JP5603346B2 - 光共振器を備える有機発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、略称OLEDとして知られている有機発光ダイオード、およびそのような有機発光ダイオードの製造方法に関する。
有機発光ダイオードは、有機半導体から構成される発光コンポーネントである。有機発光ダイオードは、導電性電極相互の間に配置された一つまたはいくつかの薄い有機層から構成される。
有機発光ダイオードは、例えばガラス板の上に載置可能で、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）から構成され、可視域内で透明であるアノードを備えている。一般的に、正孔輸送層は、アノードの上に設けられる。この正孔輸送層は、例えば、DEPOT/PSS（ポリ（3、4‐エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸塩）から構成される。このDEPOT/PSSは、正孔に対する注入障壁を低くするために使用され、またインジウムに対する拡散障壁として使用される。エミッタ層は正孔輸送層の上に設けられ、約5〜10%の色素を含むか、または、全て色素（例えば、アルミニウムトリス（8-ヒドロキシキノリン）、Alq3）から構成されるかのどちらかである。この直後、一般的に電子輸送層が載置される。最後に、カルシウム、アルミニウム、バリウム、ルテニウム、マグネシウム銀合金等の金属または合金から構成される低電子作業機能を有するカソードが、例えば、完全な真空下で蒸着される。電子に対する注入障壁を低くするために、カソードは、フッ化リチウム、フッ化セシウム、カルシウム、またはバリウムの非常に薄い層と、アルミニウムまたは銀のより厚い層とからなる二重層として常に蒸着される。
ヨーロッパ特許公開第1083612 A2号から、フッ化リチウム／カルシウム／アルミニウム、またはバリウム／銀等のような多層構造を有するカソード層が有機発光ダイオードとして知られている。フッ化リチウム、カルシウムおよびフッ化バリウムの機能は、それぞれ電子を下に位置する層に注入することである。フッ化リチウム層の厚さは、数ナノメートルに達する。バリウム層およびカルシウム層の厚さは、それぞれ100nmまで達することもある。アルミニウム層または銀層の機能は、電荷の大部分をカソードコネクタから発光素子、すなわち発光層に輸送することである。この層の厚さは0.1〜2μmの範囲である。この構成において、フッ化リチウム、カルシウム、またはバリウムから構成される層はいわゆる電子注入層を構成し、アルミニウム／銀層はカソードの導電層を構成する。加えて、アルミニウム層および銀層は、それぞれ静止した繊細で反応しやすい電子注入層を保護する。
電子、すなわち負電荷はカソードによって注入され、アノードは正孔および欠陥電子、すなわち正電荷を提供する。電界を加えることにより、正電荷と負電荷は互いに相手に向かって移動し、エミッタ層の中で理想的に出会う。これが、この層がまた再結合層とも言われる理由である。エミッタ層における電子と正孔の再結合によって、いわゆる励起子が形成される。この機構次第に、励起子はすでに色素分子の励起状態を構成しているか、励起子のエネルギーが輸送工程において色素分子に渡されるかのどちらかである。色素はいくつかの励起状態を有する。励起状態は、工程の間に光子（光粒子）を放出しながら基底状態に戻る。放射された光の色は、励起状態と基底状態の間のエネルギーギャップ次第であり、具体的には、色素分子の変動または化学的改良によって変化することができる。
有機発光ダイオードは主にコンピュータ、テレビ受像機、MP3プレーヤー等のディスプレイに、または照明用途における光源として使用される。OLEDはまた、センサ技術利用における光源の選択肢としてますます検討されている。
有機発光ダイオードがフルカラーディスプレイに応用される場合は、少なくとも３つの基本色が発生して、互いに独立制御可能なことが要求される。その場合、ディスプレイは多数の単一画素と多数の有機発光ダイオードとを備え、それぞれが異なる色の光を放射でき、また、各画素による光の発生は電子的に制御され得る。
有機発光ダイオードが照明の光源として使用される場合、単一画素の電子制御は必要とされない。光源もまた多数の画素や有機発光ダイオードとを備え、それぞれが異なる光色を発生することができる。しかし、この配分は、適切な配分方法で３つの基本色、赤、緑および青を画素に放射させることによって、所望の光色、例えば、白色光等の発生を可能にするに過ぎない。
有機発光ダイオードをセンサ技術に応用する場合、異なる色を放射する別々に制御可能な画素を必要とするか否かは、各用途による。最新の技術から周知の殆どの有機発光ダイオードが広いスペクトル放射（センサ技術で使用される他の光源（例えばLED）と比較すると）を行うので、先行技術において、適切な方法で異なる色を放射する画素を使用することは、一般的に実行不可能であった。
ディスプレイの単一画素または有機発光ダイオードに基づく光源を、異なる色を放射する小分子の熱蒸着によって完全な真空下で製造できることが、最新の技術から知られている。上記少なくとも３つのステップ工程において、シャドー・マスクによって、赤、緑、および青を放射する小分子を、例えば連続的に基板に塗布する。この工程において、ポリマーは熱蒸着には大きすぎるので、基本的に小分子のみが蒸着され、ポリマーは蒸着されない。
熱蒸着によって蒸着される典型的な小分子は金属複合体Alq3である。Alq3は緑色光を放射できる。色素を加えることによって、Alq3の放射色を変えることができる。さらに、Alq3または変性Alq3で実現できない他の色を発生させるために、他の金属複合体または他の小分子を用いてもよい。
熱蒸着は溶剤を使用する必要がないので好ましいが、このような工程を使用すると、高コストになる。溶剤を使用すると、物質を汚染するリスクが存在し、有機発光ダイオードの効率およびその寿命を危うくする。
開示された構造に使用されるシャドー・マスクは格子に似ている。シャドー・マスクの穴を、下に位置する基板上の個々の分子が到達する場所に位置付ける。シャドー・マスクの穴を通る最初の分子の第一の蒸着の後、シャドー・マスクは適切な方法で移動されるか、または第二のシャドー・マスクと交換され、他の光色を放射する２番目の分子が、シャドー・マスクの穴を通って下に位置する基板上に蒸着される。同様に、３番目の分子が第三のステップで蒸着される。
大きな表面にわたって、ほぼ1〜10μmの位置合わせ精度が要求されるので、シャドー・マスク相互の、およびシャドー・マスクと基板との適切な位置合わせは困難であることが判明している（Stephen R. Forrest, Nature 428, p.911-918 (2004)）。さらなる問題は、蒸着の間、分子は基板上に蒸着されるだけでなく、不都合なことにシャドー・マスク上にも蒸着される。この蒸着によって、シャドー・マスクの穴は変化し、その結果基板上の蒸着の変化を引き起こす。さらに、蒸着された物質はシャドー・マスクから引き離されて粉塵が形成されることもある。粉塵の形成は、有機発光ダイオードの製造に不都合な影響を及ぼす。
「Solution-Processed Full-Color Polymer Organic Light-Emitting Diode Displays Fabricated by Direct Photolithography」 by Malte C. Gather, Anne Ko:hnen et al. in Advanced Functional Materials, 2007, 17, 191-200に記載されているように、代替のフォトリソグラフィの方法が、ディスプレイの画素の形式で、有機多色発光ダイオードを製造することで知られている。放射材料は、この場合、エレクトロルミネセント・ポリマーであるが、溶液から蒸着されるので、完全な真空下での熱蒸着という費用のかかるステップを省略できる。しかし、ここでもまた、３つの継続的な位置合わせ（整列）ステップが、赤、緑および青を放射する画素を製造するために必要とされる。
複雑な位置合わせ（整列）工程を避けるために、白色光を放射する混合物質または多重層設計を用いることと、種々の色を放射する小分子またはポリマーの構造物の蒸着の代わりに、上記混合物質または多重層設計を全てのサブ画素に対して用いることが提案されてきた。適切な混合物質や多重層設計は、ポリマーまたは金属複合体等の小分子から構成される。後者の場合において、現在では、金属複合体が、より高い光強度を達成できると言う点で、たびたび好まれる。一般的には、このような混合物質および多重層設計は、それぞれ３つの基本色を放射する成分、ひいては究極的には白色光を放射する成分を備える。
顕色は、色フィルタのマトリックスのポスト・ラミネーションによって実現される。このようなマトリックスまたは色フィルタ・アレイは、それぞれ顔料フォトレジストから作られる。製造工程において、例えば、青色光のための色フィルタとして使用される第一のフォトレジスト層が最初に塗布される。このフォトレジスト層は、各領域において露光されて不溶性になる。残りの露光されていない領域は洗浄によって除去される。続いて、もう一つの色フィルタを形成する追加のフォトレジストが塗布される。したがって、少なくとも３つのステップを経て、色フィルタの所望のマトリックスが得られる。このような最新の技術は、例えば、文献「I Underwood他、SID 04 Digest、p.293-295 (2004)」および「B. J. Green、Displays 10(3), p.181-184 (1989)」から見られる。
しかし、色フィルタおよび色フィルタ・アレイは、それぞれサブ画素構造に関して、正確に調節されなければならないので、この位置合わせ（整列）の問題は工程連鎖において遅延されただけである。加えて、この方法を用いて実現される色の彩度および性能は多くの用途にとって十分ではない。
アメリカ特許公開第2007/0286944号から、減衰光共振器を備える有機発光ダイオードが知られている。正孔注入層、正孔輸送層、エミッタ層および電子輸送層から構成される層系は、完全反射カソード層と部分的反射アノード層の間に位置している。この有機発光ダイオードによって生じる光色は、二つの反射電極層間の距離によって調節される。異なる光色を発生するために、正孔注入層の厚さは変化する。種々の層は蒸着によって塗布される。正孔注入層の厚さを調節するために、小分子は異なる厚さに蒸着される。３つの異なる画定された層の厚さを作るために、蒸気コーティング工程において、シャドー・マスクを用い、かつ適切に配列することが必要である。したがって、この最新の技術は、すでに上述した欠点を有する。すなわち、マスクに関し、いくつかの複雑な位置合わせ（整列）を行なう必要がある。
アメリカ特許第6,091,197号もまた、白色光を発生できる層を配置している減衰光共振器を備える有機発光ダイオードを開示している。光共振器の２つの反射層間の距離は、有機発光ダイオードから発する光の色を画定する。この距離は、有機発光ダイオードの光色を変えるために電気機械的制御によって変更できる。文献アメリカ特許6,091,197から知られている最新の技術は、いつでも変更可能な所望の光色に調節できる光源を製造するのに適しているが、この文献からの周知の発明は他の用途には適していない。例えば、この装置は、所望の放射色を維持するために磁界を永久的に加えなければならないので、ディスプレイとしての使用には適さない。可撓性の膜の製造および位置合わせ（整列）は極めて精巧なものであり、したがって、費用効率の高い白色光源の生成も、種々の色で光を放射するセンサ用途のための光源の生成も、そして分光器も、この装置を使用することによって実行可能ではない。
Stephen R. Forrest, Nature 428, p. 911-918 (2004)
「Solution-Processed Full-Color Polymer Organic Light-Emitting Diode Displays Fabricated by Direct Photolithography」 by Malte C. Gather, Anne Ko:hnen et al. in Advanced Functional Materials, 2007, 17, 191-200
「I Underwood他、SID 04 Digest、p.293-295 (2004)」
「B. J. Green、Displays10(3), p.181-184 (1989)」
「Adams, Layton, Siahmakoun, Lecture notes in Computer Science, Springer-Verlag (2008)」
「Gather et al., Solution-Processed Full-Color Polymer Organic Light-Emitting Diode Displays Fabricated by Direct Photolithography, Advanced Functional Materials, 17,191-200,2007」
「J. Liu et al., Adv. Mater. 17, 2947-2978(2005)」
「B.W. D'Andrade et al., Adv. Mater. 16, 624-628 (2004)」
ドイツ特許公開第100 37 391 A1号から、有機発光ダイオードにおいて使用される架橋結合可能な有機材料が知られている。
本発明の目的は製造がより容易である有機発光ダイオードを提供することである。
本発明によれば、OLED及び有機発光ダイオードは、それぞれ特に白色光を放射するエミッタ層と共に製造される。エミッタ層は、減衰光共振器内に位置している。光共振器には、前後に光の反射のための２つの反射鏡層が配置されている。共振器の光路長が放射光線の波長の倍数であるときに、共振器に定常波が生じる。無損失共振器とは対照的に、光ビームは減衰共振器内の数回の反射の後この組立部品から逃避することができる。共振器の一方の反射層は部分的にのみ反射し、部分的に光が通るので、その結果光は部分的に反射する鏡層を介して分離する。減衰光共振器の他方の反射層は高効率を達成するために光を完全に反射するのが好ましい。
共振器の２つの反射層間の光路長は、光共振器ひいては発光ダイオードから発する光の色を決定する。発光ダイオードから発する光の色は、このように距離によって調節される。多くの色を発生させるためには、例えば文献アメリカ特許第6,091,197号およびアメリカ特許公開第2007/0286944 A1号から明らかなように、２つの鏡層間で種々の光路長が利用できなければならない。最新の技術とは対照的に、本発明においては、種々の距離をフォトリソグラフィ工程によって、一つのステップのみで発生させることができる。その結果が、エミッタ層およびフォトリソグラフィで形成できる層が内部に設置された減衰光共振器を備える有機発光ダイオードである。光化学的架橋結合可能な材料からなるこの層は、種々の光路長を提供するために層の厚さが変化する。この層は光化学的架橋結合可能な材料、導体材料、または半導体材料から構成される。露光されると、これらの導体または半導体のネガフォトレジストは完全にまたは部分的に不溶性となる。露光されない部分は可溶性のまま残る。同様に機能する材料もまた使用できる。したがって、例えば、露光されると、完全にまたは部分的に可溶性となる導体または半導体のポジフォトレジストもまた検討してもよい。したがって、この場合は、露光されない領域は不溶性のまま残る。
有機発光ダイオードから発する光の光色は、減衰光共振器内の定常波の形成によって画定する。しかし、必要ならば、共振器により、個々の所望の波長がはるかに優勢になるように、個々の所望の色を増幅することができる。簡単な理由で、光共振器の反射層は金属から構成される。基本的には、他の材料、例えばブラッグ鏡と組み合わせて提供される誘電層スタックを検討してもよい。
光共振器の鏡層は、特に、銀（Ag）、アルミニウム（Al）、金（Au）から構成されるか、または複数のブラッグ鏡を備える。ブラッグ反射の場合、一般的には、互いに積み重なった複数のブラッグ鏡が、光のスペクトルを全て反射するために設けられている。反射層を部分的に透明にする場合は、層の厚さは、例えば、薄さ10〜100nmの銀、アルミニウム、金、銅、チタンまたはニッケルから構成される層のように、適切な薄さに作られる。
エミッタ層、すなわち光を放射する層は、基本的には変厚であり、光化学的架橋結合可能な材料から構成される。しかし、このことでエミッタ層を構成する物質の選択肢は厳しく制限される。
したがって、本発明の一実施例によれば、有機発光ダイオードは光共振器内に追加層（エミッタ層に加えて）、特に、光化学的架橋結合可能な材料から構成される変厚の正孔輸送層または電子輸送層を備える。したがって、エミッタ層は、光化学的架橋結合しない材料から構成されてもよい。このように、エミッタ層の材料をより広く種々の物質から選択できる。また、光の発生に関し、エミッタ層をより簡単な方法で最適化することができる。
エミッタ層はRGB共重合体によって形成されるのが好ましい。RGB共重合体は、少なくとも赤、緑および青の光を放射する。エミッタ層は、赤、緑および青を放射する混合成分でもよく、または赤い光を放射する層と、緑の光を放射する層と、青い光を放射する層とを備える層系でもよい。
構成される層、すなわち変厚を有するように製造される層は光化学的架橋結合が可能なので、フォトリソグラフィ構造を使用できる。フォトリソグラフィの基本的な原理は、例えば、文献「Adams, Layton, Siahmakoun, “Lecture notes in Computer Science”, Springer-Verlag (2008)」に開示されている。光化学的架橋結合可能な半導体の構造は、文献「Solution-Processed Full-Color Polymer Organic Light-Emitting Diode Displays Fabricated by Direct Photolithography” by Malte C. Gather, Anne Ko:hnen et al. in Advanced Functional Materials, 2007, 17, 191-200」に開示されている。
上記に記載の文献に反して、本発明における構成は、黒および白のシャドー・マスクによってではなく、光の浸透性が異なる場所で変化するマスクであるグレースケール・マスクによって達成される。これによって、可変の照射線量を空間分解に応用することが可能となる。グレースケール・マスクは、層厚が変化する金属層でコーティングされたガラス板でもよい。ガラス板に衝突する光は異なる比率で吸収される。しかし、PET透明フィルム、すなわち、表面の黒くなる度合いが違うことによって、異なる比率で光を通すことのできるポリエチレン・テレフタレートから構成されるシートも使用できる。
このようなシャドー・マスクまたはグレースケール・マスクを、フォトリソグラフィで形成できる層、例えば光化学的架橋結合される層の上に配置する。次に、シャドー・マスクを介して露光が行われる。このようにして、異なる程度で架橋結合する光化学的架橋結合可能な層の架橋結合が実現する。この結果、異なる程度で架橋結合された層の厚さが異なることになる。具体的には、架橋結合によって、架橋結合が行われた領域で、層は不溶性になる。他の層は可溶性のまま残る。一般的には、架橋結合の後、架橋結合されていない部分を除去するために現像ステップが行われる。このようにして、所望の構造化が一つの工程ステップのみで実現される。前述したような複数の位置合わせ（整列）を省略することができる。
発光ダイオードを光源として使用する場合は、追加層は導電性でもよい。本発明で述べた方法をディスプレイの製造に応用する場合は、画素の可変制御が可能でなければならない。これは、追加層を半導体材料または適切な低導電性を有する材料から構成するという事実により達成される。
一つの実施例において、低分子量の架橋結合可能な正孔導体は、以下に示す反応基としてオキセタンを有するトリアリールアミン系の構造等の追加層のための材料として提供される。
適切な材料のためのさらなる例は、以下の構造から生じる。
さらに可能な化学構造を以下に示す。これらもまた光化学的架橋結合できるが、オキセタンに基づかない。例えば、[2+2]付加環化によって架橋結合される桂皮酸の誘導体を用いてもよい。このような材料の化学構造を以下の図に示す。
さらに、ジエンおよびメタクリレートを、光誘導ラジカル架橋結合のために用いてもよい。このような材料の化学構造を以下の図に示す。
オリゴマーまたはポリマーの正孔導体材料は、低分子量の架橋結合可能な正孔導体の使用と比較すると、優れたフィルム形成特性を有する。そして、本発明の他の実施例においては、生産条件の単純化を可能にする追加層用の材料として、架橋結合可能なオリゴマーまたはポリマー正孔導体材料が提供されている。
反応基としてオキセタンを有するトリアリールアミン系のオリゴマーの架橋結合可能な正孔導体の化学構造を以下に示す。
反応基としてオキセタンを有するトリアリールアミン系のポリマーの架橋結合可能な正孔導体の化学構造を以下に示す。
本発明により、所望の色合いに関する極めて正確な調節が可能になる。好ましくは、白色光を発生するエミッタ層は、ポリマー、オリゴマー、小分子、金属複合体、またはその混合物から構成される。
本発明のOLEDの設計は、特に、いくつかの薄い有機層を備える。アノードは、完全にまたは部分的に光を通すことができ（例えば、インジウムスズ酸化物（ITO）、銀、アルミニウム、金、三酸化モリブデン（MoO3）、ニッケル、スズ（tin））、透明な基板、例えばガラス板の上に、またはポリエチレン・テレフタレート（PET）等の合成材料の透明な層の上に配置される。このアノードの上に、架橋結合可能な材料から構成され、かつ変厚である正孔輸送層（HTL）を設ける。製造方法に応じて、PEPOT/PSS（ポリ（3,4‐エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸、商品名BaytronP）から構成される追加正孔輸送層が、アノードと正孔輸送層の間に設けられ、正孔に対する注入障壁を低くするために使用され、さらに表面を滑らかにする。正孔輸送層の上に、異なる色を放射する色素（好ましくは約0.05〜10％であるが、これより低いかまたは高い濃度、例えば0.01〜80%の濃度も可能である）、例えば白を放射する共重合体を含む層か、または異なる色を放射するいくつかの別々の層から構成される層を塗布する。適切な材料は、「J. Liu et al., Adv. Mater. 17, 2947-2978(2005)」と「B.W. D'Andrade et al., Adv. Mater. 16, 624-628 (2004)」より周知である。
この層はエミッタ層（EL）である。エミッタ層は、例えば、溶液から蒸着されるか、または完全な真空下で蒸着される。電子輸送層（ETL）をその上に塗布する。最後に、例えば、完全な真空下で蒸着によって塗布されるカソード（金属または低電子仕事関数 を有する合金（例えば、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム／銀合金）から構成される）を設ける。電子に対する注入障壁を減らすために、例えばLIF（フッ化リチウム）またはCsF（フッ化セシウム）の極めて薄い層を、カソードとETLやエミッタとの間に、例えば蒸着によって塗布する。最後にカソードを銀またはアルミニウムでコーティングする。しかし、透明の基板がカソードに近接していてもよい。必要に応じて、カソードまたはアノードは、完全にまたは部分的に光を通すものであるか、または完全に光を反射するものである。
本発明の実施例によれば、OLEDの設計はいくつかの薄い有機層を備える。具体的には、非透過性基板（例えば、シリコン・ウエハまたは金属シート）を用いる。必要に応じて、完全反射または部分反射する電極（例えば、ITO、銀、アルミニウム、金、MoO3、ニッケル、カルシウム、バリウム、LiF、CsF、またはスズ（tin））をこの基板に塗布する。必要に応じて、この電極はカソードか、またはアノードとして機能する。光反射を改良するために、追加反射層（例えばブラッグ鏡）をアノードと基板の間に加えてもよい。完全に、または部分的に透明な第二の電極（例えば、ITO、銀、アルミニウム、金、MoO3、ニッケル、カルシウム、バリウム、LiF、CsF、またはスズ（tin））を有機層の上に塗布する。必要に応じて、追加反射層（例えば、ブラッグ鏡）をこの電極の上に塗布してもよい。この実施例によれば、光は基板を通して放射されるのではなく、上部の電極（応用可能ならば、上に位置する追加反射層）を通して放射される。
本発明は、電気部品の適切な制御を可能にするために、同時に電極の機能を果たせる第一および第二の鏡層を提供するという考えに基づく。特に白色光を発生する層を鏡層間に配置する。また、適切な構造化を可能にするために設けられた層を、鏡層同士の間に配置する。加えて、さらなる層を減衰光共振器の内部かまたは外部に設けてもよい。留意すべきは、一つの工程ステップのみで形成される光共振器の内部に層があることである。最後に、所望の層を任意の順序で塗布する。例えば、最初に構造層を塗布し、次に白色光を放射する層を塗布し、必要ならば、例えば先行技術から知られている機能的な層をさらに塗布することも可能である。
このような設計により、可能色空間をより良く利用し創造することが可能となる。したがって、薄膜トランジスタ（TFT）または液晶ディスプレイ（LCD）技術だけではなく、他のOLED照明部品またはOLEDディスプレイと比較しても、より鮮やかな色が可能となる。白色光照明の場合は、より自然に見えるスペクトルを発生させることができる。
最新の技術から知られているように、基板、例えばCMOS（相補型金属酸化膜半導体）チップは、ディスプレイにおいては、画素を適切に制御するために使用される電子回路をもうすでに備えている。この場合、可変層厚を備える層の形成においては、電子機器に関して、個々の層厚および画素がそれぞれ適切に配列されるように行わなければならない。したがって、ディスプレイの場合、一つの位置合わせ（整列）ステップのみが必要とされる。先行技術から知られており、かつ上述した他の位置合わせ（整列）ステップは省略される。
本発明の一つの実施例によれば、発光ダイオードの構造層は、３つの基本色を表示するために、３つの変厚だけではなく、実質的により多くの変厚も備える。この場合、製造工程で使用されるグレースケール・マスクは、３つのスペクトル色を提供するために、グレーの３つのシェードだけではなく、例えば２０のシェード等の実質的により多くの色のレベルを有する。非常に多くの異なる色が発光ダイオードによって放射されるのに伴い、例えば、日光のシミュレーションのために所望の光色を発生させるときに、実質的によりよい結果を実現できる。
実際上の理由で、先行技術において、完全な白色光、すなわち優れた演色性を確実にする光を発生するために要求されるこのような多数のシェードを提供することは不可能であった。この件に関し、本発明では、構造化を一つの工程ステップで提供できるので、迅速かつ簡単な方法で実現できる。したがって、本発明によれば、特に白色光を適切にシミュレートできる照明装置を提供することが可能となる。
白色光のみを発生する層を要求することによって、不均一制御から発生する望ましくない経時変化の影響に関する問題が回避される。この点において、先行技術と比較すると、有利である。先行技術においては、異なる色を放射する画素の動作が変わりやすく、動作する期間の長さが違うので、画素が異なる比率で劣化してしまうからである。
本発明の一つの実施例において、形成層の厚さは楔形状に増減する。すなわち、共振器の２つの鏡表面間の距離は楔形状にしたがって変化する。このような有機発光ダイオードは、分解され空間的に配置された種々のスペクトル色も含めて、色のスペクトルを全て表示できる。
本発明の一つの実施例では、上記楔の異なる領域は異なる電極に接触している。このことにより、異なるスペクトル線成分の個別アドレッシングが可能になる。
一つの実施例では、本発明の楔型の構造を有する発光ダイオードは、分光器の一部、すなわち、スペクトル範囲を互いに隣接して空間的に表示する構成要素である。楔型の構造は全てのスペクトル範囲の優れた再生を可能にする。本発明の楔型の構造は、その構造の最小厚dminから始まり、最大厚dmaxに達するまで、厚さが連続的に増加する。連続的に増加するのではなく、高さの低い段を多数有する階段の階段形状にしたがって増加する場合も同様の結果が得られる。
各段の高さが低くなるほど、得られる結果は連続的な増加により似てくる。しかし、階段形状の増加と比較すると、連続的な増加が好ましい。
本発明の一つの実施例では、本発明の発光ダイオードは減衰光共振器の中に増加および／または減少する構造を備え、照明の用途で 使用される。照明は、お互いに空間的に離れたいくつかの光色を放射する。
空間的に配列する方式でスペクトル色を送ることのできる構成要素も、上述した意味では略楔形状のみ、例えば階段形状である。一般的には、このような構成要素はセンサ技術のための単色光の統合光源の製造に適している。
図1は、本発明の一つの実施例の設計を断面で示す。シリコン・ウエハ1の上に、厚さ100nmのアルミニウムの鏡層2が位置し、一方では電極として、他方では光共振器の鏡層として機能している。厚さ10nmのMoO3の層3が鏡層2の上に位置し、厚さが楔形状に変化する光化学的架橋結合可能な半導体層4も同様に形成する。楔形状の層4の最も厚い地点は60nmである。この楔形状の層は、N、N'−ビス[4−(6−[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]ヘキシルオキシ)−フェニル]−N、N'ビス(4−メトキシフェニル)ビフェニル−4、4'−ジアミン、すなわち、反応基としてオキセタンを有するトリアリールアミン系の構造である。白色光を放射できるエミッタ層 5は楔形状の層4の上に蒸着される。エミッタ層は、白色発光共重合体からなり、厚さは70nmである。厚さ4nmのバリウムの電子注入層6は、エミッタ層5の上に位置しており、銀から構成され厚さが70nmの追加鏡層7も同様に形成する。導電層7は部分的に透明なので、光りは、２つの鏡層2および7を備える光共振器からこの層7を介して分離する。
青い光の共振は楔の最小厚の地点で発生し、赤い光の共振は最大厚の地点で発生するように、別々の層の厚さと、最小厚dmin=0から始まり、最大厚dmax=60で終わる楔の厚さの範囲とが選択される。他のスペクトル範囲を含む場合は、上記の異なる厚さを選択しなければならない。このように、所望のスペクトル範囲は単に厚さの選択によって実現する。
図1に示す光源から、図2に示すエレクトロルミネセンス・スペクトルa〜gが発生する。図2は、ナノメートルの波長に関する基準強度を示す。OLEDと光検出器を適切に組み合わせることによって、例えば、分光色を、物質、液体または溶液の透過スペクトルを測定するために使用できる。分光器の機能性はこれにより実現する。しかし、製造される構成部品の寸法は、市販の分光器の寸法よりかなり小さかった。このような測定は先行技術では不可能である。一方、先行技術で製造されたOLEDが放射するスペクトル範囲は広すぎる（例えば、白色を放射するOLEDだけでなく、広帯域の赤、緑、青を放射するOLED等）。他方では、先行技術において、一つの単一基板上で、空間的に分解され、全ての可視域を含む種々の波長を発生させることは不可能である。
図1に示す実施例の鏡層は、電極としての追加の機能は必ずしも必要ではない。エミッタ層が電極として機能する２つの層の間に位置すれば十分である。したがって、厚さが楔形状に変化する層が２つの電極の中に位置することは必須ではない。可変層厚を有する層を備える発明の他の実施例においても同様である。可変層厚および楔形状の構造を有する層が光共振器の中に配置され、２つの電極の間に配置されない場合は、可変層厚を有する層がどの程度に導電性であるかは重要ではないので、材料をより自由に選択できる。したがって、この可変層厚を有する層は光透過性電気アイソレータでもよい。
図3は、グレースケール・マスク10を介する架橋結合可能な半導体9の露光8を示す。種々の露光によって、領域11、12および13において架橋結合の程度が異なることになる。例えば、N、N'−ビス[4−(6−[(3−エチルオキセタン−3−yl)メトキシル]ヘキシルオキシ)−フェニル]−N、N'−ジフェニル−4、4'−ジアミン、または、N、N'−ビス[4−(6−[(3−エチルオキセタン−3−yl)メトキシ]ヘキシルオキシ)-フェニル]−N、N'−ビス(4−メトキシフェニル)ビフェニル−4、4'−ジアミン、から構成される架橋結合可能な半導体を、例えば、MoO3等の透過性酸化物14の上に配置する。透過性酸化物を金属から構成される画素化した鏡15に塗布する。例えば二酸化珪素および／または珪素から構成され、画素を適切に制御する電子回路をすでに備えている基板16の上に、鏡15を順に配置する。
図4は、赤（R）、緑（G）および青（B）のサブ画素を有する本発明によって製造されるディスプレイを通した概略断面図を示す。以下に層の設計を示す。
17：部分的透過性金属鏡、例えばAg
18：電子注入層、例えばBa
19：エミッタ層
20：架橋結合半導体
21：透過性酸化物、例えばMoO3
22：画素化された金属鏡、例えばAl
23：基板
17：部分的透過性金属鏡、例えばAg
18：電子注入層、例えばBa
19：エミッタ層
20：架橋結合半導体
21：透過性酸化物、例えばMoO3
22：画素化された金属鏡、例えばAl
23：基板
図5は、本発明によって製造される照明用途の光源の概略設計を示す。エミッタ層、電子注入層および反射カソードの蒸着以前の電気部品を示している。異なる厚さの架橋結合正孔導体層24、例えばAgからなる部分的透過性金属鏡25および透過性基板26を示している。
図6は、空間的に分離した方法で光スペクトルを放射する照明部品の一例を示す。鏡層100の上に、継続的に、このように増加および減少する光透過性の半球状の層101を設ける。半球状の層101の上には、２つの電極とそれらの間にあるエミッタ層とを備える従来のOLED構成102を設ける。基本的には、エミッタ層から発する光は、その光が層103を通って逃げる前に、鏡層100と、鏡層100と対向する位置、すなわち外側にあって部分的に反射する層103との間を一回または数回種々の方向に反射する。層103もまた電極として機能する。
Claims (1)
- エミッタ層と、光化学的架橋結合可能な材料から構成される導体層または半導体層とが、減衰光共振器の鏡層の上に蒸着され、前記導体層または半導体層の層厚はフォトリソグラフィ工程によって調節され、前記減衰光共振器の第二の鏡層はこれらの層の上に蒸着されることを含み、前記フォトリソグラフィ工程は、前記光化学的架橋結合可能な材料の上に光の浸透性が異なる場所で少なくとも３つの変化を有するマスクであるグレースケール・マスクを位置付け、前記光化学的架橋結合可能な材料を前記グレースケール・マスクを通して露光し、その後、架橋結合されない領域を除去することによって行われる、有機発光ダイオードの製造方法。
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