(57)【要約】      （修正有）【課題】基板と、マイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイを形状適合的に被覆するバリア膜システムとを備える光学部品及びデバイスを提供する。【解決手段】ＯＬＥＤ７１０をマイクロレンズアレイ４１０に光学的に結合してよい。バリア膜７２０は、結合されたＯＬＥＤ７１０からの光のマイクロレンズアレイ４１０によるアウトカップリングに著しい負の影響を与えることなく、マイクロレンズアレイ４１０又はその他の部品に保護を与えうる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを形状適合的に被覆するバリア膜システムと、
を含む光学部品を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
マイクロレンズアレイに光学的に結合され、基板の上又は下に配置されたＯＬＥＤを更に備える請求項１の記載のデバイス。
【請求項３】
バリア膜の屈折率と、ＯＬＥＤのアウトカップリング面の屈折率との差が、前記ＯＬＥＤのアウトカップリング面の前記屈折率の約１０％以内であるか、又はバリア膜の屈折率と、マイクロレンズアレイの屈折率との差が、前記マイクロレンズアレイの前記屈折率の約１０％以内である請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
バリア膜が、マイクロレンズアレイを完全に包囲する請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
マイクロレンズアレイ及びバリア膜の合計露出高さと、前記マイクロレンズアレイのみの高さとの差が１０％以下である請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
特許請求されている発明は、大学・企業の共同研究契約の下記の当事者：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｈｉｇａｎ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｏｕｔｈｅｒｎ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、及びＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの理事らの１又は複数によって、その利益になるように、且つ／又は関連して為されたものである。該契約は、特許請求されている発明が為された日付以前に発効したものであり、特許請求されている発明は、該契約の範囲内で行われる活動の結果として為されたものである。
【０００２】
本発明は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤｓ）に関し、特に、バリア膜によって被覆されたマイクロレンズ層が組み込まれたＯＬＥＤｓに関する。
【背景技術】
【０００３】
有機材料を利用する光電子デバイスは、いくつもの理由から、次第に望ましいものとなりつつある。そのようなデバイスを作製するために使用される材料の多くは比較的安価であるため、有機光電子デバイスは無機デバイスを上回るコスト優位性の可能性を有する。加えて、柔軟性等の有機材料の固有の特性により、該材料は、フレキシブル基板上での製作等の特定用途によく適したものとなり得る。有機光電子デバイスの例は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光電池及び有機光検出器を含む。ＯＬＥＤについて、有機材料は従来の材料を上回る性能の利点を有し得る。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、概して、適切なドーパントで容易に調整され得る。
【０００４】
ＯＬＥＤはデバイス全体に電圧が印加されると光を放出する薄い有機膜を利用する。ＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイ、照明及びバックライティング等の用途において使用するためのますます興味深い技術となりつつある。数種のＯＬＥＤ材料及び構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、特許文献１、特許文献２及び特許文献３において記述されている。
【０００５】
リン光性発光分子の１つの用途は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイの業界標準は、「飽和（ｓａｔｕｒａｔｅｄ）」色と称される特定の色を放出するように適合された画素を必要とする。特に、これらの標準は、飽和した赤色、緑色及び青色画素を必要とする。色は、当技術分野において周知のＣＩＥ座標を使用して測定することができる。
【０００６】
緑色発光分子の一例は、下記の構造：
【化１】
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を有する、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と表示されるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウムである。
【０００７】
この図面及び本明細書における後出の図面中で、本発明者らは、窒素から金属（ここではＩｒ）への配位結合を直線として描写する。
【０００８】
本明細書において使用される場合、用語「有機」は、有機光電子デバイスを製作するために使用され得るポリマー材料及び小分子有機材料を含む。「小分子」は、ポリマーでない任意の有機材料を指し、且つ「小分子」は実際にはかなり大型であってよい。小分子は、いくつかの状況において繰り返し単位を含み得る。例えば、長鎖アルキル基を置換基として使用することは、「小分子」クラスから分子を排除しない。小分子は、例えばポリマー骨格上のペンダント基として、又は該骨格の一部として、ポリマーに組み込まれてもよい。小分子は、コア部分上に構築された一連の化学的シェルからなるデンドリマーのコア部分として役立つこともできる。デンドリマーのコア部分は、蛍光性又はリン光性小分子発光体であってよい。デンドリマーは「小分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野において現在使用されているデンドリマーはすべて小分子であると考えられている。
【０００９】
本明細書において使用される場合、「頂部」は基板から最遠部を意味するのに対し、「底部」は基板の最近部を意味する。第一層が第二層「の上に配置されている」と記述される場合、第一層のほうが基板から遠くに配置されている。第一層が第二層「と接触している」ことが指定されているのでない限り、第一層と第二層との間に他の層があってもよい。例えば、間に種々の有機層があるとしても、カソードはアノード「の上に配置されている」と記述され得る。
【００１０】
本明細書において使用される場合、「溶液プロセス可能な」は、溶液又は懸濁液形態のいずれかの液体媒質に溶解、分散若しくは輸送することができ、且つ／又は該媒質から堆積することができるという意味である。
【００１１】
配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に直接寄与していると考えられる場合、「光活性」と称され得る。配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に寄与していないと考えられる場合には「補助」と称され得るが、補助配位子は、光活性配位子の特性を変化させることができる。
【００１２】
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の「最高被占分子軌道」（ＨＯＭＯ）又は「最低空分子軌道」（ＬＵＭＯ）エネルギー準位は、第一のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近ければ、第二のＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位「よりも大きい」又は「よりも高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は、真空準位と比べて負のエネルギーとして測定されるため、より高いＨＯＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有するＩＰ（あまり負でないＩＰ）に相当する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和力（ＥＡ）（あまり負でないＥＡ）に相当する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、材料のＬＵＭＯエネルギー準位は、同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。「より高い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位は、「より低い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位よりもそのような図の頂部に近いように思われる。
【００１３】
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の仕事関数がより高い絶対値を有するならば、第一の仕事関数は第二の仕事関数「よりも大きい」又は「よりも高い」。仕事関数は概して真空準位と比べて負数として測定されるため、これは「より高い」仕事関数が更に負であることを意味する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、「より高い」仕事関数は、真空準位から下向きの方向に遠く離れているものとして例証される。故に、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯエネルギー準位の定義は、仕事関数とは異なる慣例に準ずる。
【００１４】
ＯＬＥＤについての更なる詳細及び上述した定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献４において見ることができる。
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、基板と、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）と、マイクロレンズアレイを形状適合的に（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）被覆するバリア膜システムとを備える光学部品及びデバイスを提供する。ＯＬＥＤを、ＭＬＡに光学的に結合してよく、基板の上又は下に配置してよい。ＯＬＥＤは、可撓性、透明、トップエミッション型、ボトムエミッション型、又はこれらを任意に組み合わせたものであってよい。バリア膜の屈折率と、ＯＬＥＤのアウトカップリング面、ＭＬＡ、又はそれら両方の屈折率との差が、それらいずれかの屈折率の約１０％以内であってよい。バリア膜は、基板、ＭＬＡ、又はそれら両方の一以上の面を被覆するよう成膜してよく、また基板、ＭＬＡ、又はそれら両方を完全に包囲してよい。ＭＬＡは、バリア膜に形状適合してよく、たとえば、マイクロレンズアレイ及びバリア膜の合計露出高さと、マイクロレンズアレイのみの高さとの差は、１０％以下であってよい。バリア膜は、単層バリアであってよく、窒化物、酸化物、酸化ケイ素等の材料を含有してよい。
【００１６】
本明細書に開示するデバイスの作製技術は、マイクロレンズアレイを取得する工程と、マイクロレンズアレイ上にバリア膜材料を成膜して、マイクロレンズアレイに形状適合的に接するバリア膜を形成する工程とを含んでよい。バリア膜の前後に、その他の層を成膜してよい。より一般的には、本明細書に開示するデバイスは、図示及び記載の層を順に成膜することにより作製してよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、有機発光デバイスを示す。
【００１８】
【図２】図２は、別の電子輸送層を有さない、反転された有機発光デバイスを示す。
【００１９】
【図３】図３は、流動性材料を使用した多層薄膜バリアを示す。
【００２０】
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る一例の部品を示す。
【００２１】
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る一例の部品を示す。
【００２２】
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る一例の部品を示す。
【００２３】
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る一例の部品を示す。
【００２４】
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る一例の部品を示す。
【００２５】
【図９（ａ）】図９（ａ）は、ＯＬＥＤによって基板に導入された光の一部が空気中にアウトカップリングされる光のアウトカップリングの様子を示す。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は、本発明の実施形態に係る対応する構造を示す。
【００２６】
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係るサンプルを斜めから見たＳＥＭ像の一例を示す。
【００２７】
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係るデバイスを使用したバリアを有する基板のエネルギー分散Ｘ線分光（ＥＤＳ）測定を示す。
【００２８】
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係るデバイスを使用したバリアを有さない基板のエネルギー分散Ｘ線分光（ＥＤＳ）測定を示す。
【００２９】
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る部品の近接写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
概して、ＯＬＥＤは、アノード及びカソードの間に配置され、それらと電気的に接続された少なくとも１つの有機層を含む。電流が印加されると、アノードが正孔を注入し、カソードが電子を有機層（複数可）に注入する。注入された正孔及び電子は、逆帯電した電極にそれぞれ移動する。電子及び正孔が同じ分子上に局在する場合、励起エネルギー状態を有する局在電子正孔対である「励起子」が形成される。光は、励起子が緩和した際に、光電子放出機構を介して放出される。いくつかの事例において、励起子はエキシマー又はエキサイプレックス上に局在し得る。熱緩和等の無輻射機構が発生する場合もあるが、概して望ましくないとみなされている。
【００３１】
初期のＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第４，７６９，２９２号において開示されている通り、その一重項状態から光を放出する発光分子（「蛍光」）を使用していた。蛍光発光は、概して、１０ナノ秒未満の時間枠で発生する。
【００３２】
ごく最近では、三重項状態から光を放出する発光材料（「リン光」）を有するＯＬＥＤが実証されている。参照によりその全体が組み込まれる、Ｂａｌｄｏら、「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」、３９５巻、１５１〜１５４、１９９８；（「Ｂａｌｄｏ−Ｉ」）及びＢａｌｄｏら、「Ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｇｒｅｅｎ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７５巻、３号、４〜６（１９９９）（「Ｂａｌｄｏ−ＩＩ」）。リン光については、参照により組み込まれる米国特許第７，２７９，７０４号５〜６段において更に詳細に記述されている。
【００３３】
図１は、有機発光デバイス１００を示す。図は必ずしも一定の縮尺ではない。デバイス１００は、基板１１０、アノード１１５、正孔注入層１２０、正孔輸送層１２５、電子ブロッキング層１３０、発光層１３５、正孔ブロッキング層１４０、電子輸送層１４５、電子注入層１５０、保護層１５５、カソード１６０、及びバリア層１７０を含み得る。カソード１６０は、第一の導電層１６２及び第二の導電層１６４を有する複合カソードである。デバイス１００は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。これらの種々の層の特性及び機能並びに材料例は、参照により組み込まれるＵＳ７，２７９，７０４、６〜１０段において更に詳細に記述されている。
【００３４】
これらの層のそれぞれについて、更なる例が利用可能である。例えば、フレキシブル及び透明基板−アノードの組合せは、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５、８４４、３６３号において開示されている。ｐ−ドープされた正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において開示されている通りの、５０：１のモル比でｍ−ＭＴＤＡＴＡにＦ４−ＴＣＮＱをドープしたものである。発光材料及びホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれるＴｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号において開示されている。ｎ−ドープされた電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において開示されている通りの、１：１のモル比でＢＰｈｅｎにＬｉをドープしたものである。参照によりその全体が組み込まれる米国特許第５，７０３，４３６号及び同第５，７０７，７４５号は、上を覆う透明の、導電性の、スパッタリング蒸着したＩＴＯ層を持つＭｇ：Ａｇ等の金属の薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示している。ブロッキング層の理論及び使用は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０９７，１４７号及び米国特許出願公開第２００３／０２３０９８０号において更に詳細に記述されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号において提供されている。保護層についての記述は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１７４１１６号において見ることができる。
【００３５】
図２は、反転させたＯＬＥＤ２００を示す。デバイスは、基板２１０、カソード２１５、発光層２２０、正孔輸送層２２５、及びアノード２３０を含む。デバイス２００は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。最も一般的なＯＬＥＤ構成はアノードの上に配置されたカソードを有し、デバイス２００はアノード２３０の下に配置されたカソード２１５を有するため、デバイス２００は「反転させた」ＯＬＥＤと称されることがある。デバイス１００に関して記述されたものと同様の材料を、デバイス２００の対応する層において使用してよい。図２は、いくつかの層が如何にしてデバイス１００の構造から省略され得るかの一例を提供するものである。
【００３６】
図１及び２において例証されている単純な層構造は、非限定的な例として提供されるものであり、本発明の実施形態は多種多様な他の構造に関連して使用され得ることが理解される。記述されている特定の材料及び構造は、事実上例示的なものであり、他の材料及び構造を使用してよい。機能的なＯＬＥＤは、記述されている種々の層を様々な手法で組み合わせることによって実現され得るか、又は層は、設計、性能及びコスト要因に基づき、全面的に省略され得る。具体的には記述されていない他の層も含まれ得る。具体的に記述されているもの以外の材料を使用してよい。本明細書において提供されている例の多くは、単一材料を含むものとして種々の層を記述しているが、ホスト及びドーパントの混合物等の材料の組合せ、又はより一般的には混合物を使用してよいことが理解される。また、層は種々の副層を有してもよい。本明細書における種々の層に与えられている名称は、厳しく限定することを意図するものではない。例えば、デバイス２００において、正孔輸送層２２５は正孔を輸送し、正孔を発光層２２０に注入し、正孔輸送層又は正孔注入層として記述され得る。一実施形態において、ＯＬＥＤは、カソード及びアノードの間に配置された「有機層」を有するものとして記述され得る。有機層は単層を含んでいてよく、又は、例えば図１及び２に関して記述されている通りの異なる有機材料の多層を更に含んでいてよい。
【００３７】
参照によりその全体が組み込まれるＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号において開示されているもののようなポリマー材料で構成されるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）等、具体的には記述されていない構造及び材料を使用してもよい。更なる例として、単一の有機層を有するＯＬＥＤが使用され得る。ＯＬＥＤは、例えば、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号において記述されている通り、積み重ねられてよい。ＯＬＥＤ構造は、図１及び２において例証されている単純な層構造から逸脱してよい。例えば、基板は、参照によりその全体が組み込まれる、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号において記述されている通りのメサ構造及び／又はＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号において記述されている通りのくぼみ構造等、アウトカップリングを改良するための角度のついた反射面を含み得る。
【００３８】
別段の規定がない限り、種々の実施形態の層のいずれも、任意の適切な方法によって堆積され得る。有機層について、好ましい方法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号及び同第６，０８７，１９６号において記述されているもの等の熱蒸着、インクジェット、参照によりその全体が組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号において記述されているもの等の有機気相堆積（ＯＶＰＤ）、並びに参照によりその全体が組み込まれる米国特許第７，４３１，９６８号において記述されているもの等の有機気相ジェットプリンティング（ＯＶＪＰ）による堆積を含む。他の適切な堆積法は、スピンコーティング及び他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは、窒素又は不活性雰囲気中で行われる。他の層について、好ましい方法は熱蒸着を含む。好ましいパターニング法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号及び同第６，４６８，８１９号において記述されているもの等のマスク、冷間圧接を経由する堆積、並びにインクジェット及びＯＶＪＤ等の堆積法のいくつかに関連するパターニングを含む。他の方法を使用してもよい。堆積する材料は、特定の堆積法と適合するように修正され得る。例えば、分枝鎖状又は非分枝鎖状であり、且つ好ましくは少なくとも３個の炭素を含有するアルキル及びアリール基等の置換基は、溶液プロセシングを受ける能力を増強するために、小分子において使用され得る。２０個以上の炭素を有する置換基を使用してよく、３〜２０個の炭素が好ましい範囲である。非対称構造を持つ材料は、対称構造を有するものよりも良好な溶液プロセス性を有し得、これは、非対称材料のほうが再結晶する傾向が低くなり得るからである。溶液プロセシングを受ける小分子の能力を増強するために、デンドリマー置換基が使用され得る。
【００３９】
本発明の実施形態に従って製作されたデバイスは、他のバリア層を更に含んでいてよい。バリア層の１つの目的は、電極及び有機層を、水分、蒸気及び／又はガス等を含む環境における有害な種への損傷性暴露から保護することである。バリア層は、基板、電極の上、下若しくは隣に、又はエッジを含むデバイスの任意の他の部分の上に堆積し得る。バリア層は、単層又は多層を含んでいてよい。バリア層は、種々の公知の化学気相堆積技術によって形成され得、単相を有する組成物及び多相を有する組成物を含み得る。任意の適切な材料又は材料の組合せをバリア層に使用してよい。バリア層は、無機若しくは有機化合物又は両方を組み込み得る。好ましいバリア層は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第７，９６８，１４６号、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２３０９８号及び同第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４２８２９号において記述されている通りの、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物を含む。「混合物」とみなされるためには、バリア層を構成する前記のポリマー及び非ポリマー材料は、同じ反応条件下で及び／又は同時に堆積されるべきである。ポリマー材料対非ポリマー材料の重量比は、９５：５から５：９５の範囲内となり得る。ポリマー材料及び非ポリマー材料は、同じ前駆体材料から作成され得る。一例において、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物は、ポリマーケイ素及び無機ケイ素から本質的になる。
【００４０】
本発明の実施形態に従って製作されたデバイスは、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、テレビ、掲示板、屋内若しくは屋外照明及び／又は信号送信用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全透明ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザープリンター、電話、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、カムコーダー、ファインダー、マイクロディスプレイ、３−Ｄディスプレイ、車、大面積壁、劇場又はスタジアムのスクリーン、或いは看板を含む多種多様な消費者製品に組み込まれ得る。パッシブマトリックス及びアクティブマトリックスを含む種々の制御機構を使用して、本発明に従って製作されたデバイスを制御することができる。デバイスの多くは、摂氏１８度から摂氏３０度、より好ましくは室温（摂氏２０〜２５度）等、ヒトに快適な温度範囲内での使用が意図されているが、この温度範囲外、例えば、摂氏−４０度〜＋８０度で用いることもできる。
【００４１】
本明細書において記述されている材料及び構造は、ＯＬＥＤ以外のデバイスにおける用途を有し得る。例えば、有機太陽電池及び有機光検出器等の他の光電子デバイスが、該材料及び構造を用い得る。より一般的には、有機トランジスタ等の有機デバイスが、該材料及び構造を用い得る。
【００４２】
ハロ、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アラルキル、複素環式基、アリール、芳香族基及びヘテロアリールの用語は当技術分野において公知であり、参照により本明細書に組み込まれるＵＳ７，２７９，７０４の３１〜３２段において定義されている。
【００４３】
マイクロレンズアレイ（ＭＬＡｓ）は、しばしば、ＯＬＥＤデバイスから導波光を取り出すための有効な手段である。通常、ＭＬＡは、透明プラスチック膜上に形成されるが、その透明プラスチック膜は、許容範囲内の、又は高性能なバリア特性を有さない場合がある。本開示は、ＭＬＡ、ＯＬＥＤ、又はそれら両方の光学的性能、特に光取り出し性能を全体として低下させないバリア被膜を有するＭＬＡｓを組み込んだＯＬＥＤｓに使用される構造を提供する。より具体的には、本明細書に開示される実施形態は、基板と、基板上に配置されるマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイを形状適合的に被覆するバリア膜とを備える光学部品を提供する。
【００４４】
バリア層が適用されうるその他の面及び層とは対照的に、ＭＬＡは、通常、その特性を膜によって変更することができないのであるが、それは、変更によりＭＬＡの光取り出し性能が低下しやすいからである。従来の多層バリア膜では、通常、無機ポリマー及び有機ポリマーの被膜が交互に使用される。ポリマー層は、通常は液体である前駆体材料を重合することによって形成される。液体の前駆体は、平滑でない面に置かれると、高い頂部には留まらず、低い谷部に流れやすい。このような材料は、「流動性」材料と呼ばれる。不均一な面に流動性材料が成膜されたとき、気泡や不均一な濡れによっても問題が生じうる。したがって、流動性材料を使用した多層薄膜バリアは、流動性材料がレンズ機構の谷部に蓄積し、図３に示すように表面プロファイルがずっと平滑になってしまうので、ＭＬＡ面に対するバリアを提供するにはふさわしくないかもしれない。被膜厚さがレンズの高さとコンパラブルであるとき、たとえば、レンズ高さの９０％以上であるとき、レンズ形状が事実上損なわれ、膜の光学的性能が著しく低下しうる。
【００４５】
本発明の実施形態では、非流動性バリア材料を使用してＭＬＡ構造を形状適合的に被覆する。このようなバリア処理の例が、米国特許第７，９６８，１４６号に記載されており、その開示内容の全体を、参照により組み込むものとする。
本明細書に開示するバリア膜の適切な材料としては、シリコーンポリマー等のポリマー材料、酸化ケイ素等の各種非ポリマー材料、及び米国特許第７，９６８，１４６号に開示されるその他の任意の適切な材料が挙げられる。このようなバリア膜は、たとえば、単一チャンバーＣＶＤシステムで成膜してよく、成膜処理の全体を通して、シロキサン等の一貫した前駆体を使用してよい。バリアは、混合的特性を有しており、部分的に酸化物状であり、部分的にポリマー状である。両者は、分子レベルで緊密に混合されており、膜は、多層膜ではなく混合（ハイブリッド）膜となる。
【００４６】
図４は、デバイスの実施形態に係る一例の光学部品を示す。部品は、基板４００、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）４１０、及びＭＬＡ上に形状適合的に配置された薄膜バリア４２０を備える。バリア膜の外形が、ＭＬＡ、バリア膜の下に配置されるその他の任意の層若しくは構造、又はそれら両方の外形に実質的に又は正確に一致する場合、バリア膜４２０はＭＬＡ上に、本明細書で使用されるところの「形状適合的」に、配置されている。たとえば、図３の膜３１０を図４のバリア膜４２０に比較すると、膜３１０の面外形は、下層のＭＬＡの隣接レンズ構造間の領域が膜３１０によって「ならされる（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｏｕｔ）」ために、ＭＬＡの面外形と実質的に異なっていることがわかる。対照的に、図４のバリア膜４２０は、下層のＭＬＡ層４１０と実質的に同じ面外形を有する。層が別の層をどの程度形状適合的に被覆しているかを判断する一つの方法は、層のみの相対高さを比較することであり、これは、バリア膜又は同様の層の場合は、下層の相対高さを、バリア膜の最低露出点から最高露出点までで測定した下層及びバリア膜の合計高さと比較することと同じである。
【００４７】
３１０のような非形状適合的な層の場合、最低露出面から最高露出面までを測定した層の高さ３０１は、下層のＭＬＡのみ、つまり膜３１０がＭＬＡ上に配置される前の膜３１０がない状態の高さ３０２よりかなり小さい。対照的に、基板に関して最低露出面から最高露出面までを測定したバリア膜の高さ４０１は、基板から測定したＭＬＡの最大高さ４０２と実質的に同じである。ＭＬＡ上に配置されるバリア膜の高さ４０１は、ＭＬＡの高さ４０２の少なくとも９０％、又はＭＬＡの高さ４０２との差が１０％以下であることが好ましい。
【００４８】
バリア膜は、たとえば、図４に示すようにＭＬＡ上に配置されている部分等の、ＭＬＡの部分のみを被覆してよく、又は光学部品の追加的な部分を被覆してもよい。たとえば、図５は、バリア膜５２０が、ＭＬＡだけでなく、少なくともＭＬＡの一つの面及び少なくとも基板４００の一つの面を被覆する光学部品の例を示す。同じく、図６に示すように、バリア膜６２０は、上方にＭＬＡが配置される基板の最近接面とは反対の基板面等の、基板の追加的な部分を被覆してよい。図５及び図６に示すような構成は、バリア膜がレンズ面に成膜されるのと同時にバリア膜の各部が成膜されうるので、効率的に製作されうる。光学部品の様々な部分がバリア膜によって被覆される各種の構成は、たとえば、光学部品のその他の部分に保護を与える目的、光学部品が組み込まれるデバイスのその他の部分に保護を与え、若しくは当該その他の部分からの保護を与える目的、又はそれら両方に有用である。図６に示すような構成では、バリアの囲いの内部の、たとえば、バリア膜とＭＬＡとの間に乾燥剤を含めて、湿気及び酸素からの更なる保護を設けてよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、光学部品は、ＯＬＥＤ等の追加的な部品を含んでよい。ＯＬＥＤは、基板に直に隣接するように配置してよく、バリア膜によって被覆してよく、若しくはその両方であってよく、又はバリア膜の外に配置して、少なくともバリア膜の一部が、ＯＬＥＤと基板との間、ＯＬＥＤと光学部品の１つ以上のその他の層もしくは部品との間、又はその両方に配置されるようにしてよい。図７は、バリア膜７２０が、基板４００とＯＬＥＤ７１０との間に配置されるデバイスの例を示す。より一般的には、ＯＬＥＤは、基板の上面又は下面、つまり、基板のＭＬＡ層と同一側又は反対側に、それぞれ結合してよい。光取り出し層等の追加的な層が、バリア膜７２０とＯＬＥＤ７１０との間に存在してよい。
【００５０】
被覆層は、バリア特性に加えて、特にバリア膜の屈折率がＭＬＡの屈折率以下であるとき、界面での反射を低減させる更なる利点を提供することができる。より一般的には、本発明の実施形態では、ＭＬＡのアウトカップリング性能を低下させないバリア膜を使用してよい。この利点の記載及びモデルを以下により詳細に提示する。バリア膜の屈折率と、ＯＬＥＤのアウトカップリング面、ＭＬＡ、又はそれら両方の屈折率との差が、それらいずれかの屈折率の約１０％以内であることが好ましい。
【００５１】
多様な基板及び基板材料を使用してよい。たとえば、全体的若しくは部分的に透明、可撓性、又はそれらの両方であってよいプラスチック基板を使用してよい。適切なプラスチック基板材料の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）等が挙げられる。基板は、基板面の方向において少なくとも１．６の屈折率を有するのもであってよいが、その他の材料を使用してもよい。
【００５２】
本明細書に開示される光学部品を使用して、ＯＬＥＤデバイスから光を取り出すことができる。光を取り出すには、バリア被覆ＭＬＡをＯＬＥＤデバイスに光学的に結合してよい。たとえば、図７に示し、図７を参照して記載したように、ＯＬＥＤをバリア被覆ＭＬＡ基板に物理的に接するよう配置してよい。バリアは、ＯＬＥＤを成膜する前又は後に、ＭＬＡに塗工してよい。たとえば、ＯＬＥＤは、ＭＬＡ基板のＭＬＡ面とは反対側に構築してよい。また、薄膜バリア層を、ＯＬＥＤの上面に塗工し、その後にＭＬＡ面側に塗工してもよく、又は両方の側に同時にバリア膜を塗工してもよい。図７では、図６に示す一般的な構造を使用しているが、図４及び図５に示すもの等の構造も使用してよい。
【００５３】
別の例として、透明な接着材料を使用してＯＬＥＤをバリア被覆ＭＬＡと結合してよい。上述したように、ＯＬＥＤをその他の基板材料上に構築してよく、接着剤を使用して基板をＭＬＡ膜に結合してよい。
【００５４】
具体的に例示した以外の追加的なバリアを、たとえば、ＯＬＥＤをバリア被覆ＭＬＡの反対側から保護するべく塗工してよい。更に、図７に示すもの等のバリア被覆ＭＬＡに結合されたＯＬＥＤデバイスを、更に１以上のバリア被覆された平坦化膜によって包囲して更なる保護としてよい。そのようなデバイスの例が図８に示されており、平坦化膜８１０がバリア膜８２０上に配置されている。
【００５５】
本明細書で使用するところの「マイクロレンズアレイ」は、種々の形状および構成のマイクロレンズを有するアレイを含む。アレイの各レンズは球状であってよく、つまりレンズ面が定曲率を有する。たとえば、そのようなマイクロレンズアレイは、平坦な基板面上に隆起した半球を有するアレイを含む。又は、アレイの中のマイクロレンズは、非球面とすることができる。非球面レンズの面は、基板平面に垂直な軸を中心として径方向に対称であるが、変動曲率を有する。マイクロレンズは、基板上に、ランダムに、又は繰り返しパターン状に配置することができる。アレイの中のマイクロレンズは、均一の大きさであってよく、２以上の異なる大きさであってよく、又はランダムに異なる大きさであってよい。切子面状マイクロレンズアレイ（ｆａｃｅｔｅｄ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  ａｒｒａｙ）は、平坦な切子面（ｆａｃｅｔｓ）によって境界が規定された構造を含む。切子面は、基板平面内で１つの軸に沿って繰り返されてよい。また、切子面は、２つ以上の軸に沿って繰り返されて、錐体、錐台等の多面体構造を形成してよい。渦巻きマイクロレンズ（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）は、軸対称性のない曲面特性物を含む。渦巻きマイクロレンズのアレイは、１つ以上の軸に関して周期的な表面トポグラフィ、つまり、波形又はディンプル状の「よろい格子（ｅｇｇ−ｃｒａｔｅ）」面を有する。不規則型と呼ばれる別の種類のマイクロレンズは、任意形状のトポグラフィ特性物を基板上に有する。そのような特性物は、凹面、凸面、切子面、又はこれらを任意に組み合わせたものを有する。表面拡散体は、ランダムな配置、ランダムな大きさ、またはこれらの両方である不規則なマイクロレンズのアレイを有する。そのようなアレイの例が、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｕｍｉｎｉｔｃｏ．ｃｏｍ／ｆｉｌｅｓ／ｕ１／Ｌｕｍｉｎｉｔ＿ＣａｐＢｒｏｃｈ＿Ｆ３＿９＿１２＿ｌｏ．ｐｄｆ．から入手可能なルミニット社（カリフォルニア州トーランス）の冊子「Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ」の第４頁に示されている。各レンズの大きさは、通常、ＯＬＥＤデバイスの全体よりも小さく、取り出される光の波長と同等、又はそれより大きい。
【００５６】
一般的に、本明細書に開示される光学部品は、マイクロレンズアレイを取得し、本明細書に開示されるバリア膜材料をマイクロレンズアレイ上に成膜して、該アレイに形状適合的に接するようにバリア膜を形成することによって作製される。図１及び図２を参照して開示したように、その他の層をバリア膜の前後に配置してよい。
【００５７】
実験及びモデリング
【００５８】
上述したバリア特性に加えて、バリア膜層は、特にＭＬＡ構造が、被覆材料よりも高い屈折率を有する場合に、界面での反射を低減させることによる更なる利点を提供してよい。
【００５９】
ｎ１とｎ２との間の界面における法線入射光の反射損失Ｒ１２は、Ｒ１２＝（ｎ１−ｎ２）２／（ｎ１＋ｎ２）２に等しい。
ｎ１＝１．７且つｎ２＝１．０（空気）の場合、損失は６．７％である。
【００６０】
屈折率がｎ３（ｎ１＞ｎ３＞ｎ２）の第３の材料を使用した場合、反射損失は、Ｒ１３２＝（ｎ１−ｎ３）２／（ｎ１＋ｎ３）２＋（ｎ３−ｎ２）２／（ｎ３＋ｎ２）２と推定することができる。
上記式では、第１の界面での損失は小さいと仮定されている。本明細書に開示される実験に係るバリア膜の屈折率は約１．４６である。このようなバリアを屈折率が１．７のＭＬＡ上で被覆材料として使用すると、反射損失は４．１％に低減される。
【００６１】
上記の理論によると、基板よりも屈折率が高い被膜は、反射による損失を著しく増加させる。このモデルは、法線入射の反射損失という単純なケースのみを考慮している。
【００６２】
光取り出しの影響を含む重要な要因の全てを説明するべく、更なるモデリングを行った。その結果、マイクロレンズアレイ上に低屈折率の被膜を配置することにより、マイクロレンズアレイが基板から光をアウトカップリングする効率が低下しうることが示唆された。１μｍの形状適合的被膜が、マイクロレンズのアレイと、それらの間の平坦領域とを被覆する場合を考慮した。アウトカップリングは、被膜の屈折率ｎｃ＝１の場合、及びｎｃ＝ｎｓｕｂ（ｎｓｕｂは、基板及びマイクロレンズの屈折率）の場合に最適であった。ｎｃ＝１の場合は、被膜は存在しない。被膜の存在により、ｎｃ＝ｎｓｕｂの場合に、マイクロレンズが僅かに拡大されることが分かったが、他の光学的効果はなかった。アウトカップリングは、ｎｃ＝１の場合とｎｃ＝ｎｓｕｂの場合との中間辺りで極小に達することが分かった。アウトカップリング効率は、ｎｃ＞ｎｓｕｂの場合、急速に低下することが分かった。
【００６３】
これらの結果は、モデル化される部品の配置、屈折率、及び反射率のみを考慮した光線追跡モデルを使用して得られた。薄膜干渉等の波長依存的効果はなかった。図９（ａ）に示すアウトカップリングは、ＯＬＥＤによって基板に導入された光のうち空気中にアウトカップリングされた部分として表されており、対応する構造が図９（ｂ）に示されている。マイクロレンズの六角形状アレイが、単位表面領域を表す長方形状セルを使用してモデル化されている。各セルは、ＯＬＥＤ層から、屈折率整合したマイクロレンズを有する基板の上部にまで延伸する。垂直方向壁面は、完全鏡映対称境界条件である。セルの上部には少容量の空気（ｎ＝１）が存在しており、広角度で屈折した光を対称境界条件で遇することができるようになっている。光は、基板の底部にランバート分布で入射する。デバイス層は、入射光に対して８０％反射ミラーとして機能する。薄膜形状適合被膜が、マイクロレンズ及び基板を包囲している。ｎｃは、ｎｓｕｂの２つの異なる値に対して、１から２の間で変更される。ｎｓｕｂ＝１．５は、ソーダ石灰ガラス及び大半の一般的なプラスチックに対応する。ｎｓｕｂ＝１．７は、基板の屈折率がＯＬＥＤ層に整合された場合を取り扱う。
【００６４】
一例の光学部品を本明細書に開示された通りに作製した。ハイブリッドバリアをマイクロレンズアレイ膜上に成膜し、ＳＥＭ写真を撮像して被覆率を調べた。この実験では、カプトンテープを使用してＭＬＡ面の一部を被覆し、被覆されていない領域と被覆された領域との対照比較を可能にした。図１０は、サンプルを斜めから見たＳＥＭ像を示す。サンプルの右半分をバリアで被覆し、左半分をテープで被覆してＭＬＡ面にバリアが成膜されないようにした。被膜処理を行った後、テープを除去すると、図１０に示すように、サンプルの中心に跡が残った。各レンズの直径は、約５０μｍである。画像の右側から示されるように、ＭＬＡは、平滑なバリア層で均一に被覆され、レンズ形状は十分に保たれている。エネルギー分散Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析を行って、材料の組成を調べた。その結果、左側は、主にマイクロレンズのプラスチックの炭素からなり（図１１）、右側にはバリア膜の主組成元素であるＳｉが優勢に存在する（図１２）ことが示された。ＥＤＳデータは、レンズの右半分がバリア材料によって被覆されていることを示す。
【００６５】
カプトンテープを使用し、ＭＬＡの面が平坦ではないので、被覆領域と非被覆領域との境界がくっきりしていない。図１３は、ＭＬＡ面上の被膜が明確に観察される一区画を示す。被膜の厚さは、５８１ｎｍと測定された。
【００６６】
本明細書に記載された各実施形態は、例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定することは意図されていないことは理解されよう。たとえば、本明細書に記載した材料及び構造の多くは、本発明の趣旨から逸脱することなく、その他の材料及び構造に置き換えてよい。従って、特許請求される本発明は、当業者には明らかであろうように、本明細書に記載した特定の例及び好適な実施形態からの変更を含む。本発明の各機能理論は、限定を意図したものでないことは理解されよう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】米国特許第５，８４４，３６３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３０３，２３８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７０７，７４５号明細書
【特許文献４】米国特許第７，２７９，７０４号明細書
【００６８】
１００  有機発光デバイス
１１０  基板
１１５  アノード
１２０  正孔注入層
１２５  正孔輸送層
１３０  電子ブロッキング層
１３５  発光層
１４０  正孔ブロッキング層
１４５  電子輸送層
１５０  電子注入層
１５５  保護層
１６０  カソード
１６２  第一の導電層
１６４  第二の導電層
１７０  バリア層
２００  反転させたＯＬＥＤ、デバイス
２１０  基板
２１５  カソード
２２０  発光層
２２５  正孔輸送層
２３０  アノード
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１３】
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