(57)【要約】本発明は、有機発光ダイオードのような光生成ユニット（２）と、前記光生成ユニットから光を出射結合方向（４）に出射するよう結合する出射結合デバイス（３）とを有する光源（１）に関する。出射結合デバイスは、光生成ユニットに面する第一の領域（５）と、第一の領域の屈折率より小さい屈折率をもつ第二の領域（７）と、第一の領域と第二の領域の間の、構造化されている中間領域（６）とを有する。第一の領域は光学的に均質であり、前記出射結合方向の厚さは前記光のコヒーレンス長より大きい。それにより、一般的に起こりうる波長依存の干渉効果が軽減され、よって出射結合効率の対応する劣化も軽減される。したがって、出射結合効率を向上できる。
2014525655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光生成ユニットから出射結合方向に出射するよう光を結合するための出射結合デバイス（３；１０３；２０３；３０３）であって：
・前記光生成ユニット（２）に面する第一の領域（５）であって、光学的に均質であり、前記出射結合方向の厚さが前記光のコヒーレンス長より大きい、第一の領域と；
・前記第一の領域の屈折率より小さい屈折率をもつ第二の領域（７）と；
・前記第一の領域と前記第二の領域の間の、構造化されている中間領域（６）とを有する、
出射結合デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の出射結合デバイスであって、当該出射結合デバイスは、有機発光ダイオードから光を出射するよう結合するよう適応されており、前記有機発光ダイオード（２）はカソード層（８）、アノード層（１０）および該カソード層とアノード層の間のいくつかの中間層（９）を有し、前記第一の領域の屈折率は前記中間層（９）の屈折率の平均と同様である、出射結合デバイス。
【請求項３】
前記第一の領域の屈折率が1.7以上である、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項４】
前記第一の領域がSiOxNy層である第一の層を有する、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項５】
前記構造化されている中間領域（６）は、角のある形をしたまたは丸い形をした構造の少なくとも一方を有する、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項６】
前記第二の領域が、前記中間領域の構造をなす表面構造をもつ表面を有する第二の層を含む、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項７】
前記中間領域が、前記中間領域を構造化するための粒子を有する、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項８】
前記粒子が、ａ）前記第二の領域の屈折率以下またはｂ）前記第一の領域の屈折率以上の屈折率をもつ、請求項７記載の出射結合デバイス。
【請求項９】
当該出射結合デバイスが、基板（７）の表面上の構造（１１；１１１；２１１；３１１）上に第一の材料を堆積させることによって製造可能であり、堆積後は、前記第一の領域は、前記光のコヒーレンス長より大きい厚さをもち、前記基板の屈折率より大きい屈折率をもつ前記第一の材料の光学的に均質な第一の層を有し、前記第二の領域（７）は前記基板の第二の層を有し、前記中間領域は前記構造および前記第一の材料を有する中間層を有する、請求項１記載の出射結合デバイス。
【請求項１０】
光を生成する光生成ユニットと；
請求項１記載の、前記光生成ユニットから出射するよう光を結合する出射結合デバイスとを有する、
光源。
【請求項１１】
光生成ユニットから出射するよう光を結合するための出射結合デバイスを製造する製造方法であって：
・表面上に構造をもつ基板を提供する段階と；
・前記基板の屈折率より大きい屈折率を有する第一の材料を前記構造をもつ前記表面上で提供して、前記構造の上に、光学的に均質な、前記光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ第一の層が生成されるようにする段階とを含む、
製造方法。
【請求項１２】
前記第一の材料が、1より小さい化学蒸着法数で実行される化学蒸着法によって提供される、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第一の材料が提供されたのち、前記第一の層の表面が平滑化される、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第一の層上に、光を生成する光生成ユニットを設ける段階をさらに含む、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１５】
光生成ユニットから出射するよう光を結合する出射結合デバイスを製造するための製造装置であって：
・表面上に構造をもつ基板を提供する基板提供ユニットと；
・前記基板の屈折率より大きい屈折率を有する第一の材料を前記構造をもつ前記表面上で提供して、前記構造の上に、光学的に均質な、前記光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ第一の層が生成されるようにする第一材料提供ユニットとを有する、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光生成ユニットから出射するよう光を結合するための出射結合デバイスならびに前記光生成ユニットおよび前記出射結合デバイスを有する光源に関する。本発明はさらに、前記出射結合デバイスを生産するための生産方法および生産装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、自己放出光源からの光抽出を向上させるための多機能光学フィルムを開示している。この多機能光学フィルムは、柔軟な基板と、第一の屈折率をもつ抽出要素の構造化された層と、前記第一の屈折率とは異なる第二の屈折率をもつ材料を有する埋め戻し（backfill）層とを有する。前記抽出要素の実質的な部分は、前記光学フィルムが前記自己放出光源に対して位置されるときに、前記自己放出光源の発光領域と光学的に連絡する。前記埋め戻し層は、前記抽出要素上の平面化層をなす。ここで、前記構造化された層の屈折率と前記埋め戻し層の屈折率との間の差は0.3以上である。
【０００３】
前記多機能光学フィルムは自己放出光源からの光抽出を向上させるが、光抽出効率はそれでも比較的低い。
【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2010/0110551号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C.v.d.  Brekel  et  al.、"Interface  Morphology  in  Chemical  Vapour  Deposition  on  Profiled  Substrates"、Journal  of  Crystal  Growth,  43,  pp.488ff.、1978
【非特許文献２】C.v.d.  Brekel、"Mass  transport  and  morphology  in  CVD  processes"、pp.33,42,43,Figs.6,7、University  of  Nijmegen、1978
【非特許文献３】F.  Lebland  et  al.、"Rapid  Thermal  Chemical  Vapour  Deposition  of  SiOxNy  Films"、Applied  Surface  Science,  volume  54,  pp.125-129、1992
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光生成ユニットから出射するよう光を結合するための出射結合デバイスであって、出射結合効率、すなわち光抽出効率を増大させることができるものを提供することが本発明の目的である。光生成ユニットおよび前記出射結合デバイスを有する光源ならびに前記出射結合デバイスを生産するための生産方法および生産装置を提供することが本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の側面では、光生成ユニットから出射結合方向に出射するよう光を結合するための出射結合デバイスであって、当該出射結合デバイスは：
・前記光生成ユニットに面する第一の領域であって、光学的に均質であり、前記出射結合方向の厚さが前記光のコヒーレンス長より大きい、第一の領域と；
・前記第一の領域の屈折率より小さい屈折率をもつ第二の領域と；
・前記第一の領域と前記第二の領域の、構造化されている中間領域とを有する、
出射結合デバイスが提供される。
【０００８】
生成される光は一般に、完全に単色性ではなく、いくつかの波長を含む。それらいくつかの異なる波長は、出射結合デバイス内での生成された光の波長依存の干渉を生じることがあり、これが出射結合効率を低下させる。しかしながら、光生成ユニットに面する光学的に均質な第一の領域の出射結合方向における厚さが生成される光のコヒーレンス長より大きいので、これらの干渉効果、よって対応する出射結合効率の劣化を軽減できる。このことおよび構造化された中間領域が出射結合効率を増大させる。
【０００９】
前記第一の領域および前記第二の領域は好ましくは前記中間領域をはさむ層であり、前記中間領域は好ましくは中間層である。前記第一の領域をなす前記第一の層は光学的に均質であり、生成される光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ。前記第一の領域をなす前記第一の層は好ましくは、前記第一の層を通じて屈折率および物質組成が一定のままであれば光学的に均質であると見なされる。
【００１０】
前記出射結合デバイスは、光生成ユニットによって生成された光を光生成ユニットから出て前記のより低い屈折率をもつ前記第二の領域および空気中にはいるよう結合するよう適応されている。
【００１１】
前記光生成ユニットのある好ましい実施形態は有機発光ダイオード（OLED）である。特に、光生成ユニットは、白色光を発する有機発光ダイオードである。対応して、前記出射結合デバイスは好ましくは、OLEDから光を出射するよう結合するよう適応される。OLEDは好ましくは、光をOLEDから出るよう結合するために、前記出射結合デバイスの前記第一の領域上に、特に前記第一の層上に配置される。
【００１２】
OLEDは、たとえば3ないし10μmの範囲のコヒーレンス長をもつ光を生成できる。したがって、出射結合方向における前記第一の領域の厚さはたとえば10μmより大きい。
【００１３】
ある実施形態では、前記出射結合デバイスは、OLEDから出るよう光を結合するよう適応されており、前記OLEDはカソード層、アノード層および該カソード層とアノード層の間のいくつかの中間層を有する。ここで、前記第一の領域の屈折率は前記中間層の屈折率の平均と同様である。換言すれば、前記第一の領域の屈折率は好ましくは光生成ユニットの中間層の屈折率の平均に一致する。
【００１４】
ある実施形態では、前記第一の領域の屈折率は1.7以上である。前記第一の領域の屈折率が1.8以上であることがさらに好ましい。ある実施形態では、前記第一の領域の屈折率は1.7ないし2.1の範囲内である。前記第一の領域の屈折率がこの範囲内であれば、出射結合効率がさらに増大させられることが見出された。たとえば、前記第一の領域の屈折率は1.85±0.05であることができる。
【００１５】
ある実施形態では、前記アノード層および任意的には前記カソード層は、前記アノード層および任意的には前記カソード層を通して光を出射結合させるよう透明である。アノード層はたとえば、インジウム‐スズ酸化物（ITO）層であり、カソード層は金属層であることができる。中間層は好ましくはOLEDの有機層を含む。
【００１６】
前記第一の材料は好ましくは生成される光に対して透明な無機材料である。特に、前記第一の材料は、光生成ユニットによって生成される光を吸収しない。たとえば、前記第一の領域は、SiOxNy層である第一の層を有することができる。前記第二の領域は、好ましくはガラスを有する。特に、前記第二の領域はガラス基板から形成されることができる。
【００１７】
ある好ましい実施形態では、構造化された中間領域は、角張った形をしたまたは丸まった形をした構造のうちの少なくとも一つを有する。たとえば、それらの構造は角錐形状または半球形状であることができる。丸まった形の構造は、レンズ効果を提供することができ、よってレンズ配列を形成することができる。
【００１８】
前記第二の領域は、第二の材料を有することができ、前記構造化された中間領域は前記第二の材料からなる構造を有することができる。特に、前記第二の領域は、前記中間領域の構造をなす表面構造をもつ表面を有する第二の層であることができる。たとえば、前記表面構造は、砂吹き〔サンドブラスト〕、研摩および／またはエッチングによって生成された構造であることができる。あるさらなる好ましい実施形態では、前記中間領域は、前記中間領域を構造化するための粒子を有する。前記粒子は、ａ）前記第二の領域の屈折率以下またはｂ）前記第一の領域の屈折率以上の屈折率をもつことができる。前記中間領域におけるこれら種々の構造は出射結合効率をさらに増大させる。
【００１９】
前記出射結合デバイスが、基板の表面上に第一の材料を堆積させることによって生成可能であることがさらに好ましい。ここで、堆積後は、前記第一の領域は、前記光のコヒーレンス長より大きい厚さをもち、前記基板の屈折率より大きい屈折率をもつ前記第一の材料の光学的に均質な第一の層を有し、前記第二の領域は前記基板の第二の層を有し、前記中間領域は前記構造および前記第一の材料を有する中間層を有する。堆積手順は好ましくは化学蒸着法（CVD:  chemical  vapor  deposition）手順である。この堆積手順を実行することにより、前記第一の層は、前記基板の表面上の構造によく適合することができる。特に、CVDは「視線方向（line-of-sight）」プロセスではなく、複雑な形状を一様にコーティングできる。したがって、良好な「付き回り性〔スローイングパワー〕」をもつ。
【００２０】
本発明のあるさらなる側面では、光を生成する光生成ユニットと、請求項１記載の光生成ユニットから出射するよう光を結合する出射結合デバイスとを有する光源が提示される。
【００２１】
本発明のあるさらなる側面では、光生成ユニットから出射するよう光を結合するための出射結合デバイスを製造する製造方法であって：
・表面上に構造をもつ基板を提供する段階と；
・前記基板の屈折率より大きい屈折率を有する第一の材料を前記構造をもつ前記表面上で提供して、前記構造の上方で、光学的に均質な、前記光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ第一の層が生成されるようにする段階とを含む方法が提示される。
【００２２】
好ましくは、前記基板の表面上で前記構造によって定義される溝が充満され、前記構造の上方の生成された第一の層が均一となるよう、堆積手順が実行される。
【００２３】
前記第一の材料が、CVD手順のような堆積手順によって提供されることがさらに好ましい。特に、堆積は、1より小さいCVD数で実行される。これは、基板の表面上の前記構造によって定義される溝を効果的に充満することを許容する。前記第一の材料が提供されたのち、前記第一の層の表面が平滑化されることができる。たとえば、前記第一の層を平滑化するために熱平滑化処理または研磨処理が実行されることができる。
【００２４】
好ましくは、本製造方法はさらに、前記第一の層上に、光を生成するOLEDのような光生成ユニットを設ける段階を含む。特に、ITO層が前記第一の層上に堆積され、OLEDのさらなる諸層が前記ITO層上に、OLEDおよび前記出射結合デバイスを有する光源を生成するために設けられる。
【００２５】
本発明のあるさらなる側面では、光生成ユニットから出射するよう光を結合する出射結合デバイスを製造するための製造装置であって：
・表面上に構造をもつ基板を提供する基板提供ユニットと；
・前記基板の屈折率より大きい屈折率を有する第一の材料を前記構造をもつ前記表面上で提供して、前記構造の上方に、光学的に均質な、前記光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ第一の層が生成されるようにする第一材料提供ユニットとを有する装置が提示される。
【００２６】
請求項１の出射結合デバイス、請求項１０の光源、請求項１１の製造方法および請求項１５の製造装置が従属請求項で定義される同様および／または同一の好ましい実施形態をもつことが理解される。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態は、それぞれの独立請求項をもつ従属請求項の任意の組み合わせであることもできる。
【００２８】
本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に記述される実施形態から明白となり、これを参照することで明快にされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】出射結合デバイスを有する光源の概略的かつ例示的な実施形態を示す図である。
【図２】出射結合デバイスを有する光源の概略的かつ例示的な実施形態を示す図である。
【図３】出射結合デバイスを有する光源の概略的かつ例示的な実施形態を示す図である。
【図４】出射結合デバイスを有する光源の概略的かつ例示的な実施形態を示す図である。
【図５】出射結合デバイスをもつ光源を製造する製造方法のある実施形態を例示的に示すフローチャートである。
【図６】出射結合デバイスをもつ光源を製造するための製造装置のある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図７】堆積温度の逆数に依存するCVD堆積レートを例示的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、光を生成する光生成ユニット２と、出射結合方向４において光生成２から出るよう光を結合するための出射結合デバイス３とを有する光源１の例を概略的に示している。
【００３１】
光生成ユニット２は、カソード層８と、アノード層１０と、カソード層８とアノード層１０の間のいくつかの中間層９とを有するOLEDである。この実施形態では、カソード層８は、たとえば銅または銀を含む不透明金属層であり、アノード層１０はITO層である。中間層９はたとえば、二つ以上の層であることができ、図１に概略的に示される電圧源２３を介してカソード層８とアノード層１０に電圧が加えられる場合に中間層９によって光が生成されるよう構成された、既知の有機層を含むことができる。中間層９内で生成された光は、出射結合方向４においてアノード層１０を通って光生成ユニット２を出ることができる。よって、図１に示される光源１は生成された光を下方向に放出する。もう一つの実施形態では、加えて、生成された光がカソード層８をも通じてOLED  ２を出ることができるよう、カソード層８が透明であることができる。よって、OLEDは図１に示されるような下面発光器または上下面発光器であることができる。
【００３２】
出射結合デバイス３は、光生成ユニット２に面する第一の領域５と、第二の領域７と、第一の領域５と第二の領域７の間の中間領域６とを有する。第一の領域５は、生成される光のコヒーレンス長より大きい、出射結合方向４の厚さをもつ、光学的に均質な第一の層である。OLEDによって生成される光は一般に3μmから7μmまでの間のコヒーレンス長をもつ。よって、一様であり構造化されていない、光学的に均質な第一の層５の厚さは、好ましくは約10μm以上である。
【００３３】
第一の層５の屈折率は好ましくは中間層９の屈折率の平均と同様である。すなわち、第一の層５の屈折率は、好ましくは、光生成ユニット２の中間層９の屈折率の平均に一致する。この実施形態では、中間層９は約1.8の平均屈折率をもつ。よって、第一の層の屈折率も約1.8である。他の実施形態では、第一の層の屈折率は別の値をもつことができ、一般に該屈折率は1.7以上である。第一の層は、好ましくは、OLED  ２によって生成された光に対して透明である無機材料からなる。特に、第一の層５は、OLED  ２によって生成された光を吸収しない。ある実施形態では、第一の層はSiOxNyからなる。
【００３４】
第二の領域７は、第一の層５の屈折率より小さな屈折率をもつ第二の層である。第二の層７は好ましくは均一なガラス基板である。中間領域６は、角錐のアレイによって構造化された中間層である。この実施形態では、角錐は約1μmの高さをもつが、角錐は別の高さをもつこともできる。好ましくは、構造１１がより大きな高さをもつ場合、中間層６および第一の層５の全厚さはより大きくなる。特に、構造１１より上方の中間層６の部分の厚さがより大きくなる。たとえば、構造１１がたとえば50μmの高さをもつ場合、中間層６および第一の層５を合わせた厚さは約250μmであることができる。構造１１のすぐ上方の中間層６の部分は、出射結合デバイス３を製造する間に構造１１上に第一の層の材料を堆積させることによって引き起こされる曲がった成長線を有する。これらの成長線は、構造１１の上方の中間領域６の光学的に不均質な部分につながる。高さ方向における構造１１への距離が増すとともに、曲がった成長線は消え、堆積された第一の材料は光学的に均質になる。構造１１の上方のこの光学的に均質な第一の材料が第一の層５を定義する。
【００３５】
角錐アレイ構造１１は、レプリカ技法によって用意されてもよく、よって一ないし数マイクロメートルの小さな寸法において用意できる。構造１１、すなわち角錐は、第二の層７の材料から構成される。角錐１１どうしの間の空間は、第一の層５をもなす第一の材料によって充填される。図１では、角錐は第二の層７に対して正である。すなわち、角錐は、第二の層７の表面２４上に存在し、該表面２４から突き出ている。別の実施形態では、角錐は第二の層７に関して負であることもできる。すなわち、第二の層の表面内の負の角錐穴を第一の層５をなす第一の材料で充填することによって、正の角錐が形成されることができる。その場合は、角錐は、比較的低い屈折率をもつ第二の材料から構成されるのではなく、比較的大きな屈折率をもつ第一の材料によって構成される。
【００３６】
図１を参照して上記した実施形態では、中間層６は角錐構造１１をもつものの、他の実施形態では、構造化された中間層６は、他の角張った形または丸まった形の構造のような他の構造を有することもできる。以下では、中間領域の種々の構造が図２〜図４を参照して例示的に記述される。なお、これらの図および図１では、寸法は縮尺通りではない。
【００３７】
図２は、図１を参照して上述した光生成ユニットと同様の光生成ユニット２と、中間層１０６のほかは図１を参照して上述した出射結合デバイス３と同様の出射結合デバイス１０３とを有する光源１０１のさらなる実施形態を、例として概略的に示している。中間層１０６は、マイクロレンズ・アレイを形成する半球形状の構造１１１を有する。この実施形態では、半球１１１は約5μmの半径をもち、中間層１０６および第一の層５は合わせてたとえば30ないし50μmの範囲内の厚さをもつ。半球１１１を有する基板７の構造化された表面を用意するためにもレプリカ技法を使うことができる。
【００３８】
図３は、図１を参照して上述した光生成ユニットと同様の光生成ユニット２と、出射結合デバイス２０３とを有する光源１０１のさらなる実施形態を、例として概略的に示している。出射結合デバイス２０３は、中間層２０６のほかは図１を参照して上述した出射結合デバイス３と同様である。中間層２０６は、第二の層７と同じ材料で構成されるランダム構造２１１を有する。ここで、ランダム構造２１１間の空間は比較的大きな屈折率をもつ第一の材料によって充填される。ランダム構造２１１は、基板７の対応する表面を砂吹きすることによって生成できる。この実施形態では、ランダム構造２１１は、数マイクロメートルのオーダーの高さをもち、中間層２０６および第一の層５の合計厚さは約30ないし50μmの範囲内である。
【００３９】
図４は、光源のあるさらなる実施形態を例として概略的に示している。光源３０１は、図１を参照して上述した光生成ユニット２と同様の光生成ユニット２と、構造化された中間領域３０６のほかはやはり図１を参照して上述した出射結合デバイス３と同様の出射結合デバイス３０３とを有する。中間層３０６は、中間領域を構造化するための、すなわち中間層３０６に構造を与えるための粒子３１１を有する。粒子３０６は、ａ）第二の層７の比較的低い屈折率以下またはｂ）第一の層５の比較的大きな屈折率以上の屈折率をもつことができる。粒子は、第二の層７の表面３２４上で分布、特に均一分布しており、第一の層５をなす第一の材料中に埋め込まれる。粒子３１１の直径は好ましくは200nmより大きい。堆積技法を使うことによって、第一の材料は粒子３１１とともに第二の層７に加えられる。堆積技法については下記でより詳細に述べる。
【００４０】
以下では、出射結合デバイスを有する光源を製造する製造方法の例を、図５に示したフローチャートを参照して記述する。
【００４１】
ステップ４０１では、基板７の表面上の構造をもつ基板７が提供される。具体的には、第二の層をなし、図１ないし図３に示される基板の表面上の構造をもつガラス基板７が提供されることができる。別の実施形態では、図４に示した平坦な表面上に粒子をもつ基板が提供されることができる。
【００４２】
ステップ４０２では、基板７の屈折率より大きな屈折率をもつ第一の材料が前記構造をもつ表面上に堆積される。それにより、前記構造の上に、光学的に均質な第一の層が生成される。この堆積手順は好ましくはCVDを使って、特に1より小さなCVD数をもつCVDを使って実行される。堆積手順は、結果として得られる光学的に均質な第一の層が、ステップ４０４で提供される光生成ユニットの光のコヒーレンス長より大きい厚さをもつよう、実行される。
【００４３】
第一の材料が基板の構造化された表面上に堆積されて比較的大きな屈折率をもつ光学的に均質な第一の層が形成されたのち、ステップ４０３において、光生成ユニットが配置される第一の層の表面が平滑化される。たとえば、第一の層のこの表面を平滑化するために、熱平滑化処理または研磨処理が実行される。
【００４４】
ステップ４０４では、光源を製造するために、光を生成する光生成ユニットが第一の層上に提供される。具体的には、好ましくはITO層であるアノード層、いくつかの有機層およびカソード層が、第一の層上にOLEDを製造する既知の手順を使って、第一の層上に設けられる。結果として得られる光源は、たとえばOLEDのような光生成ユニットと、該OLEDから出るよう光を結合する出射結合デバイスとを有する。ここで、出射結合デバイスは、前記構造をもつ前記基板および前記第一の層を有する。基板はたとえば第二の層７をなし、前記構造は前記構造間の空間内に堆積された第一の材料とともにたとえば中間層をなし、好ましくは一様である前記構造の上方の光学的に均質な第一の層がたとえば図１ないし図４に示されるような第一の層をなす。
【００４５】
図６は、上記の製造方法に従って出射結合デバイスをもつ光源を製造するための製造装置３０のある実施形態を例として概略的に示している。
【００４６】
製造装置３０は、基板の表面上に構造をもつ基板を提供するための基板提供ユニット２０を有する。たとえば、基板提供ユニット２０は、たとえば砂吹きによってまたは基板の平面表面上に粒子を設けることによって、基板上に構造を作るよう適応されることができる。図６では、構造を作る前の基板は参照符号３１により、構造をもつ、すなわち構造が基板の表面上に作られたあとの基板は参照符号３２によって表わされている。
【００４７】
製造装置３０はさらに、基板の屈折率より大きい屈折率をもつ第一の材料を前記構造をもつ前記表面上に堆積させる堆積ユニットである第一材料提供ユニット２１を有する。これにより、前記構造の上方で、のちの製造ステップにおいて設けられる光生成ユニットによって生成される光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ、光学的に均質な第一の層が生成される。前記構造および光学的に均質な第一の層をもつ、結果として得られた基板３３は、次いで、平滑化ユニット２２によって平滑化される。平滑化ユニット２２はたとえば、加熱平滑化手順または研磨平滑化手順を実行するよう適応される。たとえば、平滑化手順は、不活性なまたは酸素またはN2含有大気内での追加的な熱処理によって、前記第一の層の堆積後に実行されることができる。
【００４８】
平滑化された第一の層をもつ、結果として得られた層３４には、次いで、光源を製造するために、光を生成するための光生成ユニット２を設けられる。光生成ユニットは、光生成ユニット提供ユニット３５によって設けられる。光生成ユニット提供ユニット３５は、たとえば、光源を生成するために第一の層上にOLEDの種々の層を加えるよう適応されることができる。
【００４９】
製造方法および装置は、たとえば物理蒸着法（PVD）蒸着もしくはスパッタリング、特に電子ビームPVD蒸着もしくはスパッタリングによってITO層が堆積される前に、透明な無機材料の化学的に不活性なコンフォーマルCVD間層（interlayer）が構造化されたまたは粗い界面ナノ粒子層の上に設けられるよう適応されることができる。化学的に不活性なコンフォーマルCVD間層は比較的大きな屈折率をもち、OLEDによって生成される光のコヒーレンス長より大きな出射結合方向の厚さをもつ第一の領域、すなわちITO層に面する第一の層をなす。
【００５０】
好ましくは、CVDパラメータは、OLEDのアノード層をなすITO層のための基礎として間層表面を提供するために、後述するように好適に調整される。間層表面、すなわちITO層が設けられる第一の層の表面は、好ましくはガラス基板である第二の層の表面上の構造によって引き起こされる粗さに比べて、強く低減した表面粗さをもつ。CVDパラメータは、構造間の溝を充填することが可能であるよう、構造の形態に依存して調整されることができる。
【００５１】
ある実施形態では、第一の層を提供するために、特に第二の層上の構造間の溝を充填するために、ここに参照によって組み込まれる非特許文献１において開示されるようなCVDパラメータが使用される。具体的には、CVDプロセスは好ましくは、表面制御される。つまり、無次元のCVD数は好ましくは1より小さい。さらに、堆積レートおよび堆積温度は好ましくは低めの範囲である。たとえば、堆積レートは数ナノメートル毎秒、たとえば2ナノメートル毎秒であることができ、堆積温度は200ないし400°Cの範囲であることができる。
【００５２】
CVD数の定義はよく知られており、たとえば等温（isothermal）の場合、次式
N(CVD)＝kDδ/DT
に従って、質量輸送計数kDと気相における境界層の厚さδとの積を拡散係数DTで割ったものによって与えられる。ここで、N(CVD)はCVD数である。
【００５３】
図７は、任意の単位での堆積温度の逆数に依存するCVD堆積レートの対数を例示的に示している。点４１において、CVD数は1である。線４０に沿ってこの点４１の下では、CVD数は1より小さい。堆積温度は好ましくは、堆積手順が点４１より下で線４０に対応するよう調整される。1より小さいCVD数は、運動学的に制御される領域を定義し、該領域では、構造間の溝は非常によく充填されることができる。
【００５４】
あるさらなる実施形態では、CVDパラメータは、特に、構造間のより深い穴が第一の材料によって充填される必要がある場合には、いわゆる化学蒸気浸透（CVI:  chemical  vapour  infiltration）法に従って選ばれる。対応するCVDパラメータはたとえば、ここに参照によって組み込まれる、学位請求論文である非特許文献２において開示されている。
【００５５】
CVDによって第一の層を提供するための第一の材料は、好ましくは酸化物、特に次の酸化物：GeO2（1.7）、Ga2O3（1.77）、HfO2（1.79）、Ta2O5（2.08）のうちの少なくとも一つを含む。ここで、括弧内の値はそれぞれの屈折率である。たとえば、第一の層がGeO2で構成される場合、CVD反応は、次の化学反応式：GeCl4＋O2→GeO2＋2Cl2によって定義できる。しかしながら、第一の材料は、Si3N4（2.05）のような窒化物を含むこともできる。ある実施形態では、第一の材料、すなわち第一の材料から構成される第一の層は、上記の酸化物のうちの一つのみまたは一種類の窒化物のみを含む。平均OLED屈折率が前記好適な範囲内にあるべきであるまたは混合によって調整されることができるならば、さらなる材料は、AlON＝AlOxNy（1.71‐1.79）、YAG（1.82）、Sc2O3（2.0）、Y2O3（1.93）、MgO（1.77）およびAl2O3（1.66‐1.77）である。nの値は調製条件に依存することができる。最終的には、これらの酸化物／窒化物の混合が堆積されることができる。埋め込まれる／オーバーコーティングされる（最終的にはやはりCVD）粒子のために、Nb2O5（2.38）、BaTiO3（2.45）、ZrO2（2.2）、TiO2（2.37）のようなより大きな屈折率をもつ化合物が使用されることができる。
【００５６】
第一の層は、別の透明酸化物または他の透明材料を使うことによって構成されることもできる。たとえば、SiOxNyを使うことができる。ここで、xおよびyは好ましくは、SiOxNyの屈折率が1.7以上になるよう選ばれる。ある実施形態では、xおよびyは、屈折率が1.85±0.05となるよう選ばれる。その場合、CVD反応は次の化学反応式：SiCl4＋x/2  O2＋y/2  N2→SiOxNy＋2Cl2によって定義されることができる。
【００５７】
上述した材料GeO2、Ga2O3、HfO2、Ta2O5、Si3N4のCVDを実行するためには、十分揮発性の出発化合物が必要とされる。上記の材料のシーケンスにおいて、この要件はたいていそれぞれのハロゲン化物、すなわちGeCl4、GaCl3、HfCl4、TaF5またはTaCl5、SiF4またはSiCl4によって充足される。このように、たとえば上記の材料の一つが、CVD手順を実行するために上記のハロゲン化物の一つとともに使用されることが好ましい。
【００５８】
ある実施形態では、特に、第二の層をなす基板、すなわち第二の領域がホウケイ酸ガラスである場合、600°Cの温度までの熱CVDが使用される。別の実施形態では、特に、出発化合物の揮発性を含む特定の堆積条件のため、熱CVDがより高い温度を必要する場合、あるいは基板として400°Cより上では安定でない他のガラス組成が使われているなど他の理由のため基礎温度がたとえば400°Cまで下げられるべきである場合、プラズマ支援CVDが使用できる。プラズマ支援CVDはマイクロ波プラズマにより活性化されるCVDであってもよく、たとえば0.08から0.33mbarまでの間の圧力で実行できる。
【００５９】
ある実施形態では、SiOxNyを堆積するための上述した化学反応式に基づくCVDプロセスはプラズマ活性化CVDプロセスである。このプロセスはたとえばリモート・プラズマ配置を使う。たとえば、SiOxNyを堆積するためのこのプラズマ活性化CVDは、80から600°Cまでの間の温度で実行できる。
【００６０】
他の実施形態では、SiOxNy層を第一の層として前記構造をもつ前記基板上に堆積するために他のSi前駆物質が使用されることができる。ここで、好ましくは、たとえば800°Cより低い比較的低い温度、および任意的にたとえば0.4mbarより低い比較的低い圧力を使うことができる。
【００６１】
ある実施形態では、非特許文献３に記載されるように、SiH4、NH3およびO2またはN2OをN2内に希釈された気体出発化合物として使うSiOxNy堆積のためのCVDプロセスが適用されることができる。N2Oを使うことにより、屈折率は、N2OとNH3の相対量、すなわち気体フローを一ステップ・プロセスにおいて調整することにより、1.46から2.2までの間で連続的に変えることができる。具体的には、N2OとNH3の相対量は、屈折率が1.7より大きい、特に約1.8に等しくなるよう調整されることができる。N2OとNH3の相対量はたとえば、異なる層が異なる相対量を使って堆積されそれらの異なる層の屈折率が測定される実験によって、あるいは計算によって決定されることができる。あるいはまた、SiOxNyはSiAlxOyまたはAlONによって置換されることができる。それにより、SiAlxOyの屈折率はAl2O3への遷移によって変えることができ、AlONの屈折率はSiAlxOyNzへの遷移によって変えることができる。
【００６２】
上記の実施形態では、光生成ユニットはOLEDであるが、光生成ユニットは別の種類の光生成手段であってもよい。たとえば、光生成ユニットは、無機発光ダイオードであってもよいし、あるいは光生成ユニットは、たとえば1.7より大きい比較的大きな屈折率をもつ領域を有し、この高屈折率領域において光が生成される別の光発生ユニットであってもよい。その光が出射結合デバイスによって出射結合されることができる。
【００６３】
上記の実施形態では、第一の層はCVDを使って堆積されることができるが、他の実施形態では、第一の領域、第二の領域および第一の領域と第二の領域の間の中間領域をもつ出射結合デバイスを製造するために他の方法を使うこともできる。たとえば、他の堆積方法またはスパッタリング方法が使用されることができる。たとえば、レーザー・アブレーション堆積方法、ガラス溶融堆積方法またはゾル‐ゲル堆積方法を使うことができる。
【００６４】
上記の実施形態では、OLEDが、よって出射結合デバイスが平面形状をもつが、すなわち、上記の実施形態は平面上の諸層を有するが、OLEDおよび出射結合デバイスは三次元的な曲がった形をもつこともできる。ここで、OLEDおよび出射結合デバイスの諸層は三次元的に曲がっていることができる。
【００６５】
上記の実施形態では、出射結合デバイスはある種の層、特に出射結合されるべき光のコヒーレンス長より大きな出射結合方向の厚さをもつ光学的に均質な第一の層、第一の層の屈折率より小さな屈折率をもつ第二の層および第一の層と第二の層の間の構造化された中間領域を有するが、他の実施形態では、出射結合デバイスはさらに追加的な層を有することができ、それがさらに出射結合効率を高めることができる。
【００６６】
図１ないし図４を参照して上記した実施形態では、出射結合デバイスは、光生成ユニットに光学的に接続されているが、他の実施形態では、出射結合デバイスは、第一の層上のアノード層、特にITO層をすでに有していてもよい別個のデバイスであることもでき、この別個の出射結合デバイスがOLED製造者に提供されることができる。該OLED製造者は、OLEDおよび出射結合デバイスを有する光源を製造するために、出射結合デバイス上にOLED層を設ける。
【００６７】
上記では例において、第二の領域はホウケイ酸ガラスを含んでいるが、第二の領域は別の材料、たとえばソーダ石灰ガラス基板のような別のガラス基板を含むこともできる。
【００６８】
開示される実施形態に対する他の変形が、当業者によって、特許請求される発明を実施する際に、図面、本開示および付属の請求項の吟味から、理解され、実施されることができる。
【００６９】
請求項において、「有する／含む」の語は他の要素または段階を排除しない。単数形の表現は複数を排除しない。
【００７０】
単一のユニットまたは装置が請求項において記載されるいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実がそれらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００７１】
一つまたは複数のユニットまたは装置によって実行される、出射結合デバイスを製造するための、特に出射結合デバイスをもつOLEDを製造するための方法段階は、他の任意の数のユニットまたは装置によって実行されてもよい。たとえば、ステップ４０２および４０４は、単一のユニットによってまたは他の任意の数の異なるユニットによって実行されることができる。
【００７２】
請求項に参照符号があったとしてもそれは範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
2014525655.tif 000003
【図２】
2014525655.tif 000004
【図３】
2014525655.tif 000005
【図４】
2014525655.tif 000006
【図５】
2014525655.tif 000007
【図６】
2014525655.tif 000008
【図７】
2014525655.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月3日(2014.3.3)
【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】
光を生成する光生成ユニットと；
前記光生成ユニットから出射結合方向に出射するよう光を結合する出射結合デバイスとを有する光源であって、前記出射結合デバイスは：
・前記光生成ユニットに面する第一の領域であって、光学的に均質であり、前記出射結合方向の厚さが前記光のコヒーレンス長より大きい、第一の領域と；
・前記第一の領域の屈折率より小さい屈折率をもつ第二の領域と；
・前記第一の領域と前記第二の領域の間の、構造化されている中間領域とを有しており、
前記中間領域が、前記中間領域を構造化するための粒子を有しており、前記粒子が、ａ）前記第二の領域の屈折率以下またはｂ）前記第一の領域の屈折率以上の屈折率をもつ、
光源。
【請求項２】
請求項１記載の光源であって、前記光生成ユニットが、カソード層、アノード層および該カソード層とアノード層の間のいくつかの中間層を有する有機発光ダイオードであり、前記第一の領域の屈折率は前記中間層の屈折率の平均と同様である、光源。
【請求項３】
前記第一の領域の屈折率が1.7以上である、請求項１記載の光源。
【請求項４】
前記第一の領域がSiOxNy層である第一の層を有する、請求項１記載の光源。
【請求項５】
前記構造化されている中間領域は、角のある形をしたまたは丸い形をした構造の少なくとも一方を有する、請求項１記載の光源。
【請求項６】
前記第二の領域が、前記中間領域の構造をなす表面構造をもつ表面を有する第二の層を含む、請求項１記載の光源。
【請求項７】
当該出射結合デバイスが、基板の表面上の構造上に第一の材料を堆積させることによって製造可能であり、堆積後は、前記第一の領域は、前記光のコヒーレンス長より大きい厚さをもち、前記基板の屈折率より大きい屈折率をもつ前記第一の材料の光学的に均質な第一の層を有し、前記第二の領域は前記基板の第二の層を有し、前記中間領域は前記構造および前記第一の材料を有する中間層を有する、請求項１記載の光源。
【請求項８】
請求項１記載の光源を製造する製造方法であって：
・表面上に構造をもつ基板を提供する段階と；
・前記基板の屈折率より大きい屈折率を有する第一の材料を前記構造をもつ前記表面上で提供して、前記構造の上に、光学的に均質な、前記光のコヒーレンス長より大きな厚さをもつ第一の層が生成されるようにする段階とを含む、
製造方法。
【請求項９】
前記第一の材料が、1より小さい化学蒸着法数で実行される化学蒸着法によって提供される、請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第一の材料が提供されたのち、前記第一の層の表面が平滑化される、請求項８記載の製造方法。
【国際調査報告】
2014525655.tif 000010
2014525655.tif 000011
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