JP2009129912A - 有機発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はフォトニック結晶構造を有する有機発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の有機発光素子は、光を通過させる基板１０と、基板１０上に形成されてフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶層５０と、フォトニック結晶層５０上に形成されてフォトニック結晶層５０に比べて大きい屈折率を有する中間層６０と、中間層６０上に形成される第１電極層２０と、第１電極層２０上に形成されて電流の流れにより光を発光する発光層３０と、発光層３０上に形成される第２電極層４０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は有機発光素子に関し、より詳しくはフォトニック結晶構造を備えることによって光効率が向上する有機発光素子及びその製造方法に関するものである。

有機発光素子（ＯＬＥＤ）は、蛍光または燐光有機層に電流が流れて電子と正孔とが有機層で結合することで発光する現象を利用した自発光型素子である。有機発光素子は軽量であり、部品が簡素で製作工程が簡単かつ高画質及び広視野角を実現できる。

有機発光素子は外部発光効率が製品の発光効率を判別する基準となる。このような有機発光素子の外部発光効率は内部量子効率と光学連携効率によって決定される。内部量子効率は、非放射再結合損失と一重項−三重項分岐（ｓｉｎｇｌｅｔ−ｔｒｉｐｌｅｔ ｂｒａｎｃｈｉｎｇ）比率によって決定される。内部量子効率は実験的に８０％以上まで向上できる。一方、光学連携効率は内部量子効率に比べて相対的に非常に小さくて２０％までは向上できると認識されている。従って、有機発光素子は光学連携効率を一層高めるための研究が進行中であり、関連技術開発も着実に進められている。

有機発光素子の各層境界面で生じる全反射現象は光学連携効率を低下させる主な要因となる。有機発光素子は複数の基層で構成されるが、全反射現象はこの基層の境界面でほとんど生じる。全反射現象を遮断すると共に、光学連携効率を向上させるための多様な技術が公知になっている。

従来はマイクロメータ付近の構造寸法を持つシリカ球形状を基板にパターニングする方法、基板の裏面にマイクロレンズをパターニングする方法、フォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を基板にエッチング工程によってパターニングする方法が公知になっている。これらの技術は基板または各基層の境界面で光を散乱させることによって光学連携効率を向上させようとする技術である。このうち研究発表された又は公知になった技術は、基板表面にナノメートル寸法のパターンを形成して発光効率を向上できる。しかし、このように公知にされた技術はナノメートル寸法のパターンを形成するために数ｍｍ寸法の領域だけをサンプルとして実験した結果である。従って、実際、有機発光素子製品を製作する場合にはナノメートル級パターンを形成することが難しく、その製作費用も高くなるという短所が予想される。

そして、従来は４００〜４５０ｎｍ寸法のホール（孔）があるＡＡＯ（アルミニウム陽極酸化物）膜を使って発光効率を向上させた結果も公知になっている。しかし、ＡＡＯ膜を利用した方法は大面積の薄膜製作が難しく、生産性も低いという問題がある。また、ＡＡＯ膜を利用した工程はプラスチック基板に適用し難いという問題もある。

本願は従来の問題を解決するために提案されたものであり、本発明の第１の目的は、従来に比べて光学効率を向上させた有機発光素子を提供することである。
本願の第２の目的は、従来に比べて量産が可能で、かつ大面積の有機発光素子を製作できる製造方法を提供することである。

本発明の実施形態による有機発光素子は、光を通過させる基板と、前記基板上に形成されてフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有するフォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層上に形成されて前記フォトニック結晶層に比べて大きい屈折率を有する中間層と、前記中間層上に形成される第１電極層と、前記第１電極層上に形成されて電流が流れると発光する発光層と、前記発光層上に形成される第２電極層と、を含む。

前記フォトニック結晶層の屈折率は前記基板に比べて小さいか同じであるように構成できる。前記フォトニック結晶層はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）で構成され、前記基板は柔軟性を有するように構成できる。
前記中間層の屈折率は前記第１電極層に比べて大きいか又は同等であるように構成できる。前記中間層は酸化物系及び窒化物系の中から選択された何れか一つの以上材料で構成できる。つまり、前記中間層はＳｉＮｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、及びＩｎ_２Ｏ_３より選択された一つ以上の材料で構成できる。

有機発光素子は前記中間層上にゾル−ゲル（Ｓｏｌ−ｇｅｌ）溶液でコーティングされる扁平部をさらに含み、前記扁平部上に前記第１電極層が積層形成されるように構成できる。

前記フォトニック結晶構造は、複数のフォトニック結晶単位形状が規則的に配列されて四角形格子構造または三角形格子構造を形成するように構成できる。前記フォトニック結晶単位形状は円柱、三角柱、四角柱のうちの何れか一つの形状であることができる。

前記第１電極層は透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）材料で構成できる。

本発明の実施形態による有機発光素子の製造方法は、基板上にフォトニック結晶層を形成するフォトニック結晶層形成段階と、前記フォトニック結晶層に比べて大きい屈折率を有する中間層を前記フォトニック結晶層上に形成する中間層形成段階と、前記中間層上に、第１電極層、発光層、及び第２電極層を順に積層形成する電極形成段階とを含む。そして、前記フォトニック結晶層形成段階は、前記基板上に前記フォトニック結晶層素材を塗布する塗布段階、及び前記フォトニック結晶構造の逆表面形状を有するマスクで前記フォトニック結晶層材料をインプリントさせてフォトニック結晶を形成するインプリント段階を含む。前記フォトニック結晶層の材料がポリマーであるように構成できる。

前記フォトニック結晶層形成段階は、前記インプリント段階において前記基板の表面にポリマーレジンを塗布して硬化させた後、前記マスクでポリマーレジンを加圧す及び加熱することによって前記ポリマーレジンにフォトニック結晶構造を転写及び成形することができる。または前記フォトニック結晶層形成段階は、前記インプリント段階において液体状態の前記ポリマーレジンを前記基板の表面に被せ、前記マスクで加圧した状態で紫外線を照射して前記ポリマーレジンを硬化させてフォトニック結晶構造を形成することができる。

前記中間層形成段階は、前記フォトニック結晶層上にゾル−ゲル溶液を投下するゾル−ゲル溶液投下段階と、前記基板を回転させて前記ゾル−ゲル溶液をスピンコーティングさせるスピンコーティング段階と、を含む。この時、中間層形成段階は前記スピンコーティング段階において前記基板を１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに回転させた後に前記ゾル−ゲル溶液を加熱して結晶化を誘導することができる。

前記中間層形成段階は、化学蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、気相蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のうちの何れか一つの方法を使用できる。

前記中間層形成段階は、前記フォトニック結晶層上にゾル−ゲル溶液を投下した後、前記基板を回転させて、前記ゾル−ゲル溶液によって前記フォトニック結晶構造の間の空間を満たして前記フォトニック結晶層の表面を平らにさせる１次中間層形成段階、及び、化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、気相蒸着法、スパッタリングのうちの何れか一つの方法により前記中間層を既設定された厚さにさらに形成する２次中間層形成段階を含むように構成できる。

本発明による有機発光素子は、フォトニック結晶構造を備えるだけでなく屈折率差によって全反射現象を低減させることによって、従来と比べて発光効率が相対的に非常に高い長所がある。
また、本発明の実施形態による有機発光素子の製造方法は、ナノインプリント工程及びゾル−ゲル法を利用して、従来に比べて相対的に廉価の費用で大面積の有機発光素子を量産できる。

以下、添付図を参照して、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は多様な形態で実現でき、ここに説明する実施形態に限られない。

図１は本発明の第１実施形態による有機発光素子の断面図である。
図１に示したように、本実施形態の有機発光素子（ＯＬＥＤ）は、基板１０、第１電極層２０、発光層３０、第２電極層４０を基本構成要素として備える。特に、本実施形態の有機発光素子は、基板１０と第１電極層２０との間で屈折率の差によって光が内部反射されることを防止するためのフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶層５０と、第１電極層の電気的特性を補う中間層６０を備えた特徴がある。

基板１０は透明基板であり、有機発光素子の内部で発生した光を外部に発散する。基板１０は一般にガラス基板を用いるが、その屈折率は約１．５である。透明基板には結晶状のクォーツ（ｑｕａｒｔｚ）基板と非結晶状（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）のガラス基板を用いることができる。また、透明基板としてサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板とプラスチック基板も用いられる。

第１電極層２０は、基板１０にフォトニック結晶層５０と中間層６０が形成された後に中間層６０の一面に積層形成される。第１電極層２０は透明な透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）材料としては、一般にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）素材を使い、その屈折率は約１．９である。第１電極層２０は正（＋）電極と称する。

発光層３０は、有機発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）であり、第１電極層２０の一面に積層形成される。正電極の第１電極層２０から負電極の第２電極層４０に電流が流れると、発光層３０で電子と正孔とが結合する。これによって、発光層３０で光を発生する自発光現象が誘発される。

第２電極層４０は発光層３０の一面に積層形成される。第２電極層４０は金属素材が用いられ、負（−）電極でありカソード層（ｃａｔｈｏｄｅ ｌａｙｅｒ）と称する。

そして、フォトニック結晶層５０は基板１０の一面に積層形成され、図２に示したようにフォトニック結晶５１の構造を有する。フォトニック結晶５１はフォトニックバンドギャップ（フォトニック結晶構造を通過できない光の波長帯域）を形成する構造体であり、規則的な構造で配列される。フォトニック結晶５１は特定の波長範囲の光が透過できないか反射すると共に消失する領域を含む。このような理由によって有機発光素子はその内部において光の反射が減少して、発光効率が向上する。フォトニック結晶５１の構造は下記においてより詳しく説明する。

フォトニック結晶層５０はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）素材が用いられる。従って、フォトニック結晶層５０はガラス基板だけでなく、柔軟（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）な基板にも適用できる。フォトニック結晶層５０の屈折率が中間層６０の屈折率に比べて小さいほどフォトニック結晶５１の構造によって発光効率は向上する。但し、フォトニック結晶層５０の屈折率が小さくなるほど光の回折現象がより大きくなる。追加的全反射を防止するためにフォトニック結晶層５０の屈折率は基板１０の屈折率に比べて同等または小さいことが望ましい。そして、フォトニック結晶層５０は基板１０に準ずる透過度を有する。

中間層６０はフォトニック結晶層５０の一面に積層形成されて、フォトニック結晶層５０に比べて大きい屈折率を有する。一方、第１電極層２０の電導度及び電気的特性はその表面形状によって多くの影響を受ける。しかし、前記説明のようにフォトニック結晶層５０はフォトニック結晶５１によりその表面形状が平坦でない。これによって、フォトニック結晶層５０と第１電極層２０が直接接すると多くのリーク電流が誘発される。中間層６０はフォトニック結晶層５０と第１電極層２０の間に形成されて、リーク電流の発生を抑制する役割を果たす。

中間層６０は酸化物系及び窒化物系の中から選択された何れか一つ以上の材料で構成される。つまり、中間層６０の材料としては、ＳｉＮ_Ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３のような酸化物及び窒化物に属する物質が用いられる。特に、中間層６０の材料として用いられるＺｎＯは、ＩＴＯ素材の第１電極層２０に接して電気的特性がよく発揮されるように誘導する作用もある。

中間層６０の屈折率が大きくなるほどフォトニック結晶構造によって発光効率は向上される。しかし、中間層６０の屈折率が大きくなるほど光の回折現象もより大きくなる。追加的全反射を防止するために中間層６０の屈折率は第１電極層２０と同一または大きくするのが望ましい。
このように有機発光素子においては、フォトニック結晶５１の構造とフォトニック結晶層５０と中間層６０の屈折率差によって光の回折または散乱が誘発される。これによって有機発光素子では、光の全反射現象が減少しながら基板へ向かう外部発光効率がより向上できる。そして、最適の発光効率、遠隔長（Ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）での光強度分布、または観察角による光強度の分布はシミュレーション技法を適用して各基層の厚さ及びフォトニック結晶構造のパラメターを決定する。フォトニック結晶５１の構造のパラメターは図３Ａ乃至図３Ｄを参照して説明する。

図３Ａ乃至図３Ｄは図１に示したフォトニック結晶層に形成できるフォトニック結晶の配列構造及びフォトニック結晶の単位形状を各々示した平面図である。
図３Ａ乃至図３Ｄに示したように、フォトニック結晶５１、５２、５３の構造は代表的な例であり、次のような多様な構造が採択できる。
図３Ａに示した複数のフォトニック結晶５１の単位形状は円柱形状であり、規則的に配列されて四角形格子構造を成す。図３Ｂに示したフォトニック結晶５１の単位形状も円柱形状であり、規則的に配列される。但し、図３Ｂに示された複数のフォトニック結晶５１の単位形状は三角形形状に配列される格子構造を成す。図３Ｃに示されたフォトニック結晶５２の単位形状は三角柱形状であり、規則的に配列されて四角形格子構造を成す。図３Ｄに示されたフォトニック結晶５３の単位形状は四角柱形状であり、規則的に配列されて四角形格子構造を成す。この他にもフォトニック結晶の単位形状は三角柱や四角柱形状を有して三角形格子構造を有してもよい。

図３Ａ乃至図３Ｄにおける参照符号ａはフォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状の間の距離であり、参照符号ｄはフォトニック結晶５１、５２、５３単位形状の代表長さである。フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状の代表長さ（ｄ）はフォトニック結晶５１の単位形状が円柱形状の場合にはその直径を意味し、フォトニック結晶５２、５３の単位形状が三角柱形状または四角柱形状の場合には一辺の長さを意味する。そして、図２の参照符号ｔはフォトニック結晶５１単位形状の高さを意味する。また、フォトニック結晶５１、５２、５３構造のパラメター（ａ、ｄ、ｔ）及び形状により光学効率、遠距離長での光強度分布または観察角による光強度分布が決定される。つまり、フォトニック結晶間の距離（ａ）、高さ（ｔ）、または代表の長さ（ｄ）が変更されると光の回折及び散乱程度が変わる。このように回折光学（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）的な観点から、光の回折及び散乱が多く発生するほど有機発光素子の光学効率が向上する。

但し、多数のシミュレーション技法を適用して実験した結果、フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）は光の波長の１／４〜２倍の時に最も望ましい。つまり、フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）が光の波長の１／４倍未満の場合には回折及び散乱がないまま光が透過したり全反射されるために不適であり、フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）が光の波長の２倍を超える場合には光の回折及び散乱現象が生じないために望ましくない。

フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状の代表長さ（ｄ）は、フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）の０．１〜０．５倍の時に最も望ましい。つまり、フォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状の代表長さ（ｄ）がフォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）の０．１倍未満の場合にはフォトニック結晶形状が小さ過ぎて、回折及び散乱なしに光が透過したり全反射されるため不適であり、フォトニック結晶５１、５２、５３単位形状の代表長さ（ｄ）がフォトニック結晶５１、５２、５３の単位形状間の距離（ａ）の０．５倍を超える場合にも全反射が生じるため望ましくない。

以下、図４Ａ乃至図４Ｃに示された図面を参照して、本発明の第１実施形態によるナノインプリント工程を利用したフォトニック結晶層の製造方法について説明する。
まず、スピンコーティング及び硬化工程を利用して、基板１０の一面にフォトニック結晶層５０の材料を塗布する。フォトニック結晶層５０の材料としてポリマーを使用する。その後にはフォトニック結晶構造の反対形状を有するマスク１００でポリマーレジンを加圧し及び加熱してインプリントさせる。そして、マスク１００に形成されたナノメートル大きさのフォトニック結晶構造がポリマーレジンに容易に転写されてフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶層５０が形成される。ここで用いるフォトニック結晶層５０の材料としてのポリマーは、熱可塑性ポリマーである。例えば、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（PMMA）、ポリエチレン樹脂（PE）、ポリプロピレン樹脂（PP）、ポリカーボネート樹脂などを用いることができる。

以下、図５Ａ乃至５Ｃに示された図面を参照して、本発明の第２実施形態によるナノインプリント工程を利用したフォトニック結晶層の製造方法について説明する。
第２実施形態によるフォトニック結晶層５０の製造方法は第１実施形態と同様にナノインプリント工程を利用するが若干異なる点がある。まず、ピペットのようなツールを利用して、基板１０の一面に液体状のポリマーレジンを一定量塗布する。その後、フォトニック結晶構造の反対形状を有するマスク１００でポリマーレジンを加圧する。また、液体状のポリマーレジンをマスク１００で加圧した状態でポリマーレジンに紫外線（ＵＶ）を照射したり熱を加えて硬化させる。すると、マスク１００に形成されたナノメートル大きさのフォトニック結晶構造がポリマーレジンに容易に転写されてフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶層５０が形成される。ここで用いるフォトニック結晶層５０の材料としてのポリマーは、紫外線硬化性樹脂である。例えば、アクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンアクリレート樹脂などを用いることができる。

図６Ａ乃至図６Ｂは図４Ｃに示されたフォトニック結晶層上にゾル−ゲル法を利用して、中間層を形成する段階を示した断面図である。
まず、ゾル−ゲル噴射器２００を利用してフォトニック結晶層５０にゾル−ゲル溶液２１０を投下する。その後、基板１０を１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで回転させて、ゾル−ゲル溶液２１０をフォトニック結晶層５０にスピンコーティングさせる。その後、ゾル−ゲル溶液２１０を加熱して結晶化を誘導することによって中間層６０を形成する。このような過程が繰り返されることによって設定された厚さの中間層６０が形成される。

図７Ａ乃至図７Ｃは図４Ｃに示されたフォトニック結晶層に中間層を形成した後、中間層の表面を平坦化させる段階を各々示した断面図である。
図７Ａに示したように、ゾル−ゲル法の他にも化学蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、気相蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法のような方法を利用して、フォトニック結晶層５０上に中間層６１を形成することもできる。

しかし、このような方法によって形成された中間層６１は、フォトニック結晶層５０に形成された凹凸状のフォトニック結晶構造によってその表面が僅かに平らでないこともありうる。前述したように、第１電極層２０の電導度及び電気的特性はその表面形状によって多くの影響を受けるため、平らでない表面を有する中間層６１の上に第１電極層２０を積層形成するのは望ましくない。

従って、ゾル−ゲル法を利用して、中間層６１の表面を平らにさせる必要がある。つまり、中間層６１の凹部７０をゾル−ゲル溶液で満たすことによって、中間層６１の表面を平らにすることができる。つまり、ゾル−ゲル噴射器２００を利用して中間層６１の表面にゾル−ゲル溶液２１０を投下する。その後には基板１０を１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに高速回転させてゾル−ゲル溶液２１０を中間層６１にスピンコーティングさせる。その後、ゾル−ゲル溶液２１０を加熱して結晶化を誘導することによって平らな表面を有する中間層６１を形成する。一方、中間層６１の凹部７０を満たした領域を扁平部７２と称する。

図８Ａ乃至図８Ｃは図４Ｃに示されたフォトニック結晶層の表面をゾル−ゲル法で平らにさせた後、中間層を形成する段階を示した断面図である。
図８Ａに示したようにフォトニック結晶層５０の表面は平らでないが、ゾル−ゲル法を利用してフォトニック結晶層５０の表面を平らにできる。
まず、図８Ｂに示したように中間層６２を形成する。つまり、フォトニック結晶層５０上にゾル−ゲル溶液２１０を投下した後に基板１０を１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで回転させて、ゾル−ゲル溶液２１０によってフォトニック結晶構造の間の空間が満たされるとフォトニック結晶層５０の表面が平らになる。次に、化学蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ‐Ｖａｐｏｒ‐Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、気相蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のうちの何れか一つの方法によりフォトニック結晶層５０の表面に中間層６２を追加的に形成する。

図９及び図１０は図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子の発光量と従来の技術としてフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子の発光量を各々シミュレーションを利用して比較示したグラフである。
図９及び図１０に示されたグラフは光源の波長が５１１ｎｍであり、フォトニック結晶パラメターが各々ｄ＝２６５ｎｍ、ａ＝５３０ｎｍ、及びｔ＝１２０ｎｍの有機発光素子を利用してシミュレーションを行った結果である。また、グラフは有限差分時間領域（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法により電磁場を数値で示したものである。

図９に示されたグラフは光源をパルスに作動するようにした状態の結果であり、ある時点で光源が消えるようにした。そして、光源は実際の状況と類似するように任意の位置に任意の方向の偏光（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）を有する双極子源（ｄｉｐｏｌｅ ｓｏｕｒｃｅ）としてモデリングをし、任意の時点で偏光方向と位相を継続して変化させた。

図９を参照すると、フォトニック結晶構造を有する有機発光素子は光源が消えても継続して光を放出している。さらにフォトニック結晶構造を有する有機発光素子は２ピコ秒（ｐｉｃｏ−ｓｅｃｏｎｄ）が経過すると光効率が約２００％程度向上した。一方、フォトニック結晶構造を有していない有機発光素子はフォトニック結晶構造を有する有機発光素子に比べて発光量が少ないだけでなく、光源が無くなった後に発光量の変化はなかった。

図１０は光源が持続的に光を放出するようにしたことを除いては図９のシミュレーション条件と同じ条件から得た結果である。この場合、フォトニック結晶構造を有する有機発光素子はフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子に比べてより多くの発光量を示した。

図１１は図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子とフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子を利用して波長による発光量を比較したグラフである。
図１１は図９及び図１０で説明したフォトニック結晶パラメターを有する有機発光素子を使用して光の波長による発光量の変化を観察した結果である。フォトニック結晶構造を有する有機発光素子はナノインプリント工程によって形成されたフォトニック結晶構造を有し、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を利用して５００ｎｍの厚さを有する中間層（素材はＳｉ_３Ｎ_４）を形成した。フォトニック結晶構造を有する有機発光素子の発光量は光の波長により変わるが、フォトニック結晶構造を有していない有機発光素子に比べて最高約５０％程度まで発光量が向上したことが分かる。

図１２及び図１３は図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子を利用して表示された文字を示した図である。
図１２及び図１３に示したように、本発明の実施形態による有機発光素子はフォトニック結晶構造を有することによって光が散乱し回折される。従って、本発明の実施形態による有機発光素子を用いると、字や絵が目立って見えるため視認性を向上させて独特の光を示す字や絵を表現できるようになる。従って、本発明の実施形態による有機発光素子は一般照明だけでなく視認性が高い広告照明のような多様なディスプレイ分野に応用できる。

例えば、図１２に示したように、字「ＫＩＭＭ」が位置する領域でフォトニック結晶構造のパラメターが異なって設定されると、字「ＫＩＭＭ」をより目立たせて見えるようにすることができる。
また、図１３に示したように、エッチングまたは機械的消去方式で特定領域のフォトニック結晶構造を除去すると、フォトニック結晶構造がない特定領域が字「Ｋ」に見える。
このように本発明の実施形態による有機発光素子は、視覚的に識別し易くて独特の光を発光する照明などに幅広く用いることができる。

以上、本発明の望ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付図の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

本発明の第１実施形態による有機発光素子の断面図 図１に示されたフォトニック結晶層を示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層に形成できるフォトニック結晶の配列構造及びフォトニック結晶単位形状を各々示した平面図 図１に示されたフォトニック結晶層に形成できるフォトニック結晶の配列構造及びフォトニック結晶単位形状を各々示した平面図 図１に示されたフォトニック結晶層に形成できるフォトニック結晶の配列構造及びフォトニック結晶単位形状を各々示した平面図 図１に示されたフォトニック結晶層に形成できるフォトニック結晶の配列構造及びフォトニック結晶単位形状を各々示した平面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第１実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第１実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第１実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第２実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第２実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶層のフォトニック結晶をナノインプリント工程で形成する第２実施形態であり、各段階を各々示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層上にゾル−ゲル法を使って、中間層を形成する段階を示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層上にゾル−ゲル法を使って、中間層を形成する段階を示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層に中間層を形成した後に中間層の表面を平らにさせる段階を各々示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層に中間層を形成した後に中間層の表面を平らにさせる段階を各々示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層に中間層を形成した後に中間層の表面を平らにさせる段階を各々示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層の表面をゾル−ゲル法を使って平らにさせた後に中間層を形成する段階を示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層の表面をゾル−ゲル法を使って平らにさせた後に中間層を形成する段階を示した断面図 図４Ｃに示されたフォトニック結晶層の表面をゾル−ゲル法を使って平らにさせた後に中間層を形成する段階を示した断面図 図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子の発光量とフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子の発光量を各々シミュレーションした結果を示したグラフ 図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子の発光量とフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子の発光量を各々シミュレーションした結果を示したグラフ 図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子とフォトニック結晶構造を有していない有機発光素子を利用して、波長による発光量を示したグラフ 図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子を利用して表示された文字を示した図 図１に示されたフォトニック結晶構造を有する有機発光素子を利用して表示された文字を示した図

符号の説明

１０ 基板
２０ 第１電極層
３０ 発光層
４０ 第２電極層
５０ フォトニック結晶層
５１ フォトニック結晶
６０ 中間層
１００ マスク
２００ ゾル−ゲル噴射器

Claims (23)

1. 光を通過させる基板と、
   前記基板上に形成されてフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶層と、
   前記フォトニック結晶層上に形成されて前記フォトニック結晶層に比べて大きい屈折率を有する中間層と、
   前記中間層上に形成される第１電極層と、
   前記第１電極層上に形成されて電流が流れると発光する発光層と、
   前記発光層上に形成される第２電極層と、を含むことを特徴とする有機発光素子。
2. 前記フォトニック結晶層の屈折率は前記基板に比べて小さいかまたは同じであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記フォトニック結晶層はポリマーで構成されることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
4. 前記基板は柔軟性を有することを特徴とする請求項３に記載の有機発光素子。
5. 前記中間層の屈折率は前記第１電極層に比べて大きいかまたは同じであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
6. 前記中間層は酸化物系及び窒化物系の材料の中から選択された何れか一つ以上の材料で構成されることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
7. 前記中間層はＳｉＮ_Ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、及びＩｎ_２Ｏ_３より選択された一つ以上の材料で構成されることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
8. 前記中間層上にゾル−ゲル溶液でコーティングされる扁平部をさらに含み、
   前記扁平部上に前記第１電極層が積層形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
9. 前記フォトニック結晶構造は、複数のフォトニック結晶単位形状が規則的に配列されて格子構造を成すことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
10. 前記フォトニック結晶構造は、複数のフォトニック結晶単位形状が規則的に配列されて四角形格子構造を成すことを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
11. 前記フォトニック結晶構造は、複数のフォトニック結晶単位形状が規則的に配列されて三角形格子構造を成すことを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
12. 前記フォトニック結晶単位形状は円柱、三角柱、四角柱のうちの何れか一つの形状であることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
13. 前記第１電極層は透明導電性酸化物材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
14. 基板上にフォトニック結晶層を形成するフォトニック結晶層形成段階と、
    前記フォトニック結晶層に比べて大きい屈折率を有する中間層を前記フォトニック結晶層上に形成する中間層形成段階と、
    前記中間層上に、第１電極層、発光層、及び第２電極層を順に形成する電極形成段階と、を含み、
    前記フォトニック結晶層形成段階は、
    前記基板上に前記フォトニック結晶層素材を塗布する塗布段階、及び前記フォトニック結晶構造の逆表面形状を有するマスクで前記フォトニック結晶層材料をインプリントさせてフォトニック結晶を形成するインプリント段階を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
15. 前記フォトニック結晶層の材料はポリマーであることを特徴とする請求項１４に記載の有機発光素子の製造方法。
16. 前記フォトニック結晶層形成段階は、前記インプリント段階において前記基板の表面にポリマーレジンを塗布して硬化させた後、前記マスクでポリマーレジンを加圧し及び加熱することによって前記ポリマーレジンにフォトニック結晶構造を転写及び成形することを特徴とする請求項１５に記載の有機発光素子の製造方法。
17. 前記フォトニック結晶層形成段階は、前記インプリント段階において液体状態の前記ポリマーレジンを前記マスクで加圧した状態で紫外線を照射することによって前記ポリマーレジンを硬化させることを特徴とする請求項１５に記載の有機発光素子の製造方法。
18. 前記中間層形成段階は、
    前記フォトニック結晶層上にゾル−ゲル溶液を投下するゾル−ゲル溶液投下段階と、
    前記基板を回転させて前記ゾル−ゲル溶液をスピンコーティングさせることによって前記中間層を形成するスピンコーティング段階とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の有機発光素子の製造方法。
19. 前記スピンコーティング段階において前記基板を１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに回転させることを特徴とする請求項１８に記載の有機発光素子の製造方法。
20. 前記スピンコーティング段階において前記ゾル−ゲル溶液を加熱して結晶化を誘導することを特徴とする請求項１９に記載の有機発光素子の製造方法。
21. 前記中間層形成段階は、
    化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、気相蒸着法、スパッタリングのうちの何れか一つの方法を利用することを特徴とする請求項１４に記載の有機発光素子の製造方法。
22. 前記中間層形成段階と前記電極形成段階との間において前記中間層上に扁平部を形成する扁平部形成段階をさらに含み、
    前記扁平部形成段階は、化学的ゾル−ゲル法を使って前記中間層の表面にゾル−ゲル溶液を投下した後に前記基板を回転させることによって、前記中間層の凹部分が前記ゾル−ゲル溶液によって満たされて前記扁平部が形成されることを特徴とする請求項２１に記載の有機発光素子の製造方法。
23. 前記中間層形成段階は、
    前記フォトニック結晶層上にゾル−ゲル溶液を投下した後、前記基板を回転させて、前記ゾル−ゲル溶液によって前記フォトニック結晶構造の間の空間を満たして前記フォトニック結晶層の表面を平らにさせる１次中間層形成段階、及び、
    化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、気相蒸着法、スパッタリングのうちの何れか一つの方法により前記中間層を既設定された厚さにさらに形成する２次中間層形成段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の有機発光素子の製造方法。

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