JP2009514178A - 構造化されたルミネセンス変換層 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、目下係争中のアメリカ合衆国特許出願第11/264,516号(2005年10月31日出願)の優先権および目下係争中のアメリカ合衆国特許出願第11/345,795号(2006年2月1日出願)の優先権を主張するものである。
本発明の一部は政府の支援を得て、エネルギー省認可の契約番号DE−FC26−04NT41947の下で成された。政府は本発明において一定の権利を有する。
発光ダイオード(「LEDs」)に基づくディスプレイおよび照明システムは多様な用途を有している。このようなディスプレイおよび照明システムは複数の光電子要素(「elements」)を、例えば個々のLEDの列のように配置することによって設計される。半導体技術に基づいたLEDは、典型的に無機材料を使用してきた。しかし、最近では有機LED(「OLED」)が潜在的に代用されてきている。有機材料を使用した他の要素/デバイスの例は、有機太陽電池、有機トランジスター、有機検出器および有機レーザである。
図1は、本発明の少なくとも1つの実施例によるエレクトロルミネセンス(EL)装置の実施例の断面図であり、
図2A〜2Bは、本発明の実施例によるEL装置の例の斜視図および断面図であり、
図3A〜3Bは、本発明の実施例によるEL装置の例の断面図であり、
図4A〜4Fは、構造化されたルミネセンス変換層に対するパターンの例の平面図であり、
図5は、本発明の少なくとも1つの実施例によるEL装置の別の実施例の断面図であり、
図6は、本発明の少なくとも1つの実施例によるEL装置の別の例の断面図であり、
図7Aおよび7Bは、マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換領域または層のパターンの例の平面図である。
本発明の少なくとも1つの実施例において、エレクトロルミネセンス(EL)装置が開示されており、このエレクトロルミネセンス装置は以下のものを用いる。すなわち、
透明層を含む光源を用い、当該透明層は前記光源からの光を少なくとも部分的に透過させることができ、
構造化されたルミネセンス変換層を用い、当該ルミネセンス変換層は前記透明層の上方に配置され、当該構造化されたルミネセンス変換層は第1の色変換領域と、当該第1の色変換領域とは異なる第2の色変換領域とを含み、前記第1の色変換領域は前記光源からの光の第1のスペクトルを吸収して光の第2のスペクトルを放射し、当該光の第2のスペクトルは前記第2の領域からの光のスペクトルと結合して、前記エレクトロルミネセンス装置に対する光の全体的な出力スペクトルを与える。
・有機および無機染料
・ガーネット、有利には、式A3X5O12:Ce(ここでAはY、GdまたはTbをあらわし;XはAlまたはGaをあらわす)および式Y3X5A12:Ce(ここでXはAlまたはSiをあらわし;AはOまたはNをあらわす)によってあらわされるセリウムによってドーピングされたガーネット、
・有利には式X2SiO4;Euによってあらわされるオルトシリケート(ここでXはSr、BaまたはCaをあらわす)。
・窒化物、
・式XSi2O2N2;Euによってあらわされるオキシニトリドシリケート(ここでXはSr、BaまたはCaをあらわす)、
・Ca2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:EuおよびCaAlSiN3:Eu等のニトリドシリケート、
・SrGa2S4:EU2+またはSrS:EU2+等のイオン燐光体、
・ペリレン、
・クマリン、
・量子点、
・蛍光染料および
・共役ポリマーである。
・光源を含み、当該光源は、該光源から少なくとも部分的に光を透過させることができる透明層を含む、
・前記透明層の上方および光源の外面上に被着された構造化されたルミネセンス変換層を含み、ここで前記構造化されたルミネセンス変換層は色変換領域と非色変換領域を含み、当該色変換領域は前記光源からの光の第1のスペクトルを吸収し、光の第2のスペクトルを放射し、光の当該第2のスペクトルは前記光源からの光の吸収されなかったスペクトルと結合し、前記エレクトロルミネセンス装置に対する全体的な出力スペクトルを提供する。
・光源を含み、当該光源は該光源から少なくとも部分的に光を透過させることができる透明層を含む、
・マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層を含み、当該層は前記透明層の上方および前記光源の外面上に被着され、当該マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層は複数の光抽出要素と複数のルミネセンス変換要素を含み、前記光抽出要素は前記光源からの光を拡散させ、さらに前記ルミネセンス変換要素は光源からの光の第1のスペクトルを吸収し、光の第2のスペクトルを放射し、さらに光の前記吸収されなかった第1のスペクトル、光の前記第2のスペクトルおよび前記拡散された光出力は前記光抽出要素によって、前記エレクトロルミネセンス装置に対する光の全体的な出力スペクトルを形成する。前記要素は相互に隣接しており、前記透明層に直接的に隣接している。
基板208は、付加的な層および電極を支持することができるあらゆる材料でありうる。底面発光型OLEDの場合には、この基板は、OLEDデバイス205によって発光された光の波長に対して透明または半透明である。有利な基板材料はガラス、石英およびプラスチックを含み、有利には薄い柔軟なガラスを含む。基板208の有利な厚さは使用されている材料およびデバイスの用途に依存する。基板208はシート状または連続した薄膜の形状に形成される。連続した薄膜は例えばRoll−to−Roll製造プロセスに使用される。この製造プロセスは特にプラスチック、金属および金属化されたプラスチック薄膜に適している。
底面発光型構造では第1の電極211はアノードとして機能する(アノードはホール注入層として用いられる導電性層である)。典型的なアノード材料は金属(白金、金、パラジウム、インジウム等);導電性酸化物(酸化鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)等);グラファイト;およびドーピングされた導電性ポリマー(ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等)である。有利には第1の電極211は酸化インジウムスズ(ITO)を含む。
ABL215は良好なホール導電特性を有しており、ホールを第1の電極211からEML216に効果的に注入するのに適している。ABL215はポリマーまたは小分子材料またはその他の材料を含むか、ポリマーまたは小分子材料またはその他の材料から成る。例えば、ABL215は小分子またはそのポリマー形状である第三級アミンまたカルバゾール誘導体、導電性ポリアニリン(「PANI」)、またはPEDOT:PSS、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(「PEDOT」)およびポリスチレンスルホン酸(「PSS」)(例えばHC Starck社からの「Baytron P」として入手可能)。ABL215は約5nm〜約1000nmの厚さを有し、従来では約50〜約250nmで使用されている。ABL215の他の例は有利には厚さ10〜50nmの銅フタロシアニン(CuPu)薄膜を含む。ABL材料の他の例は当業者には公知であり、容易に代用可能であり、または上述した材料と容易に組み合わせ可能である。
活性発光層(EML)216は有機エレクトロルミネセンス材料を含む。これは第1の電極211および第2の電極217にわたってポテンシャルが印加されると発光する。EMLは有機材料または有機金属化合物材料から製造され、ポリマー、モノマーまたは小分子エミッターまたはこれらの組み合わせまたは混合物を含む。ここで使用されているように、用語「有機」は有機金属化合物材料も含む。これらの材料内での発光は蛍光体および/または燐光体の結果として生成される。
底面発光構造では、第2の電極217はカソードとして機能する(すなわち電子注入層として機能する導電性層であり、低仕事関数の材料から成る)。カソードとして機能する多くの材料が当業者に知られているが、最も有利にはアルミニウム、インジウム、銀、金、マグネシウム、カルシウム、リチウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムおよびバリウムを含む合成物、またはこれらの組み合わせ、またはこれらの合金が使用される。アルミニウム、カルシウムとアルミニウムの組み合わせ、バリウムとアルミニウムの組み合わせ、フッ化リチウムとアルミニウムの組み合わせ、フッ化リチウムとカルシウムとアルミニウムの組み合わせ、マグネシウムと銀の組み合わせ、またはそれらの合金が特に有利である。
図示されたOLEDデバイス205は底面発光型OLEDである。従ってEML216から発光された光は基板208を通過する。本発明の種々の実施例では、構造化されたルミネセンス変換層230は基板208の露出された外面上(従って、OLEDデバイス205の外面上)に被着され、EL装置200からの光出力を修正および調整する。本発明の少なくとも1つの実施例では、構造化されたルミネセンス変換層は第1の色変換領域230Aと、第2の、非色変換領域230Bから成る。第1の色変換領域230Aは共同して、構造化されたルミネセンス変換層230に対するパターンまたは「構造」を形成する。これは、従来のエレクトロルミネセンスデバイス内で使用されている統一したダウンコンバーション層(ここでは全ての層が色変換材料を有している)から区別される。構造化されたルミネセンス変換層の構造は、本発明の種々の実施例では、条片状、交差条片状(メッシュ状)、円形、四角形(チェック状)または他のあらゆる幾何学的構造であってよい。構造の例は図4A〜4Fに示されている。
図4に示されているOLEDデバイス505は、底面発光型OLEDであり、EML516から放射された光は基板508を通過する。本発明の種々の実施例では、マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換(MLELC)層530は、基板508の露出された外面上(従ってOLEDデバイス505の外面上)に被着されており、EL装置500からの光出力を修正し、調整する。
図1に示され、上述された例に対する択一的な構造において、第1の電極211はカソードとして機能し(カソードは電子注入層として作用し、低い仕事関数を有する材料を含む導電性層である)する。頂部発光型OLEDの場合にはむしろ、アノードよりもカソードが基板208上に被着される。この択一的な構成では、第2の電極層217はアノードとして機能する(アノードはホール注入層として作用し、約4.5eVよりも高い仕事関数を有する材料を含む導電性層である)。頂部発光型OLEDの場合にはむしろ、カソードよりもアノードが半導体スタック214上に被着される。
Claims (55)
- エレクトロルミネセンス装置(200)であって:
光源(205)と、構造化されたルミネセンス変換層(230)とを有しており、
前記光源は、該光源から光を少なくとも一部分透過させることができる透明層を有しており、
前記構造化されたルミネセンス変換層は前記透明層上方に被着されており、当該構造化されたルミネセンス変換層(230)は第1の色変換領域(230A)と、該第1の色変換領域(230A)とは異なる第2の領域(230B)とを含んでおり、
前記第1の色変換領域(230A)は前記光源(205)からの光の第1のスペクトルを吸収し、光の第2のスペクトルを放射し、当該光の第2のスペクトルは前記第2の領域(230B)からの光のスペクトルと結合して、前記エレクトロルミネセンス装置(20)に対する光の全体的な出力スペクトルを与える、
ことを特徴とするエレクトロルミネセンス装置。 - 前記第2の領域(230B)は非色変換領域を含んでおり、当該第2の領域(230B)を通過した光によって与えられる当該第2の領域(230B)からの光のスペクトルは、光の吸収されていない第1のスペクトルである、請求項1記載の装置。
- 前記非色変換領域(230B)は材料を有していない、または前記第1のスペクトルを有する光に対して非吸収性かつ透過性である非色変換材料を有している、請求項1または2記載の装置。
- 前記非色変換領域および/または前記非色変換材料は、シリコーン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ガラス、ポリカーボネートおよびポリメチルメタクリラートのうちの少なくとも1つを含む、請求項3記載の装置。
- 前記第2の領域(330B)は第2の色変換領域を含んでおり、当該第2の色変換領域は前記第1のスペクトルの少なくとも一部を有する光を吸収し、前記第1および第2のスペクトルとは異なる第3のスペクトルを有する光を放射する、請求項1から4までいずれか1項記載の装置。
- 前記第2の領域(330B)は第2の色変換領域である、請求項5記載の装置。
- 前記第1の色変換領域(230A)は色変換材料を含んでいる、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第2の色変換領域(330B)は色変換材料を含んでいる、請求項5から7に記載の装置。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)は色変換材料を含んでいる、請求項1から8までのいずれか1項記載の装置。
- 前記色変換材料は少なくとも1つの染料を含んでいる、請求項7から9までのいずれか1項記載の装置。
- 前記色変換材料は蛍光体および/または燐光体である、請求項10記載の装置。
- 前記染料または前記色変換材料は有機である、請求項10または11記載の装置。
- 前記色変換領域は、有機染料、無機染料、ぺリレン、クマリン、セリウムドーピングされたガーネット、窒化物燐光体、イオン燐光体、蛍光染料、量子点および共役ポリマーのうちの少なくとも1つを含んでいる、請求項1から12までのいずれか1項記載の装置。
- 前記色変換材料は以下のグループからの少なくとも1つの材料を含んでおり、当該グループは:
・セリウムドーピングされたガーネット
・オルトシリケート
・窒化物、
・オキシニトリドシリケート
・ニトリドシリケート
・イオン燐光体
・ペリレン
・クマリン
・量子点および
・共役ポリマーを含む、請求項7から13までのいずれか1項記載の装置。 - 前記色変換材料は最大で300ナノメートルの平均直径d50を有する粒子を含んでいる、請求項7から14までのいずれか1項記載の装置。
- 前記色変換材料は最小で1500ナノメートルの平均直径d50を有する粒子を含んでいる、請求項7から15までのいずれか1項記載の装置。
- 前記色変換領域(230A)は光子飽和限界に達している、または光子飽和限界を超えている、請求項1から16までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第1の色変換領域(230A)は光子飽和限界に達していない、請求項1から16までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第2の色変換領域(330B)は光子飽和限界に達している、または光子飽和限界を超えている、請求項5または6記載の装置。
- 前記第2の色変換領域(330B)は光子飽和限界に達していない、請求項5または6記載の装置。
- 前記第1の色変換領域は透明なマトリクス材料を含んでいる、請求項1から20までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第2の色変換領域(330B)は透明なマトリクス材料を含んでいる、請求項5から21までのいずれか1項記載の装置。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)は透明なマトリクス材料を含んでいる、請求項1から22までのいずれか1項記載の装置。
- 前記マトリクス材料は、シリコーン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリラートおよびポリカーボネートのうちの少なくとも1つである、請求項21から23までのいずれか1項記載の装置。
- 前記マイクロ構造化された薄膜(230)は物理的および/または化学的に前記透明層に取り付けられている、請求項1から24までのいずれか1項記載の装置。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)は物理的および/または化学的に前記透明層に取り付けられている、請求項1から25までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第1の色変換領域(230A)および前記第2の領域(230B)は相互に隣接しており、横方向に配置されている、請求項1から26までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第1の色変換領域(230A)は前記第2の領域(230B)によって分割されている、請求項1から27までのいずれか1項記載の装置。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)は条片状、交差条片状、円形状、三角形状または四角形状の領域またはこれらの組み合わせを含んでいる、請求項1から28までのいずれか1項記載の装置。
- 前記第1の色変換領域は複数のルミネセンス変換要素(530B)として構成されており、および/または前記第2の領域は複数の光抽出要素(530A)として構成されており、前記構造化されたルミネセンス変換層はマルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層(530)を形成している、請求項1から29までのいずれか1項記載の装置。
- 前記光抽出要素(530A)は前記光源(505)からの前記光を拡散する、請求項30記載の装置。
- 前記第2の領域からの光の前記スペクトル、光の前記第2のスペクトルおよび前記光抽出要素(530A)による前記拡散された光出力は、前記エレクトロルミネセンス装置(500)に対する光の全体的な出力スペクトルを形成する、請求項30または31記載の装置。
- 前記光抽出要素(530A)は台形状の幾何学的形状またはエンボスタイプの幾何学的形状を有している、請求項30から32までのいずれか1項記載の装置。
- 前記ルミネセンス変換要素(530B)はレンズ状または平坦な幾何学的形状を有している、請求項30から33までのいずれか1項記載の装置。
- 前記複数の光抽出要素(530A)および前記複数のルミネセンス変換要素(530B)は交互のパターンで配置されている、請求項30から34までのいずれか1項記載の装置。
- 前記複数の光抽出要素(530A)および前記複数のルミネセンス変換要素(530B)は、条片状のパターンまたはメッシュ状のパターンで配置されている、請求項30から35までのいずれか1項記載の装置。
- 前記複数の光抽出要素(530A)および前記複数のルミネセンス変換要素(530B)は、前記複数のルミネセンス変換要素(530B)が円錐形状に区切られるように配置されている、請求項30から36までのいずれか1項記載の装置。
- 前記光抽出要素(530A)は、前記透明層の屈折率に整合する屈折率を有している、請求項30から37までのいずれか1項記載の装置。
- 前記光抽出要素(530A)は、前記ルミネセンス変換要素(530B)の屈折率よりも高い屈折率を有している、請求項30から38までのいずれか1項記載の装置。
- 前記光抽出要素(530A)は、非吸収性の、光透過性材料を含んでいる、請求項30から39までのいずれか1項記載の装置。
- 前記ルミネセンス変換要素(530B)および前記光抽出要素(530A)は、低い吸収係数を有する材料から成る、請求項30から41までのいずれか1項記載の装置。
- 前記デバイスは光源アプリケーションの一部である、請求項1から42までのいずれか1項記載の装置。
- 前記光源(205)はOLEDデバイスである、請求項1から43までのいずれか1項記載の装置。
- 前記透明層は、アノード層(211)、カソード層(217)、基板(208)および前記光源(205)の封入層のうちの少なくとも1つである、請求項1から44までのいずれか1項記載の装置。
- 前記装置(200)は柔軟である、請求項1から45までのいずれか1項記載の装置。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)は前記光源(205)の外面上に被着されている、請求項1から46までのいずれか1項記載の装置。
- 前記全第1の色変換領域(230A)の全体領域と、前記全第2の領域(230B)の全体領域との比は、前記装置(200)の全体的な出力スペクトルに影響を与える、請求項1から47までのいずれか1項記載の装置。
- エレクトロルミネセンス装置(200)であって:
光源(205)と、構造化されたルミネセンス変換層(230)とを有しており、
前記光源は、該光源(205)から光を少なくとも一部分透過させることができる透明層を有しており、
前記構造化されたルミネセンス変換層は前記透明層上方にかつ前記光源(205)の外面上に被着されており、当該構造化されたルミネセンス変換層(230)は色変換領域(230A)と、非色変換領域(230B)とを含んでおり、
前記色変換領域(230A)は前記光源(205)からの光の第1のスペクトルを吸収し、光の第2のスペクトルを放射し、当該光の第2のスペクトルは前記光源(205)からの光の吸収されていないスペクトルと結合して、前記エレクトロルミネセンス装置(20)に対する光の全体的な出力スペクトルを与える、
ことを特徴とするエレクトロルミネセンス装置。 - エレクトロルミネセンス装置(500)であって:
光源(505)と、マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層(530)とを有しており、
前記光源は、該光源(505)からの光を少なくとも部分的に透過させることができる透明層を有しており、
前記マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層は前記透明層上方にかつ前記光源(505)の外面上に被着されており、当該マルチエレメント光抽出およびルミネセンス変換層(530)は複数の光抽出要素(530A)と、複数のルミネセンス変換要素(530B)とを含んでおり、
前記光抽出要素(530A)は前記光源からの前記光を拡散し、さらに前記ルミネセンス変換要素(530B)は前記光源(505)からの光の第1のスペクトルを吸収し、光の第2のスペクトルを放射し、さらに光の前記吸収されていない第1のスペクトル、光の前記第2のスペクトルおよび前記光抽出要素(530A)による前記拡散された光出力は、前記エレクトロルミネセンス装置(500)に対する光の全体的な出力スペクトルを形成し、前記要素は相互に隣接し、かつ前記透明層に直接的に隣接する、
ことを特徴とするエレクトロルミネセンス装置。 - エレクトロルミネセンス装置(200)を製造する方法であって、
・第1のスペクトルを有する光を放射する光源(205)を設けるステップを有しており、当該光源は、光放射路内に被着された透明層を有しており、当該透明層は装置(200)の作動時に第1のスペクトルを有する光を少なくとも部分的に透過させることができ、
・第1の色変換領域(230A)と第2の領域(230B)を有する、構造化されたルミネセンス変換層(230)を前記光源(205)の透明層上方に形成するステップを有しており、前記第1の色変換領域(230A)は色変換材料を含んでいる、
ことを特徴とする、エレクトロルミネセンス装置を製造する方法。 - 前記構造化されたルミネセンス変換層(230)を形成するステップは以下のステップを有しており:
・構造化されたホトレジスト層を前記光源(205)の前記透明層上方に形成するステップを有しており、当該構造化されたホトレジスト層は、前記第1の色変換領域(230A)を定める空の領域を有しており、
・色変換材料を含む材料を、前記空の第1の色変換領域(230A)内に被着させるステップを有しており、
・前記第2の領域(230B)を露出させている前記構造化されたホトレジスト層を除去するステップを有している、請求項51記載の方法。 - 前記第2の領域(330B)内に、色変換材料および非色変換材料のうちの少なくとも1つを含む材料を被着させることを含む、請求項52記載の方法。
- 前記構造化されたルミネセンス変換層(230A)を形成するステップは以下のステップを有しており:
・構造化された導電性層を前記透明層上方に形成するステップを有しており、当該構造化された導電性層は、前記第1の色変換領域(230A)を定め、
・前記構造化された導電性層に電界を加え、これによって、液体混合物または溶液からの色変換材料を含む材料を前記構造化された導電性層上に被着または析出させる、請求項51記載の方法。 - 前記第2の領域(230B)内に、色変換材料および非色変換材料のうちの少なくとも1つを含む材料を設けることを含む、請求項54記載の方法。
- 前記材料はスクリーン印刷またはインクジェット印刷によって設けられる、請求項51から53および55のいずれか1項記載の方法。
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