(57)【要約】発光素子１は、基板１３と、基板１３の上に配置される層配置１０を含む。層配置１０は、導電性材料でできている第１の電極層１２および導電性材料でできている第２の電極層１４を含む。有機材料でできている少なくとも１つの発光層１６は第１の電極層１２と第２の電極層１４との間に配置される。少なくとも１つの中間層１８は、発光層１６の間に備えられる光学的格子構造を含み、中間層１８の第１の主面１８ｃは発光層１６に面し、中間層の第１の主面１８ｃは、少なくとも光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成される。中間層１８は、少なくとも第１および第２の主面１８ｃおよび１８ｄの間における領域において導通する。【選択図】図１
2014518439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子（１，２４，２８，３２）であって、前記発光素子は、
基板（１３）と、
導電性材料でできている第１の電極層（１２）、導電性材料でできている第２の電極層（１４）、前記第１の電極層（１２）と前記第２の電極層（１４）との間に配置され、そして有機層スタック（１６）として形成され、有機材料でできている少なくとも１つの発光層（１６）、および前記有機層スタック（１６）と２つの電極層（１４）のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層（１８）を含む前記基板の上に配置される層配置（１０）と、を含み、
ここで、前記中間層（１８）の第１の主面（１８ｃ）は前記有機層スタック（１６）に面しており、そして、前記中間層（１８）の前記第１の主面（１８ｃ）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、そして、前記中間層（１８）は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間における領域において導通し、
前記中間層（１８）は、前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）を含み、前記格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、一定の層厚さ（ｈ18）を含む、発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項２】
前記許容範囲は、＋／−５０ｎｍ未満の範囲において前記第１の主面（１８ｃ）の起伏を示す、請求項１に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項３】
前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、異なる屈折率における異なる材料および／または異なる材質特性を含み、前記光学的格子構造の前記周期長（ｂ18a＋ｂ18b）は、前記発光層（１６）によって放射されるように、少なくとも前記光の波長の領域において調整される、請求項１または請求項２に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項４】
前記中間層（１８）の前記格子構造の前記周期長（ｂ18a＋ｂ18b）は、前記発光層（１６）によって放射されるように、前記光の前記波長の０．２〜５．０倍の範囲である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項５】
前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、前記発光層（１６）によって放射されるように前記光の前記波長における少なくとも５０ｎｍの吸収長さを含む、請求項２または請求項３に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項６】
さらに、前記層配置（１０）は、前記発光層（１６）と前記中間層（１８）との間の導電性電荷搬送層（２６）を含む、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項７】
さらに、前記層配置（１０）は、前記中間層（１８）と前記電極層（１２，１４）のうちの１つとの間において、均一な導電性距離層（３０）を含む、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項８】
前記中間層（１８）の前記光学的格子構造は、斜角格子、矩形格子、面心長方格子、六角形格子、もしくは方形のブラベ格子に対応するか、または準結晶として形成される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項９】
前記中間層（１８）の前記層厚さ（ｈ18）は、他の許容範囲および１０００ｎｍ未満の範囲内において一定である、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１０】
前記層配置（１０）は、集積回路によって、選択的に、受動的に、または能動的に駆動されうるピクセルおよび／またはサブピクセルに再分割される、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１１】
前記中間層（１８）ならびに前記第１および第２の電極層（１２，１４）は、異なる導電性材料を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１２】
前記層配置（１０）は、前記第１の中間層（１８＿１）と前記第１の電極層（１２）との間に配置される他の光学的格子構造を含むさらなる中間層（１８＿２）を含み、前記さらなる中間層（１８＿２）の第１の主面（１８ｃ＿２）は、前記発光層（１６）に面しており、そして前記さらなる中間層（１８＿２）の前記第１の主面（１８ｃ＿２）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、および、前記さらなる中間層は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ＿２）と第２の主面（１８ｄ＿２）との間の領域において導通する、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１３】
前記有機層スタック（１６）は、正孔輸送層（１６ａ）、電子阻止層（１６ｂ）、ダブルエミッタ層（１６ｃ）、正孔阻止層（１６ｄ）および／または電子輸送層（１６ｅ）を含む、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１４】
前記中間層（１８）は、シリコン材料、アモルファスシリコン材、酸化シリコン材および／または金属酸化物を含む、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１５】
層配置（１０）を含む発光素子（１，２４，２８，３２）の製造方法であって、前記発光素子の製造方法は、
基板（１３）を準備する工程（１１０）と、
前記基板（１３）の上に第１の電極層（１２）を配置する工程（１１０）と、
前記電極層（１２）の上に光学的格子構造を含む平坦化された中間層（１８）を生成する工程（１１０，１２０，１３０，１４０）であって、前記平坦化された中間層（１８）は、少なくとも第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間の領域において導通する、中間層（１８）を生成する工程（１１０，１２０，１３０，１４０）と、
前記中間層（１８）の上に発光層（１６）を配置する工程（１５０）と、
前記発光層（１６）の上に第２の電極層（１４）を配置する工程（１５０）と、を含み、
ここで、前記中間層を生成する工程は、
前記電極層（１２）の上に第１の格子構造ベース層（１８ａ＿ｂａｓｅ）を塗布する工程（１１０）と、
第１の相隔たる格子部分領域（１８ａ）および露出された中間領域（４０）を得るために、前記第１の格子構造ベース層（１８ａ＿ｂａｓｅ）をパターン化する工程（１２０）と、
前記第１の相隔たる格子部分領域（１８ａ）および前記露出された中間領域（４０）の上に、第２の格子構造ベース層（１８ｂ＿ｂａｓｅ）を塗布する工程（１３０）と、
前記光学的格子構造を含む前記平坦化された中間層（１８）を得るために、少なくとも前記第２の格子構造ベース層（１８ｂ＿ｂａｓｅ）を平坦化する工程（１４０）と、を含む、発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記発光素子の製造方法は、
前記平坦化された中間層（１８＿１）の上に他の光学的格子構造を含むさらなる平坦化された中間層（１８＿２）を生成する工程を含み、前記さらなる平坦化された中間層（１８＿２）は、少なくとも第１の主面（１８ｃ＿２）と第２の主面（１８ｄ＿２）との間の領域において導通する、請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、光出力結合を改善するための光学的格子または格子構造を含む有機発光ダイオードまたはＯＬＥＤのようなエレクトロルミネッセンス発光素子、およびその製造方法に関する。
【０００２】
ＯＬＥＤは、照明の分野そして、ディスプレイ技術においてますます使用される。潜在的に高い効率、達成可能な色空間およびＯＬＥＤの可能なかぎり薄い形状は、特にこの傾向に寄与する。
【０００３】
ＯＬＥＤの効率は、高い効率的なＯＬＥＤにおいて、特に、光出力結合の効率が全体的な効率を制限する異なる要素によって決定される。光が有機層の範囲内において高い効率的な方法で生成されうるのに対して、光の小さい部分は、ＯＬＥＤについて出力結合され、役立つ光として利用される。約１．７の有機層の高い屈折率のために、有機発光層における光の大部分は、光モードの形のままである。透明基板上のＯＬＥＤにおいて、光の一部は、基板に入って、そこで基板モードの形のままであり、出力結合されない。全体的に見て、生成された光の約７５％から８０％はこれらの影響、さらにプラズモンモードの励起によって失われる。その結果、効率的な方法における有機層の光出力結合は、かなりＯＬＥＤの全体的な効率を増加させる。全体的な効率を増加させることは、たとえば、ＯＬＥＤに基づくマイクロディスプレイのようなモバイルアプリケーションだけでなく、照明のソリューションに、特に、有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００１２３２８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２８３０６８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／００１５１４２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００７１２３３号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０２８４３２０号明細書
【特許文献６】米国特許第７６９６６８７号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／０２４１３２６号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Adachi, M. A. Baldo, S.R. Forrest, and M. E. Thompson, "Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device", J. Appl. Phys. 90, 5048 (2001)
【非特許文献２】S. Moeller and S. R. Forrest, "Improved light out-coupling in organic light emitting diodes employing ordered microlens arrays", J. Appl. Phys. 81, 3324 (2002)
【非特許文献３】J. Zhou, N. Ai, L. Wang, H. Zheng, C. Luo, Z. Jiang, S. Yu, Y. Cao and J. Wang, "Roughening the white OLED substrate's surface through sandblasting to improve the external quantum efficiency", Org. Electronics 12, 648-(2011)
【非特許文献４】T. Yamasaki, K. Sumioka, and T. Tsutsui, "Organic light-emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium", Appl. Phys. Lett. 76, 1243 (2000)
【非特許文献５】T. Tsuitsui, M. Yahiro, H. Yokogawa, K. Kawano, Y. Yokoyama, "Doubling Coupling-Out Efficiency in Organic Light-Emitting Devices Using a Thin Silica Aerogel Layer", Adv. Mater. 13, 2174 (2001)
【非特許文献６】Y. R. Do, Y.-C. Kim, Y.-W. Song, S.-H. Lee, "Enhanced light extraction efficiency from organic light emitting diodes by insertion of a two-dimensional photonic crystal structure", J. Appl. Phys. 96, 7629 (2004)
【非特許文献７】B. J. Matterson, J. M. Lupton, A. F. Safonov, M. G. Salt, W. L. Barnes, I. D. W. Samuel, "Increased Efficiency and Controlled Light Output from Microstructured Light-Emitting Diode", Adv. Mat. 13, 2 (2001)
【非特許文献８】M. Fujita, K. Ishihara, T. Ueno, T. Asano, S. Noda, H. Ohata, T. Tsuji, H. Nakada, N. Shimoji, "Optical and Electrical Characteristics of Organic Light-Emitting Diodes with Two-Dimensional Photonic Crystals in Organic/Electrode Layers", Jap. J. of Appl. Phys. 44, 6A (2005)
【非特許文献９】U. Geyer, J. Hauss, B. Riedel, S. Gleiss, U. Lemmer, M. Gerken, "Large-scale patterning of indium tin oxide electrodes for guided mode extraction from organic light-emitting diodes", J. Appl. Phys. 104, 093111 (2008)
【非特許文献１０】J. Feng, T. Okamoto, R. Naraoka, S. Kawata, "Enhancement of surface plasmon-mediated radiative energy transfer through a corrugated metal cathode in organic light-emitting devices", Appl. Phys. Lett. 93, 061106 (2008)
【非特許文献１１】G. Garcia-Belmonte, J. M. Montero, Y. Ayyad-Limonge, E.M: Barea, J. Bisquert, H. J. Bolink, "Perimeter leakage current in polymer light emitting diodes", Curr. Appl. Phys. 9, 414 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光出力結合を改善されることによってエレクトロルミネッセンス発光素子の全体的な効率を増加させ、そして、高い全体的な効率のエレクトロルミネッセンス発光素子の製造方法を提供することが、本発明の目的である。
【０００７】
この目的は、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス発光素子、請求項１３に記載の製造方法によって達成される。発明のさらなる展開は、下位の請求項において定義される。
【０００８】
本発明は、有機発光層において束縛される光が、平面有機層または平面有機層スタックのトポロジを変えることなく、周期的にパターン化され、そして、可能な限り平面（すなわち、可能なかぎり平面の格子構造）である導電性中間層を使用して特に影響を与えるという知見に基づく。光学的格子のような光学的格子構造を含む中間層が有機発光層において生成された光の光モードに結合しうるように、光学的格子構造を含む可能な限り平面のパターン化された中間層が、電極層と有機発光層との間に配置される。少なくとも導電性材料を含む記載される光学的格子のセットアップは、電極層の間（すなわち、光学的感知手段の範囲内）における光学的格子を配置することを可能にする。これは、有機層において光学的格子を光に結合することを高める。光学的格子構造を含む可能な限り平面の中間層の表面は、トポロジを妨げることなく有機層を被覆することを可能にし、有機層（または層スタック）において光を生成する場合に、高効率を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態は、基板と、基板の上に配置される層配置とを含む発光素子を提供する。層配置は、導電性材料でできている第１の電極層、導電性材料でできている第２の電極層、および第１の電極層と第２の電極層との間に配置され、有機材料でできている少なくとも１つの発光層を含む。加えて、層配置は、発光層と２つの電極層のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層を含む。中間層の第１の主面は発光層に面しており、中間層の第１の主面は、少なくとも光学的格子構造の領域において可能な限り平面であるように実装され、そして、中間層は、少なくとも第１の主面と第２の主面との間における領域において導通する。この実施の形態において、光出力結合し、そして、このように、発光素子の効率は、有機層に直接的に近傍において層配置において光学的格子構造を含む（可能な限り最良の度合いに）平面的な中間層を配置することによって改善されうる。さらに、このような発光素子とともに、発光の角度依存性が中間層を使用して制御されることが有利である。そして、それは、有限開口の適用について、特に、効率を増加する。このように、電気的特性および効率が損なわれないように、有機層のトポロジは、周期的にパターン化された中間層の（可能な限り平面の）表面によって影響されない。しかしながら、最大許容または製造技術的に達成可能な従来の半導体製造工程を使用する場合、製造要素のため、光学的格子構造を含むたとえば、中間層の理想的な平面、または平面が製造しえないので、有機層が有機層のトポロジにおける概ね平面の表面の上に配置されるように、中間層の第１の主面の起伏は、＋／−５０ｎｍ未満の範囲内における許容範囲によって定義され、このように、電極および光学的特性のそれは損なわれない。
【００１０】
実施の形態に関連して、光学的格子構造は、異なる屈折率における異なる材料および／または異なる材料特性を含む第１および第２の格子部分領域を含む。光学的格子構造の周期長さは、発光される光の波長の値の０．２〜５．０倍の範囲であるように、少なくとも領域において、光学的格子構造の周期長は、発光層によって発光される光の波長に調整される。したがって、格子構造および光出力結合は、最適な方法で発光される発光素子の光に、領域において調整されうることは、ここの有利さである。典型的に、多くとも１０００ｎｍまでの層厚さを含む中間層の光学的格子構造の幅以上の一定の格子特性を可能とするために、他の実施の形態に関する層厚さは、他の許容範囲において可能な限り一定である。
【００１１】
発光素子の他の実施の形態は、加えて、発光層と中間層との間の導電性電荷搬送層を含む。中間層がたとえば、第１または第２の格子部分領域のような領域のみにおいて導通する場合でも、この水平方向の電荷搬送層は、全域で電気的に発光有機層を接触させるための役目を果たす。電荷搬送層の効果は、機能が、発光素子の電気的特性を損なうことなく、かなりの周期長によってさえ確実にすることである。他の実施の形態に関して、加えて、層配置は、感知手段の範囲内、すなわち層配置の範囲内において光学的格子構造の位置を最適化するための役目を果たす中間層と電極層の１つとの間において、均一な導電性距離層を含む。これは、さらに、光出力結合の効率を最適化することの効果を提示する。
【００１２】
他の実施の形態によれば、層配置は、ピクセルおよび／またはサブピクセルに再分割されうる。ここで、ピクセルおよび／またはサブピクセルは、集積回路によって、選択的に、受動的に、または能動的に駆動されうる。発光素子が光出力結合の最適化された効率を提示するようなディスプレイとして使用されるように、この有利な実施の形態は、たとえば、いくつかのピクセルを含む発光素子の個々のピクセルをアクティブにすることを可能にする。さらに、可変の色彩表現は、異なる色のサブピクセルによって可能にされる。
【００１３】
他の実施の形態によれば、発光素子は、それぞれ光学的格子構造を備えた２つの中間層を含む。ここで、第２の中間層は、第１の中間層と第１の電極層との間に配置される。ここで、発光層に面している中間層の第１の主面は、少なくとも光学的格子構造の領域における許容範囲でそれぞれ平面であるように実装される。加えて、第１および第２の中間層は、少なくとも第１の主面および第２の主面の間の領域において導通する。光出力結合が付加的な中間層によっていくつかの色に対して最適化され、そして、光が、特に、同時にいくつかの方向に出力結合されることが有利である。
【００１４】
本発明の他の実施の形態は、層配置を含む発光素子の製造方法に関する。方法は、以下の工程を含む。基板を準備する工程、および基板の上に第１の電極層を配置する工程、第１の電極層の上に、光学的格子構造を含む平坦化された中間層を生成する工程であって、平坦化された中間層は、少なくとも第１および第２の主面の間の領域において導通する、中間層を生成する工程、中間層の上に発光層を配置する工程、ならびに発光層の上に第２の電極層を配置する工程を含む。この製造方法の効果は、光出力結合の効率に関して、光学的格子構造を含む発光素子が、安全な処理および安価な方法で製造することができ、電気的特性は、平坦化のために損なわれない。
【００１５】
他の実施の形態によれば、平坦化された中間層は、以下の工程を使用して製造されうる。電極層の上に第１の格子構造ベース層を塗布する工程、第１の相隔たる格子部分領域および露出された中間領域を得るために、第１の格子構造ベース層をパターン化する工程、第１の相隔たる格子部分領域および露出された中間層の上に、第２の格子構造ベース層を塗布する工程、光学的格子構造を含む平坦化された中間層を得るために第２の格子構造ベース層を平坦化する工程を含む。加えて、発光素子の製造方法の他の実施の形態は、平坦化された中間層の上に他の光学的格子構造を含むさらなる平坦化された中間層を生成する工程を含む。さらなる平坦化された中間層は、少なくとも第１の主面と第２の主面との間の領域において導通する。
【００１６】
続いて、従来のＯＬＥＤ構造の重要な特性は、更なる公知の文書を使用して議論される。ここで、加えて、本発明における目的を考慮することに基づく場合の発明者の調査および発明の結果が強調される。
【００１７】
異なるアプローチは、光出力結合の問題を解決するために検討された。ここで、３つの異なるＯＬＥＤセットアップのアプローチが区別される。一方では、光は、基板からサイドの外方に向けて透明な上面電極を介して直接的に放射されうる。この種のＯＬＥＤは、上面発光型ＯＬＥＤまたはＴＯＬＥＤと呼ばれる。ここで、不透明な基板が使用される。透明な基板を使用する場合、光はその基板を介しても放射される。基板を介して放射するＯＬＥＤは、底面発光型（基板発光型）ＯＬＥＤまたはＢＯＬＥＤと呼ばれる。透明な基板接触および不透明上面接触は、ここで使用される。加えて、いわゆる透明なＯＬＥＤにおいて、光は、透明な基板および透明な上面接触を使用して基板側および上面接触側の上において放射されうる。ＢＯＬＥＤにおいて、出力結合の効率は、たとえば、基板のパターン化（非特許文献２）または粗面化によって、基板に束縛された光出力結合によって改善されうる。ここで、付加的な方法は、散乱層（非特許文献４）または低い屈折率（非特許文献５）の層を導入している。
【００１８】
特に注目すべきは、光の回折によって特に光の伝播に影響するために、周期的にパターン化された層を使用することである。異なる屈折率（それの周期長は放射される光の波長の大きさとほぼ同程度である）の材料でてきている光学的格子は、特に、光を外側に方向づける。ここで、光出力結合が最適化されるように、放射される光の角度分布が影響されうる。これは、光のその部分のみが特定の角度範囲において放射されるそれを使用する特定のアプリケーションで特に重要である。ＯＬＥＤによって生成される光におけるマイクロディスプレイのこの実施の形態が、制限された隙間のみを含むさらなる光学的要素を介して方向づけされる。ここで、放射される放射線の角度依存の特定の影響は、大幅にそのようなアプリケーションのシステム効率も改善しうる。
【００１９】
効果的に、有機モードで結合される光出力結合を可能にするために、たとえば、有機層に近い直接的な周期的なパターンに配置するために、ＯＬＥＤまたはＢＯＬＥＤにおいて試みられている。有機材料がたとえば温度に対するそれらの感度のために、格子製造の処理を制限するので、本発明の発明者は、電極との間における光学的格子構造を一体にすることが困難であることが知見された。既存のソリューションにおいて、この問題は、最初に、格子をパターン化する処理を実行し、それから有機層を被覆することによって回避されうる。ここで、従来例は、基板電極（非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９）を被覆させるために、基板または中間層をパターン化する。このように、電極および有機層も、その結果、パターン化された基板について、同じトポロジを示す。さらなる実施の形態は、基板に被覆される電極のポスト・パターン化（特許文献１）または電極における周期的なパターン化の被覆（特許文献２）を含む。これらの実施の形態において、電極のトポロジは、有機層に転写される。
【００２０】
有機層がパターン化され、そして、このように、非平面へ被覆するそれらのソリューションに関して、光出力結合が理想的でないことを本発明の発明者によって知見され、認識された。パターン化の直接的な結果として、この理由は、有機層の層厚さが全体の照明エリアにおいて一定ではないということである。金属的電極をパターン化することは、順に光の吸収し、そして、光出力結合における変質を結果として得るプラズモンモードの励起を結果として得る。さらに、このことによってＯＬＥＤの電気的特性が損なわれることが知見されている。パターン化によって生じるエッジおよび勾配は、典型的には、電極間の短絡および漏れ電流の増加を結果として得る（非特許文献１１）。
【００２１】
さらに、（半）透明の基板電極を含む透明基板の上のＢＯＬＥＤのための現在のソリューションは、基板と電極との間において格子層を配置している（特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７）。ここで、ＯＬＥＤの電気的特性は、上記の３つのソリューションとして同じ範囲に損なわれない。しかしながら、有機層から、すなわち、電極と基板との間における光学的格子の遠隔位置のため、光出力結合は理想的ではないことを、本発明の発明者は知見し、認識した。
【００２２】
本発明の実施の形態は、添付の図面を参照してその後詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態に記載の光学的格子構造を有する中間層を含む層配置を含む発光素子の概略断面図解図である。
【図２ａ】図２ａは、発光素子の概略図解図および最適化の対応するパラメータの説明である。
【図２ｂ】図２ｂは、発光素子の概略図解図および最適化の対応するパラメータの説明である。
【図２ｃ】図２ｃは、発光素子の概略図解図および最適化の対応するパラメータの説明である。
【図３】図３は、他の実施の形態に記載の光学的格子構造および水平方向の電荷搬送層を有する中間層を含む層配置を含む発光素子の概略断面図解図である。
【図４】図４は、他の実施の形態に記載の光学的格子構造および距離層を有する中間層を含む層配置を含む発光素子の概略断面図解図である。
【図５】図５は、他の実施に形態に記載の光学的格子構造、水平方向の電荷搬送層およびさらなる距離層を有する２つの中間層を含む層配置を含む発光素子の概略断面図解図である。
【図６ａ】図６ａは、実施の形態に記載の５つの処理サブ工程を使用する発光素子の製造方法を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、実施の形態に記載の５つの処理サブ工程を使用する発光素子の製造方法を示す。
【図６ｃ】図６ｃは、実施の形態に記載の５つの処理サブ工程を使用する発光素子の製造方法を示す。
【図６ｄ】図６ｄは、実施の形態に記載の５つの処理サブ工程を使用する発光素子の製造方法を示す。
【図６ｅ】図６ｅは、実施の形態に記載の５つの処理サブ工程を使用する発光素子の製造方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を使用してさらに詳細に下記において本発明を論じる前に、異なる図において、同じ機能および同じ効果を有する要素および構造に対して同一の要素および構造は、同じ参照番号を備えている要素および構造が置き換えられ、相互に適用されうるように、同じ参照番号が提供されることを指摘しておく。
【００２５】
本発明の第１の実施の形態にかかる平面エレクトロルミネッセンス発光素子１は、図１に基づいて説明される。具体的には、図１は、基板１３の上に配置される発光素子１の層配置１０を示す。層配置１０は、第１の電極層１２および第２の電極層１４を含み、いずれも、たとえば、アルミニウムのような導電性材料を含む。有機材料でできている発光層１６は、２つの電極層１２および１４の間に配置される。この種の発光層は、たいてい、いくつかの個々の有機層を含む層スタックとして実装されることを指摘しておく。光学的格子構造を含む中間層１８は、第１の電極層１２と発光層１６との間に設けられる。可能な限り平面である中間層１８の第１の主面１８ｃは、発光層１６に面しているのに対して、第２の主面１８ｄは、第１の電極層１２に面する。中間層１８は、第１の格子部分領域１８ａおよび第２の格子部分領域１８ｂを使用して実装されるこの実施の形態における光学的格子構造を含む。格子部分領域１８ａおよび１８ｂは、異なる屈折率を示し、格子部分領域１８ａおよび１８ｂの水平方向の幅ｂ18aおよびｂ18bの合計に対応する周期長で周期的に配置される。この実施の形態において、格子部分領域１８ａおよび１８ｂの水平方向の幅ｂ18aおよびｂ18bは等しい。ここで、格子部分領域１８ａおよび１８ｂは、応用分野に関係して、中間層１８の光学的特徴を格子構造に依存して調整、または選択可能であるようにするために、異なる幅ｂ18aおよびｂ18bを示す。この実施の形態における中間層１８および、さらに格子部分領域１８ａおよび１８ｂは、第１および第２の主面１８ｃおよび１８ｄの間の一定の層厚さｈ18である。このような電極層１２および層配置１０が配置された基板１３は、典型的には、不透明なシリコンまたは透明なガラスを含む。この実施の形態において機能するモードは、以下において、より詳細に説明される。
【００２６】
光の放射は、第１の電極層１２と第２の電極層１４の間において発光有機層１６を通して電流によって有機層１６において発生するように励起される。効率的に放射される光出力結合を可能にし、基板または有機モードにおける損失を避けるために、中間層１８における光の放射または光モードは、光学的格子構造によって方向づけされ、または方向が合わせられる。光モードのこの方向性は、典型的には、異なる屈折率を示す光学的格子構造または格子部分領域のために起こる。屈折率の勾配を形成するために、第１および第２の格子部分領域１８ａおよび１８ｂは、異なる材料特性および／または異なる材料を示しうる。第１の電極層１２および第２の電極層１４の間において発光層１６を通して電流の流れは、少なくとも第１および第２の主面１８ｃおよび１８ｄの間の領域において導通する中間層１８を実装するか、または、導電性材料でできているような格子部分領域１８ａおよび／または１８ｂのうちの少なくとも１つを実装することによって可能にされる。
【００２７】
有機発光層１６の電気的特性を損なわないために、発光層１６は、平面的な、すなわち、第１の主面１８ｃである理想的なケースにおいて、表面に配置される。理想的な平面は、製造理由のために生成することが不可能であるので、許容範囲は、有機層１６の平面性に関して要件を満たす一方、他方では、製造の観点から作り出されることで決定する。この実施の形態において決定される許容範囲は、＋／−５０ｎｍ（または＋／−２０ｎｍ）未満となるように、第１の主面１８ｃの起伏を示す。すなわち、理想的な平面レベルから光学的格子構造の領域において、第１の主面１８ｃのポイントの最大偏差は、第１の方向（発光層１６の方向）または第２の逆方向（第１の電極層１２の方向）における５０ｎｍである。これらの領域における均一が、結果として生じる電気および光学的特徴にごくわずかな影響を及ぼすので、中間層１８の光学的格子構造の領域の外側、または有機層１６の発光領域の外側のより大きな起伏が許容可能であることを、ここで、指摘しておく。＋／−５０ｎｍの許容値は、典型的には、有機発光層１６の電気的特性が、この許容範囲の範囲内で起伏によって著しく損なわれないという事実によって定められ、そして、典型的な平坦化方法は、＋／−５０ｎｍ未満の最大表面の起伏または粗さをともなう表面を生成しうる。表面の起伏の基礎をなすのは、処理または粗さによって生ずる表面の起伏が、たとえば、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）のような平坦化の方法における研磨工程の後に残存するという事実である。平坦化する場合、２つの格子部分領域１８ａまたは１８ｂのうちの１つが、停止層またはエッチング停止層として役割を果たす。格子部分領域１８ａおよび１８ｂが平坦化に影響を及ぼす異なる材質特性を示すので、さらに、第１および第２の格子部分領域１８ａおよび１８ｂを含む中間層１８を平坦化する場合、いわゆる工程が結果として得られる。さらなる実施の形態において、主面１８ｃが＋／−２０ｎｍ、＋／−１０ｎｍまたは＋／−５ｎｍの許容範囲の範囲内で平坦化されるように、有機層の異なるタイプが、バックグラウンドの表面の起伏に対して異なる要求をもたらすことを指摘しておく。
【００２８】
図２ａは、層スタックとして有機発光層１６が実装される発光素子の他の実施の形態を示す。図２ｂは、光出力結合の効率の中間層１８の層厚さｈ18への依存関係を例示する。図２ｃは、光出力結合の効率の周期長および層スタックの有機層（ＨＴＬ層）のうちの１つの層厚さへの依存関係を例示する。
【００２９】
図２ａは、緑のスペクトル部分での光を放射しうるリン光発光素子（ＯＬＥＤ）の例となる実施の形態を示す。この実施の形態において、陽極（アノード）と呼ばれる第１の電極層１２は、２００ｎｍ（たとえば、１８０〜２４０ｎｍ）の層厚さで、アルミニウムを含む。陰極（カソード）と呼ばれる第２の電極層１４は、半透明の銀を含み、典型的には、約２０ｎｍの層厚さを有する。この実施の形態における発光層１６は、５つの個々の層を含む層スタックによって実現される。第１の個別の層は、正孔輸送層（ＨＴＬ）１６ａであり、それは、ドーパントとしてホストおよび２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタンとして、Ｎ’，Ｎ’−テトラキス−（４−メトキシフェニル）−ベンジジン（ＭｅＯ−ＴＰＤ）を含む。第２の個別の層は、電子阻止層（ＥＢＬ）１６ｂであり、それは、２，２’，７，７’−テトラキス−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−ＴＡＤ）を含む。第３の個別の層は、ダブルエミッタ層（ダブルＥＭＬ）１６ｃであり、典型的には、２０ｎｍ（たとえば、５〜１５ｎｍ）の層厚さを含み、緑のリン光エミッタトリス（２−フェニルピリジン）−イリジウム［Ｉｒ（ｐｐｙ）３］、マトリックス状に形成された４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）または２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリオール）−トリス［１−フェニル−１＞Ｈ−ベンゾイミダゾール］（ＴＰＢＩ）として実施される。第４の個別の層は、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）でできている正孔阻止層（ＨＢＬ）１６ｄである。有機層１８の最後の個別の層は、Ｂｐｈｅｎおよびセシウムを含む電子輸送層（ＥＴＬ）である。電子阻止層１６ｂおよび正孔輸送層１６ａは、典型的には、１０ｎｍ（たとえば、５〜１５ｎｍ）の層厚さを示す。中間層１８は、典型的には、線状の光学的格子構造を形成するために２つの材料、すなわち、第１の格子部分領域１８ａのためのドープされたアモルファスシリコンおよび第２の格子部分領域１８ｂのための酸化シリコンを含む。
【００３０】
図２ａにおいて例示される発光素子において機能する結果として生じるモードは、基本的には、図１に例示される機能するモードに対応する。ここで、例示される発光素子は、緑のスペクトル部分で光を放射することが可能である。有機層における他の有機材料を含む発光素子は、他のスペクトル部分を放射しうることを指摘しておく。光出力結合の効率の影響する異なるパラメータは、後述する。通常、光学的格子構造の周期長ｂ18a＋ｂ18bは、放射された光の波長に依存するか、および／または対応して選択されることを指摘しておく。したがって、周期長が、波長の値の０．２〜５．０倍の範囲であるように、周期長は、放射された光の波長の範囲内に調整される。この実施の形態にかかる放射される光の緑のスペクトル部分をともなう発光素子のために、典型的には、８００ｎｍ（たとえば、７００〜９００ｎｍ）の光学的格子構造の周期長が理想である。層厚さに関しては、２０５ｎｍ（たとえば、１８０〜２３０ｎｍ）のＥＴＬ層の層厚さが選択され、ＨＴＬ層の層厚さが４０ｎｍ（たとえば、３０〜６５ｎｍ）に対応してセットされる場合、最大の出力結合効率が、典型的には、達成される。
【００３１】
周期長、中間層１８の層厚さｈ18およびＨＴＬ層１６ａパラメータの層厚さの正確な決定および／または最適化は、図２ａおよび２ｂを参照して後述されうる。
【００３２】
図２ｂは、典型的には、数値シミュレーションによって決定されたグラフ４１を使用して中間層１８の層厚さｈ18に対して依存して放射する光の緑のスペクトル部分での発光素子の光出力結合の効率の図を例示する。光出力結合の最大の効率は、６０ｎｍ（たとえば、５０〜６５ｎｍ）の層厚さｈ18であり、光出力結合の最小の効率は、２０ｎｍの層厚さｈ18である。したがって、図２ａにおいて示される実施の形態において、層厚さｈ18は、６０ｎｍであると決定される。記載される実施の形態における光出力結合の効率は、２７％であり、そして、それは、光学的格子構造を含まない構成の２０％の光出力結合と比較して３５％増加している。通常、５ｎｍと１０００ｎｍとの間の値を概して有する中間層１８の層厚さｈ18は、放射される光の周波数に依存し、好ましくは、光学的格子構造の全体の幅以上が残存するように光学的特性のために一定であると述べられる。
【００３３】
緑のスペクトル部分で光を放射することができる発光素子の有機層スタックのＨＴＬ層１６ａの層厚さの依存の周期長を変化させる場合、図２ｃは、典型的には、光出力結合の効率のシミュレーションの結果を示す。ここで、周期長は、ＨＴＬ層１６ａの層厚さに対して示される。ここで、等高線の違いは、光出力結合の効率の例示または描写することである。光出力結合の効率が領域４３において比較的高いと認識される。領域４３は、５５０ｎｍと１０００ｎｍとの間の周期長および３０ｎｍと６５ｎｍとの間のＨＴＬ層１６ａの層厚さに広がる。ここで、絶対最大値（マークされた領域４５を参照）は、８００ｎｍの周期長および４０ｎｍの層厚さである。したがって、図２ａにおいて示される実施の形態において、相互に依存しているＨＴＬ層１６ａパラメータの周期長および層厚さは、光出力結合の最大効率に関係して決定される（マークされた領域４５）。
【００３４】
他の実施の形態によれば、中間層の光学的特性は、さらなるパラメータを介して調整される。そして、それは、より詳細に後述される。第１および第２の格子部分領域１８ａおよび１８ｂの異なる屈折率は、異なる材料特性および／または格子部分領域１８ａおよび１８ｂの異なる材料から結果として生じる。格子部分領域１８ａおよび１８ｂの屈折率は、相互に依存しており、発光素子のさらなる層の屈折率に依存し、そして、放射される光の波長に依存している。第１および／または第２の格子部分領域１８ａおよび／または１８ｂの材料または材料特性は、第１の電極層１２と第１または第２の格子部分領域１８ａおよび／または１８ｂとの間における異なる屈折率のインタフェースを形成するために第１の電極層１２の材料または材料特性と好ましくは異なり、そして、したがって、光学的特性を調整することができる。光の放射される波長の吸収波長が少なくとも５０ｎｍであるように、中間層１８の光学的特性に影響している他のパラメータは、放射される光の波長に対して依存して調整される格子部分領域の吸収長さである。出力結合の効率の影響は、光学的格子構造それ自身に影響を与え、そして、それは、効率および正確な角度の束縛された光出力結合モードのために、斜角格子、矩形格子、面心長方格子、六角形格子、もしくは方形のフラベ格子、または準結晶に、典型的には対応する。
【００３５】
図３は、他の実施の形態にかかる発光素子２４が示される。発光素子１と比較して、発光素子２４は、中間層１８と発光層１６との間に配置される、導電性材料でできているさらなる（任意に）水平方向の電荷搬送層２６を含む。水平方向の搬送層２６は、中間層１８の第１の平らな主面１８ｃの上に塗布され、中間層１８を配置する場合、発光層１６に関連する平らな主面を含む。
【００３６】
機能性に関して、発光素子２４は、図１の発光素子１に基本的に対応する。水平方向の電荷搬送層２６は、中間層１８の平面の第１の主面１８ｃの上に塗布され、有機層１６の全ての活動中の幅または有機層１６のピクセルまたはサブピクセルにおける有機発光層１６を通して第１および第２の電極層１２および１４の間において可能な限り安定した流れの領域または最も均一な電流密度分布を確実にするために役目を果たす。この後の目的は、中間層１８が、たとえば、第１または第２の格子部分領域１８ａまたは１８ｂのうちの１つのような領域のみにおいて、導通するという事実のために生ずる効果を排除することである。この種の効果は、特に大きな周期長の格子構造において起こる。通常の電荷搬送長さは、格子部分領域１８ａおよび１８ｂの水平方向の幅ｂ18aおよびｂ18bに対応する。これらは、たいてい、電極層１２の電荷搬送長さを決定する有機層の能動的な幅よりも非常に小さい。このように、電極層１２と比較した場合、より低い導電性が、水平方向の電荷搬送層２６に対して十分である。水平方向の電荷搬送層２６は、薄い導電性の好ましくは、たとえば、アモルファスシリコンのような透明な材料でできている。あるいは、たとえば、インジウムズズ酸化物のような他の導電性材料、もしくは好ましくは高い吸収長の他の透明な導電性の酸化物が用いられうる。
【００３７】
図１の発光素子１と比較した場合、図４は、中間層１８と第１の電極層１２との間の（任意の）距離層３０をさらに含む、他の実施の形態にかかる発光素子２８を示す。基本的に、発光素子２８の機能性は、発光素子１のそれに対応する。
【００３８】
距離層３０は、感知手段における、すなわち、電極層１２および１４の層配置における中間層１８の位置を最適化することとして役目を果たす。距離層３０の層厚みは、最適化の目的のために調整される。距離層３０は、その導電性に関して電極層１２とは異なる。電極層１２と比較した場合、より低い導電性が十分であるように、全ての能動的な領域において電荷キャリアの水平方向の分布ではなく、垂直方向の電流輸送に対して役目を果たす。距離層３０は、典型的には、たとえば、アモルファスシリコンまたは透明かつ導電性の金属酸化物（ＴＣＯ）のようなドープされた半導体でできており、そして、好ましくは、長い吸収長さを含みうる。
【００３９】
図５は、格子構造を含む中間層が、２つの中間層１８＿１および１８＿２を含む中間層スタック１８として形成される、他の実施の形態による発光素子３２を示す。２つの中間層１８＿１および１８＿２のそれぞれは、光学的格子構造を含む。層スタックは、さらに、水平方向の電荷搬送層２６＿１および２６＿２ならびに距離層３０＿１および３０＿２を含む。発光素子３２は、第１の電極層１２に配置される基板１３を含む。発光層１６は、第１の電極層１２と第２の電極層１４との間に配置される。２つの中間層１８＿１および１８＿２は、この発光層１６と第１の電極層１２との間に位置する。発光層１６のより近くに配置される第１の中間層１８＿１は、光学的格子構造の第１の格子部分領域１８ａ＿１および第２の格子部分領域１８ｂ＿１を含む。発光層１６に面している第１の主面１８ｃ＿１における水平方向の電荷搬送層２６＿１は、中間層１８＿１と発光層１６との間に配置される。距離層３０＿１は、第１の電極層１２に面している第２の主面１８ｄ＿１に設けられる。同様に、第１の電極層１２のより近くに配置される第２の中間層１８＿２は、第１の格子部分領域１８ａ＿２および第２の格子部分領域１８ｂ＿２を含む。中間層１８＿１と同様に、他の水平方向の電荷搬送層２６＿２は、中間層１８＿２の発光層１６に面している第１の主面１８ｃ＿２に設けられ、他の距離層３０＿２は、第１の電極層１２に面している第２の主面１８ｄ＿２に設けられる。
【００４０】
機能性に関して、発光素子３２は、以上の実施の形態に対応する。ここで、光学的格子構造を含む付加的な中間層１８＿２は、いくつかの光学的格子構造の効力を重ねるために中間層１８＿１と平行になるように配置される。したがって、中間層１８＿１と比較した場合、中間層１８＿２は、たとえば、異なる周期長のような異なる格子特性を含む。ここで、一方、出力結合は、いくつかの色に最適化され、他方、同時に、光は、いくつかの方向に特に出力結合することを可能にする。以上の実施の形態と同様に、（任意の）水平方向の電荷搬送層１８＿１および１８＿２は、非導電性格子部分領域１８ａ＿１または１８ｂ＿１ならびに１８ａ＿２または１８ｂ＿２のそれぞれの幅ｂ18における電荷の水平方向の搬送を確実にすることに役目を果たす。以上の実施の形態と同様に、（任意の）距離層３０＿１および３０＿２は、層配置において中間層１８＿１および１８＿２の位置を最適化することに役目を果たす。
【００４１】
本発明の実施の形態にかかる典型的なエレクトロルミネッセンス発光素子１の製造方法１００は、図６ａ〜図６ｅの基本的な処理手順を使用して後述する。加えて、図６ａ〜図６ｄに関連する場合、平坦化された中間層１８を生成する工程が詳細に例示されることを指摘しておく。
【００４２】
図６ａは、発光素子１の製造方法１００の初期状況を示す。第１の方法工程１１０において、基板１３が準備され、そして、第１の電極層１２がその上に塗布される。さらにまた、第１の格子構造ベース層１８ａ＿ｂａｓｅは、電極層１２上に塗布される。その後、第１の格子部分領域１８ａが形成される。電極層１２に第１の格子構造ベース層１８＿ｂａｓｅを塗布または被覆する工程が、典型的にはＳｉＯ2層のＣＶＤ（化学気相蒸着：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって行われる。
【００４３】
図６ｂは、その後、第１の格子構造ベース層１８ａ＿ｂａｓｅをパターン化する工程１２０を例示する。それは、第１の相隔たる格子部分領域１８ａおよび露出された中間層４０を形成するように、すでにパターン化された格子構造ベース層を例示する。例示される工程において、格子構造ベース層１８ａ＿ｂａｓｅまたはＳｉＯ2層は、第１の相隔たる格子部分領域１８ａおよび露出された中間領域４０を得るために、パターン化される。ここで、ＳｉＯ2層は、典型的には、その後、フォトリソグラフィプロセスによるパターン化によるフォトレジストによって覆われる。それから、このパターン化は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってＳｉＯ2層に転写される。
【００４４】
図６ｃは、第１の相隔たる格子部分領域１８ａおよび露出された中間領域４０の上に第２の格子構造ベース層１８ｂ＿ｂａｓｅを塗布する工程１３０を例示する。ここで、典型的には、ドープされたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）でできている第２の格子構造ベース層１８ｂ＿ｂａｓｅは、典型的にはＣＶＤ（化学気相蒸着）法によって、第１の相隔たる格子部分領域１８ａおよび露出された中間領域４０の上に塗布される。
【００４５】
図６ｄは、次に、第２の格子構造ベース層１８ｂ＿ｂａｓｅを平坦化する次の工程１４０を例示し、第２の格子構造ベース領域１８ｂを結果として得る。その後、光学的格子構造を含む平坦化された中間層を得るために、少なくとも、第２の格子構造ベース層は平坦化される。ここで、第２の格子構造ベース層１８ｂ＿ｂａｓｅは、ＣＭＰ（化学機械研磨：ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）法によって第１の（成長した）格子部分領域１８ａのもとに研磨される。ＳｉＯ2およびａ−Ｓｉに関連する方法選択性は、第１の格子部分領域１８ａ上で停止することを可能にする。層厚さｈ18およびこのような格子高さは、第１の格子部分領域１８ａが、平坦化プロセスにおいて部分的に浸食するようなこれによって制御されうる。第１の主面１８ｃの結果として得る平面性は、処理に依存する。
【００４６】
図６ｅは、最後に、発光層１６および第２の電極層１４を塗布する工程１５０を例示するために、製造方法の最後の工程を示す。中間層１８を生成した後、第２の電極層１４が発光層１６の上に塗布される前に、典型的には、いくつかの個別の層を含みうる発光層１６が中間層１８の上に塗布される。
【００４７】
さらなる実施の形態によれば、（中間層１８の上に発光層１６を配置する工程の前に）平坦化された中間層１８を生成する工程の後、および／または中間層１８を平坦化する工程の後、上記の製造方法は、水平方向の電荷搬送層２６を配置する工程を含みうる。また、中間層１８を生成する前に、製造方法は、電極層１２の上に、距離層３０を配置する工程を含みうる。さらに、上述の方法と同様に、図５に示される実施の形態に関連する発光素子３２が製造され、中間層を生成する工程は、中間層１８＿１のために実行され、そして、再び中間層１８＿２のために実行される。
【００４８】
他の実施の形態によれば、層配置は、ピクセルおよび／またはサブピクセルに再分割されうる。ピクセルを再分割することは、ディスプレイとして発光素子を使用することを可能にする。典型的には、三原色の１つをそれぞれが表すことができるサブピクセルにピクセルを分割することによって、ピクセルが、異なる輝度で三原色を混合することによって、異なる色を表すことが可能となる。発光素子は、ピクセルまたはサブピクセルを選択的に駆動するために、能動的にまたは受動的に駆動されうる。能動的な駆動については、選択的にピクセルを駆動し、そして、これらのための電流供給を利用できるようにする集積回路が、基板に配置される。受動的な駆動については、いくつかのピクセルを含む発光素子が、マトリックスを用いて駆動され、外側から電流を供給させる。受動構造を有するピクセルを駆動するための集積回路が、発光素子または外部的に同じ基板に配置されうる。
【００４９】
あるいは、発光素子の層配置は、さらに発光層を含みうる。たとえば、異なる色の３つの発光層が他より上の１つに配置されたものである場合、これは典型的には、１つの領域において、異なる色表現を実現することを可能にする。
【００５０】
図２および図３の実施の形態を参照すると、他の実施の形態において、発光素子は、水平方向の搬送層２６および距離層３０の両方を含みうる。
【００５１】
他の代替の実施の形態において、中間層１８は、さらなる屈折率を含む第１および第２の格子部分領域とは別に、さらなる格子部分領域を含みうる。
【００５２】
図５を参照すると、発光素子３２は、さらなる中間層１８＿１，１８＿２，１８＿３，…および１８＿ｎを含む中間層スタック１８を含みうる。
【００５３】
発光素子の記載される実施の形態は、基板１３ならびに電極層１２および１４の材質特性に依存して、上面発光型ＯＬＥＤ（ＴＯＬＥＤ）および底面発光型ＯＬＥＤ（ＢＯＬＥＤ）の両方ならびに透明ＯＬＥＤとして使用されうることを指摘しておく。典型的には、ＢＯＬＥＤと対比すると、ＴＯＬＥＤに対して、不透明な基板１３、反射電極層１２および透明電極層１４が使用される。
【００５４】
前に例示された実施の形態を参照すると、発光素子のセットアップが、領域かおよび／または再分割されたピクセルおよび／またはサブピクセルを覆うこと、そして、その結果、放射される光は、領域および／またはピクセルまたはサブピクセルに放射されうることを指摘しておく。
【００５５】
実施の形態によれば、発光素子は、基板と、導電性材料でできている第１の電極層、導電性材料でできている第２の電極層、第１の電極層と第２の電極層との間に配置される有機材料でできている少なくとも１つの発光層および第２電極層、ならびに、発光層および２つの電極層のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層を含む基板の上に配置される層配置とを含み、中間層の第１の主面は、発光層に面し、中間層の第１の主面は、少なくとも光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、そして、中間層は少なくとも第１の主面と第２の主面との間における領域において導通する。
【００５６】
ここで、許容範囲は、＋／−５０ｎｍ未満の範囲において第１の主面の均一を許容する。
【００５７】
光学的格子構造は、異なる屈折率における異なる材料および／または異なる材質特性を含む第１および第２の格子部分領域を含み、ここで、光学的格子構造の周期長は、発光層によって放射されるように、少なくとも光の波長の領域において調整され、中間層の格子構造の周期長は、発光層によって放射される光の波長の０．２〜５．０倍の範囲であり、第１および第２の格子部分領域は、発光層によって放射される光の波長において少なくとも５０ｎｍの吸収長さを示す。
【００５８】
加えて、層配置は、発光層と中間層との間に導電性電荷搬送層を含む。
【００５９】
加えて、層配置は、さらに、中間層と電極層のうちの１つとの間に均一な導電性距離層を含む。
【００６０】
ここで、中間層の光学的格子構造は、斜角格子、矩形格子、面心長方格子、六角形格子、もしくは方形のフラベ格子に対応し、そして、準結晶となるように形成される。
【００６１】
中間層の層厚さは、他の許容範囲および１０００ｎｍ未満の範囲内において一定である。
【００６２】
層配置は、集積回路によって、選択的に、受動的に、または能動的に駆動されうるピクセルおよび／またはサブピクセルに再分割される。
【００６３】
ここで、中間層、ならびに第１および第２の電極層は、異なる導電性材料を含む。
【００６４】
ここで、層配置は、第１の中間層と第２の電極層との間に配置される他の光学的格子構造を含むさらなる中間層を含み、さらなる中間層の第１の主面は発光層に面しており、更なる中間層の第１の主面は、少なくとも光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、および、さらなる中間層は、少なくとも第１の主面と第２の主面との間の領域において導通する。
【００６５】
他の実施の形態において、層配置を含む発光素子の製造方法は、基板を準備する工程、基板の上に第１の電極層を配置する工程、電極層の上に光学的格子構造を含む平坦化された中間層を生成する工程であって、平坦化された中間層は、少なくとも第１の主面と第２の主面との間の領域において導通する、中間層を生成する工程、中間層の上に発光層を配置する工程、および、発光層の上に第２の電極層を配置する工程を含む。
【００６６】
そして、中間層を生成する工程は、電極層の上に第１の格子構造ベース層を塗布する工程、第１の相隔たる格子部分領域および露出された中間領域を得るために、第１の格子構造ベース層をパターン化する工程、第１の相隔たる格子部分領域および露出された中間領域の上に第２の格子構造ベース層を塗布する工程、および光学的格子構造を含む平坦化された中間層を得るために、少なくとも第２の格子構造ベース層を平坦化する工程を含み、そして、平坦化された中間層の上に、他の光学的格子構造を含むさらなる平坦化された中間層を生成する工程を含み、さらなる平坦化された中間層は、少なくとも第１の主面と第２の主面との間の領域において導通する。
【００６７】
参考文献
[1]   C. Adachi, M. A. Baldo, S.R. Forrest, and M. E. Thompson, "Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device", J. Appl. Phys. 90, 5048 (2001)
[2]   S. Moeller and S. R. Forrest, "Improved light out-coupling in organic light emitting diodes employing ordered microlens arrays", J. Appl. Phys. 81, 3324 (2002)
[3]   J. Zhou, N. Ai, L. Wang, H. Zheng, C. Luo, Z. Jiang, S. Yu, Y. Cao and J. Wang, "Roughening the white OLED substrate's surface through sandblasting to improve the external quantum efficiency", Org. Electronics 12, 648-(2011)
[4]   T. Yamasaki, K. Sumioka, and T. Tsutsui, "Organic light-emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium", Appl. Phys. Lett. 76, 1243 (2000)
[5]   T. Tsuitsui, M. Yahiro, H. Yokogawa, K. Kawano, Y. Yokoyama, "Doubling Coupling-Out Efficiency in Organic Light-Emitting Devices Using a Thin Silica Aerogel Layer", Adv. Mater. 13, 2174 (2001)
[6]   Y. R. Do, Y.-C. Kim, Y.-W. Song, S.-H. Lee, "Enhanced light extraction efficiency from organic light emitting diodes by insertion of a two-dimensional photonic crystal structure", J. Appl. Phys. 96, 7629 (2004)
[7]   B. J. Matterson, J. M. Lupton, A. F. Safonov, M. G. Salt, W. L. Barnes, I. D. W. Samuel, "Increased Efficiency and Controlled Light Output from Microstructured Light-Emitting Diode", Adv. Mat. 13, 2 (2001)
[8]   M. Fujita, K. Ishihara, T. Ueno, T. Asano, S. Noda, H. Ohata, T. Tsuji, H. Nakada, N. Shimoji, "Optical and Electrical Characteristics of Organic Light-Emitting Diodes with Two-Dimensional Photonic Crystals in Organic/Electrode Layers", Jap. J. of Appl. Phys. 44, 6A (2005)
[9]   U. Geyer, J. Hauss, B. Riedel, S. Gleiss, U. Lemmer, M. Gerken, "Large-scale patterning of indium tin oxide electrodes for guided mode extraction from organic light-emitting diodes", J. Appl. Phys. 104, 093111 (2008)
[10]   J. Feng, T. Okamoto, R. Naraoka, S. Kawata, "Enhancement of surface plasmon-mediated radiative energy transfer through a corrugated metal cathode in organic light-emitting devices", Appl. Phys. Lett. 93, 061106 (2008)
[11]   G. Garcia-Belmonte, J. M. Montero, Y. Ayyad-Limonge, E.M: Barea, J. Bisquert, H. J. Bolink, "Perimeter leakage current in polymer light emitting diodes", Curr. Appl. Phys. 9, 414 (2009)
【図１】
2014518439.tif 000003
【図２ａ】
2014518439.tif 000004
【図２ｂ】
2014518439.tif 000005
【図２ｃ】
2014518439.tif 000006
【図３】
2014518439.tif 000007
【図４】
2014518439.tif 000008
【図５】
2014518439.tif 000009
【図６ａ】
2014518439.tif 000010
【図６ｂ】
2014518439.tif 000011
【図６ｃ】
2014518439.tif 000012
【図６ｄ】
2014518439.tif 000013
【図６ｅ】
2014518439.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月28日(2014.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子（１，２４，２８，３２）であって、前記発光素子は、
基板（１３）と、
導電性材料でできている第１の電極層（１２）、導電性材料でできている第２の電極層（１４）、前記第１の電極層（１２）と前記第２の電極層（１４）との間に配置され、そして有機層スタック（１６）として形成され、有機材料でできている少なくとも１つの発光層（１６）、および前記有機層スタック（１６）と２つの電極層（１４）のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層（１８）を含む前記基板の上に配置される層配置（１０）と、を含み、
ここで、前記中間層（１８）の第１の主面（１８ｃ）は前記有機層スタック（１６）に面しており、そして、前記中間層（１８）の前記第１の主面（１８ｃ）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、そして、前記中間層（１８）は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間における領域において導通し、
前記中間層（１８）は、前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）を含み、前記格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、一定の層厚さ（ｈ18）を含む、発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項２】
前記許容範囲は、＋／−５０ｎｍよりも小さい範囲において前記第１の主面（１８ｃ）の起伏を示す、請求項１に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項３】
前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、異なる屈折率における異なる材料および／または異なる材質特性を含み、前記光学的格子構造の前記周期長（ｂ18a＋ｂ18b）は、前記発光層（１６）によって放射されるように、少なくとも前記光の波長の領域において調整される、請求項１または請求項２に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項４】
前記中間層（１８）の前記格子構造の前記周期長（ｂ18a＋ｂ18b）は、前記発光層（１６）によって放射されるように、前記光の前記波長の０．２〜５．０倍の範囲である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項５】
前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、前記発光層（１６）によって放射されるように前記光の前記波長における少なくとも５０ｎｍの吸収長さを含む、請求項２または請求項３に記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項６】
さらに、前記層配置（１０）は、前記発光層（１６）と前記中間層（１８）との間の導電性電荷搬送層（２６）を含む、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項７】
さらに、前記層配置（１０）は、前記中間層（１８）と前記電極層（１２，１４）のうちの１つとの間において、均一な導電性距離層（３０）を含む、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項８】
前記中間層（１８）の前記光学的格子構造は、斜角格子、矩形格子、面心長方格子、六角形格子、もしくは方形のブラベ格子に対応するか、または準結晶として形成される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項９】
前記中間層（１８）の前記層厚さ（ｈ18）は、他の許容範囲および１０００ｎｍ未満の範囲内において一定である、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１０】
前記層配置（１０）は、集積回路によって、選択的に、受動的に、または能動的に駆動されうるピクセルおよび／またはサブピクセルに再分割される、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１１】
前記中間層（１８）ならびに前記第１および第２の電極層（１２，１４）は、異なる導電性材料を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１２】
前記層配置（１０）は、前記第１の中間層（１８＿１）と前記第１の電極層（１２）との間に配置される他の光学的格子構造を含むさらなる中間層（１８＿２）を含み、前記さらなる中間層（１８＿２）の第１の主面（１８ｃ＿２）は、前記発光層（１６）に面しており、そして前記さらなる中間層（１８＿２）の前記第１の主面（１８ｃ＿２）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲で平面であるように形成され、および、前記さらなる中間層は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ＿２）と第２の主面（１８ｄ＿２）との間の領域において導通する、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１３】
前記有機層スタック（１６）は、正孔輸送層（１６ａ）、電子阻止層（１６ｂ）、ダブルエミッタ層（１６ｃ）、正孔阻止層（１６ｄ）および／または電子輸送層（１６ｅ）を含む、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１４】
前記中間層（１８）は、シリコン材料、アモルファスシリコン材、酸化シリコン材および／または金属酸化物を含む、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１５】
層配置（１０）を含む発光素子（１，２４，２８，３２）の製造方法であって、前記発光素子の製造方法は、
基板（１３）を準備する工程（１１０）と、
前記基板（１３）の上に第１の電極層（１２）を配置する工程（１１０）と、
前記電極層（１２）の上に光学的格子構造を含む平坦化された中間層（１８）を生成する工程（１１０，１２０，１３０，１４０）であって、前記平坦化された中間層（１８）は、少なくとも第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間の領域において導通する、中間層（１８）を生成する工程（１１０，１２０，１３０，１４０）と、
前記中間層（１８）の上に発光層（１６）を配置する工程（１５０）と、
前記発光層（１６）の上に第２の電極層（１４）を配置する工程（１５０）と、を含み、
ここで、前記中間層を生成する工程は、
前記電極層（１２）の上に第１の格子構造ベース層（１８ａ＿ｂａｓｅ）を塗布する工程（１１０）と、
第１の相隔たる格子部分領域（１８ａ）および露出された中間領域（４０）を得るために、前記第１の格子構造ベース層（１８ａ＿ｂａｓｅ）をパターン化する工程（１２０）と、
前記第１の相隔たる格子部分領域（１８ａ）および前記露出された中間領域（４０）の上に、第２の格子構造ベース層（１８ｂ＿ｂａｓｅ）を塗布する工程（１３０）と、
前記光学的格子構造を含む前記平坦化された中間層（１８）を得るために、少なくとも前記第２の格子構造ベース層（１８ｂ＿ｂａｓｅ）を平坦化する工程（１４０）と、を含む、発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記発光素子の製造方法は、
前記平坦化された中間層（１８＿１）の上に他の光学的格子構造を含むさらなる平坦化された中間層（１８＿２）を生成する工程を含み、前記さらなる平坦化された中間層（１８＿２）は、少なくとも第１の主面（１８ｃ＿２）と第２の主面（１８ｄ＿２）との間の領域において導通する、請求項１５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
発光素子（１，２４，２８，３２）であって、前記発光素子は、
基板（１３）と、
導電性材料でできている第１の電極層（１２）、導電性材料でできている第２の電極層（１４）、前記第１の電極層（１２）と前記第２の電極層（１４）との間に配置され、そして有機層スタック（１６）として形成され、有機材料でできている少なくとも１つの発光層（１６）、および前記有機層スタック（１６）と２つの電極層（１４）のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層（１８）を含む前記基板の上に配置される層配置（１０）と、を含み、
ここで、前記中間層（１８）の第１の主面（１８ｃ）は前記有機層スタック（１６）に面しており、そして、前記中間層（１８）の前記第１の主面（１８ｃ）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲において平面であるように形成され、そして、前記中間層（１８）は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間における領域において導通し、
前記中間層（１８）は、前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）を含み、前記格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、一定の層厚さ（ｈ18）を含み、
前記有機層スタック（１６）は、正孔輸送層（１６ａ）、電子阻止層（１６ｂ）、ダブルエミッタ層（１６ｃ）、正孔阻止層（１６ｄ）および／または電子輸送層（１６ｅ）を含む、発光素子（１，２４，２８，３２）。
【請求項１８】
発光素子（１，２４，２８，３２）であって、前記発光素子は、
基板（１３）と、
導電性材料でできている第１の電極層（１２）、導電性材料でできている第２の電極層（１４）、前記第１の電極層（１２）と前記第２の電極層（１４）との間に配置され、そして有機層スタック（１６）として形成され、有機材料でできている少なくとも１つの発光層（１６）、および前記有機層スタック（１６）と２つの電極層（１４）のうちの１つとの間に配置される光学的格子構造を含む少なくとも１つの中間層（１８）を含む前記基板の上に配置される層配置（１０）と、を含み、
ここで、前記中間層（１８）の第１の主面（１８ｃ）は前記有機層スタック（１６）に面しており、そして、前記中間層（１８）の前記第１の主面（１８ｃ）は、少なくとも前記光学的格子構造の領域において、許容範囲において平面であるように形成され、そして、前記中間層（１８）は、少なくとも前記第１の主面（１８ｃ）と第２の主面（１８ｄ）との間における領域において導通し、
前記中間層（１８）は、前記第１および第２の格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）を含み、前記格子部分領域（１８ａ，１８ｂ）は、一定の層厚さ（ｈ18）を含み、
前記中間層（１８）は、シリコン材料、アモルファスシリコン材、酸化シリコン材および／または金属酸化物を含む、発光素子（１，２４，２８，３２）。
【国際調査報告】
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2014518439.tif 000017
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