(57)【要約】【課題】本発明は、光を放出させるために、キャリアの両極注入を効率的に柔軟に行うことができる、製造が簡単な装置を提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を解決するため、本発明は、少なくとも１つのキャリア再結合層を備える発光領域を介して電気的に接続された第１主電極及び第２主電極を少なくとも具備し、さらに上記発光領域において再結合を制御するための１以上の別の電極を具備するタイプの発光アンビポーラ装置において、  上記第１主電極及び第２主電極、並びに上記の発光領域において再結合を制御するための１以上のさらに別の電極が、上記領域に関して平面状の配置に配列され、  上記発光領域に関して１以上の分離用通路を認識する再結合を制御するための１以上のさらに別の電極が、上記少なくとも１つのキャリア再結合層を備えることを特徴とする発光アンビポーラ装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光領域（１２；２２；３２；４２）が少なくとも１つのキャリア再結合層（１９）を備え、該発光領域（１２；２２；３２；４２）を介して電気的に接続された第１主電極（１３；３３）及び第２主電極（１４；３４）を少なくとも具備し、さらに上記発光領域（１２；２２；３２；４２）において再結合を制御するための１以上の別の電極（１５、１６；３５、３６；４５、４６）を具備するタイプの発光アンビポーラ装置において、
上記第１主電極（１３；３３）及び第２主電極（１４；３４）、並びに上記の発光領域（１２；２２；３２；４２）において再結合を制御するための１以上の別の電極（１５、１６；３５、３６；４５、４６）が、上記発光領域（１２；２２；３２；４２）に対して平面状に配置され、
上記の再結合を制御するための１以上の別の電極（１５、１６；３５、３６；４５、４６）が、上記の少なくとも１つのキャリア再結合層（１９）を備える発光領域（１２；２２；３２；４２）に対して、１以上の分離用通路（１７、１８；２７、２８；３７、３８）を識別できるように配置されることを特徴とする発光アンビポーラ装置。
【請求項２】
上記キャリア再結合層（１９）の全部若しくは一部が、パーコレーション層であることを特徴とする請求項１記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項３】
上記パーコレーション層（１９）が、第１仕事関数（ＷＦ１）に対応する第１金属（Ｍ１）と、第２仕事関数（ＷＦ２）に対応する第２金属（Ｍ２）と、少なくとも１つの発光半導体（Ｓ）とを有することを特徴とする請求項２記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項４】
上記発光領域（２２）が、台形の形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項５】
上記の１以上の別の電極（３５、３６）、及び／又は、上記の第１主電極（３３）、及び／又は、上記の第２主電極（３４）がスパイクを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項６】
上記１以上の別の電極（４５、４６）、及び／又は、上記領域（４２）が、それらが互いに対向する領域において、様々に湾曲した形状を有することを特徴とする請求項４記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項７】
上記第１金属（Ｍ１）が、金、銀、プラチナ、コバルト、銅からなる群から選択され、上記第２金属（Ｍ２）が、マグネシウム、カルシウム、サマリウム、イットリウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項８】
上記第１金属（Ｍ１）と上記第２金属（Ｍ２）との仕事関数の差異が、少なくとも１ｅＶであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項９】
上記パーコレーション層（１９）が、電子若しくはホールのための輸送材料として作用する半導体を付加的に含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項１０】
上記の少なくとも１つの再結合層（１９）の全部若しくは一部が、レーザーの分野に応用される有機層であることを特徴とする請求項１記載の発光アンビポーラ装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載された発光アンビポーラ装置のマトリクスを備えることを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのキャリア再結合層を備える発光領域を介して電気的に接続されている第１主電極及び第２主電極を少なくとも具備し、さらに上記発光領域における再結合を制御するための１以上の別の電極を具備するタイプの発光アンビポーラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、ある制御電極若しくはゲート電極における電圧により規定される極性に依存して、チャンネルｐ若しくはチャンネルｎの装置として作動する、いわゆるアンビポーラタイプの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を、バイポーラ若しくは混合型のモードで作動させることができる。これらの装置において、電子とホールの両方は、ソース電極とドレイン電極により別々に注入される。適切にゲート電極を調整し、そしてドレインソース電圧に作用することにより、等量の電子とホールの注入を制御することができる。これにより、装置内でｐｎ接合を形成することができ、それにより励起子の形成を期待することができる。この励起子の再結合は、放射遷移、即ち光の放出をもたらすことができる。
【０００３】
例えば、刊行物「発光型電界効果トランジスタ」（Ｊ．Ｈ．Ｓｃｈｏｅｎ，Ａ，Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ，Ｃｈ．Ｋｌｏｃ，Ｂ．Ｂａｔｔｌｏｇｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９０３巻、２０００年１１月３日）により、再結合のための層として、有機半導体、α−セキシチオフェン（α−sexitiophene）を使用する同様のエレクトロルミネッセンスアンビポーラ装置が知られている。特定のタイプの半導体を使用することにより、エレクトロルミネッセンスにより放出される電磁波のスペクトルを決定することができる。さらに、ＦＥＴ構造を用いるこの装置は、ソース電極、ドレイン電極、及び高い品質のゲート電極の製造において、良好なオーミック電極を得るためには、特定のケアーを必要とする。
【非特許文献１】「発光型電界効果トランジスタ」（Ｊ．Ｈ．Ｓｃｈｏｅｎ，Ａ，Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ，Ｃｈ．Ｋｌｏｃ，Ｂ．Ｂａｔｔｌｏｇｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９０３巻、２０００年１１月３日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、既知の解決手段に対して製造が簡単な装置により、キャリアの両極注入を効率的に柔軟的に用いることができ、それにより光放出することができる解決手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記目的は、特に添付の特許請求の範囲に記載された特性を有する発光装置により達成することができる。
【０００６】
容易に明らかであるように、本発明の好ましい実施の形態において、少なくとも１つの再結合層を含む発光領域に対して電気的に接触された第１主電極及び第２主電極を少なくとも具備し、さらに発光領域における再結合を制御するための１以上の別の電極を具備するタイプの発光アンビポーラ装置において、
上記第１主電極及び第２主電極、並びに上記の発光領域における再結合を制御するための１以上の別の電極が、上記発光領域に対して平面状に配置され、
上記の再結合の制御のための１以上の別の電極が、キャリア再結合層を含む上記発光領域に対して、１以上の分離用通路を識別することができるように配置された発光アンビポーラ装置が開示されている。第２の発明によれば、上記キャリア再結合層は、少なくとも部分的にパーコレーション層である。
【０００７】
以下、本発明を、添付の図面を参照しながら具体例だけにより記載するが、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る、発光装置、特にエレクトロルミネッセンス装置を示している。これは、全体を通して参照番号１０により示されている。
【０００９】
上記エレクトロルミネッセンス装置１０は、絶縁材料、好ましくは二酸化珪素ＳｉＯ２若しくはアルミナＡｌ２Ｏ３からなる基板１１を備える。この基板１１上に、実質的に矩形の形状のエレクトロルミネッセンス領域１２を積層させる。上記エレクトロルミネッセンス領域１２には、電気的接続端子が設けられている。この電気的接続端子には、第１の主電極１３及び第２の主電極１４が埋め込まれている。この第１主電極１３と第２主電極１４は金からなる。また、これらの電極は平面タイプである。第１主電極１３及び第２主電極１４は、矩形の形状のエレクトロルミネッセンス領域１２の２つの対向するサイドに接触しながら、上記サイドに沿ってそれぞれ配置されている。上記基板１１上において、上記第１主電極１３及び第２主電極１４により特定される軸に対して垂直の軸に沿って、第１の注入電極１５及び第２の注入電極１６が積層されている。また、これらの電極１５、１６は、平面タイプである。さらに、これらの電極１５、１６は、エレクトロルミネッセンス領域１２のサイドに対して、２つの分離用通路１７及び１８がそれぞれ識別されるように、エレクトロルミネッセンス領域１２のサイドにおいて、距離ｄ１の位置に配置される。上記距離ｄ１は、５００ｎｍより小さい。上記分離用通路１７及び１８の機能は、注入電極１５及び１６と主電極１３及び１４との間で直接電気接続パスが形成されるのを防止することにある。第１主電極１３と第２主電極１４との間において、バイアス電圧Ｖ１が印加され、一方、注入電極１５と１６との間において、注入電圧Ｖ２が印加される。
【００１０】
分離用通路１７及び１８の幅長に対応する距離ｄ１は、注入電圧Ｖ２の値に依存する。この注入電圧Ｖ２は、キャリアの再結合が起こるエレクトロルミネッセンス領域１２内において、キャリア、即ち電子とホールの輸送を助けるために印加される。この再結合は、図２に関して後で詳細に記載された再結合理論に従って起こる。
【００１１】
とにかく、注入電極１５と１６の大きさ及びこれらの電極間の距離を、印加電圧に応じて、さらに光放出の起こる再結合領域に応じて選択することができる。
【００１２】
第２発明によるエレクトロルミネッセンス領域１２は、薄いパーコレーション層１９を備える。絶縁材料と金属とが無秩序に配置された系が、非連続的フィルム若しくはパーコレーション構造という名で知られている。
【００１３】
上記パーコレーション構造が、フィルム若しくは薄い層の形態である時、それらは、大きな塊が有する特性とは異なる電気輸送特性、特にパーコレーションによる伝導と結び付けることができるある種の輸送特性を示す。
【００１４】
特に、エレクトロルミネッセンス領域１２を具現化するパーコレーション層１９は、第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２、並びにエレクトロルミネッセンス材料Ｓにより構成される。このエレクトロルミネッセンス材料Ｓは、発光装置として動作するように、放射遷移を可能とする半導体を含む。上記第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２は、相互に異なる、引き出し仕事関数が存在するように選択され、局所的な電場を発生させる。それにより上記半導体において、エレクトロルミネッセンス材料Ｓへの注入が補助される。好ましい実施の形態においては、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２との仕事関数の差は、少なくとも１ｅＶである。具体的には、上記第１金属Ｍ１を、金、銀、プラチナ、コバルト、銅等の、４〜５ｅＶの仕事関数を有する金属の群から選択しても良く、一方、第２金属Ｍ２を、マグネシウム、カルシウム、サマリウム、イットリウム等の仕事関数が低い金属、即ち指標として仕事関数の値が３．４ｅＶより低い金属の群から選択しても良い。発光材料Ｓの選択に関しては、可視領域にバンドギャップを有する無機半導体若しくは有機半導体が提案されている。パーコレーション層１９において、上記発光材料Ｓに対して、電子及び／又はホールの輸送材料として作用するさらに別の半導体を添加しても良い。
【００１５】
図２は、電場が添加されていない状態での、第１金属Ｍ１−発光材料Ｓ−第２金属Ｍ２の界面におけるエネルギーレベルを示した図である。
【００１６】
参照番号Ｅ０は、空のエネルギーレベルを示している。一方、ＷＦ１は、第１金属Ｍ１の第１仕事関数、即ち、金属Ｍ１の伝導帯と空のエネルギーレベルＥ０との間のエネルギーの大きさを示している。同様に、参照番号ＷＦ２は、第２金属Ｍ２の第２仕事関数を示している。
【００１７】
図２は、２つの接合部、即ち、第１接合部Ｇ１（第１金属Ｍ１−半導体Ｓ）及び第２接合部Ｇ２（半導体−第２金属Ｍ２）が存在することを示している。これらの接合部に対応するエネルギーギャップは相違する。２つの金属Ｍ１の仕事関数ＷＦ１と金属Ｍ２の仕事関数ＷＦ２との間の差により、電荷輸送を助ける電場が発生する。主電極１３及び１４の端部に電圧Ｖ１を印加すると、接合部Ｇ１とＧ２に近接する領域のエネルギーレベルは、湾曲し、低仕事関数ＷＦ２を有する第２金属Ｍ２と、発光材料Ｓを構成する半導体の伝導帯Ｅｃとの間で、電子ｅ−の注入が容易になされる。同様に、高仕事関数ＷＦ１を有する第１金属Ｍ１から、発光材料Ｓ自身の価電子帯に、容易に、ホールｈ＋が注入される。発光材料Ｓを構成する半導体内で電子−ホール対が生成されることにより、再結合が生じる。この再結合は、フォトンの放出、即ち光の放出を伴う、その後の放射遷移と対応する。
【００１８】
別の注入電極１５と１６により、アンビポーラ特性による、提案された装置の動作を決定する。
【００１９】
上記アンビポーラの動作は、図３に概略的に示されている。この図３において、上記注入電極１５及び１６間の注入電圧Ｖ２により印加される電場の偏りに関連して、ｎ型１０１とｐ型１０２の２つの分離した領域が、上記領域１２のパーコレーション層１９内において発生することにより、また２つの主電極１３及び１４間において電子及びホールの流れを注入することにより、図１のエレクトロルミネッセンス装置１０が実現され、そして、より大きな再結合領域１１０が決定される。関数Ｇ１及びＧ２、即ち第１金属−半導体界面と半導体−第２金属界面において形成された障壁の高さにより、あるケースにおいてはホールの注入を調整し、他のケースにおいては電子の注入を調整する。注入電極１５及び１６と、主電極との間に外的に誘導される付加的な電場は、これらの障壁層に作用する。この障壁は、発光材料Ｓを構成する半導体への注入を容易にする。さらに、２つの対の電極間に印加される両極化用電圧Ｖ１と注入電圧Ｖ２とを調整することにより、電子及びホールの注入におけるバランスと濃度を調節し、それにより装置のより大きな再結合領域１１０を、上記領域１２内において変更することができる。
【００２０】
それにより、エレクトロルミネッセンス装置１０の制御パラメータは、電源電圧Ｖ１、注入電圧Ｖ２、並びに分離用通路１７及び１８の寸法、即ち距離ｄ１、さらに電極１３、１４、１５及び１６の形状である。
【００２１】
距離ｄ１を変更することにより、電極に印加される電圧Ｖ１及びＶ２の値を変更することなく、電荷のバランス及び濃度を調節することができ、パーコレーション層１９内において異なる電場が得られる。電源電圧Ｖ１と注入電圧Ｖ２を調整することにより、再結合が促進されるパーコレーション層１９の領域１１０を調節することが可能である。
【００２２】
図４は、図１のエレクトロルミネッセンス装置１０のバリエーションであるエレクトロルミネッセンス装置２０を示している。このエレクトロルミネッセンス２０は、台形の形状のエレクトロルミネッセンス領域２２を備える。この台形の傾斜した側面は、注入電極１５及び１６に面する。これらの電極１５、１６と、エレクトロルミネッセンス領域２２のサイドとの間の距離ｄ１は、１次関数的に変化する。このように特定される分離用通路２７及び２８は、以下の直角三角形に対応する。この直角三角形は、その高さとして、電極とエレクトロルミネッセンス領域との間の最大距離ｄ１を有し、さらに、より長い直角辺（カテトス）として注入電極の幅長を有し、また、斜辺として、領域２２を構成する台形の傾斜辺を有する。再結合が実際に起こっている、エレクトロルミネッセンス領域２２のパーコレーション層１９の一部が、参照番号１２０により示されている。
【００２３】
再結合領域を得るために、これらの電極の形状を最適化しても良い。この再結合領域は、できるだけ広範で均一な電場によりもたらされる。このことと関連するけれども、図５は、本発明に係るエレクトロルミネッセンス装置のさらに別の実施の形態３０であって、特異点において電場を増大させるように、スパイク状の注入電極３５及び３６を備える装置を示している。図５の装置３０において、主電極３３及び３４が示されている。これらの主電極３３、３４には、電極３５及び３６の先端に対して垂直な軸上にスパイクが同様に設けられている。エレクトロルミネッセンス領域３２のパーコレーション層１９における、より大きな再結合領域１３０は、特に狭く、主電極３３及び３４により規定された軸上に配置されている。このエレクトロルミネッセンス領域３２は、注入電極３５及び３６が相補的なスパイクを有するように成形され、それにより繰り返し構造が形成され、さらに分離したジグザグにより分離用通路３７及び３８が維持されている。
【００２４】
図６は、上記と異なり、エレクトロルミネッセンス領域４２に対向する部分に、様々に湾曲したプロファイルが設けられた側面を有する注入電極４５及び４６を備える。このプロファイルにより、同様に湾曲したサイドを有する領域４２のパーコレーション層１９において、均一性が変化する電場を発生させる。
【００２５】
発光アンビポーラ装置は、本明細書で提案されたタイプの装置により構成された能動的もしくは受動的マトリクスの作製のため、発光ディスプレイの分野に主に応用することができる。
【００２６】
能動的マトリクスディスプレイに関して言えば、スタートポイントは、通常、アモルファス状若しくは多結晶シリコン（高い温度若しくは低い温度）からなるＴＦＴマトリクスである。このタイプの能動的マトリクスが開発され、液晶ディスプレイとして使用されてきた。能動的マトリクスの利点、即ち、低い駆動電圧を印加することができること（この電圧において、材料が最も大きな効率を有する）、金属カソードのパターニングを省略することができること（金属のパターニングは、その大きさが非常に小さい場合問題である。）、及び高度多重化ディスプレイ（ＶＧＡ、ＳＶＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡ、・・・）を得ることができることが、容易に明らかである。
【００２７】
受動的マトリクスディスプレイは、行列構造により構成される。トランジスタを有さない、比較的簡単な受動的マトリクスディスプレイは、イメージを発生させるため行と列とを駆動させる場合の問題と関連付けられる。１：Ｎの多重化の場合、全ての画素を活性化させるのに必要なサイクル時間では、１つの画素は、１／Ｎに等しい回数だけ印加される。そのため、その光度（ルミネッセンス）は、そのサイクルにおいて目により認識される光度よりＮ倍大きいはずである。ラインに沿って負荷が降下すること及びパルスの存続時間が短いことにより、Ｎ倍より高い駆動電圧を印加することが必要となる。そのため、ピクセルの視覚的認識を一定に保つためには、高い電流密度が必要である。電圧の増加により、装置の平均的な作動ライフが減少し、能動的材料及びカソードの選択が重要となる。
【００２８】
エレクトロルミネッセンス領域を構成するパーコレーション構造を備える層は、ガラス、配向性〈１００〉を備えるシリコン、若しくは他の絶縁材の基板上に、熱蒸着、電子ビーム法、スパッタリング、クラスタービーム析出（ＰＭＣ、パルスマイクロプラズマクラスター析出）等の、様々な積層技術により析出させることができ、金属材料、絶縁性材料若しくは半導体材料により構成されていても良い。
【００２９】
パーコレーションレベルは、析出プロセスの間において、材料が、絶縁性挙動から伝導性挙動に変化するポイントとして定義される。これは、析出プロセスの間において、金属クラスターが形成されるために起こる。この金属クラスターは、熱揺動及びクーロン引力による成長及び一体化により、伝導性ナノワイヤで構成される不均一な構造を形成する。上記析出法を用いて処理すると、金属特性を有する連続的フィルムが構成される。パーコレーション効果が存在する膜厚は、基板の温度、析出パラメータ、金属の場合は銅、銀、金、若しくはアルミニウムからなる群から選択された金属に依存して、２〜１０ｎｍの範囲にある。
【００３０】
パーコレーションレベルにある金属フィルムを、クラスター析出法により作製しても
良い。特に、ＰＭＣＳソース（パルスマイクロプラズマクラスターソース）により、規則正しく若しくは無秩序状態でクラスターが配置された金属／半導体マトリクスが得られる。上記技術は、予め拡張された真空チャンバ内において、ターゲットからプラズマを衝突させることにより予め抽出された原子からなる蒸気を濃縮することによりクラスターを生成する。上記クラスターは、その後超音波加速装置を備えるノズルにより加速され、そして析出チャンバ内においてガラス若しくは石英基板上に析出される。析出チャンバにおいて、熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング若しくはＣＶＤ蒸着技術を同時に使用することにより、異なる特性を有するクラスター含有物を含む３次元フィルム及びマトリクスを得ることができる。さらに、上記基板上に適切なテンプレートを適用することにより、テンプレート自身のピッチに従って離間された、クラスターの規則正しいマトリクスを析出させることができる。
【００３１】
上記記載された解決手段によれば、既知の解決手段に対する非常に有利な効果を得ることができる。
【００３２】
本発明に係る発光アンビポーラ装置によれば、作製が簡単な装置により、キャリアの両極注入を効果的にそして柔軟に利用することができ、それにより光を放出させることができる。これは、平面状の配置が選ばれているからである。
【００３３】
エレクトロルミネッセンスを可能とすることに加えて、パーコレーション構造を適用することにより、層の組成における数多くのパラメータを変更することができ、それにより、柔軟な方法で、異なる特性を有する装置を得ることができる。同様に、分離用通路の挿入を伴う平面配置により、電源電圧を変更することなく、分離用通路の厚さ若しくは電極の形状等の付加的な制御パラメータを操作することができる。これにより、ディスプレイのための能動的若しくは受動的マトリクス構造に、このエレクトロルミネッセンス装置を適用することができる。
【００３４】
当然、本発明の原則を変えない範囲で、構造の詳細及び実施の形態を、本発明の技術的範囲から離れることなく、本明細書の具体例のみにより記載され例示されたものから非常に幅広く変更することができる。
【００３５】
例えば、注入電極の数を変更しても良い。特に注入電極を１つのみとしても良い。
【００３６】
同様に、金属−半導体パーコレーション系は、２つ以上の金属及び／又は１以上の半導体を含んでいても良い。
【００３７】
相互にパーコレートされた系を、レーザーの分野に応用することができる有機層と置き換えても良い。この場合、ポンピング領域は、平面電極のシステムに印加される電圧を調整することにより制御される。
本実施の形態において、異なる部分のみ詳細に説明しており、同一の部分に関しては説明を省略している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明に係るエレクトロルミネッセンス装置の第１の実施の形態の概略平面図である。
【図２】図２は、本発明に係る装置の作動場面に関連するエネルギーバンドギャップを概略的に示したものである。
【図３】図３は、別の作動場面における、本発明に係る装置を示した概略平面図である。
【図４】図４は、本発明に係る電気的装置の第２の実施の形態の概略平面図である。
【図５】図５は、本発明に係る電気的装置の第３の実施の形態の概略平面図である。
【図６】図６は、本発明に係る電気的装置の第４の実施の形態の概略平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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