KR20100080801A - 개선된 광 출력을 가진 ｌｅｄ 디바이스 - Google Patents

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Abstract

백색 발광 미세공동 발광 다이오드 디바이스는 기판상에 형성된 반사 전극(12) 및 반투명 전극(16) 및 반사 전극과 반투명 전극 사이에 형성된 패턴화되지 않은 백색 발광 층(14)을 포함하며, 반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 광학 공동들을 형성한다. 반사 또는 반투명 전극은 독립적으로 제어가능한 발광 소자들(50, 52, 54)을 형성하기 위해 패턴화된다. 컬러 필터들(40R, 40G, 40B)은 컬러 서브 픽셀들을 형성하기 위해 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층(14)과 맞대고 있는 반투명 전극(16)의 측면 위에 형성된다. 적어도 하나의 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 백색을 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B)을 구비한다. 백색 서브 픽셀은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조된 광학 미세공동들(66Y, 66B)을 포함한다.

Description

개선된 광 출력을 가진 ＬＥＤ 디바이스{LED Device Having Improved Light Output}
본 발명은 발광다이오드(LED) 디바이스, 더욱 구체적으로 광 출력, 주위 명암비(ambient contrast ratio) 및 생산성을 개선하기 위한 LED 디바이스 구조에 관한 것이다.
발광 평판 디스플레이 디바이스들은 컴퓨터 디바이스와 특히 휴대용 디바이스와 함께 널리 사용된다. 이런 디스플레이들은 주로 상당한 주위 조명을 가진 공공 장소에서 주로 사용되고 넓은 다양한 각도에서 보인다.
유기발광다이오드(OLED)는 평판 디스플레이 디바이스에서 여러 장점을 가지며 광학 시스템에서 효과적이다. 탱 등의 2002년 5월7일 출원된 미국특허 제 6,384,529호는 OLED 발광 소자들(픽셀들)의 어레이를 포함하는 OLED 컬러 디스플레이를 도시한다. 빛은 전류가 유기 재료를 통과할 때 픽셀로부터 방출되며, 빛의 주파수는 사용된 유기 재료의 성질에 의존한다. 유기 재료들은 전극들 사이의 기판상에 위치하며, 봉지 덮개 층 또는 평판(encapusulating cove layer or plate)을 가진다. 이런 디스플레이에서, 빛은 기판(바텀 이미터) 또는 봉지 덮개(탑 이미터) 또는 둘 다를 통해 방출될 수 있다. 방출된 빛은 람베르시안(lambertian)인데, 즉, 모든 방향에서 동일하게 방출된다. LED 디바이스들은 높은-광학-지수 발광 재료를 사용하기 때문에, 방출된 빛의 많은 비율(예를 들어, 50% 초과)이 전체 내부 반사에 의해 디바이스에 갇혀서 디바이스 효율을 감소시킨다.
광학 공동 구조들은 OLED 디바이스 구조로부터 방출된 빛을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 이런 광학 공동 구조들은 박막에 형성될 때 미세공동 또는 광 미세공동으로 알려져 있다. LED 디바이스에 형성될 때, 다른 색-발광 유기 재료들은 반사 전극과 반-투명 전극 사이의 기판 위에 패턴-방향으로 증착된다. 다른 색들을 가진 광 이미터들은 통상적으로 패턴화된 유기 재료들에 의해 방출된 빛의 색에 대응하여, 빛의 원하는 피크 파장에 동조된 광학 공동 내에 형성된다. 미국특허 제 6,680,570호는 광학 공동을 형성하기 위해 스페이서 층들을 사용하여 색 제어가 개선된 유기 발광 디바이스를 개시한다. 도 9는 액티브-매트릭스 박막 구성요소(30), 평탄 구조들(32 및 34) 및 반투명 전극(16)을 가진 기판(10)을 사용하는 이런 종래의, 액티브-매트릭스, 바닥-방출 광학 공동 다비이스를 도시한다. 적색, 녹색 및 청색 발광을 제공하는 패턴화된 유기 재료들(14R, 14G 및 14B)은 발광 층(14)에 증착된다. 광학 스페이서들(26R, 26G 및 26B)은 각각 적색(80), 녹색(82) 및 청색(84)을 발광하기 위해, 적색, 녹색 및 청색의 원하는 피크 파장에 동조된 광학 공동들(60, 62 및 64)을 형성하기 위해 사용된다. 덮개(20)는 디바이스를 보호하고 봉지하기 위해 사용될 수 있다. 이런 디자인들은 효과적인 반면, 큰 기판으로 비율을 올리기 어려운 패턴화된 유기 재료 증착 기술(예를 들어, 금속 섀도 마스크를 통한 진공 증착)을 필요로 한다. 또한, 광학 공동 디바이스들은 통상적으로 허용할 수 없는 앵귤러 컬러 의존성 (angular color dependence)을 경험한다. 예를 들어, 미국특허 제 7,189,238호에 교시된 대로, 광학 공동 구조를 가진 컬러 필터를 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 효과적인 반면, 이런 방법은 디바이스의 생산성을 개선하지 못하며 일부 조명 조건하에서 부적절한 주위 명암비를 제공한다. 또한, 컬러 필터들은 발광 층으로부터 방출된 빛을 흡수하여, 디바이스 효율을 감소시킨다.
"발광 소자"라는 제목의 미국특허 제 5,554,911호는 방출 파장을 결정하는 각각의 다른 광학 길이를 가진 적어도 두 개의 광학 공동 구조를 가진 다색 발광 소자를 개시한다. 각각의 광학 공동 구조는 발광 영역으로서 유기 재료를 포함하며, 유기 재료는 소자에서 균일 두께의 단일 막일 수 있다. "동조된 미세공동 컬러 OLED 디스플레이"라는 제목의 미국특허 제 6,861,800호는 공동 전극 위에서 다른 소정의 컬러 빛을 방출하는 적어도 두 개의 다른 색 픽셀 세트로 나뉜 픽셀들의 어레이를 가진 미세공동 OLED 디바이스를 개시하며, 어레이에서 각 픽셀은 기판 위에 배치된 금속 바닥-전극 층 및 금속 바닥-전극 층으로부터 이격된 금속 전극 층을 포함한다. 반-투명 금속 전극 층을 위한 재료는 Ag, Au 또는 이의 합금을 포함한다. 반-투명 금속 전극 층의 두께, 유기 층들 및 투명 도전성 상-층의 결합된 두께 및 발광 층의 배치는 미세공동이 없는 필적할만한 OLED 디바이스의 발광 출력 효율 이상의 발광 출력 효율을 가진 동조된 미세공동 OLED 디바이스를 형성하도록 선택된다. 미국특허 제 5,949,187호는 제 1 투명 스페이서 및 빛을 OLED 속으로 다시 반사하고 제 1 미세공동의 광학 길이를 한정하도록 제 1 스페이서에 위치된 제 1 거울 층을 포함하는 제 1 미세공동을 가진 OLED를 개시한다. 제 1 미세공동의 광학 길이는 제 2 미세공동으로부터 방출된 빛이 제 2 스펙트럼을 갖는 것이다. 다른 미세공동들은 빛 스펙트럼을 더 강화하고 바꾸기 위해 상기 구조에 위치될 수 있다. 그러나, 이런 디자인들은 제조 비용을 증가시키고, 원하는 것보다 낮은 광 출력과 원하는 것보다 큰 반사율뿐만 아니라 어느 각도에서 직각까지 이동하는 빛을 위한 유효 광학 경로 길이의 변화 때문에, 다른 시야각들에서 상당한 색 변화를 일으킬 수 있다.
안토니아디스에 의한 "미세공동 OLED 디바이스를 위한 색 변화 감소 또는 제거"라는 제목의 US 2006/0066228 A1은 다른 시야각들에서 색 변화를 최소화하거나 제거하는 미세공동 OLED 디바이스를 개시한다. OLED 디바이스는, 예를 들어, 지역 조명을 위해 사용된 OLED 디스플레이 또는 OLED 광원일 수 있다. 이 OLED 디바이스는 기판상에 다층 거울을 포함하며, 이 층들의 각각은 비 흡수 재료로 구성된다. 또한 OLED 디바이스는 다층 제 1 거울 상에 제 1 전극을 포함하고 제 1 전극은 실질적으로 투명하다. 발광 층은 제 1 전극 상에 위치한다. 제 2 전극은 발광 층 상에 위치하고, 제 2 전극은 실질적으로 반사성이라서 거울로 작용한다. 다층 거울 및 제 2 전극은 미세공동을 형성한다. 기판의 전면 상에 빛 변조 박막이 위치한다. 빛 변조 박막은 컷-오프 컬러 필터, 밴드-패스 컬러 필터, 휘도 향상 막, 인식된 색 변화가 있는 각에서 방출 스펙트럼을 약화시키는 미세구조 또는 파장을 재분배하여 출력된 방출 스펙트럼들이 동일하게 인식된 색을 갖는 미세구조 중 임의의 것일 수 있다. 이런 디자인들은 패턴화된 증착 공정들 때문에 제조 비용이 증가할 수 있다. 또한, 상당한 빛이 컬러 필터들에 의해 흡수될 수 있어서, 효율을 감소시킨다.
대형 기판들에 대한 금속 증착 문제를 극복하는 한 방법은 풀-컬러 디스플레이를 형성하기 위해, 콕의 "개선된 효율을 가진 적층된 OLED 디스플레이"라는 제목의 미국특허 제 6,987,355호에 교시된 대로, 단일 발광 층, 예를 들어, 백색광 이미터를 컬러 필터들과 함께 사용하는 것이다. 그러나, 컬러 필터들의 사용은 디바이스의 효율을 상당히 감소시킨다. 예를 들어, 콕 등의 "개선된 전력 효율을 가진 컬러 OLED 디스플레이"라는 제목의 미국특허 제 6,919,681에 교시된 대로, 컬러 필터를 포함하지 않는 백색 서브-픽셀을 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이 명세서는 앵귤러 컬러(angular color) 문제 또는 다량의 갇힌 빛에 대해 언급하지 않는다.
윈스터 등의 미세공동 색역(color gamut) 서브 픽셀과 색역 서브 픽셀을 가진 OLED 디바이스라는 제목의 미국특허 7,030,553호는 종래의 미세공동 디바이스의 예를 개시한다. 이 명세서는 발광 픽셀들의 어레이를 포함하는 OLED 디바이스를 개시하며, 각 픽셀은 빛을 생산하는 적어도 하나의 발광 층과 이격된 전극들을 포함하는 유기 층들을 구비한 서브-픽셀들을 포함한다. 색역을 정의하는 색들을 생산하는 적어도 세 개의 색역 서브 픽셀과 색역 서브 픽셀에 의해 생산된 색역 내에서 빛을 생산하는 적어도 하나의 서브 픽셀이 있다. 색역 서브 픽셀들 중 적어도 하나는 미세공동을 형성하는 기능을 하는 반사기 및 반투명 반사기를 포함한다. 그러나, 이 디자인은 상부 발광 포맷으로 제조하는데 어려울 수 있는 패턴화된 반투명 전극을 사용한다. 또한, 앵귤러 컬러 변화는 언급하지 않는다.
따라서, 종래 기술의 단점들을 극복하고 LED 디바이스의 광 출력, 앵귤러 컬러 성능 및 생산성을 증가시키는 개선된 발광 구조에 대한 요구가 존재한다.
이런 요구는 다음을 포함하는 백색 발광 미세공동 발광 다이오드 디바이스에 의해 본 발명의 한 실시예에서 충족된다:
a) 기판:
b) 기판 위에 형성된 반사 전극 및 반투명 전극 및 반사 전극과 반투명 전극 사이에 형성된 패턴화되지 않은 백색 발광 층, 반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 광학 공동을 형성하며 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자를 형성하도록 패턴화된다;
c) 컬러 서브 픽셀들을 형성하기 위해 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극의 측면 위에 형성된 적어도 두 개의 다른 색을 구비하는 복수의 컬러 필터, 적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 함께 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분을 구비한다; 및
d) 여기서 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분 중 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 미세공동을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조된다.
본 발명의 다른 실시예는 공통으로 제어된 부분들 중 하나 이상의 광학 공동에 광학 미세공동들을 제공한다. 각 광학 미세공동은 여러 발광 각도에서 다른 보색 파장에서 발광하도록 동조된다.
본 발명의 세 번째 실시예는 LED 디바이스를 제조하는 방법을 제공하며, 다음 단계를 포함한다:
a) 기판을 제공하는 단계;
b) 기판 위에 반사 전극 및 반투명 전극을 형성하고 반사 전극과 반투명 전극 사이에 패턴화되지 않은 백색 발광 층을 형성하는 단계, 반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 광학 공동을 형성하며, 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자들을 형성하도록 패턴화된다;
c) 컬러 서브 픽셀들을 형성하도록 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극들의 측면 위에 적어도 두 개의 다른 색을 구비하는 복수의 컬러 필터를 형성하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분들을 구비한다; 및
d) 여기서 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분의 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 미세공동을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조된다.
본 발명은 LED 디바이스의 광 출력과 생산성을 증가시키고 임의의 앵귤러 컬러 변화를 감소시키는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 탑-이미터 LED 디바이스의 부분 단면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 탑-이미터 LED 디바이스의 부분 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 효과적인 광 스페이서를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들의 CIE x 및 CIE y 공간에서 발광 파장을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들을 이해하는데 효과적인 다양한 황색 및 청색 주파수 조합을 위한 일정한 D65 광 출력을 도시하는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예들에 효과적인 미세공동 구조를 갖지 않은 직각 시야각에서 백색 이미터의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 다양한 실시예들에 효과적인 컬러 필터의 스펙트럼과 함께 직각 시야각과 다른 시야각에서 미세공동을 가진 백색 이미터의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 6c는 컬러 필터를 포함하는 본 발명의 한 실시예의 CIE x 및 CIE y에서 발광 파장을 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 6c의 다양한 부분을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 공통으로 제어가능한 부분들의 다른 상대 크기들을 가진 백색 서브 픽셀을 위한 시야각을 가진 백색점 변이를 도시하는 그래프이다.
도 9는 종래의 바텀-이미터 LED 디바이스의 부분 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 방법에 따른 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 LED 디바이스를 사용하는 시스템이다.
개별 층들은 묘사를 위해 일정한 비율로 축소하는데 너무 얇고 너무 큰 다양한 층들의 다른 두께 때문에 도면은 일정한 비율로 축소되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 다이오드 디바이스의 예시적 예는 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 반사 전극(12) 및 반투명 전극(16)을 포함한다. 반사 전극(12) 또는 반투명 전극(16)은 패턴화되어 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 소자들(50, 52, 54 및 56)을 형성한다. 도 1에 도시된 대로, 예를 들어, 반사 전극(12)은 패턴화된다. 독립적으로 제어가능한 발광 소자들은, 예를 들어, 기판(10) 상에 형성된 박막 전자 구성요소(30)에 의해 제어될 수 있다. 다른 전극(예를 들어, 16)은 패턴화되지 않을 수 있고 발광 소자들(50, 52, 54 및 56)의 모두에 전기적으로 공통일 수 있다. 패턴화되지 않은 백색 발광 층(14)은 반사 전극(12)과 반투명 전극(16) 사이에 형성되고 복수의 층을 포함할 수 있다. 반사 전극(12), 반투명 전극(16) 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층(14)은 광학 공동들(60, 62, 64 및 66)을 형성한다. 광학 공동(66)은, 상기한 대로, 복수의 다른 광학 미세공동(66Y 및 66B)을 더 포함한다. 적어도 두 개의 다른 색을 구비하는 복수의 컬러 필터(40R, 40G 및 40B)는 컬러 서브 픽셀들을 형성하기 위해 독립적으로 제어가능한 발광 소자들(50, 52, 54)과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층(14)과 맞대고 있는 반투명 전극(16)의 측면 위에 형성된다. 적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자(56)는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 함께 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B)을 구비한다. 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B) 중 하나 이상의 광학 공동(66)은 복수의 광학 미세공동(66Y, 66B)을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어가능한 부분들(56Y, 56B)의 공통으로 제어가능한 미세공동들(66Y, 66B)은 여러 각 또는 모든 시야각에서 보색 파장들의 빛을 방출한다.
본 발명에서 사용한 대로, 픽셀은 셋 이상의 서브 픽셀을 포함하는 다색 픽처 소자이고, 각각의 서브 픽셀은 다른 색의 빛을 방출하는 독립적으로 제어된 광 이미터를 포함한다. 통상적으로, 픽셀들은 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀들을 포함한다(RGB 구조). 또한, 본 명세서에서 사용한 대로, 백색 서브 픽셀은 각 픽셀에 포함되고(RGBW 구조) 적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자 서브 픽셀과 일치한다. 백색 서브 픽셀이 RGBW 구조에 사용될 때, 백색 서브 픽셀이 적색, 녹색 또는 청색 서브 픽셀들 중 임의의 것보다 더 큰 발광 효율을 갖는 경우(백색 서브 픽셀 위에 컬러 필터가 없기 때문에 일반적으로 사실임), 증가된 휘도 및 감소된 전력 효율이 낮음-대-중간 색 포화(즉, 현저한 회색 성분을 구비함)를 구비한 영역들을 포함하는 이미지들에 대해 얻어진다. 발광 소자들(50, 52, 54, 56)은 서브 픽셀들과 일치한다.
따라서 본 발명은 디스플레이와 같은 정보 제공 디바이스에서 개별 픽셀을 형성하기 위해 RGBW(적색, 녹색, 청색 및 백색) 서브 픽셀 구조를 사용한다. 공통의, 패턴화되지 않은 백색 이미터(14)가 사용된다. 컬러 빛은 컬러 필터들(40R, 40G, 40B)(컬러 서브 픽셀의 경우)과 함께 각 색을 위한 개별적으로 동조된 미세공동의 조합에 의해 형성된다. 블랙 매트릭스(40K)는 발광 소자들(50, 52, 54, 56) 사이의 주위 빛을 흡수하는데 사용될 수 있다. 평탄화 및 절연 층(32 및 34)은 독립적으로 제어가능한 발광 소자들을 전기적으로 분리하기 위해 제공될 수 있다. 컬러 필터는 광학 미세공동들(66Y, 66B)이 보색들을 형성하기 때문에, 공통으로 제어가능한 부분(56Y, 56B)에 불필요할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예 및 하기한 대로, 하나 이상의 개별 컬러 필터(40WY, 40WB)는 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어가능한 부분(56Y, 56B)과 함께 또는 개별적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 공통 백색 이미터는 컬러 서브 픽셀들 중 적어도 하나보다 더욱 효과적일 수 있다. 게다가, 광학 미세공동들의 보색 쌍 중 하나 또는 둘은 컬러 서브 픽셀 중 적어도 하나보다 더욱 효과적인 하나 또는 두 개의 광 이미터를 가질 수 있다. 발광은 비록 컬러 서브 픽셀들이 컬러 필터를 포함하지 않는 경우에도 컬러 서브 픽셀들에 비해 더욱 효과적일 수 있다. 공통 백색 이미터의 효율은 방사 효율 또는 발광 효율의 면에서 정해진다.
도 1의 부분의 더욱 상세한 도면인 도 2를 참조하면, 반사 전극(12)은 광학 공동들을 위한 스페이서들(26)과 함께 기판(도시되지 않음) 위에 형성된다. 광학 공동들(60, 62, 64, 66Y, 66B)의 각각은 공동 미세공동들, 예를 들어, 각각 적색, 녹색, 청색, 황색 및 청색을 형성하기 위해 일치하는 스페이서들(26R, 26G, 26B, 26WY 26WB)와 동조된다.
도 1에 도시된 대로, 본 발명은 반사 전극(12)과 발광 층(14) 사이에 다른 두께들을 가진 스페이서 층들(26R, 26G, 26B 및 26W)을 사용할 수 있다. 다른 두께들은 다른 광학 공동들(60, 62, 64)의 광학 반응에 동조하도록 선택된다. 도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 광학 공동들은 반사 층(11)과 투명 도전 층(15), 반사 층(11)과 반사 전극(12)을 포함하는 투명 도전 층(15) 사이에 투명 스페이서 층들(13R, 13G, 13B, 13WY, 13WB)을 사용함으로써 동조될 수 있다. 다른 실시예에서, (도시되지 않음) 스페이서 층들은 다른 위치들, 예를 들어, 발광 층(14)과 반투명 전극(16) 사이에 위치될 수 있다. 이런 예시적 실시예들의 모두에서, 반사 층과 도전 층 모두는, 반사 층과 도전 층이 동일한 층이든 아니든, 인접한 층이든 아니든 또는 스페이서 층들에 의해 분리되든 아니든 반사 전극을 포함한다.
본 명세서에서, 빛의 보색 파장들은 함께 볼 때, 플랑키안 궤적 상에 또는 근처의 빛과 같은 실질적으로 백색을 나타내는 빛을 형성하는 빛의 파장들이다. 예를 들어, 청색 및 황색은, 청록색 및 적색 및 심홍색 및 녹색이 보색 쌍을 형성하는 것처럼, 보색 쌍을 형성한다. 한편, 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어가능한 부분(56Y, 56B)의 공통으로 제어가능한 광학 미세공동(66Y, 66B)은, 함께 볼 때, 백색을 방출한다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 서브 픽셀들은 디스플레이에서 픽셀들을 형성할 수 있고 서브 픽셀들은 디자인 시야 거리에서 눈으로 개별적으로 구별할 수 없거나 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어가능한 부분(56Y, 56B)이 아니다. 한편, 백색 서브 픽셀(56)로부터 방출된 빛은, 비록 백색 서브 픽셀(56)로부터 방출된 빛이 실제로 보색들의 조합인 경우에도, 전형적인 인간 눈에 백색으로 보일 것이다. 간략하게 하기 위해, 도면들은 청색 및 황색 발광 광학 미세공동(66Y, 66B)을 도시하나 본 발명은 이런 실시예들에 제한되지 않는다.
작동시에, 예를 들어, 박막 트랜지스터(30)를 통해 공급되는 것과 같이, 전류는 전극들(12 및 16)을 통해 발광 층(14)을 통과하여, 발광을 일으킨다. 발광된 빛의 일부는 직접 디바이스 밖으로 통과하거나 컬러 필터를 통해 디바이스 밖으로 통과한다. 다른 빛은 반사 전극(12)으로부터 반사되고 디바이스 밖으로 통과한다. 직각보다 큰 각에서 방출된 다른 빛은 전체 내부 반사를 통해 갇힌다. 광학 공동 구조들은 발광된 빛의 발광 각도를 감소시키는 역할을 하여, 갇힌 빛의 양을 감소시키고 전방으로 더 많은 원하는 빛을 집중시킨다. 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어가능한 부분들(56Y 및 56B)은 동일한 전극 컨트롤(예를 들어, 트랜지스터)과 동시에 구동되어 이들은 독립적으로 자극되지 않을 수 있어서, 비록 다른 광학 구성요소들을 갖지만 하나의 서브 픽셀을 나타낸다. 본 발명은 액티브 매트릭스 및 패시브 매트릭스 제어 회로와 사용될 수 있다.
특히, 본 발명은 직각으로부터 다양한 각도들에서 백색으로 보이는 실질적으로 백색광을 형성하기 위한 수단을 제공한다. 각 광학 미세공동(66Y, 66B)으로부터의 광 출력은 빛이 방출되는 각이 기판에 대해 직각(90도)으로부터 증가함에 따라 주파수가 증가하고 (파장이 감소한다). 종래기술에서, 미세 공동들은 반투명 전극의 반사율에 따라 강도가 변하게 형성될 수 있다고 이해된다. 강한 미세공동을 구비한 디바이스들은 포화된(백색 아님) 빛을 방출할 것이다. 그러나, 약한 미세공동을 가진 디바이스들은 패턴화되지 않는 백색 이미터를 사용하여 형성될 때 비교적으로 백색인 빛을 생산할 수 있다. 종래기술에 따라, 약한 미세공동 내에 위치될 때, 백색 이미터 층은 백색광을 생산할 것이다; 그러나, 이런 단일 소자 백색 이미터는 반사 전극(12)의 직각에 대해 측정한 대로 0도보다 큰 각도에서 보일 때 짧은 파장들로 이동되는 빛을 방출하는 경향이 있다. 백색 이미터들은 본질적으로 광대역이기 때문에, 주파수들의 넓은 범위에서 일반적인 이동은 직각에 대해 더 큰 각에서 보인다. 또한, 인간 시각 시스템은 녹색에 가장 민감하며, 따라서, 이런 디바이스는 반사 전극에 대해 직각으로부터 0도보다 큰 각도에서 보일 때 통상적으로 녹색 또는 청록 외관을 띨 것이다.
그러나, 본 발명의 한 실시예에 따라, 더 강한 미세공동들은 둘 이상의 다른 광학 미세공동들로 백색 발광 소자를 형성하도록 사용될 수 있고, 미세공동들은 상당한 색 포화를 나타내고 백색광 이미터 단독보다 더 높은 밴드 폭을 가진 빛을 개별적으로 방출할 수 있다. 백색 서브 픽셀(56)의 다른 광학 미세공동들은 0도보다 큰 각도에서 보일 때 개별 미세공동들의 각각에서 발생하는 출력 주파수에서의 변화를 서로 보상할 수 있다. 더욱 구체적으로, 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B)의 각각으로부터 방출된 빛의 파장 또는 효율은 다른 시야각들에서 변할 것이나, 상보적인 방식으로 변하여 공통으로 제어된 부분들(56Y, 56B)로부터 결합된 발광의 백색점은 개개의 공통으로 제어된 부분들(56Y, 56B)의 색 변화와 비교하여 비교적 작은 변화를 겪을 것이다.
도 4를 참조하면, CIE(1931 x,y) 색도도는 단색 광원의 위치를 나타내는 스펙트럼 궤적(205) 및 결합하는 적색 광 및 청색 광 경계(206)로 도시된다. 스펙트럼 궤적(205)과 심홍색 경계(206)에 의해 둘러싸인 영역은 모든 볼 수 있는 색을 포함한다. 청록색/청색-발광 광학 미세공동(예를 들어, 광학 미세공동(66B)으로부터)의 발광(210)은 기판의 직각에 대해 복수의 증가하는 각도에서 도시되며, 0.160, 0.253의 x,y 좌표를 가진 직각에서 시작하여 0.186, 0.116의 x,y 좌표를 가진 60도에서 끝난다. 특히, 광학 미세공동의 시야각이 증가함에 따라, 빛의 인식된 색은 더 청색이 되고, 더 높은 주파수와 더 짧은 파장을 가진다. 마찬가지로, 황색/녹색-발광 광학 미세공동(광학 미세공동(66Y)으로부터)의 CIE 좌표(215)는 복수의 각도에서 도시된다. 또한, 광학 미세공동의 시야각이 증가함에 따라, 빛의 인식된 색은 더욱 녹색이 되고, 더 높은 주파수와 더 짧은 파장을 가지며, 0.469, 0.389의 x,y 좌표에서 시작하여 0.233, 0.598의 x,y 좌표에서 끝난다. 비록 개개의 공통으로 제어가능한 부분들로부터 방출된 빛은 컬러이지만, 컬러들은 보색이기 때문에 결합된 빛은 백색으로 보이며, CIE 좌표(200)로 도시된 것과 같이 0도 시야각에서 볼 때 0.267, 0.300의 CIE(1931) 색도 좌표를 가지며 60도의 시야각에서 볼 때 0.1987, 0.246의 CIE(1931) 색도 좌표를 가진다. 시야각이 변함에 따라, 청색 및 황색 이미터들은 색을 현저하게 바꾼다. 그러나, 결합된 색은 비교적 일정하고 실질적으로 백색으로 유지된다. 점(225)은 기판에 대한 직각에서 백색점을 나타내고 점(230)은 기판 직각에 대해 60도 각도에서 백색점을 나타낸다. 이런 곡선들은 출원인들에 의해 제조된 실제의 백색광 OLED 디바이스로부터 얻을 수 있고 다른 각도들에서 색의 변화를 모델로 하였다.
이 그래프로부터 볼 수 있듯이, 백색의 색도 좌표들은 y 치수에서 약간 변하는 반면, 다소 큰 변화는 x 치수에서 보인다. 그러나, 전체 변화는 청색 또는 황색 이미터의 각각의 변화보다 더 작고 색은 실질적으로 백색을 유지한다. 도 5를 참조하면, 일정한 D65 백색점(200)의 그래프는 다른 보색 황색 및 청색 발광 주파수들에서 보인다. 이 그래프에서 볼 수 있듯이, 황색 파장에서 더 큰 변화는 백색점을 유지하기 위해 청색 파장에서 더 작은 변화를 상쇄하는데 필요하다. 또한, 출원인들에 의해 수행된 실험들은 관찰자들이 백색 또는 흐린 회색의 황색 방향에 대한 색 변화보다는 청색 방향에 대한 색 변화에 더욱 관대하다는 것을 보여주었다. 도 4에 도시된 이미터들은 황색 변화를 최소화하기 위해 청색-황색 기여를 조화시키는 반면 청색 방향에 대한 약간의 굴곡을 허용함으로써 이런 효과들을 이용한다. 이 변화는 기판에 대해 직각에서 방출된 빛을 우선적으로 통과시키고 직각 이외의 각도에서 방출된 빛을 우선적으로 흡수하는 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B) 중 하나 위에 형성된 컬러 필터를 사용함으로써 물리적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 필터(도 1의 40WY)는 황색 발광 광학 미세공동(66Y) 위에 사용될 수 있다. 컬러 필터는, 예를 들어, 570nm, 560nm 또는 550nm 미만의 파장을 가진 녹색을 띈 빛을 흡수한다. 이것은 백색점의 더 짧은 파장들로의 이동을 제한하거나, 동일하게 청색 이미터들의 상대적 충격을 증가시키는 효과를 가질 것이다. 다른 실시예들과 출원인들에 의해 모델화된 대로, 예를 들어, 500nm, 490nm 또는 480nm 미만의 파장을 가진 청색을 띈 빛을 흡수하는 필터(예를 들어, 도 1의 40WB)를 사용할 수 있다.
매우 다양한 백색 발광 재료들은 컬러 서브 픽셀(50, 52, 54) 및 백색 서브 픽셀(56)의 광학 미세공동들(66B, 66Y)에 대한 다양한 종류의 광학 공동 크기들과 함께 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분들(56Y, 56B) 중 하나는 기판에 대해 직각에서 실질적으로 청색 또는 청록색을 발광할 수 있고 공통으로 제어된 부분들 중 다른 하나는 기판에 대해 직각에서 실질적으로 녹색, 오렌지색 또는 적색을 발광할 수 있다. 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분들 중 하나는 기판에 대해 직각에서 550nm보다 큰 피크 파장 방출을 가진 빛을 방출할 수 있고 백색 서브 픽셀의 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분들 중 다른 하나는 기판에 대해 직각에서 500nm 미만의 피크 파장 방출을 가진 빛을 방출한다. 다른 실시예들에서, 백색 서브 픽셀의 광학 미세공동들은 적색, 녹색 및 청색 또는 황색 및 청색 또는 적색 및 청록색 또는 오렌지색 및 청록색 또는 심홍색 및 녹색을 발광하도록 동조된다. 특히, 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들 중 하나는 직각에서 550nm 보다 큰 피크 파장을 갖는 빛을 방출하도록 동조될 수 있고 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분 위에 형성된 550nm 미만의 파장을 가진 상당한 양을 흡수하는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
다양한 백색 이미터들이 본 발명에 따라 사용될 수 있고 다양한 미세공동들은 백색 이미터들로부터 백색 발광 소자들을 만들도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6a는 출원인들에 의해 제조되고 본 발명에 효과적인 백색 이미터의 스펙트럼(250)의 그래프이다. 도 6b를 참조하면, 스펙트럼(252)은 백색 서브 픽셀의 황색인 공통으로 제어된 부분으로서 효과적인 한 미세공동으로부터의 광 출력이다. 시야각이 증가함에 따라, 방출 주파수는 이동된 스펙트럼(255)에 의해 도시된 대로 증가한다. 공통으로 제어된 부분들(예를 들어, 56Y) 중 하나 위에 형성된 하이-패스 스펙트럼(260)을 가진 컬러 필터를 사용함으로써, 빛은 기판에 대해 직각에서 컬러 필터를 우선적으로 통과할 수 있고 직각 이외의 각도에서 컬러 필터에 의해 우선적으로 흡수될 수 있다. 한편, 시야각에 의한 색 변화는 직각에서 방출된 빛의 양을 줄이지 않고 감소될 수 있다. 도 6c를 참조하면, 컬러 필터 없이 황색 발광에 대해 동조된, 미세공동에서 백색 이미터에 대한 각도(264)에 의한 색 변화는 컬러 필터에 의해 황색 발광에 대해 동조된 미세공동에서 백색 이미터에 대한 각도(262)에 의한 색 변화보다 길다. 그러나, 컬러 필터들(컬러 서브 픽셀들의 필터들 포함)은 직각으로부터 멀어진 각도에서 디바이스의 휘도를 감소시킬 것이다. 그러나, 각 부분의 상대 발광 효율뿐만 아니라 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들의 각각의 색도 좌표는 시야각의 함수로서 변화할 것이다. 일부 이런 디바이스들에서, 시야각의 함수로서 황색인 공통으로 제어된 부분의 휘도를 감소시키기 위한 황색 필터의 사용은 상대적으로 일정한 휘도를 유지하는데 효과적일 수 있는데, 인간 눈의 휘도 효율은 황색에서의 피크가 550nm로 이동함에 따라 증가하기 때문이다.
본 발명의 디바이스들로부터 발광은 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분들(56Y, 56B)의 각각에 대한 다른 크기의 영역을 사용함으로써 추가로 제어될 수 있다. 도 7에 도시된 대로, 관심 최소 및 최대 각도에서 청색 및 황색 이미터들의 CIE x 및 y를 연결하는 경계선들(270 및 275)은 점(290)에서 공통 교차점을 가진 영역(280 및 285)을 형성한다. 공통으로 제어된 부분들(56Y, 56B)의 영역들의 상대 크기를 변화시킴으로써, 백색점들의 상대 위치들은 교차점(290)과 가깝게 또는 교차점(290)으로부터 멀게 이동할 수 있다. 한편, 백색점의 변화량은 백색점이 교차점(290)에 가깝게 이동함에 따라 감소될 수 있다. 마찬가지로, 백색점 변화량은 백색점이 교차점(290)으로부터 멀게 이동함에 따라 증가할 수 있다. 전형적인 유기 발광 다이오드 시스템(OLEDs)에서, 황색 이미터들은 청색보다 더욱 효율적이기 때문에, 비록 백색점들이 더욱 변할지라도 백색점 변화가 허용 가능한 한, 이미터들이 황색 발광점들을 향해 이동하는 것이 유익할 수 있다. 도 8을 참조하면, 3개 곡선은 백색 이미터에 대한 최소 시야각으로부터 최대 시야각까지의 백색점 변화를 나타내는 CIE x 및 y 그래프에 도시된다(도 7의 그래프와 다른 백색광). 황색(56Y) vs. 청색(56B)인 공통으로 제어가능한 부분들의 영역들의 상대 크기는 곡선 296에 대해 동일하고, 곡선 295에 대해 1.3이고 곡선 297에 대해 0.7이다. D65 백색점은 점(298)로 도시된다. 곡선(295)에 도시된 상대 발광 및 색 변화는 곡선들 (296 또는 297)의 상대 발광 및 색 변화보다 상대적으로 크다.
본 발명의 광학 공동들로부터의 발광은 발광 재료의 스펙트럼, 컬러 필터 피크 전송 및 광학 미세공동 반응을 일치시킴으로써 증가될 수 있다. 즉, 컬러 서브 픽셀들의 광학 공동들은 공동의 광 통로 길이를 변화시킴으로써 일치하는 컬러 필터의 피크 전송 파장에 일치하는 대강의 피크 파장에 동조될 수 있다. 마찬가지로, 백색 서브 픽셀들의 광학 미세공동들은 백색 발광층의 피크 방출 파장에 대략 일치하는 하나 이상의 피크 파장에 동조될 수 있다. 유사하게, 백색 발광 층의 피크 방출 파장은 일치하는 컬러 필터의 피크 방출 파장과 일치될 수 있다.
그러나, 시스템의 전체 최적화는 발광 층 피크 방출, 피크 컬러 필터 방출 및 광학 공동 피크의 전부가 일치되지 않는 것을 필요로 할 수 있다. 백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분(56Y, 56B) 중 적어도 하나는 컬러 서브 픽셀(50, 52, 54)의 피크 파장들과 다른 피크 파장에서 발광하도록 동조되는 것이 가능하다. 제조 단계들의 수는 둘 이상의 광학 공동 크기가 동일한 경우(예를 들어, 청색 서브 픽셀에 대한 공동(64) 및 백색 서브 픽셀(56)의 청색 발광 부분(56B)에 대한 공동(66B)) 감소될 수 있는 반면, 전체 시스템은 광학 공동들이 다른 길이를 갖는 경우 최적화되는 것이 가능하며, 예를 들어, 백색 서브 픽셀은 청색 서브 픽셀의 공동보다 더 많은 청록색을 발광하도록 동조된 부분 공동을 가질 수 있다.
백색 서브 픽셀의 직각 발광이 D65와 같은 특정 백색점에 일어나는 시스템을 설계하는 것이 가능하다. 그러나, 이런 디자인의 바람직한 백색점으로부터의 시야각 또는 평균 발광에 의한 색 변화는 발광이 원하는 백색점에 더 가깝게 위치하고 시야각이 변함에 따라 백색점에서 변화가 감소하나 바람직한 백색점에서 실제로 발광하지 않는 다른 디자인보다 클 수 있다. 평균 성능이 뛰어난 이런 디자인이 바람직할 수 있다. 평균 발광은 관심 시야각들의 모두에 대한 평균 백색점이 응용분야에서 중요하게 판단되거나 판단되지 않는 것을 의미한다. 한편, 바람직한 디자인은, 단일 시야각에서 원하는 백색점과 조화되기 보다는, 하나 이상의 각도에서 백색 서브 픽셀의 평균 발광 및 바람직한 디바이스 백색점 사이의 차이를 최소화하도록 백색 서브 픽셀의 발광을 동조할 수 있다.
다양한 발광 재료들이 본 발명에 사용될 수 있다. 예를 들어, 백색 발광 층은 다결정 반도체 기질에 형성된 소형 분자 유기 또는 폴리머 재료 또는 무기 퀀텀 도트와 같은 유기 재료들을 포함할 수 있다. 종래의 포토리소그래피 기술들은 기판상에 컨트롤 구조들(예를 들어, 버스, 트랜지스터, 커패시터, 전극)을 형성할 뿐만 아니라 광학 공동들을 형성하는데 적절한 투명 층들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 공동 형성 투명 재료들은, 예를 들어, 실리콘 이산화물 또는 인듐주석 산화물을 포함할 수 있다. 유기 재료들은, 예를 들어, 진공 증착과 같은 당업계에 공지된 다양한 수단에 의해 증착될 수 있다. 그러나, 이런 수단들은 광학 공동들의 일정한 생산을 가능하게 하도록 충분한 정밀성과 정확성을 제공해야 한다. 특히, 코탁 베이퍼 인젝션 시스템TM은 선형의 유기 진공 증착 소스이며 효과적으로 사용될 수 있는 1% 이내 균일성과 정확성으로 유기 층들을 증착한다. 적절한 반투명 음극들은, 예를 들어, 은, 마그네슘, 알루미늄 또는 다른 금속 또는 금속 합금의 당업계에 공지된 증착 또는 스퍼터 기술들에 의해 형성될 수 있다. 이런 반투명 전극들은 통상적으로 20% 보다 큰 반사율을 가질 것이고 10% 미만의 흡수율을 이상적으로 가질 것이다. 본 발명에 효과적인 유기 및 무기 재료들에 대한 봉지 기술들은 당업계에 공지되어 있다. 본 발명은 디바이스 주위 명암비를 개선하는데 적절한 원 편광판(도 1의 18)과 같은 다양한 소자들과 사용될 수 있다. 한 실시예에서, 본 발명은 도 1에 도시된 것과 같은, 탑-이미터 디바이스이다. 다른 실시예에서, (도시되지 않음) 디바이스는 바텀-이미터 디바이스이다.
본 발명에 따른 도 10을 참조하면, LED 제조 방법은 기판을 제공하는 단계(400); 반사 전극을 형성하는 단계(410) 및 반사 전극 위에 패턴화되지 않은 백색 발광 층을 형성하는 단계(420)를 포함한다. 반투명 전극은 패턴화되지 않은 발광 층이 반사 전극과 반투명 전극, 반사 전극, 반투명 전극 및 광학 공동을 형성하는 패턴화되지 않은 백색 발광 층 사이에 형성되도록 반사 전극 위에 형성될 수 있고, 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자들을 형성하도록 패턴화되고, 컬러 서브 픽셀들을 형성하도록 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하여, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극들의 측면 위에 복수의 컬러 필터를 형성하는 단계(440)를 포함한다. 컬러 필터들은 적어도 두 개의 다른 색일 수 있다. 적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분들을 가지며 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분의 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 공동을 포함하며, 각각의 광학 공동은 한 발광 각도 또는 여러 발광 각도에서 다른 보색 파장에서 발광하도록 동조된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 반투명 전극 위에 형성된다.
백색광 이미터의 소비자 연구 및 최적화와 조심스럽게 선택한 광학 공동 종류로, 출원인들은 본 발명의 광학 미세공동들을 사용하는 백색광 이미터들에서 색 변화는 소비자들에게 만족스럽다는 것을 증명하였다. 이런 미세공동 구조들은 특히 탑 이미터 구조에서 장점들을 갖는데 반투명 전극(예를 들어, 은의 얇은 층을 포함)은 완전히 투명한 전극(예를 들어, 인듐 주석 산화물과 같은 투명 도전성 산화물을 포함)보다 훨씬 전기 전도성이기 때문이다. 본 발명은 미세공동 구조로부터 개선된 광 출력, 감소된 앵귤러 컬러 변화 및 유기 또는 무기인 패턴화되지 않은 발광 층을 사용함으로써 감소된 비용을 제공한다.
도 11을 참조하면, 본 발명은 LED 디스플레이 디바이스(300)(도 1에 더 상세하게 도시됨) 및 정보 신호들(320)(예를 들어, 문자 및 이미지)을 수신하기 위한 컨트롤러(3100을 구비하고 정보 신호(320)를 디스플레이하기 위해 디스플레이(320)을 구동하는 정보-디스플레이 시스템에 사용될 수 있다.
패턴화된 디바이스에서, 다른 재료들은 전류에 반응하여 다른 색들의 빛을 방출하도록 사용될 수 있다. 반대로, 패턴화되지 않은 디바이스에서, 동일한 재료들은, 예를 들어, 백색과 같은 단색을 방출하는데 사용되고 컬러 서브 픽셀들에 의해 방출된 빛은 백색광 이미터와 함께 컬러 필터를 사용함으로써 착색된다. 종종, 백색 이미터는 전체적으로 백색으로 인식되는 빛을 방출하기 위해, 다른 색, 예를 들어, 청색 및 황색 또는 적색 및 청록색을 방출하는 하나 이상의 패턴화되지 않은 층들에 재료들의 조합을 포함할 것이다. 중요한 점은 많은 발광 재료들이 단일 층에 포함되거나 여러 층들이 포함된다는 것이며, 층들은 패턴화되지 않고 이들의 덩어리는 픽셀들의 전부에서 서브 픽셀들의 전부에서 사용된다.
LED 디바이스에서, 빛은 실질적으로 빛을 방출하는 고 광학 지수 층(high-optical-index layers) 또는 광학 지수 전하-컨트롤 층들(hihg-optical index charge-control layers) 또는 고 광학 지수 투명 전극에서 전체 내부 반사에 의해 갇힐 수 있다는 것이 당업계에 공지되어있다. 낮은 각도에서 직각으로 방출된 빛은 디바이스로부터 방출될 수 있는 반면 직각보다 비교적 높은 각도에서 방출된 빛은 고 광학 지수 층들에 갇힐 수 있다. 광학 공동 구조를 사용함으로써, 높은 각도들에서 빛의 방출은 더 많은 빛이 직각에 대해 비교적 낮은 각도들에서 디바이스로부터 방출 되도록 감소한다.
광학 공동 구조들로부터 방출된 빛의 색은 시야각에 의존한다는 것이 사실이다. 이런 각도 의존성은 특히 대형 시야각이 중요한 응용분야의 경우 보는 사람을 매우 짜증나게 할 수 있다. 각도에 따른 이런 색 변화는 백색 이미터를 사용하는 컬러 서브 픽셀에 대해 특히 눈에 띌 수 있다. 그러나, 컬러 서브 픽셀들을 위한 본 발명에 사용된 컬러 필터들은 주위 빛을 흡수할 뿐만 아니라 광학 공동 디바이스로 발견된 밝은 색의 각도에 대해 관찰된 의존성을 줄인다.
그러나, 본 발명에 의해 제공된 컬러 서브 픽셀들에 대한 각도를 증가함에 따라 발견된 색 변화 감소는 이런 컬러 서브 픽셀들의 휘도를 감소시킨다. 휘도의 이런 감소는 색 변화보다 사용자에게 덜 눈에 띄며 덜 불쾌하다. 또한, 컬러 서브 픽셀이 휘도가 감소하는 정도까지, 변하는 시야각의 결과로서 백색 서브 픽셀들의 휘도는 일정한 반면(비록 백색점 변화가 일어나긴 하나), 전체 효과는 전체 색 포화의 감소일 수 있다. 이런 색 포화 감소는 일부 이미지들(즉, 포화된 색이 적은 이미지들)에 대해서는 미약할 수 있고 강하게 포화된 색을 가진 이미지들에 대한 색 변화보다 덜 눈에 띈다. 한편, 개선된 이미지 품질을 얻을 수 있다. 또한, 대부분의 이미지들은 상대적으로 포화되지 않았기 때문에, 전체 휘도 효과는 주로 상대적으로 적을 수 있다.
출원인들은 패턴화된 컬러 이미터들과 백색 이미터들을 가진 미세공동들을 사용하는 여러 OLED 디바이스들을 물리적으로 제조하였고 원 편광판들과 컬러 필터들의 성능과 함께 이들의 성능을 연구하였다. 또한, 광학 모델링 도구들이 다양한 상황하에서 본 발명의 성능을 이해하기 위해 사용되었다. 일반적으로, 광학 공동과 컬러 필터들을 사용하는 백색 발광하는 패턴화되지 않은 OLED 디바이스는 광학 공동과 컬러 필터들이 없는 백색 발광하는 패턴화되지 않는 OLED 디바이스와 비교해서 컬러 픽셀의 광 출력을 대략 두 배로 만드는 것으로 예상될 수 있다. 컬러 서브 픽셀들은 광 출력을 최대로 증가시킬 것이나, 백색 발광 서브 픽셀은 대략 0.6 내지 1.2의 승수 계수로 광 출력에 변화를 일으킬 것인데, 이는 광학 공동 구조에서 협대역 빛을 증가시키는 것보다 광대역 빛을 증가시키는 것이 어렵기 때문이다. 그러나, 백색 발광 서브 픽셀이 컬러 서브 픽셀보다 (약 3 계수 정도) 더욱 효과적이기 때문에(컬러 필터들이 백색 서브 픽셀에 사용되지 않기 때문), 백색 서브 픽셀의 사용은 대부분의 이미지들이 적은 포화 컬러를 가지며 더욱 효과적인 백색 이미터는 불균형하게 사용되기 때문에 OLED 디바이스의 전체 성능을 향상시킨다. 출원인들은 컬러 필터 디자인에서 이런 백색 서브 픽셀의 사용은 일부 이미지화 용도를 위해 대략 2의 계수만큼 전체 디바이스 성능을 개선할 수 있다는 것을 입증하였다.
두-피크 OLED 이미터(도 6에 도시된 것과 같음)를 사용하는 디바이스의 명쾌한 광학 모델링 계산은 반사 알루미늄 후면 전극(12)과 얇은 은 반투명 전극(16)으로 수행하였다. 상업적으로 이용가능한 컬러 필터 세트로, 적색 광 출력 온-액시스(on-axis)는 2.8배 증가하고, 녹색 광 출력은 2.0배 증가하고 청색 광 출력은 1.75배 증가하고 개선된 색역을 얻는다. 출원인들에 의해 개발된 다소 증가된 효율의 비용으로 개선된 색역을 허용하는 특허된 컬러 필터 세트로, 본 발명의 광학 공동 구조가 사용될 때 온-액시스 광 출력이 증가하는 인자는 적색, 청색 및 녹색 서브-픽셀의 경우 5-15% 추가로 증가된다. 또한, 개선된 색역은 광학 공동 때문에 개선된다.
Ag 반사 후면 전극을 사용함으로써, 디바이스 성능은 5-20% 추가로 개선되는 것으로 예상된다. 따라서, 특허된 컬러 필터들이 Ag 반사 전극 후면 전극과 함께 사용되는 경우, 적색 광 출력은 대략 3.5배 증가할 수 있고, 녹색 광 출력은 대략 2.4배 증가할 수 있고 청색 광 출력은 대략 2.1배 증가할 수 있는 반면, 백색 광 출력은 구조에 따라 대략 0.7 내지 1.6배 증가할 수 있다.
출원인들은 본 발명의 다양한 특질의 성능을 측정하였고 이런 디바이스들의 통합된 성능을 모델로 만들었다. 종래 기술과 비교된 본 발명의 다양한 실시예들의 성능은 아래 표에 요약된다. 이 표에서, "상대적 밝기"는 축 상에서 방출된 빛의 양을 개시하며(적색, 녹색, 청색 및 백색 서브 픽셀에 대한 이득 계수의 동일하게 가중된 평균을 선택함으로써 평가된다), "RGB 색"은 복수의 컬러 서브 픽셀을 의미하고, "백색"은 백색의 정확성(즉, 백색 광이 D65와 같은 표준 백색점에 얼마나 가까운 지)을 의미하며, "반사율"은 디바이스로부터 반사된 주위 빛의 측정값이고, "앵귤러 컬러 화이트(angular color white)"는 직각 이외의 각도에서 볼 때 백색 발광의 색 변화를 의미한다. "WRGBW"는 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀들을 가진 패턴화되지 않은 백색 발광 LED 재료 및 예를 들어, 미국특허 제 6,897,876호에 도시된 백색광 서브 픽셀을 의미하고, "WRGB"는 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀만을 가진 패턴화되지 않은 백색 발광 LED 재료를 의미한다. 서브 픽셀들은 동일하게 사용된 모두 동일한 크기로 생각되고, 상기 최고 측정값을 사용하여 1.0의 상대 밝기를 가진 종래의 구조와 비교한다. 44%의 싱글-패스 투과를 가지며 디바이스로부터 반사될 이상적인 뒤쪽 반사기를 가진 디바이스에 입사하는 1.6% 주위 빛을 허용하는 원 편광판이 사용된다. 위에서 참조한 특허된 필터들은 컬러 필터들에 사용된다. 검은 매트릭스는 사용되지 않으나, 존재하는 경우, 반사된 빛의 품질을 추가로 떨어뜨릴 수 있다.
구조 상대 밝기 RGB 색 백색 전체 반사율 앵귤러 컬러 화이트
WRGBW - 광학 공동 없음
원 편광판 없음(종래기술)		 1.0 우수 탁월 34% 중간
WRGBW - 광학 공동 없음
원 편광판 있음(종래기술)		 0.44 우수 탁월 0.5% 중간
WRGB - 원 편광판을 가진 광학 공동 0.44 탁월 0.06% 나쁨
WRGBW - 광학 공동 원 편광판, 백색 광학 공동 서브 소자(본 발명) ~1.0 탁월 탁월 0.25% 중간
표에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 효과적인 특징들의 우수한 조합을 제공한다. 사용된 경우 원 편광판이 표에 도시된 대로 대략 동일한 양의 빛을 흡수할지라도, 원 편광판이 없는 경우, 광 출력은 대략 1.0의 계수로부터 대략 2.27의 계수로 증가할 것이고 결과적으로 반사율도 증가할 것이다. 본 발명은 1) 협대역 스펙트럼 반응을 가진 미세공동들이 특히 백색을 포함하는 모든 서브 픽셀들의 형성에 사용되며 2) 백색점은 협대역 미세공동 이미터로만 형성되지 않으나 관찰자에게 만족스럽고 즐거운 방식으로 여러 시야각들 위에서 이런 이미터들의 반응을 조심스럽게 조절함으로써 여러 시야각들 위에서 유지된다는 점에서 종래 기술과 중요하게 다르다.
출원인들은 본 발명의 백색 서브 픽셀에 대한 발광 각도 때문에 색의 예상된 변화를 모델화하였다. 이 모델에서, 백색 서브 픽셀을 위한 복수의 광학 미세공동들은 160nm까지 공동 길이가 변한다. 백색 서브 픽셀에 대한 발광 각도에 의한 색의 변화는 광 출력을 증가시키는 반면, 비 광학 미세 공동 디바이스들에서 보인 변화로 감소한다.
원 편광판들과 컬러 필터들의 사용에 대한 추가 상세내용은 공동으로 양수된 공동 출원 중인 번호 94202 및 94208에 개시되며 전문이 참조로 본 발명에 포함된다.
본 발명의 LED 디바이스들은 원하는 경우 이들의 특성을 향상시키기 위해 다양한 주지된 광학 효과들을 사용할 수 있다. 광학 효과들은 최대 광 투과를 일으키기 위해 층 두께를 최적화하고, 유전체 거울 구조들을 제공하고 디스플레이 위에 눈부심 방지 또는 반사 방지 코팅제를 제공하고, 중성 밀도를 제공하거나 디스플레이 위에 색 변환 필터들 제공하는 것을 포함한다.
본 발명은 액티브 또는 패시브-매트릭스 OLED 디바이스에 사용될 수 있고 특히 정보-디스플레이 디바이스들에서 효과적이다. 한 바람직한 실시예에서, 본 발명은 탕 등의 1988년 9월6일 출원된 미국특허 제 4,769,292호 및 반슬리키 등의 1991년 10월29일 출원된 제 5,061,569호에 개시되나, 이에 제한되지 않는 소형 분자 또는 폴리머 OLED로 구성된 평판 OLED 디바이스에서 사용된다. 예를 들어, 다결정 반도체 기질에 형성된 퀀텀 도트를 사용하고 유기 또는 무기 색 층을 사용하는 무기 디바이스(예를 들어, 카헨의 미국공개공보 2007/0057263에 교시됨) 또는 혼성 유기/무기 디바이스들이 사용될 수 있다. 유기 또는 무기 발광 디스플레이들의 여러 조합과 변형이, 탑- 또는 바텀-이미터 구조를 가진 액티브- 및 패시브-매트릭스 디스플레이를 포함하는 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있다.
10 기판
11 반사 층
12 반사 전극
13, 13R, 13G, 13B, 13WY, 13WB 스페이서
14 발광 층(들)
14R, 14G, 14B 패턴화된 발광 층들
15 투명 전극 층
16 반투명 전극
18 원 편광판
20 덮개
26 스페이서들
26R, 26G, 26B, 26WY, 26WB 스페이서
30 박막 회로
32 절연체
34 절연체
40 컬러 필터들
40R, 40G, 40B, 40WY, 40WG 컬러 필터
40K 블랙 매트릭스
50, 52, 54, 56 발광소자, 서브 픽셀들
56Y, 56B 공통으로 제어가능한 부분
60, 62, 64, 66, 66B, 66Y 광학 공동
80, 82, 84 빛
200 D65 백색점
205 스펙트럼 궤적
206 심홍색 경계
210 청색 발광 곡선의 CIE 좌표
215 황색 발광 곡선의 CIE 좌표
220 백색점 곡선
225 직각 시야각에서 백색점
230 최대 시야각에서 백색점
250 백색 발광 스펙트럼
252 백색 미세공동 발광 스펙트럼
255 변화된 백색 미세공동 발광 스펙트럼
260 컬러 필터 투과 스펙트럼
262 각에 따른 색 변화
264 각에 따른 색 변화
270 경계선
275 경계선
280 영역
285 영역
290 교차점
295 발광 곡선
296 발광 곡선
297 발광 곡선
298 D65 백색점
300 디바이스
310 컨트롤러
320 신호
400 공정 단계: 기판 제공
410 공정 단계: 전극 형성
420 공정 단계: 패턴화되지 않은 백색 발광 층 형성
430 공정 단계: 반투명 전극 형성
440 공정 단계: 컬러 필터들 형성

Claims (20)

  1. a) 기판:
    b) 기판 위에 형성된 반사 전극 및 반투명 전극 및 반사 전극과 반투명 전극 사이에 형성된 패턴화되지 않은 백색 발광 층(반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 광학 공동을 형성하며 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자를 형성하도록 패턴화된다);
    c) 컬러 서브 픽셀들을 형성하기 위해 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극의 측면 위에 형성된 적어도 두 개의 다른 색을 구비하는 복수의 컬러 필터(적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 함께 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분을 구비한다)를 포함하며,
    d) 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분 중 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 미세공동을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조되는 백색 발광 미세공동 발광 다이오드 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들 중 하나는 기판에 대해 직각에서 실질적으로 청색 또는 청록색을 발광하고 공통으로 제어된 부분들 중 다른 하나는 기판에 대해 직각에서 실질적으로 녹색, 오렌지색 또는 적색을 발광하는 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀(56)의 공통으로 제어된 부분들 중 하나는 기판에 대해 직각에서 550nm보다 큰 피크 파장 방출을 가진 빛을 방출하고 백색 서브 픽셀의 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분들 중 다른 하나는 기판에 대해 직각에서 500nm 미만의 피크 파장 방출을 가진 빛을 방출하는 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    기판에 대해 직각에서 방출된 빛을 우선적으로 통과시키고 직각 이외의 각도에서 방출된 빛을 우선적으로 흡수하는 공통으로 제어된 부분들 중 하나 위에 형성된 컬러 필터를 더 포함하는 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀 중 공통으로 제어된 부분들의 하나는 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들의 다른 것과 다른 크기의 영역을 갖는 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들 중 적어도 하나는 컬러 서브 픽셀들의 피크 파장과 다른 피크 파장에서 발광하도록 동조되는 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 발광은 바람직한 디바이스 백색점에서 발광하도록 동조되는 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 발광은 디바이스의 바람직한 백색점 이외의 백색점에서 발광하도록 동조되는 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 발광은 하나 이상의 각도에서 백색 서브 픽셀의 평균 발광 및 바람직한 디바이스 백색점 사이의 차이를 최소화하도록 동조되는 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들의 각각으로부터 발광된 빛의 파장은 다른 시야각들에서 변하며 공통으로 제어된 부분들로부터 결합된 발광의 백색점 변화들은 공통으로 제어된 부분들의 적어도 하나의 파장 변화 때문에 백색점 변화보다 적은 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    컬러 서브 픽셀들의 광학 공동들은 일치하는 컬러 필터의 피크 전송 파장에 일치하는 대략의 피크 파장에 동조되는 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀들의 광학 미세공동들은 백색 발광 층의 피크 방출 파장에 대략 일치하는 하나 이상의 피크 파장들에 동조되는 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    백색 발광 층의 피크 방출 파장은 일치하는 컬러 필터의 피크 방출 파장에 일치되는 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 광학 미세공동들은 적색, 녹색 및 청색 또는 황색 및 청색 또는 적색 및 청록색 또는 오렌지색 및 청록색을 발광하도록 동조되는 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분들 중 하나는 직각에서 550nm보다 큰 피크 파장을 갖는 빛을 방출하도록 동조되며 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분 위에 형성된 550nm 미만의 파장을 가진 빛의 상당한 양을 흡수하는 컬러 필터를 더 포함하는 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    백색 발광 층은 둘 이상의 피크를 가진 스펙트럼을 구비한 빛을 방출하는 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    LED 디바이스는 정보-디스플레이 디바이스인 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    백색 발광 층은 다결정 반도체 기질에 형성된 유기 재료 또는 무기 퀀텀 도트를 포함하는 디바이스.
  19. a) 기판:
    b) 기판 위에 형성된 반사 전극 및 반투명 전극 및 반사 전극과 반투명 전극 사이에 형성된 패턴화되지 않은 백색 발광 층(반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 광학 공동을 형성하며 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자를 형성하도록 패턴화된다);
    c) 컬러 서브 픽셀들을 형성하기 위해 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극의 측면 위에 형성된 적어도 두 개의 다른 색을 구비하는 복수의 컬러 필터(적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 함께 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분을 구비한다)를 포함하며,
    d) 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분 중 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 미세공동을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 여러 방출 각도에서 발광하도록 동조되는 백색 발광 미세공동 발광 다이오드 디바이스.
  20. a) 기판을 제공하는 단계;
    b) 기판 위에 반사 전극 및 반투명 전극을 형성하고 반사 전극과 반투명 전극 사이에 패턴화되지 않은 백색 발광 층을 형성하는 단계(반사 전극, 반투명 전극 및 패턴화되지 않은 백색 발광 층은 공학 공동을 형성하며, 반사 또는 반투명 전극은 복수의 독립적으로 제어가능한 발광 서브 픽셀 소자들(440)을 형성하도록 패턴화된다);
    c) 컬러 서브 픽셀들을 형성하도록 독립적으로 제어가능한 발광 소자들과 일치하게, 패턴화되지 않은 백색 발광 층과 맞대고 있는 반투명 전극들의 측면 위에 적어도 두 개의 다른 색을 구비한 복수의 컬러 필터를 형성하는 단계(적어도 하나의 독립적으로 제어가능한 발광 소자는 백색 서브 픽셀을 형성하기 위해 실질적으로 백색을 발광하는 적어도 두 개의 공통으로 제어된 부분들을 구비한다)를 포함하며,
    d) 백색 서브 픽셀의 공통으로 제어된 부분의 하나 이상의 광학 공동은 복수의 광학 공동을 포함하며, 각각의 광학 미세공동은 다른 보색 파장과 방출 각도에서 발광하도록 동조되는 LED 디바이스 제조 방법.
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