(57)【要約】      （修正有）【課題】光のアウトカップリングが改良された有機発光装置、及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板３０４と、基板上に配置された第１の電極３０３と、第１の電極上に配置された有機層３０２と、有機層上に配置された第２の電極３０１と、を含む装置３００であって、有機層は、有機発光材料を含む第１の領域３０５と、有機層内部に周期的に埋め込まれた透明な低屈折率材料を含み、低屈折率材料が有機発光材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第２の領域３１０と、を含み、有機層内部に周期的に埋め込まれた透明な低屈折率材料は、取り出される光の放射スペクトルに実質的に歪みがなく、幅広いスペクトルにわたって増大されたアウトカップリング効率を提供し、第１及び第２の電極のうち少なくとも一つが透明電極である装置。【選択図】図３Ａ
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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第１の電極と、
前記第１の電極上に配置された有機層と、
前記有機層上に配置された第２の電極と、を含む装置であって、
前記有機層は、
有機発光材料を含む第１の領域と、
前記有機層内部に周期的に埋め込まれた透明な低屈折率材料を含み、前記低屈折率材料が有機発光材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第２の領域と、を含み、
前記有機層内部に周期的に埋め込まれた透明な低屈折率材料は、取り出される光の放射スペクトルに実質的に歪みがなく、幅広いスペクトルにわたって増大されたアウトカップリング効率を提供し、
前記第１及び第２の電極のうち少なくとも一つが透明電極である装置
【請求項２】
前記装置が上部放射ＯＬＥＤである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記低屈折率材料の屈折率が１．０から１．５である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記低屈折率材料が前記第１の電極及び第２の電極に平行な平面内で配向するグリッドを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記グリッドは取り出される光の波長よりも一オーダー大きい周期性を備えて配置される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
マイクロレンズシート表面の凸側が基板と反対の方向に向くように基板の下方に配置されたマイクロレンズシートをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記低屈折率材料が、エアロゲル、テフロン（登録商標）、ＳｉＯ２膜の等級品、ＴｉＯ２膜の等級品、及びＳｉＯ２ナノロッドの層からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に配置された第１の電極と、
前記第１の電極上に配置された第１の層と、
前記第１の層上に配置された第２の電極と、を含む装置であって、
前記第１の層は、
有機発光材料を含む第１の領域と、
前記有機発光材料の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料を含み、前記第１の領域に隣接して配置される第２の領域と、を含み、
前記第１及び第２の電極のうち少なくとも一つが透明電極であり、
有機発光材料によって導波モードで放射された光が、透明電極を通って装置から出る方向に、前記第２の領域によって方向を変えられる、装置。
【請求項９】
前記装置が上部放射ＯＬＥＤである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記低屈折率材料の屈折率が１．０から３．０である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記低屈折率材料の屈折率が１．０から１．５である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記低屈折率材料が前記第１の電極と第２の電極とに平行な平面内で配向したグリッドを形成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記グリッドが光の波長よりも大きい周期性を有して配置される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
マイクロレンズシートの凸側が基板と反対の方向に向くように基板の下方に配置されたマイクロレンズシートをさらに含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記低屈折率材料が、エアロゲル、テフロン（登録商標）、ＳｉＯ２膜の等級品、ＴｉＯ２膜の等級品、及びＳｉＯ２ナノロッドの層からなる群から選択される、請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
基板上に第１の電極を堆積する段階と、
前記第１の電極上に屈折率１．０から１．５を有する低屈折率材料のグリッドを堆積する段階と、
有機発光材料がグリッドと、又は第１の電極と直接接触するようにグリッド上に有機発光材料を堆積する段階と、
前記有機発光材料上に第２の電極を堆積する段階と、を含む発光装置を製造する方法であって、
前記第１及び第２の電極のうち少なくとも一つが透明電極であり、
前記低屈折率材料のグリッドが、有機発光材料によって導波モードで放射された光の方向を、透明電極を通って装置から出る方向に変える、発光装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００７年３月３０日に出願された、発明の名称が「ＯＬＥＤ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ」である米国特許出願第１１／７２９，８７７号明細書、及び２００８年３月３１日に出願された、発明の名称が「Ｌｏｗ  Ｉｎｄｅｘ  Ｇｒｉｄｓ（ＬＩＧ）  ｔｏ  Ｉｎｃｒｅａｓｅ  Ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  ｆｒｏｍ  Ｔｏｐ  ｏｒ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ＯＬＥＤ」である米国特許出願第１２／０５９，７８３号明細書に関する。
【０００２】
政府の権利
本発明は、米国エネルギー省による契約第ＤＥ−ＦＧ０２−０４ＥＲ８４１１３の下で米国政府の援助の下で行なわれた。政府は本発明に一定の権利を有している。
【０００３】
共同研究協約
請求の範囲に記載されている発明は、大学−企業共同研究契約に基づき、一つ以上の以下の団体によって、それらを代表して、及び／又はそれらに関連してなされた：プリンストン大学、南カリフォルニア大学、ミシガン大学、及びユニバーサルディスプレイコーポレーション。前記契約は、請求の範囲に記載されている発明がなされた日及びそれ以前に有効であったもので、請求の範囲に記載されている発明は前記協約の範囲内で行なわれた活動の結果としてなされた。
【０００４】
本発明は有機発光素子（ＯＬＥＤ）に関し、より詳細には光のアウトカップリングを強める低屈折率材料を有する有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００５】
有機材料を使用するオプトエレクトロニック装置は、幾つかの理由でますます強く望まれつつある。そのような装置を作製するのに使用される多くの材料が比較的安価であり、したがって有機オプトエレクトロニック装置は無機装置に対してコスト的に有利である可能性を有する。加えて、その可とう性等有機材料に固有の性質によって、可とう性基板上での作製等、特別な用途に対してよく適するものとなる。有機オプトエレクトロニック装置の例としては、有機発光素子（ＯＬＥＤ）、有機光トランジスタ、有機光電池、及び有機光検知器が挙げられる。ＯＬＥＤに関して、有機材料は従来の材料に対して性能上の有利な点を有し得る。例えば、有機発光層が光を放出する波長は一般的に適切なドーパントによって容易に調節され得る。
【０００６】
用語「有機」は、有機オプトエレクトロニック装置を作製するために使用され得る低分子有機材料と同様に、ポリマー材料を含む。「低分子」はポリマーではない任意の有機材料を示し、及び「低分子」は実際には非常に大きくてよい。低分子は、ある状況では繰り返し単位を含んでよい。例えば、置換基として長鎖アルキル基を用いても、その分子は「低分子」として分類される。低分子は、例えばポリマー主鎖のペンダント基として、または主鎖の一部としてポリマー内部に組み込まれてもよい。低分子は、デンドリマーのコア部分として使われてもよく、前記デンドリマーはコア部分に接して構築された一連の化学的殻からなる。デンドリマーのコア部分は蛍光またはリン光低分子発光体であってよい。デンドリマーは「低分子」であってよく、ＯＬＥＤの分野で現在使用されている全てのデンドリマーは低分子であると考えられる。一般的に、高分子は化学式を有し分子どうしが異なる分子量を持つのに対して、低分子は明確な化学式を有し単一の分子量を持つ。ここで、「有機」はヒドロカルビルリガンド及びヘテロ原子で置換されたヒドロカルビルリガンドの金属錯体を含む。
【０００７】
ＯＬＥＤは装置を横切って電圧が印加されるとき発光する有機薄膜を使用する。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、ますます興味ある技術になっている。幾つかのＯＬＥＤ材料及び構成は、参照によって全体がここに組み込まれる、米国特許第５，８４４，３６３号明細書、米国特許第６，３０３，２３８号明細書、及び米国特許第５，７０７，７４５号明細書に記載される。
【０００８】
ＯＬＥＤ装置は一般的に（常にではないが）少なくとも一つの電極を通って発光するよう意図され、一つ以上の透明電極が有機オプトエレクトロニック装置において使用されてよい。例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極材料が底部電極として使用されてよい。その全体が参照によって組み込まれる、米国特許第５，７０３，４３６号明細書、及び米国特許第５，７０７，７４５号明細書に開示されるような、透明上部電極が使用されてもよい。底部電極を通ってのみ発光することが意図された装置に関して、上部電極が透明である必要はなく、高い導電性を有する厚く反射性の金属層から構成されてよい。同様に、上部電極を通ってのみ発光することが意図された装置に関して、底部電極は不透明及び／又は反射性であってよい。電極が透明である必要がないとき、厚い層を用いてよりよい導電性を提供してよく、及び反射性の電極を用いて、透明電極に向かって光を反射して戻すことによって、他方の電極を通って放出される光の量を増大し得る。完全に透明な装置が作製されてもよく、双方の電極が透明である。側部発光ＯＬＥＤが作製されてもよく、そのような装置において一つ又は双方の電極は不透明又は反射性であってよい。
【０００９】
ここで「上部」は基板から最も離れたことを意味し、一方で「底部」は基板に最も近いことを意味する。例えば、二つの電極を有する装置に関して、底部電極は基板に最も近い電極であり、一般的には作製される第１の電極である。底部電極は二つの表面を有し、底部表面は基板に最も近く、上部表面は基板から離れている。第１の層が第２の層の「上に堆積される」と記載される場合、第１の層は基板から離れて堆積される。第１の層が第２の層に「物理的に接触している」と明記されない限り、第１の層と第２の層との間に他の層があってよい。例えば、たとえ間に様々な有機層が存在したとしても、カソードはアノードの「上に堆積される」と記載されてよい。
【００１０】
ここで、「溶液処理可能」とは、溶液中に又は懸濁液の形態のどちらかで、溶解される、分散される、又は移動される、及び／又は液体媒体から沈殿される、ことができることを意味する。
【００１１】
ここで、当業者には一般的に理解されるように、第１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、もしも第１のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近い場合、第２のＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位と比較して「大きい」か、又は「高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は真空レベルに対して負のエネルギーとして測定されるので、高いＨＯＭＯエネルギー準位は小さな絶対値を有するＩＰに相当する（負のより小さなＩＰ）。同様に、高いＬＵＭＯエネルギー準位は、小さな絶対値（負のより小さなＥＡ）を有する電子親和力（ＥＡ）に相当する。真空準位が上部に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。「高い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位は、「低い」ＨＯＭＯ又はＬＵＭＯエネルギー準位と比較して、そのような図の上部近くに現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願第１１／７２９，８７７号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１２／０５９，７８３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８４４，３６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３０３，２３８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７０７，７４５号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７０３，４３６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，６０２，５４０号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５４８，９５６号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，５７６，１３４号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，０９７，１４７号明細書
【特許文献１２】米国特許出願第０９／９３１，９４８号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，２４７，１９０号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，０９１，１９５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，８３４，８９３号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，０１３，９８２号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，０８７，１９６号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，３３７，１０２号明細書
【特許文献１９】米国特許出願第１０／２３３，４７０号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，２９４，３９８号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，４６８，８１９号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８（Ａｐｒ．１６，２００７）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ＯＬＥＤは基板、又は有機発光材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料の領域を含んでよく、導波モードの放射光が空気中に取り出されることを可能にする。これらの領域は電極に平行な方向のＯＬＥＤの発光領域の近傍に配置され得る。基板は、導波モード及び／又はガラスモードの光の空気モードへの変換をさらに改良するために、非標準形状を付与されてもよい。そのような装置のアウトカップリング効率は、標準ＯＬＥＤの効率に対して最大２〜３倍であり得る。
【００１５】
ＯＬＥＤは、第１の電極を基板上に堆積することによって；第１の電極の上に屈折率１．０から１．５の低屈折率材料のグリッドを堆積することによって；有機発光材料がグリッドと、又は第１の電極と直接接触するようにグリッド上に有機発光材料を堆積することによって；及び有機発光材料上に第２の電極を堆積することによって、製造されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】別個の電子輸送層、正孔輸送層、及び発光層、並びに他の層を有する有機発光素子を示す。
【図２】別個の電子輸送層を持たないインバーテッド（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）有機発光素子を示す。
【図３Ａ】低屈折率を有する透明材料領域を有する有機発光素子を示す。
【図３Ｂ】隣接する領域の間の境界がほぼ垂直である装置の一部を示す。
【図３Ｃ】隣接する領域の間の境界が粗い装置の一部を示す。
【図３Ｄ】低屈折率を有する透明材料領域を有する有機発光素子を示す。
【図４Ａ】低指数領域の例示的構成の上面図を示す。
【図４Ｂ】低指数領域の例示的構成の上面図を示す。
【図５Ａ】低指数領域を有する装置に関して、空気モード及びガラスモードに変換された光の量に関するシミュレートされた値を示す。
【図５Ｂ】屈折率１．０３を有する低指数材料の六角形のグリッドを有する装置に関してシミュレートされた放射を示す。
【図６Ａ】マイクロレンズシートを有する装置を示す。
【図６Ｂ】基板と電極との間に堆積された低指数薄膜層を有する装置を示す。
【図７】屈折率の範囲に関して低指数材料の六角形グリッドを有する、マイクロレンズを有する装置によって放射された光の割合を示す。
【図８】従来のＯＬＥＤ、理想的なマイクロレンズを有するＯＬＥＤ、理想的なマイクロレンズ及び屈折率が１．２９である低指数材料の六角形グリッドを有するＯＬＥＤ、に関して放射された光の割合を示す。
【図９】従来のＯＬＥＤによって、及び、屈折率１．２を有する低指数材料の六角形グリッド及び屈折率１．２９を有するテフロン（登録商標）ＡＦの挿入層を有するＯＬＥＤによって、放射された光を示す。
【図１０】図９と同じ構造を有するが、屈折率１．２９を有する低指数材料を有する装置の放射を示す。
【図１１】低指数層がない場合の、ガラス基板内の光の角度分布を示す。
【図１２】低指数層がある場合の、ガラス基板内の光の角度分布を示す。
【図１３】様々な装置構造に関する放射角に対する放射された光の割合を示す。
【図１４】様々な電極厚みを有する装置内の空気モード及びガラスモードの光の割合を示す。
【図１５】様々な幅の低指数領域を有する装置に関する様々なモードの光の割合を示す。
【図１６】有機領域４μｍから１０μｍを有する装置に関する様々なモードの光の割合を示す。
【図１７】様々な屈折率及び形状を有する低指数領域を有する装置に関する様々なモードの光の割合を示す。
【図１８】低屈折率を有する透明材料の領域を有する透明又は上部放射有機発光装置を示す。
【図１９】図１９Ａ〜１９Ｃは、有機層内に埋め込まれたＬＩＧを有する透明又は上部放射ＯＬＥＤを示す。
【図２０Ａ】長方形ＬＩＧを有する透明又は上部放射ＯＬＥＤに関するアウトカップリング効率の増加に関するシミュレートされた値を示す。
【図２０Ｂ】長方形ＬＩＧを有する透明又は上部放射ＯＬＥＤに関するアウトカップリング効率の増加に関するシミュレートされた値を示す。
【図２０Ｃ】長方形ＬＩＧを有する透明又は上部放射ＯＬＥＤに関するアウトカップリング効率の増加に関するシミュレートされた値を示す。
【図２１】マイクロレンズシートを有する透明又は上部放射ＯＬＥＤを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一般的に、ＯＬＥＤは、アノードとカソードとの間に配置された、及び、アノード及びカソードに電気的に接続された少なくとも一つの有機層を含む。電流が印加されたとき、アノードは有機層内部に正孔を注入し、カソードは電子を注入する。注入された正孔及び電子は各々反対に帯電された電極に向かって移動する。電子及び正孔が同じ分子上に局在するとき、励起されたエネルギー状態を有する局在化された電子−正孔対である「励起子」が形成される。光は励起子が光放射機構を経由して緩和するとき放射される。ある特定の場合には、励起子はエキシマー又はエキシプレックス上に局在化され得る。熱緩和等の非放射機構が起きる場合があるが、一般的には望ましくないと考えられる。
【００１８】
図１は有機発光装置１００を示す。図は必然的に原寸どおりに描かれていない。装置１００は、基板１１０、アノード１１５、正孔注入層１２０、正孔輸送層１２５、電子阻止層１３０、発光層１３５、正孔阻止層１４０、電子輸送層１４５、電子注入層１５０、保護層１５５、及びカソード１６０を含んでよい。カソード１６０は第１の導電層１６２及び第２の導電層１６４を有する複合カソードである。装置１００は記載された層を順次堆積することによって作製されてよい。
【００１９】
基板１１０は所定の構造上の性質を提供する任意の適切な基板であってよい。基板１１０は柔軟であってよく、又は剛直であってよい。基板１１０は透明、半透明、又は不透明であってよい。プラスチック及びガラスは好ましい剛直な基板材料の例である。プラスチック及び金属ホイルは好ましい柔軟な基板材料の例である。基板１１０は回路作製を容易にするために半導体材料であってよい。例えば、基板１１０はその上に回路が作製されるシリコンウェハであってよく、その後のＯＬＥＤの基板上への堆積を制御することを可能にする。他の基板が使用されてよい。材料及び基板１１０の厚みは所定の構造及び光学的性質を得るように選択されてよい。
【００２０】
アノード１１５は正孔を有機層に輸送するのに十分な導電性を有する任意の適切なアノードであってよい。アノード１１５の材料は好ましくは約４ｅＶよりも高い仕事関数を有する（「高仕事関数材料」）。好ましいアノード材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、及び酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ＡｌＺｎＯ）等の導電性金属酸化物、及び金属を含む。アノード１１５（及び基板１１０）は、底部発光装置を形成するため十分に透明であってよい。好ましい透明基板とアノードとの組み合わせは、商業的に入手可能である、ガラス又はプラスチック（基板）上に堆積されたＩＴＯ（アノード）である。柔軟かつ透明な基板とアノードとの組み合わせは、米国特許第５，８４４，３６３号明細書及び６，６０２，５４０Ｂ２号明細書に開示され、その全体が参照によって組み込まれる。アノード１１５は不透明及び／又は反射性であってよい。反射性アノード１１５は一部の上部発光装置に関して好ましく、装置上部から放射される光の量を増加し得る。材料及びアノード１１５の厚みは所定の導電性及び光学的性質を得るように選択されてよい。アノード１１５が透明であるとき、特別な材料に関する厚みの範囲は所定の導電性を提供するのに十分な厚みであり、所定の透明度を提供するのに十分な薄さであってよい。他のアノード材料及び構造が使用されてよい。
【００２１】
正孔輸送層１２５は正孔を輸送することができる材料を含んでよい。正孔輸送層１３０は真性（ドープされていない）、又はドープされてよい。ドーピングは導電性を増大するため用いられてよい。α−ＮＰＤ及びＴＰＤは真性の正孔輸送層の例である。ｐドープされた正孔輸送層の例は、全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８０号明細書に開示されるように、モル比５０：１でＦ４−ＴＣＮＱでドープされたｍ−ＭＴＤＡＴＡである。他の正孔輸送層が使用されてよい。
【００２２】
発光層１３５はアノード１１５とカソード１６０との間を電流が通過するとき光を放射することができる有機材料を含んでよい。好ましくは、発光層１３５は、蛍光性放射材料が使用されてもよいが、燐光性の放射材料を含む。燐光性材料は、そのような材料に関連する高い発光効率のため、好ましい。発光層１３５は、電子、正孔、及び／又は励起子を捕獲し発光機構を経由して放射性材料から励起子が緩和する放射性材料でドープされた、電子及び／又は正孔を輸送することができるホスト材料も含んでよい。発光層１３５は輸送性及び放射性を兼ね備える単一の材料を含んでよい。放射性材料がドーパント又は主な成分のどちらであっても、発光層１３５は放射性材料の放射を調節するドーパント等の他の材料を含んでよい。発光層１３５は所定のスペクトルの光を、組み合わせて、放射することができる複数の放射性材料を含んでよい。燐光性発光材料の例としてＩｒ（ｐｐｙ）３が挙げられる。蛍光発光材料の例として、ＤＣＭ及びＤＭＱＡが挙げられる。ホスト材料の例としてＡｌｑ３、ＣＢＰ、及びｍＣＰが挙げられる。放射性材料及びホスト材料の例はＴｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許第６，３０３，２３８号明細書に開示され、その全体が参照によって組み込まれる。放射性材料は様々な方法で発光層１３５に含まれてよい。例えば、放射性低分子はポリマーに組み込まれてよい。これは、幾つかの方法で：個別に及び異なる分子種のどちらかとして低分子をポリマー内部にドーピングすることによって；又はコポリマーを形成するように低分子をポリマー主鎖内部に組み込むことによって；又は低分子をポリマーにペンダント基として低分子を結合することによって；実行されてよい。他の発光層材料及び構造が使用されてよい。例えば、低分子放射性材料はデンドリマーのコアとして存在してよい。
【００２３】
電子輸送層１４５は電子を輸送することができる材料を含んでよい。電子輸送層１４５は真性（非ドープ）又はドープされてよい。ドーピングは導電性を増大するために使用されてよい。Ａｌｑ３は真性電子輸送層の一例である。ｎ−ドープされた電子輸送層の例は、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許出願公開第２００３−０２３０９８９０号明細書に開示されるように、モル比１：１でＬｉドープされたＢＰｈｅｎである。他の電子輸送層が使用されてよい。
【００２４】
カソード１６０は従来技術で知られる任意の適切な材料又は材料の適切な組み合わせであってよく、カソード１６０が電子を伝達して装置１００の有機層内部にそれらを注入することができるようにする。カソード１６０は透明又は不透明であってよく、反射性であってよい。金属及び金属酸化物は適切なカソード材料の例である。カソード１６０は単一の層であってよく、又は複合構造を有してよい。図１は金属薄膜層１６２及びより厚みがある導電性金属酸化物層１６４を有する複合カソード１６０を示す。複合カソード中で厚い層１６４として好ましい材料はＩＴＯ、ＩＺＯ、及び当技術分野で知られる他の材料を含む。その全体が参照によって組み込まれる米国特許第５，７０３，４３６号明細書、米国特許第５，７０７，７４５号明細書、米国特許第６，５４８，９５６Ｂ２号明細書、及び米国特許第６，５７６，１３４Ｂ２号明細書は、上部を覆う透明な、導電性の、スパッタ蒸着されたＩＴＯ層を備えるＭｇ：Ａｇ等の金属の薄膜層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示する。下部に位置する有機層と接触しているカソード１６０の部分は、それが単一層カソード１６０、複合カソードの金属薄膜層１６２、又は特定の他の部分のどれであろうと、好ましくは約４ｅＶよりも低い仕事関数を有する材料（「低仕事関数材料」）で作られる。他のカソード材料及び構造が使用されてよい。
【００２５】
発光層を離れる電荷キャリア（電子又は正孔）及び／又は励起子の数を低減するために阻止層が使用されてよい。電子阻止層１３０が発光層１３５と正孔輸送層１２５との間に配置されてよく、電子が正孔輸送層１２５の方向に発光層１３５を離れることを阻止する。同様に、正孔阻止層１４０が発光層１３５と電子輸送層１４５との間に配置されてよく、正孔が電子輸送層１４５の方向に発光層１３５を離れることを阻止する。阻止層は励起子が発光層から拡散により出て行くことを阻止するためにも使用されてよい。阻止層の理論及び使用は、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９７，１４７号明細書、及び米国特許出願公開第２００３−０２３０９８９０号明細書に詳細に記載される。
【００２６】
ここで、当業者には理解されるであろうが、用語「阻止層」は、層が電荷キャリア及び／又は励起子を必ず完全に阻止することを示すのではなく、層が装置を通過する電荷キャリア及び／又は励起子の移動を十分に阻害するバリアを提供することを意味する。装置内にそのような阻止層が存在することは、阻止層を持たない同様の装置と比較して実質的に高い効率をもたらすだろう。同様に、阻止層は放射をＯＬＥＤの所定の領域に制限するために使用されてよい。
【００２７】
一般的に、注入層は電極又は有機層等の一つの層からの隣接する有機層内部への電荷キャリアの注入を改良し得る材料からなる。注入層は電荷輸送機能を果たしてもよい。装置１００において、正孔注入層１２０はアノード１１５から正孔輸送層１２５内部への正孔注入を改良する任意の層であってよい。ＣｕＰｃはＩＴＯアノード１１５、及び他のアノードから正孔注入層として使用され得る材料の一例である。装置１００において、電子注入層１５０は電子輸送層１４５内部への電子注入を改良する任意の層であってよい。ＬｉＦ／Ａｌは、隣接する層からの電子輸送層内部への電子注入層として使用され得る材料の一例である。他の材料、又は材料の組み合わせが注入層として使用されてよい。特定の装置の構成に依存して、注入層が装置１００において示されるものとは異なる位置に配置されてよい。注入層の更なる例は、全体が参照によって組み込まれるＬｕらの米国特許出願第０９／９３１，９４８号明細書に提供される。正孔注入層は、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等、スピンコートされたポリマー等溶液が堆積された材料を含んでよく、又は例えばＣｕＰｃ又はＭＴＤＡＴＡ等気相蒸着された低分子であってよい。
【００２８】
正孔注入層（ＨＩＬ）は、アノードから正孔注入材料内部への効率のよい正孔注入を提供できるように、アノード表面を平滑にし、又は濡らしてよい。正孔注入層はここに記載された相対的なイオン化ポテンシャル（ＩＰ）エネルギーによって規定されるような、ＨＩＬの一つの側面に隣接するアノード層及びＨＩＬの他方の側面上の正孔輸送層に好ましく適合するＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギー準位を有する電荷キャリア成分を有してもよい。「電荷キャリア成分」は実際に正孔を輸送するＨＯＭＯエネルギー準位に寄与する材料である。この成分はＨＩＬのベース材料であってよく、又はドーパントであってよい。ドープされたＨＩＬの使用によって、ドーパントがその電気的性質に関して選択され、ホストが濡れ性、柔軟性、靭性等そのモルフォロジー的性質に関して選択されることが可能になる。ＨＩＬ材料に関して好ましい性質は、正孔がアノードからＨＩＬ材料内部に効率的に注入され得るようなものである。特に、ＨＩＬの電荷キャリア成分は好ましくはアノード材料のＩＰと比較して約０．７ｅＶを超えずに大きいＩＰを有する。さらに好ましくは、電荷キャリア成分はアノード材料と比較して約０．５ｅＶを超えずに大きいＩＰを有する。同様な考察をその内部に正孔が注入される任意の層に適用する。ＨＩＬ材料は、そのようなＨＩＬ材料が従来の正孔輸送材料の正孔伝達性よりも実質的に低い正孔伝達性を有してよいという点で、ＯＬＥＤの正孔輸送層内で典型的に使用される従来の正孔輸送材料とさらに相違する。本発明のＨＩＬの厚みは、アノード層表面の平滑化又は濡れを助けるため十分に厚くてよい。例えば、１０ｎｍ程度に小さいＨＩＬ厚みは非常に平滑なアノード表面に関して許容できるだろう。しかしながら、アノード表面は非常に粗い傾向があるので、場合によっては最大５０ｎｍのＨＩＬの厚みが望ましいだろう。
【００２９】
その後の作製プロセスの間、下部に存在する層を保護するため保護層が使用されてよい。例えば、金属又は金属酸化物上部電極を作製するのに使用される方法は有機層に損傷を与える可能性があり、そのような損傷を低減又は排除するために保護層が使用されてよい。装置１００において、カソード１６０を作製する間保護層１５５が下部に存在する有機層への損傷を低減し得る。好ましくは、保護層はそれが輸送するキャリアタイプ（装置１００においては電子）に関して高いキャリア移動度を有して、装置１００の動作電圧を有意に増大させないようにする。ＣｕＰｃ、ＢＣＰ、及び様々な金属フタロシアニンは保護層に使用され得る材料の例である。他の材料又は材料の組み合わせが使用されてよい。保護層１５５の厚みは、好ましくは、有機保護層１６０が堆積された後に起こる作製プロセスに起因する、下部に存在する層への損傷が小さいか、又は損傷を与えないように十分に厚く、さらに装置１００の動作電圧を有意に増大しないようあまり厚くない。保護層１５５はその導電性を高めるためにドープされてよい。例えば、ＣｕＰｃ又はＢＣＰ保護層１６０はＬｉでドープされてよい。保護層のより詳細な説明は、その全体が参照によって組み込まれるＬｕらの米国特許出願第０９／９３１，９４８号明細書に見出されるだろう。
【００３０】
図２はインバーテッドＯＬＥＤ２００を示す。この装置は、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。装置２００は記載された層を順次堆積することによって作製されてよい。最も一般的なＯＬＥＤ構成がアノード上に配置されたカソードを有するので、装置２００はアノード２３０の下方に配置されたカソード２１５を有し、装置２００は「インバーテッド」ＯＬＥＤと呼ばれてよい。装置１００に関して記載されたものと同じ材料が装置２００の対応する層において使用されてよい。図２は装置１００の構造から如何に幾つかの層が省略され得るか一つの例を提供する。
【００３１】
図１及び２において説明された単純な層構造は非制限的な例示によって提供され、本発明の実施形態が様々な他の構造と関連して使用されてよいことは理解される。記述される特定の材料及び構造は全くの例示であり、他の材料及び構造が使用されてよい。機能的ＯＬＥＤが、設計、性能、及びコスト因子に基づき、様々な方法で記述された様々な層を組み合わせることによって実現され得る、又は層は完全に省略され得る。明確に記載されていない他の層が含まれてもよい。明確に記載されていない他の材料が使用されてよい。ここに提供される例の多くが単一の材料を含むとして様々な層を記述するが、ホストとドーパントの混合物又はより一般的には混合物等、材料の組み合わせが使用されてよいことは理解される。同様に、層は様々な副層を有してよい。ここで様々な層に与えられる名前は厳密な制限を意図していない。例えば、装置２００において、正孔輸送層２２５は正孔を輸送し、かつ発光層２２０内部に正孔を注入し、正孔輸送層又は正孔注入層として記載されてよい。一つの実施形態において、ＯＬＥＤはカソードとアノードとの間に配置された「有機層」を有するとして記載されてよい。この有機層は単一の層を含んでよく、又は例えば図１及び図２に関して記載されたような様々な有機材料の複数層をさらに含んでよい。
【００３２】
その全体が参照によって組み込まれるＦｒｉｅｎｄらの米国特許第５，２４７，１９０号明細書に開示されるようなポリマー材料からなるＯＬＥＤ（ＰＬＥＤ）等、明確に記載されていない構造及び材料が使用されてもよい。さらなる例によって、単一の有機層を有するＯＬＥＤが使用されてよい。例えばその全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第５，７０７，７４５号明細書に記載されるようにＯＬＥＤは積層されてよい。ＯＬＥＤ構造は図１及び２に説明される単純な層構造から逸脱してよい。例えば、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，０９１，１９５号明細書に記載されるようなメサ構造、及び／又はＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第５，８３４，８９３号明細書に記載されるようなピット構造等、基板はアウトカップリングを改良するため角度を有する反射性表面を含んでよい。
【００３３】
特に記載されない限り、様々な実施形態の任意の層は任意の適切な方法によって堆積されてよい。有機層に関して、好ましい方法はその全体が参照によって組み込まれる米国特許第６，０１３，９８２号明細書及び米国特許第６，０８７，１９６号明細書に記載されるような熱蒸発、インクジェット、その全体が参照によって組み込まれるＦｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，３３７，１０２号明細書に記載されるような有機気相蒸着（ＯＶＰＤ）、及びその全体が参照によって組み込まれる米国特許出願第１０／２３３，４７０号明細書に記載されるような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工程を含む。溶液ベース工程は、好ましくは窒素又は不活性雰囲気で実行される。他の層に関して、好ましい方法は熱蒸発を含む。好ましいパターニング法はマスクを通した堆積、その全体が参照によって組み込まれる米国特許第６，２９４，３９８号明細書及び米国特許第６，４６８，８１９号明細書に記載されるような冷溶接、及びインクジェット及びＯＶＪＰ等の堆積法の幾つかと関連するパターニングを含む。他の方法が使用されてもよい。堆積される材料はそれが特定の堆積方法に影響を及ぼさないようにするために修飾されてよい。例えば、分岐又は非分岐の、及び好ましくは少なくとも三つの炭素を含む、アルキル基及びアリール基等の置換基が溶液処理され易くするために低分子内で使用されてよい。２０又はそれ以上の炭素を有する置換基が使用されてよく、３〜２０炭素が好ましい範囲である。非対称材料は再結晶の傾向が低いため、非対称構造を有する材料は対称な構造を有するものより良好な溶液処理性を有し得る。デンドリマー置換基は低分子が溶液処理を受け易くするために使用されてよい。
【００３４】
本発明の実施形態により作製された装置は、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、看板、内部又は外部照明及び／又は信号のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全に透明なディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザプリンター、電話、携帯電話、携帯情報端末（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、ビューファインダ、マイクロディスプレイ、車両、大面積壁、劇場又はスタジアムスクリーン、又は標識を含む幅広い消費者製品に組み込まれてよい。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様々な制御機構が本発明により作製された装置を制御するのに使用されてよい。多くの装置が人間に快適である温度範囲、１８℃から３０℃等、及びより好ましくは室温（２０〜２５℃）、における使用を意図される。
【００３５】
ここに記載される材料及び構造はＯＬＥＤ以外の装置における用途を有してよい。例えば、有機太陽電池及び有機光検知器等の他のオプトエレクトロニック装置がこの材料及び構造を採用してよい。より一般的には、有機トランジスタ等の有機装置がこの材料及び構造を採用してよい。
【００３６】
多くの場合、空気界面における内部反射、端部放射、発光層又は他の層内部の消散、装置の発光層又は他の層（すなわち、輸送層、注入層等）内の導波路効果、及び他の効果に起因して、ＯＬＥＤ内部の発光層中で生じる光の多くの部分は装置から離脱しない。ＯＬＥＤによって生成された及び／又は放射された光は、「空気モード」（光は基板を通過する等装置の視野表面から放射される）、又は「導波モード」（光は導波路効果によって装置内部にトラップされる）等の様々なモードであると記述され得る。「有機モード」（光が一つ又は複数の有機層内部にトラップされる）、「電極モード」（電極内部にトラップされる）、及び「基板モード」又は「ガラスモード」（基板内部にトラップされる）等、特定のモードはその内部に光がトラップされる一つ又は複数の層に関して記載され得る。典型的なＯＬＥＤにおいて、発光層によって生成される光の最大５０−６０％が導波モードでトラップされ、したがって装置を出ることができない可能性がある。加えて、典型的なＯＬＥＤにおいて発光層によって放射される光の最大２０−３０％がガラスモードに留まり得る。このように、典型的なＯＬＥＤのアウトカップリング効率は約２０％の低さである。
【００３７】
ＯＬＥＤのアウトカップリング効率を改良するため、ＯＬＥＤ電極の一つ又は両方に平行な方向に、低屈折率を有する透明材料の領域が放射性材料を含む領域の近傍に配置されてよい。これらの領域は放射性材料によって放射される光がガラスモード又は空気モードに入るようにして、最終的に装置を離れる放射光の比率を増大する。
【００３８】
これらの装置内に低屈折率材料を周期的に埋め込むことによって、見るスペクトルが歪むことなく、上部及び透明発光ＯＬＥＤの外部量子効率が２から３倍増大すると考えられる。透明発光ＯＬＥＤは実質的に透明な上部及び底部電極を有するＯＬＥＤを示すことは理解される。上部発光ＯＬＥＤは上部（透明）電極を通ってのみ光を放射することを意図したＯＬＥＤを示すことも理解される。
【００３９】
図３Ａは低屈折率領域３１０を有する例示的な装置３００の側方概略図を示す。装置は、基板３０４、電極３０１及び３０３、及び、一つ以上の放射性材料３０５の領域及び透明な低屈折率材料３１０の領域を有する層３０２を含む。図３Ａに示される装置がここに記載される様々な他の層及び構造も含んでよいことは理解される。
【００４０】
低屈折率材料は、好ましくは基板の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を含み、より好ましくはそれは基板の屈折率よりも０．１５から０．４低く、これは空気モード及び／又はガラスモードに変換される導波モードの光の量を増大させ得る。低屈折率材料は屈折率１．０から１．３であることが好ましく、１．０から１．０５であることがさらに好ましい。ＯＬＥＤにおいて使用される有機材料は典型的には約１．５−１．７の屈折率を有するので、低屈折率材料は装置において使用される有機材料の屈折率よりも低い屈折率を有することが多い。低屈折率領域において、テフロン（登録商標）、エアロゲル、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２膜の等級品、及び、ＳｉＯ２ナノロッドの層等様々な低屈折率材料が使用されてよい。シリカ、カーボン、アルミナ、及び他のエアロゲル等、様々なエアロゲルが従来技術において知られる。例えば、シリカエアロゲルは液体アルコールをシリコンアルコキシド前駆体と混合して二酸化シリコンゾルゲルを形成することによって作ることができる。その後アルコールはゲルから除かれ、従来技術で知られる様々な技術を用いて気体で置換される。屈折率は開始溶液の比率を変えることによって制御され得るので、ゾルゲル法を用いて調製されるエアロゲルは特定の構成において好ましい。同様に低屈折率材料は透明であることが好ましい。ここで使用されるように、材料は「透明」であり、もしも、低屈折率層及び領域に関して記載されるスケール及び寸法において、電極におおよそ平行な方向の低屈折率層又は領域を通過する光に関する全光学的損失は約５０％未満である。低屈折率材料は非放射材料であってもよい。
【００４１】
説明のために、図３Ａは、光がＯＬＥＤ内の放射性材料によって放射されるとき様々な起こり得る結果を表すよう例示的な光線３２０、３３０、３４０を示す。放射性材料によって生成される特定の光３３０は装置を直接出るだろうが、導波モードで生成された光３２０は典型的には発光層を出ることができないだろう。図３Ａに示される光学的例に基づく光線において、そのような光３２０は、発光層界面に決して入射しない、電極に垂直な方向に対して十分に大きな角度で発光層内部を移動するとしてモデル化され得る。同様に、導波モード光３４０は発光層界面に入射するが、全内部反射を受けるのに十分な高い角度θを有する光線であるとしてモデル化され得る。そのような光は通常装置３００の上部又は底部のどちらからも放射されないが、側面から放射され得る。しかしながら、発光領域の隣にある低屈折率領域は、通常装置によって放射されないであろう光、又は装置の側部からのみ放射される光が装置の視野表面を通って出ることを可能にするだろう。図３Ａに示されるように、低屈折領域に入る光は屈折され、装置を直接出る（３２０）か、又はその後電極で反射される（３４０）ことが可能になる。すなわち、低屈折率領域を通過する光は導波モードから空気モードに変換されてよく、装置から放射されることが可能となる。
【００４２】
図３Ａは低屈折率領域３１０と隣接する有機領域３０５との間の境界を電極及び基板に垂直な平坦な界面であるとして示しているが、常にそうであるわけではない。例えば、低屈折率領域及び／又は有機領域に関して粗い境界、又は基板に垂直ではない境界をもたらす様々な堆積方法が使用されてよい。図３Ｂは、低屈折率領域３１０と隣接する有機領域３０５との間の境界が電極３０１及び３０３に対して正確に垂直ではない装置の一部の例を示す。特定の構成が説明されたが、領域が、示されたものとは異なる様々な断面を有してよいことは理解されるだろう。一般的に、隣接する領域３０５、３１０の間の境界は装置の電極におおよそ垂直であることが好ましい。ここで、もしも境界と表面に垂直な平面との間の角度が２０°以下である場合、二つの隣接する領域の間の境界は表面に対して「おおよそ垂直」である。したがって、図３Ｂにおいて、記載された角度３５０が２０°以下であるとき、領域３０５と３１０との間の境界は電極３０３に対しておおよそ垂直である。図３Ｃに説明されるように、隣接する領域の間の境界は粗くてもよい。そのような構成において、もしも最も適合する平面３５５と装置表面に対して垂直である平面との間の角度が２０°以下である場合、領域は表面に対して「おおよそ垂直」である。このように、図３Ｃに示される領域３０５、３１０の間の境界は、最も適合する平面３５５と電極３０３に対して垂直である平面との間の角度が２０°以下である場合、電極３０３に対しておおよそ垂直である。ここで記述される図面は概して原寸どおりに描かれていないと理解されるが、図３Ｂ−３Ｃに記載される特徴が説明のために誇張されていることは特に理解されるだろう。
【００４３】
図３Ｄに示されるように、低屈折率領域は電極及び／又は他の層の間で部分的に伸ばされてよい。例えば、低屈折率材料３１０は電極３０３上に堆積されてよい。低屈折率材料は様々なパターンで、グリッドで、及び前述された他の構造で堆積されてよい。一つ又は複数の有機材料３０５はその後電極３０３及び低屈折率領域３１０上に堆積されてよく、平坦ではない表面を備えた有機層をもたらす。電極３０１又は他の層が有機層３０５の上に堆積されて、結果として得られる表面が同様に平坦ではなくなるようにされてよく、又は電極３０１若しくは他の層が平滑な表面を形成するように堆積されてよい。平滑層３６０又は他の層が平面である表面を生成するよう堆積されてもよい。
【００４４】
低屈折率領域は装置内部で様々な構成で配列されてよい。低屈折率材料がグリッド状に配置されることは好ましいであろう。ここで使用されるように、「グリッド」は材料の繰り返しパターンを示す。図４Ａ−４Ｂは装置内部での使用に関する低屈折率材料及び領域の例示的な配列を示す。図４Ａは六角形グリッドに配置される低屈折率材料４１０の上面図を示す。図４Ｂは長方形グリッドに配置される低屈折率材料４１０の上面図を示す。図４Ａ−４Ｂに示される構造はＯＬＥＤ内部で電極の一つ又は両方に平行な平面内に配置されてよい。そのような装置は図３Ａに説明される装置と同等の断面を有してよい。発光領域４２０は放射性材料、電荷輸送及び／又は阻止材料、及びここに記載された他の構造及び層を含んでよい。グリッドの各繰り返し部分がほぼ同じ寸法を有することが好ましいが、グリッド部分は様々な寸法を有してよい。規則正しいパターンに関して、すなわち放射性材料の領域が各々同じ寸法を有する低屈折率領域によって囲まれる場合、グリッドは幅４２１によって特徴付けられ得る。例えば、規則的な長方形グリッドは上から見たとき正方形である放射性領域を有する。他のグリッドタイプ、三角形又は八角形等、並びに他のパターン及び構造が使用されてもよい。
【００４５】
ある場合には、グリッドの特定の形状が、最終的な装置の所定の品質に基づいて選択され得る。例えば図５Ａは、屈折率の範囲に対する、図４Ａ及び４Ｂに示されるグリッドに配置される低屈折率材料を有する装置における空気モード及びガラスモードに変換される光の量のシミュレートされた値を示す。データは、約５μｍの幅の有機発光領域、約０．８μｍの幅の低屈折率領域、及び１００ｎｍの厚みの上部ＩＴＯ電極を有する装置に関してシミュレートされた。正方形グリッド（垂直ハッチング）及び六角形グリッド（塗りつぶし）を有する装置内で最終的に空気モードに変換される光の量、及び正方形グリッド（水平ハッチング）及び六角形グリッド（斜線ハッチング）を有する装置内で最終的にガラスモードに変換される光の量が示される。低屈折率領域が約１．７−１．８の屈折率（５１０）を有するとしてモデル化されるとき、レベルは従来のＯＬＥＤ、すなわち低屈折率領域を持たないもの、におけるレベルに近づく。ＯＬＥＤに典型的に使用される有機材料が約１．７−１．８の屈折率を有し得るので、これは予期されることである。
【００４６】
図５Ｂは屈折率１．０３を有する低屈折率材料の六角形グリッドを有する装置に関するシミュレートされた放射を示す。放射領域の幅は５μｍ、低屈折率領域の幅は０．８μｍ、及び電極は１００ｎｍのＩＴＯ層である。低屈折率領域が使用されるとき（水平ハッチング）、示されるように、装置のアウトカップリング効率は０．４４に増大し得る。視野表面上に配置された理想的なマイクロレンズを有するＯＬＥＤ（クロスハッチング）が概して約０．３２のアウトカップリング効率を有する一方、そのような装置において測定された値は概して約０．２６である。従来のＯＬＥＤ（ハッチングなし）に関して、モデル化された装置のアウトカップリング効率は約０．１７である。
【００４７】
図５Ａに示されるように、低屈折率領域の屈折率が増大するので、より多くの光がガラスモードに変換され、より少量が空気モードに変換される。特定の場合において、基板−空気界面を有機層平面と平行ではないように変え、それによって多くの光をガラスモードから空気モードに変換されるようにするのは有効であり得る。このように、低屈折率領域はガラスモードから空気モードへの変換を増大する構成で相乗的効果を有し得る。特に、低屈折率領域は光を有機モードからガラスモードに変換することができ、ガラスモードの光は基板構成又は組成に起因して空気モードに変換され得る。例えば、図６Ａに示されるマイクロレンズシート６１０は基板に隣接して配置されてよく、又は基板はマイクロレンズ又はマイクロレンズシートを含んでよい。センチメータスケールの半球ガラスレンズ、又は基板−空気界面において粗くされた表面を有する基板等、他の構成が使用されてよい。基板は異なる屈折率を有する材料等、異なる材料を含んでもよい；これは空気モードに変換されるガラスモードの光の量も増大し得る。図６Ｂに示されるように、エアロゲル又はテフロン（登録商標）等低屈折率材料の薄層６２０が基板３０４と電極３０３との間に配置されてもよい。この層はさらに他の方法でガラスモードの光を電極又は有機モード、最終的に低屈折率領域に入りガラスモード光になる、に向け得る。
【００４８】
図７及び８は、視野角に対して、図５Ｂの装置と同じ基本構造を有する装置によって放出される光の計算された比率を示す。図７は、屈折率が１．０３（クロスハッチング）、１．２（ハッチングなし）、及び１．２９（塗りつぶし）である低屈折率材料の六角形グリッドを有する、マイクロレンズを備えた装置によって放射される光の比率を示す。記載されるように、装置のアウトカップリング効率は０．６０程度であり得る。図８は、従来のＯＬＥＤ（ハッチングなし）、理想的なマイクロレンズを有するＯＬＥＤ（クロスハッチング）、理想的なマイクロレンズ及び屈折率が１．２９である低屈折率材料の六角形グリッドを有するＯＬＥＤ（塗りつぶし）、に関して放射される光の割合を示す。
【００４９】
図９及び１０は、放射角に対する放射された光の計算された比率を示す。装置は前述されたものと同じ構造、並びにＩＴＯ電極と放射性材料との間に挿入された低屈折率材料の薄層、及び放射性材料の隣接する領域を分離する低屈折率領域を有する。図９は従来のＯＬＥＤ（ハッチングなし）によって、及び屈折率１．２を有する低屈折率材料の六角形グリッド及び屈折率１．２９を有するテフロン（登録商標）ＡＦの挿入層を有するＯＬＥＤ（クロスハッチング）によって、放射される光を示す。図１０は、図９と同じ構造を有する装置に関する放射を示すが、ただし屈折率１．２９を有する低屈折率材料を備える。図９及び１０に示される装置のアウトカップリング効率は０．３２（屈折率１．２９の低屈折率材料）から０．３４（屈折率１．２）であり得る。
【００５０】
低屈折率材料の薄膜は、基板−空気界面における全内部反射を受ける光の量を低減することによって、基板内の光の角度分布を変えるよう働き得る。図１１及び１２は、低屈折率層がない場合、及び屈折率１．２９を有する材料の低屈折率層を有する場合の各々の、ガラス基板内の光の角度分布を示す。分布は、従来のＯＬＥＤ（１１１０、１１２０）、及び屈折率１．０３（１１２０、１２２０）、１．０２（１１３０、１２３０）、及び１．３（１１３０、１２３０）を有する低屈折率層を備えるＯＬＥＤに関して示される。
【００５１】
同じ装置内で図６Ａに示されるマイクロレンズシート及び図６Ｂに説明される低屈折率層を使用することは有効であり得る。そのような装置のアウトカップリング効率は最大０．５９であり得る。図１３は様々な装置構造に関する放射角に対する放射される光の比率を示す。値は従来のＯＬＥＤ（ハッチングなし）、理想的なマイクロレンズを備えたＯＬＥＤ（クロスハッチング）、屈折率１．２９を有する低屈折率領域、薄い低屈折率層、及びマイクロレンズシートを備えたＯＬＥＤ（斜線クロスハッチング）、及び、マイクロレンズシート及び屈折率１．２９を有する低屈折率材料の領域を備えた低屈折率領域を有するＯＬＥＤ（塗りつぶし）に関して示される。
【００５２】
図１８は低屈折率領域１８１０を有する例示的装置１８００を示す。装置は、基板１８０４、電極１８０１及び１８０３、及び一つ以上の放射性材料１８０５の領域及び低屈折率材料１８１０の領域を有する層１８０２を含む。図１８に示される装置がここに記載される様々な他の層及び構造も含んでもよいことは理解されるだろう。
【００５３】
低屈折率材料は、空気モード及び／又はガラスモードに変換される導波モードの光の量を増大し得るので、好ましくは放射性材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を含む。低屈折率材料は１．０から３．０の屈折率を有することが好ましく、１．０から１．５０がより好ましい。上述されたような様々な低屈折率材料が低屈折率領域に関して使用され得る。
【００５４】
図１９Ａ−１９Ｃは、有機層に埋め込まれた低屈折率グリッド（ＬＩＧ）を備えた例示的装置を示す。グリッドの周期（低屈折率領域の間の間隔）はマイクロメータのオーダーであり、放射される光の波長よりも大きくてよい。この周期性は高い比率の導波モードの光が低屈折率領域に入ることを可能にし、該低屈折率領域はそこから光が装置を出る基板の垂線に向かう方向に光を向けなおすと考えられる。ＬＩＧの周期性（約５−２０μｍ）が放射される光の波長よりも大きなオーダーであるため、増大効果は波長と独立であるとも考えられる。これは、取り出される光の放射スペクトルに実質的に歪みがないので、幅広いスペクトルで特徴付けられる白色発光ＴＯＬＥＤに関して有効であり得る。同様にＬＩＧの周期性はＴＯＬＥＤピクセル（約１９５から３８０μｍ）よりも一つ以上のオーダー小さく、したがってＬＩＧのパターンとＴＯＬＥＤのピクセルとの間の配列に影響を及ぼさないと考えられる。
【００５５】
さらに、Ｃｕｉらの「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ＯＬＥＤｓ，」Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８（Ａｐｒ．１６，２００７）に報告されるように、このＴＯＬＥＤ内のＬＩＧの埋め込みは特定の装置において見られる格子形成の効果を排除するとも考えられる。
【００５６】
説明のため、図１８は、ＴＯＬＥＤ内の放射性材料によって光が放射されるとき、様々な起こり得る結果を表すよう例示的光線１８２０，１８２５，１８３０、及び１８３５を示す。導波モードで生成された光１８３０は典型的には発光層を出ることができないだろう。図１８に示される光線に基づく光学的例において、そのような光１８３０は放射層界面に決して入射しないであろう電極垂線に対して十分大きな角度で発光層内部を移動するとしてモデル化されてよい。同様に、導波モード光１８３５は発光層界面に入射する光線としてモデル化され得るが、ただし全内部反射を受ける十分に高い角度θにおいてである。そのような光は装置１８００の上部又は底部のどちらからも通常発光されないだろうが、側部表面からは発光され得る。しかしながら、発光領域の隣の低屈折率領域は、通常装置によって発光されないであろう光、又は装置の側部からのみ発光されるであろう光が装置の視野表面を通って出ることを可能にする。図１８に示されるように、低屈折率領域に入る光は基板に垂直な方向に屈折され、直接（１８３０）又は電極から反射した後（１８３５）装置を出ることが可能になる。すなわち、低屈折率領域を通って通過する光は導波モードから空気モードに変換され、装置から発光されることを可能にする。加えて、ＬＩＧは透明装置の装置上部（１８２０）から、又は装置底部（１８２５）からの発光によって直接出る光に影響を与えない。
【００５７】
低屈折率材料１８１０は電極１８０１上に堆積されてよい。低屈折率材料は様々なパターン、グリッド、及びここに記載される他の構造で堆積されてよい。一つ以上の有機材料１８０５は電極１８０３及び低屈折率領域１８１０の上に堆積されてよく、平坦ではない表面を備えた有機層をもたらす。電極１８０３若しくは他の層が、結果として得られる表面もまた平坦ではないように、有機層１８０５上に堆積されてよく、又は、電極１８０３若しくは他の層が、平滑な表面を形成するように堆積されてよい。
【００５８】
図１８は電極と基板とに垂直である平坦な界面が存在するように低屈折率領域１８１０と隣接する有機領域１８０５との間に境界を示すが、これは、例えば図３Ｂ及び３Ｃに示されるように、常にそうでなくてよい。
【００５９】
図１９Ａ−１９Ｃは有機層に埋め込まれたＬＩＧ１９１０を有する例示的なＴＯＬＥＤ装置１９００を示す。装置はガラス基板１９０１、ＩＴＯ電極１９０２、カソード１９０４、及び一つ以上の有機層１９０５及びＬＩＧ１９１０の領域を有する層１９０３を含む。図１９Ｂは電極１９０２及び１９０４に平行な平面内で配向した長方形グリッドに配列されたＬＩＧ１９１０を有する装置１９００を示す。図１９Ａは装置１９００の上面図を示す。図１９Ｃはそのような装置の斜方からの図、及び断面（側面図）を示す。有機層１９０５は放射性材料、電荷輸送及び／又は阻止材料、及びここに記載される他の構造及び層を含んでよい。ＬＩＧ１９１０の各繰り返し部分がほぼ同じ寸法を有することが好ましいであろうが、グリッド部分が様々な寸法を有してよい。例えば、規則的な長方形グリッドは上から見たとき正方形の発光領域を有する。三角形又は八角形等、他のグリッドタイプ、並びに様々な他のパターン及び構造が使用されてもよい。
【００６０】
図２０Ａ−２０Ｃは屈折率が１．０３である低屈折率材料の長方形グリッドを有する装置に関するシミュレートされた発光を示す。低屈折率領域の厚みは１００ｎｍであり、有機層の厚みは１００ｎｍであり、底部ＩＴＯ電極の厚みは１２０ｎｍである。図２０Ｃは、ＬＩＧの厚みが有機層の厚みと同じであるとき増大が最適化されることを示す。ＬＩＧの厚みが減少すると、増大比は減少するだろう。
【００６１】
図２０Ａは、有機層及びＩＴＯ層内の吸収よりも前にＬＩＧに入ることによって導波モードのさらなる光が取り出されるので、有機領域の幅（ｗｏｒｇ）が減少すると増大比が増加することを示す。図２０Ａは、さらなる光が有機層に再度入ることなく導波モードから取り出されるので、ＬＩＧの幅（ｗＬＩＧ）が増加すると増大比が増加することも示す。
【００６２】
実際的な理由から、そのようなシミュレートされた発光において、有機層の幅は、装置が要求される輝度を実現するのに有効な発光領域が十分に存在することを保証するため、小さすぎることはできない。図２０Ａ−２０Ｃにおいて、ＬＩＧの幅は１μｍであり、有機層は６μｍであり、７０％を超える有効発光領域を与える。図２０ＢはＬＩＧの屈折率が減少するにしたがって上部発光ＯＬＥＤのアウトカップリング効率が増加することを示す。ＬＩＧの屈折率が増加するとき、より多い光がガラスモードに変換され、より少ない光が空気モードに変換される。
【００６３】
図２１は、基板に隣接して配置されたマイクロレンズシート６１０を有する例示的装置を示し、又は基板がマイクロレンズ又はマイクロレンズシートを含んでよい。図２０Ｂは、シミュレートされた光の増加を、ＬＩＧを備えた（無地）、及びＬＩＧとマイクロレンズとを備えた（斜線）上部発光ＯＬＥＤに関する屈折率に対して示す。そのような装置のアウトカップリング効率は約２−３倍増加され得る。
【００６４】
最終的に空気モードに変換され装置から放射される光の量は、電極の厚み、低屈折率領域の幅、及び／又は発光領域の幅等、装置の他の構造的特徴を変えることによって、さらに影響され得る。図１４−１７は、様々な装置パラメータの変化に関するシミュレーション結果を示す。他に特に示さない限りは、各々の装置は１Ｄ周期グリッドの幅０．８μｍの低屈折率領域、幅４μｍの有機発光領域、厚み１００ｎｍのＩＴＯ電極、及び屈折率１．０３の低屈折率材料を備えてモデル化された。図１４は、７０から１５０ｎｍの厚み範囲での、ＩＴＯ厚みに応じた空気モード（正方形）及びガラスモード（円）の光の比率を示す。図１５は低屈折領域の幅が５００から１２００ｎｍまで変化するときの各モードの光の比率を示す。図１６は、有機領域が４μｍから１０μｍであるときの各モードの光の比率を示す。図１７は、正方形及び六角形グリッドに関して、低屈折率材料の屈折率が１から１．７５における各モードの光の比率を示す。値は、理想的な１Ｄ周期性グリッド１７１０、正方形グリッド１７２０、及び六角形グリッド１７３０に対する空気モードに関して、及び理想的な１Ｄ周期性グリッド１７４０、正方形グリッド１７５０、及び六角形グリッド１７６０に対するガラスモードに関して示される。点線楕円で示される値は従来のＯＬＥＤに関するものと同じである。図１４−１７において示される構造に関して、従来のＯＬＥＤは、空気モードに関して約０．１７及びガラスモードにおいて０．２６の比率を典型的に示す。
【００６５】
ここで記載される様々な実施形態は説明のみを目的としており、本発明の範囲を制限することを意図しないことは理解される。例えば、ここに記載される多くの材料及び構造は、本発明の精神から逸脱することなく、他の材料及び構造で置き換えられてよい。本発明が効果を奏する理由に関する様々な理論が制限を意図しないことは理解される。例えば、電荷移動に関する理論は制限を意図しない。
【００６６】
材料の定義
ここで、短縮形は以下の材料を示す。
ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ−ジカルバゾール−ビフェニル
ｍ−ＭＴＤＡＴＡ：４，４’、４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン
Ａｌｑ３：８−トリス−ヒドロキシキノリンアルミニウム
Ｂｐｈｅｎ：４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
Ｆ４−ＴＣＮＱ：テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン
Ｉｒ（ｐｐｙ）３：トリス（２−フェニルピリジン）−イリジウム
ＢＣＰ：２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン
ＣｕＰｃ：銅フタロシアニン
ＩＴＯ：酸化インジウムスズ
ＮＰＤ：Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−ベンジジン
ＴＰＤ：Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ’−ジ（３−トリル）−ベンジジン
ｍＣＰ：１，３−Ｎ，Ｎ−ジカルバゾール−ベンゼン
ＤＣＭ：４−（ジシアノエチレン）−６−（４−ジメチルアミノスチリル−２−メチル）−４Ｈ−ピラン
ＤＭＱＡ：Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ：ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸）水性分散液
【００６７】
本発明は特定の例及び好ましい実施形態に関して記載されるが、本発明がこれらの例及び実施形態に制限されないことは理解される。したがって当業者には明らかであるようにクレームに記載された本発明はここに記載された特定の例及び好ましい実施形態の様々な変形を含む。
【符号の説明】
【００６８】
１００  有機発光装置
１１０  基板
１１５  アノード
１２０  正孔注入層
１２５  正孔輸送層
１３０  電子阻止層
１３５  発光層
１４０  正孔阻止層
１４５  電子輸送層
１５０  電子注入層
１５５  保護層
１６０  カソード
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【外国語明細書】
2014239065000001.pdf