JP2020184544A

JP2020184544A - 電子素子における半導体粒子

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Publication number: JP2020184544A
Application number: JP2020116106A
Authority: JP
Inventors: リーガー，ベルンハルト; Bernhard Rieger; ボエーム，エドガー; Boehm Edgar; ヒラリウス，フォルカー; Hilarius Volker; フルム，クリストフ; Pflumm Christof; バニン，ウリ; Banin Uri
Original assignee: Merck Patent GmbH; Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Current assignee: Merck Patent GmbH; Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-11-12
Also published as: US20190189698A1; WO2016124324A1; EP3254313A1; CN107408572A; EP3254313B1; KR102510603B1; JP2018510456A; US10229957B2; TW201703308A; US20180006092A1; KR20170108157A; KR20230041087A

Abstract

【課題】白色光を発光するＯＬＥＤ、カラーフィルター、カラーコンバータを持つ、新規なカラーディスプレイを提供する。【解決手段】電子素子であって、Ａ）同一の光を発光するが別々に電子的に制御される、第１発光画素１０１、第２発光画素１０２、および第３発光画素１０３を含む、画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００と、Ｂ）第１発光画素１０１の光出力経路１５１に位置する、第１カラーフィルタと、少なくとも１つの発光半導体ナノ粒子を含む第１カラーコンバータと、を含む単一層５０１とを含み、電子素子が散乱粒子を含む、電子素子。【選択図】図２

Description

本発明は、ナノ粒子を光輝性の成分として含む、とりわけカラーディスプレイに関する。

基本的に、光源として有機エレクトロルミネセントデバイスを含むフルカラーディスプレイを実現するためには、２つのパターニングアプローチがある。

第１のアプローチは、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ発光）のそれぞれのための有機エレクトロルミネセント層の別々の蒸着を含むが、このようなディスプレイの製造はかなり複雑である。

第２のアプローチは、赤色、緑色および青色の画素が基板上に横に配置された赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）パターン、ならびに、ＲＧＢ色を生成するカラーフィルタと組み合わせて使用される白色光を生成する有機エレクトロルミネセントデバイスを含む垂直スタックである。フルカラーディスプレイに用いられる有機エレクトロルミネセントデバイスの最も顕著な例は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）であるが、有機発光電気化学セル（ＯＬＥＣｓ）のような他の有機エレクトロルミネセントデバイスも原理的に使用することができる。白色光を発光するＯＬＥＤは、ＷＯＬＥＤとも呼ばれ、第２のアプローチは、ＷＯＬＥＤアプローチと呼ばれる。カラーフィルタを具備するＷＯＬＥＤの使用は、大きな基板処理に特に有利であり、パターンのないＯＬＥＤ蒸着のために優れた生産性を提供する。

一般に使用されるＷＯＬＥＤ構造は、複数の発光ユニットが垂直に積み重ねられたタンデム設計を使用し、追加の処理ステップの必要性に起因して複雑さを増加させる。また、一般に、ＲＧＢ発光方法に比べて色性能が劣る。帯域幅の狭いカラーフィルタを使用すると、色性能を向上させることができるが、光効率の低下を招く。

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を取り除くことである。大型基板および大規模生産に適し、改善された色性能および高効率を示すカラーディスプレイが必要とされる。上述の特性を改善する一方で、有機エレクトロルミネセントデバイスの構造はできるだけ単純に保たれるべきである。
驚くべきことに、この問題は、カラーディスプレイにおけるナノ粒子およびカラーフィルタの両方を使用することによって解決できることが見出された。

したがって、本発明は、
ａ）同一であるが別々に電子的に制御される、第１発光画素１０１、第２発光画素１０２、および第３発光画素１０３を含む画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００、
ｂ）第１画素１０１の光出力経路１５１に配置され、第１カラーコンバータとして作用する少なくとも１つの発光半導体ナノ粒子を含む、第１カラーコンバータ層２０１と、
ｃ）第１カラーコンバータ層２０１の光出力経路２５１に配置され、第１カラーフィルタを含む、第１カラーフィルタ層３０１を含む、電子素子に関する。

図１ａは、１つのカラーフィルタおよび１つのカラーコンバータ層を含む電子素子を示す。
本発明の一実施形態では、第１カラーコンバータ層２０１が排他的に第１画素１０１の光出力経路１５１に配置され、すなわち第１カラーコンバータ層２０１が、他の画素の光出力経路にないことが好ましい。

発光される光の強度は、パッシブマトリクスまたはアクティブマトリクス技術のいずれか、好ましくはアクティブマトリクス技術によって電子的に制御することができる。
本発明による電子素子は、散乱粒子も含むことができる。好ましくは、電子素子は散乱粒子を含まない。

電子素子に使用される光源は、有機エレクトロルミネセントデバイスである。本発明の目的には、公知の有機エレクトロルミネセントデバイスを用いることができる。好ましい有機エレクトロルミネセントデバイスは、有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴｓ）、有機電界消光デバイス（ＯＦＱＤｓ）、有機発光電気化学セル（ＯＬＥＣｓ、ＬＥＣｓ、ＬＥＥＣｓ）、有機レーザダイオード（Ｏレーザ）、および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）からなる群から選択され、非常に好ましくは、ＯＬＥＣｓおよびＯＬＥＤｓ、特に好ましくはＯＬＥＤｓである。

有機エレクトロルミネセントデバイスがアクティブマトリクスデバイスである、本明細書に開示される電子素子が好ましい。
用語「ＯＬＥＤ」は、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤｓ）および非ポリマー性小分子を含むＯＬＥＤｓの両方を含む。本発明によるＯＬＥＤｓはまた、非ポリマー性小分子およびポリマーの両方を含むことができる。

本発明の目的のために、用語「青色」は、ＣＩＥｘが０．０から０．２５までの範囲にありＣＩＥｙが０．０から０．２２までの範囲にあるか、または、ＣＩＥｘが０．０から０．２までの範囲にありＣＩＥｙが０．２２から０．３５までの範囲にある、ＣＩＥ（ＣＩＥ１９３１ＲＧＢ色空間）色座標を有する光を意味すると解釈される。

本発明の目的のために、「緑色」という用語は、ＣＩＥｘが０．１から０．４５までの範囲にありＣＩＥｙが０．６５から０．８までの範囲にあるか、または、ＣＩＥｘが０．２４から０．４５までの範囲にありＣＩＥｙが０．４５から０．６５までの範囲にある、ＣＩＥ（ＣＩＥ１９３１ＲＧＢ色空間）色座標を有する光を意味すると解釈される。

本発明の目的のために、「赤色」という用語は、ＣＩＥｘが０．５５から０．７５までの範囲にありＣＩＥｙが０．２７から０．３７までの範囲にある、ＣＩＥ（ＣＩＥ１９３１ＲＧＢ色空間）色座標を有する光を意味すると解釈される。

本発明の目的のために、用語「青緑色」は、ＣＩＥｘが０．００から０．２５までの範囲にありＣＩＥｙが０．３６から０．５５までの範囲にある、ＣＩＥ（ＣＩＥ１９３１ＲＧＢ色空間）色座標を有する光を意味すると解釈される。

本発明の目的のために、用語「白」は、
ＣＩＥｘが、０．２１から０．４５までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．２３から０．４４までの範囲にあり、
好ましくは、
ＣＩＥｘが、０．２５から０．４までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．２５から０．４４までの範囲にあり、
非常に好ましくは、
ＣＩＥｘが、０．３から０．４までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．３から０．４４までの範囲にあり、

特に好ましくは、
ＣＩＥｘが、０．３から０．３５までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．３から０．３５までの範囲にあり、
非常に特に好ましくは、
ＣＩＥｘが、０．３１から０．３４までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．３１から０．３４までの範囲にあり、
および、さらに好ましくは
ＣＩＥｘが、０．３２から０．３４までの範囲にあり、
ＣＩＥｙが、０．３２から０．３４までの範囲にある、
ＣＩＥ（ＣＩＥ１９３１ＲＧＢ色空間）色座標を有する光を意味すると解釈される。

本発明によれば、用語「層」は、「シート」のような構造を含む。
本発明によれば、用語「カラーフィルタ」は、光または光線を吸収する材料を意味するものと解釈され、好ましくは、カラーフィルタは可視光を吸収する。当業者は、カラーフィルタを十分に認識しており、多数の周知のカラーフィルタの中から最も適切なものを容易に選択することができる。好ましくは、カラーフィルタは、染料、顔料またはこれらの組み合わせである。

基本的には、ＬＣＤカラーフィルタ用の公知の染料および顔料をこの方法で使用することができる。カラーフィルタの好ましい例としては、「Technologies on LCD Color Filter and Chemicals” CMC Publishing P. 53 (1998)」に記載されている、
アゾキレート顔料、縮合アゾ顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ペリレン顔料ペリノン顔料、不溶性アゾ顔料、フタロシアニン顔料、ジオキサジン顔料、アントラキノン顔料、チオイン顔料、またはこれらいずれかの組み合わせである。

本発明によれば、カラーフィルタの主な要件の１つは、電子素子によって最終的に発光される光の色純度を向上させるために、光源または、存在するのであれば、カラーコンバータから出た光を吸収することである。

好ましくは、カラーフィルタ層の厚さは、５００ｎｍから５μｍまで、非常に好ましくは８００ｎｍから３μｍまで、特に好ましくは１から２μｍまでの範囲である。
また、カラーフィルタ層の厚さが５００ｎｍから１０μｍまでの範囲であることが好ましく、非常に好ましくは７５０ｎｍ〜７μｍまで、特に好ましくは１〜３μｍまでの範囲である。

本発明によれば、用語「カラーコンバータ」は、有機エレクトロルミネセントデバイス１００によって発光された光または光線を、より長い波長を有する光または光線に変換する材料を意味すると解釈される。
本発明によれば、用語「発光半導体ナノ粒子」は、無機量子サイズの材料を意味すると解釈される。好ましくは、量子サイズの材料は、量子ドットまたは量子ロッドのいずれかまたはこれらの組み合わせである。しかしながら、ナノ粒子は、特に限定されない形状を有してもよいが、テトラポッド型、ディスク型、プリズム型、球形、ロッド型、ピラミッド型またはマルチアーム型、またはナノプレート型であってもよい。

本発明によれば、用語「量子サイズ」は、量子サイズ効果を示すことができるが、配位子または他の表面改質を示さない材料自体のサイズに関する。
一般に、量子ドットおよび／または量子ロッドのような量子サイズの材料は、鮮明で鮮やかな色の光を発光することができる。
ナノ粒子は、コア／シェルまたはコア／マルチシェル、ドープまたは傾斜ナノ粒子であってもよい。

量子ドットおよび量子ロッドの両方は、有機蛍光性またはリン光性化合物とは対照的に、容易に生成され得、狭い発光スペクトル（すなわち、狭いスペクトル線幅）を有する。それらは、量子ドットまたは量子ロッドの発光最大値を決定するサイズに関して調整することができる。量子ドットと量子ロッドを用いて高い光輝度効率を得ることもできる。さらに、それらの発光強度は、用いられるこれらの濃度によって調整することができる。さらに、量子ドットおよび量子ロッドは、多くの溶媒に可溶性であるか、または一般的な有機溶媒に容易に可溶性とすることができ、多目的処理方法、特に、スクリーン印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷などの印刷方法が可能となる。

好ましくは、量子ドットは、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族およびＩＶ族半導体、特に好ましくは、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。

好ましくは、量子ドットは、鉛ペロブスカイトベースの量子ドットであり、非常に好ましくは、L.Protesecuなど（Nano Lett、2015,15,3692-3696）に記載されている量子ドットから選択される。特に好ましい鉛ベースの量子ドットは、ＣｓＰｂＩ_３、ＣｓＰｂＢｒ_３、ＣｓＰｂＣｌ_３、ＣｓＰｂ（Ｉ／Ｂｒ）_３およびＣｓＰｂ（Ｂｒ／Ｃｌ）_３から選択される。
量子ドットとしては、例えばシグマアルドリッチ社から公的に入手可能な量子ドット（以下、「ｑドット」）を所望のように好ましく用いることができる。

好ましくは、量子ドットの直径は、１〜２０ｎｍの間の範囲、非常に好ましくは１と１０ｎｍとの間の範囲、特に好ましくは２と７ｎｍとの間の範囲である。
本発明の好ましい実施形態では、量子ロッド材料は、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、またはＩＶ−ＶＩ族半導体、およびこれらいずれかの組み合わせからなる群から選択することができる。

より好ましくは、量子ロッド材料は、Ｃｄｓ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ_２Ｓ、Ｃｕ_２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ_２、Ｃｕ_２（ＺｎＳｎ）Ｓ_４、Ｃｕ_２（ＩｎＧａ）Ｓ_４、ＴｉＯ_２合金、およびこれらいずれかの組み合わせからなる群から選択することができる。
例えば、赤色発光用途のためには、ＣｄＳｅロッド、ＣｄＳロッドにおけるＣｄＳｅドット、ＣｄＳロッドにおけるＺｎＳｅドット、ＣｄＳｅ／ＺｎＳロッド、ＩｎＰロッド、ＣｄＳｅ／ＣｄＳロッド、ＺｎＳｅ／ＣｄＳロッド、またはこれらいずれかの組み合わせである。緑色発光用途のためには、ＣｄＳｅロッド、ＣｄＳｅ／ＺｎＳロッド、またはこれらいずれかの組み合わせ、青色発光用途のためには、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＺｎＳコアシェルロッドまたはこれらいずれかの組み合わせである。

量子ロッド材料の例は、例えば、国際特許出願公開WO2010/095140Aに記載されている。
本発明の好ましい実施形態では、量子ロッド材料の構造全体の長さは、８ｎｍから５００ｎｍまでである。より好ましくは、１０ｎｍから１６０ｎｍまでである。前記量子ロッド材料の全体の直径は１ｎｍから２０ｎｍまでの範囲にある。より顕著には、それは１ｎｍから１０ｎｍまでである。

好ましくは、量子ロッドおよび／または量子ドットのような量子サイズの無機半導体材料は、表面配位子を含む。
量子ロッドおよび／または量子ドット材料の表面は、１種類以上の表面配位子で被覆されていてもよい。
理論に縛られることを望むものではないが、このような表面配位子は、量子サイズの無機半導体材料をより容易に溶媒中に分散させることができると考えられる。

一般的に使用される表面配位子は、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、およびトリブチルホスフィン（ＴＢＰ）などのホスフィンおよびホスフィンオキシド；ドデシルホスホン酸（ＤＤＰＡ）、トリデシルホスホン酸（ＴＤＰＡ）、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）、およびヘキシルホスホン酸（ＨＰＡ）などのホスホン酸；デデシルアミン（ＤＤＡ）、テトラデシルアミン（ＴＤＡ）、ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ）、およびオクタデシルアミン（ＯＤＡ）などのアミン；ヘキサデカンチオールおよびヘキサンチオールなどのチオール；メルカプトプロピオン酸およびメルカプトウンデカン酸などのメルカプトカルボン酸；および、これらいずれかの組み合わせを含む。

特定の目的のために作られた他の配位子も使用することができる。
表面配位子の例は、例えば、国際特許出願公開WO2002/059931A号に記載されている。
好ましくは、変換された色は、カラーコンバータ層内のマトリクス材料に埋め込まれる。マトリクス材料としては、光学フィルムに好適な公知のいずれかの透明マトリクス材料を必要に応じて使用することができるが、マトリクス材料は、良いカラーコンバータ層の加工性および長期耐久性を有することが必要である。

本発明の好ましい実施形態では、ポリマー、特に光硬化性ポリマーおよび／または光感受性ポリマーを使用することができる。例えば、ＬＣＤカラーフィルタに使用されるアクリレート樹脂、任意の光硬化性ポリシロキサン、光硬化性ポリマーとして広く使用されるポリビニルシンナメート、またはこれらいずれかの組み合わせが挙げられる。
本発明の目的のために、用語「散乱粒子」は、前記光散乱粒子を含み、ミー散乱効果を与えることができる層のマトリクス材料とは異なる屈折率を有する材料を意味すると解釈され、好ましくは、必要に応じて使用することができる。

本発明によれば、光散乱粒子としては、任意の種類の公知の光散乱粒子を用いることができる。
例えば、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＣｕＯ、ＣｏＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯなどの無機酸化物の小粒子；重合されたポリスチレン、重合されたＰＭＭＡなどの有機粒子；中空シリカなどの無機中空酸化物、ＢａＳＯ_４などの硫酸塩、またはこれらいずれかの組み合わせを好ましく用いることができる。

好ましくは、光散乱粒子の平均粒子直径は、３５０ｎｍから５μｍまでの範囲であり得る。
理論に縛られることを望まないが、３５０ｎｍより大きい平均粒径は、光散乱粒子と層状マトリクスとの間の屈折率差が０．１しかない場合であっても、後述のようにＭｉｅ散乱による強い前方散乱につながると考えられる。

一方で、光散乱粒子を使用してより良好な層形成性を得るためには、最大平均粒子径が５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、５００ｎｍから２μｍまでである。
好ましい実施形態では、第１カラーフィルタ層３０１は、第１カラーフィルタとして赤色カラーフィルタを含み、第１カラーコンバータ層２０１は、第１カラーコンバータとして赤色発光半導体ナノ粒子を含む。

電子素子はまた、第２カラーフィルタを含む第２カラーフィルタ層３０２を含むことができ、ここで第２のカラーフィルタ層は、第２画素１０２の光出力経路に配置され、好ましくは第２のカラーフィルタは緑色カラーフィルタである（図１ｂ）。
電子素子は、第３カラーフィルタを含む第３カラーフィルタ層３０３をさらに含むことができ、ここで第３カラーフィルタ層は、第３画素１０３の光出力経路に配置され、好ましくは、第３カラーフィルタは、青色カラーフィルタである（図１ｂ）。

各画素のカラーフィルタおよびカラーコンバータは、２つの別々の層または１つの層にあることができる。カラーコンバータと色層の２つの異なる層が好ましい。カラーコンバータとカラーフィルタの両方を含む単一の層がさらに好ましい。
したがって、本発明はまた、第１カラーフィルタおよび第１カラーコンバータが、第１結合層５０１（図２）として同じ層に配置されている、本明細書で開示される電子素子に関する。

非常に好ましくは、第１カラーコンバータおよび第１カラーフィルタを含む第１結合層は、カラーコンバータの濃度に関する光出力経路に平行な濃度勾配を示す。
好ましくは、カラーコンバータおよびカラーフィルタの両方を含む層中のカラーコンバータの濃度は、層の全質量に対して、１０ｍｇ／ｍ^２と１ｇ／ｍ^２との間、好ましくは２０ｍｇ／ｍ^２と５００ｍｇ／ｍ^２との間、非常に好ましくは５０ｍｇ／ｍ^２と３００ｍｇ／ｍ^２との間、特に好ましくは１００ｍｇ／ｍ^２と２００ｍｇ／ｍ^２との間の範囲にある。

本発明のさらに好ましい実施形態では、電子素子は、第４画素１０４（図１、２および６）を含む。
本発明の非常に好ましい実施形態では、有機エレクトロルミネセントデバイス１００は白色光を発光する。これは、様々な方法で達成することができ、当業者は、適切な白色発光有機エレクトロルミネセントデバイス（例えば、S. Reineke et al., Reviews of Modern Physics 85, No. 3 (July 2013), 1245-1293）を構築するのに問題はない。

第２画素１０２と第２カラーフィルタ層３０２（図３）との間の第２画素１０２の光出力経路１５２に配置される第２カラーコンバータ層２０２がさらに好ましい。非常に好ましくは、第２カラーコンバータは、発光半導体ナノ粒子であり、特に好ましくは緑色光を発光する第２カラーコンバータである。

第１カラーコンバータ層２０１および第２カラーコンバータ層２０２は、第１画素１０１および第２画素１０２の光出力経路に配置された単一のカラーコンバータ層２１２によって表すこともでき、共通カラーコンバータ層２１２は、第１カラーコンバータと第２カラーコンバータの組成物を含む（図４）。
別の好ましい実施形態では、電子素子の有機エレクトロルミネセントデバイスは、青色光を発光する。

さらに、第２および第３カラーフィルタは、第２画素１５２および第３画素１５３の光出力経路に位置づけられた複合カラーフィルタ層５２３内に位置づけることができ、ここで共通カラーフィルタ層５２３は、第２および第３カラーフィルタの組成物を含む。
さらに別の好ましい実施形態では、電子素子の有機エレクトロルミネセントデバイスは、青緑色の光を発光する。

好ましくは、第１、第２または第３カラーコンバータ層中の発光半導体ナノ粒子の濃度は、１０ｍｇ／ｍ^２と１ｇ／ｍ^２との間、非常に好ましくは２０ｍｇ／ｍ^２と５００ｍｇ／ｍ^２との間、特に好ましくは５０ｍｇ／ｍ^２と３００ｍｇ／ｍ^２との間、非常に特に好ましくは１００ｍｇ／ｍ^２と２００ｍｇ／ｍ^２との間の範囲にある。

好ましくは、電気素子は、画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００とカラーコンバータ層との間に、または画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００とカラーフィルタ層との間にカラーコンバータ層が存在しない場合に、平坦化層１５０をさらに備える。平坦化層は、当業者に周知である。当業者であれば、平坦化層が典型的にはディスプレイ技術で用いられるので、最も適切な平坦化層を容易に選択することができる。

図６の電子素子は、本発明の特に好ましい実施形態を表す。素子は、４つの画素、第１カラーコンバータ層、第１、第２および第３のカラーフィルタ層を含む。好ましくは、有機エレクトロルミネセントデバイス１００は、白色光を発光する。
電気素子は、例えば、携帯電話、ラップトップ、テレビ用のスクリーンにおけるカラーディスプレイに使用することができる。したがって、本発明はまた、本発明による電子素子の少なくとも１つを含むカラーディスプレイに関する。

好ましくは、カラーディスプレイは、ＴＦＴバックプレーン６００も含む。
本明細書に開示される赤色光発光カラーコンバータを用いることは、いくつかの有益な効果を有する。カラーディスプレイにおける赤色カラーフィルタと組み合わせた赤色発光半導体ナノ粒子の使用は、予想外に改善された赤色発光をもたらし、有益な色域および高い電力効率をもたらす。

本発明はまた、少なくとも１つの赤色発光半導体ナノ粒子および少なくとも１つの赤色カラーフィルタを含む組成物に関する。組成物は、少なくとも１つの散乱粒子をさらに含むことができる。
本発明はまた、少なくとも１つの発光半導体ナノ粒子、好ましくは少なくとも１つの赤色発光半導体ナノ粒子、および少なくとも１つの赤色カラーフィルタを含む層に関する。

性能データは、カラーコンバータとして量子ロッドまたはコアシェル型量子ロッドを含む電子素子の特定の調製によってさらに改善され得る。したがって、本発明はまた、量子ロッドまたはコアシェル型量子ロッドまたはこれらの組み合わせを含む、本発明による電子素子の製造方法に関し、量子ロッドまたはコアシェル型量子ロッドを含むカラーコンバータ層は、好ましくは、それが画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス上に蒸着される前に、配向蒸着により、または伸張により、少なくとも一部において配向されることを特徴とする。カラーコンバータ層を配向するために、任意の方法を使用することができる。当業者にとって、最も適切な方法を選択することは困難ではない。カラーコンバータ層の配向は、光の偏光、光の出力結合、および光の輝度に対して特に有益である。

配向は、例えば伸張（例えば、WO2012/059931）によって、またはノッチで予め構造化された基板を使用することによって起こり得る。
発光された光を偏光するために、またはアウトカップリングを改善するために、当技術分野で周知のさらなる技術を使用することができる。これを達成するための好ましい方法は、WO2015/151092A1およびWO2015/198327A1に開示されている方法である。

得られるデバイスは、カラーコンバータ層の構造化の程度に依存する特定の構造を有する。
すなわち、本発明はまた、上記の方法によって得られた電子素子に関する。

本発明によるカラーディスプレイは、従来技術に対して以下の驚くべき利点によって区別される。
１．本発明によるデバイスは、従来技術によるデバイスと比較してより高い色純度を示す。
２．本発明によるデバイスは、改善された効率を示す。
３．本発明によるデバイスは、低い製造コストで容易に製造することができる。
４．本発明によるデバイスは、大量生産に特に適している。
５．本発明によるデバイスは、従来技術によるデバイスと比較して、より長い寿命を有する。

本発明の前述の実施形態に対する変更は、依然として本発明の範囲内に含まれ得ることが理解されるであろう。本明細書に開示された各特徴は、他に述べられていない限り、同一、同等または類似の目的を果たす代替の特徴と置き換えることができる。したがって、他に述べられていない限り、開示された各特徴は、一般的な一連の同等または類似の特徴の一例に過ぎない。

このような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除いて、本明細書で開示された特徴のすべては、いずれかの組み合わせで組み合わせることができる。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明の全ての態様に適用可能であり、いずれかの組み合わせで使用することができる。同様に、非本質的な組み合わせで記述された特徴は、（組み合わせてではなく）別々に使用されてもよい。

上述の特徴、特に実施形態の特徴の多くは、本発明の実施形態の一部としてではなく、それ自体独創的であることが理解されるであろう。現在請求されているいずれの発明に加えて、またはそれらに代わるものとして、これらの特徴について独立した保護を求めることができる。
ここに開示される教示は、開示された他の例と組み合わせて抽象化することができる。

本発明の他の特徴は、本発明の説明のために与えられた例示的な実施形態の説明および図面を参照して明らかになるが、本発明を限定するものではない。
上述の実施形態のいくつかは、添付図面を参照して以下の実施例においてより詳細に説明される。

図１は、本発明による電子デバイスの異なる構成をａ）とｂ）で示している。電子デバイスは、第１画素１０１と、第２画素１０２と、第３画素１０３と、任意選択で第４画素１０４とを含む、有機エレクトロルミネセントデバイス１００を備える。画素は、同一の光を発光するが、電子的に別々に制御される。デバイスは、第１画素１５１の光出力経路に、第１発光半導体ナノ粒子を含むカラーコンバータ層２０１を含む。第１カラーコンバータ層２０１の光出力経路２５１において、電子デバイスは、第１カラーフィルタ層３０１をさらに含む。第１カラーフィルタ層３０１は、最終的に光３５１を発光する。第２画素１０２、第３画素１０３および第４画素１０４の光出力経路は、それぞれ１５２、１５３、１５４で表示される。画素によって直接またはカラーフィルタ層のいずれかによって電子デバイスの外に放出された光は、３５１、３５２、３５３および３５４によって示される。ｂ）において、第２カラーフィルタ層３０２および第３カラーフィルタ層３０３が、第２画素１０２および第３画素１０３の光出力経路にそれぞれ配置されている。

図２は、本発明による電子デバイスを示しており、第１カラーコンバータ発光半導体ナノ粒子および第１カラーフィルタは、単一層５０１の組成物として使用されている。図３は、第２カラーコンバータ層２０２が第２画素１０２の光出力経路１５２に配置されている、本発明による別の電子デバイスを示す。第２カラーフィルタ層３０２は、カラーコンバータ層２０２の光出力経路２５２に配置されている。図４は、第１および第２画素用の共通のカラーコンバータ層２１２を有する、本発明による画素化されたデバイスを示す。図５は、共通のカラーフィルタ層５２３が、第２画素１０２および第３画素１０３の光出力経路１５２および１５３に配置されている、本発明によるもう一つの電子デバイスを示す。

図６は、白色発光有機エレクトロルミネセントデバイス１００として画素化されたタンデム式ＯＬＥＤを含むフルカラーディスプレイの一例を示しており、数字は以下の意味を有する：２０１−少なくとも１つの赤色発光半導体ナノ粒子を含む、第１カラーコンバータ層；３０１−赤色カラーフィルタである第１カラーフィルタ；３０２−緑色カラーフィルタである第２カラーフィルタ；３０３−青色カラーフィルタである第３カラーフィルタ；１０−第１、第２、第３および（任意で）第４画素用の陰極層；２０−第１、第２、第３および第４画素用の電子伝達層（ＥＴＬ）；３０−第１、第２、第３および第４の画素用の赤色／緑色または黄色発光層；４０−第１、第２、第３および第４画素用のホール伝達層（ＨＴＬ）；５０−第１、第２、第３および第４画素用の電荷発生層；６０−第１、第２、第３および第４の画素用の青色発光層；７０−第１、第２、第３および第４画素用の正孔伝達層（ＨＴＬ）；９０−第１、第２、第３および第４画素用の陽極（例えば、ＩＴＯ）；１５０−平坦化層；６００−ＴＦＴバックプレーン：酸化物、ＬＴＰＳ（低温多結晶シリコン）；７００−ガラス。図７は、例３で使用した白色ＯＬＥＤのエレクトロルミネセントスペクトルを示す。図８は、例３で使用した赤色カラーフィルタの透過スペクトルを示す。

実施例
例１
発光半導体ナノ粒子の調製
赤色発光ナノロッドのためのＣｄＳｅコアの調製：
０．０６ｇの酸化カドミウム、０．２８ｇのオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）および３ｇのトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）を含む３つ口フラスコを１５０℃で１時間半脱気した。セレン前駆体は、２０ｍＬのバイアルにおいて、５８ｍｇの元素のＳｅを０．３６ｇのトリ−ｎ−オクチルホスフィン（ＴＯＰ）に溶解することによって、グローブボックス中で調製した。１．５ｇのＴＯＰを第２のバイアルに入れた。脱気後、フラスコをアルゴンで洗浄し、光学的透明度が達成されたときに約３００℃に加熱した。この時点で１．５ｇのＴＯＰをゆっくりとフラスコに注入した。フラスコをさらに３５０℃に加熱し、その時点で、ＴＯＰ：Ｓｅをフラスコに迅速に注入した。反応時間は、コアの所望のサイズに依存する。加熱源を取り除くことによって反応を停止させた。コアを１：１のトルエン：メタノール混合物によって溶解し、沈殿させた。この第１ステップでは、直径３．４ｎｍのＣｄＳｅコアが合成された。

ＣｄＳｅ／ＣｄＳ赤色発光ナノロッドの調製：
０．１２ｇの酸化カドミウム、０．１６ｇのヘキサホスホン酸（ＨＰＡ）、０．５６ｇのオクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）および３ｇのトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）を含む３つ口フラスコを１５０℃で１時間半脱気した。硫黄前駆体は、２０ｍＬのバイアルにおいて、１．５ｇのトリ−ｎ−オクチルホスフィン（ＴＯＰ）に硫黄元素０．１２ｇを溶解して調製した。１．５ｇのＴＯＰを第２のバイアルに入れた。コアの必要量は、ナノロッドの所望の長さに依存する。２３ｎｍの長さのロッドについては、２．３×１０^−７モルのＣｄＳｅが必要であった。硫黄が溶解した後、ＴＯＰ：Ｓを精製されたコア上に注ぎ、コアの完全な溶解が達成されるまで混合した。脱気後、フラスコをアルゴンで洗浄し、光学的透明性が達成されたとき約３００℃に加熱した。この時点で１．５ｇのＴＯＰをゆっくりとフラスコに注入した。フラスコをさらに３６０℃に加熱し、その時点でＴＯＰ：Ｓ：ＣｄＳｅをフラスコに迅速に注入した。反応を８分間放置した。加熱源を取り除くことによって反応を停止した。上述の直径３．４ｎｍのＣｄＳｅコアを使用して合成されたナノロッド生成物は、トルエン溶液中で測定した場合、２３×７ｎｍの寸法を有し、６２８ｎｍで最大発光を有し、半値全幅（ＦＷＨＭ）は２４ｎｍである。

例２
カラーコンバータフィルムの調製と特性評価
伸張されていないフィルムは、国際特許出願ＷＯ２０１１／０９２６４６号（lighting devices with prescribed colour emission）に開示されたものと同様の手順に従って調製された。１つの散乱（ＱＦｉｌｍ２と呼ぶ）と１つの非散乱（ＱＦｉｌｍ１と呼ぶ）の２つの異なるフィルムが準備された。フィルムを調製するために使用されるナノロッドの調製は、上記に記載されている。

非散乱フィルム（ＱＦｉｌｍ１）の調製：
ナノロッド溶液を調製した。このために、ある量のナノロッドを４ｍｌのトルエンに添加した。その量は、溶液を５０倍に希釈したときに、１０ｍｍパス石英キュベットのための０．２７の光学濃度が４５０ｎｍで得られるように選択された。次に、例えば、Sigma-Aldrich社から入手可能な、１．１ｇのポリ（ビニルブチラール−コ−ビニルアルコール−コ−ビニルアセテート）（ＰＶＢ）を、１５ｍｌのトルエンに溶解した。このＰＶＢ溶液の２５％を攪拌しながらナノロッド溶液に添加した。得られたナノロッドおよびＰＶＢの溶液を６ｃｍ×６ｃｍのガラス板に置き、乾燥器に入れ、１５時間真空にした後、混合物が固化し、得られたフィルムをガラス板から取り除くことができた。

散乱フィルム（ＱＦｉｌｍ２）の調製：
散乱フィルム（ＱＦｉｌｍ２）は、追加の５５ｍｇのＢａＳＯ４をＰＶＢ溶液に添加することを除いて同じ方法で調製した。
フィルムの量子収率はHamamatsu Quantaurus QY C11347-11で測定され、６３％の値が非散乱フィルムで得られ、６６％が散乱フィルムで得られた。非散乱フィルムの光学濃度をShimadzu UV-1800分光光度計を用いて測定し、１．２８の値が得られた。

WO2012/059931号（polarizing lighting systems、例１）に記載されている手順に従って、伸張比４の伸張フィルム（ＱＦｉｌｍ３と呼ぶ）を調製した。伸張前のフィルムは、非散乱フィルムについて上述したのと同じ手順に従って調製した。偏光比は、伸張軸に平行に偏光された発光強度を伸張軸に垂直な発光で割ることによって得られる。例の伸張フィルムは２．７の偏光比を示した。フィルムの量子収率は、Hamamatsu Quantaurus QY C11347-11で測定し、６４％の値が得られた。ShimadzuUV-1800分光光度計を用いてフィルムの光学濃度を測定し、０．７５の値が得られた。

例３
デバイス製造および特性評価
パフォーマンスデータの決定：
電流効率（ｃｄ／Ａ）は、輝度と電流密度から計算された。輝度は、較正されたフォトダイオードを用いて順方向に測定された。エレクトロルミネセントスペクトルは１０００ｃｄ／ｍ^２の輝度で記録された。これらのスペクトルからＣＩＥ１９３１ｘおよびｙ色座標が計算された。外部量子効率（ＥＱＥ、パーセントで測定）は、１０００ｃｄ／ｍ^２のための電流効率、電圧およびエレクトロルミネセントスペクトルの測定からランバート発光を仮定して計算された。

以下の実施例では、白色発光ＯＬＥＤが使用された。エレクトロルミネセントスペクトルを図７に示す。このＯＬＥＤは２９．３％のＥＱＥを有する。
従来技術による比較例として、赤色カラーフィルタ（Lee Filter 106、“Primary red”）がＯＬＥＤ上に置かれた。フィルタの透過スペクトルを図８に示す。ＯＬＥＤとフィルタとの間の浸漬油として、Ｃ_１４Ｈ_１２Ｏ_２が使用された。得られたデバイスは赤色発光を示し、ＣＩＥ１９３１色座標ｘ＝０．６７、ｙ＝０．３２およびＥＱＥは４．７％であった。

発明例として、ナノロッドを含むフィルム（ＱＦｉｌｍ）が、カラーフィルタとＯＬＥＤとの間に置かれた。Ｃ_１４Ｈ_１２Ｏ_２が、ＯＬＥＤとＱＦｉｌｍとの間、およびＱＦｉｌｍと赤色カラーフィルタとの間に浸漬油として適用された。
非散乱ＱＦｉｌｍ１が使用される場合、ＥＱＥは７．１％に増加し、これは従来技術と比較して５０％の改善に相当する。このデバイスの色座標は、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．３２であり、従って、比較例のデバイスの色座標と実質的に同一である。

散乱ＱＦｉｌｍ２を使用すると、ＥＱＥは８．０％に増加し、これは７０％の改善に相当する。このデバイスの色座標は、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．３２であり、したがって、比較例のデバイスの色座標とほぼ同じである。
伸張された場合に、非散乱ＱＦｉｌｍ３を使用すると、ＥＱＥは５．８％に増加し、これは約２０％の改善に相当する。このデバイスの色座標は、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．３２であり、したがって、比較例のデバイスの色座標とほぼ同じである。
１つのＱＦｉｌｍ３の代わりに２つが使用され、浸漬油が２つのフィルムの間に適用される場合、ＥＱＥは６．３％に増加し、これは３５％の改善に相当する。このデバイスの色座標は、ｘ＝０．６８、ｙ＝０．３２であり、従って、比較例のデバイスの色座標と実質的に同一である。

Claims

電子素子であって、
ａ）同一であるが別々に電子的に制御される、第１発光画素１０１、第２発光画素１０２および第３発光画素１０３を含む、画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００と、
ｂ）第１画素１０１の光出力経路１５１に配置され、第１カラーコンバータとして作用する少なくとも１つの発光半導体ナノ粒子を含む、第１カラーコンバータ層２０１と、
ｃ）第１カラーコンバータ層２０１の光出力経路２５１に配置され、第１カラーフィルタを含む、第１カラーフィルタ層３０１と
を含む、前記電子素子。
第１カラーフィルタ層３０１が、第１カラーフィルタとして赤カラーフィルタを含み、第１カラーコンバータ層２０１が、第１カラーコンバータとして赤色発光半導体ナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子素子。
第２カラーフィルタを含む第２カラーフィルタ層３０２が、第２画素１０２の光出力経路に配置され、好ましくは、第２カラーフィルタが、緑カラーフィルタであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子素子。
第３カラーフィルタを含む第３カラーフィルタ層３０３が、第３画素１０３の光出力経路に配置され、好ましくは、第３カラーフィルタが、青カラーフィルタであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子素子。
第１カラーフィルタおよび第１カラーコンバータが、第１複合層５０１として同じ層に位置づけられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子素子。
ディスプレイが、第４画素１０４を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子素子。
画素化された有機エレクトロルミネセントデバイスの画素が、白色光を発光することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子素子。
デバイスが、第２画素１０２と第２カラーフィルタ層３０２との間の第２画素１０２の光出力経路１５２に、第２カラーコンバータを含む第２カラーコンバータ層２０２を含み、好ましくは、第２カラーコンバータは、発光半導体ナノ粒子であり、より好ましくは、第２カラーコンバータは、緑色光を発光することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子素子。
第１カラーコンバータ層２０１および第２カラーコンバータ層２０２が、第１画素１０１および第２画素１０２の光出力経路に配置される単一の共通カラーコンバータ層２１２によって表され、共通カラーコンバータ層２１２は、第１カラーコンバータおよび第２カラーコンバータの組成を含むことを特徴とする、請求項８に記載の電子素子。
有機エレクトロルミネセントデバイスが、青色光を発光することを特徴とする、請求項１〜６、８または９のいずれか一項に記載の電子素子。
デバイスが、第２画素１５２および第３画素１５３の光出力経路に共通のカラーフィルタ層５２３を含み、共通のカラーフィルタ層が、第２カラーフィルタおよび第３カラーフィルタの組成を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子素子。
有機エレクトロルミネセントデバイスが、青緑色光を発光することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電子素子。
第１、第２または第３カラーコンバータ層における発光半導体ナノ粒子の濃度が、１０ｍｇ／ｍ^２と１ｇ／ｍ^２との間、好ましくは、２０ｍｇ／ｍ^２と５００ｍｇ／ｍ^２との間、より好ましくは、５０ｍｇ／ｍ^２と３００ｍｇ／ｍ^２との間、特に好ましくは、１００ｍｇ／ｍ^２と２００ｍｇ／ｍ^２との間の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電子素子。
発光半導体ナノ粒子が、量子ドット、コアシェル型量子ドット、量子ロッド、コアシェル型量子ロッドおよびこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電子素子。
発光半導体ナノ粒子が、ＩｎＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｎＴｅおよびＴｌ_２ＳｎＴｅ_５およびこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電子素子。
カラーフィルタが、染料および顔料から選択されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電子素子。
デバイスが、画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００とカラーコンバータ層との間に、または画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス１００とカラーフィルタ層との間にカラーコンバータ層がない場合に、平坦化層１５０をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電子素子。
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電子素子の少なくとも１つを含む、カラーディスプレイ。
カラーディスプレイが、ＴＦＴバックプレーン６００を含むことを特徴とする、請求項１８に記載のカラーディスプレイ。
有利な色域および高電力効率をもたらす赤色発光を生成するために、有機エレクトロルミネセントデバイスを含む、好ましくは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）を含む、カラーディスプレイにおける、赤カラーフィルタと組み合わせた赤色発光半導体ナノ粒子の使用。
少なくとも１つの赤色光発光半導体ナノ粒子および少なくとも１つの赤カラーフィルタを含む層。
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電子素子の製造方法であって、カラーコンバータ層が、量子ロッド、コアシェル型量子ロッドまたはこれらの組み合わせを含み、好ましくは、それが画素化された有機エレクトロルミネセントデバイス上に蒸着される前に、配向蒸着により、または伸張により、少なくとも一部において配向されることを特徴とする、前記製造方法。
請求項２２に記載の方法によって得られる電子素子。