JP2022528689A - 白色有機発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、エレクトロルミネセント材料（ＥＬＭ）と、ＥＬＭに隣接して配置されたブラッグ変換器とを備える白色有機発光デバイス（ＷＯＬＥＤ）に関する。さらに、本発明は、ＷＯＬＥＤを使用して白色光を生成する方法、白色光を生成するためのＷＯＬＥＤの使用、及びＷＯＬＥＤを生成する方法にも関する。
Description
本発明は、エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ：electroluminescent medium）と、ＥＬＭに隣接して配置されたブラッグ変換器とを備える白色有機発光デバイス（ＷＯＬＥＤ：white organic light emitting device）に関する。さらに、本発明は、前記ＷＯＬＥＤを用いて白色光を生成する方法、白色光を生成するためのＷＯＬＥＤの使用、及び前記ＷＯＬＥＤを製造する製造方法にも関する。
過去３０年間、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diodes）は、多数のオプトエレクトロニクス用途において利用され、現代の研究における主要なトレンドの１つとなっている。ＬＥＤは省エネルギーに大きく貢献することから、汎用性が高く、高効率な一般照明システムとして確立されている。特に、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ：organic light emitting device）における発光は、有機分子又は有機金属分子からのエレクトロルミネセンスに依存し、有機分子又は有機金属分子は、それらの無機の対応物と比較して実質的に低いコストを有する。ＯＬＥＤの製造コストが低いことに加えて、大面積やフレキシブル基板への集積が容易であるため、グレアフリー（glare-free）の照明として特に魅力的であり、複雑な照明デザインのアーキテクチャにも統合可能である。
一般的な照明装置の重要な要件の一つは、高強度かつ高品質の白色光を、任意の所与の電力入力で安定して発光させることである。一般に、白色で発光する有機発光デバイス（ＷＯＬＥＤ）の製造方法は、以下の３つの主要な設計に分類することができる。
１）マトリクス材料（単一分子又はポリマー）と複数の不純物エミッタ（例えば、青-緑-赤）との間の近分子エネルギー移動（フェルスター又はデクスター）によって白色光が達成される、単一発光層（ｓ-ＥＭＬ：single emitting layer）構造に基づくＷＯＬＥＤ。これらの構造は、特にＷＯＬＥＤの研究のために、製造上の柔軟性（真空蒸着又は溶液プロセス）を提供する一方で、不純物濃度の正確な制御が主要な課題の１つである。
２) 複数の発光層を有するＷＯＬＥＤでは、安定したエレクトロルミネセンスと高いデバイス歩留まりが達成できる。このＷＯＬＥＤでは、垂直方向に積層されたマルチＥＭＬ（multi-ＥＭＬ）構造又はストライプ構造から得られる赤-緑-青（ＲＧＢ）光を混合することで、白色光を得る。しかしながら、それらの製造方法は複雑であり、活性領域が厚いため、通常、動作電流が大きくなる。さらに、複数の発色層からの色の組み合わせを制御するために、電子的な駆動回路が必要となる。
３) 広帯域の発光スペクトルを有する単一のエミッタ（ドープされている場合もある）からなる厚い活性媒体に、複数のキャビティモードを組み込む。ＲＧＢ波長に位置するキャビティモード共振は、ＲＧＢでのパーセル効果による発光（Purcell-enhance emission）を可能とする。これらのフォトニックなマルチ共振構造における利点は、先に述べたカテゴリーのいずれからもＥＭＬを利用するように設計できることである。ここでの主な課題は、キャビティの長さが長くなることであり、通常３８０ｎｍよりも厚くなる。これにより、追加の損失導波モード（lossy waveguided modes）が導入され、ＯＬＥＤにおける電子-正孔の効率的な再結合が阻害される（効率ロールオフ（efficiency roll-off））。
米国特許出願公開第２００８／０１３７００８号は、３つの積層された層を有するデバイスを教示しており、各層は複数の画素を有し、そのうちの１／３は選択された色に対して放射的に活性であるが、３つの層を適切に整列させると、１つの層の色画素が他の層の非活性画素と垂直方向に整列する。層は、独立にアドレスされて、約５５００Ｋ～約６５００Ｋ、又は約２８００Ｋ～約５５００Ｋの色温度を提供する。
米国特許出願公開第２０１２／０１５３３２０号は、異なる色のエレクトロルミネセンスＯＬＥＤの２つ又は３つの交互のストライプが、マイクロキャビティ効果のために構築され、デバイスが強化された光出力を有することができる発光デバイスを教示する。
驚くべきことに、誘電体分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）のフォトニックなブラッグモードに結合させた単一発光層（ｓ-ＥＭＬ）を含む上面発光型のＯＬＥＤ(ＴＯＬＥＤ：top-emitting ＯＬＥＤ)から白色光が生成され得ることが分かった。また、白色光の主要な色である赤－緑－青（ＲＧＢ）に共振するブラッグモードが、ｓ-ＥＭＬのスペクトルを変化させ、広帯域の白色発光を生成し得ることも分かった。
本発明の利点は、白色発光ＯＬＥＤの構造の単純化と、前記ＷＯＬＥＤを工業規模で容易かつコスト効率よく製造できることと、を含む。
本発明の第１の態様は、白色有機発光デバイス（ＷＯＬＥＤ）である。本発明によれば、ＷＯＬＥＤは、エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ）と、ＥＬＭに直接隣接して配置されたブラッグ変換器とを含む。前記ＷＯＬＥＤは、白色光を生成するために使用することができる。
本発明の第２の態様は、前記ＷＯＬＥＤの製造方法である。本発明によれば、前記方法は、
ａ. パターニングされたシャドウマスクを介して、アノード及び正孔注入層を順次成膜すること、
ｂ. パターニングされたシャドウマスクを介して、発光層、正孔ブロック層、電子注入層、及びカソード層を順次成膜すること、
及び、
ｃ. パターンニングされたシャドウマスクを介して、ブラッグ変換層をカソードの表面に直接スパッタリングすること、を含む。
ａ. パターニングされたシャドウマスクを介して、アノード及び正孔注入層を順次成膜すること、
ｂ. パターニングされたシャドウマスクを介して、発光層、正孔ブロック層、電子注入層、及びカソード層を順次成膜すること、
及び、
ｃ. パターンニングされたシャドウマスクを介して、ブラッグ変換層をカソードの表面に直接スパッタリングすること、を含む。
本発明の第３の態様は、本明細書に記載のＷＯＬＥＤを使用して白色光を生成する方法である。
本発明の第４の態様は、白色光の生成のための本明細書に記載されるＷＯＬＥＤの使用である。
本発明の目的は、独立請求項に記載されていることを特徴とする装置、製造方法、方法、及び使用によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
一実施形態では、本発明の目標は、単色光を生成する単一のエレクトロルミネセンス層と、１色のエレクトロルミネセンスを多色のエレクトロルミネセンス出力に変換するブラッグ変換器とに基づく、新規な白色有機発光デバイス（ＷＯＬＥＤ）を開発することであった。ＯＬＥＤベースのデバイスを照明に使用する特定の用途において、白色光が望まれている。
本発明の一実施形態では、驚くべきことに、誘電体分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）のフォトニックなブラッグモードに結合されたサブ１００ｎｍの厚さ（sub-100 nm-thick）の青色単一発光層（ｓ-ＥＭＬ）からなる上面発光型のＯＬＥＤ(ＴＯＬＥＤ)から、白色光を生成できることが分かった。ブラッグモードとは、ＤＢＲのストップバンドの外側に位置するモードであり、その波長は、周期的な層構造の方向のＤＢＲの長さで定義される。また、白色光の主要な色である赤-緑-青（ＲＧＢ）で共振するブラッグモードは、ＤＢＲのフォトニックバンドの外側に位置するにもかかわらず、光学遷移の状態密度を変更し、広帯域の白色光を生成できることが分かった。
本発明によるＷＯＬＥＤの一実施形態では、ＤＢＲのストップバンドは、従来のキャビティミラーとして使用されず、代わりに、赤色にシフトした発光の取り出し（out-coupling）を強化しながら、ＵＶ放射を抑制する。さらに、ＯＬＥＤの上にＤＢＲを成膜することによって、有機層の保護を実現することが可能となり、最終製品の寿命を延ばすことにつながる。
本明細書で使用される「ブラッグ変換器（Bragg converter）」という表現は、ＯＬＥＤから放出される光を異なる色の光に変換する周期構造を指す。一実施形態では、ブラッグ変換器は、そのストップバンドによって放射の一部を遮断し、ブラッグモードを介して選択された色に必要な波長を取り出すことによって、ＯＬＥＤからの光を異なる色に変換する。本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器は、そのストップバンド（紫外線放射など）によって放射の一部を遮断し、ブラッグモードを介して選択された色に必要な波長を取り出すために使用される分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を指す。一実施形態では、ブラッグ変換器は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した層を含む。本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器は、高屈折率及び低屈折率を交互に有する２つの材料の透明層を含み、可視スペクトル（４００ｎｍ～７００ｎｍ）における複数の透明ブラッグモードをサポートする。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器を含むＷＯＬＥＤからの所望の出射光は多色光である。本発明の別の実施形態では、ブラッグ変換器を含むＷＯＬＥＤからの所望の出射光は白色光である。
本明細書で使用される場合、「白色光」という表現は、２７００Ｋ（ケルビン）～６５００Ｋの範囲の色温度を有する光を指す。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）と、ＯＬＥＤに直接隣接して配置されたブラッグ変換器とを含む。
一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、エレクトロルミネッセンス媒体（ＥＬＭ）を含む有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）と、交互に積層された高屈折率材料の層及び低屈折率材料の層の対（pairs of alternating layers）を含み、ＯＬＥＤに直接隣接して配置されたブラッグ変換器と、を備え、ＥＬＭは単一の有機発光層（ＥＭＬ）を含み、ブラッグ変換器はそのストップバンドによって放射の一部を遮断し、ブラッグモードを介して選択された色に必要な波長を取り出すこと（out-coupling）によって、ＯＬＥＤからの光を異なる色に変換する。
図１は、本発明によるＷＯＬＥＤの概略図である。本発明によるＷＯＬＥＤは、エレクトロルミネセンス提供媒体（electroluminescent medium、ＥＬＭ）を備える。本発明の一実施形態では、ＥＬＭは、アノードとカソードとの間に挟まれている。ＷＯＬＥＤは、デバイスのカソードが配置された側の面に配置されたブラッグ変換器をさらに備える。任意選択で、本発明によるＷＯＬＥＤは、光学的に平坦な適切な固体基板上に配置されてもよい。
本発明の一実施形態では、ＥＬＭは有機発光層（ＥＭＬ）を含む。本発明の別の実施形態では、ＥＬＭは、発光層（ＥＭＬ）、正孔注入層、正孔ブロック層、及び電子注入層を備える。本発明の一実施形態では、発光層と正孔ブロック層とが一緒になって二層有機スタックを形成する。
エレクトロルミネセンスの方向（図１及び図４の矢印で示される）に関して、本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器は、上面、すなわちＯＬＥＤの光出射面に配置される。本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器は、ＯＬＥＤに直接隣接して配置される。本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器はＯＬＥＤと接触している。
本発明の一実施形態では、ＯＬＥＤは、少なくとも２層の有機成分を含む二層有機スタックを含む。本発明の特定の実施形態では、有機層は、正孔ブロック層（ＨＢＬ：hole blocking layer）と発光層（ＥＭＬ）とである。本発明の一実施形態では、発光層（ＥＭＬ）は、不純物及び他の添加剤を含まない。
本発明の一実施形態では、ＯＬＥＤは、カソード、電子注入層、二層有機スタック、正孔注入層、及びアノードを備える。
本発明の一実施形態では、ＯＬＥＤは、カソード、電子注入層、正孔ブロック層、発光層、正孔注入層、及びアノードを備える。
本発明の一実施形態では、エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ）は、電子注入層、二層有機スタック、及び正孔注入層を備える。
本発明によるＯＬＥＤ及びＷＯＬＥＤの色は、ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclaraige）によって定義された座標の組として、ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ色空間に従って定義される。
本発明の一実施形態では、二層有機スタックは、発光層と正孔ブロック層とを備える。本発明の特定の実施形態では、二層有機スタックは、発光層としてのオリゴフルオレンと、正孔ブロック層としてのフェナントロリンとを含む。本発明の非常に具体的な実施形態では、二層有機スタックは、活性有機層として２，７-ビス［９，９-ジ（４-メチルフェニル）-フルオレン-２-イル］-９，９-ジ（４-メチルフェニル）フルオレン（ＴＤＡＦ）の層を含み、正孔ブロック層として４，７-ジフェニル-１，１０-フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）の層を含む。
本発明の一実施形態では、二層有機スタックは、不純物及び他の添加剤を本質的に含まない。
本発明の一実施形態では、発光層は、１ｎｍ～１００ｎｍ、１０ｎｍ～９０ｎｍ、２０ｎｍ～８０ｎｍ、３０ｎｍ～７０ｎｍ、４０ｎｍ～６０ｎｍ、又は４５ｎｍ～５５ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、発光層は、１００ｎｍ未満、９０ｎｍ未満、８０ｎｍ未満、７０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、又は５５ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、発光層は、１ｎｍより大きい、１０ｎｍより大きい、２０ｎｍより大きい、３０ｎｍより大きい、４０ｎｍより大きい、又は４５ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔ブロック層は、１ｎｍ～７０ｎｍ、１ｎｍ～６０ｎｍ、２ｎｍ～５０ｎｍ、５ｎｍ～４０ｎｍ、１０ｎｍ～３０ｎｍ、又は１５ｎｍ～２５ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔ブロック層は、７０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、又は２５ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔ブロック層は、１ｎｍより大きい、２ｎｍより大きい、５ｎｍより大きい、１０ｎｍより大きい、又は１５ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の特定の実施形態では、発光層は５０ｎｍの厚さを有し、正孔ブロック層は２０ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、ＴＤＡＦ及びＢＰｈｅｎを含むＴＯＬＥＤは、１９３１ ＣＩＥ（Comission Internationale de l'Eclairage）による座標（０．１９、０．１５）で、４４２ｎｍにピーク発光を有する青色光を放出する。
本発明の一実施形態では、発光層（ＥＭＬ）は、その発光の一部が紫外及び青色波長に位置する広い範囲の光を放出する。
エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ）はまた、二重層有機スタックに加えて、アノード及びカソードを含み、アノードとカソードとの間には二重層有機スタックが挟まれている。アノード及びカソードは、任意の適切な導電性材料から選択されている。
エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ）は、電流が印加されると発光する材料の任意の適切な組み合わせから構成することができる。当業者には容易に理解されるように、ＥＬＭ用の材料の選択は、ＷＯＬＥＤの発光（luminescence）から得たい光の色温度に依存する。
本発明の一実施形態では、カソードは、０．１ｎｍ～７０ｎｍ、１ｎｍ～６０ｎｍ、２ｎｍ～５０ｎｍ、５ｎｍ～４０ｎｍ、１０ｎｍ～３０ｎｍ、又は１０ｎｍ～２０ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、カソードは、７０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、又は２０ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、カソードは、０．１ｎｍより大きい、１ｎｍより大きい、２ｎｍより大きい、５ｎｍより大きい、又は１０ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の一実施形態では、アノードは、１０ｎｍ～１３０ｎｍ、２０ｎｍ～１２０ｎｍ、３０ｎｍ～１１０ｎｍ、４０ｎｍ～１００ｎｍ、５０ｎｍ～９０ｎｍ、又は６０ｎｍ～８０ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、アノードは、１３０ｎｍ未満、１２０ｎｍ未満、１１０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、９０ｎｍ未満、又は８０ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、アノードは、１０ｎｍより大きい、２０ｎｍより大きい、３０ｎｍより大きい、４０ｎｍより大きい、５０ｎｍより大きい、又は６０ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の特定の実施形態では、カソードの材料はアルミニウムであり、カソードの厚さは１０ｎｍである。本発明の特定の実施形態では、アノードの材料はアルミニウムであり、アノードの厚さは７０ｎｍである。
当業者には容易に理解されるように、金属アノードは、エレクトロルミネセンス媒体（ＥＬＭ）から放出された光をＯＬＥＤ又はＷＯＬＥＤの表面に向けて反射する反射器としても機能するであろう。本発明の一実施形態では、ＯＬＥＤは、ＥＬＭの片面に配置された反射層を備える。本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器は、ＥＬＭの、反射材料とは反対側の面に配置される。本発明の別の特定の実施形態では、アノードは反射材料を含む。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、アノードと二層有機スタックとの間に挟まれた正孔注入層を備える。正孔注入層は、ＭｏＯ３（三酸化モリブデン）を含み、約５ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、０．１ｎｍ～７０ｎｍ、１ｎｍ～６０ｎｍ、２ｎｍ～５０ｎｍ、５ｎｍ～４０ｎｍ、１０ｎｍ～３０ｎｍ、又は１５ｎｍ～２５ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、７０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、又は２５ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、１ｎｍより大きい、２ｎｍより大きい、５ｎｍより大きい、１０ｎｍより大きい、又は１５ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、カソードと二層有機スタックとの間に挟まれた電子注入層を備える。本発明の特定の実施形態では、電子注入層は、ＬｉＦ(フッ化リチウム）を含み、約０．５ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、０．１ｎｍ～７ｎｍ、０．２ｎｍ～６ｎｍ、０．３ｎｍ～５ｎｍ、０．４ｎｍ～４ｎｍ、０．３ｎｍ～３ｎｍ、又は０．２ｎｍ～２ｎｍの厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、７ｎｍ未満、５ｎｍ未満、４ｎｍ未満、３ｎｍ未満、２ｎｍ未満、又は１ｎｍ未満の厚さを有する。
本発明の一実施形態では、正孔注入層は、０．１ｎｍより大きい、０．２ｎｍより大きい、０．３ｎｍより大きい、０．４ｎｍより大きい、又は０．４５ｎｍより大きい厚さを有する。
本発明の一実施形態では、二層有機スタック、アノード、カソード、電子注入層、及び正孔注入層を備えるＥＬＭの合計の厚さは、約１６０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、二層有機スタック、アノード、カソード、電子注入層、及び正孔注入層を備えるＥＬＭの合計の厚さは、５０～５００ｎｍ、７５～４５０ｎｍ、１００～３５０ｎｍ、１２５～２５０ｎｍ、１３０～２００ｎｍ、又は１４０～１９０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、二層有機スタック、アノード、カソード、電子注入層、及び正孔注入層を備えるＥＬＭの合計の厚さは、５００ｎｍ未満、４５０ｎｍ未満、３５０ｎｍ未満、２５０ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、又は１９０ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、二層有機スタック、アノード、カソード、電子注入層、及び正孔注入層を備えるＥＬＭの合計の厚さは、５０ｎｍより大きい、７５ｎｍより大きい、１００ｎｍより大きい、１２５ｎｍより大きい、１３０ｎｍより大きい、又は１４０ｎｍより大きい。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、基板を備える。基板は、隣接する層と化学的に適合性があり、隣接する層を支持するのに十分な光学的平坦性と堅牢性とを有する任意の材料とすることができる。特定の用途に応じて、基板は、柔軟又は非柔軟であってもよく、透明、半透明又は不透明であってもよく、シリコン技術と適合性があり、集積回路を有することができる。本発明の特定の実施形態では、基板は反射器としても機能することができる。基板として使用され得る材料の非限定的な例は、金属、プラスチック、半導体、及び誘電体（ガラス、石英、又はサファイアなど）である。適切な基板の非限定的な例は、金属コーティングされたガラス又はシリコンである。
本明細書中で使用される場合、「ガラス」という用語は、ガラスとして特徴付けられるか、又は特徴付けることが可能な任意の材料をいう。これには、ソーダ石灰ガラス、ソーダ石灰石英ガラス、溶融石英、溶融石英ガラス、ガラス質シリカガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス、パイレックス（登録商標）、酸化鉛ガラス、クリスタルガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、酸化ゲルマニウムガラス、サファイアガラス、及びこれらの混合物などの材料が含まれるが、これらに限定されない。
本発明の一実施形態では、基板は、ＯＬＥＤの、ブラッグ変換器とは反対側の面に取り付けられる。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器は、交互に積層された高屈折率材料の層及び低屈折率材料の層の対を備える。使用する材料の選択は、必要とされる波長の変換の正確な性質に依存する。高屈折率材料及び低屈折率材料の層は、高屈折率層を低屈折率層の上に配置するか、又は低屈折率層を高屈折率層の上に配置するかのいずれかの順序で配置することができる。
図２は、ＷＯＬＥＤの反射率の計算値とＷＯＬＥＤの発光スペクトルとを示す。
本明細書で使用される場合、「低屈折率材料」という用語は、可視波長に対する屈折率が１．６５以下の材料を指し、「高屈折率材料」という用語は、可視波長に対する屈折率が１．７以上の材料を指す。
本明細書で使用される場合、「低屈折率材料」という用語は、可視波長に対する屈折率が１．６５以下の材料を指し、「高屈折率材料」という用語は、可視波長に対する屈折率が１．７以上の材料を指す。
本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器は、シリコン、タンタル、チタン、又はハフニウムの透明な酸化物を含む群から選択された複数の誘電体化合物が交互に積層された層を含む。好適な酸化物の非限定的な例としては、シリカ（二酸化ケイ素、ＳｉＯ２）などのケイ素の酸化物、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などのタンタルの酸化物、チタニア（ＴｉＯ２）などのチタンの酸化物、及び二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）などのハフニウムの酸化物が挙げられる。
本発明の一実施形態では、低屈折率材料の個々の層の厚さは、１ｎｍ～１００ｎｍ、１０ｎｍ～９０ｎｍ、２０ｎｍ～８０ｎｍ、３０ｎｍ～７０ｎｍ、３５ｎｍ～６５ｎｍ、又は４０ｎｍ～６０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、低屈折率材料の個々の層の厚さは、１００ｎｍ未満、９０ｎｍ未満、８０ｎｍ未満、７０ｎｍ未満、６５ｎｍ未満、又は６０ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、低屈折率材料の個々の層の厚さは、１ｎｍより大きい、１０ｎｍより大きい、２０ｎｍより大きい、３０ｎｍより大きい、３５ｎｍより大きい、又は４０ｎｍより大きい。
本発明の一実施形態では、低屈折率材料の個々の層の厚さは、それぞれ約４２ｎｍである。本発明の別の実施形態では、低屈折率材料の個々の層の厚さは、それぞれ約５３ｎｍである。
本発明の一実施形態では、低屈折率材料は、シリコンの透明酸化物を含む群から選択される。特定の実施形態では、低屈折率物質は、シリカ（ＳｉＯ２）である。
本発明の一実施形態では、高屈折率材料の個々の層の厚さは、１０ｎｍ～２００ｎｍ、４０ｎｍ～１５０ｎｍ、５０ｎｍ～１３０ｎｍ、６０ｎｍ～１２０ｎｍ、７０ｎｍ～１１０ｎｍ、又は８０ｎｍ～１００ｎｍである。
本発明の一実施形態では、高屈折率材料の個々の層の厚さは、７０ｎｍ未満、６０ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、又は２５ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、高屈折率材料の個々の層の厚さは、１ｎｍより大きい、２ｎｍより大きい、５ｎｍより大きい、１０ｎｍより大きい、又は１５ｎｍより大きい。
本発明の一実施形態では、高屈折率材料の個々の層の厚さは、それぞれ４１ｎｍである。本発明の別の実施形態では、高屈折率材料の個々の層の厚さは、それぞれ４２ｎｍである。
本発明の一実施形態では、高屈折率材料は、タンタル、チタン、及びハフニウムの透明酸化物を含む群から選択される。本発明の特定の実施形態では、高屈折率材料は、タンタルの透明酸化物を含有する群から選択される。本発明の非常に具体的な実施形態では、高屈折率物質は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）である。
本発明の一実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、３０ｎｍ～３００ｎｍ、４５ｎｍ～２７５ｎｍ、５０ｎｍ～２６０ｎｍ、６０ｎｍ～２００ｎｍ、７０ｎｍ～１８０ｎｍ、又は８０ｎｍ～１１０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、３００ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１６０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、１２０ｎｍ未満、又は１００ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、１０ｎｍより大きい、３５ｎｍより大きい、５０ｎｍより大きい、６０ｎｍより大きい、７０ｎｍより大きい、又は８０ｎｍより大きい。
本発明の特定の実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、８３ｎｍである。本発明の別の特定の実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、９６ｎｍである。
本発明の特定の実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、８３ｎｍである。本発明の別の特定の実施形態では、一対の高屈折率層及び低屈折率層の厚さは、９６ｎｍである。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器は、互いに重ねて配置された、高屈折率層及び低屈折率層をそれぞれ含む少なくとも１つの対（layers）、少なくとも２つの対、少なくとも３つの対、少なくとも４つの対、又は少なくとも５つの対を備える。本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器は、各々が高屈折率層と低屈折率層とを含み、互いに重ねて配置された少なくとも６つの対を含む。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器の全体の厚さは、２０ｎｍ～２０００ｎｍ、３０ｎｍ～１０００ｎｍ、４０ｎｍ～８００ｎｍ、５０ｎｍ～７００ｎｍ、４００ｎｍ～６５０ｎｍ、又は５００ｎｍ～６００ｎｍである。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器の全体の厚さは、２０００ｎｍ未満、１０００ｎｍ未満、８００ｎｍ未満、７００ｎｍ未満、６５０ｎｍ未満、又は６００ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、ブラッグ変換器の全体の厚さは、２０ｎｍより大きい、１００ｎｍより大きい、２００ｎｍより大きい、３００ｎｍより大きい、４００ｎｍより大きい、又は５００ｎｍより大きい。
本発明の特定の実施形態では、ブラッグ変換器の全体の厚さは、約４９８ｎｍである。本発明の別の特定の実施形態では、ブラッグ変換器の全体の厚さは、約５７６ｎｍである。使用される厚さの選択は、必要とされる波長の変換の正確な性質に依存するであろう。
ＷＯＬＥＤによって放出される光の色は、ＯＬＥＤによって放出される色とブラッグ変換器の構造の、両方に依存することが当業者には理解されよう。
非限定的な例として、本発明の一実施形態では、１９３１ ＣＩＥの座標（０．１９、０．１５）を有する光を放出する本開示の青色ＯＬＥＤを備え、各々が高屈折率層及び低屈折率層を含み、互いに重ねて配置された少なくとも６つの層からなり、合計４９８ｎｍの厚さを有するブラッグ変換器によって青色ＯＬＥＤが封止されたＷＯＬＥＤは、１９３１ ＣＩＥの座標（０．３２、０．３６）を有する均一な白色光を放出することが、本出願人によって提示される。
別の非限定的な例として、本発明の一実施形態では、１９３１ ＣＩＥの座標（０．１９、０．１５）を有する光を放出する本開示の青色ＯＬＥＤを備え、各々が高屈折率層及び低屈折率層を含み、互いに重ねて配置された少なくとも６つの層からなり、合計５７６ｎｍの厚さを有するブラッグ変換器によって青色ＯＬＥＤが封止されたＷＯＬＥＤは、１９３１ ＣＩＥの座標（０．３６、０．３５）を有する均一な白色光を放出することが、本出願人によって提示される。
図３は、ＯＬＥＤの実験的に測定された発光スペクトルと、２つの異なるＷＯＬＥＤからの実験的に測定された発光スペクトルとを示す。図３Ａは、全体の厚さが４９８ｎｍのブラッグ変換器を含むＷＯＬＥＤの発光スペクトルを示し、図３Ｂは全体の厚さが５７６ｎｍのブラッグ変換器を含むＷＯＬＥＤの発光スペクトルを示す。いずれの場合も、ＷＯＬＥＤは、１９３１ ＣＩＥの座標（０．１９、０．１５）を有し青色光を発光するＯＬＥＤを備える。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、ＯＬＥＤとブラッグ変換器とを備える。さらなる実施形態では、ＷＯＬＥＤは、ＯＬＥＤ、ブラッグ変換器、及び基板を備える。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、ＯＬＥＤとブラッグ変換器とを備え、ＯＬＥＤは、アルミニウムのアノード、ＭｏＯ３の正孔注入層と、オリゴフルオレンの発光層と、ＢＰｈｅｎ(４，７-ジフェニル-１，１０-フェナントロリン）の正孔ブロック層と、ＬｉＦの電子注入層と、アルミニウムのカソードとを備える。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、ＯＬＥＤとブラッグ変換器とを備え、ＯＬＥＤは、アルミニウムのアノードと、ＭｏＯ３の正孔注入層と、ＴＤＡＦ（２，７-ビス［９，９-ジ（４-メチルフェニル）-フルオレン-２-イル］-９，９-ジ（４-メチルフェニル）フルオレン）の発光層と、ＢＰｈｅｎ(４，７-ジフェニル-１，１０-フェナントロリン）の正孔ブロック層と、ＬｉＦの電子注入層と、アルミニウムのカソードとを備える。
本発明の一実施形態において、ＷＯＬＥＤは、アルミニウムのアノードと、ＭｏＯ３の正孔注入層と、ＴＤＡＦ(２，７-ビス［９，９-ジ（４-メチルフェニル）-フルオレン-２-イル］-９，９-ジ（４-メチルフェニル）フルオレン）の発光層と、ＢＰｈｅｎ(４，７-ジフェニル-１，１０-フェナントロリン）の正孔ブロック層と、ＬｉＦの電子注入層と、アルミニウムのカソードと、図４による交互に積層されたＳｉＯ２の層及びＴａ２Ｏ５の層を含むブラッグ変換器と、を備える。
本発明の一実施形態において、ＷＯＬＥＤは、アルミニウムのアノードと、ＭｏＯ３の正孔注入層と、ＴＤＡＦ(２，７-ビス［９，９-ジ（４-メチルフェニル）-フルオレン-２-イル］-９，９-ジ（４-メチルフェニル）フルオレン）の発光層と、ＢＰｈｅｎ(４，７-ジフェニル-１，１０-フェナントロリン）の正孔ブロック層と、ＬｉＦの電子注入層と、アルミニウムのカソードと、基材上に配置された図４による交互に積層されたＳｉＯ２の層及びＴａ２Ｏ５の層を含むブラッグ変換器と、を備える。
図４は、本発明によるＷＯＬＥＤの概略説明図である。
本発明の一実施形態では、本発明によるＷＯＬＥＤの厚さは、１５０ｎｍ～１３５０ｎｍ、２５０ｎｍ～１２５０ｎｍ、３５０ｎｍ～１１５０ｎｍ、４５０ｎｍ～１０５０ｎｍ、５５０ｎｍ～９５０ｎｍ、又は６５０ｎｍ～８５０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、本発明によるＷＯＬＥＤの厚さは、１５０ｎｍ～１３５０ｎｍ、２５０ｎｍ～１２５０ｎｍ、３５０ｎｍ～１１５０ｎｍ、４５０ｎｍ～１０５０ｎｍ、５５０ｎｍ～９５０ｎｍ、又は６５０ｎｍ～８５０ｎｍである。
本発明の一実施形態では、本発明によるＷＯＬＥＤの厚さは、１３５０ｎｍ未満、１２５０ｎｍ未満、１１５０ｎｍ未満、１０５０ｎｍ未満、９５０ｎｍ未満、又は８５０ｎｍ未満である。
本発明の一実施形態では、本発明によるＷＯＬＥＤの厚さは、１５０ｎｍより大きい、２５０ｎｍより大きい、３５０ｎｍより大きい、４５０ｎｍより大きい、５５０ｎｍより大きい、又は６５０ｎｍより大きい。
本発明の特定の実施形態では、発光層、カソード、アノード、正孔注入層、電子注入層、及びブラッグ変換器を含むＷＯＬＥＤの全体の厚さは、約７５０ｎｍである。
当業者には理解されるように、本発明によるＷＯＬＥＤは、多数の異なる方法のうちの１つで製造することができる。本発明によるＷＯＬＥＤを製造するための技術の非限定的な例は、真空蒸着及びスピンコーティングである。
本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは、適切な基板又は表面にマスクを適用した後、アノード及び正孔注入層のための材料を順次真空蒸着することによって構築することができる。蒸着後、真空が解除され、マスキングが除去され、第１のマスクの方向に垂直な第２のマスクが追加される。最後に、有機二重層、電子注入層及びカソード層が追加されて、ＯＬＥＤが完成する。蒸着チャンバが大気圧までベントされ、マスキング層が除去された後、真空中でのスパッタリングによりブラッグ変換器の層が追加されて、ＷＯＬＥＤが完成する。
本発明の一実施形態では、ＯＬＥＤデバイスは、ブラッグ変換器と組み合わせたときに、ＬＥＤの色とは異なる色の出射光を生じる有色の無機半導体（colored inorganic semiconductor）である無機ＬＥＤと置き換えることができる。例えば、デバイスに含めるのに適した有色の無機半導体としては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＺｎＳ、ＧａＰ：Ｎ、ＡｌｌｎＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ：Ｎ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、及びＧａＡｓが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明のＷＯＬＥＤは、誘電体ＤＢＲを使用することで、ＯＬＥＤの効率的な封止を提供し、ＯＬＥＤ内への水分及び酸素の拡散を防ぐことで、デバイスの寿命を大幅に延ばすという追加の利点を提供する。これは、例えばエポキシ樹脂によるデバイスの封止が必要ではないことを意味する。
本発明の一実施形態は、ＷＯＬＥＤに電気を印加することによって、本発明によるＷＯＬＥＤを用いて白色光を生成する方法である。本発明の一実施形態では、ＷＯＬＥＤは白色光を生成するために使用される。
以下、本発明を、実施例を用いて説明する。実施例は、説明を目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１：ＷＯＬＥＤの製造方法
複数の蒸着源を有する標準的な真空蒸発装置（Edwards E306）を用いて、ＯＬＥＤの製造を実現した。蒸着基準圧は約１０－６ｍｂａｒ（ミリバール）であり、蒸着速度は２Åｓ－１（オングストローム/秒）であった。ＯＬＥＤは、厚さ１ｍｍの石英基板上に成膜された。ＯＬＥＤは、基板と直接接触するシャドウマスクを用いて正方形にパターニングされた。最初にＡｌの下部アノードとＭｏＯ３の正孔注入層とを成膜し、反応器を周囲大気までベントしてマスクを交換した。ＴＤＡＦ、Ｂｐｈｅｎ、ＬｉＦ、及びＡｌからなるＯＬＥＤの上部を成膜し、その後、マスクを除去する前に大気雰囲気までベントした。ブラッグ変換器は、ＯＬＥＤ上に直接スパッタリングされた。
複数の蒸着源を有する標準的な真空蒸発装置（Edwards E306）を用いて、ＯＬＥＤの製造を実現した。蒸着基準圧は約１０－６ｍｂａｒ（ミリバール）であり、蒸着速度は２Åｓ－１（オングストローム/秒）であった。ＯＬＥＤは、厚さ１ｍｍの石英基板上に成膜された。ＯＬＥＤは、基板と直接接触するシャドウマスクを用いて正方形にパターニングされた。最初にＡｌの下部アノードとＭｏＯ３の正孔注入層とを成膜し、反応器を周囲大気までベントしてマスクを交換した。ＴＤＡＦ、Ｂｐｈｅｎ、ＬｉＦ、及びＡｌからなるＯＬＥＤの上部を成膜し、その後、マスクを除去する前に大気雰囲気までベントした。ブラッグ変換器は、ＯＬＥＤ上に直接スパッタリングされた。
実施例２：特性評価
エリプソメトリ(J.A. Woollam M2000）とプロフィロメトリ(Bruker DektakXT)とを組み合わせて、薄膜の厚さを決定し、光学定数を求めた。すべてのデバイスは、ケースレー社のソースメータユニット（2602B）を用いて電気的特性を評価した。分光計(Acton SpectrPro 2500）に結合した絶対較正済みの２次元ＣＣＤカメラ（Pixis 400）を用いて、電流を増加させたときの前方分光放射輝度（forward spectral radiance）を測定した。分光計のスリット上の画素は、角度絞り±１５度、倍率２．５倍で直接撮像した。
エリプソメトリ(J.A. Woollam M2000）とプロフィロメトリ(Bruker DektakXT)とを組み合わせて、薄膜の厚さを決定し、光学定数を求めた。すべてのデバイスは、ケースレー社のソースメータユニット（2602B）を用いて電気的特性を評価した。分光計(Acton SpectrPro 2500）に結合した絶対較正済みの２次元ＣＣＤカメラ（Pixis 400）を用いて、電流を増加させたときの前方分光放射輝度（forward spectral radiance）を測定した。分光計のスリット上の画素は、角度絞り±１５度、倍率２．５倍で直接撮像した。
対物レンズ（１０倍、０．３ＮＡ）で発光光を集光し、ゴニオメータでＷＯＬＥＤ(ＯＬＥＤ)を光軸方向に回転させることにより、デバイスの角度依存エレクトロルミネセンスを得た。その後、後焦点面（back-focal plane）の対物画像を、２００μｍの分光計の入射スリットに集光させた。デバイスの回転を可能にする真空マイクロチャンバは自社で開発した。すべての測定は、８×１０－２ｍｂａｒの基準圧で実施された。外部量子効率（ＥＱＥ）を決定するために、測定された光子数を補正する既知の角度分解ＥＬと前方分光放射輝度をパラメータ化した。この場合、外部量子効率（ＥＱＥ）は、放出された光子と注入された電子との比率である。
測定の結果、実施例１に開示の方法に従って製造された厚さ約１６０ｎｍのＯＬＥＤは、ブラッグ変換器で封止する前に、１９３１ ＣＩＥの座標（０．１９、０．１５）を有する光を放出することが示された。
青色ＯＬＥＤをブラッグ変換器で封止して全体の厚さが４９８ｎｍのＷＯＬＥＤを製造したところ、１９３１ ＣＩＥの座標（０．３２、０．３６）を有する白色光の発光を生じた。一方、全体の厚さが５７６ｎｍのＷＯＬＥＤでは、１９３１ ＣＩＥの座標（０．３６、０．３５）の白色光の発光が生じた。
Claims (14)
- ａ．エレクトロルミネセンス媒体を含む有機発光デバイスと、
ｂ．前記有機発光デバイスに隣接して配置された、交互に積層された高屈折率材料の層及び低屈折率材料の層の対を含むブラッグ変換器と、
を備え、
前記エレクトロルミネセンス媒体が、単一の有機発光層を含み、
前記ブラッグ変換器が、前記ブラッグ変換器のストップバンドによって放射の一部を遮断し、ブラッグモードを介して選択された色に必要な波長を取り出すことにより、前記有機発光デバイスからの光を異なる色に変換する、
白色有機発光デバイス。 - 前記有機発光層が、その発光の一部が紫外及び青色波長に位置する広い範囲の光を放出することを特徴とする、請求項１に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記エレクトロルミネセンス媒体が、前記有機発光層の一方の面に配置された反射層を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記ブラッグ変換器が、前記エレクトロルミネセンス媒体の、前記反射材料とは反対側の面に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記有機発光デバイスの発光部が、アノード、電子注入層、発光層、正孔ブロック層、正孔注入層、及びカソードを含むことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記ブラッグ変換器が、シリコン、タンタル、チタン、ハフニウム、又はこれらの混合物の酸化物を含む誘電体材料の透明な酸化物を含むことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記ブラッグ変換器が、シリカ及び五酸化タンタルを含むシリコン又はタンタルの酸化物を含む、請求項６に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記白色有機発光デバイスが、前記反射材料の下に配置された基板の上に任意に配置されてもよいことを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記基板は、前記反射材料を前記基板の上に成膜可能な任意の光学的に平坦な固体材料であり得ることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 前記基板が、前記有機発光デバイスの、前記ブラッグ変換器とは反対側の面に取り付けられている、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- アルミニウムのアノードと、三酸化モリブデンの正孔注入層と、ＴＤＡＦ（２，７－ビス［９，９－ジ（４－メチルフェニル）－フルオレン－２－イル］－９，９－ジ（４－メチルフェニル）フルオレン）の発光層と、ＢＰｈｅｎ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）の正孔ブロック層と、フッ化リチウムの電子注入層と、アルミニウムのカソードと、シリカ及び五酸化タンタルを交互に積層した層を含むブラッグ変換器と、を備える、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイス。
- 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイスの製造方法であって、
ａ．パターニングされたシャドウマスクを介して、アノードの層及び正孔注入層を順次成膜すること、
ｂ．パターニングされたシャドウマスクを介して、正孔ブロック層、発光層、電子注入層、及びカソードの層を順次成膜すること、及び
ｃ．パターニングされたシャドウマスクを介して、ブラッグ変換器の層を前記カソードの表面に直接スパッタリングすること、
を含む、白色有機発光デバイスの製造方法。 - 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイスを含むデバイスを用いて白色光を生成する方法。
- 白色光を生成するための、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の白色有機発光デバイスの使用。
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