / polymer layers are known in the art for encapsulation.

이격 층(170)에 대해서, 미세공동 방출(190) 및 펌프-광선(180) 모두에 대해 매우 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이 실시태양에서, 1,1-비스-(4-비스(4-메틸-페닐)-아미노-페닐)-사이클로헥산(TAPC)을 이격 물질로서 선택하는데, 그 이유는 상기가 가시 및 인접 UV 스펙트럼 전체를 통해 매우 낮은 흡수를 가지며 그의 굴절률이 대부분의 유기 호스트 물질들의 경우보다 약간 더 낮기 때문이다. 이러한 굴절률 차이는 상기가 고정된 e-장 파복과 주기적인 이득 부분(들)(160) 사이의 일치(overlap)를 극대화하는데 일조하기 때문에 유용하다. 유기 이격 물질 이외에, 상기 이격 층(170)은 또한 무기 물질, 예를 들어 SiO2로 구성될 수 있는데, 그 이유는 상기가 낮은 흡수를 갖고 그의 굴절률이 유기 호스트 물질의 경우보다 작기 때문이다. 무기 기재 이격 층을 사용하는 경우, 상기 물질을 열 증착, 낮은 침착 온도(약 70 ℃)에서의 e-광선, 또는 콜로이드 방법에 의해 침착시킬 수 있다.For the spacing layer 170, it is desirable to use a material that is very transparent to both microcavity emission 190 and pump-rays 180. In this embodiment, 1,1-bis- (4-bis (4-methyl-phenyl) -amino-phenyl) -cyclohexane (TAPC) is chosen as the spacing material because it is visible and adjacent UV spectrum This is because it has a very low absorption throughout and its refractive index is slightly lower than that of most organic host materials. This refractive index difference is useful because it helps to maximize the overlap between the fixed e-field rupture and the periodic gain portion (s) 160. In addition to the organic spacer material, the spacer layer 170 may also consist of an inorganic material, for example SiO 2 , because it has a low absorption and its refractive index is smaller than that of the organic host material. When using an inorganic substrate spacer layer, the material can be deposited by thermal evaporation, e-rays at low deposition temperatures (about 70 ° C.), or colloidal methods.

상기 활성 영역(130)의 성장에 이어서 상부 유전체 스택(140)을 침착시킨다. 상기 상부 유전체 스택(140)은 기부 유전체 스택(120)과 이격되어 있으며 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성이다. 그의 조성은 기부 유전체 스택의 조성과 유사 하다. 상기 상부 유전체 스택(140)을 유기물질(유기 기재 이득 매질의 경우)을 함유하는 활성 영역(130) 위에 침착시키기 때문에, 그의 침착 온도는 상기 유기 물질의 용융을 피하고 실온으로 냉각시 샘플의 파괴가 발생하는 열 팽창 불일치(유기 물질과 무기 유전체 스택 물질 간에)를 피하기 위해서 낮게 유지되어야 한다. 그 결과, 상부 유전체 스택(140)의 전형적인 침착 온도는 100 ℃ 이하이다. 상기 상부 유전체 스택을 통상적인 방식에 의해, 예를 들어 e-광선, 저-에너지 스퍼터링 또는 콜로이드 침착에 의해 침착시킬 수 있다. 유효 미세공동 디바이스 성능을 획득하기 위해서, 기부 유전체 스택(120)의 피크 반사율은 99%를 초과하는 반면 상부 유전체 스택(140)의 피크 반사율은 90% 미만인 것이 바람직하다.Growth of the active region 130 is followed by deposition of the upper dielectric stack 140. The upper dielectric stack 140 is spaced apart from the base dielectric stack 120 and is reflective to light over a range of wavelengths. Its composition is similar to that of the base dielectric stack. Because the upper dielectric stack 140 is deposited over the active region 130 containing organic material (in the case of organic substrate gain medium), its deposition temperature avoids melting of the organic material and prevents sample breakage upon cooling to room temperature. It should be kept low to avoid thermal expansion mismatches (between organic materials and inorganic dielectric stack materials) that occur. As a result, the typical deposition temperature of the upper dielectric stack 140 is 100 degrees Celsius or less. The upper dielectric stack can be deposited in a conventional manner, for example by e-rays, low-energy sputtering or colloidal deposition. In order to achieve effective microcavity device performance, the peak reflectivity of the base dielectric stack 120 is greater than 99% while the peak reflectance of the upper dielectric stack 140 is preferably less than 90%.

상기 미세공동 어레이 디바이스(100)는 입사하는 펌프-광선 공급원(180)에 의해 광학적으로 구동되며 미세공동 방출(190)을 방출한다. 상기 펌프-광선 광(180)은 비 간섭성 LED 광일 수 있다. 도 2는 상부 유전체 스택(140)을 통과한 미세공동 방출(190)을 나타낸다. 한편으로, 상기 미세공동 구조를 유전체 스택 반사율 특성의 적합한 디자인에 의해 기판(110)을 통과한 미세공동 방출(190)과 함께 상부 유전체 스택(140)을 통해 광학적으로 펌핑할 수 있다. 상기 미세공동 어레이 디바이스(100)의 작동은 하기와 같은 방식으로 일어난다. 펌프-광선(180)은 기판(110) 및 기부 유전체 스택(120)을 투과하여 주기적인 이득 부분(들)(160)에 의해 흡수되며, 이때 상기 펌프-광선 에너지의 일부분은 보다 긴 파장 미세공동 광으로서 재 방출된다. 상기 펌프-광선(180)이 기판(110)을 통해 들어가는 경우, 상기 미세공동 방출(190)이 주로 상부 유전체 스택(140)을 통해 나가도록 하기 위해서, 상기 상부 유전체 스택 피크 반사율이 기부 유전체 스택(120) 피크 반사율보다 작을 필요가 있다. 상기 디바이스의 전력 전환 효율을 개선시키기 위해서, 상부 유전체 스택(140)은 펌프-광선(180)에 매우 반사성이고 기부 유전체 스택(120)은 펌프-광선(180)에 매우 투과성이도록 통상적으로는 추가적인 유전체 층을 상기 두 유전체 스택 모두에 가한다.The microcavity array device 100 is optically driven by an incident pump-ray source 180 and emits a microcavity emission 190. The pump-ray light 180 may be non-coherent LED light. 2 shows microcavity emission 190 passed through top dielectric stack 140. On the other hand, the microcavity structure can be optically pumped through the upper dielectric stack 140 along with the microcavity emission 190 passing through the substrate 110 by a suitable design of dielectric stack reflectance properties. Operation of the microcavity array device 100 takes place in the following manner. Pump-rays 180 pass through substrate 110 and base dielectric stack 120 and are absorbed by periodic gain portion (s) 160, where a portion of the pump-ray energy is longer wavelength microcavities. It is emitted again as light. When the pump-rays 180 enter through the substrate 110, the upper dielectric stack peak reflectance is reduced to the base dielectric stack (to allow the microcavity emission 190 to exit primarily through the upper dielectric stack 140). 120) It needs to be smaller than the peak reflectance. In order to improve the power conversion efficiency of the device, the top dielectric stack 140 is typically additional dielectric such that the top dielectric stack 140 is highly reflective to the pump-rays 180 and the base dielectric stack 120 is highly transmissive to the pump-rays 180. A layer is applied to both dielectric stacks.

상기 미세공동 어레이 디바이스(100)를 함유하는 디스플레이의 발명에 의해, 단순화된 액정 디스플레이를 제조할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같은, 보다 단순화된 LCD는 전형적으로는 백라이트 유닛(220), 미세공동 어레이 디바이스(100), 편광판(305), 광 셔터 층(310), 및 광선 확장층(320)을 함유한다. 상기 백라이트 유닛(220)은 미세공동 어레이 디바이스(100)에 펌프-광선 광(180)을 제공한다. 상기 미세공동 어레이 디바이스(100)는 편광판(305)과 함께 광 셔터 층(310)에 컬러의, 화소 처리된, 편광된 광원을 제공한다. 상기 광 셔터 층(310)은 화소 처리된 구조의 광을 통과시키거나 차단한다. 상기 광선 확장 층(320)은 상기 광 셔터 층(310)을 나오는 광을 취하여 그의 시야 원뿔을 확장시킨다.By the invention of the display containing the microcavity array device 100, a simplified liquid crystal display can be manufactured. A more simplified LCD, as shown in FIG. 4, typically contains a backlight unit 220, a microcavity array device 100, a polarizer 305, an optical shutter layer 310, and a beam expanding layer 320. do. The backlight unit 220 provides the pump-ray light 180 to the microcavity array device 100. The microcavity array device 100 provides a colored, pixelated, polarized light source with the polarizer 305 to the optical shutter layer 310. The optical shutter layer 310 passes or blocks light of the pixelated structure. The light expanding layer 320 takes light exiting the light shutter layer 310 and extends its viewing cone.

펌프-광선 광(180)을 생성시키기 위한, 도 5 내지 8에 도시된 바와 같은 백라이트 유닛(220)은 확산층(240) 및 발광 다이오드(LED)(230) 또는 냉 캐소드 형광 램프(CCFL)(280)로 구성된다. 상기 확산층(240)은 미세공동 어레이 디바이스(100)에 입사하는 광을 균질화한다. 상기 LED(230)는 전형적으로는 도파관(260)의 테두리를 비추고 이어서 미세공동 어레이 디바이스(100)를 비추도록 광을 재조정하는 선형 어레이(250)이거나, 또는 미세공동 어레이 디바이스(100)를 직접 비추는 평면 어레이(270)이다. CCFL(280)은 전형적으로는 도파관(260)의 테두리를 비추고 미세공동 어레이 디바이스(100)를 비추도록 광을 재조정하거나, 또는 확산층 바로 아래에 열(300)로 배향되어 미세공동 어레이 디바이스(100)를 직접 비춘다.To generate the pump-ray light 180, the backlight unit 220, as shown in FIGS. 5 to 8, includes a diffusion layer 240 and a light emitting diode (LED) 230 or a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) 280. It is composed of The diffusion layer 240 homogenizes light incident on the microcavity array device 100. The LED 230 is typically a linear array 250 that illuminates the edge of the waveguide 260 and then readjusts light to illuminate the microcavity array device 100, or directly illuminates the microcavity array device 100. Planar array 270. The CCFL 280 typically readjusts the light to rim the waveguide 260 and illuminate the microcavity array device 100, or is oriented in a column 300 directly below the diffuse layer to provide microcavity array device 100. Light it up directly.

미세공동 어레이 디바이스(100)의 작은 발산 각은 상기 미세공동 어레이의 방출 요소(205)와 광 셔터 층(310)의 색 요소 사이의 1:1 대응을 가능하게 한다. 상응하게, 상기 광 셔터 층(310)의 구성요소들 중 하나로서 컬러 필터 어레이를 더 이상 포함시킬 필요가 없다. 상기 광 셔터 층(310)은 단지 미세공동 어레이 디바이스(100)로부터 입사하는 유색 광을 조절하기 위해 필요할 뿐이며; 따라서 컬러 필터 어레이와 관련된 효율 손실을 제한한다. 미세공동 어레이 디바이스(100)로부터의 광 출력의 근 시준의 추가적인 특징은 시야각 보상 필름을 상기 디스플레이 구조로부터 제거할 수 있다는 것이다. 또한 상기 미세공동 어레이 디바이스(100) 광 출력의 자연적인 시준(<10-15° 발산 각)으로 인해, 백라이트 유닛(220)에 전형적으로 포함되는 시준 필름을 제거할 수 있다. 시야각 보상 필름 및 시준 필름을 디스플레이 구조로부터 제거한 결과, 액정 디스플레이 디바이스의 비용을 줄일 수 있다. 그러나, 이웃하는 화소들로부터의 광 누출을 방지하기 위해서, 상기 미세공동 어레이 디바이스(100) 광 출력의 작은 발산을 고려해야 한다. 부정확한 색의 광이 이웃하는 화소를 통해 달아나는 것을 방지하기 위해서, 상기 미세공동 어레이의 방출 요소(205)의 크기를, 상기 미세공동 광이 상기 광 셔터 층(310) 내로 횡단시 대략 80 x 240 ㎛의 적합한 화소 치수를 이루도록 약간 감소시켜야 한다. 상기 방출 요소의 크기를 기부 유전체 스택(120)과 기판(110) 사이에 금속을 선택적으로 침착시킴으로써 조절할 수 있다. 바람직한 금속은 Al 또는 Ag이며, 상기를 널리 공지된 증발 기법에 의해 선택적으로 침착시킬 수 있다. 이러한 금속은 펌프-광선 광(180)을 고도로 반사하며 상기 펌프-광선 광(180)이 금속 침착부분 사이를 통과할 때까지 상기 광을 재순환시킬 것이다.The small divergence angle of the microcavity array device 100 enables a 1: 1 correspondence between the emitting element 205 of the microcavity array and the color element of the optical shutter layer 310. Correspondingly, it is no longer necessary to include an array of color filters as one of the components of the optical shutter layer 310. The optical shutter layer 310 is only needed to adjust the colored light incident from the microcavity array device 100; This limits the efficiency losses associated with color filter arrays. An additional feature of near collimation of light output from microcavity array device 100 is that the viewing angle compensation film can be removed from the display structure. In addition, due to the natural collimation (<10-15 ° divergence angle) of the microcavity array device 100 light output, it is possible to remove the collimating film typically included in the backlight unit 220. As a result of removing the viewing angle compensation film and the collimating film from the display structure, the cost of the liquid crystal display device can be reduced. However, in order to prevent light leakage from neighboring pixels, a small divergence of the light output of the microcavity array device 100 should be considered. To prevent inaccurate light from escaping through neighboring pixels, the size of the emissive element 205 of the microcavity array is approximately 80 x as the microcavity light traverses into the optical shutter layer 310. It should be slightly reduced to achieve a suitable pixel dimension of 240 μm. The size of the emissive element can be controlled by selectively depositing metal between the base dielectric stack 120 and the substrate 110. Preferred metals are Al or Ag, which can be selectively deposited by well known evaporation techniques. This metal will highly reflect pump-ray light 180 and will recycle the light until the pump-ray light 180 passes between the metal deposits.

도 9에 나타낸 바와 같은 광 셔터 층(310)은 전형적으로는 미세공동 어레이 디바이스(100)로부터 가장 먼 쪽에 검광자(340)를 갖는 액정 셀(330)이다. 상기 액정 셀(330)은 상기가 CFA를 함유하지 않음을 제외하고 통상적인 액정 셀과 유사하다. 상기 액정 셀(330)은 미세공동 어레이 디바이스(100)로부터의 광 출력이 적색, 녹색 및 청색 미세공동 방출로 화소 처리되므로 CFA를 필요로 하지 않는다. 상기 액정 셀(330)은 상부 및 기부에 액정 기판(350)을 포함한다. 상기 액정 셀(330) 중의 액정 기판(350)은 유리판 또는 플라스틱 기판을 포함할 수 있다. 상기 액정 기판(350)의 두께는, 인접한 화소들을 통해 광 누출을 발생시키는 시차를 방지할 정도로 충분히 얇아야 한다. 상기 액정 기판(350)의 두께는 바람직하게는 0.5 ㎜ 미만이어야 한다. 상기 2 개의 액정 기판(350)은 모두 패턴화된 투명 전도체 층(360)으로 코팅된다. 전형적인 투명 전도체는 산화 주석 인듐이다. 상기 각각의 투명 전도체 층(360)의 상부에 정렬 층(370)이 코팅된다. 마지막으로, 상기 2 개의 정렬 층(370) 사이에 액정 물질(380)이 코팅된다. 상기 액정 셀(330)은 액정 분자를 선택적인 전압의 인가에 따라 배향시킴으로써 미세공동 어레이 디바이스(100)로부터 출력되는 광의 세기를 조절한다. 상기 액정 셀(330)은 또한 각각의 화소 위치에 박막 트랜지스터를 함유하여 상기 디스플레이가 능동 구동되게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 특정한 구동 설계를 필요로 하지 않는다. 상기 광 셔터 층(310)은 또한 액정 셀(330)로부터 출력된 편광된 광을 분해하는 검광자(340)를 함유한다.The optical shutter layer 310 as shown in FIG. 9 is typically a liquid crystal cell 330 having an analyzer 340 at the furthest side from the microcavity array device 100. The liquid crystal cell 330 is similar to a conventional liquid crystal cell except that it does not contain CFA. The liquid crystal cell 330 does not require CFA since the light output from the microcavity array device 100 is pixelated with red, green and blue microcavity emission. The liquid crystal cell 330 includes a liquid crystal substrate 350 at the top and the base thereof. The liquid crystal substrate 350 of the liquid crystal cell 330 may include a glass plate or a plastic substrate. The thickness of the liquid crystal substrate 350 should be thin enough to prevent parallax that causes light leakage through adjacent pixels. The thickness of the liquid crystal substrate 350 should preferably be less than 0.5 mm. Both liquid crystal substrates 350 are coated with a patterned transparent conductor layer 360. Typical transparent conductor is tin indium oxide. An alignment layer 370 is coated on top of each of the transparent conductor layers 360. Finally, a liquid crystal material 380 is coated between the two alignment layers 370. The liquid crystal cell 330 adjusts the intensity of light output from the microcavity array device 100 by aligning liquid crystal molecules according to an application of a selective voltage. The liquid crystal cell 330 may also contain thin film transistors at each pixel location to cause the display to be actively driven. However, the present invention does not require a particular drive design. The optical shutter layer 310 also contains an analyzer 340 that decomposes the polarized light output from the liquid crystal cell 330.

당해 분야의 숙련가는 다른 광 셔터들을 본 발명에 사용할 수 있음을 알 것이다. 예로서 전기 습윤에 의해 제조된 광 셔터가 있다. 이러한 광 스위치에서, 문헌[Hayes, et al., Nature, 425, 383(2003)]에 입증된 바와 같이, 전기장의 인가는 염료 함유 오일 소적이 각 화소의 표면을 덮는 정도를 변화시킨다. 사실상, 전기장은 화소 표면의 소수성을 변경시킨다. 문헌[Hayes et al., Nature, 425, 383(2003)]은 반사 디스플레이에 사용되는 스위치를 구상하였으며, 이때 반사는 상기 오일 소적의 뒤에서 백색 반사층에 의해 생성된다. 상기 전기습윤 스위치를 또한, 상기 배면이 깨끗한 경우 반사 대신, 투과에 사용할 수 있다.Those skilled in the art will appreciate that other optical shutters can be used in the present invention. An example is an optical shutter manufactured by electrowetting. In such optical switches, as demonstrated in Hayes, et al., Nature, 425, 383 (2003), application of an electric field changes the extent to which dye-containing oil droplets cover the surface of each pixel. In fact, the electric field alters the hydrophobicity of the pixel surface. Hayes et al., Nature, 425, 383 (2003) envisioned a switch for use in reflective displays, where the reflection is produced by a white reflective layer behind the oil droplets. The electrowetting switch can also be used for transmission instead of reflection when the back is clean.

미세공동 어레이 디바이스(100)의 광 출력은 근 시준하기 때문에, 유색 광 출력의 각 원뿔을 증가시키기 위해서 도 4의 LCD 디바이스의 최종 요소로서 광선 확장층(320)을 포함시킬 필요가 있다. 상기 광선 확장층(320)을 포함하는 가능한 구성요소는 확산층 요소 또는 마이크로렌즈 어레이일 수 있다. 상기 구성요소는 상기가 디스플레이 상의 선명도를 보존하면서 시야 원뿔을 증가시키도록 해야 한다. 보다 구체적으로, 상기 광선 확장층(320)을 나올 때, 각각의 화소는 상기 광선 확장층(320)을 들어가기 전만큼 명확히 구분될 수 있어야 한다. 의도하는 조망 용도에 따라, 상기 광선 확장층(320)에 의해 시야 원뿔의 확장을 상응하게 조절할 수 있다.Since the light output of the microcavity array device 100 is near collimated, it is necessary to include the light expanding layer 320 as the final element of the LCD device of FIG. 4 in order to increase each cone of the colored light output. Possible components comprising the beam expanding layer 320 may be diffusion layer elements or microlens arrays. The component should allow it to increase the viewing cone while preserving the sharpness on the display. More specifically, when exiting the ray expanding layer 320, each pixel should be clearly distinguishable as before entering the ray expanding layer 320. Depending on the intended viewing application, the expansion of the viewing cone can be correspondingly controlled by the ray expanding layer 320.

도 10에 도시된 바와 같은 액정 디스플레이 디바이스의 또 다른 실시태양은 백라이트 유닛(220), 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105), 편광판(305), 광 셔터 층(310), 적/녹색 유전체 스택(315) 및 색 전환 층(325)을 함유한다. 상기 백라이트 유닛(220)은 청색-방출 미세공동 어레이 디바이스(105)에 펌프 광선 광(180)을 제공한다. 상기 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)는 편광판과 함께 광 셔터 층(310)에 청색 편광 광원을 제공한다. 상기 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)에 대해서, 그의 조성 및 작동은 상기 논의된 바와 유사하지만, 단 상기는 단지 청색 미세공동 광만을 출력한다. 상기 광 셔터 층(310)은 화소 처리된 구조의 청색 광을 통과 또는 차단한다. 상기 색 전환 층(325)은 청색 미세공동 광을 선택적으로 흡수하고 상기를 적색 및 녹색 디스플레이 화소의 위치에서 적색 및 녹색 광으로 하향 전환시킨다. 상기 적/녹색 유전체 스택(315)은 상기 적색 및 녹색 광이 오직 관찰자의 방향으로만 전파되도록 색 전환 층(325)과 광 셔터 층(315) 사이에 배치된다. 상기 청색 디스플레이 화소의 위치에서, 하향 전환은 일어나지 않는다. 그 결과, 청색 디스플레이 화소의 위치에서 색 전환 층(325)은 시준된 청색 미세공동 광의 각 방출 원뿔을 증가시키기 위해 순 방향 산란 요소를 함유한다.Another embodiment of a liquid crystal display device as shown in FIG. 10 includes a backlight unit 220, a blue emitting microcavity array device 105, a polarizer 305, an optical shutter layer 310, a red / green dielectric stack ( 315 and color conversion layer 325. The backlight unit 220 provides pump ray light 180 to the blue-emitting microcavity array device 105. The blue emitting microcavity array device 105 together with the polarizer provides a blue polarized light source to the optical shutter layer 310. For the blue emitting microcavity array device 105, its composition and operation are similar to those discussed above, except that it only outputs blue microcavity light. The optical shutter layer 310 passes or blocks blue light having a pixelated structure. The color conversion layer 325 selectively absorbs blue microcavity light and converts it down to red and green light at the location of the red and green display pixels. The red / green dielectric stack 315 is disposed between the color conversion layer 325 and the light shutter layer 315 such that the red and green light propagates only in the direction of the observer. At the position of the blue display pixel, no down conversion occurs. As a result, the color shifting layer 325 at the location of the blue display pixel contains a forward scattering element to increase each emission cone of collimated blue microcavity light.

청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)로부터 청색만을 방출하는 경우에, 상기 광 셔터 층(310)을 그의 작동을 최적화하기 위해 약간 변경시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 액정 셀(330)은 선택적인 전압의 인가 시 액정 분자들을 배향시킴으로써 상기 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)로부터의 청색 광 세기 출력 을 변조시킨다. 상기 액정 셀(330)을 어두운 상태가 상기 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)로부터의 청색 미세공동 입사각의 중심 파장에 최적화되도록 동조시켜야 한다. 이러한 식으로 상기 디스플레이 디바이스의 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.In the case of emitting only blue from the blue emitting microcavity array device 105, the optical shutter layer 310 can be slightly modified to optimize its operation. More specifically, liquid crystal cell 330 modulates the blue light intensity output from blue emitting microcavity array device 105 by orienting liquid crystal molecules upon application of a selective voltage. The liquid crystal cell 330 must be tuned so that the dark state is optimized for the center wavelength of the blue microcavity incidence angle from the blue emitting microcavity array device 105. In this way, the contrast of the display device can be increased.

색 전환 층(325)은 변조된 청색 미세공동 광을 선택적으로 흡수하고 상기를 적색 및 녹색 디스플레이 화소의 위치에서 적색 및 녹색 광으로 하향 전환시킨다. 청색 광을 적색 및 녹색 광으로 하향 전환시키기 위해서, 상기 층은 각각 고체 기질 중에 적색 및 녹색 방출 유기 형광 염료를 포함할 수 있다. 유기 형광 염료는 높은 형광 양자 효율 및 높은 흡수 횡단면의 이점을 갖는다. 또한, 상기를 비용 효과적인 침착 기법, 예를 들어 회전 코팅에 의해 침착시킬 수 있다. 적색 및 녹색 고 양자 효율 유기 염료의 후보는 각각 [4-(다이시아노메틸렌)-2-t-뷰틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란](DCJTB) 및 [10-(2-벤조티아졸릴)-2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-[1]벤조피라노[6,7,8-ij]퀴놀리진-11-온](쿠마린 545T)이다. 상기 둘 다 460 내지 480 ㎚ 파장 범위에서 100%(고체 필름에서)에 가까운 형광 양자 효율 및 큰 흡수 횡단면을 가지며, 이때 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스(105)는 방출될 것이다. 하향 전환제로서 유기 형광 염료를 사용하는 것 이외에, 최근의 결과는 색 전환 층(325)에 형광 화합물로서 무기 양자 점의 사용 가능성을 지적하고 있다. 예를 들어, 콜로이드 CdSe/CdS 헤테로구조 양자 점은 80%를 초과하는 양자 수율을 입증하였다(A.P. Alivisatos, MRS Bulletin 18(1998)). 상기 유기 또는 무기 형광 물질을 함유하는 고체 기질은 가시 파장 광에 투명하고 저렴한 공정에 의해 침착될 수 있어야 한다. 바람직한 고체 기질은 투명한 플라스틱, 예를 들어 폴리-비닐 아세테이트 또는 PMMA이다. 기질을 유기 염료로 도핑함에 있어서, 염료 농도를 농축 억제가 발생하는 농도 바로 아래로 유지시킬 필요가 있다. 상기 도핑 농도는 그 자체로서 DCJTB 및 쿠마린 545T의 경우 0.5 내지 2%의 범위일 것이다.The color conversion layer 325 selectively absorbs modulated blue microcavity light and converts it down to red and green light at the location of the red and green display pixels. In order to convert blue light down into red and green light, the layer may comprise red and green emitting organic fluorescent dyes, respectively, in the solid substrate. Organic fluorescent dyes have the advantages of high fluorescence quantum efficiency and high absorption cross section. It can also be deposited by cost effective deposition techniques, for example by spin coating. Candidates for the red and green high quantum efficiency organic dyes were [4- (dicyanomethylene) -2-t-butyl-6- (1,1,7,7-tetramethylzololidyl-9-enyl)-, respectively 4H-pyran] (DCJTB) and [10- (2-benzothiazolyl) -2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H, 5H, 11H- [1] Benzopyrano [6,7,8-ij] quinolizine-11-one] (coumarin 545T). Both have a fluorescence quantum efficiency close to 100% (in solid film) and a large absorption cross section in the 460-480 nm wavelength range, where the blue emitting microcavity array device 105 will emit. In addition to using organic fluorescent dyes as downconversion agents, recent results point out the possibility of using inorganic quantum dots as fluorescent compounds in the color conversion layer 325. For example, colloidal CdSe / CdS heterostructure quantum dots have demonstrated quantum yields in excess of 80% (A.P. Alivisatos, MRS Bulletin 18 (1998)). Solid substrates containing such organic or inorganic fluorescent materials should be able to be deposited by a transparent and inexpensive process in visible wavelength light. Preferred solid substrates are transparent plastics such as poly-vinyl acetate or PMMA. In doping the substrate with an organic dye, it is necessary to keep the dye concentration just below the concentration at which concentration inhibition occurs. The doping concentration will itself range from 0.5 to 2% for DCJTB and coumarin 545T.

내부 양자 효율이 선택된 유기 형광 염료에 대해 거의 100%라 하더라도, 외부 양자 효율은 고체 기질 중의 광 트랩의 결과로서 제한될 수 있다. 외부 양자 효율을 증가시키는 바람직한 방법은 염료 입자를 고체 기질 물질과 함께 침착시킬 때 상기 입자를 갖는 산란 중심을 포함시키는 것이다. 상기 산란 입자는 방출 파장(적색 및 녹색)의 1/2 정도의 직경, 고체 기질과 다른 지수를 가져야 하며 가시 스펙트럼 범위 전체를 통해 투명해야 한다. 바람직한 입자는 가시 스펙트럼 전체를 통한 투명성 및 넓은 굴절률의 결과로서 TiO2일 수 있다.Although the internal quantum efficiency is almost 100% for the selected organic fluorescent dye, the external quantum efficiency can be limited as a result of light trapping in the solid substrate. A preferred method of increasing external quantum efficiency is to include a scattering center with the particles when the dye particles are deposited with the solid substrate material. The scattering particles should have an index of about half the emission wavelength (red and green), a different index than the solid substrate, and be transparent throughout the visible spectral range. Preferred particles may be TiO 2 as a result of transparency and broad refractive index throughout the visible spectrum.

상기 디스플레이 광은 관찰자를 향할 필요가 있기 때문에, 적/녹색 유전체 스택(315)을 색 전환 층(325)과 광 셔터 층(310) 사이에 배치시킨다. 상기 적/녹색 유전체 층(315)은 적색과 녹색 방출을 80% 초과 반사해야 하며 청색 미세공동 광의 90% 이상을 통과시켜야 한다. 상기 적/녹색 유전체 스택(315)을 저렴한 방법에 의해, 예를 들어 중합체 압출, 콜로이드 침착 또는 플라스마 촉진된 화학적 증착에 의해 침착시키는 것이 바람직하다. 당해 분야에서 통상적으로 실시되는 다른 방법들도 가능하다.Since the display light needs to face the viewer, a red / green dielectric stack 315 is disposed between the color conversion layer 325 and the light shutter layer 310. The red / green dielectric layer 315 must reflect more than 80% of the red and green emission and pass at least 90% of the blue microcavity light. It is desirable to deposit the red / green dielectric stack 315 by inexpensive methods, for example by polymer extrusion, colloidal deposition or plasma promoted chemical vapor deposition. Other methods commonly practiced in the art are also possible.

상술한 바와 같이, 상기 색 전환 층(325)은 하향 전환 없이 청색 레이저 광을 통과시키는 청색 화소를 함유한다. 상기 청색 미세공동 광의 좁은 발산 각으로 인해, 상기 청색 화소는 청색 광의 각 방출 원뿔을 증가시키는 물질을 통합시킬 필요가 있다. 당해 분야에 널리 공지된 바와 같이, 청색 미세공동 광을 순 방향으로 우선적으로 산란시키는 산란 입자를 선택할 수 있다. 녹색 및 적색 화소들에 대해서, 상기 산란 입자는 고체 기질과 상이한 지수를 가지며 투명해야 한다. 상기 산란 입자의 크기 및 굴절률 모두 순 방향 산란을 향상시키는 널리 공지된 방식에 따라 선택한다. 산란 입자를 청색 화소 기질에 포함시킴으로써 각 방출 원뿔을 증가시키는 것 이외에, 당해 분야에서 통상적으로 실시되는 다른 방법들도 가능하다.As described above, the color conversion layer 325 contains blue pixels that pass blue laser light without downconversion. Due to the narrow divergence angle of the blue microcavity light, the blue pixel needs to incorporate a material that increases the angular emission cone of blue light. As is well known in the art, scattering particles may be selected that preferentially scatter blue microcavity light in the forward direction. For green and red pixels, the scattering particles should be transparent and have an index different from that of the solid substrate. Both the size and refractive index of the scattering particles are selected according to well known ways of enhancing forward scattering. In addition to increasing each emission cone by including scattering particles in a blue pixel substrate, other methods commonly practiced in the art are possible.

상기 색 전환 층(325)의 청색, 녹색 및 적색 화소는 디스플레이 용도(주어진 디스플레이 면적 및 해상도)에 따라 크기를 분류하고 비용 효과적인 과정을 사용하여 선택적으로 침착시킬 필요가 있다. 한 가지 방법은 형광 입자 및 산란 입자를 포토레지스트 제형에 통합시키는 것이다. 이러한 유형의 접근법을 사용하여 염색된 광 영상성 포토레지스트를 제조하였으며(CFA가 상기 기법에 의해 통상적으로 침착된다), 이때 염색된 입자들을 상기 포토레지스트 제형에 가한다. 상기 접근법을 사용하여, 색 전환 층(325)의 청색, 녹색 및 적색 부분을 당해 분야에 널리 공지된 사진석판인쇄 기법을 사용하여 선택적으로 침착시킬 수 있다. 색 전환 층(325)의 사진 석판 인쇄법에 의한 선택적인 침착 이외에, 당해 분야에서 통상적으로 실시되는 다른 방법들을 사용할 수 있다.The blue, green and red pixels of the color conversion layer 325 need to be sized according to the display application (given display area and resolution) and selectively deposited using a cost effective process. One method is to incorporate fluorescent particles and scattering particles into the photoresist formulation. This type of approach was used to prepare dyed photoimaging photoresists (CFAs are typically deposited by this technique), where the dyed particles are added to the photoresist formulation. Using this approach, the blue, green and red portions of color conversion layer 325 can be selectively deposited using photolithography techniques well known in the art. In addition to selective deposition by photolithography of the color conversion layer 325, other methods commonly practiced in the art may be used.

넓은 면적을 갖는 상기 광 셔터 층(310)으로부터 CFA의 제거에 의해 획득되 는 효율 이득 이외에, 광원으로서 청색 방출 미세공동 어레이 디바이스는 다른 이점들을 가져온다. 상기 청색 미세공동 광 방출은 근 시준하기 때문에, 시야각 보상 필름 및 시준 필름(백라이트 유닛(220)에서 전형적으로 발견됨)을 모두 상기 디스플레이 구조로부터 제거할 수 있다. 상기 시야각 보상 필름 및 시준 필름을 상기 디스플레이 구조로부터 제거한 결과, 액정 디스플레이 디바이스의 비용을 줄일 수 있다.In addition to the efficiency gain obtained by the removal of CFA from the optical shutter layer 310 having a large area, the blue emitting microcavity array device as a light source brings other advantages. Since the blue microcavity light emission is near collimated, both the viewing angle compensation film and the collimating film (typically found in the backlight unit 220) can be removed from the display structure. As a result of removing the viewing angle compensation film and the collimating film from the display structure, the cost of the liquid crystal display device can be reduced.

Claims (32)

a) 펌프-광선 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛;a) a backlight unit for providing pump-ray light; b) 펌프-광선 광에 응답하고 화소를 갖되, 각 화소가 i) 투명 기판, ii) 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 기부 유전체 스택, iii) 펌프-광선 광에 응답하여 디스플레이 광을 생성시키기 위한 활성 영역, 및 iv) 상기 기부 유전체 스택으로부터 이격되고 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 상부 유전체 스택을 포함하는 미세공동(microcavity) 광-생성 어레이;b) generating display light in response to pump-ray light and having pixels, each pixel being i) a transparent substrate, ii) a base dielectric stack reflective to light over a range of wavelengths, iii) responsive to pump-ray light A microcavity light-generating array comprising an active region for activating, and iv) an upper dielectric stack spaced from the base dielectric stack and reflective to light over a range of wavelengths; c) 상기 미세공동 광-생성 어레이로부터 선택된 디스플레이 광을 통과시키기 위한 광 셔터;c) an optical shutter for passing display light selected from said microcavity light-generating array; d) 상기 미세공동 광-생성 어레이와 광 셔터 사이에 배치된 편광 층; 및d) a polarization layer disposed between said microcavity light-generating array and an optical shutter; And e) 상기 광 셔터 위에 배치되어 디스플레이 광의 시야 각 원뿔을 증가시키기 위한 광선 확장층e) a light expanding layer disposed over said optical shutter for increasing the viewing angle cone of display light; 을 포함하는, 화소 처리된 유색 광의 생성을 위한 디스플레이 장치.And a display device for generating pixelated colored light. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상이한 화소들의 상기 활성 영역이 펌프-광선 광에 응답하여 상이한 색의 디스플레이 광을 발생시키는 디스플레이 장치.And wherein said active region of different pixels generates display light of different colors in response to pump-ray light. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 펌프-광선 광을 투과시키고 이를 상기 유전체 스택들 중 하나 이상을 통해 활성 영역으로 도입시키는 디스플레이 장치.A display device that transmits pump-ray light and introduces it through one or more of the dielectric stacks into the active region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 셔터가, 선택된 디스플레이 광을 통과시키도록 인가된 장에 응답하는 액정을 갖는 하나 이상의 층 및 상기 액정 층의 선택된 부분에 상기 장을 인가시키는 수단을 포함하는 디스플레이 장치.At least one layer having a liquid crystal responsive to a field applied to pass the selected display light, and means for applying the field to a selected portion of the liquid crystal layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 셔터가 하나 이상의 편광 필름 층을 포함하는 디스플레이 장치.And the optical shutter comprises at least one polarizing film layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 셔터가 전기습윤 스위치를 갖는 하나 이상의 층을 포함하는 디스플레이 장치.And the optical shutter comprises at least one layer having an electrowetting switch. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 백라이트 유닛이 발광 다이오드 또는 냉 캐소드 형광 램프를 포함하는 디스플레이 장치.And the backlight unit includes a light emitting diode or a cold cathode fluorescent lamp. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 활성 영역이 하나 이상의 주기적인 이득(gain) 부분(들), 및 상기 주기적인 이득 부분(들) 중 어느 한 면에 배치되고 상기 주기적인 이득 부분(들)이 디바이스의 정상파 전자기장의 파복(antinode)들과 정렬되도록 배열된 이격 층을 포함하는 디스플레이 장치.The active region is disposed on either or more sides of one or more periodic gain portion (s) and the periodic gain portion (s) and the periodic gain portion (s) is an antinode of the standing wave electromagnetic field of the device. And a spacing layer arranged to align with the plurality of layers. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상이한 화소들의 상기 주기적인 이득 부분(들)이 적색, 녹색 또는 청색 광을 생성시키는 디스플레이 장치.And wherein said periodic gain portion (s) of different pixels produce red, green or blue light. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 유기 호스트 물질 및 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise an organic host material and a dopant. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 이격 층이 펌프-광선 광 및 상기 미세공동 광에 실질적으로 투명한 디스플레이 장치.And the spacing layer is substantially transparent to pump-ray light and the microcavity light. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 이격 층이 1,1-비스-(4-비스(4-메틸-페닐)-아미노-페닐)-사이클로헥산 또는 이산화 규소를 포함하는 디스플레이 장치.And the spacer layer comprises 1,1-bis- (4-bis (4-methyl-phenyl) -amino-phenyl) -cyclohexane or silicon dioxide. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 녹색 광을 생성시키는 상기 주기적인 이득 부분(들)의 일부가 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)의 호스트 물질 및 [10-(2-벤조티아졸릴)-2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-[1]벤조피라노[6,7,8-ij]퀴놀리진-11-온]의 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.Part of the periodic gain moiety (s) that produces green light is the host material of aluminum tris (8-hydroxyquinoline) and [10- (2-benzothiazolyl) -2,3,6,7-tetrahydro A display device comprising a dopant of -1,1,7,7-tetramethyl-1H, 5H, 11H- [1] benzopyrano [6,7,8-ij] quinolizine-11-one]. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 적색 광을 생성시키는 상기 주기적인 이득 부분(들)의 일부가 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)의 호스트 물질 및 [4-(다이시아노메틸렌)-2-t-뷰틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란]의 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.Some of the periodic gain moiety (s) that produce red light are the host material of aluminum tris (8-hydroxyquinoline) and [4- (dicyanomethylene) -2-t-butyl-6- (1, 1,7,7-tetramethylzulolidil-9-enyl) -4H-pyran]. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 청색 광을 생성시키는 상기 주기적인 이득 부분(들)의 일부가 2-3급-뷰틸-9,10-다이-나프탈렌-2-일-안트라센의 호스트 물질 및 2,5,8,11-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)-페릴렌의 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.Part of the periodic gain moiety (s) that produces blue light is the host material of 2-3-butyl-9,10-di-naphthalen-2-yl-anthracene and 2,5,8,11-tetrakis A display device comprising a dopant of (1,1-dimethylethyl) -perylene. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 중합체성 물질을 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise a polymeric material. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 무기 나노입자를 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise inorganic nanoparticles. a) 펌프-광선 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛;a) a backlight unit for providing pump-ray light; b) 펌프-광선 광에 응답하고, 화소를 갖되, 각 화소가 i) 투명 기판, ii) 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 기부 유전체 스택, iii) 펌프-광선 광에 응답하여 청색 광을 생성시키기 위한 활성 영역, 및 iv) 상기 기부 유전체 스택으로부터 이격되고 소정 범위의 파장에 걸쳐 광에 반사성인 상부 유전체 스택을 포함하는 미세공동 광-생성 어레이;b) responsive to pump-ray light, each pixel having i) a transparent substrate, ii) a base dielectric stack reflective to light over a range of wavelengths, iii) blue light in response to pump-ray light A microcavity light-generating array comprising an active region for producing and iv) an upper dielectric stack spaced from the base dielectric stack and reflective to light over a range of wavelengths; c) 상기 미세공동 광-생성 어레이로부터 선택된 유색 광을 통과시키기 위한 광 셔터;c) an optical shutter for passing colored light selected from said microcavity light-generating array; d) 상기 미세공동 광-생성 어레이와 광 셔터 사이에 배치된 편광 층; 및d) a polarization layer disposed between said microcavity light-generating array and an optical shutter; And e) 선택된 상이한 부분들이 청색 광에 응답하여 상이한 유색 광을 생성시키는 상이한 부분들을 포함하고 상기 선택된 유색 광의 시야 각 원뿔을 증가시키도록된 색 전환 층e) a color shifting layer adapted to increase the viewing angle cone of the selected colored light, wherein the selected different parts comprise different parts producing different colored light in response to the blue light; 을 포함하는, 화소 처리된 유색 광의 생성을 위한 디스플레이 장치.And a display device for generating pixelated colored light. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 색 전환 층이 적색 및 녹색 디스플레이 광을 생성시키기 위해 상이한 색 변화 물질을 포함하는 디스플레이 장치.And the color shifting layer comprises different color changing materials to produce red and green display light. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 색 전환 층으로부터 적색 및 녹색 광을 반사하기 위한 광 셔터의 상부에 배치된 제 3 유전체 스택을 추가로 포함하는 디스플레이 장치.And a third dielectric stack disposed on top of the optical shutter for reflecting red and green light from the color conversion layer. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 펌프-광선 광을 투과시키고 이를 상기 유전체 스택들 중 하나 이상을 통해 활성 영역으로 도입시키는 디스플레이 장치.A display device that transmits pump-ray light and introduces it through one or more of the dielectric stacks into the active region. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 광 셔터가, 선택된 디스플레이 광을 통과시키도록 인가된 장에 응답하는 액정을 갖는 하나 이상의 층 및 상기 액정 층의 선택된 부분에 상기 장을 인가시키는 수단을 포함하는 디스플레이 장치.At least one layer having a liquid crystal responsive to a field applied to pass the selected display light, and means for applying the field to a selected portion of the liquid crystal layer. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 광 셔터가 하나 이상의 편광 필름 층을 포함하는 디스플레이 장치.And the optical shutter comprises at least one polarizing film layer. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 광 셔터가 전기습윤 스위치를 갖는 하나 이상의 층을 포함하는 디스플레이 장치.And the optical shutter comprises at least one layer having an electrowetting switch. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 백라이트 유닛이 발광 다이오드 또는 냉 캐소드 형광 램프를 포함하는 디스플레이 장치.And the backlight unit includes a light emitting diode or a cold cathode fluorescent lamp. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 활성 영역이 하나 이상의 주기적인 이득 부분(들), 및 상기 주기적인 이득 부분(들) 중 어느 한 면에 배치되고 상기 주기적인 이득 부분(들)이 디바이스의 정상파 전자기장의 파복들과 정렬되도록 배열된 이격 층을 포함하는 디스플레이 장치.The active region is disposed on one or more of the periodic gain portion (s) and on either side of the periodic gain portion (s) and arranged such that the periodic gain portion (s) are aligned with the waves of the standing wave electromagnetic field of the device. A display device comprising spaced apart layers. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 유기 호스트 물질 및 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise an organic host material and a dopant. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 이격 층이 펌프-광선 광 및 상기 미세공동 광에 실질적으로 투명한 디스플레이 장치.And the spacing layer is substantially transparent to pump-ray light and the microcavity light. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 이격 층이 1,1-비스-(4-비스(4-메틸-페닐)-아미노-페닐)-사이클로헥산 또는 이산화 규소를 포함하는 디스플레이 장치.And the spacer layer comprises 1,1-bis- (4-bis (4-methyl-phenyl) -amino-phenyl) -cyclohexane or silicon dioxide. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 청색 광을 생성시키는 상기 주기적인 이득 부분(들)의 일부가 2-3급-뷰틸-9,10-다이-나프탈렌-2-일-안트라센의 호스트 물질 및 2,5,8,11-테트라키스(1,1-다이메틸에틸)-페릴렌의 도판트를 포함하는 디스플레이 장치.Part of the periodic gain moiety (s) that produces blue light is the host material of 2-3-butyl-9,10-di-naphthalen-2-yl-anthracene and 2,5,8,11-tetrakis A display device comprising a dopant of (1,1-dimethylethyl) -perylene. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 중합체성 물질을 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise a polymeric material. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 주기적인 이득 부분(들)이 무기 나노입자를 포함하는 디스플레이 장치.And the periodic gain portion (s) comprise inorganic nanoparticles.
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