JP2010522962A - スペーサ要素を有するエレクトロルミネッセンス・デバイス - Google Patents

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Abstract

基板（10）と；その基板上に形成されていて、少なくとも一方が透明である互いに離れた第1の電極および第2の電極と、その第1の電極（14）と第2の電極（18）の間に形成されていて量子ドットを含む発光層（16）とを有する1つ以上の発光要素と；その1つ以上の発光要素の上方に位置していて、その1つ以上の発光要素とは離れているため、ギャップをその1つ以上の発光要素との間に形成するカバー（12）と；そのカバーと上記1つ以上の発光要素の間のギャップの中に位置する、別に形成されたスペーサ要素（22）とを備えていて、そのスペーサ要素が、上記1つ以上の発光要素と上記カバーの一方または両方と物理的に接触しているエレクトロルミネッセンス・デバイス。

Description

本発明は、発光量子ドットを含むエレクトロルミネッセンス・デバイスに関するものであり、より詳細には、光出力を改善し、丈夫さを改善し、製造コストを低下させるためのエレクトロルミネッセンス・デバイスの構造に関する。
主として無機の半導体発光ダイオード（LED）デバイスが1960年代初頭から製造されてきており、現在では広い範囲の消費者用の用途と商業用の用途で使用するために製造されている。LEDを含む層は結晶性半導体材料をベースとしている。結晶をベースとしたこれら無機LEDは、明るく、寿命が長く、環境安定性が優れているという利点を有する。こうした利点を提供する結晶性半導体層は、多数の欠点も有する。主な欠点は、製造コストが高いこと、同じチップからのマルチ-カラー出力を組み合わせるのが難しいこと、光出力が低いこと、高価で堅固な基板を必要とすることである。
1980年代半ば、低分子量の分子の利用に基づく有機発光ダイオード（OLED）が発明された（Tang他、Applied Physics Letters、第51巻、913ページ、1987年）。1990年代初頭、ポリマーLEDが発明された（Burroughs他、Nature、第347巻、539ページ、1990年）。その後の15年間で有機材料をベースとしたLEDディスプレイが市場に出され、デバイスの寿命、効率、明るさが大きく改善されている。例えばリン光発光体を含むデバイスは外部量子効率が19％と高く、デバイスの寿命は一般に数万時間になると報告されている。しかし結晶をベースとした無機LEDと比べると、OLEDは、より暗く、寿命がより短く、デバイスを動作させるための高価な封止を必要とするという問題を有する。
OLEDの性能を向上させるため、1990年代後半、有機発光体と量子ドットの混合物を含むOLEDデバイスが導入された（Mattoussi他、Journal of Applied Physics、第83巻、7965ページ、1998年）。量子ドットは、発光するナノ・サイズの半導体結晶である。発光層に量子ドットを添加すると、デバイスの色域を広げられる可能性がある。量子ドットの粒子サイズを変化させるだけで赤色、緑色、青色の発光が得られる可能性があり、製造コストを下げられる可能性もある。発光層の中で量子ドットが凝集するといった問題があるため、こうしたデバイスの効率は典型的なOLEDデバイスと比べて低かった。効率は、量子ドットだけの膜を発光層として使用したときによりいっそう低かった（Hikmet他、Journal of Applied Physics、第93巻、3509ページ、2003年）。低い効率は、量子ドット層が絶縁性であることが原因であるとされた。のちに、有機正孔輸送層と有機電子輸送層の間に量子ドットの単層膜を堆積させることで効率が（約1.5cd/Aまで）大きくなった（Coe他、Nature、第420巻、800ページ、2002年）。量子ドットからの発光は、主として、無機分子上のエキシトンからのフェルスター・エネルギー移動の結果として発生した（電子-正孔再結合が有機分子上で起こる）。効率が将来どれほど向上しようとも、こうしたハイブリッド・デバイスは、純粋なOLEDデバイスに付随するあらゆる欠点を相変わらず有する。
最近、真空蒸着した無機のn-GaN層とp-GaN層の間に単層の厚さのコア／シェルCdSe/ZnS量子ドット層を挟むことにより、ほぼ完全に無機のLEDが構成された（Mueller他、Nano Letters、第5巻、1039ページ、2005年）。得られたデバイスは外部量子効率が0.001〜0.01％と低かった。この問題の一部は、成長後に存在していることが報告されたトリオクチルホスフィン酸化物（TOPO）とトリオクチルホスフィン（TOP）の有機リガンドに付随している可能性がある。これら有機リガンドは絶縁体であり、量子ドットに電子と正孔をうまく注入しないであろう。それに加え、高真空技術によって成長させる電子半導体層と正孔半導体層を用いることと、サファイア基板を使用することのため、構造の残部を製造するのにコストがかかる。
譲受人に譲渡されたKahenによる同時係属中のアメリカ合衆国特許出願第11/226,622号（その全内容は参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）に記載されているように、発光層の導電率を大きくするには、追加の半導体ナノ粒子を量子ドットとともに層の中に供給するとよい。
量子ドット発光ダイオード構造を利用してフラット-パネル・ディスプレイとエリア照明ランプを形成することができる。同様に、着色光または白色光の用途も興味深い。異なる色の光を発生させるのにさまざまな材料を使用することができ、その材料を表面上でパターニングしてフル-カラー画素を形成することができる。さまざまな実施態様では、量子ドットLEDは電子または光によって刺激することができ、ハイブリッドの無機-有機LEDのための発光有機ホスト材料と混合することができる。
無機発光ダイオード（LED）とハイブリッドの無機-有機発光ダイオードの両方とも、基板上にコーティングされる薄膜材料層に依存したエレクトロルミネッセンス技術である。この技術では、一般に、LEDデバイスを物理的な損傷から保護するため、LEDデバイスの周囲で基板に固定されるカバーが用いられる。薄膜材料層としては、LEDの分野で知られているように、例えば、有機材料、量子ドット、溶融した無機のナノ粒子、電極、導電体、シリコン電子部品などが挙げられる。カバーとしては、カバーを基板に固定したときにカバーが薄膜材料層と接触しないようにするためのキャビティが挙げられる。あるいは薄膜材料層とカバーの間にポリマー層を設けることも知られている。
量子ドットは有用で安定な発光体となりうるが、従来の設計では、発生した光は、量子ドットに電流または光刺激を提供するのに用いられる発光構造の内部にトラップされる可能性がある。使用する材料の屈折率が大きいため、再結合プロセスで発生したフォトンの多くは、実際には内部全反射のためにデバイスの中にドラップされる。トラップされたこれらのフォトンがデバイスから出ていくことは決してなく、デバイスからの光出力に寄与しない。光は発光層からあらゆる方向に出ていくため、光の一部はデバイスから直接放出され、光の一部はデバイスの内部へと放出され、反射されて戻ったり吸収されたりし、光の一部は横方向に出てトラップされ、デバイスに含まれるさまざまな層によって吸収される。一般に80％までの光がこのようにして失われる可能性がある。
図2に示した従来技術の例では、典型的なLED11構造が、第1の電極14と第2の電極18に挟まれたエレクトロルミネッセンス（EL）ユニット16を含むことが示されている。図示したELユニット16は、第1の電極14と第2の電極18の間にすべての層を含んでおり、電極そのものは含んでいない。発光層33は、半導体マトリックス31中に発光量子ドット39を含んでいる。半導体マトリックス31は、ハイブリッド・デバイスの場合には有機ホスト材料にすることができ、無機量子ドットLEDの場合には多結晶無機半導体マトリックスにすることができる。ELユニット16は、電荷の注入を改善するため、場合によってはp型電荷輸送層35またはn型電荷輸送層37を含むことができる。ELユニット16は、追加の電荷輸送層または接触層（図示せず）を備えることができる。典型的なLEDデバイスでは、ガラス基板と、透明な導電性アノード（例えばインジウム-スズ-酸化物（ITO））と、積み重ねられた複数の層を含むELユニット16と、反射性のカソード層が用いられる。ELユニット内の層は、有機、または無機、またはこれらの組み合わせが可能である。このデバイスから発生する光はガラス基板を通って出ていく。これは、一般にボトム-エミッション型デバイスと呼ばれている。あるいはデバイスは、基板と、反射性アノードと、積み重ねられた複数の有機層と、頂部の透明なカソード層を含むことができる。このデバイスから発生する光は頂部の透明な電極を通って出ていく。これは一般にトップ-エミッション型デバイスと呼ばれている。典型的なハイブリッド・デバイスでは、ITO層、有機半導体層、ガラスの屈折率は、それぞれ2.0、1.7、1.5である。発生する光のほぼ60％がITO／有機EL素子内の内部反射によってトラップされ、20％がガラス基板の中にトラップされ、発生する光のほんの約20％が実際にデバイスから出ていって有用な機能を果たす。どの無機デバイスでも、ELユニットの屈折率が大きい（一般に2.0以上である）ために状況はより悪い。
図3aを参照すると、従来のLEDデバイスは基板10を備えており、その上に薄膜電子部品20（例えばアクティブ-マトリックス・デバイスでは導電体、薄膜トランジスタ、キャパシタであり、パッシブ-マトリックス・デバイスでは導電体である）が形成されている。薄膜電子部品20は、デバイスの設計に応じて基板10の一部または全体を覆うことができる。基板10の上には1つ以上の第1の電極14が形成される。1つ以上の半導体材料層を含むELユニット16が第1の電極14の上に形成されていて、そのうちの少なくとも1つの層が光を出す。1つ以上の第2の電極18がELユニット16の上に形成されている。薄膜層14、16、18に接触しないようにするため、ギャップ32を形成するキャビティを有するカバー12が基板10に固定されている。いくつかの設計では、ギャップ32に硬化可能なポリマー材料または樹脂材料を満たしてより堅固にすることが提案されている。第2の電極18は、このエレクトロルミネッセンス・デバイスの表面上に連続にすることができる。それぞれが薄膜電子部品20によって提供される第1の電極14と第2の電極18の間に電圧を印加すると、電流がELユニット16の中の半導体材料層を通って流れ、半導体材料層のうちの1つにカバー12を通過する光50aを出させること（カバー12と、ギャップ32中のあらゆる材料と、第2の電極18が透明である場合）、または基板10を通過する光50bを出させること（基板10と第1の電極14が透明である場合）ができる。発光する半導体材料層は、発光量子ドットを含んでいる。光が基板10を通過して出ていく場合にはボトム-エミッション型OLEDであり、薄膜電子部品20は、発生する光50bの一部を隠すか、発光領域を薄膜電子部品20の間に限定してLEDデバイスのアパーチャ比を低下させる可能性がある。光がカバー12を通過して出ていく場合にはLEDデバイスはトップ-エミッション型であり、薄膜電子部品20は発生する光を必ずしも隠さない。図2で用いた構成は、厚く、非常に導電性のある反射性電極18を有する典型的なボトム-エミッション型の構成であり、アパーチャ比が小さくなるという問題がある。図3bを参照すると、トップ-エミッション型では、第1の電極14の一部が薄膜電子部品20の上に位置しているため、発光領域26の面積が増大する。このトップ-エミッション型の場合には、第1の電極14は光を透過させないため、厚く、不透明で、大きな導電性にすることができる。しかし第2の電極は透明でなければならない。
例えば市販されている同様のOLEDデバイスでは、基板とカバーは、イーストマン・コダック社のLS633ディジタル・カメラで用いられているような厚さ0.7mmのガラスからなる。例えば対角線が5インチ未満と比較的小さなデバイスに関しては、カバー12でキャビティを用いるのが、薄膜材料層16を比較的しっかりと保護する効果的な1つの方法である。しかし非常に大きなデバイスでは、基板10またはカバー12がガラスなどの堅固な材料からなり、しかもギャップ32に材料が満たされている場合でさえ、基板10またはカバー12はわずかに撓むことができるため、カバー12の内側またはギャップ内の材料が薄膜材料層16と接触したり薄膜材料層16を圧迫したりして薄膜材料層を損傷させ、LEDデバイスの有用性を低下させる可能性がある。
薄いシート材料を分離するスペーサ要素を使用することが知られている。例えば2001年7月10日に認められたEbisawaらによるアメリカ合衆国特許第6,259,204号には、スペーサを用いて基板上のシール用シートの高さを制御することが記載されている。しかしこのような方法では薄膜LEDデバイスの中の薄膜材料層は保護されない。2004年2月12日に公開された「エレクトロ-オプティック・ディスプレイで用いる部品と使用法」という名称のアメリカ合衆国特許出願公開2004/0027327には、フレキシブル・ディスプレイの背面を前面と貼り合わせたときにシール材料が押し出されるのを防ぐため、背面と前面のラミネートの間にスペーサ用ビーズを導入することが記載されている。さらに、シール材はデバイスの透明度を低下させるため、追加の製造ステップが必要とされる。
2004年11月23日に認められたIchijoらによるアメリカ合衆国特許第6,821,828号には、2つの基板を離れた状態に維持するため、有機樹脂膜（例えばアクリル樹脂膜）をパターニングして列状スペーサを望みの位置に形成することが記載されている。基板の間のギャップは、液晶材料で満たされる。列状スペーサの代わりに基板の全面にスプレーした球形スペーサにすることができる。同様に、2003年5月6日に認められたFukunagaらによるアメリカ合衆国特許第6,559,594号には、ELデバイスのカバーの内側に形成した樹脂スペーサを用いることが記載されている。しかしこのような樹脂スペーサは、ガスを発生させる可能性があり、高価なフォトリソグラフィ法を必要とする可能性があり、カラー・フィルタを使用できなくする可能性がある。さらに、列状スペーサはリソグラフィによって形成されるため、複雑な処理ステップと高価な材料が必要とされる。さらに、この設計は液晶デバイスに適用され、基板上に堆積される薄膜構造は保護されない。それに加え、堅固な非圧縮性スペーサは、印加された圧力を下にある層に直接伝えるため、下にあるその層が傷む可能性がある。
「カラー・エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ装置の製造法と、光透過性基板の接合法」という名称のアメリカ合衆国特許第6,551,440号が、2003年4月22日に認められた。この発明では、所定の直径を持つ粒子からなるスペーサが基板の間に挿入されて、基板間を所定の距離に維持する。基板の間に堆積されたシール用樹脂が広がると、表面張力によって基板が互いに引き寄せられる。基板の間にスペーサが挿入されることによって基板同士が絶対的に接触することが阻止されるため、樹脂は基板の間に滑らかに広がることができる。この設計では、基板の上に堆積される薄膜構造は保護されない。
硬化した樹脂の使用もトップ-エミッション型LEDデバイスでは光学的に問題がある。よく知られているように、LEDから出る光のかなりの部分が、LED層、基板、カバーのいずれかにトラップされる可能性がある。ギャップに樹脂材料またはポリマー材料を満たすことにより、この問題が悪化する可能性がある。図6を参照すると、従来のボトム-エミッション型LEDは、透明な基板10と、透明な第1の電極14と、ELユニット16と、反射性の第2の電極18と、ギャップ32と、封止用カバー12を備えている。封止用カバー12は不透明でもよく、そして封止用カバー12で第2の電極18を直接覆ってギャップ32が存在しないようにしてもよい。ギャップ32が存在する場合には、ポリマーまたは乾燥剤を満たしてより堅固にするとともに、デバイスの中に侵入する水蒸気を減らすことができる。ELユニット16から出る光は、光線1で示したように、デバイスから基板10を通過して直接出ていくことができる。発生した光は、光線2で示したように、基板10とELユニット16の中をガイドされる可能性もある。あるいは発生した光は、光線3で示したように、ELユニット16の中をガイドされる可能性もある。反射性の第2の電極18に向かう光線4は、反射性の第2の電極18によって反射されて基板10に向かった後、光線1、2、3いずれかの経路に従う。
薄膜発光デバイスからの光の出力カップリングを向上させるさまざまな方法が提案されている。例えば発光層の中を横方向にガイドされる光のブラッグ散乱を誘導することによってポリマー薄膜からの発光の寄与を制御するため、回折格子が提案されている。Safonovらによる「横方向の微細構造によるポリマー発光の変更」、Synthetic Metals、第116巻、2001年、145〜148ページと、Luptonらによる「周期的微細構造式発光ダイオードからのブラッグ散乱」、Applied Physics Letters、第77巻、第21号、2000年11月20日、3340〜3342ページを参照のこと。屈折特性を有する明るさ増大膜と、表面ディフューザおよび体積ディフューザが、2002年5月10日に公開されたChouらによる「直視式の発光ディスプレイの明るさとコントラストの増大」という名称のWO 02/37568に記載されている。マイクロ-キャビティ技術を利用することも知られている。例えばTsutsuiらによる「光学的マイクロキャビティ構造を有する有機エレクトロルミネッセンス・ダイオードにおける方向性の鋭い発光」、Applied Physics Letters、第65巻、第15号、1994年10月10日、1868〜1870ページを参照のこと。しかしこうした方法のどれも、発生する光のすべて、またはほとんどすべてをデバイスの外に出すことはできない。さらに、このような回折法だと、発光角度の周波数依存性が大きくなるため、デバイスから出る光の色が見る人の角度によって変化する。
発光領域または画素を取り囲む反射構造に関しては、1998年11月10日にBulovicらに発行されたアメリカ合衆国特許第5,834,893号を参照のこと。この特許には、各画素の縁部に、角度のある、すなわち傾いた反射壁を使用することが記載されている。同様に、Forrestらは、200年7月18日に発行されたアメリカ合衆国特許第6,091,195号において、傾いた壁を備える画素を記載している。これらの方法では、発光領域の縁部に位置する反射板を使用している。しかしそれでもかなりの量の光が、単一の画素または発光領域の中で基板と平行に層の中を横方向に移動するにつれて吸収によって失われる。
散乱法も知られている。Chou（WO 02/37580）とLiuら（アメリカ合衆国特許出願公開2001/0026124 A1）は、光の取り出しを改善するため体積散乱層または表面散乱層を用いることが教示している。散乱層は、有機層に隣接して、またはガラス基板の外面上に取り付けられ、これらの層に合致する屈折率を有する。臨界角よりも小さいとトラップされるため臨界角よりも大きな角度でLEDデバイスから出る光は散乱層に侵入し、散乱されてデバイスから出ていくことができる。したがってLEDデバイスの効率は向上するが、それでも以下に説明する欠点がある。
Doらによる「有機エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ装置とその製造法」という名称の2002年9月7日に発行されたアメリカ合衆国特許第6,787,796号には、有機エレクトロルミネッセンス（EL）ディスプレイ装置とその製造方法が記載されている。有機ELデバイスは、基板層と、その基板層の上に形成された第1の電極層と、その第1の電極層の上に形成された有機層と、その有機層の上に形成された第2の電極層とを備えていて、屈折率が異なる複数の領域を有する光損失防止層が、有機ELデバイス中の屈折率に大きな差のある各層の間に形成されている。Garnerらによる「有機発光ダイオードで光を取り出すための設計」という名称のアメリカ合衆国特許出願公開2004/0217702には、同様に、OLEDの内部で内部導波モードの伝播を乱す作用のある内部屈折率の変化や内部または表面の物理的変化をもたらす微細構造を使用することが開示されている。トップ-エミッション型の実施態様で使用するとき、封止用カバーの隣に屈折率が合致したポリマーを用いることが開示されている。
しかし散乱技術そのものは、光吸収材料層の中を光を多数回通過させるため、光は吸収されて熱に変わる。さらに、トラップされた光は、カバー、基板、有機層の中を水平方向にかなりの距離を伝播した後に散乱されてデバイスから出ていくため、ディスプレイなどの画素化された用途におけるデバイスのシャープさが低下する。例えば図7に示してあるように、従来の画素化されたボトム-エミッション型LEDデバイスは、独立に制御される複数の画素60、62、64、66、68と、光散乱要素21を、一般に透明な第1の電極14と基板10の間に位置する1つの層の中に形成された状態で含むことができる。発光層から出る光線5は、基板10、ELユニット16、透明な第1の電極14の中を通過しながら光散乱要素21によって多数回散乱された後、デバイスから出ていく。光線5は、最終的にデバイスから出ていくとき、光が発生した最初の画素60の位置から、光が出ていく離れた画素68まで、デバイスのさまざまな層の中をかなりの距離移動しているため、シャープさが低下する。横方向の移動はたいてい基板10の中で起こる。なぜならパッケージ中で圧倒的に最も厚い層だからである。また、出てくる光の量は、さまざまな層内で光が吸収されるために減少している。
OLEDデバイス外で光散乱層を用いることが、Shiangによる「光の取り出しが改善された有機エレクトロルミネッセンス・デバイス」という名称のアメリカ合衆国特許出願公開2005/0018431と、Horikxらによる「フラット-パネル・ディスプレイ装置のための、光散乱特性を有する媒体からなる能動層を備えるシステム」という名称のアメリカ合衆国特許第5,955,837号に記載されている。これらの特許文献には、基板上に位置する散乱層の特性が、詳細に記載され、規定されている。同様に、Duggalらによる「光の取り出しが増大した有機エレクトロルミネッセンス・デバイス」という名称のアメリカ合衆国特許第6,777,871号には、特別な屈折率と散乱特性を有する複合層を含む出力カプラーを用いることが記載されている。この方法は、光の取り出しには役立つが、基板の中を伝播する光（光線2で示す）しか取り出されず、有機層と電極の中を伝播する光（光線3で示す）は取り出されない。さらに、この構造は、ディスプレイ装置に適用するのであれば、ディスプレイに関して認識されるシャープさを低下させるであろう。光散乱層を有するデバイスは、光散乱層のないデバイスよりもシャープさがはるかに劣るが、光散乱層を有するLEDデバイスからはより多くの光が取り出される。
Tyanらによる「光の取り出し効率が増大した有機発光デバイス」という名称のアメリカ合衆国特許出願公開2004/0061136には、光散乱層を含む、光の取り出しが増大したOLEDデバイスが記載されている。いくつかの実施態様では、（有機エレクトロルミネッセンス素子よりも屈折率が実質的に小さい）低屈折率の絶縁層を反射層の隣に光散乱層と組み合わせて使用し、角度の小さい光が反射層にぶつかるのを阻止する。そのため反射層からの多数回の反射に起因する吸収損失が少なくなる。しかしこの特別な構成にしても、やはりデバイスのシャープさが低下する可能性がある。
したがって、デバイスの丈夫さが向上していて製造コストが低下した、改善されたLEDデバイスが必要とされている。この問題を解決することによって同時にデバイスの性能も向上することが好ましい。
本発明の一実施態様は、
基板と；
その基板上に形成されていて、少なくとも一方が透明である互いに離れた第1の電極および第2の電極と、その第1の電極と第2の電極の間に形成されていて量子ドットを含む発光層とを有する1つ以上の発光要素と；
その1つ以上の発光要素の上方に位置していて、その1つ以上の発光要素とは離れているため、ギャップをその1つ以上の発光要素との間に形成するカバーと；
そのカバーと上記1つ以上の発光要素の間のギャップの中に位置する、別に形成されたスペーサ要素とを備えていて、そのスペーサ要素が、上記1つ以上の発光要素と上記カバーの一方または両方と物理的に接触しているエレクトロルミネッセンス・デバイスに関する。
本発明は、量子ドット・エレクトロルミネッセンス・デバイスの丈夫さと性能を改善し、製造コストを低下させる。
スペーサ要素を有する本発明の一実施態様によるトップ-エミッション型エレクトロルミネッセンス・デバイスの断面図である。 従来のデバイスの断面図である。 カバーを用いた従来のデバイスの断面図である。 カバーを用いた従来の別のデバイスの断面図である。 スペーサ要素を有する本発明の別の一実施態様によるトップ-エミッション型エレクトロルミネッセンス・デバイスの断面図である。 スペーサ要素を有する本発明のさらに別の一実施態様によるトップ-エミッション型エレクトロルミネッセンス・デバイスの断面図である。 従来のボトム-エミッション型LEDデバイスの断面図であり、光の発生を示してある。 散乱層を有する従来のボトム-エミッション型LEDデバイスの断面図であり、発生する光を示してある。 散乱層を有する従来のトップ-エミッション型LEDデバイスの断面図であり、発生する光を示してある。 スペーサ要素を有する本発明の別の一実施態様によるトップ-エミッション型LEDデバイスの断面図である。 スペーサ要素と端部キャップを有する本発明のさらに別の一実施態様によるトップ-エミッション型LEDデバイスの断面図である。 発光領域間に分布したスペーサ要素を有する本発明の別の一実施態様によるLEDデバイスの上面図である。 圧縮されていないスペーサ要素を有する本発明の一実施態様によるLEDデバイスの部分断面図である。 圧縮されたスペーサ要素を有する本発明の一実施態様によるLEDデバイスの部分断面図である。 スペーサ要素が異なる位置にある本発明のさまざまな実施態様によるLEDデバイスの部分断面図である。 スペーサ要素が異なる位置にある本発明のさまざまな実施態様によるLEDデバイスの部分断面図である。 スペーサ要素が異なる位置にある本発明のさまざまな実施態様によるLEDデバイスの部分断面図である。 発光コア／シェル量子ドットの概略図である。 本発明による多結晶無機発光層の概略断面図である。
個々の層が薄すぎること、そしてさまざまな層の厚さの違いを実際の比率では示せないことが理由で、図面は実際の比率にはなっていないことが理解されよう。
本発明による図1を参照すると、エレクトロルミネッセンス（EL）デバイス8は、基板10と；その基板10の上に形成された第1の電極14と、その第1の電極14の上に形成されたELユニット16と、そのELユニット16の上に形成された第2の電極18とからなるLED11と；1つ以上のLED11の上に設けられていて、その1つ以上のLED11から離れることでギャップ32を形成するカバー12と；別にあらかじめ形成してあって、カバー12と1つ以上のLED11の間に位置するスペーサ要素22とを含んでいる。本発明によれば、スペーサ要素22はカバー12または基板10と一体化しておらず、別にあらかじめ形成した後、カバー12の表面に、またはギャップ32内のLED11の上に配置する。すなわちスペーサ要素22は、例えばELユニット16や、電極14と18や、従来のアクティブ-マトリックス・ディスプレイ装置に見られる薄膜シリコン材料をパターニングするのに利用されるリソグラフィ材料法によっては形成されない。特に、スペーサ要素22は、基板10上に層（例えばさまざまな形態のシリコン（LTPS、アモルファス）、二酸化シリコン、窒化シリコンや、金属、金属酸化物、合金から製造される薄膜電子部品、パシベーション層、電極）を構成したり基板10上で層を処理したりするのに用いられる材料からリソグラフィによって形成されることはない。本発明では、スペーサ要素22は、基板10の上に形成されるカバー12およびLED11とは独立にあらかじめ形成される。スペーサ要素22は連続膜ではなく材料を粒子にしたものであり、カバー12と基板10の間に加わる機械的応力を吸収するため、または加えられた応力をLEDデバイスの敏感ではない領域または容易に傷つかない領域へと方向転換させるために用いられる。スペーサ要素22は連続膜ではないが、単層として堆積させることができる。本発明の一実施態様では、スペーサ要素22は、弾性のある圧縮可能なスペーサ要素である。
本発明は、屈折率がLEDおよびカバー12よりも小さい透明な低屈折率要素に加え、カバー12と基板10の間に位置する散乱層21とともに用いて光を散乱させることができるが、散乱層21がないと、光はエレクトロルミネッセンス・デバイスにトラップされる。図4は、本発明によるスペーサ要素と光散乱要素の組み合わせを示している。図5は、図4に示したデバイスから出る光の経路を示している。ギャップ32がないと、光散乱層は、図8に示したように、トップ-エミッション型デバイスの透明な封止用カバーの隣に位置する。この図からわかるように、光は同様に封止用カバー12の中をかなりの距離移動した後に出ていく。
本発明のエレクトロルミネッセンス・デバイスは、上に説明したように、基板10と；基板10の上に形成された第1の電極14と、ELユニット16と、第2の電極18を含むLED11とを含んでいる。ELユニット16は、多数の層を含んでいてもよく、そのうちの少なくとも1つは量子ドットを含んでいて光を発生させる。この実施態様では、第1の電極14は反射性であり、第2の電極18は透明である。透明なカバー12がLED11の上に設けられていて、LEDからの光はそのカバーを通って出ていく。透明な第2の電極18とELユニット16は、第1の範囲の屈折率を持ち、透明なカバー12は第2の屈折率を持つ。別に形成されるスペーサ要素22は第1の平均サイズを持っており、透明な第2の電極18の上に分布して透明な第2の電極18とカバー12の間を隔てている。そのため透明な第2の電極とカバーの間に透明なギャップ32が形成される。透明なギャップ32は、第1の範囲の屈折率および第2の屈折率よりも小さな第3の屈折率を持つ。別に形成される光散乱粒子24は、第2の電極18の上でスペーサ要素の粒子の間に分布する。これら光散乱粒子は、スペーサ要素の第1の平均サイズよりも小さな第2の平均サイズを持ち、エレクトロルミネッセンス・デバイスが動作している間にELユニット16から出る光を散乱させる。
この明細書では、光散乱粒子24は、そのような粒子からなる層にあらゆる方向からぶつかるあらゆる光の向きをランダムに変化させる傾向を持つ光学的粒子である。この明細書では、透明な電極は、いくらかの光を通過させる電極であり、例として、半透明な電極、一部反射性の電極、一部吸収性の電極などが挙げられる。
好ましい実施態様では、カバー12と基板10は、屈折率の典型値が1.4〜1.6であるガラスまたはプラスチックを含んでいる。透明なギャップ32は、光学的に透明な材料からなる固体層、または空隙、またはギャップにすることが可能である。空隙またはギャップは、真空でもよいし、光学的に透明な気体材料または液体材料で満たすこともできる。例えば空気、窒素、ヘリウム、アルゴンはすべて屈折率が1.0〜1.1であり、どれを使用してもよい。屈折率がより小さい使用可能な固体として、フルオロカーボンまたはMgFがあり、それぞれ屈折率は1.4未満である。使用するどの気体も不活性であることが好ましい。第1の電極14は、金属（例えばアルミニウム、銀、マグネシウム）または合金でできていることが好ましい。透明な第2の電極18は、透明な導電材料（例えばインジウム-スズ-酸化物（ITO）または他の金属酸化物）でできていることが好ましい。ELユニット16は、発光量子ドットを有する溶融した無機ナノ粒子だけで構成すること、または従来技術で知られている有機材料（例えば有機マトリックス中に量子ドットを含むハイブリッド発光層を有する正孔注入層、および／または正孔輸送層、および／または電子注入層、および／または電子輸送層）を利用することができる。無機半導体は屈折率の違いが大きいが、一般に2.0よりも大きな屈折率を持つ。ハイブリッド・デバイスの場合には、有機材料層は、一般に屈折率が1.6〜1.9である。典型的な透明な導電体であるインジウム-スズ-酸化物は屈折率が約1.8〜2.1である。したがってエレクトロルミネッセンス・デバイスに含まれる第2の電極18とELユニット16は、屈折率が1.6よりも大きい。もちろん、さまざまな材料の屈折率は、その中を通過する光の波長に依存する可能性があるため、そのような材料に関してこの明細書に記載する屈折率の値は単なる大まかな値である。いずれにせよ、透明で屈折率が小さなギャップ32は、LED発光素子にとって望ましい波長において、屈折率が、カバー（または基板）、透明な電極、ELユニットよりも少なくとも0.1小さいことが好ましい。
本発明によれば、第1のサイズと第2のサイズは、スペーサ要素22と光散乱粒子24の平均サイズを意味する。好ましい一実施態様では、第2のサイズの平均は2μｍ未満であることが好ましく、100nm〜2μｍであることがより好ましく、300nm〜1μｍであることが最も好ましい。第1のサイズは1〜100μｍであることが好ましく、2〜10μｍであることがより好ましい。一般に、第1のサイズは、第2のサイズよりも少なくとも1μｍ大きいことがさらに好ましい。さらに、本発明によれば、光散乱粒子24は、発光層から出る可視光を散乱させる最適なサイズであり、スペーサ要素22は、基板10またはカバー12に例えば曲げによる圧力が加わったとき、カバー12がLED11または光散乱粒子24と接触しない最適なサイズである。光散乱要素のすべての粒子が同じ形状またはサイズであることは重要でない。
光散乱粒子24は、体積散乱層または表面散乱層で使用することができる。いくつかの実施態様では、光散乱粒子24は、例えば少なくとも2通りの異なる屈折率を持つ層で使用することができる。このような層は、例えば屈折率がより小さなマトリックスと、屈折率がより大きな光散乱粒子を含むことができる。あるいはマトリックスをより大きな屈折率にし、光散乱粒子をより小さな屈折率にしてもよい。例えばマトリックスは、屈折率が約1.5の二酸化ケイ素または架橋した樹脂を含むこと、またはそれよりもはるかに大きな屈折率を持つケイ素窒化物を含むことができる。
本発明によれば、光散乱粒子24はカバー12または基板10と一体化しておらず、ギャップ32中でカバー12とLED11の間に適用する前に別に形成される。上述のように、スペーサ要素22もカバー12または基板10と一体化していない。同様に、光散乱粒子24は、例えばアクティブ-マトリックス・ディスプレイ装置で見られるようにOLED材料11や、電極14と18や、薄膜シリコン素子を作るのに用いられるリソグラフィや材料蒸発法によっては形成されない。本発明では、スペーサ要素22と光散乱粒子24を別に形成し、カバー12を形成した後にギャップ32の中に配置し、基板10上にLED11を形成する。同様に、光散乱粒子24は、連続膜ではなくて散乱性粒子にできるが、層にしてもよい。スペーサ要素22と光散乱粒子24の両方とも、マトリックス材料（例えばポリマー）の中に堆積させることができる。
スペーサ要素22は堅固でも可撓性があってもよく、例えばさまざまなポリマーで形成すること、さまざまな形状（例えば球形、筒形、ランダムな形状）にすることができるが、形状はこれだけに限定されないことが理解されよう。球形は堆積させるのに有利であるのに対し、筒形は光学的に有利であり、ランダムな形状は光の拡散に有用である可能性がある。LED11をカバー12からうまく離した状態にするには、スペーサ要素22は、少なくとも1μｍの半径を持つこと、または少なくとも厚さ1μｍの層を形成することが好ましい。可視光を効果的に散乱させるには、オプションの光散乱粒子24が0.1μｍよりも大きな半径を持つこと、または0.1μｍよりも厚い層を形成することが好ましい。スペーサ要素22は、金属、合金、金属酸化物（例えば二酸化チタン、インジウム-スズ-酸化物、インジウム-亜鉛-酸化物）を含むこと、またはさまざまなポリマー（例えば導電性ポリマー）で形成することができる。基板10および／またはカバー12に加わるあらゆる応力を吸収したり方向転換したりできるようにするため、スペーサ要素22は、弾性かつ圧縮可能なものにすることができ、基板とカバーよりも圧縮可能であることが好ましい。
一実施態様では、スペーサ要素22を含む粒子は、あらゆる発光領域26の周囲に位置するのに対し、光散乱粒子24は、発光領域26の上方に位置する。このような位置関係になっていると、カバー12または基板10の変形によって加わるあらゆる圧力はスペーサ要素22によって発光領域26間の領域に伝えられ、発光構造には影響を与えないであろう。スペーサ要素22はさらに、顔料または染料（例えば炭素、カーボン・ブラック、顔料インク、染料）を含んでいてもよい。スペーサ要素22は黒色でもよいし、ブラック・マトリックスを形成してもよい。ギャップ32は、OLEDと封止用カバーの材料よりも屈折率が小さな低屈折率材料（例えば不活性ガス、空気、窒素、アルゴン）で満たすことができる。
スペーサ要素22は、基板10上にLED11を形成した後や、カバーをLED11の上方に配置する前に、カバー12またはLED11に付着させることができる。カバー12が形成され、すべての層を含むLED11が基板10の上に他のあらゆる部品20とともに堆積されると、スペーサ要素22をLED11の上に堆積させ、カバー12をLED11と揃った状態にすることができる。あるいはスペーサ要素22は、カバー12の内側全体に分布させることができる。その後、スペーサ要素22とカバー12をLED11および基板10と揃える。保護層（図示せず）をLED11に組み込んで電極18の上に置き、LED11に含まれる環境に敏感なあらゆる層を保護することができる。
スペーサ要素22は、さまざまな方法でLED11またはカバー12の全体に配置することができる。スペーサ要素22自身が接着性コーティングを備えていてもよく、スペーサ要素22は、LED11またはカバー12の表面にスプレーすることができる。同様に、オプションの光散乱粒子24は、さまざまな方法でLED11の全体に配置することができる。光散乱粒子24自身が接着性コーティングを有することができ、光散乱粒子24は、LED11の表面全体にスプレーすることができる。あるいは接着剤をLED11またはカバー12の表面にコーティングし、光散乱粒子24またはスペーサ要素22を接着性コーティング全体にスプレーするか、他の方法で堆積させる。このような方法では、スペーサ要素22および／または光散乱粒子24は、一般に、コーティングされた表面全体に規則的なパターンで、またはランダムに堆積されるが、スペーサ要素22は大きなスケールで一様に分布することが好ましいのに対し、光散乱粒子24は小さなスケールで一様に分布することが好ましい。スペーサ要素22は、OLEDデバイスの発光領域26の上に分布したとき、発生したいかなる光も吸収されないようにするため、できるだけ透明であることが好ましい。
オプションの光散乱粒子24を含む実施態様では、スペーサ要素22と光散乱粒子24は、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。両方とも共通の堆積ステップでLED11の上に堆積させてもよいし、あるいはスペーサ要素22をカバー12の内側に堆積させてもよい。例えばカバー12をLED11の上に配置する前、かつLED11を基板10の上に形成した後、スペーサ要素22をカバー12またはLED11に付着させることができる。カバー12が形成され、すべての層を含むLED11が、あらゆる電子部品とともに基板の上に堆積されると、スペーサ要素22と光散乱粒子24をLED11の上に堆積させ、カバーをLEDに近接した状態で揃え、シールを用いて取り付けることができる。あるいは光散乱粒子24をLED11の上に堆積させ、スペーサ要素22をカバー12の内側に分布させた後、スペーサ要素22とカバー12をLED11および基板10に近接した状態で揃え、シールを用いて取り付けることができる。スペーサ要素22と光散乱粒子24を共通の分散液から共通の堆積ステップでLED11の上に堆積させる実施態様を利用すると、製造コストをうまく下げることができる。
本発明の一実施態様では、スペーサ要素22は、圧縮されたときに形を変えることのできる圧縮可能な弾性スペーサ・ドットであるため、圧縮面との接触面積が増大する。圧力を除去すると、スペーサ要素22は以前の形状に戻る。本発明によれば、スペーサ要素22は完全に以前の形状には戻らなくても実質的にそうなればよいため、繰り返し応力によって圧縮可能な弾性スペーサ要素22が破損するまで圧縮することができる。図12aを参照すると、圧縮されていない状態の圧縮可能な弾性スペーサ要素粒子22は、カバー12およびLED11と接触面積W1を持つことがわかる。図12bからわかるように、圧縮された状態の圧縮可能な弾性スペーサ要素粒子22bは、カバー12およびLED11と接触面積W2を持つ。圧縮された状態の接触面積W2は圧縮されていない状態の接触面積W1よりも大きいため、LED11とカバー12に対する圧力はより小さく、LED11が損傷する可能性が小さくなる。スペーサ要素22が弾性的で圧縮可能ではないならば、スペーサ要素22は応力によって形を変えることはなく、LED11に加わる圧力はより大きくなり、より損傷しやすいであろう。
図9を参照すると、本発明の別の一実施態様では、LED11またはカバー12の表面全体にわたってOLEDデバイスの発光領域26間で接着剤をパターニングすることができる。この実施態様では、その後に接着させるスペーサ要素22もLEDデバイスの発光領域26の間に位置するため、LED11から発生するあらゆる光は圧縮可能な弾性スペーサ要素にぶつからず、望ましくない光学的効果をまったく受けないであろう。この場合、スペーサ要素22が堆積されている領域からは光が発生せず、黒いスペーサ要素22は迷光または周囲光を吸収できるため、図示したスペーサ要素22は黒色で光吸収性にすることができる。そのためOLEDデバイスのシャープさと周囲とのコントラストが増大する。別の一実施態様では、スペーサ要素22をすべての発光領域の周囲に配置すること、またはいくつかの発光領域の間の領域に配置することができる。例えば図11に示したように、スペーサ要素22は画素群の間に行42または列40にして配置することができる。
好ましい一実施態様では、スペーサ要素は、あらゆる発光領域の周囲に位置する。図11に示した一実施態様では、スペーサ要素22は、発光領域の間の列40と、発光領域の間の行42にして配置されている。このような配置では、カバー12または基板10を変形させるあらゆる圧力は発光領域の周囲の圧縮可能な弾性スペーサ要素22に伝えられるため、発光材料への圧力が小さくなる。発光材料はLEDデバイス全体を覆うことができるが、発光領域の間で（短絡を生じさせることなく）発光材料に応力を加えたり、発光材料を傷つけたりしてもLEDデバイスに悪い効果が及ぶことはない。例えば頂部電極18が損傷しても、デバイスに何らかの大きなダメージが生じることや、発光領域からの発光が変化することはなかろう。さらに、トップ-エミッション型の構成では、LED発光領域26の周囲は、応力に対してより抵抗力のある薄膜シリコン材料で占めることができる。
本発明の一実施態様では、圧縮可能な弾性スペーサ要素22を半球形にすることができる。半球形にすると、ギャップが正確になるとともに、光の透過が多くなる。半球形だと、圧縮特性と疲労特性も優れたものになる。本発明の別の一実施態様では、圧縮可能な弾性スペーサ要素22は、断面が長方形または円形の筒形にすることができる。長方形の圧縮可能な弾性スペーサ要素22（例えば立方体）だと、衝撃に対する抵抗力と、正確な光学的間隔が得られる。別の一実施態様では、圧縮可能な弾性スペーサ要素22は、ピラミッドの形状にすることができる。その場合、頂部は平坦にしてもよい。ピラミッドの形状だと、光学的ギャップが正確になるとともに、光の方向付けがいくらかできる。空気の中にある45°のピラミッドは、透過した光をピラミッドの底面に垂直な線へと集束させる傾向があるため、光学的間隔と光の方向付けの両方が得られる。さらに、ピラミッド形と半球形だと、その形が圧縮されたときに圧縮勾配がより素早く変化する。
圧縮可能な弾性スペーサ要素22の材料として、有機材料（例えばポリマーや導電性ポリマー）または無機材料が可能である。圧縮可能な弾性スペーサ要素22は、ポリマーから構成することが好ましい。透明なポリマー材料は、優れた光透過特性を提供することができ、安価であり、容易に圧縮可能な弾性スペーサ要素22にすることができる。適切なポリマー材料として、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホネート、ポリエステルイオノマー、ポリオレフィンイオノマーなどがある。ポリカーボネート・ポリマーは光透過率が大きく、強度特性が優れている。これらポリマーのコポリマーおよび／または混合物を使用できる。ポリオレフィン、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ならびにこれらの混合物が適している。ポリオレフィン・コポリマー（例えばプロピレンとエチレンのコポリマーであるヘキセン、ブテン、オクテンなど）も使用できる。ポリオレフィン・ポリマーが適しているのは、安価で、強度と表面特性が優れていて、柔らかく、引っ掻きに対する抵抗力があることがわかっているからである。
本発明の圧縮可能な弾性スペーサ要素22を作るのに用いるポリマー材料は、発光領域26に位置したとき、光透過率が92％を超えることが好ましい。弾性率が500MPaを超えるポリマー材料が適している。弾性率が500MPaを超えると、圧縮可能な弾性スペーサ要素22は、ディスプレイのスクリーンに加わる可能性のある圧縮力に耐えることができる。さらに、弾性率が500MPaを超えると、圧縮可能な弾性スペーサ要素22は丈夫になるとともに引っ掻きに対する抵抗力を持つため、ディスプレイを効率的に組み立てることができる。
圧縮可能な弾性スペーサ要素22は、発光領域の上に堆積されると、光散乱要素としても機能できるため、光を増大させるのに使用できる。このような光散乱は、ELユニット16と電極18、14の一部が透明であるときにこれらの中をガイドされる光の量が少なくなるためOLEDから光を取り出す上で有利である。散乱効果と光取り出し効果を大きくするには、圧縮可能な弾性スペーサ要素22の屈折率がLEDのあらゆる要素の屈折率よりも大きくなっている、および／またはギャップ32内のあらゆる材料の屈折率がLEDのあらゆる要素の屈折率よりも小さくなっているとよい。スペーサ要素は、スプレーすること、またはインクジェット法を利用して堆積させることができる。さまざまなコーティング法（例えばスピン・コーティング、カーテン・コーティング）も利用できる。
カバー12は、キャビティを備えていてもいなくてもよい。カバー12がキャビティを有する場合には、キャビティは、スペーサ要素22を収容するのに十分な深さを持つようにするとよい。すると図1に示したようにカバー12の周辺部を基板10に固定することができる。スペーサ要素22は、（カバーに取り付けた場合には）図13aに示したようにカバー12の内側とだけ接触するようにすること、または（LED11に取り付けた場合）図13bに示したようにLED11とだけ接触するようにすること、または図13cに示したようにLED11とカバー12の内側の両方に接触するようにすることができる。スペーサ要素22がLED11とカバー12の内側の両方に接触していて、カバー12が基板10に固定されている場合には、カバー12の中のキャビティは、スペーサ要素22の厚さとほぼ等しい深さを持たねばならない。あるいは図10を参照するとわかるように、カバーはキャビティを持たなくてもよい。この場合、シール材30を場合によっては用いてLEDデバイスの中に水分が侵入しないようにできる。十分に密封することは、OLEDデバイスと同じ環境感受性問題を多く抱える無機-有機ハイブリッド・デバイスにとって特に重要である。図10に示した追加の端部キャップ28をカバー12と基板10の縁部に固定し、LEDデバイスへの水分やそれ以外の環境汚染物質の侵入をさらに阻止することができる。
光散乱粒子24とスペーサ要素22の材料として、有機材料（例えばポリマーや導電性ポリマー）または無機材料が挙げられる。有機材料として、例えばポリチオフェン、PEDOT、PET、PENのうちの1つ以上が挙げられる。無機材料としては、例えばSiOx（x>1）、SiNx（x>1）、Si3N4、TiO2、MgO、ZnO、Al2O3、SnO2、In2O3、MgF2、CaF2のうちの1つ以上が挙げられる。
スペーサ要素22と光散乱粒子24は、分散液（例えば二酸化チタンの分散液を含むポリマー）からコーティングすることができる。スペーサ要素22と光散乱粒子24は、公知のさまざまな方法を利用して堆積させることができる。例えばスプレー、インクジェット法を利用した堆積、スピン-コーティング、カーテン-コーティングが可能である。スペーサ要素22と光散乱粒子24は、積層したLED（例えば電極）の上に直接堆積させること、またはLEDの上に形成した保護層（例えばLEDの電極の上に形成したパリレンまたはアルミニウム酸化物のコーティング）の上に堆積させることができる。
本発明の一実施態様によれば、カバー12とLED11の間のギャップ32に位置する圧縮可能な弾性スペーサ要素22を用いたエレクトロルミネッセンス・デバイス8は、カバー12と基板10の間に応力がかかっているときにより丈夫である。典型的な状況では、カバー12は、ELデバイス8の全体を曲げることによって、または例えばカバー12または基板10を指または手で押したり、カバー12または基板10にボールなどの道具をぶつけたりすることによってカバー12または基板10を別々に変形させることによって変形する。この状況が発生すると、基板10またはカバー12はわずかに変形し、圧縮可能な弾性スペーサ要素22にわずかに圧力を及ぼす。圧縮可能な弾性スペーサ要素22は基板10またはカバー12よりも多く圧縮でき、ギャップ32内の他の材料よりは少なくしか圧縮できないため、圧縮可能な弾性スペーサ要素22が圧力を優先的に吸収し、カバー12や、ギャップ内の他の材料がLED11に圧力を及ぼすことが阻止される。
オプションの光散乱粒子24を用いた一実施態様では、発光領域26の上に光散乱粒子24があってギャップ内でカバー12とLED11の間にスペーサ要素22が位置しているLEDデバイスは、光をより多く発生させ、カバー12と基板10の間に応力が存在しているときにより丈夫である。典型的な状況では、カバー12は、上に説明したようにELデバイス8の全体を曲げることによって、またはカバー12または基板10を別々に変形させることによって変形する。この状況が発生すると、基板10またはカバー12はわずかに変形し、スペーサ要素22にわずかに圧力を及ぼす。スペーサ要素22は光散乱粒子24よりも厚いため、圧力を優先的に吸収し、カバー12や、ギャップ32内の材料がLED11または光散乱粒子24に圧力を及ぼすことと、LED11または光散乱粒子24の機能が破壊されることが阻止される。圧縮可能なスペーサ要素22を用いることはこの場合にも有利である。なぜならスペーサ要素22は、圧縮されているときにはLED11との接触面積が増大するため、各層に加わる圧力が低下するからである。
1つ以上の追加の保護層を頂部電極18に取り付け、環境から保護するとともに物理的に保護する。例えばITO層、パリレン、Al2O3からなる複数の層を電極18の上にコーティングして気密シールを提供するとともに、電極18に有用な光学的性質を与えることができる。
圧縮可能な弾性スペーサ要素22は10nm〜100μｍの厚さが可能だが、100nm〜10μｍであることがより好ましい。すべてのスペーサ要素22が同じ形状とサイズであることは重要でない。
たいていのハイブリッド無機-有機デバイスは水分と酸素の一方または両方に敏感であるため、不活性雰囲気（例えば窒素やアルゴン）の中で、水分を吸収する乾燥剤（例えばアルミナ、ボーキサイト、硫酸カルシウム、粘土、シリカゲル、ゼオライト、バリウム酸化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、硫酸塩、金属ハロゲン化物、過塩素酸塩）とともに密封することが一般的である。スペーサ要素は乾燥剤としての特性を持つことができ、1種類以上の乾燥剤を含むことができる。封止と乾燥のための方法として、2001年5月8日にBorosonらに対して発行されたアメリカ合衆国特許第6,226,890号に記載されている方法があるが、方法がこれだけに限定されることはない。それに加え、障壁層（例えばSiOx（x>1））、テフロン（登録商標）、無機物／ポリマーが交互になった層が、封止法として従来技術で知られている。
基板10とカバー12の周辺部が丈夫で気密になった状態を維持し、基板10に対して可能なカバー12の移動を阻止し、可能ならばLEDの電極と有機材料が損傷する可能性をなくすには、1気圧未満の圧力環境でカバー12を基板10に接着することが可能である。このようになっていると、ギャップ32が比較的低圧の気体（例えば空気、窒素、アルゴン）で満たされている場合には、カバー12と基板10の間の圧力によってカバー12と基板10が互いに動かなくなるため、より丈夫な部品が得られる。
本発明のエレクトロルミネッセンス・デバイスでは、望むのであれば特性を強化するためによく知られているさまざまな光学的効果を利用することができる。その方法として、光の透過を最大にするために層の厚さを最適化すること、誘電性ミラー構造を設けること、反射性電極を吸収性電極で置き換えること、グレア防止コーティングまたは反射防止コーティングをディスプレイの上に設けること、偏光媒体をディスプレイの上に設けること、カラー・フィルタ、中性フィルタ、色変更フィルタをディスプレイの上に設けることなどがある。フィルタ、偏光装置、グレア防止コーティング、反射防止コーティングは、カバー12の上、またはカバー12の一部として特別に設けることができる。
本発明は、アクティブ-マトリックス式エレクトロルミネッセンス・デバイスまたはパッシブ-マトリックス式エレクトロルミネッセンス・デバイスでも実施することができる。本発明は、ディスプレイ装置やエリア照明装置でも利用できる。一実施態様では、本発明は、溶融した無機ナノ粒子からなるフラット-パネル・エレクトロルミネッセンス・デバイスで利用される。その例が、Kahenによるアメリカ合衆国特許出願公開2007/0057263とアメリカ合衆国特許出願第11/683,479号に開示されているが、これだけに限られるわけではない。コア／シェル量子ドット発光ディスプレイの多くの組み合わせとバリエーションを利用してこのようなデバイスを製造できる。その中には、トップ-エミッション型またはボトム-エミッション型の構成のアクティブ-マトリックス・ディスプレイとパッシブ-マトリックス・ディスプレイの両方が含まれる。
図14と図15を参照すると、本発明の一実施態様では、発光粒子39は量子ドット120である。発光ダイオードの発光体として量子ドット120を用いると、量子ドットの粒子サイズを変えることによって発光波長を簡単にチューニングできるという利点が得られる。そのためスペクトルの狭い（その結果として色域が広くなる）マルチ-カラー発光が起こる。量子ドット120を［高真空蒸着法（S. Nakamura他、Electronics Letter、第34巻、2435ページ、1998年）によって成長させるのではなく］コロイド法で調製する場合には、基板はもはや高価なものである必要はなく、格子をLED半導体システムに合致させる必要もない。例えば基板は、ガラス、プラスチック、金属ホイル、Siのいずれかにすることができよう。特に低コストの堆積法を利用してLED層を堆積させる場合には、このような方法を利用して量子ドットLEDを形成することが非常に望ましい。
コア／シェル量子ドット120発光体の概略図を図14に示してある。この粒子は、発光コア100と、半導体シェル110と、有機リガンド115を備えている。典型的な量子ドット120のサイズは数ナノメートルの程度であり、固有エキシトンのサイズと合致するため、この粒子の吸収ピークと発光ピークの両方とも、バルクの値と比べて青側にシフトする（R. Rossetti他、Journal of Chemical Physics、第79巻、1086ページ、1983年）。量子ドットのサイズが小さい結果として、ドットの表面電子状態がドットの蛍光量子収率に大きな影響を与える。発光コア100の表面電子状態は、適切な（例えば第一級アミン）有機リガンド115を表面に結合させることによって、または発光コア100の周囲に別の半導体（半導体シェル110）をエピタキシャルに成長させることによって保護できる。（有機的に保護されたコアと比べて）半導体シェル110を成長させることの利点は、正孔コア粒子と電子コア粒子の両方の表面状態を同時に保護できるため、得られる量子収率が一般により大きく、量子ドットが光に対してより安定で化学的により丈夫になることである。半導体シェル110の厚さは限られているため（一般に1〜2単層）、その表面電子状態も保護する必要がある。ここでも、有機リガンド115は共通に選択される。CdSe/ZnSコア／シェル量子ドット120を例に取ると、コア／シェルの境界において価電子帯と伝導帯がずれているため、得られるポテンシャルは、正孔と電子の両方をコア領域に限定するように作用する。一般に電子は重い正孔よりも軽いため、正孔は大半がコアに限定されるのに対し、電子はシェルの中に侵入し、金属原子に付随するシェルの電子表面状態のサンプルとなる（R. Xie他、Journal of American Chemical Society、第127巻、7480ページ、2005年）。したがってCdSe/ZnSコア／シェル量子ドット120の場合には、シェルの電子表面状態だけを保護する必要がある。適切な有機リガンド115の一例は、第一級アミンのうちで表面のZn原子へのドナー／アクセプタ結合を形成するものになろう（X. Peng他、Journal of American Chemical Society、第119巻、7019ページ、1997年）。要するに、典型的な高輝度量子ドットは、コア／シェル構造（より低いバンド・ギャップを取り囲むより高いバンド・ギャップ）を持ち、シェルの表面に結合する非導電性の有機リガンド115は持たない。
高輝度コア／シェル量子ドットのコロイド分散液が、過去10年間にわたって多くの研究者によって製造されてきた（O. MasalaとR. Seshadri、Annual Review of Materials Research、第34巻、41ページ、2004年）。発光コア100は、IV型（Si）、III-V型（InAs）、II-VI型（CdTe）いずれかの半導体材料からなる。スペクトルの可視部で発光させるには、CdSeが好ましいコア材料である。なぜならCdSeコアの直径を変えることにより（1.9〜6.7nm）、発光波長を465から640nmまでチューニングできるからである。従来技術でよく知られているように、可視光発光量子ドットは、他の材料系（例えばドープされたZnS）から製造することができる（A.A. Bol他、Phys. Stat. Sol.、第B224巻、291ページ、2001年）。発光コア100は、従来技術でよく知られている化学的方法で作られる。典型的な合成経路は、配位性溶媒の中での分子前駆体の高温での分解、ソルボサーマル法（O. MasalaとR. Seshadri、Annual Review of Materials Research、第34巻、41ページ、2004年に開示されている）、成長停止沈降法（R. Rossetti他、Journal of Chemical Physics、第80巻、4464ページ、1984年に開示されている）である。半導体シェル110は、一般にII-VI型半導体材料（例えばCdS、ZnSe）で構成される。シェルの半導体は、一般に、コア材料と格子がほぼ一致するように選択するとともに、価電子帯と伝導帯が、コアの正孔と電子の大半が量子ドットのコア領域に限定されるようなレベルを持つように選択する。CdSeコアのための好ましいシェル材料はZnSexS1-xである（xは0.0〜約0.5）。発光コア100を取り囲む半導体シェル110の形成は、一般に、配位性溶媒の中での分子前駆体の高温での分解（M.A. Hines他、Journal of Physical Chemistry、第100巻、468ページ、1996年）または逆ミセル法（A.R. Kortan他、Journal of the American Chemical Sosiety、第112巻、1327ページ、1990年）を通じて実現される。
従来技術でよく知られているように、量子ドット膜を形成するための低コストの方法として、コア／シェル量子ドット120のコロイド分散液をドロップ・キャスティングおよびスピン・キャスティングによって堆積させる方法がある。あるいはスプレー堆積も利用できる。量子ドットをドロップ・キャスティングするための一般的な溶媒は、ヘキサン：オクタンの9：1混合物である（C.B. Murray他、Annual Review of Material Science、第30巻、545ページ、2000年）。有機リガンド115は、量子ドット粒子がヘキサンに溶けるように選択する必要がある。そのため炭化水素をベースとした尾部を有する有機リガンド115（例えばアルキルアミン）が優れた選択肢である。従来技術でよく知られた方法を利用し、成長法から得られるリガンド（例えばTOPO）を、選択した有機リガンド115と置換することができる（C.B. Murray他、Annual Review of Material Science、第30巻、545ページ、2000年）。量子ドット120のコロイド分散液を堆積させるときの溶媒の条件は、溶媒が堆積面に容易に広がることと、堆積プロセスの間に溶媒が適切な速度で蒸発することである。アルコールをベースとした溶媒が優れた選択肢であることが見いだされた。例えば低沸点のアルコール（例えばエタノール）を高沸点のアルコール（例えばブタノール-ヘキサノール混合物）と組み合わせると、優れた膜が形成される。それに対応して、リガンド交換を利用し、尾部が極性溶媒に溶ける有機リガンド115を（量子ドットに）結合させることができる。ピリジンが適切なリガンドの一例である。これら2つの堆積法から得られる量子ドット膜は、発光性だが非導電性である。膜は抵抗を持つ。なぜなら非導電性有機リガンドがコア／シェル量子ドット120の粒子同士を分離しているからである。膜が抵抗を持つのは、移動可能な電荷が量子ドットに沿って伝播するにつれ、半導体シェル110のポテンシャル障壁が原因でコア領域にトラップされるからでもある。
無機LEDを適切に動作させるには、一般に、（わずかにドープされていて）導電性で光を出す発光層を取り囲む抵抗率が小さなn型輸送層とp型輸送層が必要とされる。上述のように、典型的な量子ドット膜は発光性だが絶縁性である。図15は、発光性であると同時に導電性である無機発光層33を用意する方法の概略を示している。考え方は、小さな（2nm未満）導電性の無機ナノ粒子140をコア／シェル量子ドット120と同時に堆積させて無機発光層33を形成するというものである。その後、不活性ガス（ArまたはN2）アニール・ステップを利用し、より小さな無機ナノ粒子140を互いに焼結させるとともに、より大きなコア／シェル量子ドット120の表面に焼結させる。無機ナノ粒子140を焼結させると、半導体ナノ粒子が溶融し、層33において半導体マトリックス31として有用な多結晶マトリックス31になる。焼結プロセスを通じ、多結晶マトリックス31はコア／シェル量子ドット120にも接続される。そのため、無機発光層33の縁部から半導体マトリックス31を通ってそれぞれのコア／シェル量子ドット120まで導電経路が作り出される。コア／シェル量子ドット120では、電子と正孔が発光コア100の中で再結合する。導電性多結晶半導体マトリックス31の中にコア／シェル量子ドット120を組み込むことには、量子ドット120を環境中の酸素と水分の両方の効果から保護するという別の利点もあることに注意されたい。
無機ナノ粒子140は、導電性半導体材料（例えばIV型（Si）、III-V型（GaP）、II-VI型（ZnSまたはZnSe）の半導体）である。電荷をコア／シェル量子ドット120の中に容易に注入できるようにするには、無機ナノ粒子140を、バンド・ギャップが半導体シェル110材料と同等の半導体材料、より詳細にはバンド・ギャップがシェルの材料のバンド・ギャップから0.2eV以内の半導体材料で構成することが好ましい。ZnSがコア／シェル量子ドット120の外側シェルである場合には、無機ナノ粒子140は、ZnSか、Seの含有量が少ないZnSSeで構成する。無機ナノ粒子140は、従来技術でよく知られている化学的方法で製造される。典型的な合成経路は、配位性溶媒の中での分子前駆体の高温での分解、ソルボサーマル法（O. MasalaとR. Seshadri、Annual Review of Materials Research、第34巻、41ページ、2004年）、成長停止沈降法（R. Rossetti他、Journal of Chemical Physics、第80巻、4464ページ、1984年）である。従来技術でよく知られているように、ナノメートルのサイズのナノ粒子は、バルクの場合と比べてはるかに低い温度で溶融する（A.N. Goldstein他、Science、第256巻、1425ページ、1992年）。それに対応して、無機ナノ粒子140は、焼結プロセスを促進するために直径が2nm未満であることが望ましく、好ましいサイズは1〜1.5nmである。ZnSシェルを持つより大きなコア／シェル量子ドット120に関しては、2.8nmのZnS粒子が、350℃までのアニール温度で比較的安定であることが報告されている（S.B. Qadri他、Physical Review、第B60巻、9191ページ、1999年）。これら2つの結果を組み合わせると、アニール・プロセスは、好ましい温度が250〜300℃であり、60分までの継続時間である。するとより小さな無機ナノ粒子140が互いに焼結するとともに、より大きなコア／シェル量子ドット120の表面に焼結し、そのより大きなコア／シェル量子ドット120は、形状とサイズが比較的安定なままに留まる。
無機の多結晶発光層33を形成するには、無機ナノ粒子140とコア／シェル量子ドット120の共分散液を形成するとよい。無機の多結晶発光層33の中でコア／シェル量子ドット120は無機ナノ粒子140によって取り囲まれていることが望ましいため、無機ナノ粒子140とコア／シェル量子ドット120の比は1：1よりも大きくなるように選択する。好ましい比は、2：1または3：1である。堆積法（例えばスピン・キャスティング、ドロップ・キャスティング）に応じ、有機リガンド115を適切に選択する。一般に、同じ有機リガンド115を両方のタイプの粒子で使用する。無機発光層33の導電率を大きく（し、電子-正孔注入プロセスを促進）するには、コア／シェル量子ドット120と無機ナノ粒子140の両方に結合する有機リガンド115が、不活性雰囲気の中で無機発光層33をアニーリングした結果として蒸発することが好ましい。有機リガンド115の沸点が低くなるように選択することにより、アニーリング・プロセスの間に有機リガンドが蒸発して膜を形成することができる（C.B. Murray他、Annual Review of Material Science、第30巻、545ページ、2000年）。したがってドロップ・キャスティングによって形成される膜に関しては、鎖がより短い第一級アミン（例えばヘキシルアミン）が好ましい。スピン・キャスティングによって形成される膜に関しては、ピリジンが好ましいリガンドである。高温で薄膜をアニールすると、膜と基板の間の熱膨張の不一致が原因で膜にひびが入る可能性がある。この問題を避けるには、アニールの温度を25℃からアニール温度まで上昇させ、そのアニール温度から室温まで戻すことが好ましい。温度変化にかける好ましい時間は約30分である。得られる無機発光層33の厚さは10〜100nmでなければならない。
アニール・ステップの後、コア／シェル量子ドット120は有機リガンド115を持っていないであろう。CdSe/ZnS量子ドットの場合には、外側リガンド・シェルがないと、シェルの保護されていない表面状態によるトラッピングのために自由電子が失われるであろう（R. Xie、Journal of American Chemical Society、第127巻、7480ページ、2005年）。したがってアニールされたコア／シェル量子ドット120はアニールされていない量子ドットと比べて量子収率が低下するであろう。この状況を避けるため、コア／シェル量子ドットの電子の波動関数がもはやシェル表面の状態のサンプルとならない程度にZnSシェルを厚くする必要がある。従来技術でよく知られている計算法（S.A. Ivanov他、Journal of Physical Chemistry、第108巻、10625ページ、2004年）を利用すると、電子表面状態の影響を無視できるためにはZnSシェルの厚さが少なくとも単層（ML）5つ分である必要があることがわかる。しかし2MLまでの厚さのZnSシェルは、2つの半導体格子間の格子の不一致に起因する欠陥を生成させることなくCdSeの上に直接成長させることができる（D.V. Talapin他、Journal of Physical Chemistry、第108巻、18826ページ、2004年）。格子欠陥を避けるには、ZnSe中間シェルをCdSeコアとZnS外側シェルの間に成長させるとよい。この方法をTalapinらが採用しており（D.V. Talapin他、Journal of Physical Chemistry、第B108巻、18826ページ、2004年）、彼らは、8MLまでの厚さのZnSシェルをCdSeコアの上に成長させることができた。最適なZnSeシェルの厚さは1.5MLである。より洗練された方法を採用して格子の不一致を最少にすることもできる。例えば多数の単層の距離にわたってCdSeからZnSへと中間シェルの半導体含有量を滑らかに変化させる（R. Xie他、Journal of American Chemical Society、第127巻、7480ページ、2005年）。要するに、外側シェルを十分に厚くし、どの自由キャリアも電子表面状態のサンプルとならないようにする。さらに、必要な場合には、適切な半導体含有量の中間シェルを量子ドットに添加し、厚い半導体シェル110に付随する欠陥の生成を回避する。
表面プラズモン効果（K.B. Kahen、Applied Physics Letters、第78巻、1649ページ、2001年）の結果として、発光層の隣に金属層があると発光体の効率が低下する。したがって、十分な厚さ（少なくとも150nm）の電荷輸送層（例えば35、37）または導電層によって発光層をあらゆる金属から離して接触しないようにすることが有利である。最後に、輸送層は、電子と正孔を発光層に注入するだけでなく、材料を適切に選択することにより、キャリアが発光層から漏れることを阻止できる。例えば無機ナノ粒子140がZnS0.5Se0.5からなり、輸送層がZnSからなるとすると、電子と正孔は、ZnSポテンシャル障壁によって発光層に限定されることになろう。p型輸送層に適した材料として、II-VI型半導体とIII-V型半導体がある。典型的なII-VI型半導体は、ZnSe、ZnS、ZnTeである。ZnTeだけが天然のp型であるのに対し、ZnSeとZnSはn型である。十分に大きなp型導電率を得るには、追加のp型ドーパントを3つの材料すべてに添加せねばならない。II-VI p型輸送層の場合には、可能な候補ドーパントはリチウムと窒素である。例えばLi3Nを約350℃でZnSeに拡散させ、抵抗率が0.4Ωcmと小さなp型ZnSeを作り出せることが文献に示されている（S.W. Lim、Applied Physics Letters、第65巻、2437ページ、1994年）。
n型輸送層に適した材料として、II-VI型半導体とIII-V型半導体がある。典型的なII-VI型半導体はZnSeとZnSである。p型輸送層に関しては、十分に大きなn型導電率を得るには、追加のn型ドーパントを半導体に添加せねばならない。II-VI n型輸送層の場合には、可能な候補ドーパントは、Al、In、GaというIII型ドーパントである。従来技術でよく知られているように、これらドーパントは、イオン注入（その後にアニールを実施する）または拡散法（P.J. George他、Applied Physics Letters、第66巻、3624ページ、1995年）によってその層に添加することができる。より好ましい方法は、ナノ粒子を化学合成している間にドーパントをその場で添加するというものである。ヘキサデシルアミン（HDA）／TOPO配位性溶媒の中に形成されるZnSe粒子（M.A. Hines他、Journal of Physical Chemistry、第B102巻、3655ページ、1998年）を例に取ると、Zn供給源はヘキサン中のジエチル亜鉛であり、Se供給源は、TOPに溶かしたSe粉末である（TOPSeを形成する）。ZnSeにAlをドープする場合には、対応する割合（ジエチル亜鉛の濃度に対して数パーセント）のトリメチルアルミニウムが含まれたヘキサンを、TOP、TOPSe、ジエチル亜鉛を含む注入器に添加することになろう。このようなその場でのドーピング法は、化学浴堆積法によって薄膜を成長させるときにうまくいくことが示されている（J. Lee他、Thin Solid Films、431〜432ページ、第344巻、2003年）。
本発明をいくつかの好ましい実施態様を特に参照して詳しく説明してきたが、本発明の精神と範囲の中でさまざまなバリエーションや変更が可能であることが理解されよう。
1、2、3、4、5、6 光線
8 エレクトロルミネッセンス・デバイス
10 基板
11 LED
12 カバー
14 電極
16 ELユニット
18 電極
20 薄膜電子部品
21 光散乱層
22 スペーサ要素
24 光散乱粒子
26 発光領域
28 端部キャップ
30 シール材
31 半導体マトリックス
32 ギャップ
33 発光層
35、37 電荷輸送層
39 発光量子ドット
40 発光領域間の列
42 発光領域間の行
50a、50b 光
60、62、64、66、68 画素
100 発光コア
110 シェル
115 有機リガンド
120 量子ドット
140 無機導電性ナノ粒子
W1 幅
W2 幅

Claims (20)

  1. 基板と；
    その基板上に形成されていて、少なくとも一方が透明である互いに離れた第1の電極および第2の電極と、その第1の電極と第2の電極の間に形成されていて量子ドットを含む発光層とを有する1つ以上の発光要素と；
    その1つ以上の発光要素の上方に位置していて、その1つ以上の発光要素とは離れているため、ギャップをその1つ以上の発光要素との間に形成するカバーと；
    そのカバーと上記1つ以上の発光要素の間のギャップの中に位置する、別に形成されたスペーサ要素とを備えていて、そのスペーサ要素が、上記1つ以上の発光要素と上記カバーの一方または両方と物理的に接触しているエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  2. 上記発光層が、無機半導体マトリックスの中にコア／シェル量子ドットを含む無機の多結晶発光層である、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  3. 上記発光層が、有機半導体マトリックスの中にコア／シェル量子ドットを含むハイブリッド発光層である、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  4. 別に形成された上記スペーサ要素が、弾性のある圧縮可能なスペーサ要素である、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  5. 請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイスにおいて、別に形成された上記スペース要素が第1の平均サイズを持ち、このデバイスが、別に形成された光散乱粒子をさらに含んでいて、その光散乱粒子が、第1の平均サイズよりも小さい第2の平均サイズを持ち、上記1つ以上の発光要素と接触した状態で上記ギャップ内に位置するとともに、上記スペーサ要素の間に位置する、エレクトロルミネッセンス・デバイス。
  6. 上記光散乱粒子と上記スペーサ要素が共通の分散液から堆積される、請求項5に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  7. 上記第1の電極が上記基板の上方にあり、上記発光層が、上記第1の電極で上記基板とは反対側の上方にあり、上記第2の電極が透明であり、上記発光層で上記第1の電極とは反対側の上方にある、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  8. 上記透明な電極上に、上記発光層とは反対側に位置する光散乱粒子をさらに含む、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  9. 上記電極のうちの少なくとも1つがパターニングされた電極であり、空間的に分離されていて独立に制御される複数の発光領域を規定している、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  10. 上記スペーサ要素が上記発光領域の中に位置する、請求項9に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  11. 上記スペーサ要素が上記発光領域の間に位置する、請求項9に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  12. 上記ギャップが1気圧未満の圧力において維持される、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  13. 上記ギャップの屈折率が、上記1つ以上の発光要素のどの構成要素の屈折率よりも小さい、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  14. 上記スペーサ要素が、二酸化チタン、ポリマー、バリウム酸化物、カルシウム、カルシウム酸化物からなるグループの中から選択される、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  15. 上記スペーサ要素が透明である、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  16. 上記スペーサ要素が、上記カバーまたは上記1つ以上の発光要素に接着剤で固定されている、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  17. 上位接着剤がパターニングされている、請求項16に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  18. 上記スペーサ要素が、球形粒子、筒形粒子、ランダムな形状の粒子のいずれかである、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  19. 上記スペーサ要素の断面が1μｍよりも大きい、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
  20. 上記スペーサ要素の屈折率が、上記発光要素のどの構成要素の屈折率よりも大きい、請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス・デバイス。
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