(57)【要約】      （修正有）【課題】光管理を向上した光電子デバイスを提供する。【解決手段】光電子デバイスは、実質的に平坦な表面を有する基板１０２と平坦な表面上に提供された光管理層を含む。光管理層は、第一光管理テクスチャーを含む。光電子デバイスは、また、第一光管理テクスチャー上に平坦化層１０６を含む。平坦化層は、第一部分及び第二部分によって定義される上面を有する。第一部分は、実質的に平坦な表面であり、第二部分は、第一光管理テクスチャーへ対応する第二光管理テクスチャーを含む。さらに、第二光管理テクスチャーは、第一光管理テクスチャーより小さい寸法を有し、第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーは、それぞれ、導波モード及び表面プラズモンポラリオンモードでの光管理を可能にする。光電子デバイスは、また、平坦化層上に機能層スタック１０８を含み、これによって、第二光管理テクスチャーが機能層スタック内へ延びる。【選択図】図１
2013206883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a.  実質的に平坦な表面を有する基板と、
b.  前記基板の前記平坦な表面上に形成され且つ第一光管理テクスチャーを有する光管理層と、
c.  前記第一光管理テクスチャー上に平坦化層と、
d.  前記平坦化層上に機能層スタックとを少なくとも備え、
前記平坦化層は、第一部分及び第二部分によって定義される上面を有し、前記第一部分は、実質的に平坦な表面によって定義され、前記第二部分は、前記第一光管理テクスチャーへ対応する第二光管理テクスチャーによって定義され、前記第二光管理テクスチャーは、前記第一光管理テクスチャーより小さい寸法を有し、前記第一光管理テクスチャー及び前記第二光管理テクスチャーは、それぞれ、導波モード及び表面プラズモンポラリオン(SPP)モードでの光管理を可能にし、
前記第二光管理テクスチャーは、前記機能層スタック内へ延びる、光電子デバイス。
【請求項２】
請求項１の光電子デバイスであって、前記平坦化層は、前記第一光管理テクスチャーを完全に被覆し、前記平坦化層の前記上面の前記第二部分は、前記第一光管理テクスチャーの輪郭に追従して、前記第二光管理テクスチャーを形成する、光電子デバイス。
【請求項３】
請求項１の光電子デバイスであって、前記平坦化層は、前記第一光管理テクスチャーを部分的に被覆し、前記平坦化層の前記上面の前記第二部分が欠けていて、前記第一光管理テクスチャーの少なくとも一部が前記機能層スタック内に突出して、前記第二光管理テクスチャーを形成する、光電子デバイス。
【請求項４】
請求項１の光電子デバイスであって、前記第一光管理テクスチャーの高さは、200nm〜1000nmの範囲である、光電子デバイス。
【請求項５】
請求項１の光電子デバイスであって、前記第二光管理テクスチャーの高さは、20nm〜200nmの範囲である、光電子デバイス。
【請求項６】
請求項１の光電子デバイスであって、前記第一光管理テクスチャー及び前記第二光管理テクスチャーは、散乱粒子の形態である、光電子デバイス。
【請求項７】
請求項１の光電子デバイスであって、第三光管理テクスチャーが前記平坦化層の前記上面の前記第一部分の実質的に平坦な表面上に提供される、光電子デバイス。
【請求項８】
請求項１の光電子デバイスであって、少なくとも
a.  前記平坦化層の屈折率は、前記機能層スタックの屈折率に類似し、且つ
b.  前記光管理層の屈折率は、前記基板の屈折率に類似する、
光電子デバイス。
【請求項９】
請求項１の光電子デバイスであって、前記光電子デバイスが有機発光デバイスである場合、前記光管理層は、光取り出し層であり、前記光電子デバイスが光電デバイスである場合、前記光管理層は、光トラッピング層である、光電子デバイス。
【請求項１０】
請求項１の光電子デバイスであって、前記第一光管理テクスチャー及び前記第二光管理テクスチャーの周期は、同一又は異なる、光電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで開示される本発明は、一般に、光電子デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、光電子デバイスの光管理効率を向上させる光管理テクスチャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光デバイス(OLED)及び薄膜太陽電池(TF-PV)のような光電子デバイスの機能において、光管理は、非常に重要な観点であり、このようなデバイスの効率に大きな影響を与える。
【０００３】
OLEDでは、放射された光の約80%が種々の界面（例：基板-周囲媒体界面、層界面、カソード層界面など）で失われる。OLED又は基板の層内にトラップされた光は、一般に、光トラッピングの導波モードとして知られている。同様に、カソード層の表面にトラップされる光は、一般に、表面プラズモンポラリオンモードとして知られている。OLEDの効率を向上させるために、これらのモードによってトラップされた光を取り出す必要がある。
【０００４】
例えば、光路を変化させて導波モードでの取り出しを可能にするために、内部又は外部光取り出しテクスチャーがOLEDスタック層-基板界面に使用可能である。表面プラズモンポラリオン(SPP)モードについて、光取り出しテクスチャーは、効果的な光取り出しのためにカソード層内へ延びる必要がある。同時に、SPPモードのためのテクスチャーの寸法は、内部又は外部光取り出しテクスチャーよりもかなり小さくする必要があり、そうでなければ、デバイス不具合、デバイス割れ、及び他の類似の問題が起こる。
【０００５】
しかしながら、寸法を低減することは、導波モードでの光取り出しに悪影響を与える。従って、両方のモードにおいて効果的に且つ最適に光を取り出すためには、互いに異なるテクスチャーが必要である。これは、製造が困難なだけではなく、OLED機能層に関して入念な最適化を要求する。
【０００６】
上述した内容に照らすと、両方のモードにおいて、同時に、効果的に光を取り出すことの要求がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の例示的実施形態は、高度に効果的な光管理を提供する改良された光電子デバイスを提供する。
【０００８】
本発明の例示的実施形態は、導波モード及び表面プラズモンポラリオンモードの両方での光管理を提供する改良された光電子デバイスを提供する。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態は、光電子デバイスを提供する。光電子デバイスは、実質的に平坦な表面を有する基板と平坦な表面上に提供された光管理層を含む。光管理層は、第一光管理テクスチャーを含む。光電子デバイスは、また、第一光管理テクスチャー上に平坦化層を含む。平坦化層は、第一部分及び第二部分によって定義される上面を有する。第一部分は、実質的に平坦な表面であり、第二部分は、第一光管理テクスチャーへ対応する第二光管理テクスチャーを含む。さらに、第二光管理テクスチャーは、第一光管理テクスチャーより小さい寸法を有し、第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーは、それぞれ又は同時に、導波モード及び表面プラズモンポラリオン(SPP)モードでの光管理を可能にする。光電子デバイスは、また、平坦化層上に機能層スタックを含み、これによって、第二光管理テクスチャーが機能層スタック内へ延びる。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態は、光電子デバイスを提供する。光電子デバイスは、基板と、第一光管理テクスチャーを有する光管理層と、第一光管理テクスチャー上に形成され且つ第一光管理テクスチャーへ対応する第二光管理テクスチャーを含む平坦化層のスタックを含む構造を有する。さらに、第二光管理テクスチャーは、第一光管理テクスチャーより小さい寸法を有する。さらに、第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーは、それぞれ、光電子デバイスが導波モード及び表面プラズモンポラリオン(SPP)モードでの光管理を提供することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
新規であると信じられている本発明の特徴は、添付の請求の範囲で詳細に言及している。本発明は、添付図面と共に次の説明を参照して最もよく理解することができる。これらの図面及び関連する説明は、本発明のいくつかの実施形態を例示するために提供され、本発明の範囲を限定しない。
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による例示的光電子デバイスの種々のコンポーネントの図示である。
【００１３】
【図２ａ】最新技術による光電子デバイスでの光のトラッピングを示す図示である。
【００１４】
【図２ｂ−２ｃ】それぞれ、本発明の実施形態による光電子デバイスの第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーによって可能になる機能を示す。
【００１５】
【図３ａ−３ｂ】本発明の２つの例示的実施形態による光電子デバイスの第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーの構造を示す。
【００１６】
【図３ｃ】本発明の例示的実施形態による図3bの光電子デバイスの第二光管理テクスチャーの構造の拡大図である。
【００１７】
【図４ａ−４ｈ】本発明の例示的実施形態による光電子デバイスの第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーの図示である。
【００１８】
当業者は、図中の要素は、簡潔さ及び明確さのための例示であり、寸法は必ずしも正確ではないことを理解するであろう。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明の理解を向上させるために、他の要素に比べて誇張している。
【００１９】
明細書中には説明があって図面には記載していない構造がある場合、そのような構造が明細書から省略されていると解釈すべきではない。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を詳細に説明する前に、本発明が光電子デバイス（例：有機発光デバイス）に関連した装置コンポーネントの組み合わせを利用することに注目すべきである。従って、装置コンポーネントは、図面中では慣用的な記号を用いて表され、本発明の理解に関連がある部分のみを詳細に表している。これは、当業者にとって明らかな内容を詳細に記載しすぎて本発明の開示をぼやかすことが無いようにするためである。
【００２１】
明細書は、本発明の新規であると思われる特徴を規定する請求の範囲で締めくくっているが、本発明は、次の説明と、符号を付した図面からより良く理解されるであろう。
【００２２】
本発明の詳細な実施形態をここに開示しているが、開示された実施形態は、本発明の単なる例示であり、本発明は、種々の形態で実施可能であることを理解すべきである。従って、ここで開示される具体的な構造及び機能の詳細は、権利範囲を限定するものと解釈すべきではなく、請求の範囲の基礎となり、かつ本発明を種々の形態で実施する際に当業者に与える教示の代表的な基礎であるとして解釈すべきである。さらに、ここで示される用語とフレーズは、限定的に解釈すべきではなく、本発明の理解可能な説明を提供するためものであると解釈すべきである。
【００２３】
本明細書では、「一つ」は、１又は複数を意味している。「他の」は、「少なくとも第２の」を意味しており、「含む」及び／又は「有する」は、他の要素の追加を許容するオープンな用語である。「連結」又は「作動的に連結」は、結合されていることを意味するが、直接である必要はなく、機械的である必要もない。
【００２４】
ここで、図面を参照する。図1は、本発明の実施形態による例示的光電子デバイス100を示す。光電子デバイス100の例は、有機発光ダイオード(OLED)又は薄膜光電デバイス(TF-PV)を含む。
【００２５】
OLEDの幾つかの実例は、白色有機発光ダイオード(W-OLED)、アクティブ-マトリックス有機発光ダイオード(AMOLED)、パッシブ-マトリックス有機発光ダイオード(PMOLED)、フレキシブル有機発光ダイオード(FOLED)、積層有機発光ダイオード(SOLED)、タンデム有機発光ダイオード、透明有機発光ダイオード(TOLED)、上面発光有機発光ダイオード、底面発光有機発光ダイオード、蛍光ドープ有機発光ダイオード(F-OLED)及びリン光有機発光ダイオード(PHOLED)を含むがこれに限定されない。
【００２６】
同様に、TF-PVの例は、薄膜太陽電池、有機太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、マイクロモーフォシリコンタンデム太陽電池、銅インジウムガリウムセレナイド(CIGS)太陽電池、カドミウムテルリド(CdTe)太陽電池などを含むがこれに限定されない。
【００２７】
説明の目的のために、ここで例示された光電子デバイス100は、本発明の説明に関連する層のみを含むように示した。しかしながら、本発明がここでの説明中でリストされた層に限定されないことは理解すべきである。場合によっては、光電子デバイス100は、本発明の範囲から逸脱することなく、効率を高めるか又は信頼性を向上させるために、追加の層を含んでもよい。
【００２８】
光電子デバイス100は、基板102、ラッカー層104、平坦化層106及び機能層スタック108を含むように示される。機能層スタック108は、内部に１又は複数の機能層を有するように構成されている。１又は複数の機能層は、第一電気コンタクト110、１又は複数の有機層112及び114、第二電気コンタクト116及びカバー基板118を含む。
【００２９】
基板102は、光電子デバイス100へ強度を提供するように機能する。基板として使用できる材料の例は、ガラス、フレキシブルガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)及び他の透明又は半透明材料を含むがこれに限定されない
【００３０】
次に、基板102は、ラッカー層104を受け取って支持するように構成されている。ラッカー層104は、本発明の説明の間に光管理層とも称することを理解すべきである。ラッカー層104は、概ね、硬化材料からなり、基板102上に提供される。ラッカー層104は、ブラシ又はローラー、ディスペンシング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、スピン-コーティング、スプレーコーティング、種々の複製技術、又は印刷を用いて、基板102上に提供可能である。硬化材料は、媒体（例：熱又は光）を用いて硬化されると、その上に型押しされた光管理テクスチャーを保持する性質を有する。硬化材料は、紫外線硬化材料、光硬化樹脂ラッカー、アクリレート、及びシリカ又はシリカ-チタニアベースのゾルゲル材料を含むがこれに限定されない。いくつかの実施形態では、テクスチャーは、光リソグラフィー技術を用いて、ラッカー層104へ適用してもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、硬化材料は、基板102上の硬化材料上に第一光管理テクスチャーをインプリントした後に、光及び／又は熱を用いてポストキュアされる。硬化材料のポストキュアは、光電子デバイス100の製造の後工程の間又は光電子デバイス100の実際の使用の間に、硬化材料からの流体又は溶媒のガス放出を最小化するために行われる。硬化材料から出てくるこのような流体又は溶媒は、光電子デバイス100の次の層を汚染し、従って、光電子デバイス100の全体性能に影響を与える傾向がある。
【００３２】
本発明によれば、ラッカー層104は、第一光管理テクスチャーがラッカー層104の表面上に提供可能であるように堆積される。第一光管理テクスチャーの例は、1D又は2Dの周期的U-形状特徴、1D又は2Dの周期的正弦波回折格子、1D又は2Dの周期的な直立又は逆向きピラミッド、ランダムな直立又は逆向きピラミッド、1D又は2Dの周期的な逆コーン、及び他のマイクロ及びナノサイズ構造を含むがこれに限定されない。第一光管理テクスチャーは、光電子デバイス100での光管理を容易にする。ラッカー層104及び第一光管理テクスチャーのデザイン及び構造は、図2a、2b及び2cと併せてさらに説明される。
【００３３】
平坦化層106に移る。平坦化層106は、上面及び下面によって定義される。下面は、ラッカー層104上の第一光管理テクスチャーと実質的に一緒になる。さらに、上面は、少なくとも第一部分及び第二部分を含むように設計される。第一部分は、実質的に平坦な表面によって定義され、第二部分は、第一光管理テクスチャーに対応する第二光管理テクスチャーによって定義される。
【００３４】
一実施形態では、平坦化層106は、光電子デバイス100の製造の後工程の間に経験する変形又は汚染から、第一光管理テクスチャーを被覆して保護するように機能する。平坦化層106として使用される材料の例は、UV硬化アクリレート、熱硬化エポキシ、ゾルゲル材料、ハードコート、及びエアロゲルを含む。さらに、平坦化層106として使用される材料は、非常に透明であり、光吸収が少ない。平坦化層106及び第二光管理テクスチャーのデザイン及び構造は、図2a、2b及び2cと併せてさらに説明される。
【００３５】
平坦化層106が堆積されると、ラッカー層104上に第一電気コンタクト110が提供される。一実施形態では、第一電気コンタクト110は、透明導電酸化物(TCO)を用いて実施可能である。TCOは、ドープされた金属酸化物であり、TCOの例は、酸化亜鉛、酸化スズ、アルミニウム-ドープされた酸化亜鉛(AZO)、ボロンドープされた酸化亜鉛(BZO)、ガリウムドープされた酸化亜鉛(GZO)、フッ素ドープされた酸化スズ(FTO)及びインジウムドープされた酸化スズ(ITO)を含むがこれに限定されない。TCOは、入射光透過率が80%より大きく、効率的なキャリア輸送のために、導電率が103S/cmより高い。TCOの透過率は、透明材料と同様に、欠陥及び粒界での光散乱によって制限される。別の実施形態では、第一電気コンタクト110は、PEDOT-PSS、又は他の透明ポリマー、又は薄い金属層で実施してもよい。
【００３６】
第一電気コンタクト110は、物理気相堆積(PVD)、低圧化学気相堆積(LPCVD)、常圧化学気相堆積(APCVD)、又はプラズマエンハンスト化学気相堆積(PECVD)などによって堆積可能である。
【００３７】
次のセットの層（１又は複数の有機層112及び114）に移る。一般に、１又は複数の有機層112及び114は、ディップコーティング、スピンコーティング、ドクターブレード、スプレーコーティング、スクリーン印刷、スパッタリング、ガラスマスタリング、フォトレジストマスタリング、全ての種類のCVD、エレクトロフォーミング、及びエバポレーションのような方法を用いて堆積される。一実施形態では、１又は複数の有機層112及び114は、有機エレクトロルミネセンス材料（例：発光ポリマー、蒸着した低分子材料、発光デンドリマ又は分子状にドープされたポリマー）で実施可能である。この説明の目的のために、有機層は、２つの層のみを含むように示される、しかしながら、光電子デバイス100が本発明の範囲から逸脱することなく１又は複数の有機層を含んでも除いてもよいことは、当業者に明らかであろう。
【００３８】
１又は複数の有機層112及び114の後に、第二電気コンタクト116が堆積される。一実施形態では、第二電気コンタクト116は、TCOの第二層、銀の層、及びアルミニウムの層を含むことができる。他の実施形態では、第二電気コンタクト116は、電荷キャリアを注入するのに適切な仕事関数を有する金属（例えば、カルシウム、アルミニウム、金、及び銀）で実施可能である。一実施形態では、第一電気コンタクト110及び第二電気コンタクト116は、電極層として働く。例えば、第一電気コンタクト110は、アノードとして働き、第二電気コンタクト116は、カソードとして働く。その後、上述した全ての層は、カバー基板118を用いて、基板102とカバー基板118の間に封入される。
【００３９】
通常、光電子デバイスの効率は、光電子デバイス内の光管理によって支配される。光管理は、このようなデバイスの効率に大きな影響を与える非常に重要な観点である。例えば、OLEDでは、周囲媒体、基板及び堆積される有機層の屈折率の差異は、取り出し可能な生成光の割合を大幅に減少させる。同様に、TF-PVデバイスでは、光トラッピングは、その効率に影響を与える主要ファクターであり、TF-PVデバイス内の光路を増大させることによってその吸収を増大させる。
【００４０】
例えば、効率的な光管理と関連する問題を図2aを用いて例示する。例えば、OLEDで生成される光の大部分は、１又は複数の有機層の高屈折率スタック203内の内部反射及び基板202と第一電気コンタクトの界面によってトラップされる。これは、スタック203の屈折率が基板202よりも高いからである。スタック203は、図1で説明した１又は複数の有機層112及び114及び第一電気コンタクト110に特性が類似していることを理解すべきである。光は、OLEDの有機層によって放射されると、基板202を通過する必要がある。基板202は、図１で説明した基板102に特性が類似していることを理解すべきである。
【００４１】
しかしながら、高屈折率材料から、より低屈折率材料又は媒体を有する界面へ光が入射するとき、その光は、θc=sin-1(n2/n1)によって定義される臨界角θcより大きい全ての入射角について全反射(TIR)となる（n1及びn2は、それぞれ、高屈折率材料及び低屈折率材料の屈折率である）。同じ理由により、１又は複数の有機層によって放射された光は、基板202との界面に到達すると、相当な量の光が反射されてOLEDに戻される。
【００４２】
図2aに示すように、OLEDの層にほぼ垂直に放射された黒色で示す放射光のみが方向206で示すように、容易に離脱可能である。垂直でない方向に放射された光は、上述のTIR現象のために離脱が難しい。放射の方向次第で、光は、第二電気コンタクト204と１又は複数の有機層の高屈折率スタック203の間の界面及び基板202と第一電気コンタクトの界面にトラップされ得る。光[白色点線210によって例示される。]は、ここでは、表面プラズモンポラリオンモードと称し、高屈折率スタック203(有機層及び第一電気コンタクト（通常はTCO）を含む。)内にトラップされる光[白色実線208によって例示される。]は、ここでは、導波モードと称される。放射されない光は、最終的にOLED内で吸収される。
【００４３】
導波モードでの光管理は、第一光管理テクスチャー212を提供することによって可能になる。なぜなら、第一光管理テクスチャー212が有機層、TCO層、及び基板の間の界面で光の伝播方向を変えることができるからである。第一光管理テクスチャー212は、図１で説明したラッカー層104にある第一光管理テクスチャーに特性が類似していることを理解すべきである。
【００４４】
導波モードでの光管理を可能にする例を図2bに示す。第一光管理テクスチャー212は、光がTIRによってOLEDのような光電子デバイスに戻ることを低減するのを助ける。第一光管理テクスチャー212は、放射された光の伝播方向を回折によって変化させることを容易にするために、光の波長のオーダーでの寸法を有する形状を含むことができる。第一光管理テクスチャー212は、放射された光の伝播方向を屈折に依って変化させること容易にするために、光の波長より大きい寸法を有する形状を含むこともできる。
【００４５】
第一光管理テクスチャー212は、回折又は屈折によって、光伝播方向の変化を引き起こすことができる。通常、光の波長のオーダーの寸法を有する第一光管理テクスチャー212は、回折によって光伝播方向を変化させる。回折によって光伝播方向を変化させる第一光管理テクスチャー212の例は、1D回折格子及び2D回折格子を含むがこれに限定されない。光の波長より大きい寸法を有する第一光管理テクスチャー212は、通常、屈折によって光伝播方向を変化させる。屈折によって光伝播方向を変化させる第一光管理テクスチャー212の例は、レンズ、コーン、及びピラミッドを含むがこれに限定されない。好ましくは、第一光管理テクスチャー212は、屈折によって光伝播方向を変化させるであろう。また、好ましくは第一光管理テクスチャー212の寸法は、200nm〜1000nmの範囲であり、第一光管理テクスチャー212の周期は、約600nmである。
【００４６】
一実施形態では、第一光管理テクスチャーは、第一光管理テクスチャー212のネガ像を有するスタンパーを用いて形成される。スタンパーは、基板202が変形(ガラス転移)温度以上に加熱される間に、基板202へ押圧される。次に、第一光管理テクスチャー212を基板202に固定するために、急冷プロセスを行う。
【００４７】
さらに別の実施形態では、硬化材料（例：光硬化樹脂ラッカー又はゾルゲル材料）の層を基板202上に塗布してラッカー層を形成し、このラッカー層内に第一光管理テクスチャー212の像をインプリントするか又は複製することによって、第一光管理テクスチャー212を形成することができる。例えば、硬化ラッカー材料の層が基板202上に塗布可能である。その後、スタンパーを硬化ラッカーの層と接触させ、第一光管理テクスチャー212をラッカー層へインプリントすることができる。この後に、第一光管理テクスチャー212を基板202上の硬化ラッカーへ固定するための硬化プロセスを行う。硬化材料の例は、紫外線硬化材料、光硬化樹脂ラッカー、アクリレート、及びシリカ又はシリカ-チタニアベースのゾルゲル材料を含んでもよいがこれに限定されない。しかしながら、硬化ラッカーは、本発明の範囲から逸脱することなく類似の特性を有する材料で形成可能であることは理解すべきである。一実施形態では、第一光管理テクスチャー212を形成する材料の屈折率は、約1.5である。例えば、テクスチャーがラッカー層上に形成される場合、ラッカーの材料は、屈折率が約1.5であるように選択される。
【００４８】
同様に、TF-PVデバイスの場合、第一光管理テクスチャー212は、光トラッピング機能を提供可能である。第一光管理テクスチャー212は、TF-PVデバイス内に送られた光の光路を増大させるために、TF-PVデバイス内に提供される。第一光管理テクスチャー212は、TF-PVの有機層の光トラッピング能力を可能にし、これを高める。第一光管理テクスチャー212は、光の散乱及び回折を助け、これによって、TF-PVを通る光路を増大させ、これによって、TF-PVの有機層による光の吸収の機会を増やす。TF-PVの場合、光管理テクスチャーは、光トラッピングテクスチャーとも称され、この光管理テクスチャーがラッカー層上に形成されるので、ラッカー層は、光トラッピング層とも称される。同様に、OLEDの場合、光管理テクスチャーは、光取り出しテクスチャーとも称され、対応するラッカー層は、光取り出し層とも称される。
【００４９】
第一光管理テクスチャー212は、OLED及びTF-PVデバイスの場合に、それぞれ、光取り出し及び光トラッピングを可能にする。第一光管理テクスチャー212は、通常ミクロン又はサブミクロンサイズのテクスチャーであり、実質的に周期的又はほぼ周期的であることが好ましい。
【００５０】
しかしながら、図2bに示すように、白色点線で示す放射光は、第一光管理テクスチャー212を用いても離脱させることができない。従って、表面プラズモンポラリオンモードでの光管理を可能にするために、第一光管理テクスチャー212へ対応するが第一光管理テクスチャー212より寸法が比較的小さい第二管理テクスチャー214が提供される。第二光管理テクスチャー214は、図１で説明した平坦化層106にある第二光管理テクスチャーへ特性が類似していることを理解すべきである。
【００５１】
さらに、第二管理テクスチャー214は、第一電気コンタクト層204内に延びる。例えば、図2cに例示される周期が約400nmで寸法が20nm〜200nmの範囲である第二管理テクスチャー214は、表面プラズモンポラリオンモードでの光管理を可能にする。第二光管理テクスチャー214の存在の結果、白色点線矢印で示す光の放射が可能になる。表面プラズモンポラリオンモードでの光管理を可能にする第二光管理テクスチャー214の寸法は、100nmより小さくすべきことを理解すべきである。これよりも寸法が大きいと、短絡が起こったり、開回路になったりといった欠陥が光電子デバイスが生じる場合があるからである。なぜなら、薄い機能層スタックが第二光管理テクスチャー214のトポロジーに追従せず、その結果、クラック、遮断、機能層スタックの厚さの大きなばらつきが生じ得るからである。
【００５２】
本発明の２つの例示的実施形態による第一管理テクスチャー212及び第二管理テクスチャー214の例を、図3a及び3bに示す。
【００５３】
本発明によれば、図1の平坦化層106へ特性が類似している平坦化層216が第一管理テクスチャー212上に堆積される。図3aに示すように、平坦化層216は、第一光管理テクスチャーを部分的に被覆し、それによって、残りの第二光管理テクスチャー214が１又は複数の有機層の高屈折率スタック203及び第一電気コンタクトを通って延びるようにしている。別の実施形態では、図3bに示すように、平坦化層216は、第一光管理テクスチャー212のトポロジーに追従し、その結果、平坦化層216は完全には平坦ではなく、第二管理テクスチャー214の形成に繋がる。
【００５４】
次に、図3bの四角で囲った領域の拡大図を図3cに示す。図示のように、平坦化層の上面は、実質的に平坦な第一部分'A'及び第二光管理テクスチャー214を有する第二部分'B'によって定義される。一実施形態では、平坦化層の実質的に平坦な部分'A'は、第二光管理テクスチャー214に加えて第三光管理テクスチャーを含む。
【００５５】
さらに、平坦化層216用に選択する材料の屈折率値は、光の放射の観点で重要である。一実施形態では、平坦化層216を形成する材料の屈折率は、１又は複数の有機層の高屈折率スタック203及び第一電気コンタクトの屈折率に等しい。一実施形態では、平坦化層216の屈折率は、約1.7〜1.9である。
【００５６】
第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーのさらなる実施形態が図4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g及び4hに例示される。これらの実施形態は、第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーの深さ、高さ及び周期が異なる変形例を示している。
【００５７】
例えば、図4a及び4bによって例示される実施形態では、例示された光電子デバイスは、基板102、ラッカー層104、平坦化層106、TCO層110、第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214を含むように示される。図示のように、図4a及び4bでは、平坦化層106は、第一光管理テクスチャー212を部分的に被覆し、それによって第二光管理テクスチャー214を残している。しかしながら、図示のように、本発明では、堆積される平坦化層106の高さを変化させることによって、第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214の高さを変化させることができる。
【００５８】
次に、図4c及び4dによって例示される実施形態では、例示された光電子デバイスは、基板102、ラッカー層104、平坦化層106、TCO層110、第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214を含むように示される。図示のように、図4cでは、平坦化層106は、第一光管理テクスチャー212を部分的に被覆し、それによって第二光管理テクスチャー214を残している。しかしながら、図4dでは、平坦化層106は、第一光管理テクスチャー212を完全に被覆する。これによって、第一光管理テクスチャー212のトポロジーに追従する平坦化層106は、完全には平坦でなくなり、第二管理テクスチャー214の形成に繋がる。
【００５９】
次に、図4e及び4fによって例示される実施形態では、例示された光電子デバイスは、基板102、ラッカー層104、平坦化層106、TCO層110、第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214を含むように示される。図示のように、図4e及び4fでは、第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214の周期が異なるものを示している。例えば、実際の適用では、導波モード及び表面プラズマポラリオンモードでの光取り出しについての異なる要求に答えるために、周期が異なる第一光管理テクスチャー212及び第二光管理テクスチャー214が必要になる。
【００６０】
図4g及び4hによって例示される実施形態では、平坦化層は、散乱粒子402を含む。さらに、例示された光電子デバイスは、基板102、平坦化層106、及びTCO層110を含むように示される。散乱粒子402の存在は、第一光管理テクスチャー及び第二光管理テクスチャーに対する代替物として働くことができる。角度色シフトの問題も散乱粒子の存在によって減少させることができる。散乱粒子の材料の例は、TiO2粒子、ZrO2粒子などを含むがこれに限定されない。ラッカー及び粒子の物性に起因する散乱粒子402によって形成される層のテクスチャーは、上記のように機能するように、部分的に平坦化させることができる。また、散乱層には、いくつかの粒子サイズが同時に存在していてもよいことを理解すべきである。散乱粒子402の第一サイズは、散乱が最適化されるように選択し、散乱粒子402の第二サイズは、表面波形の最適に形成されるように選択することができる。この表面波形は、表面プラズモンポラリオンモードを捉えるように、機能層を通って延びるようにしてもよい。
【００６１】
上記の種々の実施形態は、いくつかの利点を有する光電子デバイスを提供する。本発明による光電子デバイスは、２つの光管理テクスチャーを含み、２つの光管理テクスチャーは、導波モード及び表面プラズモンポラリオンモードの両方での光管理を可能にする。第二光管理テクスチャーがなければ、表面プラズモンポラリオンモードでの光取り出しが可能ではない。さらに、従来技術では、単一のデバイスに両方のテクスチャーを設けておらず、光管理において少なくとも部分的な損失が生じる。これらの問題は、単一の層に２つの光管理テクスチャーを提供する本発明によって解決された。さらに、平坦化層の屈折率は、光電子デバイスでの効率にロスがないように選択される。
【００６２】
好ましい実施形態に基づいて本発明の開示を行ってきたが、種々の修正及び改良は、当業者に明らかになるであろう。従って、本発明の精神及び範囲は、前記例によって制限されず、法律によって許容される最も広い意味で理解される。
【００６３】
本明細書中で参照した全ての文献は、ここに参照取り込みされる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ−３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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