放射線を発するデバイスおよび該デバイスの製造方法
【課題】放射線を発するデバイスおよび該デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】該デバイスは、基板、基板上の放射線を発する機能領域、放射線を発する機能領域の光路中に配置された、ポシシルセスキオキサンと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料、を有する。
【効果】該デバイスはアウトカプリングされる放射線の増大に基づいて放射線アウトカプリング材料を有していないデバイスと比較して、より高い輝度を有する。
【解決手段】該デバイスは、基板、基板上の放射線を発する機能領域、放射線を発する機能領域の光路中に配置された、ポシシルセスキオキサンと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料、を有する。
【効果】該デバイスはアウトカプリングされる放射線の増大に基づいて放射線アウトカプリング材料を有していないデバイスと比較して、より高い輝度を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を発するデバイスおよび該デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
刊行物の"Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium"、Applied Physics Letters、第７６巻、第１０号（２０００年３月６日）は、ガラス基板と、該ガラス基板に結合されたサブミクロンサイズを有するシリカ球の六方最密配列の単相とを有する有機薄膜をベースとし、該ガラス基板を通って全ての表面放射が放出される有機発光デバイスである「ＯＬＥＤ」を開示している。このシリカ微小球の配列は、ガラス基板内に導かれる波である光を散乱し、かつ観察者に対する発光量の増加に寄与する。
【非特許文献１】Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium"、Applied Physics Letters、第７６巻、第１０号（２０００年３月６日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題はデバイスにより発生する放射線のアウトカプリング効率が改善された、放射線を発する電子デバイスおよび該デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題は本発明により、
基板、
基板上の放射線を発する機能領域、
放射線を発する機能領域の光路中に配置された、ポシシルセスキオキサンと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料
を有する、放射線を発する電子デバイスにより解決されることが判明した。
【０００５】
本発明の有利な実施態様および放射線を発する電子デバイスを製造する方法はさらなる独立請求項および従属請求項の対象である。
【０００６】
このようなデバイスは、放射線アウトカプリング材料に基づいて、該放射線アウトカプリング材料を有していない同様のデバイスと比較してより高い外部の放射線効率を有する。無機ナノ粒子は特に放射線アウトカプリング材料中に散乱中心を有し、このことにより該デバイス中でのアウトカプリングされる放射線のフラクションが増大する。ポリシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）材料は無機ナノ粒子がその中に分散しているマトリックスを形成することができ、これによりいわゆるゲスト・ホスト系（ゲスト＝ＰＯＳＳ、ホスト＝無機ナノ粒子）が形成される。
【０００７】
ポリシルセスキオキサンという用語は一般式Ｓｉ2nＲ2nＯ3n［式中、指数ｎは負でない整数であり、かつ全ての置換基Ｒは相互に無関係に任意の置換基、たとえば無機置換基、たとえば水素または有機置換基、たとえばアルキル基であってよく、該基は潜在的に別の官能基を有していてよい］の高分子シリカ−酸素化合物を表す。有機置換基はたとえばＳｉ原子のような無機原子を有していてもよい。指数ｎは、かご型ＰＯＳＳ材料については、任意の数、有利にはｎ＝１０〜１２であってよい。
【０００８】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、放射線アウトカプリング材料の放出された放射線に対してほぼ透過性である。「ほぼ透過性」という用語は放射線アウトカプリング材料が放出された放射線に関して少なくとも５０％、又は７０％、有利には９０％より大、最も有利には９５％より大の透過性を有することを意味する。放射線アウトカプリング材料の透過性はたとえばデンシトメーター又は透過分光光度計を使用して測定することができる。また、透過性を、試料の吸光度の測定により測定することも可能である。
【０００９】
ナノ粒子は約１００ｎｍ〜１μｍ、有利には２００ｎｍ〜５００ｎｍの寸法を有していてもよく、または１の次元において１００ｎｍより小さい寸法を有していてもよい。その小さい寸法に基づいて、ナノ粒子は発された放射線を吸収しすぎることなく機能領域により生じた放射線を効果的に散乱することができる（たとえば図４を参照のこと）。
【００１０】
その他の高分子材料、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネートと比較して、ポリシルセスキオキサンはより高いガラス転移温度Ｔｇを有し、かつ該材料の老化の温度依存性が低減していることに基づいて耐久性が向上するという利点を有する。
【００１１】
無機ナノ粒子を含有するポリシルセスキオキサンマトリックスは放射線の屈折により電子デバイスによって発生する放射線の、より高いアウトカプリングを提供することもできる（たとえば図４を参照のこと）。
【００１２】
放射線アウトカップリグ材料のポリシルセスキオキサンは以下の一般式
【化１】
［式中、置換基Ｒは有機エポキシド、水素、アルキル基、アルコール、アルコキシ基及びエステル基から選択され、かつ
置換基Ｒ′は相互に無関係にアルキル＝Ｃ1〜Ｃ12−アルキル基を有する−Ｏ−Ｓｉ（アルキル）2−グリシドキシ−アルキル−基を表し、従って以下の一般式
【化２】
の分子が生じるか、
あるいは３つのＲ′基は一緒になって、架橋基を形成し、以下の一般式
【化３】
を有する分子が生じてもよい］の分子を反応させることにより得られる。
【００１３】
上記の一般式を有する分子はポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との異なった組み合わせのために、たとえば置換基ＲまたはＲ′を異なった適用のためにふさわしくするために変更することによって、容易に適合させることができる。たとえば置換基ＲまたはＲ′としての有機エポキシドを上記の分子に導入して、これらの分子が重合して最終的なポリシルセスキオキサンが得られるために重要な側鎖を生じることができる。上記の一般式を有するシルセスキオキサンモノマーは有利には、重合のために使用される官能基、たとえばエポキシド基を有する１もしくは２の置換基Ｒを有する。これらの基はモノマーをポリマーの網状構造へ組み込むために使用することができる。モノマーがポリマー鎖の末端を形成するか、またはより大きな鎖の内部に存在するかに依存して、１、２、３またはそれ以上の置換基Ｒが重合可能な基を有していてもよい。２より多くの重合可能な基を有するモノマーはたとえばポリシルセスキオキサンの高度に架橋した網状構造を形成するために使用することができ、このことによりそれほど高度に架橋していないポリシルセスキオキサンと比較してこのポリマーの化学的性質も変化させる。
【００１４】
置換基Ｒは良好な可溶化および無機ナノ粒子との相容性を保証するために、未反応の有機基を有していてもよい。また置換基Ｒは、粘度の調整をも可能にする。たとえばＲは直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、有機エポキシド、水素、アルコール、アルコキシ基およびエステル基からなる群から選択することができる。さらに、１もしくは複数の置換基Ｒは重合、たとえば共重合または単独重合のための１もしくは複数の反応性の基を有していてもよい。このような一般式を有する分子は熱的におよび化学的に丈夫なハイブリッドの有機／無機ポリシルセスキオキサンフレームワークへと容易に組み込むことができる。上記の一般式を有する分子の反応により得られるポリシルセスキオキサン材料は、放射線アウトカプリング材料の無機ナノ粒子のためのマトリックスとして容易に使用することができる。上記の式および無機ナノ粒子を有するシスセスキオキサンモノマーは有利に混合され、かつ次いで熱または紫外線を使用して重合して放射アウトカプリング材料を形成する。
【００１５】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスはＯＬＥＤを含んでいてよい。ＯＬＥＤデバイスは基板上配置された機能性スタックを有する。機能性スタックは２の導電性の第一の層および第二の層の間にサンドイッチ状に挟まれた少なくとも１もしくは複数の有機機能層を有する。導電層は電極（陰極および陽極）として機能する。電極に電圧が印加されると、電荷キャリアがこれらの電極を通過して機能層へと注入され、かつ電荷キャリアが再結合する際に可視光線が放射されうる（エレクトロルミネセンス）。基板上の有機機能性スタックは、たとえばガラスまたはセラミックからなっていてよいキャップにより包囲されていてもよい。このようなＯＬＥＤデバイスにより発される放射線はたとえば約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視領域であってもよいし、または赤外線または紫外線領域で発光される光であってもよい。第一の導電層はたとえば透過性材料、たとえばスズ・インジウム・オキシドＩＴＯ／酸化亜鉛を有し、かつ第二の導電層はたとえばＣａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ａｇ、Ａｌのような金属またはこれらの混合物を含有していてもよく、あるいは上記の第一の導電層の透過性材料を含有していてもよい。また第二の導電層は、例えばＬｉＦ又はＣｓＦの薄層を含んでもよい。
【００１６】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスはたとえばＺｎＳを機能性材料として含むたとえば無機発光ＬＥＤを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料はポリシルセスキオキサンを３０〜７０質量％および無機ナノ粒子を７０〜３０質量％含有していてよい。このような質量％範囲のポリシルセスキオキサンおよび透過性無機ナノ粒子内で、放射線を発する電子デバイスにより発生する放射線の大部分は、屈折および散乱によってデバイスの外部へと結合され、かつデバイスの内部へと逆散乱または逆反射しない。有利には放射線アウトカプリング材料は約３０質量％のポリシルセスキオキサン、約７０質量％の無機ナノ粒子または５０質量％のＰＯＳＳおよび５０質量％の無機ナノ粒子を含有する。
【００１８】
放射線アウトカプリング材料の無機ナノ粒子は金属酸化物粒子を含んでいてもよく、たとえば該酸化物粒子は二酸化チタン、酸化亜鉛およびインジウムスズ酸化物から選択されていてもよい。これらの材料は特に電子デバイスから発される散乱放射線のための無機ナノ粒子として使用するために適切である。本発明のこの実施態様の放射線を発する電子デバイスのもう１つの利点は、使用される無機ナノ粒子がすでに酸化された形であり、かつ寸法において均一である。従ってポリシルセスキオキサンおよび無機ナノ粒子の組成は十分に定義されており、かつ均一である。ポリシルセスキオキサンマトリックスの引きつける力のあるファンデルワールス相互作用は類似の極性を生じる無機ナノ粒子の極性に合わせることもできるので、相分離が予測されることなく、かつ長期安定性に関する条件は広く与えられる。
【００１９】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、その中に分散した無機ナノ粒子を有するポリシルセスキオキサンマトリックスを有し、その際、ナノ粒子はポリシルセスキオキサンマトリックスよりも高い屈折率を有する。このような材料は特にデバイスにより発される放射線を散乱させるために十分に適合されており、従って放射線がデバイスから外側へ放射される。この場合、ポリシルセスキオキサンマトリックスは約１．６の屈折率を有し、かつナノ粒子は約１．７〜２．２、または１．６〜１．７の屈折率を有していてよい。有利には放射線アウトカプリング材料の屈折率はできる限り高い方がよい。
【００２０】
放射線アウトカプリング材料はさらに、放射線を発する機能領域上に層状で配置されていてもよい。従って配置は、機能領域により低減された放射線の極めて効果的なアウトカプリング効果を生じうる。
【００２１】
さらに、本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスの基板は放出される放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料は有利には層状で基板の主要な表面領域の１の上に配置されていることが可能である。この場合、機能領域により放出される放射線は透過性の基板を介して効果的にデバイスの外部に放射することができる。
【００２２】
基板はさらに、ガラス、金属、ポリマー、シリコンおよびセラミックから選択されていてよい。
【００２３】
これらの材料はたとえば放出される放射線に対して該材料がほぼ透過性であるように設計されていてもよく、かつさらに基板がほぼ透過性であるのみではなく、フレキシブルでもあるように設計されていてもよい。このことはたとえばフレキシブルでほぼ透過性の基板を形成するために、透過性のポリマーを使用することにより行うことができる。上記のとおり、「ほぼ透過性」という用語は、基板が、少なくとも７０〜８０％、有利には９０％以上が発される放射線に対して透過性であることを意味する。
【００２４】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスは、さらに放射線を発する機能領域をカプセル化するキャップを有していてもよい。このキャップは放出される放射線に対してほぼ透過性であってもよく、かつこの場合、放射線アウトカプリング材料は有利には放射線を発する機能領域と、キャップとの間に配置されて、キャップを通過して放出される放射線のアウトカプリング効率を向上する。このようなキャップを有する放射線を発する電子デバイスは、基板および透過性キャップを同時に通過して放射線を放出するために、透過性基板のみを有するか、または透過性なキャップのみを有するか、または透過性基板と透過性キャップの両方を有していてもよい。
【００２５】
透過性な無機ナノ粒子は二酸化チタンのナノ粒子であってよい。二酸化チタンは有利にはルチル変態である。
【００２６】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、少なくとも１の第一の副層および第二の副層を有しており、該副層はポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との異なった比率を有する（濃度勾配）。
【００２７】
有利には少なくとも２の副層中のポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との比率は、デバイスの外側により近い第二の副層が、デバイスの内部により近い位置に配置されている第一の副層よりも低い屈折率を有するように変更する。このような屈折率の変更は有利に、第二の副層の屈折率と、空気の屈折率（約１．０）との間の差を低減することができ、従っていわゆる「インデックス・ジャンプ(index jump)」を低減することができ、かつアウトカプリングされる放射線のフラクションを増大することができる。放射線アウトカプリング材料が、デバイスの内部から外部へ向かって次第に減少する屈折率を有する２より多くの副層、たとえば３もしくは４の副層を有していることも可能である。副層の屈折率はポリシルセスキオキサン対無機ナノ粒子の比率を変更することにより（ナノ粒子が多いほど、屈折率は高い）変化させることができる。
【００２８】
本発明の１実施態様における放射線アウトカプリング材料は少なくとも１のレンズを有していてよい。レンズは放射線を焦点し、かつ１つの方向に沿って発することによって放射の主要な方向に沿って発される放射線の強度を改善することができる。図２Ａおよび２Ｂに示されているように、放射線アウトカプリング材料は、たとえば１のレンズ（図２Ａ）からなっていてもよいし、または図２Ｂに示されているような、小さいマイクロレンズの配列を有していてもよい。
【００２９】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスにけい光物質が含有されている。これらのけい光物質は放射線を発する機能領域により発された放射線を異なった波長を有する放射線へと変換することができ、このことによりたとえば放射線を発する電子デバイスにより発光される可視光の色が変化する。けい光物質はたとえばセリウム・ドープされたガーネット、窒化物けい光体またはイオンのけい光物質、たとえばＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、ＳｒＳ：Ｅｕ2+、蛍光染料、量子点または共役結合ポリマーまたはこれらの混合物であってよい。けい光物質はまたたとえば短波の放射線（たとえば青色領域に相応する）を長波の白色光へとダウンコンバートするために使用することもできる。放射線を発するデバイスのアウトプットスペクトルはこの場合、変換されていない放射線と変換された白色光との組み合わせであってよい。
【００３０】
これらのけい光物質は別の層としてデバイスの光路に配置されていてもよいし、または放射線アウトカプリング材料中に含有されていてもよい。たとえばけい光物質は、放射線アウトカプリング材料を含有する別の層のポリシルセスキオキサンマトリックス中に含有されており、この材料が放射線アウトカプリング層として、およびまた放射線変換層として機能してもよい。
【００３１】
本発明のもう１つの実施態様は、放射線を発する電子デバイスを製造する方法も記載し、この方法は次の工程を有する：
Ａ）基板を準備する工程、
Ｂ）基板上の放射線を発する機能領域を製造する工程、
Ｃ）ポリシルセスキオキサンマトリックスと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料を機能領域の光路に設ける工程。
【００３２】
本発明のこの方法の別の実施態様では、シルセスキオキサンモノマーと無機ナノ粒子のブレンドを工程Ｃ）で重合することにより放射線アウトカプリング材料を形成する。有利には溶剤、たとえば脂肪族または脂環式の溶剤、たとえばシクロヘキサン中のモノマーおよびナノ粒子の懸濁液を紫外線または熱を使用して重合する。重合工程のための温度は１００〜１８０℃であってよい。シルセスキオキサンモノマーおよび透過性の無機ナノ粒子の懸濁液は有利にはたとえば湿式堆積技術、たとえばスピンキャスティングまたはドクターブレード技術を使用して放射線を発するデバイスの基板上に形成する。基板は、ボトム発光デバイスについては透過性であり、又はトップ発光デバイスの場合には不透明であってよい。
【００３３】
本発明の方法のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料を少なくとも１のレンズの形で形成することもできる。この構造化はたとえばホットエンボス法、ＵＶエンボス法、スピンキャスティング、レーザ構造化または射出成形を使用することにより実施することができる。基板、たとえばシリコンウェハはフォトリソグラフィー技術を使用し、これにより形成すべきレンズの「ネガ」型を形成することによって構造化することができる。引き続き、放射線アウトカプリング材料のための材料を構造化されたウェハ上に適用し、かつたとえば重合により硬化させ、このことにより少なくとも１のレンズを形成する。
【００３４】
本発明の以下のいくつかの実施態様で図面および実施例に基づいてより詳細に説明する。全ての図面は説明のみを目的とした簡潔な略図である。
【００３５】
図１Ａ〜１Ｃは、ＯＬＥＤとして形成された、放射線を発する電子デバイスの異なった実施態様を示している。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｄは、１のレンズまたは複数のマイクロレンズの配列を有する放射線アウトカプリング材料を有するＯＬＥＤの異なった実施態様を示している。
【００３７】
図３Ａおよび３Ｂは、放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明のもう１つの実施態様を示している。
【００３８】
図４は、アウトカプリング材料の１の可能な作用モードを示す略図である。
【００３９】
図５は、本発明の１実施態様によるＯＬＥＤおよび通常のＯＬＥＤの間のアウトカプリングされた光における差異をグラフで示している。
【００４０】
図１Ａは本発明の１実施態様による放射線を発する電子デバイスの横断面を示している。放射線を発するデバイス１は、たとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）として形成されている。第一の電極１０Ａ、第一の電極１０Ａ上の少なくとも１の有機機能層１５および第二の電極１０Ｂの機能性スタックは透過性基板５上に配置されており、該基板は透過性材料、たとえばガラスまたは透過性ポリマーから形成されている。第一の電極１０Ａおよび基板５の間に放射線アウトカプリング材料層２０が形成されており、該層は有機機能層１５中に作成され、アウトカプリングされた光のフラクションを増強する。発光の主な方向は照合番号１００で示されている矢印により示されている。放射線アウトカプリング材料層２０は発光の主要な方向に、つまり発光有機機能領域１５の光路に配置されている。このようなＯＬＥＤがその側面１Ａ、１Ｂを通過して発光するか、またはその第二の電極１０Ｂを通過して発光する場合、付加的な放射線アウトカプリング材料層２０を側面または第二の電極に形成することもできる。
【００４１】
図１Ｂは本発明の別の１実施態様による別の有機電子デバイス１の横断面を示している。図１Ａの電子デバイスと比較して、放射線アウトカプリング材料は機能性スタック１０Ａ、１５、１０Ｂに面した基板５の主要な表面領域上に層２０の形で配置されている。この場合、ＯＬＥＤ １からのアウトカプリングされた光の量も向上することができる。
【００４２】
図１Ｃは本発明のもう１つの実施態様を示している。この場合、付加的な透過性カプセル化３０が機能性スタック１０Ａ、１５、１０Ｂ上に形成されている。このカプセル化は透過性材料、たとえばガラスまたはポリマーを使用して形成されているので、機能性スタックにより生じた光はこのカプセル化３０（これは薄膜カプセル化であってもよい）を通過して放出されうる。放射線アウトカプリング層２０はカプセル化３０と、光路１００中の第二の電極１０Ｂとの間に配置されており、発生した光の放出の主な方向を示している。図１ＣのＯＬＥＤデバイスがトップ発光のみではなく、点線の矢印１１０で示しているように、ボトム発光もするデバイスであることも可能である。この場合、図１Ａまたは１Ｂに示されているように付加的な放射線アウトカプリング材料層２０が存在していてもよい。
【００４３】
図２Ａは放射線アウトカプリング材料２０からなるレンズ２０Ａを有するＯＬＥＤデバイス１を示している。図１Ａ〜１Ｃに示されている層２０と比較して、このレンズはＯＬＥＤデバイス１の光路１００中の発光方向で発された放射線の強度を焦点することもできる。
【００４４】
図２Ｂは本発明のもう１つの実施態様によるＯＬＥＤデバイス１の別の横断面を示している。図２Ａと比較して１の大きなレンズ２０Ａではなく、多数のマイクロレンズのマイクロアレイ２０Ｆが放射線アウトカプリング材料から形成されている。このように形成されている層２０Ｆは、アウトカプリングされた光を焦点することもでき、かつアウトカプリングされた光のフラクションを増加する。かかるレンズの配列を有するデバイスは、カプセル化がより容易であり、フレキシブルレンズに使用することができ、そして１つの大きなマイクロレンズを有するＬＥＤと比較してさらに薄い。このマイクロレンズの配列はいわゆる表面レリーフ回折光学素子（surface-relief diffractive optical element：ＤＯＥ）を形成することもできる。
【００４５】
図２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ図２Ａと２Ｂのデバイスを示しているが、そこでは、機能性スタックの第二の電極１０Ｂの代わりに、大きなレンズ２０Ａとレンズのマイクロアレイ２０Ｆとの両者が基板５上に配置されている。図２Ｃと２Ｄのデバイスは両者ともボトム発光するデバイスであるが、図２Ａと２Ｂのデバイスは、トップ発光するデバイスである。本発明のもう１つの実施態様の放射線を発するデバイスは、トップ発光するデバイスとボトム発光するデバイスの両者であってもよい。
【００４６】
図３Ａは本発のもう１つの実施態様による有機の放射線を発するデバイス１の横断面を示している。この場合、放射線アウトカプリング層２０は２つの副層２０Ａおよび２０Ｂを有する。上記のとおり、両方の副層２０Ａおよび２０Ｂは異なった屈折率を有していてもよく、この屈折率は層２０Ａから２０Ｂへ向かって減少し、このことによってアウトカプリングされる光のフラクションが増大する。このような副層を有する層２０は、ポリシルセスキオキサンと、透過性無機ナノ粒子としてのたとえば二酸化チタン粒子との異なった比率を有する薄い副層を堆積することにより容易に形成することができる。
【００４７】
図３Ｂは、ボトム発光するデバイスであって、２つの副層２０Ａと２０Ｂとを有する放射線アウトカプリング層２０が基板５上に配置されているデバイスを示している。
【００４８】
図４は放射線アウトカプリング層２０の可能な作用モードの１つの横断面を示している。この層２０は均一に分散した、たとえば二酸化チタン粒子のような無機透過性ナノ粒子２０Ｃを含有するポリシルセスキオキサンマトリックス２０Ｄからなる。これらの二酸化チタン粒子はポリシルセスキオキサンマトリックス２０Ｄよりも高い屈折率を有する。ナノ粒子２０Ｃは散乱中心として作用することができ、エミッタ２５から放出される矢印２１０により示されている散乱光はさもなければ屈折に基づいてデバイス中にトラップされる。それ以外は放射線アウトカプリング層２０が照合番号２００により示されている矢印により示される屈折によって光をアウトカプリングする。
【００４９】
図１〜４に示されている全ての実施態様において、透過性な無機ナノ粒子は二酸化チタン粒子である。
【実施例】
【００５０】
二酸化チタン粒子（粒径３００ｎｍ）７０質量％および以下の式：
【化４】
［式中、Ｒはイソ−ブチルを表す］のトリス−グリシジルイソプロピル−シルセスキオキサンモノマー３０質量％を含有するシクロヘキサン（溶液中の全質量の１０質量％）中の分散液をスピンコーティングによりＯＬＥＤデバイスの透過性基板上に施与した。引き続き真空を５分間使用して該膜を室温で３０分間乾燥させ、かつさらにアルゴン雰囲気下に２４０℃で重合した。
【００５１】
このＯＬＥＤデバイスの輝度を、放射線アウトカプリング材料を有していない通常のＯＬＥＤデバイスの輝度と比較した。この比較の結果は図５のグラフに示されている。ｘ軸は観察角度を角度［゜］で示しており、かつｙ軸は輝度を［Ｃｄ／ｍ2］で示している。照合番号３００で示されている曲線は、本発明による放射線アウトカプリング領域を有するＯＬＥＤデバイスの輝度を示しており、かつ照合番号３１０で示されている曲線は放射線アウトカプリング層を有していない通常のＯＬＥＤデバイスの同一の輝度を示している。放射線アウトカプリング層はＯＬＥＤデバイスの輝度を増強することが明らかに見て取れる（０℃で１０％の増強）。
【００５２】
本発明は上記の実施例に限定されるものではない。本発明は、それぞれの新規の特性およびそれぞれの特性の組み合わせで実施され、これはこの特徴またはこの特徴の組み合わせが特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていないとしても、特に特許請求の範囲に記載された特徴の全ての組み合わせを含むものである。本発明の変法はたとえば無機ナノ粒子の組成および粒径ならびに放射線アウトカプリング材料および基板の形状および層配列に関して可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図１Ｂ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図１Ｃ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ａ】１のレンズを有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｂ】複数のマイクロレンズ配列を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｃ】１のレンズを有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｄ】複数のマイクロレンズ配列を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図３Ａ】放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図３Ｂ】放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図４】アウトカプリング材料の作用モードを略図で示す図
【図５】本発明によるＯＬＥＤおよび通常のＯＬＥＤの輝度を示すグラフの図
【符号の説明】
【００５４】
１ 電子デバイス、 ５ 基板、 １０Ａ 第一の電極、 １０Ｂ 第二の電極、１５ 機能層、 １００ 光路、 ２０ アウトカプリング材料、 ２０Ａ 第一の副層、 ２０Ｂ 第二の副層、 ２０Ｃ 無機ナノ粒子、 ２０Ｄ ポリシルセスキオキサンマトリックス、 ２０Ｅ、２０Ｆ レンズ、 ３０ キャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を発するデバイスおよび該デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
刊行物の"Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium"、Applied Physics Letters、第７６巻、第１０号（２０００年３月６日）は、ガラス基板と、該ガラス基板に結合されたサブミクロンサイズを有するシリカ球の六方最密配列の単相とを有する有機薄膜をベースとし、該ガラス基板を通って全ての表面放射が放出される有機発光デバイスである「ＯＬＥＤ」を開示している。このシリカ微小球の配列は、ガラス基板内に導かれる波である光を散乱し、かつ観察者に対する発光量の増加に寄与する。
【非特許文献１】Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium"、Applied Physics Letters、第７６巻、第１０号（２０００年３月６日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題はデバイスにより発生する放射線のアウトカプリング効率が改善された、放射線を発する電子デバイスおよび該デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題は本発明により、
基板、
基板上の放射線を発する機能領域、
放射線を発する機能領域の光路中に配置された、ポシシルセスキオキサンと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料
を有する、放射線を発する電子デバイスにより解決されることが判明した。
【０００５】
本発明の有利な実施態様および放射線を発する電子デバイスを製造する方法はさらなる独立請求項および従属請求項の対象である。
【０００６】
このようなデバイスは、放射線アウトカプリング材料に基づいて、該放射線アウトカプリング材料を有していない同様のデバイスと比較してより高い外部の放射線効率を有する。無機ナノ粒子は特に放射線アウトカプリング材料中に散乱中心を有し、このことにより該デバイス中でのアウトカプリングされる放射線のフラクションが増大する。ポリシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）材料は無機ナノ粒子がその中に分散しているマトリックスを形成することができ、これによりいわゆるゲスト・ホスト系（ゲスト＝ＰＯＳＳ、ホスト＝無機ナノ粒子）が形成される。
【０００７】
ポリシルセスキオキサンという用語は一般式Ｓｉ2nＲ2nＯ3n［式中、指数ｎは負でない整数であり、かつ全ての置換基Ｒは相互に無関係に任意の置換基、たとえば無機置換基、たとえば水素または有機置換基、たとえばアルキル基であってよく、該基は潜在的に別の官能基を有していてよい］の高分子シリカ−酸素化合物を表す。有機置換基はたとえばＳｉ原子のような無機原子を有していてもよい。指数ｎは、かご型ＰＯＳＳ材料については、任意の数、有利にはｎ＝１０〜１２であってよい。
【０００８】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、放射線アウトカプリング材料の放出された放射線に対してほぼ透過性である。「ほぼ透過性」という用語は放射線アウトカプリング材料が放出された放射線に関して少なくとも５０％、又は７０％、有利には９０％より大、最も有利には９５％より大の透過性を有することを意味する。放射線アウトカプリング材料の透過性はたとえばデンシトメーター又は透過分光光度計を使用して測定することができる。また、透過性を、試料の吸光度の測定により測定することも可能である。
【０００９】
ナノ粒子は約１００ｎｍ〜１μｍ、有利には２００ｎｍ〜５００ｎｍの寸法を有していてもよく、または１の次元において１００ｎｍより小さい寸法を有していてもよい。その小さい寸法に基づいて、ナノ粒子は発された放射線を吸収しすぎることなく機能領域により生じた放射線を効果的に散乱することができる（たとえば図４を参照のこと）。
【００１０】
その他の高分子材料、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネートと比較して、ポリシルセスキオキサンはより高いガラス転移温度Ｔｇを有し、かつ該材料の老化の温度依存性が低減していることに基づいて耐久性が向上するという利点を有する。
【００１１】
無機ナノ粒子を含有するポリシルセスキオキサンマトリックスは放射線の屈折により電子デバイスによって発生する放射線の、より高いアウトカプリングを提供することもできる（たとえば図４を参照のこと）。
【００１２】
放射線アウトカップリグ材料のポリシルセスキオキサンは以下の一般式
【化１】
［式中、置換基Ｒは有機エポキシド、水素、アルキル基、アルコール、アルコキシ基及びエステル基から選択され、かつ
置換基Ｒ′は相互に無関係にアルキル＝Ｃ1〜Ｃ12−アルキル基を有する−Ｏ−Ｓｉ（アルキル）2−グリシドキシ−アルキル−基を表し、従って以下の一般式
【化２】
の分子が生じるか、
あるいは３つのＲ′基は一緒になって、架橋基を形成し、以下の一般式
【化３】
を有する分子が生じてもよい］の分子を反応させることにより得られる。
【００１３】
上記の一般式を有する分子はポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との異なった組み合わせのために、たとえば置換基ＲまたはＲ′を異なった適用のためにふさわしくするために変更することによって、容易に適合させることができる。たとえば置換基ＲまたはＲ′としての有機エポキシドを上記の分子に導入して、これらの分子が重合して最終的なポリシルセスキオキサンが得られるために重要な側鎖を生じることができる。上記の一般式を有するシルセスキオキサンモノマーは有利には、重合のために使用される官能基、たとえばエポキシド基を有する１もしくは２の置換基Ｒを有する。これらの基はモノマーをポリマーの網状構造へ組み込むために使用することができる。モノマーがポリマー鎖の末端を形成するか、またはより大きな鎖の内部に存在するかに依存して、１、２、３またはそれ以上の置換基Ｒが重合可能な基を有していてもよい。２より多くの重合可能な基を有するモノマーはたとえばポリシルセスキオキサンの高度に架橋した網状構造を形成するために使用することができ、このことによりそれほど高度に架橋していないポリシルセスキオキサンと比較してこのポリマーの化学的性質も変化させる。
【００１４】
置換基Ｒは良好な可溶化および無機ナノ粒子との相容性を保証するために、未反応の有機基を有していてもよい。また置換基Ｒは、粘度の調整をも可能にする。たとえばＲは直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、有機エポキシド、水素、アルコール、アルコキシ基およびエステル基からなる群から選択することができる。さらに、１もしくは複数の置換基Ｒは重合、たとえば共重合または単独重合のための１もしくは複数の反応性の基を有していてもよい。このような一般式を有する分子は熱的におよび化学的に丈夫なハイブリッドの有機／無機ポリシルセスキオキサンフレームワークへと容易に組み込むことができる。上記の一般式を有する分子の反応により得られるポリシルセスキオキサン材料は、放射線アウトカプリング材料の無機ナノ粒子のためのマトリックスとして容易に使用することができる。上記の式および無機ナノ粒子を有するシスセスキオキサンモノマーは有利に混合され、かつ次いで熱または紫外線を使用して重合して放射アウトカプリング材料を形成する。
【００１５】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスはＯＬＥＤを含んでいてよい。ＯＬＥＤデバイスは基板上配置された機能性スタックを有する。機能性スタックは２の導電性の第一の層および第二の層の間にサンドイッチ状に挟まれた少なくとも１もしくは複数の有機機能層を有する。導電層は電極（陰極および陽極）として機能する。電極に電圧が印加されると、電荷キャリアがこれらの電極を通過して機能層へと注入され、かつ電荷キャリアが再結合する際に可視光線が放射されうる（エレクトロルミネセンス）。基板上の有機機能性スタックは、たとえばガラスまたはセラミックからなっていてよいキャップにより包囲されていてもよい。このようなＯＬＥＤデバイスにより発される放射線はたとえば約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視領域であってもよいし、または赤外線または紫外線領域で発光される光であってもよい。第一の導電層はたとえば透過性材料、たとえばスズ・インジウム・オキシドＩＴＯ／酸化亜鉛を有し、かつ第二の導電層はたとえばＣａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ａｇ、Ａｌのような金属またはこれらの混合物を含有していてもよく、あるいは上記の第一の導電層の透過性材料を含有していてもよい。また第二の導電層は、例えばＬｉＦ又はＣｓＦの薄層を含んでもよい。
【００１６】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスはたとえばＺｎＳを機能性材料として含むたとえば無機発光ＬＥＤを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料はポリシルセスキオキサンを３０〜７０質量％および無機ナノ粒子を７０〜３０質量％含有していてよい。このような質量％範囲のポリシルセスキオキサンおよび透過性無機ナノ粒子内で、放射線を発する電子デバイスにより発生する放射線の大部分は、屈折および散乱によってデバイスの外部へと結合され、かつデバイスの内部へと逆散乱または逆反射しない。有利には放射線アウトカプリング材料は約３０質量％のポリシルセスキオキサン、約７０質量％の無機ナノ粒子または５０質量％のＰＯＳＳおよび５０質量％の無機ナノ粒子を含有する。
【００１８】
放射線アウトカプリング材料の無機ナノ粒子は金属酸化物粒子を含んでいてもよく、たとえば該酸化物粒子は二酸化チタン、酸化亜鉛およびインジウムスズ酸化物から選択されていてもよい。これらの材料は特に電子デバイスから発される散乱放射線のための無機ナノ粒子として使用するために適切である。本発明のこの実施態様の放射線を発する電子デバイスのもう１つの利点は、使用される無機ナノ粒子がすでに酸化された形であり、かつ寸法において均一である。従ってポリシルセスキオキサンおよび無機ナノ粒子の組成は十分に定義されており、かつ均一である。ポリシルセスキオキサンマトリックスの引きつける力のあるファンデルワールス相互作用は類似の極性を生じる無機ナノ粒子の極性に合わせることもできるので、相分離が予測されることなく、かつ長期安定性に関する条件は広く与えられる。
【００１９】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、その中に分散した無機ナノ粒子を有するポリシルセスキオキサンマトリックスを有し、その際、ナノ粒子はポリシルセスキオキサンマトリックスよりも高い屈折率を有する。このような材料は特にデバイスにより発される放射線を散乱させるために十分に適合されており、従って放射線がデバイスから外側へ放射される。この場合、ポリシルセスキオキサンマトリックスは約１．６の屈折率を有し、かつナノ粒子は約１．７〜２．２、または１．６〜１．７の屈折率を有していてよい。有利には放射線アウトカプリング材料の屈折率はできる限り高い方がよい。
【００２０】
放射線アウトカプリング材料はさらに、放射線を発する機能領域上に層状で配置されていてもよい。従って配置は、機能領域により低減された放射線の極めて効果的なアウトカプリング効果を生じうる。
【００２１】
さらに、本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスの基板は放出される放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料は有利には層状で基板の主要な表面領域の１の上に配置されていることが可能である。この場合、機能領域により放出される放射線は透過性の基板を介して効果的にデバイスの外部に放射することができる。
【００２２】
基板はさらに、ガラス、金属、ポリマー、シリコンおよびセラミックから選択されていてよい。
【００２３】
これらの材料はたとえば放出される放射線に対して該材料がほぼ透過性であるように設計されていてもよく、かつさらに基板がほぼ透過性であるのみではなく、フレキシブルでもあるように設計されていてもよい。このことはたとえばフレキシブルでほぼ透過性の基板を形成するために、透過性のポリマーを使用することにより行うことができる。上記のとおり、「ほぼ透過性」という用語は、基板が、少なくとも７０〜８０％、有利には９０％以上が発される放射線に対して透過性であることを意味する。
【００２４】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスは、さらに放射線を発する機能領域をカプセル化するキャップを有していてもよい。このキャップは放出される放射線に対してほぼ透過性であってもよく、かつこの場合、放射線アウトカプリング材料は有利には放射線を発する機能領域と、キャップとの間に配置されて、キャップを通過して放出される放射線のアウトカプリング効率を向上する。このようなキャップを有する放射線を発する電子デバイスは、基板および透過性キャップを同時に通過して放射線を放出するために、透過性基板のみを有するか、または透過性なキャップのみを有するか、または透過性基板と透過性キャップの両方を有していてもよい。
【００２５】
透過性な無機ナノ粒子は二酸化チタンのナノ粒子であってよい。二酸化チタンは有利にはルチル変態である。
【００２６】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料は、少なくとも１の第一の副層および第二の副層を有しており、該副層はポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との異なった比率を有する（濃度勾配）。
【００２７】
有利には少なくとも２の副層中のポリシルセスキオキサンと無機ナノ粒子との比率は、デバイスの外側により近い第二の副層が、デバイスの内部により近い位置に配置されている第一の副層よりも低い屈折率を有するように変更する。このような屈折率の変更は有利に、第二の副層の屈折率と、空気の屈折率（約１．０）との間の差を低減することができ、従っていわゆる「インデックス・ジャンプ(index jump)」を低減することができ、かつアウトカプリングされる放射線のフラクションを増大することができる。放射線アウトカプリング材料が、デバイスの内部から外部へ向かって次第に減少する屈折率を有する２より多くの副層、たとえば３もしくは４の副層を有していることも可能である。副層の屈折率はポリシルセスキオキサン対無機ナノ粒子の比率を変更することにより（ナノ粒子が多いほど、屈折率は高い）変化させることができる。
【００２８】
本発明の１実施態様における放射線アウトカプリング材料は少なくとも１のレンズを有していてよい。レンズは放射線を焦点し、かつ１つの方向に沿って発することによって放射の主要な方向に沿って発される放射線の強度を改善することができる。図２Ａおよび２Ｂに示されているように、放射線アウトカプリング材料は、たとえば１のレンズ（図２Ａ）からなっていてもよいし、または図２Ｂに示されているような、小さいマイクロレンズの配列を有していてもよい。
【００２９】
本発明のもう１つの実施態様では、放射線を発する電子デバイスにけい光物質が含有されている。これらのけい光物質は放射線を発する機能領域により発された放射線を異なった波長を有する放射線へと変換することができ、このことによりたとえば放射線を発する電子デバイスにより発光される可視光の色が変化する。けい光物質はたとえばセリウム・ドープされたガーネット、窒化物けい光体またはイオンのけい光物質、たとえばＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、ＳｒＳ：Ｅｕ2+、蛍光染料、量子点または共役結合ポリマーまたはこれらの混合物であってよい。けい光物質はまたたとえば短波の放射線（たとえば青色領域に相応する）を長波の白色光へとダウンコンバートするために使用することもできる。放射線を発するデバイスのアウトプットスペクトルはこの場合、変換されていない放射線と変換された白色光との組み合わせであってよい。
【００３０】
これらのけい光物質は別の層としてデバイスの光路に配置されていてもよいし、または放射線アウトカプリング材料中に含有されていてもよい。たとえばけい光物質は、放射線アウトカプリング材料を含有する別の層のポリシルセスキオキサンマトリックス中に含有されており、この材料が放射線アウトカプリング層として、およびまた放射線変換層として機能してもよい。
【００３１】
本発明のもう１つの実施態様は、放射線を発する電子デバイスを製造する方法も記載し、この方法は次の工程を有する：
Ａ）基板を準備する工程、
Ｂ）基板上の放射線を発する機能領域を製造する工程、
Ｃ）ポリシルセスキオキサンマトリックスと無機ナノ粒子とを含有する放射線アウトカプリング材料を機能領域の光路に設ける工程。
【００３２】
本発明のこの方法の別の実施態様では、シルセスキオキサンモノマーと無機ナノ粒子のブレンドを工程Ｃ）で重合することにより放射線アウトカプリング材料を形成する。有利には溶剤、たとえば脂肪族または脂環式の溶剤、たとえばシクロヘキサン中のモノマーおよびナノ粒子の懸濁液を紫外線または熱を使用して重合する。重合工程のための温度は１００〜１８０℃であってよい。シルセスキオキサンモノマーおよび透過性の無機ナノ粒子の懸濁液は有利にはたとえば湿式堆積技術、たとえばスピンキャスティングまたはドクターブレード技術を使用して放射線を発するデバイスの基板上に形成する。基板は、ボトム発光デバイスについては透過性であり、又はトップ発光デバイスの場合には不透明であってよい。
【００３３】
本発明の方法のもう１つの実施態様では、放射線アウトカプリング材料を少なくとも１のレンズの形で形成することもできる。この構造化はたとえばホットエンボス法、ＵＶエンボス法、スピンキャスティング、レーザ構造化または射出成形を使用することにより実施することができる。基板、たとえばシリコンウェハはフォトリソグラフィー技術を使用し、これにより形成すべきレンズの「ネガ」型を形成することによって構造化することができる。引き続き、放射線アウトカプリング材料のための材料を構造化されたウェハ上に適用し、かつたとえば重合により硬化させ、このことにより少なくとも１のレンズを形成する。
【００３４】
本発明の以下のいくつかの実施態様で図面および実施例に基づいてより詳細に説明する。全ての図面は説明のみを目的とした簡潔な略図である。
【００３５】
図１Ａ〜１Ｃは、ＯＬＥＤとして形成された、放射線を発する電子デバイスの異なった実施態様を示している。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｄは、１のレンズまたは複数のマイクロレンズの配列を有する放射線アウトカプリング材料を有するＯＬＥＤの異なった実施態様を示している。
【００３７】
図３Ａおよび３Ｂは、放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明のもう１つの実施態様を示している。
【００３８】
図４は、アウトカプリング材料の１の可能な作用モードを示す略図である。
【００３９】
図５は、本発明の１実施態様によるＯＬＥＤおよび通常のＯＬＥＤの間のアウトカプリングされた光における差異をグラフで示している。
【００４０】
図１Ａは本発明の１実施態様による放射線を発する電子デバイスの横断面を示している。放射線を発するデバイス１は、たとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）として形成されている。第一の電極１０Ａ、第一の電極１０Ａ上の少なくとも１の有機機能層１５および第二の電極１０Ｂの機能性スタックは透過性基板５上に配置されており、該基板は透過性材料、たとえばガラスまたは透過性ポリマーから形成されている。第一の電極１０Ａおよび基板５の間に放射線アウトカプリング材料層２０が形成されており、該層は有機機能層１５中に作成され、アウトカプリングされた光のフラクションを増強する。発光の主な方向は照合番号１００で示されている矢印により示されている。放射線アウトカプリング材料層２０は発光の主要な方向に、つまり発光有機機能領域１５の光路に配置されている。このようなＯＬＥＤがその側面１Ａ、１Ｂを通過して発光するか、またはその第二の電極１０Ｂを通過して発光する場合、付加的な放射線アウトカプリング材料層２０を側面または第二の電極に形成することもできる。
【００４１】
図１Ｂは本発明の別の１実施態様による別の有機電子デバイス１の横断面を示している。図１Ａの電子デバイスと比較して、放射線アウトカプリング材料は機能性スタック１０Ａ、１５、１０Ｂに面した基板５の主要な表面領域上に層２０の形で配置されている。この場合、ＯＬＥＤ １からのアウトカプリングされた光の量も向上することができる。
【００４２】
図１Ｃは本発明のもう１つの実施態様を示している。この場合、付加的な透過性カプセル化３０が機能性スタック１０Ａ、１５、１０Ｂ上に形成されている。このカプセル化は透過性材料、たとえばガラスまたはポリマーを使用して形成されているので、機能性スタックにより生じた光はこのカプセル化３０（これは薄膜カプセル化であってもよい）を通過して放出されうる。放射線アウトカプリング層２０はカプセル化３０と、光路１００中の第二の電極１０Ｂとの間に配置されており、発生した光の放出の主な方向を示している。図１ＣのＯＬＥＤデバイスがトップ発光のみではなく、点線の矢印１１０で示しているように、ボトム発光もするデバイスであることも可能である。この場合、図１Ａまたは１Ｂに示されているように付加的な放射線アウトカプリング材料層２０が存在していてもよい。
【００４３】
図２Ａは放射線アウトカプリング材料２０からなるレンズ２０Ａを有するＯＬＥＤデバイス１を示している。図１Ａ〜１Ｃに示されている層２０と比較して、このレンズはＯＬＥＤデバイス１の光路１００中の発光方向で発された放射線の強度を焦点することもできる。
【００４４】
図２Ｂは本発明のもう１つの実施態様によるＯＬＥＤデバイス１の別の横断面を示している。図２Ａと比較して１の大きなレンズ２０Ａではなく、多数のマイクロレンズのマイクロアレイ２０Ｆが放射線アウトカプリング材料から形成されている。このように形成されている層２０Ｆは、アウトカプリングされた光を焦点することもでき、かつアウトカプリングされた光のフラクションを増加する。かかるレンズの配列を有するデバイスは、カプセル化がより容易であり、フレキシブルレンズに使用することができ、そして１つの大きなマイクロレンズを有するＬＥＤと比較してさらに薄い。このマイクロレンズの配列はいわゆる表面レリーフ回折光学素子（surface-relief diffractive optical element：ＤＯＥ）を形成することもできる。
【００４５】
図２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ図２Ａと２Ｂのデバイスを示しているが、そこでは、機能性スタックの第二の電極１０Ｂの代わりに、大きなレンズ２０Ａとレンズのマイクロアレイ２０Ｆとの両者が基板５上に配置されている。図２Ｃと２Ｄのデバイスは両者ともボトム発光するデバイスであるが、図２Ａと２Ｂのデバイスは、トップ発光するデバイスである。本発明のもう１つの実施態様の放射線を発するデバイスは、トップ発光するデバイスとボトム発光するデバイスの両者であってもよい。
【００４６】
図３Ａは本発のもう１つの実施態様による有機の放射線を発するデバイス１の横断面を示している。この場合、放射線アウトカプリング層２０は２つの副層２０Ａおよび２０Ｂを有する。上記のとおり、両方の副層２０Ａおよび２０Ｂは異なった屈折率を有していてもよく、この屈折率は層２０Ａから２０Ｂへ向かって減少し、このことによってアウトカプリングされる光のフラクションが増大する。このような副層を有する層２０は、ポリシルセスキオキサンと、透過性無機ナノ粒子としてのたとえば二酸化チタン粒子との異なった比率を有する薄い副層を堆積することにより容易に形成することができる。
【００４７】
図３Ｂは、ボトム発光するデバイスであって、２つの副層２０Ａと２０Ｂとを有する放射線アウトカプリング層２０が基板５上に配置されているデバイスを示している。
【００４８】
図４は放射線アウトカプリング層２０の可能な作用モードの１つの横断面を示している。この層２０は均一に分散した、たとえば二酸化チタン粒子のような無機透過性ナノ粒子２０Ｃを含有するポリシルセスキオキサンマトリックス２０Ｄからなる。これらの二酸化チタン粒子はポリシルセスキオキサンマトリックス２０Ｄよりも高い屈折率を有する。ナノ粒子２０Ｃは散乱中心として作用することができ、エミッタ２５から放出される矢印２１０により示されている散乱光はさもなければ屈折に基づいてデバイス中にトラップされる。それ以外は放射線アウトカプリング層２０が照合番号２００により示されている矢印により示される屈折によって光をアウトカプリングする。
【００４９】
図１〜４に示されている全ての実施態様において、透過性な無機ナノ粒子は二酸化チタン粒子である。
【実施例】
【００５０】
二酸化チタン粒子（粒径３００ｎｍ）７０質量％および以下の式：
【化４】
［式中、Ｒはイソ−ブチルを表す］のトリス−グリシジルイソプロピル−シルセスキオキサンモノマー３０質量％を含有するシクロヘキサン（溶液中の全質量の１０質量％）中の分散液をスピンコーティングによりＯＬＥＤデバイスの透過性基板上に施与した。引き続き真空を５分間使用して該膜を室温で３０分間乾燥させ、かつさらにアルゴン雰囲気下に２４０℃で重合した。
【００５１】
このＯＬＥＤデバイスの輝度を、放射線アウトカプリング材料を有していない通常のＯＬＥＤデバイスの輝度と比較した。この比較の結果は図５のグラフに示されている。ｘ軸は観察角度を角度［゜］で示しており、かつｙ軸は輝度を［Ｃｄ／ｍ2］で示している。照合番号３００で示されている曲線は、本発明による放射線アウトカプリング領域を有するＯＬＥＤデバイスの輝度を示しており、かつ照合番号３１０で示されている曲線は放射線アウトカプリング層を有していない通常のＯＬＥＤデバイスの同一の輝度を示している。放射線アウトカプリング層はＯＬＥＤデバイスの輝度を増強することが明らかに見て取れる（０℃で１０％の増強）。
【００５２】
本発明は上記の実施例に限定されるものではない。本発明は、それぞれの新規の特性およびそれぞれの特性の組み合わせで実施され、これはこの特徴またはこの特徴の組み合わせが特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていないとしても、特に特許請求の範囲に記載された特徴の全ての組み合わせを含むものである。本発明の変法はたとえば無機ナノ粒子の組成および粒径ならびに放射線アウトカプリング材料および基板の形状および層配列に関して可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図１Ｂ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図１Ｃ】本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ａ】１のレンズを有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｂ】複数のマイクロレンズ配列を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｃ】１のレンズを有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図２Ｄ】複数のマイクロレンズ配列を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図３Ａ】放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図３Ｂ】放射線アウトカプリング材料が２つの副層を有する本発明による電子デバイスの１実施態様を示す図
【図４】アウトカプリング材料の作用モードを略図で示す図
【図５】本発明によるＯＬＥＤおよび通常のＯＬＥＤの輝度を示すグラフの図
【符号の説明】
【００５４】
１ 電子デバイス、 ５ 基板、 １０Ａ 第一の電極、 １０Ｂ 第二の電極、１５ 機能層、 １００ 光路、 ２０ アウトカプリング材料、 ２０Ａ 第一の副層、 ２０Ｂ 第二の副層、 ２０Ｃ 無機ナノ粒子、 ２０Ｄ ポリシルセスキオキサンマトリックス、 ２０Ｅ、２０Ｆ レンズ、 ３０ キャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のものを有する放射線を発する電子デバイス（１）：
基板（５）、
基板（５）上の放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）、
放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）の光路（１００）中に配置された、ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）と無機ナノ粒子（２０Ｃ）とを含有する放射線アウトカプリング材料（２０）。
【請求項２】
前記材料（２０）が、ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）３０〜７０質量％および無機ナノ粒子（２０Ｃ）７０〜３０質量％を含有する、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項３】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、金属酸化物粒子を含む、請求項１または２記載のデバイス（１）。
【請求項４】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、二酸化チタン、酸化亜鉛および酸化インジウム亜鉛からなる群から選択されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項５】
前記材料（２０）が、放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）上に層状に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項６】
前記材料（２０）が、ポリシルセスキオキサンマトリックス（２０Ｄ）および該マトリックス中に分散した無機ナノ粒子（２０Ｃ）を有し、該ナノ粒子はポリシルセスキオキサンマトリックスよりも高い屈折率を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項７】
前記ポリシルセスキオキサンマトリックス（２０Ｄ）が、約１．６の屈折率を有し、かつ前記ナノ粒子（２０Ｃ）が約１．７〜１．８の屈折率を有する、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）が、第一の電極（１０Ａ）、第一の電極（１０Ａ）上の少なくとも１の有機機能層（１５）および少なくとも１の有機機能層（１５）上の第二の電極（１０Ｂ）のスタックを有する、ＯＬＥＤとして形成された請求項１から７までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項９】
放射線アウトカプリング材料（２０）が、少なくとも１の第一の電極（１０Ａ）および第二の電極（１０Ｂ）上に層状に配置されている、請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記基板（５）が、放出された放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料が該基板（５）の主要な表面領域の１の上に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１１】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、二酸化チタン粒子である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１２】
前記基板（５）が、ガラス、金属、ポリマーおよびセラミックの材料からなる群から選択されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１３】
さらに放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）をカプセル化するキャップ（３０）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１４】
前記キャップ（３０）が、発される放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料（２０）が放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）とキャップとの間に配置されている、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
前記放射線アウトカプリング材料が、少なくとも１の第一の副層（２０Ａ）および第二の副層（２０Ｂ）からなる層を有し、該副層（２０Ａ、２０Ｂ）はポリシルセスキオキサンおよび無機ナノ粒子の異なった比率を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１６】
放射線アウトカプリング材料が、少なくとも１のレンズ（２０Ｅ、２０Ｆ）を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１７】
次の工程：
Ａ）基板（５）を準備する工程、
Ｂ）放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）を基板上に製造する工程、
Ｃ）ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）および透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）を含有する放射線アウトカプリング材料（２０）を機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）の光路（１００）に設ける工程
を有する、放射線を発する電子デバイス（１）の製造方法。
【請求項１８】
工程Ｃ）で、シルセスキオキサンモノマーと透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）のブレンドを重合することにより放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
工程Ｃ）で、それぞれの層に関してシルセスキオキサンモノマーと透過性無機ナノ粒子の異なった比率を使用して少なくとも１の第一の層（２０Ａ）および第二の層（２０Ｂ）を形成する、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
工程Ｃ）で、湿潤堆積技術を使用して放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
工程Ｃ）で、少なくとも１のレンズ（２０Ｅ、２０Ｆ）の形で放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
オプトエレクトロニクデバイス（１）から発されるアウトカプリング放射線のためのポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）および透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）を含有する材料（２０）の使用。
【請求項２３】
ポリシルセスキオキサンが以下の一般式：
【化１】
［式中、置換基Ｒは有機エポキシド、水素、アルキル基から選択され、かつ置換基Ｒ′は相互に無関係に−Ｏ−Ｓｉ（アルキル）2−グリシドキシ−アルキル基であるか、または３つのＲ′基は一緒になって架橋基を形成して以下の一般式
【化２】
［式中、Ｒは上記のものを表す］の分子が生じてもよい］の分子を反応させることにより得られる、請求項１から１６までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項２４】
さらにけい光物質を含有する請求項１から１６までのいずれか１項および請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
けい光物質が放射線アウトカプリング材料中に含有されている、請求項２４記載のデバイス。
【請求項１】
次のものを有する放射線を発する電子デバイス（１）：
基板（５）、
基板（５）上の放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）、
放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）の光路（１００）中に配置された、ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）と無機ナノ粒子（２０Ｃ）とを含有する放射線アウトカプリング材料（２０）。
【請求項２】
前記材料（２０）が、ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）３０〜７０質量％および無機ナノ粒子（２０Ｃ）７０〜３０質量％を含有する、請求項１記載のデバイス（１）。
【請求項３】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、金属酸化物粒子を含む、請求項１または２記載のデバイス（１）。
【請求項４】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、二酸化チタン、酸化亜鉛および酸化インジウム亜鉛からなる群から選択されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項５】
前記材料（２０）が、放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）上に層状に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項６】
前記材料（２０）が、ポリシルセスキオキサンマトリックス（２０Ｄ）および該マトリックス中に分散した無機ナノ粒子（２０Ｃ）を有し、該ナノ粒子はポリシルセスキオキサンマトリックスよりも高い屈折率を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項７】
前記ポリシルセスキオキサンマトリックス（２０Ｄ）が、約１．６の屈折率を有し、かつ前記ナノ粒子（２０Ｃ）が約１．７〜１．８の屈折率を有する、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）が、第一の電極（１０Ａ）、第一の電極（１０Ａ）上の少なくとも１の有機機能層（１５）および少なくとも１の有機機能層（１５）上の第二の電極（１０Ｂ）のスタックを有する、ＯＬＥＤとして形成された請求項１から７までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項９】
放射線アウトカプリング材料（２０）が、少なくとも１の第一の電極（１０Ａ）および第二の電極（１０Ｂ）上に層状に配置されている、請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記基板（５）が、放出された放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料が該基板（５）の主要な表面領域の１の上に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１１】
前記無機ナノ粒子（２０Ｃ）が、二酸化チタン粒子である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１２】
前記基板（５）が、ガラス、金属、ポリマーおよびセラミックの材料からなる群から選択されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１３】
さらに放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）をカプセル化するキャップ（３０）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１４】
前記キャップ（３０）が、発される放射線に対してほぼ透過性であり、かつ放射線アウトカプリング材料（２０）が放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）とキャップとの間に配置されている、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
前記放射線アウトカプリング材料が、少なくとも１の第一の副層（２０Ａ）および第二の副層（２０Ｂ）からなる層を有し、該副層（２０Ａ、２０Ｂ）はポリシルセスキオキサンおよび無機ナノ粒子の異なった比率を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１６】
放射線アウトカプリング材料が、少なくとも１のレンズ（２０Ｅ、２０Ｆ）を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項１７】
次の工程：
Ａ）基板（５）を準備する工程、
Ｂ）放射線を発する機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）を基板上に製造する工程、
Ｃ）ポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）および透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）を含有する放射線アウトカプリング材料（２０）を機能領域（１０Ａ、１０Ｂ、１５）の光路（１００）に設ける工程
を有する、放射線を発する電子デバイス（１）の製造方法。
【請求項１８】
工程Ｃ）で、シルセスキオキサンモノマーと透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）のブレンドを重合することにより放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
工程Ｃ）で、それぞれの層に関してシルセスキオキサンモノマーと透過性無機ナノ粒子の異なった比率を使用して少なくとも１の第一の層（２０Ａ）および第二の層（２０Ｂ）を形成する、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
工程Ｃ）で、湿潤堆積技術を使用して放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
工程Ｃ）で、少なくとも１のレンズ（２０Ｅ、２０Ｆ）の形で放射線アウトカプリング材料（２０）を形成する、請求項１７から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
オプトエレクトロニクデバイス（１）から発されるアウトカプリング放射線のためのポリシルセスキオキサン（２０Ｄ）および透過性無機ナノ粒子（２０Ｃ）を含有する材料（２０）の使用。
【請求項２３】
ポリシルセスキオキサンが以下の一般式：
【化１】
［式中、置換基Ｒは有機エポキシド、水素、アルキル基から選択され、かつ置換基Ｒ′は相互に無関係に−Ｏ−Ｓｉ（アルキル）2−グリシドキシ−アルキル基であるか、または３つのＲ′基は一緒になって架橋基を形成して以下の一般式
【化２】
［式中、Ｒは上記のものを表す］の分子が生じてもよい］の分子を反応させることにより得られる、請求項１から１６までのいずれか１項記載のデバイス。
【請求項２４】
さらにけい光物質を含有する請求項１から１６までのいずれか１項および請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
けい光物質が放射線アウトカプリング材料中に含有されている、請求項２４記載のデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−７３５１８（Ｐ２００７−７３５１８Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３９５９７（Ｐ２００６−２３９５９７）
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｗｅｒｎｅｒｗｅｒｋｓｔｒａｓｓｅ ２， Ｄ−９３０４９ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｗｅｒｎｅｒｗｅｒｋｓｔｒａｓｓｅ ２， Ｄ−９３０４９ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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