JP5199583B2

JP5199583B2 - 照明のための二重発光白色ｐｌｅｄ

Info

Publication number: JP5199583B2
Application number: JP2007034842A
Authority: JP
Inventors: チョーンヴィ−エン
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: DE102007006346A1; US7667383B2; US20070188086A1; JP2007234591A; DE102007006346B4

Description

本願は、２００６年２月１５日提出の米国特許願第１１／３５６３８９号に基づく優先権を主張し、その開示内容はすべて参照として取り入れる。

ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）の典型的構造は、正孔注入電極（アノード）、発光ポリマー層（ＬＥＰ）および電子注入電極（カソード）からなる。通常、アノード層は透明導電膜、例えば導電ポリマー層を備える金属酸化膜（ＩＴＯ）からなり、導電ポリマーはポリ（スチレンスルホン酸塩）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）がドープされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）である。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の目的は、ＬＥＰへの正孔注入を、注入層の仕事関数の上昇と、ＬＥＰと注入層との間に良好な物理的接触を提供することによって改善することである。ポリマー層は典型的にはスピンコーティングされているが、先進的な印刷方法も使用することができる。カソード層は典型的には仕事関数の低い金属層、例えばＢａまたはＣａであり、電子をＬＥＰ層に効率的に注入することができ、別の金属、例えばＡｌの層により覆われている。

このようなデバイス構造から光放出の色は、ＬＥＰ層の放射特性によって調整される。例えば発光ポリマー、例えばＰＰＶおよびＭＥＨ−ＰＰＶはグリーンおよびオレンジで発光し、これはそれぞれのポリマーのバンドギャップに相当する。白色発光のような広いスペクトル発光は、青色発光ＬＥＰ層に、緑および赤のスペクトル領域で発光するポリマー（または小分子）を混合することによって達成することができる。この場合、直接的なキャリヤトラッピングおよび／または青ホストから赤および緑ドーパントへのエネルギー伝達が、青、緑および赤発光団の間での放射を再分配し、その結果白色発光が生じる。類似のアプローチは、３つすべての発光団のタイプを１つの重合体鎖に合体させ、混合で発生する相分離を防止する共重合体を合成することである。

ＰＬＥＤを最適化するためには、デバイス構造と材料セットを良好な効率と信頼性を得るために最適化する必要がある。このことは単色発光ＰＬＥＤに対しては、次の理由から広スペクトルＰＬＥＤに対するよりも比較的簡単である。（１）発光色を変化するためには発光ドーパントの非常に小さな濃度が必要なだけであるから、ホストＬＥＰにおけるこれらドーパントの濃度公差は、十分な再現性を備えるために非常に小さくなければならない。（２）色に作用することに加えて、発光ドーパントの濃度の変化、またはドーパントの変化はまたホストＬＥＰの電荷輸送（例えば電荷のトラッピング）特性に不所望の変化を生じさせることがあり、このことはデバイスの性能に不利に作用することがある。（３）ホストおよびデバイスの動作寿命にわたるこれら発色団の安定性はまた図１に示したように重要な点である。１つのエミッタに対して最適であるものが通常は別のエミッタに対しては最適でない。このことが図１の崩壊パターンに示されている。上記の手段の代わりにＬＥＰ層にインクジェットプリントすることも、それ自身の複雑な処理問題を伴う。

従って、上記の問題を伴わない広スペクトルＰＬＥＤを提供することが必要である。

この課題は、光源であって、
・共通のサブストレートと、
・前記サブストレートの第１の側にある第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスと、
・前記サブストレートの第１の側とは反対の側にある第２の発光ダイオードデバイスとを有し、
前記第１の発光ダイオードデバイスはスペクトルＡの光を放射し、前記第２の発光ダイオードデバイスはスペクトルＢの光を放射する光源によって解決される。

光源を有する、少なくとも１つの積層有機またはポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）デバイスが開示される。少なくとも１つのＰＬＥＤはパターン化されたカソードを含み、このカソードは透光性の領域を有する。パターン化されたカソードは、ＰＬＥＤからの光放射を相互に混合することができる。光源は上部発光または下部発光または両者とすることができる。

種々の実施例に、二重構造ＰＬＥＤが開示されており、各ＰＬＥＤは異なる色（スペクトル）を発光する。このような構造の例が図２Ａに示されている。２つのＰＬＥＤはサブストレートの両側に形成され、それぞれは異なる色（スペクトル）で発光する。それらの色の混合は白色発光となる。各ＰＬＥＤは最大効率および信頼性を得るために別個に最適化することができる。相対的発光強度も、必要であれば色を維持するために動作中に調整することができる。典型的にはカソードは、可視光を発光するために透明でなければならない。このアプローチは、透明なカソードを利用でき、これがＰＬＥＤ効率に対しても良好である場合に機能する。ただし現在はそうではない。種々の実施例でこのことは、ＳｉＯをカソードにスパッタしたような透明スペーサを使用することにより、またはレーザにより各ＰＬＥＤのカソードをパターン化して、カソードを通過する発光が可能であるようにして処理される。両者の方法とも機能するが、レーザ・パターニングの利点はコーティングの問題、例えばパイルアップを無くすことである。このようなことは不均質な発光の原因となり得る。図２Ｂにはストライプパターンが示されているが、他のパターン、例えばスイスチーズ形状またはメッシュ（図３）を、光出力の最大化のために使用することも本発明の枠内である。別の実施例では、ＰＬＥＤを２つの別個のサブストレートに形成し、この２つのサブストレートを相互に融着する。別の実施例では、カソードの１つだけがパターン化される。残りのカソードはすべての発光を一方向にフォーカスするためのミラーとして使用される。別の実施例では、２つまたはそれ以上の完成したＰＬＥＤが別個のサブストレートの上に物理的に積層されている。これは図４に３つの積層されたＰＬＥＤの例として示されている。

図２Ａは、本発明の少なくとも１つの実施形態による二重発光光源２００の第１実施例の断面図である。明細書および特許請求の範囲において使用されているように、「〜上」という語句には対象物が物理的に接触（隣接）している場合、および対象物が１つまたは複数の介在層によって隔てられている場合が含まれる。本発明の種々の実施形態はＰＬＥＤデバイスに関連するものであるが、いずれのＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）デバイスまたは光源でも必要であれば簡単に置換することができる。

図２Ａでは、第１ＰＬＥＤ（ポリマー発光ダイオード）ＰＬＥＤ１２１０が共通のサブストレート２１５の一方の側に作製されているか、または配置されている。第２ＰＬＥＤＰＬＥＤ２２２０が共通のサブストレート２１５の反対側に作製されているか、または配置されている。従って同じサブストレート２１５が両方のＰＬＥＤ２１０と２１５の作製に使用される。ＰＬＥＤ１２１０はカソード２１２を有し、ＰＬＥＤ２２２０は別のカソード２２２を有する。二重発光光源２００は、共通のサブストレート２１５に配置されたＰＬＥＤ１２１０とＰＬＥＤ２２２０からなる。択一的に共通のサブストレート２１５は、相互に１つのサブストレートに融着された２つの別個のサブストレートから作製することもできる。

光を二重発光光源２００から通過して出力させるために、カソード２１２と２２２はパターン化されており、透光性の領域（ここにはカソード材料がない）と反射性の領域（ここにはカソード材料が存在する）を有する。このパターニングは交番することも、部分的に重なることもできる。例えばカソード２１２の透光領域はカソード２２２の反射領域と一致するか、または重なる。カソード２１２と２２２のパターニングの一例が図２Ｂに示されている。サブストレート２１５はいくつかの実施例では透光性である。

カソード２１２が図２Ｂでは平面図に示されており、ここで影領域２１２Ａはカソード材料を表し、空白領域２１２Ｂはカソード材料がないことを表し、このような空白領域は光を透過する。カソード材料は光を反射する影領域２１２Ａを有することが前提である。同様にカソード２２２が図２Ｂでは平面図に示されており、ここで影領域２２２Ａはカソード材料を表し、空白領域２２２Ｂはカソード材料がないことを表し、このような空白領域は光を透過する。カソード材料は光を反射する影領域２２２Ａを有することが前提である。さらにＰＬＥＤ１２１０はスペクトルＡのアクティブ光放射出力を有し、ＰＬＥＤ２２２０はスペクトルＢのアクティブ光放射出力を有するとする。本発明の複数の実施形態でスペクトルＡとＢは異なる色出力である。

両方のＰＬＥＤ２１０と２２０が光を同時に放射すると、以下のことが生じる。影領域２１２Ａでカソード２１２はＰＬＥＤ１２１０の放射Ａを、共通のサブストレート２１５からＰＬＥＤ２２２０へ向かって反射する。影領域２２２Ａでカソード２２２はＰＬＥＤ２２２０の放射Ｂを、共通のサブストレート２１５からＰＬＥＤ１２１０へ向かって反射する。空白領域２１２Ｂでは、ＰＬＥＤ２２２０から反射された放射Ｂは通過され、ここで垂直面では空白領域２１２Ｂと影領域２２２Ａが重なっている。空白領域２２２Ｂでは、ＰＬＥＤ１２１０から反射された放射Ａは通過され、ここで垂直面では空白領域２２２Ｂと影領域２１２Ａが重なっている。

反射された放射ＡがＡ’であり、反射された放射ＢがＢ’とすれば、次のスペクトル出力が発生する。空白領域２１２Ｂからは、光源２００からのスペクトル出力は放射Ｂ’（カソード２２２から反射された放射Ｂ）と放射Ａ（ＰＬＥＤ１２１０からの実際の放射）である。空白領域２２２Ｂからは、光源２００からのスペクトル出力は放射Ａ’（カソード２１２から反射された放射Ａ）と放射Ｂ（ＰＬＥＤ２２２０からの実際の放射）である。ほとんどの例で、放射Ａ’はおそらく放射Ａと同じスペクトルであり、放射Ｂ’はおそらく放射Ｂと同じスペクトルである。しかし反射された放射Ａ’とＢ’がデバイス２００を通る光路を取るから、スペクトルシフトまたは強度変化または両者が、反射された放射Ａ’とＢ’のどちらか一方または両方に生じ得る。またカソード２１２Ｂにより反射された放射Ａ’が、ＡとＢ’が出射するデバイスから出射することもあり得る。反射された放射の数と組合わせは網羅的なものではなく、当業者であれば多くの反射と透過が可能であることが理解できよう。

図３は、二重発光ＰＬＥＤにおけるカソードのためのスイスチーズパターンを示す。図３のパターンで、空白領域にはカソード材料がなく、影領域ではカソード材料が円形領域または小さなポケット領域になく、カソード材料により包囲されている。このようなパターンは除去、浸食デポジットにより、またはカソード層へのホールのパンチングによって達成できる。多くの択一的カソードパターンが可能であり、これは設計の選択および製造事例に依存する。

図４は、本発明の択一的実施形態を、独立したサブストレートを有する３つの積層ＰＬＥＤの側面図に示す。ＰＬＥＤ１４１０はカソード４１２とサブストレート４０５を有する。ＰＬＥＤ１４１０の上にデポジットされたＰＬＥＤ２４２０はカソード４２２とサブストレート４２５を有する。ＰＬＥＤ２４２０の上にデポジットされたＰＬＥＤ３４３０はカソード４３２とサブストレート４３５を有する。分離して、ＰＬＥＤ１４１０は放射スペクトルＤを有し、ＰＬＥＤ２４２０は放射スペクトルＥを有し、ＰＬＥＤ３４３０は放射スペクトルＦを有するとする。本発明の少なくとも１つの実施例では、カソード４１２が空白領域を含まず、反射領域だけである。従ってすべての光はこれに入射し、反射される。カソード４２２は、光を反射するカソード材料の領域と、カソード材料がなく、光を透過する（空白）領域とを含むようにパターン化することができる。択一的にカソード４２２は、適切な透明カソード材料が発見できれば、光を十分に透過することができる。カソード４３２は、光を反射するカソード材料の領域と、光を透過するカソード材料のない（空白）領域を含むようにパターン化することができる。択一的にカソード４３２は、適切な透明カソード材料が発見できれば、光を十分に透過することができる。少なくとも１つの実施例で、サブストレート４１５，４２５および４３５は十分に透光性である。

光源４００は、ＰＬＥＤ１４１０，ＰＬＥＤ２４２０およびＰＬＥＤ３４３０の組合わせを有する。光源４００の全光放射はＰＬＥＤ３４３０のサブストレート４３５を通る出力である。光源４００の全光放射は、ＰＬＥＤ１４１０，ＰＬＥＤ２４２０およびＰＬＥＤ３４３０により発生される放射の組合わせである。放射のこの組合わせは、前記のスペクトルＤ，ＥおよびＦと、デバイス４００で種々の経路を通過したこれらのスペクトルの反射を有する。反射された放射の特異性は、カソード４２２および４３２のパターニング構造、並びにこれらの放射が通過する経路による変換に依存する。当業者であれば所望の放射を形成するためにカソード４２２と４３２のパターンを最適化することができる。

付記すると、ＰＬＥＤ４１０、４２０および４３０のそれぞれは個別に最適化および設計することができ、異なる材料および異なる種類の層を有することができる。さらにそれぞれは１つまたは複数の異なる色を放射することができる。例えばＰＬＥＤ１４１０は赤で発光し、ＰＬＥＤ２４２０は緑で発光し、ＰＬＥＤ３４３０は青で発光することができ、光源４００の全放射出力は白色発光スペクトルに近似する。

適切なＰＬＥＤ：
本発明の種々の実施形態における使用に適するＰＬＥＤは有機発光ダイオードデバイスを含み、このデバイスはポリマー、小分子、モノマー、または無機材料を使用するものを含む。ＰＬＥＤに使用されるデバイスの形式／種類／構造に制限はなく、「ＰＬＥＤ」の用語は広義に発光デバイス、ポリマーおよび非ベースのものを指す。

適切なサブストレート：
基板はＰＬＥＤを支持することができるいずれの材料であって良く、デバイス内で発生される光の波長に対して透明または半透明である。基板は透明または不透明とすることができる（例えば不透明な基板は上面放射型のデバイスに使用される）。基板を通過することができる光の波長を修正またはフィルタリングすることによって、デバイスから放射される光の色を変更することができる。有利な基板材料はガラス、石英、シリコンおよびプラスチック、有利に薄いフレキシブルガラスを含む。基板の有利な厚さは使用される材料およびデバイスの用途に依存する。基板はシートまたは連続したフィルムの形態とすることが可能である。連続被膜は例えば、プラスチック、金属および金属化されたプラスチックシートのためにことに適しているロールツーロール製造法に使用される。

適切なカソード：
ＰＬＥＤのカソードは導電性層であり、この層は電子注入層として用いられ、典型的には低い仕事関数を有する材料を含有する。カソードは多数の異なる材料を含有することができるが、有利な材料はアルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム、バリウム、またはそれらの組合せを含有する。さらに有利には、カソードはアルミニウム、アルミニウム合金またはマグネシウムと銀の組合せを包含する。カソードは有利には光反射性材料または部分的に光反射性の材料からなる。

上に述べたように、本発明の実施形態で使用されるカソードはパターン化されており、光透過性の「空白」領域を含む。空白領域は、カソード膜を除去することにより、またはカソード材料をマスク周辺にマスキングおよびデポジットして、パターンを形成することにより、または透明スペーサを備えるカソード材料のストリップまたは領域を分離することにより作製することができる。透明スペーサは例えばプラスチック、ガラス、水晶、ＳｉＯ_２、または半透明材料を有する。

有機電子デバイス製造の当業者であれば明細書、図面、また請求項によって規定されている本発明の範囲から逸脱することなく本発明の実施形態を修正および変更することができる例から認識するであろう。

図１は、寿命と発光崩壊の関係を示す線図である。図２Ａは、本発明の少なくとも１つの実施形態による二重発光光源２００の第１実施例の断面図である。図２Ｂは、光源２００で使用されるカソードの平面図である。図３は、二重発光ＰＬＥＤにおけるカソードのためのスイスチーズパターンを示す。図４は、本発明の択一的実施形態を、独立したサブストレートを有する３つの積層ＰＬＥＤの側面図に示す。

Claims

光源であって、
・共通のサブストレートと、
・前記サブストレートの第１の側にある第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスと、
・前記サブストレートの第１の側とは反対の側にある第２の発光ダイオードデバイスとを有し、
前記第１の発光ダイオードデバイスはスペクトルＡの光を放射し、前記第２の発光ダイオードデバイスはスペクトルＢの光を放射し、
前記第１のＬＥＤデバイスは、光を反射するカソード材料の領域と、カソード材料がなく、透明スペーサ材料により構成され光を透過する第１の透明スペーサ領域と、を備えるように第１のパターン化されたカソードを有し、
前記透明スペーサ材料はガラス、または水晶、またはＳｉＯ_２を含有する光源。
請求項１記載の光源であって、
前記第２のＬＥＤデバイスは、光を反射するカソード材料の領域と、カソード材料がなく、透明スペーサ材料により構成され光を透過する第２の透明スペーサ領域とを備えるように第２のパターン化されたカソードを有する光源。
請求項２記載の光源であって、
前記第２の透明スペーサ領域の透明スペーサ材料はガラス、または水晶、またはＳｉＯ_２を含有する光源。
請求項２または３記載の光源であって、
前記第１のカソードのカソード材料の領域は、前記第２のカソードのカソード材料のない前記第２の透明スペーサ領域と部分的に整列されている光源。
請求項２から４までのいずれか一項記載の光源であって、
・第１のパターン化されたカソードのカソード材料がない前記第１の透明スペーサ領域は、第１のＬＥＤデバイスで発生されたスペクトルＡの光と、第２のＬＥＤデバイスで発生されたスペクトルＢ’の光を放射し、
・第２のパターン化されたカソードのカソード材料がない前記第２の透明スペーサ領域は、第２のＬＥＤデバイスで発生されたスペクトルＢの光と、第１のＬＥＤデバイスで発生されたスペクトルＡ’の光を放射し、
・スペクトルＡはスペクトルＡ’とは異なり、スペクトルＢはスペクトルＢ’とは異なる光源。
請求項１から５までのいずれか一項記載の光源であって、
前記カソード材料の領域とカソード材料のない透明スペーサ領域はストライプ状に交互に配置される光源。
請求項１から６までのいずれか一項記載の光源であって、
前記共通のサブストレートは、第１および／または第２の発光ダイオードデバイスで発生される放射光に対して半透明である光源。
請求項１から７までのいずれか一項記載の光源であって、
前記第１のＬＥＤデバイスと第２のＬＥＤデバイスは、ポリマー材料、モノマー材料、低分子材料、無機材料の少なくとも１つを含む光源。
請求項１から８までのいずれか一項記載の光源であって、
前記共通のサブストレートは、前記第１のＬＥＤデバイスのサブストレートと前記第２のＬＥＤデバイスのサブストレートを共に融着することにより作製する光源。
請求項１から９までのいずれか一項記載の光源であって、
前記共通のサブストレートは、ガラス、プラスチック、水晶、シリコン、またはいずれかの半透明材料の少なくとも１つを含有する光源。
光源であって、
・第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスと、
・該第１の発光ダイオードデバイスの上に積層された複数の付加的発光ダイオード（ＬＥＤ）とを有し、
前記付加的発光ダイオードデバイスはパターン化されたカソードを有し、
前記パターン化されたカソードは、光を反射するカソード材料の領域と、カソード材料がなく、透明スペーサ材料により構成され光を透過する透明スペーサ領域とを有し、
前記透明スペーサ材料は、ガラス、または水晶、またはＳｉＯ_２の透明材料を有する光源。
請求項１１記載の光源であって、
前記第１の発光ダイオードデバイスは、すべての光を反射する、パターン化されないカソードを有する光源。
請求項１１または１２記載の光源であって、
前記第１の発光ダイオードデバイスと前記付加的発光ダイオードデバイスは垂直に積層されており、
１つの発光ダイオードデバイスのサブストレートは、次の発光ダイオードデバイスのカソードに隣接している光源。
請求項１１から１３までのいずれか一項記載の光源であって、
前記ＬＥＤデバイスは、ポリマー材料、モノマー材料、低分子材料、無機材料の少なくとも１つを含む光源。