JP5335002B2 - オプトエレクトロニクス素子 - Google Patents

Description

本発明は、機能層を備えたオプトエレクトロニクス素子に関する。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2008 013 031.1の優先権を主張するものであり、その開示内容は本願に含まれるものとする。

刊行物WO 99/27554には半導体素子が記載されている。

オプトエレクトロニクス素子、例えば機能層を備えた、発光ダイオード、赤外線放射発光ダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機太陽電池または有機光検出器などの効率および寿命は短絡の発生によって大きく低下する可能性がある。

本発明の少なくとも１つの実施形態の課題は、短絡保護装置を含む、機能層への給電リード部を備えたオプトエレクトロニクス素子を提供することである。

この課題は、請求項１に記載されているオプトエレクトロニクス素子によって解決される。オプトエレクトロニクス素子の別の実施形態および発展形態は従属請求項に記載されており、また以下の説明および図面より明らかになる。特許請求の範囲の開示内容は、参照によって本願明細書に明示的に含まれるものとする。

１つの実施形態によれば、短絡保護装置を備えたオプトエレクトロニクス素子は、
相互に離れて配置されている複数のセグメントを備えた第１の電極層と、
動作時に電磁放射を放出する、第１の電極層の上の機能層と、
機能層の上の第２の電極層と、
給電リード部と、
複数の電気接続部とを有し、
第１の電極層との電気的な接触接続のために、第１の給電リード部と、第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントとの間にはそれぞれ複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの電気接続部が配置されており、
給電リード部は第１の断面を有し、複数の電気接続部の各電気接続部は第２の断面を有し、
第２の断面は第１の断面よりも小さく、
複数の電気接続部はヒューズとして構成されている。

ここで、また以下の記載において、第１の層が第２の層の「上」または「上方」に配置または被着されているということは、第１の層が第２の層の上において直接的に機械的および／または電気的に接触して配置または被着されていることを意味すると考えられる。さらにこのことは、第１の層が間接的に第２の層の上ないし上方に配置または被着されていることを意味していても良い。別の層が第１の層と第２の層との間に配置されていても良い。

「電磁放射」、「放射」および「光」という用語はここで、また以下の記載において、少なくとも１つの波長ないし赤外線から紫外線の波長領域のスペクトル成分を有する電磁放射を意味する。殊に、赤外線、可視および／または紫外線の電磁放射を表している。

ここで、また以下の記載において、「複数」とは例えば接続部またはセグメントの数が２つ以上であることを意味する。

本願発明によるオプトエレクトロニクス素子は短絡保護部を有し、短絡保護部を備えた公知のオプトエレクトロニクス素子に比べて、短絡に起因するオプトエレクトロニクス素子の故障を回避することができる。

短絡によるオプトエレクトロニクス素子の故障を、給電リード部と第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントとの間にそれぞれ少なくとも１つの電気接続部が配置されていることによって十分に回避することができる。個々の電気接続部はそれぞれヒューズとして構成されているので、短絡時には電気接続部を溶断することができる。

殊に、第１の電極層のセグメントと給電リード部との間に配置されている複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの電気接続部はそれぞれセグメントおよび給電リード部と導電的に接続されている。オプトエレクトロニクス素子の通常動作時に、給電リード部と、複数の電気接続部の各々と、電気接続部のそれぞれに対応付けられている、第１の電極層のセグメントとによって電流経路を形成することができる。

第１の断面および第２の断面は、オプトエレクトロニクス素子の通常動作時の電流経路に対して垂直な方向における給電リード部および複数の電気接続部のそれぞれの断面積を表す。

従来のオプトエレクトロニクス素子においては、不定の粒子負荷、もしくは、いわゆる「ピンホール」、例えばマイクロチャネルに起因する短絡が発生する可能性があり、これはオプトエレクトロニクス素子の放射の放出を妨げるか、少なくともその効率を大幅に低減させる。オプトエレクトロニクス素子において、２つの導電部の間、例えば２つの電極の間に短絡が発生した場合には、供給される電力の大部分が殆ど無抵抗で損失電力として短絡部を介して排出される。抵抗が大幅に下がっているので、短絡部との接続によって大電流が流れ、この大電流は大抵の場合、同時に電圧が大幅に低下した場合には動作電流の数倍の値を有する。

比較的大きい面積のオプトエレクトロニクス素子では短絡の確率が大幅に上昇するので、従来の素子において短絡が発生するということは大面積の素子への移行を妨げる可能性がある。第１の電極層が相互に離れて配置されている複数のセグメントを有することによって、本願発明のオプトエレクトロニクス素子は大面積で、例えば発光タイルのような大面積の照明装置として作動することができ、そのような素子は延長された寿命および改善された効率を特徴とする。

さらに、溶断可能な電気接続部と組み合わされた第１の電極層のセグメント化された配置構成は、短絡を局所的にその短絡にそれぞれ関連しているセグメントに制限することを実現する。第１の電極層と第２の電極層との間に短絡が発生した場合には、セグメントと給電リード部との間に配置されている少なくとも１つの電気接続部を短絡に起因する大電流によって溶断することができる。電気接続部の溶断によって、第１の電極層の欠陥のあるセグメントのみがアクティブな電流回路から切り離される。相応のセグメントと給電リード部との間の電気接続部の抵抗は無限大に大きく、他方では所属の電気接続部は損傷していないセグメントはさらに動作し続けることができる。したがって付加的に、短絡に関与するセグメントを越えて、例えば放射が行われない面、いわゆる「ダークスポット」または「ブラックスポット」のような欠陥が拡大すること、並びに、いわゆる「ピンホール」によって作用が低下することを回避することができる。

さらに、オプトエレクトロニクス素子の溶断可能な電気接続部は従来のオプトエレクトロニクス素子と比較すると、給電リード部に対して小さい断面を有する。給電リード部に比べて縮小された断面は電気接続部の溶断にとってさらに有利である。

複数の電気接続部の第２の断面は、複数の電気接続部の全てに対して同一でよい。それとは異なり、複数の電気接続部のうちの少なくとも２つの電気接続部の第２の断面、もしくは、複数の電気接続部の全ての電気接続部の第２の断面が異なっていてもよい。しかしながら、複数の電気接続部の全ての電気接続部の断面は給電リード部の第１の断面よりも小さい。

さらに、第２の断面を第１の断面に比べて１／１０に低減することができる。このことは殊に、複数の電気接続部の各電気接続部の第２の断面を給電リード部に比べて少なくとも１／１０に縮小できることを意味している。さらに、複数の電気接続部の各電気接続部の断面を有利には少なくとも１／１００、さらに有利には少なくとも１／５００、殊に有利には少なくとも１／１０００に小さくすることができる。第１の断面に比べて第２の断面を小さくすればするほど、短絡時に電気接続部をより高速に溶断することができる。

さらに、比較的大きい第２の断面が電気接続部に応じて比較的小さい抵抗を有することができる。したがって、電気接続部の実施形態に応じて、第２の断面を第１の断面に比べて１／１０〜１００または１／１００〜５００または１／５００〜１０００に小さくすることができ、ここでは境界の数値を含むものとする。

有利には、各電気接続部をくびれ部として構成することができるか、各電気接続部は少なくとも１つのくびれ部を有することができ、くびれ部は通常動作時の電流経路に沿った電気接続部の拡張部全体にわたり、もしくは電気接続部の一部にのみわたり延在することができる。電気接続部をくびれ部として構成することによって、またはくびれ部を備えた電気接続部を構成することによって、短絡時の電気接続部の溶断をさらに強化することができる。何故ならば、くびれ部の領域においては第２の断面が縮小されていることによって、給電リード部に比べて高い電流密度、また場合によっては電気接続部のその他の部分に比べて高い電流密度が存在するからである。

給電リード部の第１の断面は接触接続すべき電気接続部の数によって決定される。殊に、給電リード部の第１の断面は、この断面が複数の電気接続部の少なくともそれぞれ１つの電気接続部を介する第１の電極層への給電には十分であるように規定される。給電リード部は、１０μｍ²〜１０００μｍ²、さらに有利には２５μｍ²〜７５０μｍ²、また殊に有利には５０μｍ²〜５００μｍ²の有利な第１の断面を有し、ここでは境界の数値を含むものとする。

さらに給電リード部および複数の電気接続部をワンピースで構成することができる。このことは、給電リード部および複数の電気接続部を連続的におよび／または一体的に構成できることを意味する。給電リード部と複数の電気接続部をワンピースで実施することによって、給電リード部および複数の電気接続部の被着を１つのプロセスステップで実現することができる。

別の実施形態によれば、複数の電気接続部と給電リード部を異なる材料から構成することができる。

さらに、複数の電気接続部を構成するために、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎまたは不定の割合のそれらの合金もしくは混合物から選択することができる導電性の材料を提供することができる。

複数の電気接続部と給電リード部が異なる材料から構成されている場合、このことは複数の電気接続部および給電リード部はワンピースで連続的に、または一体的に構成されていないことを意味する。しかしながらこの実施形態によって、複数の電気接続部が１つの材料を含有することができ、これによって給電リード部に比べて低い融点を有することができ、したがって短絡時の電気接続部の溶断を好適に行える。

複数の電気接続部はさらに１５０℃以上１１００℃以下の融点を有することができる。有利には、複数の電気接続部のための導電性の材料を、８００℃〜１５００℃、有利には２５０℃〜８００℃、また殊に有利には１００℃〜２５０℃の融点を有する材料から選択することができ、ここで境界の数値をそれぞれ含むものとする。有利には、比較的高い融点を有する複数の電気接続部のための前述の材料の他に、比較的低い融点を有する材料、例えばインジウムまたはアルミニウムも使用することができる。インジウムまたはアルミニウムの融点が比較的低いことによって短絡時に複数の電気接続部を容易に溶断することができる。

１つの実施形態によればオプトエレクトロニクス素子が基板を有し、この基板の上には第１の電極層の複数のセグメント、機能層および第２の電極層が配置されている。基板は透明または半透明で、フレキシブルであるか、弾性がないものでよく、例えばガラス、水晶、シリコン、プラスチック、セラミックまたは導体路板またはそれらの組合せを含むことができる。プラスチック材料の例としてポリエステルカーボネート、ポリエチルスルホン酸塩、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリイミドが挙げられる。

さらには、基板が２つの主面および２つの側面を有し、主面が側面よりも大きい拡張部を有するように基板を構成することができる。したがって主面はオプトエレクトロニクス素子の別の層およびセグメントの配置に殊に適している。

別の実施形態においては、給電リード部、複数の電気接続部および第１の電極層の複数のセグメントを基板の１つの主面上、すなわち同一の主面上に配置することができる。このことは、給電リード部、複数の電気接続部および第１の電極層の複数のセグメントが相互に隣接して配置されていることを意味する。給電リード部、複数の電気接続部および第１の電極層の複数のセグメントの隣接した配置構成は、ここで、また以下の記述において、給電リード部と複数の電気接続部とを相互に直接的に接触させて配置することができ、および／または、複数の電気接続部と第１の電極層の複数のセグメントとを相互に直接的に接触させて配置することができ、給電リード部、複数の電気接続部および第１の電極層の複数のセグメントがそれぞれ相互に直接的に接していることを意味する。

さらには、別のセグメントおよび／または層が、給電リード部と複数の電気接続部との間、および／または、複数の電気接続部と第１の電極層の複数のセグメントとの間に配置されている間接的なコンタクトも表すことができる。

別の実施形態によれば、給電リード部および第１の電極層の複数のセグメントを基板の異なる主面上に配置することもできる。このことは、例えば給電リード部が基板の第１の主面の上に配置されており、第１の電極層の複数のセグメントが基板の第２の主面上に配置されていることを意味する。したがって、第１の電極層の複数のセグメントを電気接続部の少なくとも１つによって電気的に接触接続させるためには、複数の電気接続部が基板内に形成されており、また基板を通り抜けて延在していることが必要とされる。

このために有利な規則的な配置構成では、基板内に例えば複数の開口部を形成することができ、複数の電気接続部をそれらの開口部内にそれぞれ１つずつ配置することができる。これらの開口部は規則的または不規則的に形成された断面を有することができる。規則的に実施される場合、開口部は例えば角形、円形または楕円形の断面を有することができる。開口部を同一に構成することができるか、相互に異なるように構成することができ、さらには、上述の形状から別の形状へと変化する断面を有することもできる。

さらに、オプトエレクトロニクス素子は中空部を有し、この中空部は基板内で複数の電気接続部の少なくとも１つに隣接して配置されている。中空部は殊に、複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの接続部の短絡時に溶融した材料を受け止めることに適している。このために中空部を例えば基板内の凹部として形成することができ、この凹部の上方に電気接続部を配置することができる。したがって中空部を複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの溶融した材料のリザーバとして使用することができる。

さらに基板が複数の中空部を有することができ、この場合には複数の電気接続部の各電気接続部を複数の中空部のうちの１つの上方に配置することができる。さらに、基板は連続的な中空部を有することができ、そのような中空部の上方に複数の電気接続部のうちの少なくとも２つの電気接続部または全ての電気接続部を配置することができる。

別の実施形態によれば、オプトエレクトロニクス素子は複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの上に絶縁層を有することができる。複数の電気接続部のうちの少なくとも１つは、この複数の電気接続部のうちの少なくとも１つの電気接続部が短絡時に溶断するよう構成されており、また絶縁層は複数の電気接続部のそれぞれ１つの電気接続部を絶縁させることに適している。絶縁層は溶融性および／または流動性の材料、例えば
フォトラック、
例えば、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニールクロライド（ＰＶＣ）から選定することができる、またはセルロイドを含有するプラスチックから選定することができるサーモプラスチック材料、
ポリイミド、
金属酸化物および／または半金属酸化物、
金属窒化物および／または半金属窒化物、
例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物のような金属酸窒化物および／または半金属酸窒化物、
を有する誘電体として実施することができ、したがって、複数の電気接続部のそれぞれ１つの電気接続部を絶縁させることに適している。

したがって短絡時には、複数の電気接続部のそれぞれ１つの電気接続部、ならびに電気接続部を包囲する絶縁層を溶融させることができる。別の有利な配置構成によれば、各中空部が電気接続部のそれぞれ１つの電気接続部の近傍に配置されているので、電気接続部の溶融した材料を中空部において受け止めることができる。それぞれ１つの電気接続部の上に配置されている絶縁層は短絡に起因して同様に溶融性または流動性のものでよく、溶融または流動した絶縁層の材料を先ず溶融した電気接続部の領域に移動させ、続いて同様に中空部によって受け止めることができる。この際に、それぞれの電気接続部の材料と絶縁層の材料とが混ざり合うことも考えられる。しかしながら有利には、絶縁層の材料はそれぞれの電気接続部の材料に比べて量的に多く存在しているので、２つの材料が混ざり合った後に、絶縁層の材料が中空部に後に流れ出すことによって電気接続部の材料を飽和させることができる。飽和が継続した結果、絶縁層の材料はそれぞれの電気接続部の材料を上回り、これによってそれぞれの電気接続部に対する絶縁層の絶縁効果を生じさせることができる。

さらに、機能層が少なくとも２つのセグメントを有し、これらのセグメントは相互に離れて配置されており、機能層のそれぞれ１つのセグメントは第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントの上に配置されている。このことは例えば、機能層の少なくとも２つのセグメントを第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントによって別個に電気的に接触接続できることを意味している。

さらにこのことは、機能層の相互に離れたセグメントが同時に作動できることを意味している。機能層の少なくとも２つのセグメントが少なくとも２つの異なるスペクトルの光を放射することができるので、スペクトルの重畳によって白色光が形成される。

機能層ないし機能層の各セグメントは、少なくとも１つの発光層を備えた層機能層の多層積層体を含むことができる。

さらに機能層ないし機能層の各セグメントは、ｎ型にドープされた層およびｐ型にドープされた層から選択された少なくとも１つまたは複数の層、例えば電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔輸送層および正孔注入層を有することができる。

発光層は例えば従来のｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）、ルミネセンス材料または蛍光材料を含有することができ、発光層内の電子と正孔の再結合によってエレクトロルミネセンスを発生させることができる。

機能層は、有機材料および／または無機材料を含有することができる。

有機材料は有機ポリマーまたは有機低分子を含む。有利には、有機ポリマーは完全または部分的な供役ポリマーを含む。

適切な有機ポリマー材料は考えられるあらゆる組合せでの以下の材料のうちの少なくとも１つを含む：ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（２−メトキシ−５（２−エチル）ヘキシルオキシフェニレンビニレン）（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、少なくとも１つのＰＰＶ誘導体（例えばジアルコキシ誘導体またはジアルキル誘導体）、ポリフルオレンおよび／またはポリフルオレンセグメントを有するコポリマー、ＰＰＶおよび類似するコポリマー、ポリ（２，７−（９，９−ジ−Ｎ−オクチルフルオレン）−（１，４−フェニレン（（４−Ｓｅｃ−ブチルフェニル）イミノ）−１，４フェニレン）（ＴＦＢ）、ポリ（２，７−（９，９）−ジ−Ｎ−オクチルフルオレン）−（１，４−フェニレン（（４−メチルフェニル）イミノ）−１，４−フェニレン（（４−メチルフェニル）イミノ）−１，４−フェニレン）（ＰＦＭ）、ポリ（２，７−（９，９）−ジ−Ｎ−オクチルフルオレン）−（１，４−フェニレン（（４−メトキシフェニル）イミノ）−１，４−フェニレン））（ＰＦＭＯ）、ポリ（２，７−（９，９−ジ−Ｎ−オクチルフルオレン）（Ｆ８）、ポリ（２，７（９，９−ジ−Ｎ−オクチルフルオレン）−３，６−ベンゾリアジアゾール）（Ｆ８ＢＴ）またはポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）。

ポリマーの代わりに、有機低分子も有機能層において使用することができる。その種の低分子の例として以下のものが挙げられる：アルミニウム−トリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ₃）、アルミニウム−１，３−ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−１，３，４−オキシダゾール（ＯＸＤ−８）、アルミニウム−オキソ−ビス（２−メチル−８−キノリン）、アルミニウム−ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリン）、ベリリウム−ビス（ヒドロキシベンゾキノリン）（ＢＥＱ．Ｓｕｂ．２）、ビス（ジフェニルビニル）ビフェニレン（ＤＰＶＢＩ）およびアリールアミン置換されたジスチリルアリーレン（ＤＳＡ−アミン）である。さらに、機能層は有機材料、例えばＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体、例えば窒化物化合物半導体および／またはリン化物化合物半導体を基礎とする材料を含有することができる。

本発明との関連において「窒化物化合物半導体を基礎とする」とは、機能層が窒化物ＩＩＩ／Ｖ属化合物半導体材料、有利にはＡｌ_nＧａ_mＩｎ_1-n-mＮ（但し０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，且つｎ＋ｍ≦１）を含有することを意味している。その際、この材料は必ずしも上述の式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろＡｌ_nＧａ_mＩｎ_1-n-mＮ材料の物理的特性を実質的に変化させない１つまたは複数のドーパントならびに付加成分をこの材料に含有させることができる。しかしながら分かり易くするために、僅かな量の他の材料によって部分的に置換されている可能性があるにしても、上述の式には結晶格子（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）の主要な構成要素のみが含まれている。

本発明との関連において「リン化物化合物半導体を基礎とする」とは、機能層がリン化物ＩＩＩ／Ｖ属化合物半導体材料、有利にはＡｌ_nＧａ_mＩｎ_1-n-mＰ（但し０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，且つｎ＋ｍ≦１）を含有することを意味している。

さらに機能層は、付加的または択一的に、ＡｌＧａＡｓまたはＩＩ／ＶＩ族化合物半導体材料を基礎とする半導体材料を有することができる。

別の実施形態によれば、機能層を第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも２つのセグメントの上方において連続的に配置することもできる。これにより機能層の大面積での被着、したがって廉価な被着が実現される。

さらに、第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも２つのセグメントを相互に並列に結線することができる。第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも２つのセグメントのその種の並列回路によって、第１の電極層のセグメントを直列に接続することに比べて、別個のセグメントの追加もしくは、例えば短絡による停止も、第１の電極層の別のセグメントの機能に影響を及ぼすことなく実現することができる。

別の実施形態によれば、オプトエレクトロニクス素子はさらに電流拡散層を有することができ、この電流拡散層は複数の電気接続部のうちの少なくとも１つと、第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つとの間に配置されている。その種の電流拡散層は例えば電気接続部と接続されて電流を拡散することができ、また例えば透明導電性材料（ＴＣＯ）を含有することができるか、その種の材料から構成することができる。

透明導電性酸化物は金属酸化物、例えば亜鉛酸化物、スズ酸化物、カドミウム酸化物、チタン酸化物、インジウム酸化物またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む。ＺｎＯ，ＳｎＯ₂またはＩｎ₂Ｏ₃などの２成分の金属酸素化合物のほか、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄，ＣｄＳｎＯ₃，ＺｎＳｎＯ₃，ＭｇＩｎ₂Ｏ₄，ＧａＩｎＯ₃，Ｚｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅またはＩｎ₄Ｓｎ₃Ｏ₁₂などの３成分の金属酸素化合物や、種々の透過性の導電性酸化物の混合物もＴＣＯ群の材料に属する。さらに、ＴＣＯは必ずしも化学量論的な組成に相応することはなく、ｐ型またはｎ型にドープすることもできる。

さらに第２の電極層は少なくとも２つのセグメントを有し、これら少なくとも２つのセグメントのそれぞれ１つのセグメントを第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントの上方に配置することができる。このことは、第２の電極層が少なくとも２つのセグメントのうちの１つのセグメントを用いて第１の電極層の少なくとも２つのセグメントの上方に配置されていることを意味する。

別の実施形態によれば、第２の電極層を第１の電極層の複数のセグメントのうちの少なくとも２つのセグメントの上方において連続的に配置することができる。このことは、第２の電極層を第１の電極層の複数のセグメントの上方に有利には大面積で被着できることを意味する。

オプトエレクトロニクス素子を、いわゆる上面放射器および／またはいわゆる下面放射器の形態の発光機能層を備えた発光素子として、例えば発光ダイオード、赤外線放射発光ダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機太陽電池または有機光検出器として構成することができる。

上面放射器の構成では、有利には第２の電極層が電磁放射の少なくとも一部に対して透過性であるか少なくとも半透過性である。

さらに第２の電極層は上面放射器の構成において光散乱層または、例えばポリマーフィルムとして構成することができる散乱フィルムを有することができる。さらに散乱フィルムまたは光散乱層に散乱粒子を混合させることができる。殊に、散乱粒子は金属酸化物、例えばチタン酸化物またはコランダムのようなアルミニウム酸化物、および／または、ガラス粒子を含有することができる。散乱粒子は１μｍ〜１０μｍのオーダ、または１００μｍまでのオーダの直径または粒径を有することができる。

択一的および／または付加的に、光散乱層または散乱フィルムを下面放射器の構成では透明な基板の上に被着することができる。

上面放射器の構成では、有利には第１の電極層が電磁放射の少なくとも一部に対して透過性であるか少なくとも半透過性である。

アノードとして実施することでき、したがって４．５ｅＶよりも大きい仕事関数を有する正孔注入材料として使用される透明な第１の電極層は、前述のように透明導電性酸化物を含有することができるか、透明導電性酸化物から構成することができる。択一的および／または付加的に、以下のような他のアノード材料も考えられる：
プラチナ、金、パラジウムまたはインジウムのような金属、
鉛酸化物、スズ酸化物またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような金属酸化物、
グラファイト、
シリコン、ゲルマニウムまたはヒ化ガリウムのようなドープされた無機半導体、および、
ポリアニリン、ポリピロールまたはポリチオフェンのようなドープされた導電性ポリマー。

択一的な構成においては、第１の電極層をカソードとして構成することもできる。

カソードとして構成することができ、したがって比較的低い仕事関数を有する電子注入層として使用される透明な第２の電極層を、電荷注入層および導電層を含む多層構造体として構成することができる。電荷注入層はカルシウムまたはバリウムまたはそれらの混合物を含有することができ、導電層はアルミニウム、銀、マグネシウム、金、銅またはそれらの混合物を含有することができる。択一的な構成においては、第２の電極層をアノードとして構成することもできる。

以下ではオプトエレクトロニクス素子のさらなる利点、有利な実施形態および発展形態を実施例に基づき図面を参照しながら説明する。

１つの実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示す。 １つの実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略図を示す。 別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略図を示す。

図１Ａは、１つの実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示す。図１Ｂは、図１Ａに示された切断面ＡＡでのオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。図１Ａおよび１Ｂならびに全ての図面は、有機機能層を備えた実施形態のオプトエレクトロニクス素子を示す。しかしながら、図１Ａから図７に示されているオプトエレクトロニクス素子の実施形態が、付加的または択一的に、例えばＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体のような無機材料を含有する１つまたは複数の機能層を有していてもよい。

図１Ａによれば、オプトエレクトロニクス素子は電極層１を備えた基板６を有する。この電極層１は２つのセグメント１１，１２を有し、これらのセグメント１１，１２は基板６の一方の主面上に相互に離れて配置されている。第１の電極層１の各セグメント１１，１２の上には有機機能層２が配置されており、この有機機能層２は動作時に電磁放射を放出する。さらに、有機機能層２の上には第２の電極層３が配置されている。有機機能層２および第２の電極層３はそれぞれ連続的に、すなわち繋がって第１の電極層１の２つのセグメントの上に配置されている。図１Ａにおける配置構成を明りょうにするためにセグメント１１，１２および層２，３は重ねて示されていない。

第１の電極層１の２つのセグメント１１，１２は相互に並列に結線されており、また電極層１の各セグメント１１，１２はそれぞれ１つの電気接続部５１，５２によって給電リード部４と接続されている。さらには、セグメント１１および／またはセグメント１２を、図示されている実施例とは異なり、１つより多い電気接続部５１ないし５２を介して給電リード部４と導電的に接続させることができる。

給電リード部４は第１の断面を有する。さらに電気接続部５１，５２はそれぞれヒューズとして構成されており、それぞれが第２の断面を有する。この第２の断面は給電リード部４の第１の断面に比べて縮小されている。例えば、第１の電極層のセグメント１１と第２の電極層３との間で短絡が発生すると、セグメント１１と接触している電気接続部５１を溶断することができる。電気接続部５１の溶断は電気接続部５１の縮小された第２の断面によって支援される。

電気接続部５１，５２および給電リード部４を一方ではワンピースで構成することができ、他方では図１Ｂに示されているように隣接して配置されている２つの導電性素子によって構成することができる。給電リード部４および電気接続部５１，５２がワンピースで構成されていない場合には、電気接続部５１，５２および給電リード部４を異なる材料から形成することも考えられる。

電気接続部５１，５２に関しては、冒頭部で述べたように１５０℃以上１１００℃以下の融点を有する材料を選択することができる。電気接続部５１，５２の形成にはインジウムまたはアルミニウムのような材料が有利である。これらの材料は冒頭部で延べた別の材料よりも低い融点を有するので、短絡が発生した場合には電気接続部５１，５２をより容易に溶断することができる。

図２は、２つのセグメント２１，２２を有する有機機能層２を備えた別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子を概略的に示したものである。有機機能層２の２つのセグメント２１，２２は相互に離れて配置されており、有機機能層２のそれぞれのセグメント２１，２２は第１の電極層１のそれぞれ１つのセグメント１１，１２の上に配置されている。

第２の電極層３は図２に示されているように、第１の電極層１の２つのセグメント１１，１２の上に連続的に配置されている。択一的に、第２の電極層３も同様に少なくとも２つのセグメント３１，３２を有することができ、この場合には、第２の電極層３のそれぞれのセグメントは第１の電極層１のそれぞれの１つのセグメント１１，１２の上に配置されている。

図３は、別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。オプトエレクトロニクス素子を図１Ａまたは図２による実施例と同様に構成することもできる。

この実施例におけるオプトエレクトロニクス素子の基板６は中空部７を有し、この中空部７の上方には複数の電気接続部のうちの１つの電気接続部５２が配置されている。さらにオプトエレクトロニクス素子は絶縁層８を有し、この絶縁層８は電気接続部５２の上に設けられている。中空部７は基板６における凹部として電気接続部５２の近傍に配置されている。

中空部を全ての電気接続部５の溶融した金属のリザーバとして基板内に連続的に形成することができる。択一的に、各電気接続部５に対してそれぞれ１つの中空部７をそれらの各電気接続部５の近傍において基板６内に形成することもできる。

中空部７および絶縁層８をオプトエレクトロニクス素子の特徴部として、オプトエレクトロニクス素子においてそれぞれ単独で使用することもできる。

付加的に、絶縁層８は給電リード部４も包囲する。このように構成されているオプトエレクトロニクス素子では、第１の電極層１のセグメント１２と第２の電極層３との間に短絡が発生した場合、電気接続部５２の溶融した材料を、有利にはリザーバとして形成されている中空部７によって受け止めることができる。電気接続部５２の溶融して無くなった空間に、同様に溶融した絶縁層８の材料も入り込むことができる。さらに中空部７には電気接続部５２の材料と絶縁層８の材料の混合物を生じさせることができる。

絶縁層８の材料の量は電気接続部５２の材料の量を遥かに上回るので、絶縁層８の材料が事後的に流れ込むことによって電気接続部５２の材料を飽和させることができる。絶縁層８の材料によって電気接続部５２の材料が飽和した結果、絶縁層８の材料による電気接続部５２の材料をラミネート化することができ、これは電気接続部５２に対して達成すべき絶縁層８の絶縁効果を表す。

図４Ａは、別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示す。オプトエレクトロニクス素子は電流拡散層９１，９２，９３を有し、これらの電流拡散層９１，９２，９３はそれぞれ１つの電気接続部５１，５２，５３と、第１の電極層のそれぞれ１つのセグメント１１，１２，１３との間に配置されており、同様に絶縁層８によって包囲されている。電流拡散層９１，９２，９３を電流拡散のために拡大し、第１の電極層のセグメント１１，１２，１３への給電を改善することもできる。

さらにオプトエレクトロニクス素子は中空部７を有し、この中空部７は基板６における凹部として電気接続部５１，５２，５３の近傍に配置されており、それら全ての電気接続部５１，５２，５３の溶融した材料のためのリザーバとして連続的に基板に形成されている。択一的に、各電気接続部５１，５２，５３に対してそれぞれ１つ中空部７をそれらの各電気接続部５１，５２，５３の近傍において基板６に形成することもできる。

図４Ｂは、図４Ａに示された切断面ＢＢでの図４Ａによるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。

電流拡散層９３は第１の電極層１３と電気接続部５３との間に配置されている。図４Ｂに示されているように、基板６における中空部７を電気接続部５３の領域を超えて延在させることができる。基板６における中空部７の水平方向の拡張部、また垂直方向の拡張部は、電気接続部５および絶縁層８の受容すべき溶融した材料の量に依存する。

さらには、図４Ａに示されているように、連続的な中空部７を複数ある電気接続部の全ての電気接続部５１，５２，５３の溶融した金属のリザーバとして基板６に形成することができる。択一的に、各電気接続部５１，５２，５３に対してそれぞれ１つの中空部７をそれらの各電気接続部５１，５２，５３の近傍において基板６に形成することもできる。

中空部７、絶縁層８および電流拡散層９をオプトエレクトロニクス素子の特徴部として、オプトエレクトロニクス素子においてそれぞれ単独で使用することもできる。

図５は、別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示す。第１の電極層１の３つのセグメント１１，１２，１３の上方に配置されている有機機能層２の２つのセグメント２１，２２が示されているこの実施例においては、現在において使用できるシェーディングマスク技術では典型的な不正確性に基づき、有機機能層２のそれら２つのセグメント２１，２２がずれて配置されている。

シェーディングマスク技術を用いて有機機能層を構造化して被着させる従来の方法では、安全性の理由から有機機能層２のセグメント２１，２２が相互に少なくとも２００μｍの間隔を空けて被着される。このことは現行のマスキング技術の最大限の不正確性に対応し、これによって発光面は総面積の８０％を下回るほどに低下する。第１の電極層１のセグメント１１，１２，１３によって、また複数の電気接続部５１，５２，５３を配置することによってこの間隔をより小さく選定することができ、したがってより大きい発光面を達成することができるので、この種の製造上の欠陥を補償することができる。

さらに、有機機能層２のセグメント２１は単なる例示的なものであるが第１の電極層１のセグメント１１の領域に欠陥２０を有し、この欠陥２０は短絡に基づき電気接続部５１を溶融させ、欠陥のあるセグメント１１をその他の電流回路から絶縁させる。セグメント２１へのさらなる電流供給は電気接続部５２および第１の電極層１のセグメント１２によって保証されている。有気機能層２１の横方向導電性は低いので、欠陥２０へ電流の流れが発生する可能性は殆どない。セグメント２１による電磁放射の放出は低減されてはいるが、このような短絡時のオプトエレクトロニクス素子全体の故障を複数の電気接続部５１，５２，５３によって効果的に阻止することができる。

図６は、別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図を示す。

この実施例において給電リード部４は基板６の一方の主面上に配置されている。択一的に、給電リード部４を透明でない、すなわち不透明な導電性の基板として形成することができる。給電リード部４の上に電気接続部５１，５２が配置されている。給電リード部４の上に配置されている電気接続部５１，５２は、貫通孔（バイア）として構成されている基板６の開口部５１１，５１２内に形成されており、第１の電極層１のそれぞれ１つのセグメント１１，１２と接触している。第１の電極層１のセグメント１１，１２は基板６の第１の主面上に配置されており、給電リード部４は基板６の第２の主面上に配置されており、基板６の第１の主面および第２の主面は相互に区別され、また相互に背中合わせに設けられている。択一的に、給電リード部４が基板として形成されている場合には、電気接続部５１，５２を基板６内に形成する代わりに、絶縁層８内に形成することができる。

さらに、電気接続部５１，５２を溶融しやすい導電性の材料から形成することができ、短絡のような高い熱負荷が生じたときに溶断させることができる。電気接続部５１，５２を標準的なリソグラフィプロセスによって被着させることができる。

電気接続部５１，５２の上に第１の電極層１のセグメント１１，１２を構造化させて、例えばソフトスパッタリングまたは蒸着によって被着させることができる。付加的に、電気接続部５１，５２と第１の電極層１のセグメント１１，１２との間に電流拡散層を設けることができる。

第１の電極層１の上には有機機能層２が被着されている。図６に示されているように、第１の電極層１および有機機能層２はセグメント１１，１２ないし２１，２２で配置されている。第１の電極層１、有機機能層２ならびに電流拡散層９のセグメント化は基板６の延長部６１によって達成され、この延長部６１は第１の電極層１および有機機能層２を貫通して延在している。

有機機能層２の上にはさらに第２の電極層３が被着されており、この第２の電極層３は光を放出するために上面放射器の構成では有利には透明な材料から形成されている。さらに第２の電極層３の上には電流供給のための上側コンタクト１０が構造化されて配置されており、これらの上側コンタクト１０をボンディングワイヤ用のコンタクトとして使用することができる。

図７は、別の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な平面図を示し、この実施例においては、第１の電極層１（図示せず）の複数のセグメントの上に配置されており、面全体に被着されている有機機能層２が設けられている。

第１の電極層１の複数のセグメントは複数の電気接続部によって接触接続されており、ここでは例示的に電気接続部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８が示されている。図示されている実施例では、複数の電気接続部の各電気接続部に第１の電極層１の１つのセグメントが対応付けられているので、第１の電極層１は設けられている複数の電気接続部の数と同じ数だけセグメントを有している。

この代わりに、複数の電気接続部、例えば２つ、３つまたは複数の隣接する電気接続部の各々に第１の電極層１の１つのセグメントを対応付けることもできる。このことは、第１の電極層１の複数のセグメントがそれぞれ複数の電気接続部を介して給電リード部４と導電的に接続されていることを意味する。

有機機能層２の欠陥２０に起因して短絡が発生した場合には、抵抗が低いことに起因して電力が損失電力として、この短絡部に最も近い電気接続部５６と、この電気接続部５６と導電的に接続されている第１の電極層１のセグメントとを通って流れる。この電気接続部５６は溶断され、無限大の抵抗が形成される。隣接する電気接続部５５には、有機機能層２の横方向導電性が低いことに基づき、またこれに伴い抵抗が高まっていることに基づき、最初に溶断した電気接続部５６よりも著しく低い電流による負荷が加えられる。

それにもかかわらず、隣接する電気接続部における電流密度を、同様に隣接する電気接続部５５が溶断するほどさらに依然として大きくすることができる。この場合には、有機機能層２内の抵抗が僅かな横方向導電性に基づき、別の電気接続部の溶断が行われなくなるほどに大きくなるまで、欠陥２０に接している電気接続部５７，５８が連続的に溶断される。

欠陥２０に起因する短絡に直接的に関与していない電気接続部５１，５２，５３，５４によってさらに電流を流すことができる。有機機能層２の水平方向の拡張部は有機機能層２の層厚よりも大きいので、有機機能層２の延在平面に対して垂直な方向における有機機能層２の電気抵抗は延在平面に沿った電気抵抗よりも低い、すなわち横方向の抵抗よりも低い。

したがって、極僅かな数の電気接続部５５，５６，５７，５８のみを溶断し、オプトエレクトロニクス素子の小さい領域においてのみ放射が放出されないようにし、他方ではオプトエレクトロニクス素子の残りの部分は第１の電極層１のセグメント化によってさらに機能を維持することができる。

図１Ａ〜図７に示されている実施例および特徴を任意に変更することができる。

本発明は実施例に基づく上記の説明によってそれらの実施例に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。

Claims (14)

1. 短絡保護装置を備えたオプトエレクトロニクス素子において、
   相互に離れて配置されている複数のセグメント（１１，１２）を備えた第１の電極層（１）と、
   動作時に電磁放射を放出する、前記第１の電極層（１）の上の機能層（２）と、
   前記機能層（２）の上の第２の電極層（３）と、
   給電リード部（４）と、
   複数の電気接続部（５１，５２）とを有し、
   前記第１の電極層（１）との電気的な接触接続のために、前記給電リード部（４）と、前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも１つのセグメントとの間にはそれぞれ前記複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの電気接続部が配置されており、
   前記オプトエレクトロニクス素子は基板（６）を有し、前記給電リード部（４）と、前記複数の電気接続部（５１，５２）と、前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）と、前記機能層（２）と、前記第２の電極層（３）とは前記基板（６）の一方の主面の上に配置されており、
   前記基板（６）内に、前記複数の電気接続部（５１，５２）の少なくとも１つに隣接して中空部（７）が配置されており、
   前記給電リード部（４）は第１の断面を有し、前記複数の電気接続部（５１，５２）の各電器接続部は第２の断面を有し、
   前記第２の断面は前記第１の断面よりも小さく、
   前記複数の電気接続部（５１，５２）はヒューズとして構成されている、
   ことを特徴とする、オプトエレクトロニクス素子。
2. 前記中空部（７）は、前記複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの溶融した材料のリザーバとして使用される、請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子。
3. 前記第２の断面は前記第１の断面に比べて少なくとも１／１０に低減されている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス素子。
4. 前記給電リード部（４）および前記複数の電気接続部（５１，５２）は一体的に構成されているか、前記給電リード部（４）および前記複数の電気接続部（５１，５２）は異なる材料から構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
5. さらに、前記複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの電気接続部の上に、絶縁層（８）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
6. 前記絶縁層は溶融性の材料または流動性の材料のうちの少なくとも１つから構成されている、請求項５記載のオプトエレクトロニクス素子。
7. 前記複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの電気接続部は、該複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの電気接続部が短絡時に溶断するよう構成されており、
   前記絶縁層（８）は前記複数の電気接続部（５１，５２）のうちの少なくとも１つの電気接続部を絶縁させることに適している、請求項５または６記載のオプトエレクトロニクス素子。
8. 前記機能層（２）は無機の材料または有機の材料を含有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
9. 前記機能層（２）は少なくとも２つのセグメント（２１，２２）を有し、該セグメント（２１，２２）は相互に離れて配置されており、
   前記機能層（２）のそれぞれ１つのセグメント（２１，２２）は前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも１つのセグメントの上に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
10. 前記機能層（２）は前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも２つのセグメントの上方において連続的に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
11. 前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも２つのセグメントは相互に並列に結線されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
12. さらに、少なくとも１つの電流拡散層（９１，９２，９３）を有し、該電流拡散層（９１，９２，９３）は前記複数の電気接続部（５１，５２，５３）のうちの少なくとも１つの電気接続部と、前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２，１３）のうちの少なくとも１つのセグメントとの間に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
13. 前記第２の電極層（３）は少なくとも２つのセグメント（３１，３２）を有し、
    前記少なくとも２つのセグメント（３１，３２）のそれぞれ１つのセグメントは前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも１つのセグメントの上に配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
14. 前記第２の電極層（３）は前記第１の電極層（１）の前記複数のセグメント（１１，１２）のうちの少なくとも２つのセグメントの上方において連続的に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。

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