(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ダイオード（１０）において、
金属によって形成されている第１の電極（１）と、第２の電極（２）と、少なくとも１つの活性層（３３）を備えた有機層列（３）と、放射を透過させるインデクス層（４）と、前面（６）と、背面（５）とを有しており、
前記有機層列（３）は前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）との間に設けられており、
前記インデクス層（４）は、前記第１の電極（１）の前記有機層列（３）側とは反対側の外面（１１）に設けられており、前記インデクス層（４）の平均屈折率は前記有機層列（３）の平均屈折率よりも大きく、
前記背面（５）は前記インデクス層（４）と対向しており、前記前面（６）は前記有機層列（３）と対向しており、発光ダイオード（１０）において生成される放射（Ｐ，Ｒ，Ｓ）は前記前面（６）及び前記背面（５）の内の少なくとも一方において放出され、有機発光ダイオード（１０）によって生成される電磁的なプラズモン放射（Ｐ）の少なくとも一部は前記インデクス層（４）を通過し、
前記第２の電極（２）は透明導電性酸化物から形成されており、
前記インデクス層（４）の平均屈折率は、前記有機層列（３）の平均屈折率の少なくとも１．２倍であり、
前記インデクス層（４）は少なくとも２００ｎｍの平均的な幾何学的厚さ（Ｄ）を有し、且つ、透明、可視並びに誘電性に構成されていることを特徴とする、有機発光ダイオード（１０）。
【請求項２】
前記活性層（３３）において生成される電磁放射の少なくとも一部によって、少なくとも前記第１の電極（１）においては表面プラズモン（＋，−）が励起されており、該表面プラズモン（＋，−）によって前記プラズモン放射（Ｐ）が形成されている、請求項１に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項３】
前記インデクス層（４）は結晶性の材料としてLiNbO3，ZnS，ZnSe又はTeO2を有しているか、又は、
前記インデクス層（４）はメタ材料であり、且つ、マトリクス材料内に埋め込まれているTiO2を含む、請求項１又は２に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項４】
前記第１の電極（１）は２５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の厚さ（Ｔ）を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項５】
前記第１の電極（１）と前記活性層（３３）との間の平均間隔（Ａ）は１５ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、且つ、前記有機層列（３）の平均的な幾何学的総厚（Ｚ）は最大で１５０ｎｍである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項６】
有機発光ダイオード（１０）によって生成される放射（Ｐ，Ｒ）の、有機発光ダイオード（１０）の前記背面（５）における平均放射強度は、有機発光ダイオード（１０）の前記前面（６）における平均放射強度の少なくとも５％である、請求項４又は５に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項７】
２５％の許容差でもって、前記背面（５）における平均放射強度は前記前面（６）における平均放射強度に等しい、請求項６に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項８】
有機発光ダイオード（１０）は基板（７）を有しており、該基板（７）には前記第１の電極（１）、前記第２の電極（２）及び前記有機層列（３）が取り付けられており、前記基板（７）自体は前記インデクス層（４）を形成している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項９】
前記インデクス層（４）は少なくとも二種類の層が交番的に配置されている複数の層を含んでおり、該複数の層の少なくとも一種類は透明な金属酸化物によって形成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１０】
前記インデクス層（４）は、ZnO層と、TiO層及び／又はSrTiO3層とが順番に交互に配置されている層列から形成されている、請求項９に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１１】
前記背面（５）は前記インデクス層（４）によって形成されており、前記インデクス層（４）は前記プラズモン放射（Ｐ）の放射出力を高めるための構造化部（１３）を有している、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１２】
前記インデクス層（４）は拡散手段（１４）を含有しており、該拡散手段（１４）は散乱粒子によって形成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１３】
前記インデクス層（４）の前記第１の電極（１）側とは反対側の面にはミラー（８）が設けられており、該ミラー（８）は前記プラズモン放射（Ｐ）を前記有機層列（３）の方向へと反射させるよう構成されており、
前記インデクス層（４）は前記ミラー（８）と金属性の前記第１の電極（１）との間に設けられており、
前記ミラー（８）を介して前記プラズモン放射（Ｐ）が基板（７）の方向へと反射され、それにより、前記プラズモン放射（Ｐ）も、直接的に前記活性層（３３）において生成された放射（Ｒ）も前記前面（６）を介して有機発光ダイオード（１０）から放出される、請求項１２に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１４】
前記第１の電極（１）は複数の孔（９）を有しており、該孔（９）は前記第１の電極（１）を完全に貫通しており
前記孔（９）の直径は１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第１の電極（１）における前記孔（９）によって、前記背面（５）における放射特性を調整するための光学格子が形成されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【請求項１５】
前記第１の電極（１）は少なくとも主延在方向に沿って厚さが変化し、該厚さの変化の長さスケール（Ｌ）は少なくとも３００ｎｍ且つ最大で１．５μｍであり、
前記インデクス層（４）の厚さも変化する、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の有機発光ダイオード（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光ダイオードに関する。
【０００２】
本発明が解決すべき課題は、金属電極のプラズモンモードから光を効率的に出力することができる、有機発光ダイオード、略してＯＬＥＤを提供することである。
【０００３】
有機発光ダイオードの一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが、金属から形成されている第１の電極を含んでいる。例えば、第１の電極は、銀、アルミニウム、カドミウム、バリウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、リチウム及び金の内の少なくとも一つから形成されている。即ち第１の電極は、特に、導電性の材料から形成されており、この導電性の材料は層が薄い場合であっても光非透過性である。換言すれば、第１の電極は有利には、可視スペクトル領域の放射の真空波長の少なくとも１／４の厚さである場合にその放射に対して非透過性である材料から形成されている。
【０００４】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが、少なくとも一つの活性層を備えた少なくとも一つの有機層列を含んでいる。活性層は、電磁放射を生成するために構成されている。活性層は、例えば、有機ポリマー、有機オリゴマー、有機モノマー、有機の非ポリマー小分子、又は、それらの組み合わせを基礎としている。有機層列は別の複数の有機層を有することができ、それらの有機層は例えば、電荷注入層、電荷輸送層及び電荷阻止層の内の少なくとも一つとして構成されている。
【０００５】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが第２の電極を有している。有利には、第２の電極は第１の電極と同様に、面状に構成されているか、又は、平坦に構成されているか、又は、面状且つ平坦に構成されている。面状とは、電極が相互に反対側に位置する面において有機層列の主面の少なくとも８０％を覆っているか、又は、完全に覆っているか、もしくは、電極の横方向の拡張部と電極の厚さとの比が少なくとも１０００であることを意味している。
【０００６】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機層列が第１の電極と第２の電極との間に設けられている。有機層列を、完全に電極間に設けることができるか、又は、部分的に電極間に設けることができる。
【０００７】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが放射透過性のインデクス層を含んでいる。即ち、インデクス層は可視スペクトル領域の少なくとも部分領域において半透明であるか、又は、有利には透明もしくは可視に構成されている。更に有利には、インデクス層は誘電性材料でもって構成されている。インデクス層は、均質の材料、例えば結晶性の材料から形成することができるが、少なくとも一つのメタ材料から形成することもできる。インデクス層が結晶性の材料を有している場合、適切な材料は例えばLiNbO3，ZnS，ZnSe又はTeO2である。同様に、約２．２の屈折率を有するC60のような有機材料をインデクス層に対して使用することができるか、又は、インデクス層内に使用することができる。
【０００８】
適切な材料は、マトリクス材料内に埋め込まれている、例えばTiO2である。適切なマトリクス材料は例えばポリマー、特にエポキシド、シリコーン、また、エポキシとシリコーンのハイブリッド材料である。
【０００９】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層が、第１の電極の有機層側とは反対側の外面に設けられている。換言すれば、インデクス層と有機層列との間に金属性の第１の電極が設けられている。
【００１０】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層の平均光学屈折率は有機層列の平均屈折率よりも大きいか、有機層列の平均屈折率に等しい。平均屈折率とは、屈折率が有機層列又はインデクス層の総層厚にわたり平均化されることを意味している。プラズモンモードは第１の電極から遠くなる方向において指数的に弱まるので、インデクス層の層を第１の電極に近くなるほどより強く重み付けすることができる。平均屈折率はまた、それぞれの層の実効屈折率であっても良い。例えば、有機層列の平均屈折率及び実効屈折率の内の少なくとも一方が１．８である場合、インデクス層の平均屈折率及び実効屈折率の内の少なくとも一方は同様に少なくとも１．８である。
【００１１】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが前面及び背面を有している。背面はインデクス層に対向しているか、又は、インデクス層によって形成されており、また、前面は有機層列に対向している。即ち、背面と有機層列との間には、少なくとも部分的にインデクス層が設けられており、前面とインデクス層との間には少なくとも部分的に有機層列が設けられている。発光ダイオード内で生成される放射は、有機発光ダイオードの前面及び背面の内の少なくとも一方において放出される。有利には、放射は少なくとも前面において発光ダイオードから放出され、選択的には更に背面において放出される。発光ダイオードの前面を横断する方向の側面においては、有利には、放射は放出されないか、又は、極僅かな割合の放射しか放出されない。
【００１２】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードによって生成される電磁的なプラズモン放射の少なくとも一部がインデクス層を通過する。プラズモン放射は、少なくとも第１の電極の表面プラズモンから生成されている放射である。
【００１３】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードが、金属により形成されている第１の電極と、第２の電極とを有している。更に、有機発光ダイオードは、第１の電極と第２の電極との間に設けられている、少なくとも一つの活性層を備えた有機層列を含んでいる。更に、有機発光ダイオードは、第１の電極の有機層列側と反対側の外面に設けられている、放射を透過するインデクス層を有している。インデクス層の平均屈折率は、有機層列の平均屈折率より大きいか、有機層列の平均屈折率と等しい。更に、有機発光ダイオードは、インデクス層に対向している前面と、有機層列に対向している背面とを有している。発光ダイオード内で生成される放射は、前面及び背面の内の少なくとも一方において放出される。有機発光ダイオードによって生成される電磁的なプラズモン放射の少なくとも一部はインデクス層を通過する。
【００１４】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第１の電極が有機層列ともインデクス層とも物理的に直接接触している。換言すれば、第１の電極はこの第１の電極の主延在方向を横断する方向において、インデクス層及び有機層列によって完全に又は部分的に境界付けられているか、閉じられている。
【００１５】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、活性層において生成された電磁放射によって、少なくとも、第１の電極と有機層列との間の境界面において表面プラズモンが励起される。表面プラズモンによって、プラズモン放射が完全に又は部分的に生成される。
【００１６】
有機層列において放射を生成するために設けられている活性層は、通常の場合、電子的に励起される状態において近似的に電気双極子モーメントを示す分子を有している。電子的な基本状態においては分子が双極子モーメントを示すことは必要とされていない。更には、有機層列と金属性の第１の電極層との間の境界面においては、電磁的な境界面モードが存在している。近接場効果及び表面粗さの内の少なくとも一つを介して、表面プラズモンモードとも称される境界面モードを有機層列の分子に結合させることができるか、又は、有機層列の分子がこのモードが結合させることができる。活性層によって生成される光の総量を測定すると、表面プラズモンモードにおける結合の範囲のオーダは約３０％になる。換言すれば、有機発光ダイオードの出力の大部分が表面プラズモンに変換される。
【００１７】
上記のように構成されているインデクス層を有していない有機発光ダイオードにおいては、表面プラズモンに結合される出力は、特に第１の電極の金属内での表面プラズモンモードの減衰によって失われ、光に変換されない。第１の電極の有機層列側とは反対側の面におけるインデクス層によって、表面プラズモンを電磁放射に変換するためのエネルギ及びインパルスを維持することができる。即ち、表面プラズモンを少なくとも部分的に、第１の電極の外面において電磁放射に変換することができる。
【００１８】
第１の電極の表面プラズモンから生成される放射、即ちプラズモン放射は、少なくとも部分的にインデクス層を通過し、例えば、インデクス層によって形成されている有機発光ダイオードの背面において有機発光ダイオードから放出される。第１の電極における表面プラズモンの電磁放射への逆変換によって、有機発光ダイオードの効率及び能率を向上させることができる。
【００１９】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層が、少なくとも５０ｎｍ、特に少なくとも１００ｎｍ又は少なくとも２００ｎｍの平均的な幾何学的厚さを有している。有利には、インデクス層の平均的な幾何学的厚さは少なくとも３００ｎｍ、特に少なくとも５００ｎｍを上回っている。即ち、インデクス層は、このインデクス層内の電磁放射の波長のオーダに少なくとも対応する厚さを有している。
【００２０】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、金属性の第１の電極が１５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の厚さ、有利には２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有している。上述の範囲内の第１の電極の厚さでは、第１の電極は放射に対して十分に非透過性である。即ち、活性層において生成される放射の殆どの部分は、反射、吸収又は表面プラズモンへの変換が行われることなく、第１の電極を直接的に通過することはない。他方では、第１の電極の有機層列と対向する内面から第１の電極の外面への表面プラズモンの移動を効果的に保証するために、第１の電極の厚さは上述の範囲において十分に薄い。即ち、第１の電極の上述の範囲の厚さでは、プラズモン放射の生成が特に効果的である。
【００２１】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、第１の電極と活性層との間の平均間隔は、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、有利には２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。表面プラズモンへの結合を低減するために、上述のように構成されているインデクス層を備えていない有機発光ダイオードにおいては、第１の電極と活性層との間隔が通常の場合、可能な限り大きく選定されている。可能な限り大きいとは、間隔が例えば１００ｎｍを上回ることを意味している。インデクス層を介する表面プラズモンのプラズモン放射への変換が実現されているので、活性層と第１の電極との間隔を短くすることができる。
【００２２】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、第１の電極と活性層との間の平均間隔は最大で２５ｎｍ、特に最大で１５ｎｍである。活性層と第１の電極との間隔がこのように短いことによって、活性層において生成される放射が第１の電極の表面プラズモンに特に効果的に結合されることを保証することができる。換言すれば、有機発光ダイオードの電力消費量の大部分が少なくとも第１の電極における表面プラズモンに変換される。
【００２３】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機層列の平均的な幾何学的総厚は１５０ｎｍ以下、有利には９０ｎｍ以下である。有機層列の総厚がこのように薄いことは、表面プラズモンのプラズモン放射への変換によって実現されているので、発光ダイオードの総効率は、表面プラズモンの励起に基づき発光ダイオードの効率を低減させない、又は、殆ど低減させない。
【００２４】
更には、有機層列の層厚が薄いことによって、有機発光ダイオードの電気的な特性が改善される。つまり有機層列においては、その厚さが薄いことに基づき、電圧も僅かにしか低下しない。更に、有機層列の形成に必要とされる材料の使用量を低減することができる。更には、有機層列は、導波層としての従来の発光ダイオードにおけるもののようには機能しないか、そのような従来の発光ダイオードにおけるものに比べて少なくとも遥かに低い機能を有している。有機層列が導波層として機能しないか、又は機能が低下している場合、生成される放射の出力効率を上昇させることができる。
【００２５】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、発光ダイオードによって生成される放射の、発光ダイオードの背面における平均放射強度は、発光ダイオードの前面における平均放射強度の少なくとも５％、特に少なくとも１５％である。換言すれば、発光ダイオードから放出される放射の大部分は背面において、即ち、発光ダイオード有機層列側とは反対側の面において放出される。
【００２６】
有機発光ダイオードの少なくとも１つの実施の形態によれば、２５％の許容差でもって、背面における平均放射強度は前面における平均放射強度に相当する。有利には、許容差は最大で１０％であり、特に背面における平均放射強度と前面における放射強度は製造公差の範囲で同一である。前面における放射強度と背面における放射強度との比率を、例えば、活性層と第１の電極との間隔によって、即ち、表面プラズモンにおける結合度によって、また、金属性の第１の電極の厚さ及び透明度の内の少なくとも一つとによって調整することができる。即ち、特に金属性の電極を一つだけ備えており、両面において、即ち前面及び背面において均一に光を放出する、有機発光ダイオードを実現することができる。
【００２７】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層の平均屈折率は有機層列の平均屈折率の少なくとも１．１倍である。有利には、インデクス層の平均屈折率は、有機層列の平均屈折率の少なくとも１．２倍、特に、少なくとも１．３倍である。屈折率の差が比較的大きいことによって、表面プラズモンからのプラズモン放射の効果的な生成を保証することができる。
【００２８】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層が、交番的に配置されている複数の層から形成されている。交番的に配置されている複数の層はそれぞれ異なる材料組成を有している。交番的に配置されている複数の層は、例えば、比較的高い屈折率と比較的低い屈折率とを交互に示すことができる。
【００２９】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、交番的に配置されている複数の層の内の少なくとも１つの層は透明な金属酸化物によって形成されている。例えば、インデクス層はZnO層と、TiO層及び／又はSrTiO3層とが順番に交互に配置されている層列から形成されている。複数の層は例えば、それぞれ原子層堆積（atomic layer deposition又は、略してALD）によって製造されている。このようにして構成されているインデクス層は、高い屈折率及び高い透過性を有しており、更には、酸素及び湿気のような外部からの影響に対する有機発光ダイオードの保護に適している。
【００３０】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードの背面がインデクス層によって形成されている。即ち、背面における有機発光ダイオードからの光はインデクス層から直接的に出力される。
【００３１】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層がプラズモン放射の放射出力を高めるための構造化部を有している。この構造化部を規則的に構成することができるが、不規則に構成することもできる。例えば、構造化部はエッチングマスクを用いたエッチングによって形成されているか、又は、例えば研磨もしくはサンドビームのような統計的な仕上げ処理によって形成されている。
【００３２】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層には拡散手段が添加されている。拡散手段は例えば散乱粒子によって形成されている。換言すれば、プラズモン放射、又は、プラズモン放射の少なくとも一部はインデクス層を直線的に通過するのではなく、拡散手段によって、特に反射及び散乱内の少なくとも一方によって少なくとも一回は方向を変更する拡散手段を使用することによって、特に、インデクス層の構造化部と組み合わせることによって、プラズモン放射に関する光の高い出力効率を達成することができる。
【００３３】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層が変換手段を含んでいる。変換手段は、プラズモン放射の少なくとも一部を吸収し、より大きい波長の放射に変換するよう構成されている。変換手段によって、背面における発光ダイオードの空間放射特性も変更することができ、特に均一に構成することができる。変換手段を、拡散手段及びインデクス層の構造化部と組み合わせて使用することもできる。
【００３４】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、第１の電極も第２の電極も金属から形成されている。即ち、この場合にはいずれの電極も金属性の電極である。例えば、有機発光ダイオードはいわゆるマイクロ共振器ＯＬＥＤとして構成されている。即ち、第１の電極及び第２の電極によって、例えば一種の共振器が形成されている。
【００３５】
特に、第１の電極も第２の電極も金属から形成されている有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、いずれの電極も最大で３０ｎｍ、特に最大で１５ｎｍの厚さを有している。換言すれば、いずれの電極も厚さが薄いことに基づき、活性層において生成される可視の放射に対して透過性である。
【００３６】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、第２の電極が透明導電性酸化物から形成されている。有利には、第２の電極の厚さは１００ｎｍ、特に２００ｎｍを上回っている。有利には、第２の電極の厚さは１００ｎｍ以上１４０以下である。例えば、第２の電極は、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛又は酸化スズを含有しているか、もしくは、それらの材料から形成されている。同様に、第２の電極のための材料として、Alドープされた酸化亜鉛、略してAZOを使用することができる。
【００３７】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、少なくとも、第１の電極は少なくとも一つの主延在方向に沿って、有利には二つの主延在方向に沿って厚さが変化する。換言すれば、第１の電極の厚さは、直交する二つの主延在方向に沿って、例えば周期的に変化するか、又は、統計的に分布して変化する。
【００３８】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、有機発光ダイオードの支持体が主面において構造化部を有している。支持体のこの主面には、第１の電極及び第２の電極、並びに、有機層列及びインデクス層が、それぞれ有利には主面全体にわたり製造公差の範囲で一定の厚さでもって被着されている。
【００３９】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、厚さ変化の長さスケール及び構造化部の長さスケールの内の少なくとも一方は３００ｎｍ以上１．５μｍ以下、有利には４００ｎｍ以上１．０μｍ以下である。厚さ変化は均一な変化又は周期的な変化で良く、この周期的な変化は例えば正弦波状の変化又は段状の変化であり、且つ、長さスケールに応じた周期性を示している。同様に、第１の電極内で相互に規則的な間隔を空けて配置されている複数の孔の形態で厚さ変化を実施することができる。長さスケールは平均長さスケールであっても良く、また、主延在方法に沿った厚さ変化は不規則であるか、ランダムなものであっても良い。有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、インデクス層の第１の電極側とは反対側の面にはミラーが設けられており、このミラーはプラズモン放射を有機層列の方向へと反射させるよう構成されている。その種のミラーを使用することによって、有機発光ダイオードによって生成される放射全てを有機発光ダイオードの前面から出力させることができる。その種のミラーを使用する場合、インデクス層は有利には拡散手段及び構造化部の内の少なくとも一方を有している。
【００４０】
有機発光ダイオードの少なくとも一つの実施の形態によれば、ミラーはインデクス層の一部である。例えば、この場合ミラーはブラッグミラーとして形成されており、またそれと同時に、ミラー層はインデクス層の部分層である。これによって、有機発光ダイオードの効率的なカプセル化及び小型の構造の内の少なくとも一方を達成することができる。
【００４１】
以下では、図面に示した実施例を参照しながら、本願発明による有機発光ダイオードをより詳細に説明する。個々の図面において、同一の構成要素には同一の参照符号並びに参照番号を付している。しかしながら、それらの図面は縮尺通りに描かれたものではない。むしろ、より良い理解のために個々の構成要素は強調して大きく描かれている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図２】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図３】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図４】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図５】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図６】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図７】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図８】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図９】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図１０】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図１１】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図１２】本願発明による有機発光ダイオードの実施例の概略的な断面図を示す。
【図１３】本発明による原理スケッチの概略的な断面図を示す。
【図１４】表面プラズモンのばらつき関係の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１には、有機発光ダイオード１０の一つの実施例が示されている。有機発光ダイオード１０は、活性層３３を備えた有機層列３を有している。有機発光ダイオード１０の動作時には、活性層３３において電磁放射Ｒが生成される。有機層列３３の総厚Ｈは、例えば最大で３００ｎｍ、特に最大で９０ｎｍである。有機層列３の支持体７側の面には第２の電極２が設けられている。第２の電極２は例えば透明導電性酸化物から形成されている。活性層３３において生成された放射Ｒの少なくとも一部は、第２の電極２及び支持体７を通過して、有機発光ダイオード１０の前面６において放出される。
【００４４】
有機層列３の支持体７側とは反対側の面には第１の電極１が設けられており、この第１の電極１は金属、例えば銀から形成されている。活性層３３における放射の生成によって、第１の電極１と活性層列３との間の境界面においては、表面プラズモン＋，−が励起される。この表面プラズモン＋，−は、第１の電極１の有機層列３側とは反対側の外面１１に到達することができる。これを効率的に実現するために、第１の電極１の厚さＴは有利には２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００４５】
第１の電極１の外面１１には、この第１の電極１と直接的に接触して、インデクス層４が設けられている。インデクス層４の平均屈折率は、有機層列３の平均屈折率と少なくとも同じ大きさであるか、又は、有利には有機層列３の平均屈折率よりも大きい。インデクス層４によって発光ダイオード１０の背面５も形成されている。
【００４６】
インデクス層４の平均屈折率が有機層列３の平均屈折率よりも大きいことによって、第１の電極１における表面プラズモン＋，−をプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に変換することができる。プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は少なくとも部分的にインデクス層４を通過し、背面５において発光ダイオード１０から放出される。インデクス層４の厚さＤは有利には少なくとも２００ｎｍである。
【００４７】
表面プラズモン＋，−がプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３へと変換される際にインパルス及びエネルギが維持されることに基づき、波長に関するプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の放出は角度に依存して行われる。即ち、プラズモン放射Ｐ１の波長はプラズモン放射Ｐ２の波長よりも小さい。また、プラズモン放射Ｐ２の波長はプラズモン放射Ｐ３の波長よりも小さい。プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の波長が小さくなればなるほど、それらのプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がインデクス層４を通過して第１の電極１の主延在方向へと延びる角度も小さくなる。
【００４８】
図２による実施例においては、インデクス層４が基板７と第１の電極１との間に設けられている。背面５は基板７によって形成されており、また、前面６は第２の電極２の有機層列３側とは反対側の外面１２によって形成されている。プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は基板７を通過して発光ダイオード１０から放出される。
【００４９】
図１又は図２に示した実施例とは異なり、基板７が出力効率を改善するための表面処理部を有していても良い。
【００５０】
図３によれば、基板７自体がインデクス層４を形成している。即ち、基板７は有機層列３の平均屈折率と少なくとも同じ屈折率を有している金属によって形成されている。有利には、有機層列３の屈折率と基板７の屈折率の差は少なくとも０．２又は０．３である。例えば、基板７の屈折率は約２．１であり、有機層列３の平均屈折率は約１．８であり、特にそれぞれが０．１又は０．０５の許容差を有している。
【００５１】
図４による有機発光ダイオード１０はマイクロ共振器発光ダイオードとして実施されている。第１の電極１も第２の電極２もそれぞれ金属、例えば銀から形成されている。しかしながら、有利には２つの電極１，２は相互に異なる金属を含有しているか、異なる金属から形成されている。第１の電極１の外面１１においても、第２の電極２の外面１２においてもインデクス層４ａ，４ｂが設けられている。選択的に、第１の電極１におけるインデクス層４ａが同時に支持体７を表していることも考えられる。第１の電極１の厚さＴ１及び第２の電極２の厚さＴ２は、表面プラズモン、従ってプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が生成され、更には、直接的に活性層３において生成された放射Ｒが少なくとも部分的に第１の電極１及び第２の電極２の内の少なくとも一方を通過するように調整されている。これによって、例えば図１から図３に示した実施例でも同様に、有機発光ダイオード１０の前面６においても背面５においてもほぼ同一の高放射強度を実現することができる。
【００５２】
図５による実施例では、第１の電極１が主延在方向に沿って、長さスケールＬの厚さ変化を示している。長さスケールＬは有利には、放出されるプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の真空波長のオーダにある。例えば、厚さ変化は周期的な正弦波状の経過を示している。
【００５３】
選択的に、インデクス層４は図５に示されているものとは異なる厚さ変化を示しても良い。同様に、図５に示されているものとは異なり、第２の電極２が厚さ変化を示し、また、第２の電極２から見て基板７側とは反対側の層３から５が一定の厚さを有していることも考えられる。更には、基板７の有機層列３側の面を構造化することもでき、その場合には、有利には別の層２から５が一定の厚さを有している。
【００５４】
プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の波長の長さスケールＬでの厚さ変化によって、第１の電極１において一種の光学格子を形成することができる。これによって、放出されるプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と角度の関係を調整することができる。例えば、プラズモン放射Ｐ２の強度はプラズモン放射Ｐ１，Ｐ３の強度を上回っている。
【００５５】
図面を分かりやすくするために、図５及び後続の図面においては、直接的に活性層３３において生成された放射Ｒは図示していない。
【００５６】
図６によれば、第１の電極１は複数の孔９を有している。それらの孔９は第１の電極１を例えば完全に貫通しており、また、それらの孔９をフォトリソグラフィ処理によって形成することができる。孔９の直径は、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第１の電極１における孔９によって、同様に、背面５における放射特性を調整するための一種の光学格子を形成することができる。
【００５７】
図７には、インデクス層４が、プラズモン放射Ｐの出力効率を高めるための構造化部１３を有していることが示されている。
【００５８】
図８によれば、インデクス層４は散乱粒子の形態の拡散手段１４を含んでいる。散乱粒子１４によって、プラズモン放射Ｐは少なくとも部分的に、直線的にインデクス層４を通過するのではなく、散乱粒子において偏向又は反射されてインデクス層４を通過する。これによって、インデクス層４からのプラズモン放射Ｐの出力効率をやはり高めることができる。
【００５９】
図９による実施例においては、インデクス層４には変換手段１５が添加されている。変換手段１５の粒子によって、プラズモン放射Ｐの少なくとも一部が吸収され、より大きい波長の二次放射Ｓへと変換される。変換手段１５を使用することによって、放出される放射Ｐ，Ｓの放射特性を均質化することができる。即ち放射Ｐ，Ｓをより安定したものにすることができる。例えば、プラズモン放射の青色スペクトル成分及び緑色スペクトル成分のみが二次放射Ｓへと変換され、プラズモン放射Ｐの赤色スペクトル成分が変換されずに背面５において放出されるように変換手段１５を選定することができる。
【００６０】
図１０によれば、第１の電極１は段状の厚さ変化を示している。この厚さ変化によって、プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の種々の波長に関して、表面プラズモンをプラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に変換するための種々の効率が第１の電極の異なる位置において存在することを達成することができる。したがって、このような第１の電極１の厚さ変化によって、第１の電極１を構造化させることなく、光学格子のような、背面５における放射特性の影響及び構成を実現することができる。
【００６１】
図１１による実施例においては、第１の電極１の厚さ変化は図１０のように段状のものではなく、スロープ状のものである。図１０に示されているものにおいても、スロープ状に構成されている厚さ変化の周期性は有利には、プラズモン放射Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の波長よりも大きい。
【００６２】
図１２には、インデクス層４の有機層列３側とは反対側の面にミラー８が設けられている、発光ダイオード１０の実施例が示されている。ミラー８を介してプラズモン放射Ｐが基板７の方向へと反射されるので、プラズモン放射Ｐも、直接的に活性層３３において生成された放射Ｒも前面６を介して発光ダイオード１０から放出される。有利には、インデクス層４は、図１２に示されていない散乱手段を有している。更に、ミラー８をインデクス層４の一部として形成することができる。
【００６３】
図１３には、いわゆるクレッチマン配置が示されている。ガラスプリズム１６が第１の電極１上に設けられている。第１の電極１のガラスプリズム１６側とは反対側の面には更に有機層列３が設けられている。所定の波長の放射Ｑがガラスプリズム１６に入射する。放射Ｑの入射角度、放射Ｑの波長、及び、ガラスプリズム１６並びに有機層列３の屈折率に依存して、所定量の放射Ｑが表面プラズモン＋，−に変換される。全ての放射Ｑが表面プラズモン＋，−に変換されることも考えられる。即ち、図１から図１２に示したような有機発光ダイオード１０とは異なり、クレッチマン配置では逆の場合の変換が存在する。つまり、放射Ｑが表面プラズモン＋，−に変換される。
【００６４】
図１４には、表面プラズモン＋，−の分散関係が概略的に示されている。波長λ（単位ｎｍ）もしくは周波数ｆ（単位Ｈｚ）に対する波ベクトルｋ（単位ｍ-1）がプロットされている。分散関係に関して、更に右側にある曲線から更に左側にある曲線にのみ、放射Ｑの表面プラズモン＋，−への変換が実現される。曲線ａは空気中の分散関係を概略的に示しており、曲線ｂは屈折率１．５の媒体中の分散関係を示しており、曲線ｃは空気と銀の境界面における表面プラズモンに関する分散関係を示しており、また、曲線ｄは銀と有機体との間の境界面における表面プラズモンに関する分散関係を示している。ここで、有機体は約３０ｎｍの厚さを有している。
【００６５】
したがって逆の場合、即ち、表面プラズモン＋，−からプラズモン放射Ｐに変換が行われる場合、表面プラズモンがプラズモン放射Ｐへと変換される媒体の屈折率、ここではインデクス層４の屈折率が十分に大きい場合にのみ実現される。
【００６６】
上記において説明した本発明は、実施例に基づいた上記の説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明はあらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組合せを含むものであり、これには特に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲又は実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【００６７】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2009 023 352.0号及び第10 2009 037 185.0号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。
【図１】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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