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JP5198566B2 - オプトエレクトロニクスデバイス - Google Patents
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JP5198566B2 - オプトエレクトロニクスデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、動作時に電磁放射を放出することができ、スイッチオフ状態において所望の色印象を有するオプトエレクトロニクスデバイスに関する。
米国特許出願第2004062699号明細書 独国特許第10147040号明細書 国際公開第00/33390号パンフレット 独国特許第10036940号明細書 米国特許第6,616,862号明細書
したがって、本発明の特定の実施形態の少なくとも1つの目的は、波長変換層を備えており、スイッチオフ状態における望ましくない色印象を低減または回避することのできるオプトエレクトロニクスデバイスを提供することである。
この目的は、独立請求項の特徴を備えている主題によって達成される。主題の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に記載されており、以下の説明および図面から明らかである。
本発明の一実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスは、具体的には、動作時、第1のスペクトルを有する電磁放射を放出する有機層列(organic layer sequence)と、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において有機層列の下流に配置されており、第1の領域および第2の領域を有する構造層(structured layer)と、を備えている。この場合、第1の領域のそれぞれは、第1の波長スペクトルを有する電磁放射を、少なくとも部分的に、第2の波長スペクトルを有する電磁放射に変換するように設計されている波長変換層、を有する。さらに、第2の領域のそれぞれは、第2の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第3の波長スペクトルを有する電磁放射に対して少なくとも部分的に不透明であるフィルタ層、を有する。
具体的には、この場合、オプトエレクトロニクスデバイスの動作時、放出される電磁放射が観察者(observer)によって知覚される。この放射は、第2の領域によって放出される、第1の波長スペクトルを有する電磁放射と、第1の領域の波長変換層によって放出される、第2の波長スペクトルを有する電磁放射との重ね合わせに実質的に対応する。
この場合、オプトエレクトロニクスデバイスの動作時、第1の波長スペクトルを有する電磁放射が有機層列によって放出され、構造層の第1の領域および第2の領域に侵入(impinge on)する。第1の領域においては、第1の波長スペクトルを有する電磁放射が、少なくとも部分的に、ただし別の実施形態においては完全に、第2の波長スペクトルを有する電磁放射に変換される。第2の領域における各フィルタ層は、第2の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第3の波長スペクトルを有する電磁放射に対して不透明であるが、このフィルタ層は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射に対して透過性であることが好ましい。したがって、オプトエレクトロニクスデバイスによって放出される電磁放射の全体的な印象において、第1の波長スペクトルと第2の波長スペクトルとの重ね合わせが起こる。
少なくとも一実施形態においては、構造層は、有機層列に、物理的もしくは化学的、または物理的かつ化学的に、固定されている。このことは、具体的には、構造層が、例えば、接着剤によって、好ましくは透明な接着剤によって、または、その屈折率に関して一致するジェルによって、有機層列に結合されている、あるいは、有機層列との化学結合(例えば共有結合)を有することを意味する。
本発明の複数の異なる実施形態において、構造層の構造は、縞状、交差縞状(すなわち格子状)、円形、三角形、または長方形(すなわち格子縞)の領域、またはこれら幾何形状の組合せとしての任意の望ましい幾何形状の領域を備えていることができる。さらに、構造層の構造は、不規則な領域のパターン、具体的には、第1の領域および第2の領域がさまざまな寸法および形状を有するパターン、を備えていることができる。言い換えれば、構造層のパターンは、第1の領域および第2の領域のそれぞれの固有な配置編成によって形成されている。構造層の領域は、オプトエレクトロニクスデバイスのビーム経路において横方向に、または互いに並んで配置されていることが好ましい。すなわち、これらの領域は、ビーム経路において互いに積み重なるように配置されるのではなく、一例として、互いに隣り合わせに配置されている。
これらの領域の寸法、例えば、構造層の領域の解像度は、1mm未満の大きさのオーダー、好ましくは100μm〜数百μmの大きさのオーダー、より好ましくは100μm未満の大きさのオーダーとすることができる。特に、オプトエレクトロニクスデバイスが光学画像技術または光学画像装置と組み合わせて使用されない照明用途の場合、構造層の領域の寸法に関して中程度の要求条件で十分とすることができる。
本発明のさらなる実施形態においては、「波長スペクトル」、「スペクトル」、または「部分スペクトル」は、1つの波長を有する少なくとも1つのスペクトル成分、あるいは、複数の波長もしくは複数の波長範囲、またはその両方を有する複数のスペクトル成分、を有する電磁放射のスペクトル分布を意味する。以下の説明において、第1のスペクトルおよび第2のスペクトルにおいて、スペクトル成分およびその相対強度が同じであるならば、第1のスペクトルと第2のスペクトルは同じであり、この場合、第1のスペクトルの絶対強度と第2のスペクトルの絶対強度は異なっていてよい。
本発明の一実施形態においては、「部分的に」は、スペクトル(例えば第1のスペクトル)の部分スペクトルを意味する。具体的には、スペクトルの部分スペクトルは、そのスペクトルのスペクトル成分の一部から成ることができる。さらに、「部分的に」は、スペクトルまたは部分スペクトルの強度の一部を意味することもある。
本発明のさらなる実施形態においては、「変換する」は、第1のスペクトルを有する電磁放射の部分スペクトルを、波長変換層によって、第2のスペクトル(第1のスペクトルと同じではない)を有する電磁放射に少なくとも部分的に変換することを意味する。このことは、具体的には、第2のスペクトルが、第1のスペクトルを有する電磁放射の部分スペクトルのスペクトル分布とは異なるスペクトル分布を有することを意味する。
さらに、波長変換層は、吸収スペクトルおよび放出スペクトルを有することができ、吸収スペクトルおよび放出スペクトルは同じでないことが有利である。この場合、吸収スペクトルが、第1のスペクトルを有する電磁放射の部分スペクトルを含んでおり、放出スペクトルが第2のスペクトルを含んでいることが好ましい。具体的には、吸収スペクトルは、第1のスペクトルを有する電磁放射の部分スペクトルに含まれないさらなるスペクトル成分を、放出スペクトルは、第2のスペクトルを有する電磁放射の部分スペクトルに含まれないさらなるスペクトル成分を、含んでいることができる。
特定の波長を有する電磁放射が、外側から、または半導体層列の活性領域から、波長変換層に入射し、吸収スペクトルが、波長変換層によって吸収できるスペクトル成分として、その特定の波長を有するスペクトル成分を有するならば、その特定の波長を有する電磁放射は、その特定の波長とは異なり、かつ放出スペクトルに含まれている1つまたは複数の別の波長を有する電磁放射として、再び放出される、すなわち再放出される。言い換えれば、波長変換層においては、第1の波長スペクトルを有する電磁放射から、第2の波長スペクトルを有する電磁放射が生成される。結果として、特に、放射が外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射する場合にも、オプトエレクトロニクスデバイスのスイッチオフ状態の場合において、放射が外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射し、波長変換層の吸収スペクトルおよび放出スペクトルに従って、説明した吸収および再放出のプロセスによって反射または放出される結果として、波長変換層によって、本質的に望ましくない色印象を観察者が受けるということが起こり得る。この色印象は、例えば、オプトエレクトロニクスデバイスの動作時に放出される電磁放射の色印象とは異なりうるため、望ましくないことがある。
フィルタ層は、外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射する放射のうち、第2の波長スペクトルの波長範囲に実質的に対応する部分に対して不透明であるならば、特に有利であり得る。入射する電磁放射の残りの部分(フィルタ層を通過することができる)は、例えば、フィルタ層によって、または有機層列もしくは有機層列における電極によって、反射されて、フィルタ層もしくは波長変換層、またはその両方を通って外側に向かって放出される。フィルタ層を透過できる電磁放射の後者の部分は、第1の波長スペクトルの波長範囲を有する電磁放射に対応していることが好ましい。したがって、スイッチオフ状態においても、第1の波長スペクトルの波長範囲を有する電磁放射と、第2の波長スペクトルの波長範囲を有する電磁放射との重ね合わせが起こり、結果として、望ましい、好ましくは黄色がかっていない色印象が確立される。
本発明の別の実施形態においては、フィルタ層は、第3の波長スペクトルを有する電磁放射を、不可視波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている。一例として、フィルタ層においては、黄色の波長範囲の電磁放射が、赤外波長範囲の電磁放射に変換される。この場合、フィルタ層は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射に対して透過性であることが好ましい。
言い換えれば、フィルタ層は、第3の波長スペクトルを有する電磁放射を熱放射に変換し、その一方で、第1の波長スペクトルを有する電磁放射は、好ましくはできる限り妨げられずにフィルタ層を通過することができる。このことは、具体的には、動作時に有機層列によって放出される電磁放射が、フィルタ層によって実質的に影響されないままであることを意味する。
したがって、フィルタ層は、例えば、第3の波長スペクトルを有する電磁放射を吸収するように設計されている。この目的のため、複数の異なる例示的な実施形態において、フィルタ層は分子フィルタを有することができる。したがって、複数の異なる例示的な実施形態において、フィルタ層は、第3の波長スペクトルを有する電磁放射の吸収層として理解することもできる。
具体的には、このような実施形態は、有機発光ダイオード(OLED)を備えている発光デバイスが、例えば、カメラ付き携帯電話の用途におけるフラッシュライトとして使用される用途において、有利であり得る。このような発光デバイスは、一例として、青色OLEDおよび蛍光体変換物質(phosphor conversion substance)を有することができる。このような発光デバイスが動作していないとき、透明なカバーまたはレンズを通して蛍光体変換物質が外側から可視である場合があり、このことは、例えば美観的な理由において望ましくない色印象につながりうる。このような望ましくない色印象は、フレネル光学素子またはマイクロレンズアレイによって低減することができるが、望ましくない色印象が依然として維持されうる。
これに代えて、またはこれに加えて、例えば、第1のスペクトルが緑色の波長範囲も有し、第2のスペクトルが赤色の波長範囲を有することができ、結果として、オプトエレクトロニクスデバイスは、動作時に観察者に対する白色の発光印象を同様に可能にすることができる。具体的には、第1のスペクトルと、第2のスペクトルと、外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射する放射のうちフィルタ層によって除去されずに反射される部分は、オプトエレクトロニクスデバイスの動作時およびスイッチオフ状態における何らかの別の望ましい色印象に従って、各場合において選択することもできる。
少なくとも一実施形態によると、波長変換層は、有機色素、無機色素、ペリレン、クマリン、蛍光色素のうち少なくとも1つの色素を備えている。
さらに、有機層列は、具体的には、有機発光ダイオード(OLED)として具体化することができる。この場合、OLEDは、動作時に電磁放射を放出することのできる活性領域を有する有機層、または少なくとも1つのそのような有機層を備えている有機層列、を有することができる。さらに、OLEDは、第1の電極および第2の電極を有することができ、活性領域を有する有機層、または少なくとも1つのそのような有機層を備えている有機層列を、第1の電極と第2の電極の間に配置することができる。この場合、第1の電極および第2の電極は、それぞれ、「ホール」および電子を活性領域に注入するのに適したものとすることができ、「ホール」および電子が活性領域において再結合して電磁放射を放出することができる。
さらに、第1の電極を基板上に配置することができる。有機材料から成る1つまたは複数の機能層を備えている有機層または有機層列を、第1の電極の上に形成することができる。機能層(活性領域を備えていることができる)は、この場合、例えば、電子輸送層、エレクトロルミネッセンス層、ホール輸送層のうちの少なくとも1層を有することができる。第2の電極は、機能層の上、または少なくとも1つの有機層の上に形成することができる。
基板は、一例として、ガラス、石英、プラスチックフィルム、金属、金属膜、シリコンウェハ、またはその他の任意の好適な基板材料を備えていることができる。基板は、一例として、複数の層を備えている層列または積層体として具体化することもできる。半導体層列をいわゆる「ボトムエミッタ(bottom emitter)」(すなわち、活性領域において発生する電磁放射を基板を通じて放出できる)として具体化する場合、その基板は、電磁放射の少なくとも一部分に対する透過性を有することが有利である。この場合、波長変換層およびフィルタ層は、基板のうち半導体層列とは反対の側に配置することができる。
少なくとも一実施形態によると、少なくとも一方の電極は、透明な導電性酸化物、金属、または導電性の有機材料を備えている、またはこれらから成る。
ボトムエミッタ構造においては、第1の電極は、電磁放射の少なくとも一部分に対して透過性であることが有利である。透明な第1の電極(陽極として具体化することができ、したがって正の電荷または「ホール」を注入する材料としての役割を果たすことができる)は、透明導電性酸化物を備えている、または透明導電性酸化物から成ることができる。透明導電性酸化物(略して「TCO」)は、透明な導電性材料であり、一般的には金属酸化物、例えば、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物(ITO)などである。金属−酸素の二元化合物(例えば、ZnO、SnO、In)以外に、金属−酸素の三元化合物(例えば、ZnSnO、CdSnO、ZnSnO、MgIn、GaInO、ZnIn、またはInSn12)、あるいは異なる透明導電性酸化物の混合物も、TCOの群に属する。さらに、TCOは、必ずしも化学量論的組成に対応している必要はなく、p型にドープする、またはn型にドープすることもできる。これに代えて、またはこれに加えて、第1の電極は、金属(例えば銀)を備えていることもできる。
少なくとも1つの有機層を備えている半導体層列は、ポリマー、オリゴマー、モノマー、小さな有機分子、またはその他の非高分子有機化合物、もしくはこれらの組合せを備えていることができる。具体的には、ホールをエレクトロルミネッセンス層またはエレクトロルミネッセンス領域内に効率的に注入することを可能にする目的で、層列の機能層をホール輸送層として具体化するならば、有利であり得る。特に、材料、構成、機能、および構造について、活性領域、またはさらなる機能層および機能領域に関するこのような構造は、当業者には公知であり、したがって、ここではこれ以上詳しく説明しない。
第2の電極は、陰極として具体化することができ、したがって、電子注入材料(electron-inducting material)としての役割を果たすことができる。特に、具体的には、アルミニウム、バリウム、インジウム、銀、金、マグネシウム、カルシウム、またはリチウムと、これらの化合物、組合せ、および合金は、陰極材料として有利であることが証明され得る。これに加えて、またはこれに代えて、第2の電極を透明電極として具体化することもできる。このことは、特に、OLEDを「トップエミッタ(top emitter)」として具体化することもできることを意味し、すなわち、活性領域において発生する電磁放射を、基板とは反対側の、半導体層列の側から放出することができる。この場合、波長変換層およびフィルタ層を、半導体層列の上、特に、第2の電極の上に配置することができる。
金属層を備えている、または金属層から成る電極が、有機積層体によって放出される光に対して透過性であるように具体化する意図である場合、金属層が十分に薄くされているならば有利であり得る。このような半透明の金属層の厚さは、1nm〜100nmの範囲内(両端を含む)であることが好ましい。
さらに、第1の電極を陰極として具体化し、第2の電極を陽極として具体化することができ、この場合、半導体層列をボトムエミッタまたはトップエミッタとして具体化することができる。さらには、半導体層列を、トップエミッタおよびボトムエミッタとして同時に具体化することができる。
半導体層列は、活性領域として、例えば、従来のpn接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造(SQW構造)、または多重量子井戸構造(MQW構造)を有することができる。活性領域に加えて、半導体層列は、さらなる機能層およびさらなる機能領域として、例えば、p型またはn型にドープされた電荷担体輸送層(すなわち、電子輸送層またはホール輸送層)、p型またはn型にドープされた閉じ込め層またはクラッド層、バッファ層、バッファ電極のうちの1つ以上、またはこれらの組合せ、を備えていることができる。特に、構成、機能、および構造について、活性領域、またはさらなる機能層および機能領域に関するこのような構造は、当業者には公知であり、したがって、ここではこれ以上詳しく説明しない。
さらなる実施形態においては、波長変換層は、少なくとも1つの波長変換物質を備えている。この場合、波長変換物質は、例えば、セリウムをドープしたガーネットの群、この場合には特に、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット(YAl12:Ce、YAG:Ce)、セリウムをドープしたテルビウムアルミニウムガーネット(TAG:Ce)、セリウムをドープしたテルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット(TbYAG:Ce)、セリウムをドープしたガドリニウム−イットリウムアルミニウムガーネット(GdYAG:Ce)、およびセリウムをドープしたガドリニウム−テルビウム−イットリウムアルミニウムガーネット(GdTbYAG:Ce)の粒子を備えていることができる。さらなる可能な波長変換物質としては、例えば以下が挙げられる。
− 例えば、特許文献1に記載されている、希土類金属およびアルカリ土類金属のガーネット。これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本開示に組み込まれている。
− 例えば、特許文献2に記載されている、窒化物、シリコンオキシナイトライド、およびサイアロン。これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本開示に組み込まれている。
− 例えば、特許文献3に記載されている、オルトケイ酸塩、硫化物、およびバナジウム酸塩。これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本開示に組み込まれている。
− 例えば、特許文献4に記載されている、塩化ケイ酸塩。これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本開示に組み込まれている。
− 例えば、特許文献5に記載されている、アルミン酸塩、酸化物、およびハロゲン化リン酸塩。これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本開示に組み込まれている。
さらに、波長変換層は、上記の波長変換物質の適切な混合物および組合せを備えていることもできる。
さらに、波長変換層は、透明なマトリックス材料を備えていることができ、この場合、波長変換物質をマトリックス材料の中に埋め込む、またはマトリックス材料に化学的に結合することができる。透明なマトリックス材料は、例えば、透明なプラスチック、例えばシリコン、エポキシド、アクリレート、イミド、炭酸塩、オレフィン、またはこれらの誘導体を備えていることができる。この場合、波長変換層は、フィルムとして具体化することができる。さらには、波長変換層は、例えばガラスまたは透明なプラスチックを備えている基板の上に形成することもできる。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、波長変換層は、ガーネットの群からの少なくとも1つの波長変換物質を備えている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、波長変換物質がマトリックス材料に埋め込まれており、マトリックス材料が透明なプラスチックを備えている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、波長変換層がフィルムとして具体化されている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、第2の領域のそれぞれが拡散層を有する。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、拡散層は、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路においてフィルタ層の下流に配置されている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、フィルタ層は、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において拡散層の下流に配置されている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、フィルタ層および拡散層は、第2の領域において互いに結合されている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において構造層の下流に配置されている拡散層、が設けられている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、拡散層は粗化面を有する。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、拡散層は反射性粒子を備えている。
オプトエレクトロニクスデバイスの少なくとも一実施形態によると、拡散層は、反射性粒子として、石英ガラス、酸化チタン、酸化アルミニウムのうちの少なくとも1つを備えている。
本発明のさらなる実施形態においては、第2の領域のそれぞれは、指向性波として層に侵入する電磁放射、特に光を、無指向性波として(すなわちさまざまな方向に)通過させる、または放出するように設計されている拡散層を有する。
有機層列は、通常、電磁放射を指向性波として放出し、すなわち、有機層列によって放出される電磁放射は、主として単一の方向を有し、この方向は、有機層列の層編成に実質的に垂直である。複数の異なる例示的な実施形態において、波長変換層によって放出される電磁放射を、無指向性として、または等方性波として放射させることができる。有機層列によって放出される、第1のスペクトルを有する電磁放射も、拡散層によって無指向性波として放出される。したがって、第2のスペクトルを有する、等方性波として放出される電磁放射と、拡散層によって拡散される、第1のスペクトルを有する電磁放射とが重なり合う場合、各場合において、無指向性の電磁放射の重ね合わせが起こる。これにより、オプトエレクトロニクスデバイスの光の印象が均一になり、これは有利である。
拡散層は、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路においてフィルタ層の下流に配置することができる。これに代えて、フィルタ層を、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において拡散層の下流に配置することもできる。さらなる代替形態として、フィルタ層および拡散層を、第2の領域において互いに結合することができる。
さらなる例示的な実施形態においては、波長変換層によって指向性の電磁放射を放出することもできる。この場合、特に、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において構造層の下流、すなわち、第1の領域および第2の領域の下流に配置されている拡散層を設けることは、好都合であり得る。この場合も、拡散層は、第1の領域および第2の領域からの指向性の光または指向性の電磁放射を、無指向性の放射に変換する。これにより、例えば、観察者にとってより良好な色印象とすることができる。
複数の異なる例示的な実施形態において、拡散は、拡散層が粗化面を有することによって達成することができる。別の例示的な実施形態においては、拡散層は、拡散を目的とする反射性粒子を備えていることができ、この粒子は、例えば、それぞれ異なる放出角度に入射光を反射する。この場合、反射性粒子は、例えば、石英ガラスによって、二酸化チタンによって、酸化アルミニウムまたは類似する透明な粒子によって、形成することができる。この場合、粒子は、約100nm〜数μmの範囲内の粒子サイズを有することが好ましい。この場合、粒子は、マトリックス(例えば、フィルムマトリックスまたはシリコンマトリックス)に埋め込まれていることが好ましい。これに代えて、反射性粒子の担体材料として、他の透明なプラスチックを使用することもできる。
本発明のさらなる実施形態においては、オプトエレクトロニクスデバイスは、第2の波長変換層を有し、この層は、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において第1の領域もしくは第2の領域、またはその両方の下流に配置されている。この場合、第2の波長変換層は、第1のスペクトルの波長範囲より下に位置している波長範囲の電磁放射を、少なくとも部分的に、第1のスペクトルの波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている。第1のスペクトルの波長範囲より下に位置している波長範囲の(したがって通常では不可視波長範囲内の)電磁放射を、第1のスペクトルの波長範囲に変換することによって達成できることは、電磁放射が外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射する場合に、第1のスペクトルの波長範囲内の電磁放射の強度が、相応に増幅されることである。この場合、第2の波長変換層によって変換される光は、選択される実施形態に応じて、第2の領域によって反射して外側に放出する、もしくは、第1の領域において第1の波長変換層によって第2の波長スペクトルに対応する波長範囲を有する電磁放射に変換する、またはその両方を行うことができる。第2の波長変換層は、紫外線(UV)の波長範囲の電磁放射を、青色の波長範囲の電磁放射に変換するように設計されていることが好ましい。
したがって、実施形態の1つによるオプトエレクトロニクスデバイスの場合においては、日光によって照らされた場合に、日光のUV部分を最初に青色の波長範囲の電磁放射に変換することができ、この変換のみによって、または、黄色の波長範囲に変換される次の電磁放射との両方によって、オプトエレクトロニクスデバイスの発光印象の強度が増す。
本発明のさらなる例示的な実施形態においては、第1の領域のそれぞれは第2のフィルタ層を有し、この第2のフィルタ層は、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において第1の領域における第1の波長変換層の下流に配置されている。この場合、第2のフィルタ層は、第1の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第4の波長スペクトルを有する電磁放射に対して、少なくとも部分的に不透明である。第2のフィルタ層によって有利に達成できることは、第1の波長変換層において第2の波長スペクトルを有する電磁放射に変換される、第1の波長変換層の吸収スペクトルに対応する波長範囲の電磁放射が少ない、または存在しないことである。したがって、波長変換層によって放出される、第2の波長スペクトルを有する電磁放射の強度を低減させることができる。これによって、オプトエレクトロニクスデバイスの黄色がかった色印象を低減することができる。
複数の異なる実施形態において、第2のフィルタ層は、第4のスペクトルを有する電磁放射を少なくとも部分的に吸収するように設計することができる。これに代えて、またはこれに加えて、第2のフィルタ層を、第4のスペクトルを有する電磁放射を少なくとも部分的に反射するように設計することもできる。
有機層列がトップエミッタ構造として具体化されている複数の異なる例示的な実施形態においては、オプトエレクトロニクスデバイスは、有機層列によって放出される電磁放射のビーム経路において構造層の上流または下流に配置されている封止部を有することができる。言い換えれば、構造層を、有機層列と一緒に封止する、あるいはこれに代えて、有機層列の封止部の外側に配置することができる。各場合において、封止部は、薄膜封止部として具体化することができる。
第2の波長変換層は、第1の波長変換層に類似する構造を有することができる。具体的には、第2の波長変換層に、対応する変換物質を設けることが可能であり、ただし、この変換物質は、その配置、組成、濃度のうちの少なくとも1つに関して、第2の波長変換層における所望の吸収スペクトルおよび放出スペクトルに適合するものである。
フィルタ層は、対応する変換層として具体化することもでき、この場合、それぞれ除去するべき電磁放射の部分が、各場合において、不可視波長範囲、好ましくは赤外線の波長範囲の電磁放射に変換されることが好ましい。これに代えて、フィルタ層を、フィルタリングのための対応する着色顔料を備えている顔料ベースのフィルタとして具体化することもできる。
本発明による主題のさらなる利点と、有利な実施形態および発展形態は、図面を参照しながら例示的な実施形態の以下の説明を検討することによって明らかになるであろう。
例示的な一実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの、動作時およびスイッチオフ状態における概略図を示している。 例示的な一実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの、動作時およびスイッチオフ状態における概略図を示している。 第1の例示的なスペクトル図を示している。 構造層のさまざまな実施形態を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 さらなる例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの概略図を示している。 第2の例示的なスペクトル図を示している。
例示的な実施形態および図面において、同一または機能が同じである構成部分には、各場合において、同じ参照記号を付してある。図示した要素と、要素間の大きさの関係は、原則として正しい縮尺ではないものとみなされたい。個々の要素(例えば層など)は、図面を見やすくする、もしくは深く理解できるようにする、またはその両方を目的として、厚さを誇張して描いてある。
図1Aおよび図1Bは、オプトエレクトロニクスデバイスの例示的な実施形態を示している。この場合、動作時のオプトエレクトロニクスデバイスについて図1Aを参照しながら説明するが、図1Bはスイッチオフ状態にあるオプトエレクトロニクスデバイスを示している。以下の説明は、図1Aおよび図1Bに等しく関連する。
オプトエレクトロニクスデバイスは、有機層列1と、電極10と、活性領域11とを有する。この場合、[発明の概要]において説明したように、有機層列1は、機能層または機能層列を有することができ、例えば、OLEDとして具体化されている。具体的には、有機層列1の活性領域11は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15を放出するうえで適したものである。
第1の領域2Aおよび第2の領域2Bを備えている構造層は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15のビーム経路に配置されている。第1の領域2Aは、波長変換物質32を備えている波長変換層3を有する。この例示的な実施形態に示したように、波長変換物質32は、例えばマトリックス材料31に埋め込むことができる。第2の領域2Bは、第4の層4を有する。
この場合、波長変換物質32は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15の部分スペクトルを、少なくとも部分的に、第2の波長スペクトルを有する電磁放射16に変換するうえで適したものである。この場合、波長変換物質32に適している材料は、その吸収スペクトルが、特に、第1の波長スペクトルに含まれている少なくとも1つのスペクトル成分、具体的には、1つの波長範囲を含んでいる材料とすることができる。吸収される電磁放射を、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15とは異なる波長において再放出できることが好ましい。
フィルタ層4は、第2の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第3の波長スペクトルを有する電磁放射に対して不透明である。この例示的な実施形態においては、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15は、妨げられることなく、そのスペクトル成分が実質的に何ら変化することなく、フィルタ層4を通過することができる。言い換えれば、フィルタ層4は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射15に対して透過性である。
一例として、外側からオプトエレクトロニクスデバイスに入射する電磁放射17のスペクトル成分のうち、第3の波長スペクトルに対応するスペクトル成分は、不可視波長範囲の電磁放射に変換され、この電磁放射は、明瞭さを理由としてこの図には示していない。電磁放射17のスペクトル成分の残りの部分は、電磁放射18として、フィルタ層4によって反射される、またはフィルタ層4を透過して有機層列1に達し、後者の場合、電磁放射18が電極10において反射されてフィルタ層4を通って戻される。一例として、電磁放射18の波長範囲は、有機層列によって放出される電磁放射15の第1の波長スペクトルの波長範囲に対応する。この場合、電磁放射15もしくは電磁放射18、またはその両方は、青色の波長範囲を備えていることができる。
第1の領域2Aまたは変換層3においては、第1の波長スペクトルの波長範囲、または波長変換層3の吸収スペクトルに対応する電磁放射17のスペクトル成分が、波長変換物質32によって、第2の波長スペクトルを有する電磁放射16に変換される。
したがって、図1Aに示した例示的な実施形態によると、デバイスの動作時、オプトエレクトロニクスデバイスによって放出される電磁放射は、第1の波長スペクトルを有する電磁放射の部分15と、電磁放射15の変換によって生じる、第2の波長スペクトルを有する電磁放射の部分16と、フィルタ層4によってフィルタリングされる電磁放射の部分18と、入射する電磁放射17の変換によって生じる電磁放射の部分16Aと、を含んでいる。結果として、黄色の波長範囲の電磁放射が青色の波長範囲の電磁放射と混合し、これにより望ましい(例えばほぼ白色の)放出特性につながり、これは有利である。
オプトエレクトロニクスデバイスのスイッチオフ状態においては、図1Bの例示的な実施形態に示したように、この場合にも外側から電磁放射17がデバイスに入射する。上述したように、波長変換層3においては、電磁放射17は電磁放射16Aに変換され、フィルタ層4においては、入力する電磁放射17はフィルタリングされ、フィルタリングされた電磁放射18が生じる。したがって、この場合にも、電磁放射の黄色がかった部分16Aと、電磁放射の青色がかった部分18とが混合することによって、スイッチオフ状態においてオプトエレクトロニクスデバイスの観察者にとって、黄色がかっていない、好ましくはほぼ白色の色印象が生じる。
図2は、波長λの関数としてのさまざまな透過特性および放出特性をプロットした例示的なスペクトル図を示している。放出特性または放出スペクトルESは、例えば、有機層列1によって放出される電磁放射15のスペクトルプロファイルを表している。この場合、放出スペクトルESは、青色の波長範囲を含んでいる。変換スペクトルCSは、一例として、波長変換層3によって放出される、電磁放射16,16Aの基本的な波長スペクトルを表している。したがって、変換スペクトルCSは、黄色の波長範囲と、赤色〜緑色の波長範囲とを含んでいる。TS1によって表されている曲線は、フィルタ層4の透過スペクトルを示している。したがって、フィルタ層4は、青色の光、したがって、有機層列1によって放出される電磁放射15に対して透過性であるのに対して、黄色の波長範囲と、赤色および緑色の波長範囲を有する電磁放射に対して不透明である。したがって、フィルタ層4が、例えば日光(可視波長範囲全体におけるスペクトル成分を有する)によって照らされる場合、黄色がかった部分と、赤色および緑色がかった部分は除去される。したがって、オプトエレクトロニクスデバイスの黄色がかった色印象を低減または回避することができる。
図3は、第1の領域2Aおよび第2の領域2Bの配置編成のさまざまな例示的な実施形態を示している。最初のパターンP1においては、第1の領域2Aおよび第2の領域2Bが縞状に配置されており、各縞の幅によってオプトエレクトロニクスデバイスの色印象を制御することができる。2番目のパターンP2においては、第1の領域2Aおよび第2の領域2Bが交差縞状または格子形状に配置されている。3番目のパターンP3においては、第1の領域が第2の領域2B内に円形状に配置されている。さらなる例示的なパターンP4においては、第1の領域2Aおよび第2の領域2Bが正方形状を有し、したがって、例えば格子縞パターンとなっている。ここに図示した例示的なパターン以外に、第1の領域2Aおよび第2の領域2Bは、その他の形状に、あるいは、これらの形状およびその他の形状の組合せとして、設けることができる。
図4A、図4B、および図4Cは、オプトエレクトロニクスデバイスのさらなる例示的な実施形態を示しており、これらの実施形態の基本的な動作・機能は、図1Aおよび図1Bによる例示的な実施形態における動作・機能に一致している。この場合、第2の領域のそれぞれが拡散層5を有し、この拡散層5は、図4Aにおいては電磁放射15のビーム経路においてフィルタ層4の下流に配置されており、図4Bにおいてはフィルタ層4の上流に配置されており、図4Cにおいてはフィルタ層4と結合されている。以下の説明は、図4A、図4B、および図4Cに等しく関連する。
有機層列1によって放出される電磁放射15は、通常では指向性放射として放出される。電磁放射15が波長変換層3における波長変換物質32に衝突すると、放射が吸収され、第2のスペクトルを有する電磁放射16として再放出される。この場合、再放出は無指向性として生じ、すなわち、放出される放射16の放出方向は、例えば等方性として生じる。しかしながら、電磁放射15は、フィルタ層4を方向が変わることなく通過する。指向性の電磁放射と無指向性の電磁放射の混合を回避する目的で、拡散層5は例えば拡散粒子51を有し、この拡散粒子51は、電磁放射15が無指向性の電磁放射15a、15bとして放出されるように、電磁放射15の方向を変化させる。したがって、このオプトエレクトロニクスデバイスの場合、より一様、より均一な色印象を達成することができる。拡散層5は例えば、反射性粒子51が中に埋め込まれているマトリックス材料を備えている。これらの粒子は、任意の望ましい透明な拡散材料(例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン、石英ガラスなど)から形成することができる。
拡散層5の拡散効果は、入射する電磁放射17(図示していない)と、反射した電磁放射18、およびフィルタリングされた電磁放射18にもあてはまる。拡散層は、波長変換層3と同じ放出特性を有することが好ましい。
図5は、オプトエレクトロニクスデバイスのさらなる例示的な実施形態を示しており、この実施形態においては、拡散層5が、波長変換層3の上とフィルタ層4の上の両方に設けられている。この例示的な実施形態においては、一例として、波長変換層3は、第2のスペクトルを有する電磁放射16を指向性波として放出するように設計されている。この場合、波長変換層3からとフィルタ層4から、指向性波としての電磁放射が現れる。この電磁放射のビーム経路における拡散層5は、放射15,16を無指向性の放射15A,15B,16A,16Bに拡散させる。これにより、オプトエレクトロニクスデバイスの一様な色印象につながる。
この例示的な実施形態においても、拡散層は反射性粒子51を有し、この粒子51は、その構造および機能に関して、図4A、図4B、および図4Cに示した例示的な実施形態における粒子51に対応している。
さらなる例示的な実施形態においては、粗化面を有する層として拡散層5を実現することもでき、この場合、電磁放射15,16の拡散は、拡散層5の粗化面によって生じる。この場合、粒子51を設けることは絶対的には必要でない。
図6は、オプトエレクトロニクスデバイスのさらなる例示的な実施形態を示しており、この実施形態においては、第2の波長変換層6が有機層列1および構造層2の下流に配置されている。この場合、第2の波長変換層6は、第1のスペクトルの波長範囲より下に位置する波長範囲の電磁放射を、少なくとも部分的に、第1のスペクトルの波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている。一例として、第2の波長変換層6によって、紫外線の波長範囲の電磁放射を第1のスペクトルの青色の波長範囲に変換することができる。
この場合、第2の変換層6は、原理的には、第1の波長変換層3に類似する構造または類似する組成を有するが、第1の波長変換層3と第2の波長変換層6の吸収スペクトルおよび放出スペクトルは、互いに異なる。したがって、第2の波長変換層6は、例えば、紫外線の波長範囲の吸収スペクトルと、青色の波長範囲の放出スペクトルを有する。
一例として、オプトエレクトロニクスデバイスの動作時、またはスイッチオフ状態において、電磁放射17(例えば日光)が、デバイスの第2の波長変換層6を照らす。したがって、電磁放射17の紫外線の波長範囲のスペクトル部分(第2の波長変換層6の吸収スペクトルに対応する)が、第2の波長変換層6の放出スペクトルに従って電磁放射19に変換される。第2の波長変換層6の吸収スペクトルに対応しない、電磁放射17の残りのスペクトル部分は、例えば、実質的に変化することなく層6を通過することができる(明瞭さを理由として図6には示していない)。
波長変換層6の放出スペクトルは、第1の波長変換層3の吸収スペクトルに実質的に対応しているため、第1の波長変換層3において、電磁放射19が第2のスペクトルを有する電磁放射16に変換されて放出される。フィルタ層4においては、電磁放射19を反射させることができる。これに代えて、またはこれに加えて、電磁放射19を、同じまたは変化した波長スペクトルを有する電磁放射19Aとして、有機層列1に透過させることもでき、電磁放射19Aは、有機層列1において一例として電極10によって外側に向かって反射される。変換後の、黄色の波長範囲の電磁放射16と、変換後の、青色の波長範囲の電磁放射19もしくは電磁放射19A、またはその両方とが一緒に放出されるため、この場合にも、スイッチオフ状態およびスイッチオン状態の両方において、これらの放射部分の結果として、オプトエレクトロニクスデバイスのほぼ白色の色印象が生じる。
さらなる例示的な実施形態においては、第2の波長変換層6を、第1の領域2Aの上のみ、または第2の領域2Bの上のみに配置することもできる。
図7におけるさらなる例示的な実施形態においては、第2のフィルタ層が、有機層列によって放出される電磁放射15のビーム経路において第1の波長変換層3の下流に配置されている。この場合、第2のフィルタ層7は、第1の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第4の波長スペクトルを有する電磁放射に対して不透明である。これにより、第1の波長変換層3の吸収スペクトルのスペクトル部分を有する電磁放射が、オプトエレクトロニクスデバイスの外側から波長変換層3に侵入するという状況を防止することができ、これは有利である。したがって、このスペクトル部分は、第2の波長スペクトルを有する電磁放射に変換され得ない。結果として、黄色がかった波長範囲の電磁放射の放出が低減する。
第2のフィルタ層7は、第4のスペクトルを有する電磁放射を、例えば反射することができる。これに代えて、またはこれに加えて、第2のフィルタ層7は、第4のスペクトルを有する電磁放射を吸収することもできる。一例として、第2のフィルタ層7は、第1のフィルタ層4に対して補完的なスペクトル特性を有する。
図7における例示的な実施形態において、有機層列によって放出される電磁放射15は、波長変換層3において第2のスペクトルを有する電磁放射16に変換される。第2のフィルタ層7に入射する電磁放射17は、変化することなく、一例として、反射される、または、残りのスペクトルを有する電磁放射20が第1の波長変換層3に侵入するように、透過する。しかしながら、電磁放射20は、波長変換層3の吸収スペクトルのスペクトル部分を実質的にまったく含んでいないため、変換された電磁放射が再放出されることはない。
図8は、透過スペクトルおよび放出スペクトルをプロットしたさらなる例示的なスペクトル図を示している。この場合、有機層列1の放出スペクトルESと、第1の波長変換層3の変換スペクトルCSは、例えば、図2に示したスペクトルプロファイルに対応している。透過スペクトルTS2は、第2のフィルタ層7の例示的なスペクトルプロファイルを表している。したがって、第2のフィルタ層は、波長変換層3の吸収スペクトルに実質的に対応する、有機層列の放出スペクトルを有する電磁放射に対して不透明である。
説明した例示的な実施形態の1つによるオプトエレクトロニクスデバイスは、例えば、カメラ付き携帯電話の用途におけるフラッシュライトのためのコンポーネントとして好適であり得る。さらに、このようなオプトエレクトロニクスデバイスは、照明装置用にも好適であり得る。
本発明は、有機層列を備えているオプトエレクトロニクスデバイスに制限されない。本発明は、放射を発生させる有機層列の代わりに、無機層列を備えているオプトエレクトロニクスデバイスの場合にも使用することができる。具体的には、本発明は、無機発光ダイオードの場合において使用することもできる。
本発明について、例示的な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例示的な実施形態に制限されない。本発明は、任意の新規の特徴、および特徴の任意の組合せ(特に、特許請求項における特徴の任意の組合せを含む)を包含し、このことは、その特徴自体、またはその組合せ自体が、特許請求項または例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合にも該当する。具体的には、拡散層、第2の波長変換層、および第2のフィルタ層のそれぞれのさまざまな実施形態を、オプトエレクトロニクスデバイスの場合に任意の望ましい方式において、互いに結合することができる。
本特許出願は、独国特許出願第102007044597.2号の優先権を主張し、この文書は、参照によって本出願に組み込まれるものとする。

Claims (16)

  1. オプトエレクトロニクスデバイスであって、
    − 動作時、第1の波長スペクトルを有する電磁放射(15)を放出する有機層列(1)と、
    − 前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)のビーム経路において前記有機層列(1)の下流に配置されており、第1および第2の領域(2A,2B)を有する構造層(2)と、
    を備えており、
    − 前記第1の領域(2A)のそれぞれが、前記第1の波長スペクトルを有する電磁放射(15)を、少なくとも部分的に、第2の波長スペクトルを有する電磁放射(16)に変換するように設計されている波長変換層(3)、を有し、
    − 前記第2の領域(2B)のそれぞれが、前記第2の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第3の波長スペクトルを有する電磁放射に対して少なくとも部分的に不透明であるフィルタ層(4)、を有し、前記構造層(2)の前記第1および第2の領域(2A,2B)が、前記オプトエレクトロニクスデバイスの前記ビーム経路において横方向に配置されており、
    前記フィルタ層(4)が、前記第1の波長スペクトルを有する前記電磁放射(15)に対して透過性である、
    オプトエレクトロニクスデバイス。
  2. 前記第1の波長スペクトルが青色の波長範囲を含んでおり、前記第2の波長スペクトルが黄色の波長範囲を含んでいる、
    請求項1に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  3. スイッチオフ状態において、黄色がかっていない色印象を観察者に与える、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  4. 前記フィルタ層(4)が、前記第3の波長スペクトルを有する前記電磁放射を、不可視波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  5. 前記フィルタ層(4)が、前記第3の波長スペクトルを有する前記電磁放射を吸収するように設計されている、
    請求項4に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  6. 前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)の前記ビーム経路において前記第1の領域(2A)もしくは前記第2の領域(2B)、またはその両方の下流に配置されている第2の波長変換層(6)であって、前記第1の波長スペクトルより小さい波長を少なくとも部分的に有する波長範囲の電磁放射を、少なくとも部分的に、前記第1の波長スペクトルの前記波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている、前記第2の波長変換層(6)、
    を備えている、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  7. 前記第2の波長変換層(6)が、紫外線の波長範囲の電磁放射を青色の波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている、
    請求項6に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  8. 前記第1の領域(2A)のそれぞれが第2のフィルタ層(7)を有し、前記第2のフィルタ層(7)が、前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)の前記ビーム経路において前記波長変換層(3)の下流に配置されており、前記第1の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第4の波長スペクトルを有する電磁放射に対して、少なくとも部分的に不透明である、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  9. 前記第2のフィルタ層(7)が、前記第4の波長スペクトルを有する電磁放射を、少なくとも部分的に吸収するように設計されている、
    請求項8に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  10. 前記第2のフィルタ層(7)が、前記第4の波長スペクトルを有する前記電磁放射を、少なくとも部分的に反射するように設計されている、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  11. 前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)の前記ビーム経路において前記構造層(2)の上流に配置されている、または下流に配置されている封止部を有する、
    請求項10に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  12. 前記封止部が薄膜封止部として具体化されている、
    請求項11に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  13. 前記オプトエレクトロニクスデバイスによって放出されて観察者によって知覚される前記電磁放射が、前記第1の波長スペクトルを有する前記電磁放射(15)と、前記第2の波長スペクトルを有する前記電磁放射(16)との重ね合わせに対応する、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  14. 前記構造層(2)が、縞状領域、交差縞状領域、円形領域、三角形領域、または長方形領域、またはこれらの領域の組合せを有する、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  15. 前記第2の領域(2B)のそれぞれが拡散層を有する、
    請求項1または請求項2に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  16. オプトエレクトロニクスデバイスであって、
    − 動作時、第1の波長スペクトルを有する電磁放射(15)を放出する有機層列(1)と、
    − 前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)のビーム経路において前記有機層列(1)の下流に配置されており、第1および第2の領域(2A,2B)を有する構造層(2)と、
    を備えており、
    − 前記第1の領域(2A)のそれぞれが、前記第1の波長スペクトルを有する電磁放射(15)を、少なくとも部分的に、第2の波長スペクトルを有する電磁放射(16)に変換するように設計されている波長変換層(3)、を有し、
    − 前記第2の領域(2B)のそれぞれが、前記第2の波長スペクトルの少なくとも一部分に対応する第3の波長スペクトルを有する電磁放射に対して少なくとも部分的に不透明であるフィルタ層(4)、を有し、前記構造層(2)の前記第1および第2の領域(2A,2B)が、前記オプトエレクトロニクスデバイスの前記ビーム経路において横方向に配置されており、
    前記フィルタ層(4)が、前記第1の波長スペクトルを有する前記電磁放射(15)に対して透過性であり、
    前記有機層列(1)によって放出される前記電磁放射(15)の前記ビーム経路において前記第1の領域(2A)もしくは前記第2の領域(2B)、またはその両方の下流に配置されている第2の波長変換層(6)をさらに有し、
    前記第2の波長変換層(6)が、紫外線の波長範囲の電磁放射を青色の波長範囲の電磁放射に変換するように設計されている、
    オプトエレクトロニクスデバイス。
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