JP7487300B2 - 段階的な屈折率を有する有機発光ダイオード光抽出層 - Google Patents

段階的な屈折率を有する有機発光ダイオード光抽出層 Download PDF

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Description

本開示は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイデバイスの製造に関する。
有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセント）ダイオードとしても知られる有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ又は有機ＬＥＤ）は、発光エレクトロルミネセント層が、電流に応答して発光する有機化合物の膜である、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。この有機層は、２つの電極の間にあり、典型的には、これらの電極のうちの少なくとも１つは透明である。ＯＬＥＤは、テレビスクリーン、コンピュータモニタ、ポータブルシステム、例えば、スマートウォッチ、スマートフォン、携帯ゲーム操作器、ＰＤＡ、及びラップトップなどのデバイスのデジタルディスプレイを作成するために使用される。
ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブマトリックス（ＰＭＯＬＥＤ）又はアクティブマトリックス（ＡＭＯＬＥＤ）制御スキームで駆動され得る。ＰＭＯＬＥＤスキームでは、ディスプレイ中の各列（及びライン）は、一つずつ連続して制御され、その一方、ＡＭＯＬＥＤ制御は、薄膜トランジスタのバックプレーンを使用して、各個別のピクセルに直接アクセスしてオン又はオフを切り替え、より高速な応答、より高い解像度、及びより大きなディスプレイサイズを可能にする。
ＡＭＯＬＥＤディスプレイは、従来のＬＣＤディスプレイと比較して、高いピクセル密度、優れた画質、及び薄いフォームファクタで魅力的である。ＡＭＯＬＥＤディスプレイは、薄膜プロセスで薄くて柔軟な基板上に作成できる自己発光デバイスであり、ＬＣＤディスプレイで使用されるようなバックライトを必要としない。ＬＣＤデバイスよりも優れた電力効率に加えて、ＡＭＯＬＥＤデバイスは、「点灯時に電力のみを消費する」及び「発光強度に対応して必要な電力のみを消費する」などの特徴で注目されている。よって、ＡＭＯＬＥＤディスプレイは、バッテリ駆動のポータブル製品にとって魅力的なディスプレイ技術と見なされてきた。
一態様では、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造は、平面部分を有する発光ゾーンを含むＯＬＥＤ層の積層体と、ＯＬＥＤ層の積層体の発光ゾーンの上方に配置されたＵＶ硬化インクで形成された光抽出層とを含む。光抽出層は、平面部分に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する。
実装形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。
光抽出層の屈折率は、平面部分からの距離とともに減少し得る。光抽出層は、異なる屈折率を有する積層体内の連続するサブレイヤを有するサブレイヤの積層体を含み得る。
ＵＶブロッキング層は、光抽出層と、ＯＬＥＤ層の積層体との間に位置決めされ得る。ＬＥＬ層は、最大５μｍの厚さを有してもよく、ＵＶブロッキング層は５０～５００ｎｍの厚さを有してもよい。
誘電体層は、それぞれが斜めの側壁及び床を有するウェル構造のアレイを含み得る。ウェル構造は、プラトーによって分離されていてもよく、各ウェルは、光抽出層によって少なくとも部分的に充填されていてもよい。ミラー層は、誘電体層と、ＯＬＥＤ層の積層体との間に位置決めされ得る。
光抽出層は、マトリックス材料中に有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子を含み得る。有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子のローディングは、平面部分に垂直な軸に沿って変化し、屈折率の勾配を提供し得る。有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子は、ＺｒＯ、ＺｒＯＣ、ＡｌＯ、ＡｌＯＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯＣ、ＺｎＯ、又はＺｎＯＣのうちの１つ又は複数を含む。
別の態様では、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造を形成するための方法は、ＯＬＥＤ層の積層体の上方にあるＵＶブロッキング層の上方に、異なる屈折率のＵＶ硬化性流体の一連の層を堆積させることと、ＵＶ硬化性流体の層をＵＶ光で硬化させて、ＯＬＥＤ層の積層体の発光ゾーンの平面部分に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する光抽出層（ＬＥＬ）を形成することとを含む。
実装形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。
ＵＶ硬化性流体の一連の層を堆積することは、ＵＶ硬化性流体の液滴をノズルから放出することによって達成され得る。液滴は、誘電体層の複数のウェルを少なくとも部分的に充填するために放出され得る。ＵＶ硬化性流体の層は、各ウェル内に複数のサブレイヤを連続して形成することによって堆積され得る。複数のサブレイヤのサブレイヤを形成することは、ＵＶ硬化性流体の１つ又は複数の液滴をウェルに放出することと、後続のサブレイヤを形成する前に流体を硬化させることとを含み得る。
液滴は、有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の溶液を含み得る。一連の層の異なる層の液滴は、溶液中、異なる濃度の有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子を有して、異なる屈折率を提供し得る。有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子は、ＺｒＯ， ＺｒＯＣ， ＡｌＯ， ＡｌＯＣ， ＴｉＯ， ＴｉＯＣ， ＺｎＯ、又はＺｎＯＣのうちの１つ又は複数を含む。
一連の層は、屈折率を連続して減少させて堆積され得る。
利点には、限定されないが、以下の１つ又は複数が含まれ得る。
ＬＥＤデバイスの１つ又は複数の層、例えば、光抽出層（ＬＥＬ）は、ＵＶ硬化性インクを使用して製造され得る。これにより、ＵＶ硬化を使用して層を堆積する液滴放出技法の使用が可能になり、これは、より高いスループット及び／又はより低いコストでの製造を可能にし得る。
本明細書に記載された主題の１つ又は複数の態様の詳細は、添付の図面及び以下の記載で説明される。その他の特徴、態様、及び利点は、本記載、図面、及び特許請求の範囲から自明となろう。
屈折率整合材料のパターン化／構造化光抽出層を有する上面発光ＯＬＥＤピクセルの概略断面図の例を示す。 屈折率整合材料のパターン化／構造化光抽出層を有する上面発光ＯＬＥＤピクセルのアレイの概略断面図の例を示す。 パターン化／構造化光抽出層の下のＵＶブロッキング層を有する上面発光ＯＬＥＤピクセルの概略断面図の例を示す。 ＵＶブロッキング層に適した有機材料の例を示す。 ＵＶ硬化性インク液滴でのＯＬＥＤウェルの充填を説明する。 屈折率の勾配を有する光抽出層を有する上部発光ＯＬＥＤピクセルの概略断面図の例を示す。
様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を表している。
ＯＬＥＤは、２つの電極間に挟まれた発光有気層を含む有機層の積層体を有する２端子薄膜デバイスである。電極のうちの少なくとも１つは透明であり、よって、放射された光の通過を可能にする。典型的には、カプセル化又はパッシベーションは、ＯＬＥＤ積層体をカバーする。ＯＬＥＤ積層体とその上のカプセル化又はパッシベーション層との光学パラメータの不一致により、大幅な効率の低下が発生する可能性がある。さらに、平面層の積層体を有する従来のデバイス構成では、かなりの光が支持基板に吸収され得るか、又は低角度で発せられる。
内部量子効率（ＩＱＥ）は、変換された光子の数と入力電子の数の比を定量化するが、外部量子効率（ＥＱＥ）は、入力電子の数から変換された放出及び抽出された光子の数の比を示す。これに関連して、ＩＱＥはほぼ完璧であるが、大量の発光が、ＯＬＥＤディスプレイ内部に捕捉され得るか、又は水平方向（基板に平行）に沿って導波され得るため、ＥＱＥは理想からはほど遠い可能性がある。一例では、理想的なＩＱＥ（たとえば、リン光材料の場合は約１００％）でも、従来のデバイス構成の商用ＯＬＥＤでは約２０～２５％のＥＱＥが実現された。出力放射による光エネルギー損失に加えて、内部に捕捉された光は隣接するピクセルに導波され、正面に散乱する可能性があり、「光漏れ」又は「光クロストーク」を引き起こし、ディスプレイの鮮明さ及びコントラストを低下させる。
図１Ａから１Ｃを参照すると、この問題に対する１つの解決策は、ウェル構造１０３内に、ウェルの底部１０３Ｂ及び斜めの側壁１０３Ａの部分に沿ったミラーと、ウェルを充填するパターン化光抽出層１０８とを有する、ＯＬＥＤ積層体を形成することである。上面発光ＯＬＥＤ構造の例が、図１Ａ及び１Ｂに示される。ＯＬＥＤ構造は、支持基板１００上に形成され、支持基板１００は、場合によっては、製造プロセスの後に除去され得る。
ウェルは、支持基板１００の上方に配置される誘電体ピクセル画定層（ＰＤＬ）１１１内の凹部によって提供され得る。１つ又は複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で作製されたピクセル駆動回路が基板１００上に形成された後に、ピクセル画定層（ＰＤＬ）１１１が形成され得る。ＰＤＬ１１１は、ポリマー材料であり得、例えば、フォトレジスト材料の層を堆積することにより、形成され得る。ポリマー材料の層は、その後、選択的にパターン化されて、ウェルを提供する凹部を形成する。上面ＰＤＬは、デバイス内の個別のＯＬＥＤサブピクセルを分離するプラトーを提供する。
導電性アノード１０１は、ウェル構造１０３の底部又はウェル構造１０３より下に形成される。アノード１０１は、ウェルの斜めの側壁１０３Ａの一部の上方に延びることができる。アノード１０１は、銀及び／又は別の反射性導電性材料であり得るか、又は導電性光反射性材料でコーティングされた導電性非反射性材料由来であり得る。いくつかの実装形態では、アノード１０１は、ミラーとして機能するのに十分反射性である。
アノード１０１は、ＰＤＬ１１１より前に処理され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が基板１００上に形成された後に形成され得る。例えば、薄膜トランジスタは、トランジスタのゲート、ドレイン、及びソース領域のための導電性端子を含むことができる。ここでは、アノード１０１は、ＴＦＴの上方に配置され、例えば誘電体層を通る導電性バイアスによって、ＴＦＴのドレインと電気的に接触して配置され得る。
図１Ａ及び１Ｂに示すように、アノード１０１は、ピクセル画定層（ＰＤＬ）１１１が堆積され、パターン化された後に、形成され得る。アノード１０１の一部は、斜めの側壁１０３Ａの上方に、ＰＤＬ傾斜の領域内、例えば、エリア１０１Ａ内などに、部分的又は完全に延びることができる。よって、アノード１０１は、凹部の上部（すなわち、プラトーの上部）から離間されている。結果として、アノード１０１によって提供されたミラーは、斜めの側壁１０３Ａの上方に部分的又は完全に延びることができる。
あるいは、アノード１０１は、ＰＤＬ１１１より前に堆積され得る。アノード１０１の一部は、ピクセル画定層（ＰＤＬ）１１１の下方に延びることができる。例えば、アノード２０２は、平坦な底部領域１０３Ｂのエリアのみに堆積され得る。この場合、ウェルの底部１０３Ｂをカバーし、斜めの側壁１０３Ａの上方に部分的又は完全に延びる、別個のミラー層が形成され得る。
アノード１０１がＰＤＬ１１１の上方に形成されると仮定すると、透明な誘電体層１０２は、アノード１０１の一部の上方、及びＰＤＬ１１１の露出部分の上方に形成され得る。誘電体層１０２の開孔は、ＯＬＥＤの発光エリアを画定することになる。誘電体層１０２は、フォトレジストタイプの材料を使用して形成され得る。図示されているように、誘電体層１０２は、ウェルの底部１０３Ｂの外側エッジで、及び斜めの側壁１０３Ａ上で、アノード１０１をカバーすることができる。しかし、ウェルの底部１０３Ｂ内への誘電体層１０２の延びは、通常最小限に抑えられる。
発光ゾーン１０７を含むＯＬＥＤ層積層体１０４は、アノード１０１の上方に形成される。例えば上面発光ＯＬＥＤ積層体中の、ＯＬＥＤ層積層体１０４は、電子注入層（ＥＩＬ）、電子移送層、孔ブロッキング層、発光層（ＥＭＬ）、電子ブロッキング層（ＥＢＬ）、孔移送層（ＨＴＬ）、及び孔注入層（ＨＩＬ）を含み得るが、これは可能な層のセットの１つに過ぎない。ＯＬＥＤ積層体１０４の最下層は、直接、又はアノード上に配置された導電性ミラー層を通じてのいずれかで、アノード１０１と電気的に接触している。誘電体層１０２の開孔を通じて露出したアノード１０１の領域の上方の発光層（ＥＭＬ）の一部は、発光ゾーン１０７を提供し得る。
別の透明な電極１０６、例えばカソードは、ＯＬＥＤ積層体１０４の上方に形成され得る。ＯＬＥＤ積層体１０４の上部層は、カソード１０６と電気的に接触している。
キャッピング層（ＣＰＬ）は、カソード１０６の上部に置くことができる。ＣＰＬは、典型的には、非ＥＭＬ ＯＬＥＤ層と同様の有機材料である。ＣＰＬ層上には、パッシベーション層が堆積され得る。
電極１０６は、ディスプレイ全体をカバーし、すべてのピクセルに接続する連続する層であり得る。それと比較して、各ＯＬＥＤの独立した制御が達成され得るように、アノード１０１は連続的に作製されていない。これはサブピクセルの制御を可能にし、各ピクセルは、異なる色の３つのサブピクセル、例えば、Ｒ、Ｇ、及びＢを含み得る。
アノード１０１が側壁ミラー（例えば、ＰＤＬの傾斜に沿って堆積される）として機能する実装形態では、発光エリアは、そのような側壁ミラーの上方に誘電体層１０２を置くことによってさらに制御され得る。誘電体層１０２の範囲は変化し得る。通常、ＯＬＥＤ発光は、層の厚さに大きく依拠する。誘電体層１０２は、側壁上に形成されたＯＬＥＤ構造からの発光を抑制することを可能にし（デバイス製造中）、一方、ウェルの側壁と底部との間の厚さの差は、発光スペクトル及び色座標を含む、一貫性のない発光特性をもたらし得る。
ＯＬＥＤ構造は、ウェル構造１０３の凹型エリアの内部に配置される屈折率整合充填材料１０８をさらに有する。屈折率整合充填材料／層の上面１０８ａは、平坦（図１Ａを参照）又は湾曲／非平坦（図１Ｂ）であり得る。適切なデバイス設計により、ＯＬＥＤ発光ゾーン及び光抽出層の周囲にミラーを導入することにより（凹面の屈折率整合材料を介して）、ＥＱＥは、従来のＯＬＥＤ設計から２～３倍改善され得る。結果として、ポータブルアプリケーションにおけるＯＬＥＤディスプレイの電力消費は２から３倍削減することができる。これにより、タッチスクリーン、電話、パッド、及びラップトップなどの現在のモバイルデバイスで使用されているものよりも小型で軽量の充電式バッテリを使用することができ、充電時間を短縮することができる。同様の趣旨で、高効率のＯＬＥＤディスプレイを有する同じモバイルデバイスは、元のバッテリの１回の充電で、はるかに長い時間（例えば、２～３倍よりもわずかに短く）動く。このような非常に効率的なピクセルアーキテクチャの別つの利点は、ピクセルがより低い電流及び電圧で所望の輝度を実現し、これにより劣化現象が少なくなるため、デバイスの寿命が長くなることである。さらに別の利点は、より高いＥＱＥがより小さな発光領域が以前と同じ明るさを達成することを可能にするため、より高いピクセル密度を達成することの技術的実現可能性である。
しかし、新しく追加された光抽出層（ＬＥＬ）は、従来の技術を使用して商業的に実行可能な価格で製造されない場合がある。この追加された層には、追加のプロセスと対応するツールが必要である。特に、液滴放出技法、例えば、液滴放出を使用する３Ｄ印刷技法を使用して、フィラー層を堆積させることが望ましいであろう。液滴として放出される液体材料は、「インク」と呼ばれることが多いが、色素沈着を含む必要はない（通常は含まない）。
ＬＥＬに有望な充填「インク」の１つのタイプは、有機結合ユニットでパッシベーションされた表面の有無にかかわらず、有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子を含む溶液である（「ＭＯインク」と称され、以下で詳述する）。このタイプの充填インクは、高い固体負荷（例えば、スラリー混合物に含まれ得る固体／インク体積の形成率が高い）、及び出力放出を最大化する可能性のある調整可能な誘電率を有する。硬化方法は、高温でのポストアニーリング時間の持続時間とともに、充填インクをＵＶ放射に曝露することを含む。残念ながら、ＬＥＬ前駆体材料の硬化に必要なＵＶ照射線量は、下のＯＬＥＤ構造に害を及ぼす可能性がある。
光抽出層の屈折率整合材料のＵＶ硬化インクによって引き起こされる製造上の課題に対処するために、本開示は、ＬＥＬ層の下にＵＶブロッキング層を導入する解決策を提案し、そのため、下のＯＬＥＤ積層体の性能を損なうことなく、ＵＶ硬化性インクをパターン化ＬＥＬ層に採用することができる。有機材料と無機材料のどちらも、ＵＶブロッキング層に使用することができる。
加えて、適切な表面プロファイル又は疎水性表面を提供することができ、これにより、製造中に位置がずれたインク液滴を重力及びドーム上部の表面特性によってウェルに戻すことができる（以下の図４Ｂでさらに詳述する）。これらの技法は、ＯＬＥＤ積層体の上方に堆積されたＵＶブロッキング層と併せて、又はそれとは独立して、使用することができる（以下の図２でさらに詳述する）。
さらに、本開示のインクジェットプロセスを用いると、屈折率の勾配を有するパターン化ＬＥＬ層を形成することができる。複数のコーティング工程を有するインクジェット印刷又はスロットダイコーティングにより、屈折率勾配型のパターン化ＬＥＬが可能になり、カバーガラス（又はオンセルタッチ構成のタッチパネル）と統合される。
図１Ｃは、基板１００上の層状構造１１２内に配置されたＯＬＥＤピクセルのアレイ１１０の断面図を示す。
図２をさらに参照すると、ＯＬＥＤ構造２００Ａの断面図は、ＯＬＥＤ層１０４の上面１０４Ａとパターン化ＬＥＬ層１０８の間のＵＶブロッキング層２０２を示す。以下に記載される場合を除いて、ＯＬＥＤ構造２００Ａは、図１Ａ及び１Ｂを参照して記載されたＯＬＥＤ構造１００Ａ及び１００Ｂと同様であり得る。ＯＬＥＤ構造２００Ａは、基板１００上に形成され、ウェル構造１０３のアレイを含む。各ウェル構造は、底部領域１０３Ｂと側壁領域１０３Ａとを含む。ウェル構造１０３は、プラトー１０５によって分離される。上記のとおり、誘電体層１０２は、ＰＤＬ１１１の傾斜上に形成され、底部領域１０３Ｂのエッジエリアまで延びるが、凹型の底部領域への延びは可能であるが通常最小限に抑えられる。
アノード１０１は、底部領域１０３Ｂ内に形成され、部分的に側壁１０３Ａの上方へ延びることができる。上記のとおり、アノード１０１は、反射性であり得るか、又は導電性光反射性材料でコーティングされた導電性非反射性材料であり得る。
より詳細には、各ウェル構造１０３の床は、基板１００の上方の底部の平坦な面であり、これは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路プロセス中の形成された平坦な上部金属面（薄膜トランジスタＴＦＴのソース及びドレイン電極に使用される金属層など）を表す。ミラー層１０１Ｍは、アノード１０１の上方に形成され得る。ミラー層１０１Ｍは、銀（Ａｇ）又は他の反射性金属を使用し得る。あるいは、アノードは、導電性又は非導電性の反射性層の上方に堆積された透明な導電性材料であり得る。例えば、アノード１０１は、反射性のミラー層１０１Ｍの上部に堆積された導電性の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であり得る。ＯＬＥＤのアノードには、内部全反射が所望される。
いくつかの実装形態では、アノードは底部領域１０３Ｂに限定される。いくつかの実装形態では、アノードはまた、凹部の傾斜した側壁１０３Ａの上方に部分的又は完全に延びる。いくつかの実装形態では、ミラー層１０１Ｍは、凹部の傾斜した側壁１０３Ａ上に延びる導電性の反射性金属である。最初のアノードの上に形成されるこの導電性の反射性金属は、ピクセルの底部／床領域に潜在的な新しいアノードをもたらす可能性がある。上述のとおり、透明な誘電体層１０２が堆積及びパターン化されて、側壁領域１０３Ａから電気的励起及び発光を排除し得る。
カソード１０６は、パターン化されていない透明な連続層であり得る。上部発光構成では、光抽出層（ＬＥＬ）１０８がＵＶブロッキング層２０２の上部にあり、ＵＶブロッキング層２０２はカソード１０６の上部にある。この構成では、パッシベーション層は、カソード１０６の真上にあるキャッピング層（ＣＰＬ）の上に堆積され得る。
例えば、図１Ａから１Ｃに示されるように、ＬＥＬ層１０８は、ＯＬＥＤ積層体１０４及び上部カソード１０６の上方に配置される。ＬＥＬ層１０８は、各ウェルを少なくとも部分的に充填する。いくつかの実装形態では、ＬＥＬ層１０８Ａは、プラトー１０５の上面の上方に突出する凸状の上面１０９を形成するようにウェルを「過剰充填」する。
ＯＬＥＤ層積層体１０４の上面１０４Ａとパターン化ＬＥＬ１０８の間には、ＵＶブロッキング層２０２がある。ＵＶブロッキング層２０２は、ＯＬＥＤ層の形成に使用されるのと同様のプロセス（物理気相堆積など）で、又は異なるプロセス（化学気相堆積など）によって形成することができる。ＵＶブロッキング層２０２は、スピンコーティングなどのコーティング法によっても形成することができる。ＵＶブロッキング層２０２は、ＬＥＬ層１０８／１０８ａの処理に使用されるＵＶ波長で強い吸収を有する（例えば、少なくとも９０％から１００％の吸収）。ＵＶブロッキング層２０２は、比較的薄くてもよい（例えば、５０から５００ｎｍの厚さ）。ＵＶブロッキング層２０２の材料の例は、以下に見出すことができる。ＵＶブロッキング層を堆積するための所望のプロセスは、選択された材料に依拠し得る。通常、蒸発プロセスは有利であり得るが、これは、スパッタリング又は化学気相堆積（ＣＶＤ）がさらなるデバイス損傷要素（例えば、スパッタリング中のプラズマ、汚染物質、及び場合によってはＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ中のプラズマ）につながり得るためである。
パッシベーション層はＣＰＬ層上に堆積され得るが、いくつかの実装形態では、ＵＶブロッキング層もパッシベーション層として機能し、ＣＰＬ層上に別個のパッシベーション層は必要ではない。この場合、ＵＶブロッキング層は、インクジェット印刷（ＩＪＰ）のような、可能性のあるウェットＬＥＬ堆積のための透過ブロッキング層として機能し得る。
有機材料と無機材料のどちらも、ＵＶブロッキング層に使用することができる。ＵＶブロッキング層に使用することができる有機材料の例には以下が含まれる：Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルベンジジン、ＴＰＤ（３．１８ｅＶ）；Ｎ，Ｎ’－ジ（１－ナフチル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－（１，１’－ビフェニル）－４，４’－ジアミン、ＮＰＢ（３．０ｅＶ）；Ｎ，Ｎ’－ビス（フェナントレン－９－イル）－Ｎ，Ｎ’－ビス（フェニル）－ベンジジン、ＰＡＰＢ（又はＰＰＤ）；４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン、ＢＰｈｅｎ（３．０ｅＶ）；ビス（８－ヒドロキシ－２－メチルキノリン）－（４－フェニルフェノキシ）アルミニウム、ＢＡｌｑ（３．０ｅＶ）、トリス－（８－ヒドロキシキノリン）アルミニウム、Ａｌｑ（２．８ｅＶ）；テトラセン、Ｃ８Ｈ１２（３．０ｅＶ）；４－フェニル、４Ｐ（３．１ｅＶ）；６－フェニル、６Ｐ（３．１ｅＶ）等（括弧内の数字は吸収端を表す）。これらの構造の分子構造は図３に示す。
このタイプの有機材料は、有機発光ダイオードなどの有機薄膜デバイスの分野では、電荷輸送分子（正孔輸送又は電子輸送のいずれか）としてよく知られている。エネルギーギャップは、材料の加工性（例えば、熱堆積による）を維持しながら、分子構造工学によって所望の波長に調整することができる。例には、ＴＰＤ、ＮＰＢ、及びＰＡＰＢ（又はＰＰＤ）が含まれる。－メチルフェニル基を－ナフチル基又は－フェナトレン基と置き換えることによって、吸収体の開始は効果的に調整され得る。フェニル基を調整することに加えて、バンドギャップ光学も、ベンゼン環の－Ｈ原子を－ＯＨ基又は－ＣＮ基と置き換えることによって、達成され得る。このタイプの有機材料の別の特性は、高い吸収係数である。例えば、このタイプの分子では、ＵＶ吸収帯間の直接的なタイプのエネルギーギャップにより、１０５ｃｍ－１を超える吸収係数がしばしば見られる。この吸収レベルでは、ＵＶ放射強度は、１００ｎｍの厚さのＵＶブロッキング層で１０倍、２００ｎｍの厚さのＵＶブロッキング膜で１００倍減衰する可能性がある。よって、これらの材料は、ＬＥＬ（１０５／１０５ａ）の下のＵＶブロッキング層（２０２）の優れた候補である。異なる数のフェニル環（例えば、ＮＰＢ）を含む複数のサブグループを有する組成物を選択すると、ＨｇランプからのＵＶ放射全体（ＵＶ－ＩからＵＶ－ＩＩＩ帯まで）にわたって幅広い吸収を達成することができる。ＵＶブロッキング層に使用される有機材料はＯＬＥＤ積層体中で電荷輸送層としても使用することができるため、同じ堆積ツールを使用することができる。
ＵＶブロッキング層は、光学ポリマーとして知られる別のタイプの有機分子を用いても形成することができる。例には、限定されないが、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、及びそれらの誘導体が含まれる。このタイプの光学ポリマーは、３．１ｅＶに近い吸収端を有し、ＵＶ光を効果的にブロックする。
ＵＶブロッキング層２０２に適した無機材料の例には、ＭｏＯ３、ＭｎＯ２、ＮｉＯ、ＷＯ３、ＡｌＺｎＯ、及びこれらの材料を含む合金酸化物が含まれる。これらの膜は、下のＯＬＥＤデバイスを損傷することなく、熱又は他のタイプの物理的堆積法を用いて製造することができる。
複数の層の積層体中又はブレンド形態の上述の材料の組み合わせも、ＵＶ吸収層２０２に使用することができる。ＵＶブロッキング層の厚さは、ＵＶブロッキング層の吸収係数及びＬＥＬインクの硬化に必要なＵＶ線量の減衰レベルに依拠して、５０～５００ｎｍの範囲で選択され得る。
金属酸化物及び／又は有機金属化合物ベースのＬＥＬ層１０５／１０５ａは、対応する有機金属前駆体を有するインクを用いて形成することができ、そのようなインクの例には、ＺｒＯ、ＺｒＯＣ、ＡｌＯ、ＡｌＯＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯＣ、ＺｎＯ、ＺｎＯＣ、及びブレンド形態の組み合わせ（以下の記述ではＭＯ／ＭＯＣインクと表される）が含まれる。そのような化合物は、ＯＬＥＤ積層体中の有機層のものよりも高い屈折率を特徴とする。ＬＥＬ（すなわち、上の金属ＯＣ化合物）の形成において特定の量の炭素原子を維持することにより、ＬＥＬとＯＬＥＤ積層体の間の屈折率整合が達成され得る。基準点として、ＺｒＯ又はＴｉＯ２などの金属酸化物は、目標値（例えば、ｎ＝１．８２）よりも実質的に高い屈折率を有し得る。炭素（Ｃ）の量で、ｎは、およそ２．２からおよそ１．８の範囲内で調整され得る。
金属酸化物ナノ粒子の固体負荷は、典型的には２０～８０％の範囲（例えば、固体／インク体積の形成率）である。イソプロパノールアルコール（ＩＰＡ）などのアルコール及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などのグリコールエーテルは、このタイプのＭＯ／ＭＯＣインクの溶媒として使用することができる。下のＯＬＥＤへの損傷を減少させるために、Ｈ２Ｏ分子はインク調製中に溶媒から除去され得る。低湿度（乾燥空気、Ｎ２、又はＡｒなど）又は４０～６０℃の範囲の適度な基板温度でインクを印刷することも、下のＯＬＥＤの性能低下を最小限に抑えるために使用され得る。一つの例示では、１～１０ｐｌのノズルヘッドを使用すると、ポータブルディスプレイ製品の発光ピクセルの液体積が達成され得る（～２５ｕｍ×２５ｕｍ×２ｕｍ～１０－１５ｍ３～１０－１２ｌ＝１ｐｌ）。より大きなノズルヘッドは、より大きなピクセルピッチのデスクトップ及び壁掛けディスプレイに使用することができる。望ましい固形含有量は、各ストップに複数のインク滴があるより小さなノズルヘッド、又は各ウェルに単一の滴がある大きなノズルヘッドで達成され得る。ノズルアレイは、スループットを改善して大量生産用に約１分／基板タクトタイムを達成するために使用されることが多い。
例えば、ＵＶブロッキング層の上方でのＬＥＬ形成プロセスは、印刷プロセス、溶媒除去、及び適温（５０～１００℃）での短時間（数分）の予備乾燥プロセスを含む。制御環境下及び減少した圧力でのチャンバ内の予備ベイキングは、処理時間を減少させることができる。その後、乾燥ＬＥＬアレイは、～０．１～１０Ｊ／ｃｍ２の線量で架橋のためのＵＶ曝露を施され得る。最終的な設定プロセスは、高温で行われる（例えば、７０～１３０℃で５～３０分間）。
図４Ａを参照すると、３Ｄ印刷プロセスでは、ＬＥＬ層１０８は、サブレイヤ４００を連続して堆積及び硬化させることによって形成することができ、サブレイヤの積層体は、ＬＥＬ層１０８を提供することができる。サブレイヤは、ノズル４１２を有するプリントヘッド４１０の単一のスキャン及びプリントヘッドからの放出された液滴４２０の硬化に対応することができる。いくつかの実装形態では、各ウェルについて、ＬＥＬのサブレイヤは、インクの複数の滴で形成することができる。あるいは、所与のウェルのＬＥＬ層１０８内の各サブレイヤは、サブレイヤごとに単一の滴で形成することができる。表面張力により、滴はウェルの幅を覆うように広がる可能性がある。いくつかの実装形態では、ウェルはＬＥＬの液体前駆体で充填され、サブレイヤごとではなく、ウェル全体が一度に硬化する。
図４Ｂを参照すると、本開示のインクジェットプロセスを用いると、屈折率の上から下への勾配を有するパターン化層１０８’を形成することができる。特に、ＬＥＬ層１０８’は、複数のサブレイヤ４００を有することができ、連続するサブレイヤは異なる屈折率を有することができる。複数のコーティング工程を有するインクジェット印刷又はスロットダイコーティングにより、屈折率勾配型のパターン化ＬＥＬが可能になり、カバーガラス（又はオンセルタッチ構成のタッチパネル）と統合される。特に、連続したサブレイヤ、例えば、サブレイヤ４００ａ、４００ｂ、４００ｃを形成するための連続したスキャンの低下は、前のスキャンよりも連続的に低い屈折率を有するインクを使用することができる（Ｃ／Ｏ比を増加させるか、又は屈折率の異なる複数の金属でＭＯ組成を変更することにより）。結果として、連続層４００ａ、４００ｂ、４００ｃは、連続的に低い屈折率を有し得る。受け取るＭＯ／ＭＯＣ膜への滴下インクの濡れ効果は、勾配プロファイルをさらに調整するために使用され得る。最終的に、パターン化ＬＥＬアレイは、ＯＬＥＤ積層体の屈折率に整合する屈折率（約１．７５～１．８２の屈折率）、及び保護ガラス（例えば、屈折率が約１．５２の多くの携帯電話で使用されている、ＣｏｒｎｉｎｇのブランドであるＧｏｒｉｌｌａガラスなど）に整合する屈折率を有するＬＥＬ上面の屈折率で、形成され得る。例えば、屈折率勾配の断面プロファイルは、インクの特性及び詳細な印刷条件によって制御することができる。よって、専用の設計を用いると、異なるアプリケーションで所望の視野角の依存関係を達成することができる。例えば、モニター及び壁掛け式の大型テレビには、より大きな画角が好まれる。商用飛行機の娯楽用ディスプレイには、狭い視野角が好まれる。手のひらサイズの携帯電話では、正面方向に強い発光強度を有する適度な視野角が好まれる。このような携帯電話では、正面からの性能が最適化されているため、バッテリ充電あたりの動作時間が長くなる。
本明細書で使用される場合、「例示的」という用語は、「例、実例、又は例示として役立つ」ことを意味し、本明細書に開示される他の構成よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。
本明細書で使用される場合、「約」及び「およそ」という用語は、特性、パラメータ、及び寸法の変動など、値の範囲の上限及び下限に存在し得る変動をカバーすることを目的としている。１つの非限定的な例では、「約」及び「およそ」という用語は、プラス又はマイナス１０パーセント以下を意味する。
上述の特定の実施形態は、例として示されており、これらの実施形態は、さまざまな改変及び代替的な形態の影響を受けやすい場合があることを理解されたい。特許請求の範囲は、開示された特定の形態に限定されることを意図するのではなく、むしろ、本開示の精神及び範囲内にあるすべての改変、同等物、及び代替を網羅することを意図することをさらに理解されたい。

Claims (10)

  1. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造であって、
    平面部分を有する発光ゾーンを含むＯＬＥＤ層の積層体であって、その上面の少なくとも一部において凹型領域を形成する、ＯＬＥＤ層の積層体と、
    ＯＬＥＤ層の前記積層体の前記発光ゾーンの上方、かつ、前記凹型領域の内部に配置された、ＵＶ硬化インクを含む光抽出層であって、前記平面部分に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する、光抽出層と
    を含み、前記光抽出層の前記屈折率が、前記平面部分からの距離とともに減少し、前記光抽出層が、少なくとも３つのサブレイヤを有するサブレイヤの積層体を含み、サブレイヤの前記積層体内の連続するサブレイヤが異なる屈折率を有し、前記異なる屈折率は、前記連続するサブレイヤ内の有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の炭素／酸素比を増加させることによって提供される、構造。
  2. 前記光抽出層とＯＬＥＤ層の前記積層体の間にＵＶブロッキング層を含む、請求項１に記載の構造。
  3. 前記光抽出層が最大５μｍの厚さを有し、前記ＵＶブロッキング層が５０～５００ｎｍの厚さを有する、請求項２に記載の構造。
  4. ウェル構造のアレイを有する誘電体層をさらに含み、各ウェル構造が斜めの側壁及び床を含み、前記ウェル構造がプラトーにより分離されており、各ウェルが前記光抽出層によって少なくとも部分的に充填されている、請求項１に記載の構造。
  5. 前記誘電体層とＯＬＥＤ層の前記積層体の間にミラー層をさらに含む、請求項４に記載の構造。
  6. 前記有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子が、ＺｒＯ、ＺｒＯＣ、ＡｌＯ、ＡｌＯＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯＣ、ＺｎＯ、又はＺｎＯＣのうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の構造。
  7. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造を製造するための方法であって、
    その上面の少なくとも一部において凹型領域を形成するＯＬＥＤ層の積層体の上方にあるＵＶブロッキング層の上方、かつ、前記凹型領域の内部に、異なる屈折率のＵＶ硬化性流体の一連の層を堆積させることと、
    ＵＶ硬化性流体の前記層をＵＶ光で硬化させて、ＯＬＥＤ層の前記積層体の発光ゾーンの平面部分に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する光抽出層（ＬＥＬ）を形成することと
    を含み、
    ＵＶ硬化性流体の前記一連の層を堆積させることが、ノズルから前記ＵＶ硬化性流体の液滴を放出することを含み、前記液滴が、誘電体層の複数のウェルを少なくとも部分的に充填するために放出され、ＵＶ硬化性流体の前記層を堆積させることが、各ウェル内に少なくとも３つのサブレイヤを連続して形成することを含み、前記液滴が、有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の溶液を含み、前記屈折率の勾配は、連続して形成される前記サブレイヤ内の有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の炭素／酸素比を増加させることによって提供される、方法。
  8. 前記少なくとも３つのサブレイヤのうちのサブレイヤを形成することが、前記ＵＶ硬化性流体の１つ又は複数の液滴を前記ウェルに放出することと、後続のサブレイヤを形成する前に前記流体を硬化させることとを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイであって、
    駆動回路を有する基板と、
    前記基板上に配置された誘電体ピクセル画定層であって、前記ピクセル画定層が、中に形成された複数のウェルを有する、誘電体ピクセル画定層と、
    前記複数のウェル内に形成された複数のＯＬＥＤであって、前記複数のＯＬＥＤの各ＯＬＥＤが、前記複数のウェルの対応するウェル内に形成され、
    前記ウェルの底部に形成されたアノードと、
    前記アノード上に配置されたＯＬＥＤ層の積層体であって、その上面の少なくとも一部において凹型領域を形成するＯＬＥＤ層の積層体と、
    ＯＬＥＤ層の前記積層体上に配置されたカソードと、
    前記ウェルを少なくとも部分的に充填するために、ＵＶブロッキング層の上方、かつ、前記ＯＬＥＤ層の前記積層体の前記凹型領域の内部に配置されたＵＶ硬化インクを含む光抽出層（ＬＥＬ）であって、前記ウェルの前記底部に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する、光抽出層と
    を含み、前記光抽出層の前記屈折率が、前記ウェルの前記底部からの距離とともに減少し、前記光抽出層が、少なくとも３つのサブレイヤを有するサブレイヤの積層体を含み、サブレイヤの前記積層体内の連続するサブレイヤが異なる屈折率を有し、前記異なる屈折率は、前記連続するサブレイヤ内の有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の炭素／酸素比を増加させることによって提供される、複数のＯＬＥＤと
    を含む、ディスプレイ。
  10. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）構造であって、
    平面部分を有する発光ゾーンを含むＯＬＥＤ層の積層体と、
    ＯＬＥＤ層の前記積層体の前記発光ゾーンの上方に配置された、ＵＶ硬化インクを含む光抽出層であって、前記平面部分に垂直な軸に沿って屈折率の勾配を有する、光抽出層と
    を含み、前記光抽出層が、異なる屈折率を有する前記積層体内の連続する少なくとも３つのサブレイヤを有するサブレイヤの積層体を含み、前記光抽出層が、マトリックス材料中に有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子を含み、前記異なる屈折率は、連続する前記サブレイヤ内の有機金属分子又は金属酸化物ナノ粒子の炭素／酸素比を増加させることによって提供される、構造。
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