(57)【要約】【課題】  キャッピング層と、光学的性質を調節することが容易なキャッピング層を持つ光電子デバイスと、該光電子デバイスを製造するための方法及びキャッピング層の屈折率を定めるための方法と、を提供すること。【解決手段】  光電子デバイスが、光を放出するための光電子部材（１２、１４、１６）と、光放出面（２２）と、該光放出面（２２）の上のキャッピング層（１８）とを備える。キャッピング層（１８）は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料との混合物を含む。【選択図】      図１
2006032333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放出するための光電子部材（１２、１４、１６）と、
光放出面（２２）と、
前記光放出面（２２）の上のキャッピング層（１８）と、
を備え、前記キャッピング層（１８）は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなることを特徴とする光電子デバイス。
【請求項２】
前記混合物は前記第２の材料の微粒子を含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記第２の材料の前記微粒子は、前記光電子部材（１２、１４、１６）が放出可能な光の波長より小さい、請求項２に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記第２の屈折率は前記第１の屈折率より高い、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記第１の材料は、乾燥剤、ポリマー、液晶系、及びワックスのうちの１つである、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
前記第２の材料は異常分散を示す屈折率を有する、前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記第２の材料は、酸化物、鉛の硫化物又はセレン化物、亜鉛、及びチタンのうちの１つである、前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
前記キャッピング層（１８）は、第３の屈折率を有する第３の材料の微粒子をさらに含む、前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
前記混合物及び該混合物の前記屈折率は、前記キャッピング層（１８）の内部において変化する、前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記第２の材料又は前記第３の材料の前記微粒子はナノ粒子である、請求項２又は請求項８に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
前記光放出面（２２）はカソード（１６）の表面であり、前記カソード（１６）は低仕事関数材料からなり、前記第２の材料は酸化物である、前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項１２】
前記キャッピング層（１８）は透明材料（２０）によって覆われる、前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光電子デバイス。
【請求項１３】
前記請求項１〜１２のいずれか１項に係る前記光電子デバイスを備えるディスプレイ装置。
【請求項１４】
電極（１２、１６）の上に配置されるキャッピング層（１８）であって、
第１の屈折率を有する第１の材料と、
第２の屈折率を有する第２の材料と、
の混合物からなるキャッピング層。
【請求項１５】
光電子デバイスを製造するための方法であって、
所定の波長の光子を生成するための光電子部材（１２、１４、１６）を作成し（４０）、
前記光電子部材（１２、１４、１６）の上に光放出面（２２）を作成し（４２）、
前記光放出面（２２）の上にキャッピング層（１８）を作成する（４４）、
ステップを含み、前記キャッピング層（１８）は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記キャッピング層（１８）を作成する（４４）前記ステップは、前記光放出面（２２）に前記混合物を吹き付けるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の材料は、原材料が前記光放出面（２２）の上に堆積する際に、化学反応によって該原材料から作成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
光電子デバイスにおけるキャッピング層（１８）の屈折率を定めるための方法であって、
第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料とを準備し（５０）、
決定された体積比を持つ前記第１の材料と前記第２の材料との混合物が所定の屈折率を有するように、該第１の材料と該第２の材料との体積比を決定し（５２）、
前記第１の材料と前記第２の材料との前記混合物から、決定された前記体積比で前記キャッピング層（１８）を作成する（５４）、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子デバイスに関し、特に、取出し効率を向上させ、放出特性を光学的に微調整するためのキャッピング層を備える光電子デバイスに関する。
本発明は、上部放出デバイス及び有機発光デバイスにとって特に有利である。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年の間に、有機発光材料が、次第に、光電子デバイスに、特にディスプレイ装置に用いられるようになってきた。最初の用途は、携帯電話及び他の携帯ユニットのための小型ディスプレイ装置であったが、将来的な用途には、コンピュータ・ディスプレイ及びテレビ受像機が含まれる。これらのディスプレイ装置は、有機材料からの光が放出される光放出面を備える。光放出面は、誘電キャッピング層によって覆われる。誘電キャッピング層は、特に上部放出デバイス、すなわち底部基板を通して放出しないデバイスにおいて、取出し効率を向上させ、放出特性を光学的に微調整するためには不可欠である。
【０００３】
光電子デバイスからの光の取出し効率を向上させるために、キャッピング層を設けることによって、放出面からの光反射を抑制することができる。これは、キャッピング層の厚さ及び屈折率と、隣接する材料の屈折率とによって決まる光路長の問題である。カラー・ディスプレイの場合には、取出し効率は、さらに複雑な事項である。キャッピング層の最適な厚さは、放出光の所望の波長によって変わる。
【０００４】
放出特性を光学的に微調整することは、主に、スペクトル特性と放出の立体角とを微調整することを意味する。上述の問題に対する従来の解決法は、バンドギャップの大きな高屈折率材料から作られるキャッピング層である。しかしながら、これらの材料は、有機発光デバイス自体に対して両立性がないことが多い。高屈折率材料の多くは、ＯＬＥＤに用いられる低仕事関数のカソード材料と化学的に反応しやすい酸化物である。さらに、高屈折率材料に用いられる堆積方法のほとんどは、費用がかかるものであり、ＯＬＥＤの前処理に適さないことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、キャッピング層と、光学的性質を調節することが容易なキャッピング層を持つ光電子デバイスと、該光電子デバイスを製造するための方法及びキャッピング層の屈折率を定めるための方法と、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、光を放出するための光電子部材と、光放出面と、該光放出面の上のキャッピング層とを備える光電子デバイスが提供される。キャッピング層は、第１の屈折率を有する第１の材料と、第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなる。
【０００７】
本発明の別の態様によると、電極の上に配置されるキャッピング層が提供される。このキャッピング層は、第１の屈折率を有する第１の材料と、第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなる。キャッピング層の屈折率は、第１の材料と第２の材料との体積比によって決まる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によると、上述のキャッピング層を持つ光電子デバイスを備えるディスプレイ装置が提供される。
【０００９】
本発明のまたさらに別の態様によると、光電子デバイスを製造するための方法が提供される。この方法は、（１）所定の波長の光子を生成するための光電子部材を作成し、（２）該光電子部材の上に光放出面を作成し、（３）第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなるキャッピング層を該光放出面の上に作成する、ステップを含む。
【００１０】
本発明のまた別の態様によると、光電子デバイスにおけるキャッピング層の屈折率を定めるための方法が提供される。この方法は、（ａ）第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料とを準備し、（ｂ）決定された体積比を持つ該第１の材料と該第２の材料との混合物が所定の屈折率を有するように、該第１の材料と該第２の材料との体積比を決定し、（ｃ）該第１の材料と該第２の材料との該混合物から、決定された体積比でキャッピング層を作成する、ステップを含む。
【００１１】
好ましい実施形態によると、混合物は第２の材料の微粒子を含み、この第２の材料の微粒子は、光電子部材が放出することができる光の波長より小さいことが好ましい。第２の材料の第２の屈折率は、第１の屈折率より高いことが好ましい。第１の材料は、乾燥剤、ポリマー、液晶系、ワックスなどとすることができるのに対して、第２の材料は、酸化チタンであることが好ましい。混合物は第３の屈折率を有する第３の材料の微粒子を含むこともでき、この第３の材料の微粒子は、光子の波長より小さいことが好ましい。混合物及び該混合物の屈折率が、キャッピング層の内部において変化することは利点をもたらす。
【００１２】
好ましい実施形態によると、光子生成部材とも呼ばれる光電子部材は、アノードと、カソードと、該アノード及び該カソードの間の発光材料とを備える。発光材料は、有機材料、又は有機材料のスタックであることが好ましい。好ましくは、光放出面は、アノード又はカソードの表面である。特定的には、光放出面はカソードの表面であり、該カソードの材料は低仕事関数材料からなり、第２の材料は酸化物又は硫化物である。好ましくは、キャッピング層は、透明材料によって覆われる、すなわち封入される。
【００１３】
好ましくは、キャッピング層は、混合物を光放出面に吹き付けるステップによって作成される。代替的に、第１の材料は、原材料が光放出面の上に堆積する際に、化学反応によって該原材料から作成される。
【００１４】
本発明の基礎となる基本的な着想は、第１の屈折率及び第２の屈折率を有する２つの材料の混合物から作られるキャッピング層を持つ光電子部材を提供することにある。取出し効率と放出の光学的微調整に直接影響を与えるキャッピング層の光学的性質は、２つの材料の体積比によって容易に調節することができる。第２の材料を、光電子部材によって放出される光の波長より小さい微粒子の形態で提供することが、特に有利である。微粒子である第２の材料は、酸素を含む高屈折率材料とすることができる。第２の材料は、堆積の前又は堆積の際には固体であり、第１の材料の中に埋め込まれるため、化学的に反応しない。したがって、光放出面は、劣化することのない低仕事関数材料を含むことになる。
【００１５】
本発明のこれらの及び他の目的及び特徴は、添付図面を用いて行われる以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、光電子デバイスを通る概略的な垂直断面図である。光電子デバイスは、半導体層に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含むＴＦＴ層１０を備える。ＴＦＴ層の上には、アノード１２、発光材料層１４、及びカソード１６を備える光電子部材が配置される。カソード１６の上面は、アノード１２、発光材料層１４、及びカソード１６によって形成されるスタックの光放出面２２である。カソード１６の上には、キャッピング層１８が設けられる。封入層２０が、スタックの上に設けられる。
【００１７】
カソード１６及びアノード１２の間に所定の電圧を加えることによって、発光材料層１４が刺激され、光を放出する。放出される光の色又はスペクトルは、発光材料、該発光材料の光学的厚さ、及び電極１２、１６の合成屈折率によって決まる。この実施形態においては、発光材料は、電界発光特性を持つ有機材料である。
【００１８】
横方向には、アノード１２（及び／又は、カソード１６）は、ピクセルの２次元矩形マトリクスに分割される。アノード１２及びカソード１６によって発光材料層１４に加えられる電圧は、ＴＦＴ層１０に組み込まれた電子的手段によって、各々のピクセルについて個別に制御される。
【００１９】
カソード１６は、例えばＣａ又はＭｇといった低仕事関数材料からなる。この低仕事関数によって、カソード１６から発光材料層１４に電子を注入するためには低電圧でも十分である。カソード層１６は、発光材料層１４から放出される光を通すようにするために、できるだけ薄くされる。
【００２０】
キャッピング層１８は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料との混合物からなる。混合物は、第１及び第２の材料の体積比及び屈折率に応じて、中間的な屈折率を有する。このように、混合物の屈折率は調整可能であり、用途の要件に合わせて調節することができる。具体的には、キャッピング層１８の屈折率は、内部反射による損失が光学干渉によって最小にされるように調整される。このことは、発光材料層１４からの光が反射されず、キャッピング層１８を完全に透過することを意味する。他の層、特定的にはカソード１６及び封入層２０の屈折率及び厚さを考慮して、キャッピング層１８の最適な屈折率は、典型的には、約２から約３までの範囲である。
【００２１】
ディスプレイ又はディスプレイ装置が、隣接するピクセルにおいて異なる波長を持つ光を放出する異なる発光材料を含む場合には、状況はなお一層複雑になる。ディスプレイ又はディスプレイ装置は、通常は、多数の光電子デバイスを含む。ディスプレイ装置の製造を簡素化するためには、横方向に均質な１つのキャッピング層１８を用いるべきである。高い取出し効率のためには、キャッピング層１８の屈折率は、波長に比例するようにすべきである。しかしながら、大多数の材料は正常分散を示す、すなわち、屈折率は波長の増加に伴って減少する。以下の段落からより明らかになるように、本発明は、異常分散を伴うキャッピング層の提供を容易にするものである。
【００２２】
キャッピング層１８は、各々が異なる光学的性質を持つ２つ又はそれ以上の材料の混合物を含むことができる。キャッピング層１８の最適な性質又はほぼ最適な性質は、混合物の材料の適切な体積比を選択することによって達成される。体積比によって定められるさらに別の光学的性質は、スペクトル特性及び放出の立体角である。
【００２３】
簡単な例においては、キャッピング層１８に含まれる混合物は、２つの成分で構成される。１つの成分は、例えば、ポリマー、液晶系、若しくはワックス、又はそのいずれかの合成物である。第２の材料は、例えば、酸化チタン、硫化亜鉛若しくは他のいずれかの酸化物、鉛の硫化物若しくはセレン化物、亜鉛、又はチタンといった、高屈折率材料である。第２の材料によって、正常分散又は異常分散を伴う屈折率がもたらされる。各々が異なる正常分散又は異常分散を伴うさらに別の（第３又は第４などの）成分によって、付加的な自由度が導入される。
【００２４】
好ましくは、キャッピング層１８の中の混合物に含まれる材料の１つは、液状乾燥剤系である。この場合には、改善された取出し効率と強化された安定性とを併せ持つことになる。
【００２５】
さらに、好ましくは、第２の材料は高屈折率材料であり、ナノ粒子を含むか又はナノ粒子で構成される。換言すれば、キャッピング層１８は、第１の材料と、第２の材料の微粒子との混合物からなる。微粒子は、キャッピング層１８を透過する光の波長より小さいか又は著しく小さい。波長より著しく小さい微粒子又は粒子を用いると、光の散乱を無視することができる。したがって、微粒子の大きさは、１００ｎｍ以下のオーダーである。
【００２６】
代替的に、波長と同程度の大きさの微粒子から散乱する光を、有益に利用することができる。微粒子の大きさ、形状、及び濃度を適切なものにすると、ある種のフォトニック結晶構造をキャッピング層１８の中に構成することができる。第１の材料内における第２の材料の微粒子の２次元又は３次元周期配列で発生する回折によって、ディスプレイ装置の視角特性を装置の用途に合わせることができる。こうした格子の形成は、微粒子の大きさ、形状、及び濃度、並びに、両方の材料の他の性質のほかに、キャッピング層１８の生成時の条件によっても、制御される。
【００２７】
キャッピング層１８が幾つかの層で構成され、各々の層の光学的性質が、装置の特定の用途に合わせた透過性、スペクトル特性、及び視角を持つキャッピング層１８全体の最適な光学的性質に合わせて調節される場合には、キャッピング層１８の光学的性質をさらに改善することができる。
【００２８】
同じ理由で、又は、同様の結果及び改善をもたらすために、屈折率は、一層からなるキャッピング層１８の内部で、又は多層キャッピング層１８内の一つの層の内部で、連続的に勾配を付けることができる。
【００２９】
第１の材料と第２の材料の微粒子との混合物が、さらに別の利点をもたらす。特定的には、第２の材料とカソード１６との間の化学反応の可能性又は危険性が低下する。これは、第２の材料が固体で与えられ、該第２の材料の微粒子が第１の材料の中に埋め込まれるためである。両方の理由のため、第２の材料とカソード１６との間の化学反応は、起こらないか、又は少なくとも著しく低速となる。したがって、カソードは、例えばＣａ又はＭｇといった、容易に酸化される低仕事関数材料から作られるが、第２の材料は、例えば酸素を含むものとすることさえできる。言い換えると、本発明によれば、キャッピングは、キャッピング層１８の堆積を容易にする化学的性質又は他の性質をもたらす第１の成分と、最適な光学的性質を保証する第２若しくは第３の成分又はさらに別の成分とを含む。
【００３０】
キャッピング層１８は、湿度又は反応性雰囲気などの環境影響から発光デバイスを保護する封入層２０によって覆われる。代替的に、封入層２０はさらに、キャッピング層１８、カソード１６、発光材料層１４、アノード１２、及び／又は、ＴＦＴ層１０の端面又は側面を覆う。封入層２０は、デバイスの光学的性質にまったく影響を与えないか又はそれほど影響を与えない。特に、封入層２０は、典型的には、１０μｍから５０μｍまでの厚さであるか、又はそれより厚いものである。したがって、干渉現象は発生しない。さらに、キャッピング層１８と封入層２０との間に、間隙を設けることができる。この間隙が、透過する光の波長と比較して厚い場合には、該間隙の光学的影響は最小になる。上述のディスプレイ装置、特に上述のキャッピング層１８を用いると、５０％又はそれ以上の取出し効率を達成することができる。
【００３１】
図２は、上述のような光電子デバイスを製造するための方法の概略的なフロー・チャートである。第１のステップ４０において、所定の波長の光子を生成するための光電子部材が作成される。図１に示される実施形態を参照すると、このステップは、ＴＦＴ層１０の上に、アノード１２、発光材料層１４、及びカソード１６を堆積させることを含む。
【００３２】
光電子部材に光放出面を作成する第２のステップ４２は、別個のステップとするか、又は代替的に、該光電子部材を作成するためのステップ４０の間に行われる。特定的には、光放出面は、カソード１６又はその表面２２である。
【００３３】
最後に、第３のステップ４４において、キャッピング層１８が光放出面２２の上に作成される。１つの実施形態によれば、材料は、キャッピング層１８を形成するために光放出面２２に吹き付けられる。材料は、１つのスプレー源からまとめて吹き付けられるか、異なるスプレー源から同時に吹き付けられるか、又は代替的に、混合物が、拡散、自己組織化、若しくは自己集合化によって発生するようにすることができる。
【００３４】
別の方法として、キャッピング層１８の材料又は材料のうちの少なくとも１つは、原材料が光放出面上に堆積する際に化学反応によって該原材料から第１の材料が作成される化学的気相成長法又は同様の方法で、反応的に堆積させられる。さらに、キャッピング層１８は、スピンコーティング法その他のいずれかの従来方法によって作成することもできる。
【００３５】
図３は、光電子デバイスにおけるキャッピング層１８の屈折率を定めるための方法の概略的なフロー・チャートである。第１のステップ５０において、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の材料とが、準備されるか、又は、選択若しくは特定される。第２のステップ５２において、決定された体積比を持つ第１の材料と第２の材料との混合物が所定の屈折率を有するように、該第１の材料と該第２の材料との体積比が決定される。第３のステップ５４において、キャッピング層は、第１の材料と第２の材料との混合物から、決定された体積比で作成される。
【００３６】
当然のことながら、本発明は、図１に示されるスタック構造からなるデバイスに限定されるものではない。それどころか、本発明は、電極及び発光材料のいずれかの構造を持ついずれかの光電子デバイス、例えば電極及び発光材料のコプラナー配置を持つデバイスに、適用することもできる。さらに、キャッピング層は、多数の材料の混合物を含むことができる。混合物により多くの材料が含まれるほど、その光学的性質を、デバイスの用途の必要性に合わせて調節することができるようになる。微粒子の利点が上述され、多材料混合物にも同様に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る光電子デバイスの概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る方法の概略的なフロー・チャートである。
【図３】本発明の別の実施形態に係る方法の概略的なフロー・チャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０：ＴＦＴ層
１２：アノード
１４：発光材料層
１６：カソード
１８：キャッピング層
２０：封入層
２２：光放出面
【図１】
2006032333.tif 000003
【図２】
2006032333.tif 000004
【図３】
2006032333.tif 000005