特許 6528039 格子構造の電極を備えた広帯域発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6528039

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】格子構造の電極を備えた広帯域発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H05B 33/02 20060101AFI20190531BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20190531BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20190531BHJP

   H05B 33/26 20060101ALI20190531BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/02

   H01L33/38

   H05B33/14 A

   H05B33/26 Z

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-553268(P2016-553268)

(86)(22)【出願日】2014年11月11日

(65)【公表番号】特表2016-537801(P2016-537801A)

(43)【公表日】2016年12月1日

(86)【国際出願番号】US2014065016

(87)【国際公開番号】WO2015070217

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2017年10月12日

(31)【優先権主張番号】61/902,734

(32)【優先日】2013年11月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507031918

【氏名又は名称】コニカ ミノルタ ラボラトリー ユー．エス．エー．，インコーポレイテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】503115205

【氏名又は名称】ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ワン， レイミン

(72)【発明者】

【氏名】ブロンガースマ， マーク

(72)【発明者】

【氏名】エスファンドヤポール， マジッド

(72)【発明者】

【氏名】アマノ， ジュン

【審査官】 辻本 寛司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０９７８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２４０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１３６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９６３６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２５８３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０１４１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０７８４５４６（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／３８

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／２６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板層と、
第１の電極層と、
発光層を含む複数の薄膜層と、
２００ｎｍ以下の格子周期λ_ｇを有する周期的な第１の格子構造を備えた、パターンが設けられた第２の電極層とを含み、
前記パターンが設けられた第２の電極層及び前記発光層は、１００ｎｍ以下の間隔で離間されており、
前記基板層、前記第１の電極層、及び前記複数の薄膜層に、前記格子周期λ_ｇとは異なる格子周期を有する第２の格子構造が設けられていることを特徴とする発光デバイス。

【請求項2】

前記パターンが設けられた第２の電極層の前記周期的な前記第１の格子構造は、複数の台形形状の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項3】

前記複数の台形形状の突起の各々は、
長さＬ_ｔを有する上部と、
長さＬ_ｂを有する底部と、
高さｈとを有し、
ｈは、３０ｎｍ以上かつ７０ｎｍ以下であり、
Ｌ_ｔ／λ_ｇは、０以上かつ０．４以下であり、
Ｌ_ｂ／λ_ｇは、０．５より大きくかつ１より小さいことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。

【請求項4】

λ_ｇは、１２０ｎｍ未満であり、
ｈは、４０ｎｍ以上かつ６０ｎｍ以下であり、
Ｌ_ｔ／λ_ｇは、０以上かつ０．２以下であり、
Ｌ_ｂ／λ_ｇは、０．６以上かつ０．８以下であることを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。

【請求項5】

前記第１の格子構造は、２次元の周期性を有することを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項6】

前記第１の格子構造は、１次元のみの周期性を有することを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項7】

前記第１の格子構造は、正方格子構造で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。

【請求項8】

前記第１の格子構造は、六方格子構造で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。

【請求項9】

前記パターンが設けられた第２の電極層の前記周期的な前記第１の格子構造は、複数の円錐形状の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項10】

前記パターンが設けられた第２の電極層の前記周期的な前記第１の格子構造は、複数の円形の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項11】

前記パターンが設けられた第２の電極層の前記周期的な前記第１の格子構造は、複数の矩形形状の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項12】

前記パターンが設けられた第２の電極層の前記周期的な前記第１の格子構造は、複数の正方形の突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項13】

前記発光層は、赤色光発光層、緑色光発光層及び青色光発光層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

発光システムのエネルギー消費は、現在、大きな社会的な関心を集めている。こうした関心により、政府が、よりエネルギー効率の高い光源とそれらの光源の高性能制御の開発を奨励することすらある。光効率を改善するいくつかの方法は、光源装置それ自身の基本的な素材及び構造の改良を利用している。他の方法は、色品質と発光効率を満足するカスタマイズされたスペクトル分布を構成することを含む。さらに他の方法では、周辺光、占有率及び使用法に応じて光の強度を制御すべく、高機能のセンサとアルゴリズムを用いた光管理システムを構成することが必要とされる。

【0002】

無機発光ダイオード（ＬＥＤ）及び有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）を含む複数層面発光デバイス／ダイオードの具体的な事例では、しばしば生成された光のごく一部のみがデバイスから出ていく。この非効率性は、生成された光の多くがデバイスにトラップされるためである（例えば、金属電極による光吸収に加えて、層界面及び出力面における内部全反射による）。例えば、陽極及び陰極の２つの電極層により挟まれたいくつかの有機素材層からなる典型的なＯＬＥＤについては、わずか約２０％の光が直接空気中に放射されうる。残りの光は、（基板モードとして）基板内部にトラップされるか、（導波モードとして）有機層内部にトラップされるか、あるいは、金属陰極に吸収される（通常、プラズモンモードと称される）。

【0003】

これらの多くの光損失経路のうちで、プラズモン損失（「プラズモニック損失」とも称されうる）が、全ての放射光の約４０％に達しうる。したがって、プラズモン損失の除去は、（Ｏ）ＬＥＤの光抽出の改善において進行中の課題である。プラズモン損失は、主に、放射された光が、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）波に結合することを通して生じていると考えられている。ＳＰＰ波は、金属電極層と発光材料層の間の界面に沿った伝搬に制限された表面波である。ＳＰＰ波のエネルギーは、最終的には金属電極により吸収されるため、（Ｏ）ＬＥＤの非効率な動作を生じさせる。

【0004】

発光デバイス内のプラズモン損失は、ＳＰＰ波のブラッグ散乱により束縛されていない光を生じさせるように、放射光の波長と同程度の周期を有する周期的な格子構造の電極を用いることにより低減しうる。しかしながら、現存する格子構造は、非常に狭い波長範囲（すなわち、単色光源）内におけるプラズモン損失の低減にとってしか有効ではなく、広帯域（すなわち、白色ＯＬＥＤ等の白色光源）で有効なものはない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

概して、一態様において、本発明は、基板層と、第１の電極層と、発光層を含む複数の薄膜層と、パターンが設けられた第２の電極層とを含む発光デバイスに関する。前記パターンが設けられた第２の電極層は、２００ｎｍ以下の格子周期λ_ｇを有する周期的な第１の格子構造を備え、前記パターンが設けられた第２の電極層及び前記発光層は、１００ｎｍ以下の間隔で離間されている。また、基板層、第１の電極層、及び複数の薄膜層に、格子周期λ_ｇとは異なる格子周期を有する第２の格子構造が設けられている。

【0007】

本発明の他の態様は、以下の発明の詳細な説明及び添付した請求項から明らかとなるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0009】

【図2】図２は、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0010】

【図3】図３は、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【0011】

【図4A】図４Ａは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【図4B】図４Ｂは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【図4C】図４Ｃは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【0012】

【図5A】図５Ａは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【図5B】図５Ｂは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【0013】

【図6A】図６Ａは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【図6B】図６Ｂは、本発明の１若しくは複数の実施形態による数値的にシミュレーションされたテストデータを示す。

【0014】

【図7A】図７Ａは、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【図7B】図７Ｂは、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0015】

【図8】図８は、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0016】

【図9】図９は、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0017】

【図10】図１０は、本発明の１若しくは複数の実施形態による複数層面発光デバイスを示す。

【0018】

【図11】図１１は、本発明の１若しくは複数の実施形態による周期的な格子構造を示す。

【0019】

【図12】図１２は、本発明の１若しくは複数の実施形態による周期的な格子構造を示す。

【0020】

【図13】図１３は、本発明の１若しくは複数の実施形態による（Ｏ）ＬＥＤの光源スペクトルの構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

添付した図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。一貫性を図るため、異なる図の同一の要素を同一の参照符号により示す。さらに、図面において用いられている「Ｆｉｇ」は、詳細な説明において用いられている「Ｆｉｇｕｒｅ」と同等である。

【0022】

以下の本発明の実施形態の詳細な説明において、本発明をより完全に理解させるために、多くの具体的な詳細を説明している。しかし、当業者には、本発明は、これらの具体的な詳細を省いて実施してよいことが明らかであろう。他の例では、説明を不必要に複雑にしてしまうことを避けるべく、周知の特徴は詳細に説明していない。

【0023】

概して、本発明の複数の実施形態は、可視スペクトル（すなわち、４３０ｎｍから７００ｎｍ）の全範囲にわたって、表面プラズモンポラリトン波の形成を阻害するべく加工された周期的な格子構造を備えた発光デバイスに関する。本発明の１若しくは複数の実施形態において、複数層ＬＥＤは、金属電極層上に周期的な格子構造を有し、その格子構造は、エネルギーが電極に結合して金属電極に表面プラズモンを形成することを抑制する。１若しくは複数の実施形態において、周期的な格子構造は、本質的には１次元或いは２次元であってよい。格子のサイズ及び形状等の格子構造の特徴は、広い波長範囲で表面プラズモンへの結合を減少させるべく選択される。本発明の１若しくは複数の実施形態において、複数層ＬＥＤは、例えば、内部での全反射、導波モード及び／又は基板モードの形成を防止すべく、金属電極以外の境界におけるＬＥＤデバイス内の損失を抑制するような他の格子構造を含んでもよい。

【0024】

本発明の１若しくは複数の実施形態において、ＬＥＤデバイスの複数の層を、プラズモン損失スペクトルに基づいて選択してよい。例えば、発光層の発光スペクトルをプラズモン損失スペクトル中の任意の波長を避けるように選択してよい。すなわち、複数層ＬＥＤデバイスの層のサイズ、形状及び素材をＬＥＤデバイス内の１若しくは複数の格子構造のサイズ、形状及び素材に基づいて選択してよい。

【0025】

図１に１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。発光デバイス１０１は、基板層１０３、陽極層１０５、ホール輸送層（ＨＴＬ）１０７、発光層（ＥＭＬ）１０９、電子輸送層（ＥＴＬ）１１１及び金属電極（陰極）層１１３を有する複数層ＯＬＥＤ構造である。１若しくは複数の実施形態によれば、光は、ＥＭＬから放射され、放射光のうちの一部分１１５は、デバイス１０１を透過して放射光１１５ａとしてデバイスから出ていくであろう。光のうち他の部分は、様々な層の界面でそれらの様々な層の間で屈折率が整合していないために反射されるかもしれず、及び／又は、様々な電磁的モードの形態でデバイスにより吸収されるかもしれない。例えば、光の一部分１１７は、空気−基板界面から反射されるかもしれず、基板モード１１７ａとしてトラップされるかもしれない。同様に、光の一部分１１９は、陽極−基板界面から反射されるかもしれず、導波モード１１９ａとしてトラップされるかもしれない。さらに、光の一部分１２１は、金属電極−ＥＴＬ界面と相互作用するかもしれず、金属電極層１１３の表面で表面プラズモンモード１２１ａを励起するかもしれない。本発明の１若しくは複数の実施形態によれば、金属電極層１１３の表面は、デバイスの作動効率への表面プラズモンの効果を低減させるべく周期的パターンを含んでいる。

【0026】

当業者は、デバイスの複数の層が複数の異なる素材から形成されてよいことを理解するだろう。例えば、基板層は、ガラスで形成されてよく、陽極層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）から形成されてよい。ホール輸送層は、ＮＢＰから形成されてよく、発光層は、蛍光物質又は燐光物質から形成されてよく、電子輸送層は、Ａｌｑ_３から形成されてよい。さらに、当業者は、金属電極は、任意の適当な金属（例えば、銀、金、アルミニウム等）から形成されてよいことを理解するだろう。加えて、当業者は、ＥＭＬ層それ自身が、各々が発光波長の異なるバンドを有する幾つかの層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層（図示せず））から形成されてよいことを理解するだろう。さらに、当業者は、デバイスにおける複数の層が、任意の公知のＯＬＥＤの製造工程により製造されてよいことを理解するだろう（例えば、真空蒸着、溶解法、又はリソグラフィ技術）。

【0027】

図２に、１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。この例では、デバイスの複数の層は、ＥＴＬ１１１及び金属電極（陰極）層１１３の間の界面を除いて、図１を参照して上述した層と同一であってよい。１若しくは複数の実施形態によれば、金属層１１３は、表面に形成された周期的な格子構造を有してよい。概して、この表面は、はめ込み図中に示す一連の突出部により形成されている。これらの突出部は、台形の断面を有するように図示されているが、本開示から利益を得る当業者は、突出部は、任意の形状を取ってよいことを理解するだろう。例として、図１１に円形、半円形、及び頭部が丸みを帯びた矩形の形状を有する突出部を含んだ突出部のいくつかの例を示す。さらに、周期的な格子構造は、１次元又は２次元の形態を取ってよく、この場合、２次元の形態は、正方格子の配置又は六方格子の配置を取ってよい。図１２に、周期的な格子構造についてのこれらの異なる配置の例を（平面図で）示す。

【0028】

図２に戻ると、１若しくは複数の実施形態による格子構造を、一連の台形形状から形成してよい。はめ込み図に示すように、台形の格子は、Ｌ_ｔ、Ｌ_ｂ、ｈ、及びλ_ｇのパラメータにより特徴づけられる。ここで、Ｌ_ｔは、台形の上部の長さであり、Ｌ_ｂは、台形の底部の長さであり、ｈは、台形の深さであり、λ_ｇは、格子の周期と称され、この場合、台形の上部で測った周期的な外形の間隔である。比Ｌ_ｂ／λ_ｇ（本明細書ではデューティ比ｂと称する）及び比Ｌ_ｔ／λ_ｇ（本明細書ではデューティ比ｔと称する）は、以下でより詳細に述べるように、考慮すべき有用なパラメータである。したがって、デューティ比ｔ＝０の場合、格子構造は、三角形状である。以下では、上で定義したパラメータの様々な値について数値シミュレーションの結果を示す。さらに、以下では、変数ｄは、図２に示すように、発光層と格子が形成された電極層の上面との間の間隔として定義されている。

【0029】

図３に、１若しくは複数の実施形態による広帯域の挙動を示す数値シミュレーションの一例を示す（例えば、商用ソフトウェアＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓを用いる）。より具体的には、図３に、平坦な電極構造（データセット３０１）及び周期的な格子構造の電極（データセット３０３）について、２層からなる系（ＥＭＬ＋銀電極）において波長の関数として、プラズモンモードに散逸した電力を全発光電力で除した値として定義されるプラズモン損失比を示す。この例では、台形形状の周期的格子構造は、λ_ｇ＝３００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．９及びデューティ比ｔ＝０．３により特徴づけられる。周期的な格子構造の電極は、３つの異なる波長に対応して少なくとも３つの共鳴を示すプラズモン損失スペクトルにおいて、強い波長依存性の応答を示す。それに対して、平坦な電極構造は、波長依存性が平坦な比較的高いプラズモン損失を示す。１若しくは複数の実施形態によれば、プラズモン損失スペクトルの強い波長依存性を利用することにより、可視スペクトルにわたる広帯域でプラズモン損失による低下が改善された発光デバイスを達成するべく、格子構造の電極の正確な構造が最適化される。

【0030】

例えば、図４Ａから図４Ｃに、格子構造の電極の表面に関する複数の異なる幾何学的形状について、いくつかの異なる数値的な結果を示す。図４Ａから図４Ｃは、λ_ｇ＝１００ｎｍを有する台形形状の格子の構造的な形状を体系的に変化させたシミュレーション結果を示している。図４Ａは、平坦な電極表面（データセット４０１）を３つの異なる台形形状と比較したシミュレーション結果を示している。データセット４０３は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．６、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４０５は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４０７は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．８、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。シミュレーションの挙動から読み取ることができる１つのことは、デューティ比ｂを他の全てを固定したままで増加させるにつれて、最も左の共鳴が、好都合なことにさらに青色側の端部（短い波長）へと移動することである。しかしながら、またデータセット４０７に見ることができるように、デューティ比ｂを増加させるにつれて、バックグラウンドから新しい共鳴ピークが現れている。それにも関わらず、シミュレーションは、深い（小さな）サブ波長であるλ_ｇを用いることは、有益であるという予期していなかった結果を示している。そのようなシミュレーションにおけるプラズモン損失スペクトルの共鳴の挙動が注目しているスペクトルにおいて重要でなくなるためである。この場合、数値シミュレーションは、およそ４３０ｎｍから７００ｎｍの可視スペクトルを含んだスペクトルの広帯域領域に注目している。このように、本明細書では、深いサブ波長は、可視スペクトルの低い側の端部よりもずっと小さな長さスケールを意味している。

【0031】

図４Ｂは、他のパラメータを固定したままでｈを変化させた結果を示している。データセット４０９は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４１１は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝６０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４１３は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝５０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４１３は、可視スペクトルの広帯域部分にわたって非常に平坦な応答を示し、１若しくは複数の実施形態において、シミュレーションに示されたパラメータに近いパラメータをプラズモン損失特性が改善された広帯域発光デバイスを実現するために用いてよいことを示している。

【0032】

図４Ｃは、他のパラメータを固定したままでデューティ比ｔを変化させた結果を示している。データセット４１５は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０を用いて得られた。データセット４１７は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０．１を用いて得られた。データセット４１９は、λ_ｇ＝１００ｎｍ、ｈ＝７０ｎｍ、デューティ比ｂ＝０．７、デューティ比ｔ＝０．２を用いて得られた。これらの損失スペクトルが、各々、約５００ｎｍにおいて比較的高い損失ピークを示しているという事実によれば、このシミュレーションは、さらに、データセット４１３が最適に近い結果を示すことを指摘している。さらに、この検討によれば、デューティ比ｔをこの範囲で変化させることは、約５００ｎｍの損失ピークの位置に目立った影響を与えないように思われる。

【0033】

図５Ａ及び図５Ｂに、さらに、本発明の１若しくは複数の実施形態によってλ_ｇ＝１００ｎｍに対して設定された２次元パラメータに関して、それぞれ、矩形格子及び台形格子についての数値シミュレーションの結果を示す。これらの図でプロットされた強度（グレースケール）は、平坦表面の電極に対して規格化された格子構造の電極のプラズモン損失比として定義された相対プラズマ損失比の値である。より濃い影部分が、より低い相対プラズモン損失比を示すため、平坦表面の幾何学的形状と比べて挙動が改善されていることを示している。図５Ａは、（矩形格子、Ｌ_ｔ＝Ｌ_ｂ＝Ｌ_{ｐｉｔｃｈ}、デューティ比は、Ｌ_{ｐｉｔｃｈ}／λ_ｇとして定義されているとして）λ_ｇ＝１００ｎｍを有する矩形格子について、ｈ及びデューティ比の両方の関数として、３つの波長４７５ｎｍ、５３５ｎｍ、６２５ｎｍで平均した相対プラズモン損失比を示している。図５Ａに見て取れるように、相対プラズモン損失について０．３７の最小値は、ｈ＝１２０ｎｍ及びデューティ比０．１において達成される。図５Ｂは、λ_ｇ＝１００ｎｍ及びｈ＝７０ｎｍを有する台形形状について、デューティ比ｔ及びデューティ比ｂの関数として３つの波長４７５ｎｍ、５３５ｎｍ、６２５ｎｍで平均した相対プラズモン損失比を示している。図５Ｂに見て取れるように、デューティ比ｂ＝０．７及びデューティ比ｔ＝０において最小相対損失０．３３が達成される。さらに、図５Ｂは、台形形状は、矩形形状と比較してプラズモン損失による低下が改善されうることを示唆している。

【0034】

図６Ａ及び図６Ｂに、λ_ｇ＝３００ｎｍに対して設定された２次元パラメータに関して、それぞれ、矩形格子及び台形格子についての数値シミュレーションの結果を示す。これらの図でプロットされた強度（グレースケール）は、平坦表面の電極に対して規格化された格子構造の電極のプラズモン損失比として定義された相対プラズマ損失比の値である。より濃い影部分が、より低い相対プラズモン損失比を示すため、平坦表面の幾何学的形状と比べて挙動が改善されていることを示している。図６Ａは、（矩形格子、Ｌ_ｔ＝Ｌ_ｂ＝Ｌ_{ｐｉｔｃｈ}、デューティ比は、Ｌ_{ｐｉｔｃｈ}／λ_ｇとして定義されているとして）λ_ｇ＝３００ｎｍを有する矩形格子について、ｈ及びデューティ比の両方の関数として、３つの波長４７５ｎｍ、５３５ｎｍ、６２５ｎｍで平均した相対プラズモン損失比を示している。図６Ａに見て取れるように、０．４１の最小損失は、ｈ＝８０ｎｍ及びデューティ比０．３において達成される。図６Ｂは、λ_ｇ＝３００ｎｍ及びｈ＝７０ｎｍを有する台形形状について、デューティ比ｔ及びデューティ比ｂの関数として３つの波長４７５ｎｍ、５３５ｎｍ、６２５ｎｍで平均した相対プラズモン損失比を示している。図６Ｂに見て取れるように、デューティ比ｂ＝０．９及びデューティ比ｔ＝０．３において最小損失０．３１が達成される。さらに、図６Ｂは、台形形状は、矩形形状と比較してプラズモン損失による低下が改善されうることを示唆している。

【0035】

図７Ａ及び図７Ｂに、１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。特に、図７Ａ及び図７Ｂは、ＥＴＬ層１１１が金属電極層１１３と完全に組み合わされていない点を除いて、図２に示した実施形態と同一である。例えば、図７Ａにおいて、ＥＴＬ層１１１は平面状であるが、金属電極層１１３は、周期的な格子構造を有している。このタイプの配置の結果として、この構造には、空所７０３が存在する。同様に、図７Ｂは、ＥＴＬ層１１１はパターンを有しているが、金属電極層１１３はパターンを有していない例を示している。この配置の結果としても、空所７０５が存在する。

【0036】

図８に、１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。特に、図８は、全ての層にわたって等角に形成された同一の格子構造を有する構造を示している。この配置は、特定の堆積を利用した複数の製造プロセスにとって好都合でありうる。

【0037】

図９に、１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。特に、図９は、格子構造の金属電極層及び他の層にわたって形成された異なる格子構造を有する構造を示す。このタイプの構造は、有益であろう。電極には、上述のようにプラズモン損失を減少させるために深いサブ波長の格子構造を用いることができ、金属層の上方では、他の目的のために、他の格子構造も用いられうるためである。例えば、１若しくは複数の実施形態によれば、導波モード及び基板モードを抽出するために、格子を上方の層で用いてよい。

【0038】

図１０に、１若しくは複数の実施形態による発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤ）の断面を示す。特に、図１０は、光散乱粒子を含む高指数内部抽出構造(high index internal extraction structure)（ＩＥＳ）層１００３と併用し、マイクロレンズ配列１００５を有する上方層とも併用した深いサブ波長の格子構造の金属電極層１１３を有する構造を示している。１若しくは複数の実施形態によれば、ＩＥＳ層１００３及びマイクロレンズ配列１００５は、それぞれ、導波モード及び基板モードとの結合を分離するべく最適化されてよい。

【0039】

上述の例では、格子構造の形状の最適化に注目したが、本発明の１若しくは複数の実施形態は、特定の格子構造の電極の特定のプラズモン損失スペクトルごとに最適化された光源設計を用いることにより行われてもよい。

【0040】

図１２に、本発明の１若しくは複数の実施形態による周期的な格子構造を示す。図１２に示すように、本発明の１若しくは複数の実施形態は、１次元（１Ｄ）又は２次元（２Ｄ）の格子構造を含んでよい。本発明の１若しくは複数の実施形態は、２Ｄ正方格子構造又は２Ｄ六方格子構造を含んでよい。図１２に示すように、２Ｄ構造を形成する個々の構造は、四角錐台又は円錐台を含んでよい。本発明の１若しくは複数の実施形態は、図１１に示す幾何学的形状に形状が類似した２Ｄ格子構造を含んでよい。

【0041】

図１３に、本発明の１若しくは複数の実施形態による、λ_ｇ＝３００ｎｍを有する台形形状の格子構造の電極と組合された光源放射スペクトル構成の一例を示す。特に、図１３の下部に示すスパイク状のスペクトルパワー分布は、ＬＥＤ内で用いられる光源に関連した波長ピーク１３０１を示している。スペクトルパワー分布の光源ピークが、プラズモン損失スペクトルにおけるいかなる損失ピークとも大幅に重なっていない限り、スパイク状のスペクトルパワー分布は、強い波長依存性を有する電極の格子と共に用いることができる。

【0042】

すなわち、本発明の１若しくは複数の実施形態によれば、光源のスペクトルパワー分布の波長ピークは、プラズモン損失スペクトルのピークと同一波長にあるべきではない。そのように設計された光源は、公知の方法により製造することができ（例えば、量子ドット又は微少光共振器を用いて）、本明細書で開示されるプラズモン損失スペクトルと共に用いられた場合、標準的な広帯域（Ｏ）ＬＥＤシステムと比較して高い効率で動作しうる。

【0043】

本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本発明の利益を受ける当業者は、本明細書で開示された本発明の範囲から逸脱することなく、他の複数の実施形態を考案しうることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付した請求項によってのみ限定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】