WO2018167165A1 - Diode électroluminescente organique à rendement optimisé par extraction de plasmons et mode guidés et son procédé de fabrication - Google Patents

Diode électroluminescente organique à rendement optimisé par extraction de plasmons et mode guidés et son procédé de fabrication Download PDF

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WO2018167165A1
WO2018167165A1 PCT/EP2018/056426 EP2018056426W WO2018167165A1 WO 2018167165 A1 WO2018167165 A1 WO 2018167165A1 EP 2018056426 W EP2018056426 W EP 2018056426W WO 2018167165 A1 WO2018167165 A1 WO 2018167165A1
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WO
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layer
electrode
organic
stack
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Prior art date
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PCT/EP2018/056426
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Salim Boutami
Stéphane Getin
Tony Maindron
Benoit Racine
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3026—Top emission

Definitions

  • the invention relates to an organic light-emitting diode (OLED), more particularly to the emission type from above.
  • OLED organic light-emitting diode
  • Such a diode can be applied, in particular, to the display (OLED screens) but also lends itself to other applications such as lighting.
  • An OLED consists of a stack of semiconductor organic layers comprising at least one emitting layer, located between two electrodes, very often metallic.
  • the organic stack consists of at least one hole transport layer, an emission layer (electroluminescent) and an electron transport layer.
  • the thickness of the organic zone is generally set around 100 nm, so as to form a half-wave Fabry-Perot cavity for the visible (the optical index of the organic layers is typically of the order of 1, 7).
  • the application of a potential difference between the electrodes injects into the organic stack electrons and holes that recombine radiatively in the emissive layer.
  • the emitters are at a relatively small distance from the electrodes vis-à-vis the wavelength, which generates the excitation of plasmons on the surface of the electrodes, in addition to the useful radiative vertical Fabry-Perot mode.
  • These plasmons are planar guided modes, totally absorbed by the metal after a certain distance of lateral propagation.
  • WO 2014/191733 discloses a top-emitting organic electroluminescent diode (i.e. surface opposite to that of the substrate), wherein the upper electrode, through which the light is emitted, is periodically structured to form a diffraction grating.
  • Document US 2013/0153861 describes an organic electroluminescent diode emitting from below (that is to say through the substrate) in which it is the lower electrode which is structured. In both cases, the coupling with the network makes it possible, in a manner known per se, to extract the plasmons and the guided modes, thus improving the radiative efficiency.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the prior art. More particularly, it aims to provide an organic light emitting diode, in particular at the top emission, having an optimized radiative efficiency by extraction of plasmons and guided modes, whose manufacture is simple and has a very low risk of damage to the membrane. organic stacking.
  • this object is achieved by not structuring an electrode, but a dielectric layer deposited on top of a layer or multilayer encapsulation structure which covers the upper electrode and protects the organic stack.
  • the dielectric layer may be structured, in particular by a dry etching technique such as reactive ion etching (RIE), the encapsulation avoiding any risk of damage to the organic stack.
  • RIE reactive ion etching
  • Encapsulation of organic light-emitting diodes is a well-known technique, see for example the article by D. Yu, YQ Yang et al. "Recent progress on thin-film encapsulation technologies for organic electronic devices", Optics Communications 362 (2016) 43-49. Any encapsulation structure known from the prior art may be suitable for the implementation of the invention, provided that its thickness is not too great (e.g., no greater than 100 nm) and whether it is transparent or semi-transparent in the spectral emission range of the diode.
  • JP 2008 041529A discloses a method for manufacturing an organic light-emitting diode over which a layer or multilayer encapsulation structure deposited above the second electrode is deposited, a layer of this dielectric structure being nanostructured to form a network. diffraction pattern above the encapsulation structure. However, the diffraction grating serves only to maximize the extraction of total internal-internal-reflection-guided modes between the OLED and the substrate or substrate and the air and does not allow the coupling of surface plasmons to propagative modes.
  • An object of the invention is therefore an organic electroluminescent diode comprising a first electrode, a stack of semiconductor organic layers, comprising at least one electroluminescent organic layer, deposited above said first electrode, a second electrode deposited on a surface said stack opposite said first electrode and a layer or dielectric multilayer encapsulation structure deposited above said second electrode, characterized in that it also comprises a dielectric layer having a structure forming a diffraction grating deposited over said layer or dielectric multilayer encapsulation structure.
  • Said structure forming a diffraction grating may have a spatial period equal to X / n eff where ⁇ is an emission wavelength of said organic electroluminescent layer and n eff an effective refractive index of an assembly comprising the layer or dielectric multilayer encapsulation structure, the second electrode and the dielectric layer having a periodic pattern at said wavelength ⁇ .
  • Said structure forming a diffraction grating may be in slots. More particularly, it may have a peak-valley amplitude of between 10 and 200 nm and / or a filling factor of between 30% and 70% and preferably between 40% and 50%.
  • Said dielectric layer having a pattern forming a diffraction grating may be spaced less than 100 nm, and preferably less than 50 nm, from the surface of said stack of organic layers on which is deposited the second electrode.
  • Said dielectric layer having a structure forming a diffraction grating may be Al 2 0 3 .
  • the layer or dielectric multilayer encapsulation structure may comprise an etch stop layer.
  • the assembly constituted by the second electrode, the layer or multilayer encapsulation structure and the dielectric layer having a structure forming a diffraction grating may be transparent at an emission wavelength of said organic electroluminescent layer.
  • Another object of the invention is a method of manufacturing such an organic light-emitting diode, comprising:
  • a structuring step by anisotropic etching of said additional dielectric layer, said structuring step leading to the formation of a diffraction grating.
  • said step of depositing a layer or multilayer encapsulation structure above the second electrode may comprise: a first sub-step of depositing a first encapsulation layer;
  • a second substep of deposition by atomic layers of a second encapsulation layer of less thickness than that of the first encapsulation layer and also serving as a stop layer for etching said additional dielectric layer.
  • FIG. 2 is a graph showing the dependence of the radiative efficiency of the OLED of FIG. 1 on the period and the depth of the structuring of the dielectric layer;
  • FIGS. 3A and 3B respectively, graphs of the radiative efficiency as a function of the emission wavelength for an OLED according to the prior art (FIG. 3A) and according to one embodiment of the invention (FIG. 3B).
  • the organic light-emitting diode of FIG. 1 (which is not to scale) comprises, starting from the bottom:
  • a substrate not shown, which may be for example silicon or glass.
  • a lower electrode EL1 made of AlCu alloy, deposited
  • This electrode is opaque and can be relatively thick (several hundreds of nanometers, even a few micrometers).
  • An organic stack EO 100 nm thick, obtained for example by PVD or liquid phase deposition. In the center of this stack is an electroluminescent layer, having an emission centered at the wavelength of 550 nm. The figure does not show this layer, but only a point emitter (a point of the layer) EP, used in the calculations leading to the graphs of Figures 2, 3A and 3B.
  • the reference RE represents the light radiation emitted by the point emitter and propagating in a direction substantially normal to the surface of the substrate.
  • the reference PL designates the plasmons guided by the interfaces between the organic stack and the lower and upper electrodes.
  • An upper electrode EL2 deposited above the organic stack, in Ag and having a thickness of 10 nm - sufficiently low to be substantially transparent, obtained for example by PVD or ALD.
  • An encapsulation structure SE covering the upper electrode to protect the organic stack of atmospheric oxygen and more generally of any contamination. It comprises a first SiO x (x ⁇ 2) CE1 layer, made for example by PVD, having a thickness of 25 nm, and a second TiO 2 CE 2 layer whose thickness is only 5 nm. In order not to deteriorate the organic stack, these layers must be deposited at a low temperature (less than 100 ° C.). Under these conditions, the CE1 layer is porous; it is therefore necessary to improve its sealing by means of the layer CE2, made by ALD and therefore very compact.
  • a CDS dielectric layer having periodic slot structuring i.e., alternating flat and flat bottom "peaks” with flat flanks
  • This layer may, for example, be Al 2 0 3 deposited by ALD and be etched by reactive ions (RIE of the English “Reactive Ions Etching”).
  • the etching traverses the entire thickness of the CDS layer, in which case CE2 also serves as a stop layer.
  • the CDS layer is responsible the extraction of plasmons and guided modes in the organic stack; for this, the period L of its structuration is given by:
  • ⁇ is a wavelength of the emission spectral range of the OLED (typically, the central wavelength, or corresponding to the emission peak) and n eff an effective refractive index, the value of which is generally higher than that of the CE1 index.
  • L is found to be about 210 - 220 nm.
  • the value of L will be optimized thanks to numerical simulations, also making it possible to optimize the peak-valley amplitude of the structuring (typically equal to the thickness of the layer) and the filling factor (typically close to 50 %, for example between 30% and 70%, preferably between 40% and 50% and more preferably between 45% and 55%).
  • FIG. 1 does not make it possible to evaluate the two-dimensional configuration of the diffraction grating CDS, which may consist of parallel strips, have a checkerboard structure or a more complex shape, for example in concentric circles, in the form of a grid, square network of studs or holes, etc. What matters is that the structuring behaves like a diffraction grating allowing the coupling of the guided modes and the plasmons with free propagation modes able to leave the light-emitting diode.
  • peripherality of engraving must be interpreted broadly; more generally, one can consider that the structuring is "quasi-periodic". For example, its period or amplitude may fluctuate more or less regularly, for example up to ⁇ 15%.
  • FIG. 1 is given solely by way of nonlimiting example.
  • the part of the structure between the substrate and the enclosed encapsulation structure is quite conventional, and can be modified in a known manner.
  • the lower electrode generally serves as the cathode and upper anode electrode, but the reverse is also possible.
  • the encapsulation structure in particular, may be different from that described. For example, it can be entirely in Ti0 2 ALD.
  • the thicknesses of the different layers are not critical. However, it is necessary for the structured CDS layer to be close to the interface between the organic stack and the second electrode - with a separation not exceeding 100 nm and preferably 50 nm. In the opposite case, the coupling of the plasmons and the guided modes with the diffraction grating will be too weak to bring about an appreciable improvement of the radiative efficiency.
  • the CDS dielectric layer may not be etched into slots, although this is the simplest option to achieve. Furthermore, the etching may not pass through the entire thickness of the layer, in which case the presence of a barrier layer is not essential; however, this requires a mastery of the hard-to-reach etching process.
  • Figure 1 shows that plasmons are present at both interfaces of the organic stack: the one with the lower electrode and the one with the upper electrode.
  • the invention allows the extraction of only plasmons propagating along this second interface, as well as guided optical modes. Thus, losses associated with plasmons generated at the back of the OLED (near the lower electrode) are not eliminated. This limitation does not prevent the invention from resulting in a significant improvement in the radiative efficiency, as will be shown hereinafter with reference to FIGS. 2, 3A and 3B.
  • Figure 2 is a gray scale graph showing how the radiative efficiency r
  • the radiative efficiency is defined as the ratio between the radiated power P ra d and the sum of this same radiated power and the power P BS absorbed by the metallic electrodes (losses due mainly to plasmons):
  • the optimal period is of the order of 210 nm, and that the yield increases with the depth h up to a peak when the latter reaches about 100 nm.
  • the radiative efficiency at 550 nm is almost 25%, compared with about 10% in the absence of a diffraction grating.

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Abstract

Diode électroluminescente organique comprenant une première électrode (EL1), un empilement de couches organiques semi-conductrices (EO), comprenant au moins une couche organique électroluminescente, déposé au-dessus de ladite première électrode, une seconde électrode (EL2) déposée sur une surface dudit empilement opposée à ladite première électrode et une couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation (SE) déposée au-dessus de ladite seconde électrode, caractérisée en ce qu'elle comprend également une couche diélectrique (CDS) présentant une structuration formant un réseau de diffraction déposée au-dessus de ladite couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation. Procédé de fabrication d'une telle diode électroluminescente organique.

Description

DIODE ÉLECTROLUMINESCENTE ORGANIQUE À RENDEMENT OPTIMISÉ
PAR EXTRACTION DE PLASMONS ET MODE GUIDÉS ET SON PROCÉDÉ
DE FABRICATION
L'invention porte sur une diode électroluminescente organique (OLED), plus particulièrement du type à émission par le haut. Une telle diode peut être appliquée, en particulier, à l'affichage (écrans OLED) mais se prête également à d'autres applications telles que l'éclairage.
Une OLED est constituée d'un empilement de couches organiques semi-conductrices comprenant au moins une couche émissive, situé entre deux électrodes, très souvent métalliques. L'empilement organique est constitué au moins d'une couche de transport de trous, une couche d'émission (électroluminescente) et une couche de transport d'électrons. L'épaisseur de la zone organique est généralement fixée autour des 100 nm, de sorte à former une cavité Fabry-Pérot demi-onde pour le visible (l'indice optique des couches organiques est typiquement de l'ordre de 1 ,7). L'application d'une différence de potentiel entre les électrodes injecte dans l'empilement organique des électrons et trous qui se recombinent de manière radiative dans la couche émissive.
Les émetteurs sont à une distance assez faible des électrodes vis-à-vis de la longueur d'onde, ce qui engendre l'excitation de plasmons à la surface des électrodes, outre le mode Fabry-Pérot vertical radiatif utile. Ces plasmons sont des modes guidés planaires, totalement absorbés par le métal au bout d'une certaine distance de propagation latérale.
Aujourd'hui, ces plasmons sont responsables de pertes dans l'OLED. Ces pertes s'ajoutent aux pertes par modes guidés dans l'empilement organique, qui ne peuvent être extraits dans l'air en raison de l'écart d'indice air/couche organique (réflexion totale interne selon la loi de Snell-Descartes). Au total, l'ensemble de ces pertes optiques représente près de 80% de l'énergie apportée. Les OLEDs ne peuvent donc avoir une efficacité radiative excédant 20%.
Le document WO 2014/191733 décrit une diode électroluminescente organique à émission par le haut (c'est-à-dire par la surface opposée à celle du substrat), dans laquelle l'électrode supérieure, à travers laquelle la lumière est émise, est structurée périodiquement de manière à former un réseau de diffraction. Le document US 2013/0153861 , quant à lui, décrit une diode électroluminescente organique à émission par le bas (c'est-à-dire à travers le substrat) dans laquelle c'est l'électrode inférieure qui est structurée. Dans les deux cas, le couplage avec le réseau permet - d'une manière connue en soi - d'extraire les plasmons et les modes guidés, améliorant ainsi le rendement radiatif.
L'inconvénient de ces dispositifs est que la gravure d'une électrode métallique n'est pas aisée. En particulier, dans le cas d'une diode à émission par le haut (WO 2014/191733), la structuration de l'électrode supérieure risque de détériorer l'empilement organique.
L'invention vise à surmonter les inconvénients de l'art antérieur. Plus particulièrement, elle vise à procurer une diode électroluminescente organique, en particulier à émission par le haut, présentant un rendement radiatif optimisé par extraction des plasmons et des modes guidés, dont la fabrication est simple et présente un très faible risque d'endommagement de l'empilement organique.
Conformément à l'invention, ce but est atteint en ne structurant pas une électrode, mais une couche diélectrique déposée au- dessus d'une couche ou structure multicouches d'encapsulation qui recouvre l'électrode supérieure et protège l'empilement organique. La couche diélectrique peut être structurée, notamment par une technique de gravure sèche telle que la gravure par ions réactifs (RIE de l'anglais « Reactive Ions Etching »), l'encapsulation évitant tout risque d'endommagement de l'empilement organique.
L'encapsulation des diodes électroluminescentes organiques est une technique bien connue, voir par exemple l'article de D. Yu, Y.Q. Yang et al. « Récent progress on thin-film encapsulation technologies for organic electronic devices », Optics Communications 362 (2016) 43-49. Toute structure d'encapsulation connue de l'art antérieur peut convenir à la mise en œuvre de l'invention, pourvu que son épaisseur ne soit pas trop importante (par exemple, non supérieure à 100 nm) et qu'elle soit transparente ou semi- transparente dans la plage spectrale d'émission de la diode.
Le document JP 2008 041529A décrit une méthode pour fabriquer une diode électroluminescente organique au-dessus de laquelle est déposée une couche ou structure multicouches d'encapsulation déposée au- dessus de la seconde électrode, une couche de cette structure diélectrique étant nanostructurée pour former un réseau de diffraction au-dessus de la structure d'encapsulation. Cependant, le réseau de diffraction sert uniquement maximiser l'extraction des modes guidés par réflexion totale interne entre l'OLED et le substrat ou le substrat et l'air et ne permet pas le couplage des plasmons de surface à des modes propagatifs
Un objet de l'invention est donc une diode électroluminescente organique comprenant une première électrode, un empilement de couches organiques semi-conductrices, comprenant au moins une couche organique électroluminescente, déposé au-dessus de ladite première électrode, une seconde électrode déposée sur une surface dudit empilement opposée à ladite première électrode et une couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation déposée au-dessus de ladite seconde électrode, caractérisée en ce qu'elle comprend également une couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction déposée au-dessus de ladite couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation.
Selon des modes de réalisation particuliers d'une telle diode électroluminescente organique :
- Ladite structuration formant un réseau de diffraction peut présenter une période spatiale égale à X/neff où λ est une longueur d'onde d'émission de ladite couche organique électroluminescente et neff un indice de réfraction effectif d'un ensemble comprenant la couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation, la seconde électrode et la couche diélectrique présentant une structuration périodique à ladite longueur d'onde λ. Ladite structuration formant un réseau de diffraction peut être en créneaux. Plus particulièrement, elle peut présenter une amplitude sommet-vallée comprise entre 10 et 200 nm et/ou un facteur de remplissage compris entre 30% et 70% et de préférence entre 40% et 50%.
- Ladite couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction peut être espacée de moins de 100 nm, et de préférence de moins de 50 nm, de la surface dudit empilement de couches organiques sur laquelle est déposée la seconde électrode.
Ladite couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction peut être en Al203.
La couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation peut comprendre une couche d'arrêt de gravure.
L'ensemble constitué par la seconde électrode, la couche ou structure multicouches d'encapsulation et la couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction peut être transparent à une longueur d'onde d'émission de ladite couche organique électroluminescente.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une telle diode électroluminescente organique, comprenant :
une étape de fabrication d'un ensemble comprenant la première électrode, l'empilement de couches organiques semi-conductrices et la seconde électrode ;
une étape de dépôt d'une couche ou structure multicouches d'encapsulation au-dessus de la seconde électrode ;
une étape de dépôt d'une couche diélectrique additionnelle au-dessus de ladite couche ou structure multicouches d'encapsulation ; et
une étape de structuration par gravure anisotrope de ladite couche diélectrique additionnelle, ladite étape de structuration conduisant à la formation d'un réseau de diffraction.
Selon un mode de réalisation avantageux d'un tel procédé, ladite étape de dépôt d'une couche ou structure multicouches d'encapsulation au-dessus de la seconde électrode peut comprendre : une première sous-étape de dépôt d'une première couche d'encapsulation ; et
une deuxième sous-étape de dépôt par couches atomiques d'une deuxième couche d'encapsulation, d'épaisseur moindre que celle de la première couche d'encapsulation et servant également de couche d'arrêt pour la gravure de ladite couche diélectrique additionnelle.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement :
- La figure 1 , une vue en coupe d'une OLED à émission par le haut selon un mode de réalisation de l'invention ;
La figure 2, un graphique montrant la dépendance du rendement radiatif de l'OLED de la figure 1 de la période et de la profondeur de la structuration de la couche diélectrique ; et
- Les figures 3A et 3B, respectivement, des graphiques du rendement radiatif en fonction de la longueur d'onde d'émission pour une OLED selon l'art antérieur (fig. 3A) et selon un mode de réalisation de l'invention (fig. 3B).
La diode électroluminescente organique de la figure 1 (qui n'est pas à l'échelle) comprend, en partant du bas :
Un substrat, non représenté, qui peut être par exemple en silicium ou en verre.
Une électrode inférieure EL1 , en alliage AlCu, déposée
(par exemple, par dépôt physique par phase vapeur - PVD de l'anglais « Physical Vapor Déposition ») au-dessus d'une surface du substrat. Cette électrode est opaque et peut être relativement épaisse (plusieurs centaines de nanomètres, voire quelques micromètres).
Une couche tampon CT en TiN, présentant une épaisseur de l'ordre de 10 nm, déposée par exemple par PVD, PECVD (de l'anglais « Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition », dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) ou ALD (de l'anglais « Atomic Layer Déposition », dépôt de couches atomiques). Un empilement organique EO, d'épaisseur 100 nm, obtenu par exemple par PVD ou dépôt en phase liquide. Au centre de cet empilement se trouve une couche électroluminescente, présentant une émission centrée à la longueur d'onde de 550 nm. La figure ne montre pas cette couche, mais seulement un émetteur ponctuel (un point de la couche) EP, utilisé dans les calculs conduisant aux graphiques des figures 2, 3A et 3B. La référence RE représente le rayonnement lumineux émis par l'émetteur ponctuel et se propageant selon une direction sensiblement normale à la surface du substrat. La référence PL désigne les plasmons guidés par les interfaces entre l'empilement organique et les électrodes inférieure et supérieure.
Une électrode supérieure EL2, déposée au-dessus de l'empilement organique, en Ag et ayant une épaisseur de 10 nm - suffisamment faible pour être sensiblement transparente, obtenue par exemple par PVD ou ALD.
Une structure d'encapsulation SE recouvrant l'électrode supérieure afin de protéger l'empilement organique de l'oxygène atmosphérique et plus généralement de toute contamination. Elle comprend une première couche CE1 en SiOx (x<2), fabriquée par exemple par PVD, présentant une épaisseur de 25 nm, et une deuxième couche CE2 en Ti02 dont l'épaisseur est de seulement 5 nm. Pour ne pas détériorer l'empilement organique, ces couches doivent être déposées à basse température (moins de 100 °C). Dans ces conditions, la couche en CE1 est poreuse ; il est donc nécessaire d'améliorer son étanchéité au moyen de la couche CE2, réalisée par ALD et donc très compacte.
Une couche diélectrique CDS présentant une structuration périodique en créneaux (c'est-à-dire une alternance de « sommets » plats et « vallées » à fond plats, avec des flancs raides) formant un réseau de diffraction. Cette couche peut, par exemple, être en Al203 déposé par ALD et être gravée par ions réactifs (RIE de l'anglais « Reactive Ions Etching »).
Avantageusement, la gravure traverse toute l'épaisseur de la couche CDS, auquel cas CE2 sert aussi de couche d'arrêt. La couche CDS est responsable de l'extraction des plasmons et des modes guidés dans l'empilement organique ; pour cela, la période L de sa structuration est donnée par :
λ
L =
neff
où λ est une longueur d'onde de la plage spectrale d'émission de l'OLED (typiquement, la longueur d'onde centrale, ou correspondante au pic d'émission) et neff un indice de réfraction effectif, dont la valeur est généralement supérieure à celle de l'indice de CE1 . Ainsi, pour λ=550 nm et neff - calculé par simulation numérique - de l'ordre de 2,5, on trouve que L doit être d'environ 210 - 220 nm. En pratique, la valeur de L sera optimisée grâce à des simulations numériques, permettant également d'optimiser l'amplitude sommet-vallée de la structuration (typiquement égale à l'épaisseur de la couche) et le facteur de remplissage (typiquement proche de 50%, par exemple compris entre 30% et 70%, de préférence entre 40% et 50% et de manière encore préférée entre 45% et 55%).
La figure 1 ne permet pas d'apprécier la configuration bidimensionnelle du réseau de diffraction CDS, qui peut être constitué de bandes parallèles, présenter une structure en damier ou bien une forme plus complexe, par exemple en cercles concentriques, en forme de grille, de réseau carré de plots ou de trous, etc. Ce qui compte est que la structuration se comporte comme un réseau de diffraction permettant le couplage des modes guidés et des plasmons avec des modes de propagation libre capables de sortir de la diode électroluminescente.
La notion de « périodicité » de la gravure doit être interprétée de manière large ; plus généralement, on peut considérer que la structuration est « quasi-périodique ». Par exemple, sa période ou son amplitude peuvent fluctuer de manière plus ou moins régulière, par exemple jusqu'à ±15%.
Il est important de comprendre que la structure de la figure 1 est donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif.
La partie de la structure comprise entre le substrat et la structure d'encapsulation incluse est tout à fait conventionnelle, et peut être modifiée de manière connue. L'électrode inférieure sert généralement de cathode et l'électrode supérieure d'anode, mais l'inverse est également possible.
La structure d'encapsulation, en particulier, peut être différente de celle décrite. Par exemple, elle peut être entièrement en Ti02 ALD.
Les épaisseurs des différentes couches ne sont pas critiques. Cependant, il est nécessaire que la couche structurée CDS soit proche de l'interface entre l'empilement organique et la deuxième électrode - avec une séparation n'excédant pas 100 nm et de préférence 50 nm. Dans le cas contraire, le couplage des plasmons et des modes guidés avec le réseau de diffraction sera trop faible pour apporter une amélioration appréciable du rendement radiatif.
La couche diélectrique CDS peut ne pas être gravée en créneaux, bien qu'il s'agisse là de l'option la plus simple à réaliser. Par ailleurs, la gravure peut ne pas traverser toute l'épaisseur de la couche, auquel cas la présence d'une couche d'arrêt n'est pas essentielle ; cela nécessite cependant une maîtrise du processus de gravure difficile à atteindre.
La figure 1 montre que des plasmons sont présents aux deux interfaces de l'empilement organique : celle avec l'électrode inférieure et celle avec l'électrode supérieure. L'invention permet l'extraction des seuls plasmons se propageant le long de cette deuxième interface, ainsi que des modes optiques guidés. Ainsi, les pertes associées aux plasmons générés à l'arrière de l'OLED (près de l'électrode inférieure) ne sont pas éliminées. Cette limitation n'empêche pas l'invention d'aboutir à une amélioration significative du rendement radiatif, comme cela sera montré ci-après en référence aux figures 2, 3A et 3B.
La figure 2 est un graphique en échelle de gris qui montre comment le rendement radiatif r|rad de la diode de la figure 1 à une longueur d'onde de 550 nm dépend de la période L et de la profondeur h du réseau de diffraction gravé dans la couche CDS. Le rendement radiatif est défini comme le rapport entre la puissance rayonnée Prad et la somme de cette même puissance rayonnée et de la puissance Pabs absorbée par les électrodes métalliques (pertes dues essentiellement aux plasmons) :
_ Prad
Vrad
"rad "abs
On peut voir que la période optimale est de l'ordre de 210 nm, et que le rendement augmente avec la profondeur h jusqu'à plafonner lorsque cette dernière atteint 100 nm environ. Avec un choix optimal des paramètres du réseau, le rendement radiatif à 550 nm est de presque 25%, contre 10% environ en l'absence de réseau de diffraction.
Les figures 3A et 3B montrent, respectivement, le rendement radiatif en fonction de la longueur d'onde pour une diode électroluminescente selon l'art antérieur (identique à celle de la figure 1 , mais sans la couche structurée CDS) et pour la diode de la figure 1 avec un réseau de diffraction optimisé : L=210 nm, h=100 nm. Il convient de remarquer la différence d'échelle des ordonnées. Ces graphiques confirment l'importance de l'augmentation de rendement. On peut aussi constater que la présence du réseau de diffraction a tendance à réduire la largeur spectrale de la lumière émise, ce qui est avantageux pour certaines applications (couleurs plus saturées, moindres exigences de filtrage...). Le rendement spectral intégré sur toute la gamme visible augmente sensiblement, passant d'environ 7% à 12%.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Diode électroluminescente organique comprenant une première électrode (EL1 ), un empilement de couches organiques semi- conductrices (EO), comprenant au moins une couche organique électroluminescente, déposé au-dessus de ladite première électrode, une seconde électrode (EL2) déposée sur une surface dudit empilement opposée à ladite première électrode et une couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation (SE) déposée au-dessus de ladite seconde électrode, caractérisée en ce qu'elle comprend également une couche diélectrique (CDS) présentant une structuration formant un réseau de diffraction déposée au-dessus de ladite couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation, ladite couche diélectrique présentant une structuration étant espacée de moins de 100 nm de la surface dudit empilement de couches organiques sur laquelle est déposée la seconde électrode, de manière à permettre le couplage avec des modes propagatifs et l'extraction de modes guidés obtenus par la réflexion totale interne du rayonnement lumineux émit dans l'empilement de couches organiques et de plasmons générés à la surface des électrodes.
2. Diode électroluminescente organique selon la revendication 1 dans laquelle ladite structuration formant un réseau de diffraction présente une période spatiale égale à X/neff où λ est une longueur d'onde d'émission de ladite couche organique électroluminescente et neff un indice de réfraction effectif d'un ensemble comprenant la couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation, la seconde électrode et la couche diélectrique présentant une structuration périodique à ladite longueur d'onde λ.
3. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite structuration formant un réseau de diffraction est en créneaux.
4. Diode électroluminescente organique selon la revendication 3 dans laquelle ladite structuration en créneaux présente une amplitude sommet-vallée comprise entre 10 et 200 nm.
5. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications 3 et 4 dans laquelle ladite structuration en créneaux présente un facteur de remplissage compris entre 30% et 70% et de préférence entre 40% et 50%.
6. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction est espacée de moins de 80 nm, et de préférence de moins de 50 nm, de la surface dudit empilement de couches organiques sur laquelle est déposée la seconde électrode.
7. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction est en Al203.
8. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la couche ou structure multicouche diélectrique d'encapsulation comprend une couche (CE2) d'arrêt de gravure.
9. Diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'ensemble constitué par la seconde électrode, la couche ou structure multicouches d'encapsulation et la couche diélectrique présentant une structuration formant un réseau de diffraction est transparent à une longueur d'onde d'émission de ladite couche organique électroluminescente.
10. Procédé de fabrication d'une diode électroluminescente organique selon l'une des revendications précédentes comprenant :
une étape de fabrication d'un ensemble comprenant la première électrode (EL1 ), l'empilement de couches organiques semi- conductrices (EO) et la seconde électrode (EL2) ;
une étape de dépôt d'une couche ou structure multicouches (SE) d'encapsulation au-dessus de la seconde électrode ;
une étape de dépôt d'une couche diélectrique additionnelle (CDS) au-dessus de ladite couche ou structure multicouches d'encapsulation ; et
une étape de structuration par gravure anisotrope de ladite couche diélectrique additionnelle, ladite étape de structuration conduisant à la formation d'un réseau de diffraction, ledit réseau de diffraction étant espacé de moins de 100 nm, de la surface dudit empilement de couches organiques sur laquelle est déposée la seconde électrode, de manière à permettre le couplage avec des modes propagatifs et l'extraction de modes guidés obtenus par la réflexion totale interne du rayonnement émit dans l'empilement de couches organiques et de plasmons générés à la surface des électrodes.
1 1 . Procédé selon la revendication 10 dans lequel ladite étape de dépôt d'une couche ou structure multicouches d'encapsulation au- dessus de la seconde électrode comprend :
une première sous-étape de dépôt d'une première couche d'encapsulation (EL1 ) ; et
une deuxième sous-étape de dépôt par couches atomiques d'une deuxième couche d'encapsulation (EL2), d'épaisseur moindre que celle de la première couche d'encapsulation et servant également de couche d'arrêt pour la gravure de ladite couche diélectrique additionnelle.
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