(57)【要約】フォトルミネセンス消光の原理に基づいたディスプレイを提供するための装置および方法を開示する。本発明は、フォトルミネセンス消光を使用して、情報を表示する方法を含んでいる。この方法は、一対の電極の間のフォトルミネセント材料を備えたオプトエレクトロニックディスプレイを設け、前記フォトルミネセント材料にフォトルミネセンスを生じさせるために前記フォトルミネセント材料に対する照明光を供給し、前記フォトルミネセンスを少なくとも部分的に消光するために前記電極にバイアスを加えることからなる。
2005502086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネセンス消光を用いた情報表示方法であって、
一対の電極の間のフォトルミネセント材料を備えたオプトエレクトロニックディスプレイを設け、
前記フォトルミネセント材料にフォトルミネセンスを生じさせるために前記フォトルミネセント材料に対する照明光を供給し、
前記フォトルミネセンスを少なくとも部分的に消光するために前記電極にバイアスを加えることからなる情報表示方法。
【請求項２】
請求項１に記載の情報表示方法において、
前記フォトルミネセント材料を有機フォトルミネセント材料から構成することを特徴とする情報表示方法。
【請求項３】
請求項２に記載の情報表示方法において、
前記有機フォトルミネセント材料を半導体性のコンジュゲートされた有機ポリマーとすることを特徴とする情報表示方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記一対の電極をカソードおよびアノードから構成し、該アノードがカソードより高い仕事関数を持つようにし、前記フォトルミネセント材料を前記一対の電極の間に挟み、前記アノードが前記カソードよりも負の側になるように逆方向バイアスを加えることで前記バイアスを加えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記フォトルミネセント材料と前記アノードの間に正孔輸送材料をさらに設けることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記電極間の電流の順方向バイアスが加えられたときの導電性が、逆方向バイアスが加えられたときのものよりも大きくなるように前記オプトエレクトロニックディスプレイを設け、前記電極に逆方向バイアスを加えることで前記バイアスを加えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法において、
電極のうち少なくとも一つを少なくとも部分的に透明とし、前記少なくとも部分的に透明な電極を通して、前記フォトルミネセンス材料を表示させることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記少なくとも部分的に透明な電極を通して照明光を供給することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法において、
前記照明光を供給するために、周囲光を用いることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７，８又は９に記載の方法において、
前記オプトエレクトロニックディスプレイが、前記少なくとも部分的に透明な電極に対して前記フォトルミネセント材料の反対側に光吸収材料を有するようにし、前記フォトルミネセント材料を通して透過された前記照明光の一部を前記光吸収材料内で少なくとも部分的に吸収させることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記電極の少なくとも一部を前記光吸収材料で形成することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、
前記電極の両方を少なくとも部分的に透明にし、前記照明光を供給するためにバックライトを用いることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、
前記オプトエレクトロニックディスプレイの前記フォトルミネセント材料を、２つの次元内において、前記一対の電極の間で測られる第３の次元よりも広く延在させ、これにより、ディスプレイ領域を形成し、該ディスプレイ領域に対して概ね垂直に伝播する光を用いて前記フォトルミネセント材料を照明することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、
前記オプトエレクトロニックディスプレイに、前記フォトルミネセント材料を取り付ける基板を設け、前記基板を通して光を導波させることにより前記フォトルミネセント材料を照明することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記フォトルミネセント材料を前記一対の電極の間に挟み、前記電極の一方を前記照明光ならびに前記フォトルミネセンスに対して透明にし、前記電極の他方を少なくとも前記照明光に対して反射性を有するようにし、前記オプトエレクトロニックディスプレイを前記基板の前方表面を通して見るように構成し、前記フォトルミネセント材料を前記基板の後方表面に取り付け、前記透明な電極を前記反射性の電極よりも前記前方表面に近づけて配置し、前記基板の前記前方表面と前記反射性の電極との間の導波領域内を導波させることで前記導波を行うことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項２に記載の方法において、
前記フォトルミネセンスが消光されたときに前記フォトルミネセント材料が概ね無色になるようにすることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項２に記載の方法において、
異なるフォトルミネセンスの色を有する材料の混合物から前記フォトルミネセント材料を構成することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記材料の混合物に、概ね白色でフォトルミネセンス発光させることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、
複数のフォトルミネセントディスプレイ素子を設け、それぞれの素子に、フォトルミネセント材料が間に配置されている一対の付属の電極を設け、情報を表示するために、前記複数の対になった電極の一つもしくは複数にバイアスを加えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
２つもしくはそれよりも多くの色を使って情報を表示するために、異なる色でフォトルミネセンス発光するフォトルミネセント材料から前記ディスプレイ素子を構成することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法において、
互いに隣接して配置された少なくとも２つの異なる色のピクセルを有するピクセル化されたディスプレイから前記オプトエレクトロニックディスプレイを設け、このとき、前記異なる色でフォトルミネセンス発光する少なくとも２つの異なるフォトルミネセント材料からそれぞれ前記ピクセルを形成し、各ピクセルに付属の電極を設け、前記異なる色のピクセルの前記電極にバイアスを加えて、少なくとも部分的に、前記異なる色のフォトルミネセンスを消光して、多色のピクセル化されたディスプレイを実現することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２２に記載の方法において、
前記フォトルミネセント材料がエレクトロルミネセント材料でもあるようにし、前記フォトルミネセンスを少なくとも部分的に消光するために加える前記バイアスとは逆の極性で前記電極にバイアスを加え、前記フォトルミネセント材料にエレクトロルミネセンス発光を起させることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法において、
前記フォトルミネセンス材料に集光して光を供給するための光学的構造体を前記オプトエレクトロニックディスプレイに設けることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記光学的構造体を複数のマイクロレンズから構成することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法において、
前記電極に所定の電圧波形を加えることで前記バイアスを加えることを行い、前記フォトルミネセンスの消光を調整するために、前記波形のデューティサイクルを制御することを特徴とする方法。
【請求項２６】
情報を表示するために一対の電極間にフォトルミネセント材料を備えたオプトエレクトロニックディスプレイの使用方法であって、フォトルミネセンスを誘発させるために前記フォトルミネセント材料を照明し、情報を表示するように前記フォトルミネセンスを消光するため前記電極に電圧を印加する使用方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の使用方法において、
前記ディスプレイをダイオードから構成し、前記印加する電圧が前記ダイオードに逆バイアスを加えることを特徴とする使用方法。
【請求項２８】
請求項２６または請求項２７に記載の使用方法において、
周囲に光があるときには、前記ディスプレイにフォトルミネセンスを誘発させるのに、この周囲光だけを用いることを特徴とする使用方法。
【請求項２９】
請求項２６または請求項２７に記載の使用方法において、
前記フォトルミネセンスを誘発させるのに専用の照明光源を用いることを特徴とする使用方法。
【請求項３０】
情報を表示するために光を放射する発光ディスプレイを駆動するためのディスプレイドライバの使用方法であって、前記発光ディスプレイを一対の電極の間のフォトルミネセント材料から構成し、前記ディスプレイドライバによって、前記光の放射をオフに切り替えるために前記材料からのフォトルミネセンスを低減するよう前記電極に第１の極性の電圧を印加し、さらに、前記光の放射をオンに切り替えるために前記第１の極性のまま前記電極に電圧を低減して加えるか、もしくは概ね電圧をゼロにするディスプレイドライバの使用方法。
【請求項３１】
請求項２６又は請求項３０に記載のディスプレイ又はディスプレイドライバの使用方法において、
前記フォトルミネセンスを制御するために、前記印加電圧のパルス幅変調を用いることを特徴とする使用方法。
【請求項３２】
フォトルミネセント装置を動作させる方法であって、有機フォトルミネセント材料の薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２表面に隣接する第２電気的な接続層とから該装置を構成し、前記装置を照明するとともに、前記第２の接続層が前記第１の接続層に対して負になるように前記第１の接続層と第２の接続層との間に前記半導体層を横切る電場を加え、これにより、光学的に励起されたエキシトンを該エキシトンの構成ホールならびに構成電子に分離し、前記フォトルミネセント薄膜の外に前記ホールと前記電子を導くことで前記薄膜からのフォトルミネセンスを抑制する方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
有機フォトルミネセント材料の前記薄膜を、正孔輸送層を介して前記第２の接続層に接続することを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３２または請求項３３に記載の方法において、
前記フォトルミネセント材料が見えるように、前記第１および第２の接続層の少なくとも一方を少なくとも部分的に透明にすることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法において、
前記少なくとも部分的に透明な電極を通して前記装置を照明することを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、
周囲光を用いて前記装置を照明することを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３４に記載の方法において、
前記半導体層を含めた領域の中に光を案内することによって前記装置を照明することを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、
前記半導体層と、前記第１及び第２の接続層を基板の上に取り付け、前記領域を、前記第１及び第２の電気的接続層のうち前記基板の前記前側表面から最も遠くに位置している方と前記基板の前側表面によって画成することを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３２から請求項３８のいずれか１項に記載の方法において、
前記第１の接続層が前記第２の接続層よりも低い仕事関数を持つようにすることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３２から請求項３４のいずれか１項に記載の方法において、
少なくとも一つのコンジュゲート・ポリマーから前記有機フォトルミネセント材料を形成することを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、
前記材料がエレクトロルミネセント装置に適するよう、外来性の電荷密度が十分低い薄くて密なポリマー薄膜から有機材料の薄膜を形成することを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、
前記フォトルミネセンスが略完全に抑制されるとき略無色であるように前記フォトルミネセンス材料を選択することを特徴とする方法。
【請求項４３】
有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、
前記材料からのフォトルミネセンスを誘発させるよう前記フォトルミネセント材料を照明するための光源とからなるオプトエレクトロニックディスプレイ装置。
【請求項４４】
フォトルミネセントディスプレイ装置を備え、該フォトルミネセントディスプレイ装置は、該装置に電圧が印加されていない状態での光学的な照明のもとで該ディスプレイがフォトルミネセンスを放射するディスプレイ・オン状態と、前記フォトルミネセンスが少なくとも部分的に消光されるディスプレイ・オフ状態とを有し、さらに、
装置ドライバ回路を備え、該装置ドライバ回路は、ディスプレイ信号を受け取るための入力部と、前記ディスプレイ装置を駆動するための出力部とを有し、前記ディスプレイ信号は、該ディスプレイがオンであるべきことを示すオン状態を有するとともに、該ディスプレイがオフであるべきことを示すオフ状態を有し、
前記フォトルミネセントディスプレイ装置は、
有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層とからなり、このとき、
前記装置ドライバ回路は、前記ディスプレイ信号が前記オフ状態を有していることに反応して、前記第２の接続層が前記第１の接続層に対して負になるように前記第１の接続層と第２の接続層との間に前記半導体層を横切る電場を加え、これにより、光学的に励起されたエキシトンをその構成ホールならびに構成電子に分離し、前記フォトルミネセント薄膜の外に前記ホールと電子を導くことで前記薄膜からのフォトルミネセンスを抑制するように構成され、前記ディスプレイ装置と装置ドライバとの組み合わせが主としてフォトルミネセンス消光により情報を表示するように動作する、
オプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項４５】
請求項４３又は請求項４４に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記有機フォトルミネセント材料の薄膜は、正孔輸送層を介して前記第２の接続層に接続されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項４６】
請求項４３から請求項４５のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記有機フォトルミネセント材料は、少なくとも一つのコンジュゲート・ポリマーからなることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項４７】
請求項４６に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記有機材料の薄膜は、薄くて密なポリマー薄膜からなり、前記半導体層の前記ポリマー薄膜は、外来性の荷電キャリアの濃度が十分低く、前記第２の接続層が前記第１の接続層に対して正になるように前記第１の接続層と第２の接続層との間に前記半導体層を横切る電場を加えると、前記半導体層内に荷電キャリアが注入され、前記半導体層から放射が放出されるように構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項４８】
請求項４６に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記フォトルミネセンス材料は、前記フォトルミネセンスが略完全に抑制されるとき略無色であるように選択されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項４９】
請求項４３から請求項４８のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第１および第２の接続層の少なくとも一方は、前記フォトルミネセント材料が見えるように、少なくとも部分的に透明とされていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５０】
請求項４９に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記少なくとも部分的に透明な電極を通して照明されるように構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５１】
請求項４４に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
該ディスプレイのフォトルミネセンスは、前記ディスプレイ・オン状態と前記ディスプレイ・オフ状態との間で可変とされ、このとき、前記ディスプレイ信号が前記ディスプレイ信号のオン状態とオフ状態との間で可変とされ、さらにこのとき、前記第１の接続層と第２の接続層との間の平均的な電場を変更するために、前記装置ドライバ回路が前記可変なディスプレイ信号に応じて可変な波形電圧出力を供給し、これにより、該ディスプレイのフォトルミネセンスが変更されるように構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５２】
請求項４４に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記装置ドライバ回路は、前記オン状態を有する前記ディスプレイ信号に反応して前記電場を低減するが逆にはしないようにさらに構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５３】
請求項４４に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記フォトルミネセント材料を照明して、該材料からのフォトルミネセンスを誘発させるための光源をさらに備えていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５４】
請求項４３又は請求項５３に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第１の接続層と第２の接続層の両方が少なくとも部分的に透明とされ、該ディスプレイが正面から見られる場合に、前記光源が前記フォトルミネセント材料の薄膜の後に置かれていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５５】
請求項４３又は請求項５３に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記フォトルミネセント材料を照明するために、内面反射を用いて前記光源から照明光を通すための領域を内部に有していることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５６】
有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、
前記フォトルミネセント材料を照らすために内部反射を用いて光源からの照明光を通すための部分とからなるオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５７】
請求項５５又は請求項５６に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記半導体層と、前記第１及び第２の電気的な接続層は、基板の上に設けられ、前記照明光を通す部分は、前記基板を含んでいることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５８】
請求項５７に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記光源からの照明光は、前記第１及び第２の電気的接続層のうち前記基板の前側表面から最も遠くに位置している方と前記基板の前側表面の間に略閉じ込められていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項５９】
請求項５７に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記照明光は、前記基板の前側表面の内側における内面全反射により内部で反射されるように構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６０】
有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、
前記半導体層、前記第１の接続層、及び前記第２の接続層を保持する基板と、
前記フォトルミネセント材料からディスプレイを見る人まで、光を集めて届けるための前記基板上の光学的構造体とからなるオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６１】
請求項６０に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記光学的構造体は、複数のマイクロレンズからなることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６２】
ピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイであって、該ディスプレイのピクセルにそれぞれ対応させられた複数のフォトルミネセントディスプレイ装置からなり、前記フォトルミネセントディスプレイ装置は、該装置をアドレス指定するための一対の電極と、該ディスプレイを制御するように前記電極を駆動するための装置ドライバ回路とを有し、該ディスプレイの前記ピクセルは、前記電極を横切るバイアスがゼロの条件下で常時オンのフォトルミネセンス放射状態を有し、前記ディスプレイドライバ回路は、前記ディスプレイのうち選択されたピクセルからのフォトルミネセント放射を抑制するためにバイアス電圧を印加して、これにより情報を表示するように構成されているピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６３】
請求項６２に記載のピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記フォトルミネセントディスプレイ装置は、有機フォトルミネセントダイオードからなり、前記バイアス電圧により前記ダイオードに逆バイアスが加わって、これにより前記フォトルミネセント放射が抑制されるように構成されていることを特徴とするピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６４】
請求項６２又は請求項６３に記載のピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記バイアス電圧は可変とされ、これにより前記フォトルミネセント放射が可変に抑制されるように構成されていることを特徴とするピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６５】
請求項６２から請求項６４のいずれか１項に記載のピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
複数の異なる色を有したフォトルミネセント装置を備え、これにより、該ディスプレイの異なるピクセルが異なる色を表示できるように設けられていることを特徴とするピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６６】
請求項６２から請求項６５のいずれか１項に記載のピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記印加されるバイアス電圧は、可変のデューティサイクル波形を有し、前記装置ドライバ回路には、前記ピクセルの相対的な明るさを制御するためのディスプレイデータ入力があり、前記装置ドライバ回路は、さらに少なくとも一つの可変なデューティサイクル波形発生器を備え、該発生器が前記ディスプレイデータ入力に反応し、これにより前記ピクセルに加えられる前記バイアス電圧波形のデューティサイクルが変更されるように構成されていることを特徴とするピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６７】
請求項４４、請求項５１、請求項５２、又は請求項６２から請求項６６のいずれか１項に記載されたオプトエレクトロニック装置ドライバ回路。
【請求項６８】
消光されるフォトルミネセンスの原理で動作するオプトエレクトロニックディスプレイであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極との間に配置された目視可能なディスプレイ素子とを備え、該ディスプレイ素子がフォトルミネセント材料を含み、
該フォトルミネセント材料からのフォトルミネセンスを、前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することで少なくとも部分的に消光し、これにより、フォトルミネセント放射状態から放射率低減状態へとはっきり変化させて画像ディスプレイを実現するように構成されているオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項６９】
請求項６８に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記放射率低減状態は、前記フォトルミネセント放射状態と比較すると、前記フォトルミネセント材料からの可視のフォトルミネセント放射率が略ゼロとなる状態であることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７０】
請求項６８又は請求項６９に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記フォトルミネセント材料は、前記放射率低減状態のときに、見た目に略無色とされていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７１】
請求項７０に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記目視可能なディスプレイ素子を複数個、ならびに、これに対応して前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方を複数個備えており、
前記目視可能なディスプレイ素子の第１の部分セットが、前記フォトルミネセント放射状態にあるときに第１の色を有する第１のフォトルミネセント材料を備え、
前記目視可能なディスプレイ素子の第２の部分セットが、前記フォトルミネセント放射状態にあるときに第２の色を有する第２のフォトルミネセント材料を備え、
前記第１の部分セットに属する前記目視可能なディスプレイ素子が、前記第２の部分セットに属する前記目視可能なディスプレイ素子の近くに配置され、これにより、可変なカラーディスプレイの効果が生み出されるように構成されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７２】
請求項７１に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記目視可能なディスプレイ素子の第１の部分セットが、第３の色を有する第３のフォトルミネセント材料を備え、
前記第３の部分セットに属する前記目視可能なディスプレイ素子が、前記第２の部分セットに属する前記目視可能なディスプレイ素子の近くに配置されていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７３】
請求項６８又は請求項６９に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第１の電極と前記第２の電極の一方が少なくとも部分的に見た目に透明とされていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７４】
請求項７３に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第１の電極と前記第２の電極の両方が少なくとも部分的に見た目に透明とされていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７５】
請求項６８に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第２の電極は、該ディスプレイの正の電極とされ、前記第１の電極は、該ディスプレイの負の電極とされ、
前記第１の電極、第２の電極、及び上記フォトルミネセント材料は、前記第１の電極が前記第２の電極に対して正とされているときに、前記電極間の導電性がより大きくなるように選ばれていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７６】
請求項６８に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記第１の電極に接続される第１のワイヤと、前記第２の電極に接続される第２のワイヤとを備え、
前記フォトルミネセント材料が照明されるときにフォトルミネセンス性とされるとともに、前記第１の電極が前記第２の電極に対して負とされるときに該フォトルミネセンスが少なくとも部分的に消光され、
さらに、前記ディスプレイ素子をオフにするために前記第２のワイヤが前記第１のワイヤに対して正であるべきこと指示するよう、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの少なくとも一方がマークされることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７７】
請求項６８に記載のオプトエレクトロニックディスプレイにおいて、
前記ディスプレイ素子をオフにするために前記第２のワイヤが前記第１のワイヤに対して正となるべき命令を備えていることを特徴とするオプトエレクトロニックディスプレイ。
【請求項７８】
オプトエレクトロニックディスプレイ装置と命令との組み合わせであって、
ディスプレイ装置は、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層とからなり、
前記命令は、前記第２の接続層が前記第１の接続層に対して負になるように前記第１の接続層と第２の接続層との間に前記半導体層を横切る電場を加え、これにより、前記フォトルミネセント薄膜からのフォトルミネセンスを抑制するための指示からなる組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディスプレイおよびディスプレイドライバ一般に係り、より具体的には、フォトルミネセンス消光の原理に基づくディスプレイを提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱灯や発光ダイオードから液晶ならびにプラズマディスプレイ、さらには陰極線管に至るまで、幅広い分野のオプトエレクトロニックディスプレイが知られている。特に重要な類のディスプレイは、ピクセル化されたディスプレイであるが、低消費電力の場合には、普通選ぶ技術は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。既知のＬＣＤディスプレイは、例えばバックライトを使用した透過型モードか、例えば日中の光を当てる反射型モードか、さらには、ピクセルが反射型と透過型の素子の両方を有するような反射透過型モードで動作する。しかしながら、人気の高さとは裏腹に、ＬＣＤディスプレイは、何年も研究されてきたにもかかわらず依然として完全には解決されていない多くの問題にいまだ悩まされている。例えば、ＬＣＤディスプレイは、概してスイッチング時間がミリ秒台とやや遅めで、しかも視角が比較的制限されている。また、ＬＣＤディスプレイは、所定の視角におけるディスプレイ反転といったような視覚アーティファクトをきたし、放射型ディスプレイ技術と比べて、比較的見た目に迫力に欠ける感じである。しかも、ＬＣＤディスプレイは、透過光であれ反射光であれ、いずれも光を遮蔽することで動作するパッシブ型のディスプレイであるので、ディスプレイに効率の上限が存在し、その上限がカラーフィルタの必要性によりカラーディスプレイ内で低減されている。
【０００３】
放射型ディスプレイ技術は、上述の多くの問題を解決し、広い視角を与えることができるとともに、視覚アーティファクトを抑えながら明るくカラフルで魅力的なディスプレイを提供することができる。既知の放射型ディスプレイ技術には、陰極線管、プラズマディスプレイパネル、薄膜エレクトロルミネッセンスディスプレイおよび有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）があるが、ただし、放射型ディスプレイに関する一般的な問題は、その比較的高い電力消費にあり、この高い消費電力が放射型ディスプレイを多くの用途、それも特に携帯用途に適さないものにしている。
【０００４】
そのため、従来のディスプレイを改善して、上記の問題、特に電力消費と視認性ないし見易さの問題に取り組むことが一般に求められている。
【０００５】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、より良く知られたディスプレイ技術と比較して多くの利点をもたらし、その中には、ディスプレイ用の新素材を設計する際の柔軟性や製造の容易さが含まれる。有機ＬＥＤは、この１０年程の間に知られるようになったもので、コンジュゲートされたポリマーかあるいはもっと小さな分子かのいずれかをベースにできるが、概して言えば、これらのどちらの材料に基づいた装置も主な特徴は類似している。
【０００６】
通常、有機ＬＥＤは基板を備えており、この基板の上に一連の層が堆積され、その層の中に、陽極と陰極に用いられる一対の電極層と、そしてこれらの層の間の電界発光する有機材料の層とが含まれている。必要に応じて、アノード（陽極）と電界発光層の間にホール輸送層が挿入され、及び／又は、電界発光層とカソード（陰極）の間に電子輸送層が挿入される。一般に、無機ＬＥＤに用いられたヘテロ構造が有機ＬＥＤに適応することも可能である。
【０００７】
重合体（ポリマー）ベースの装置の場合には、電界発光層にＰＰＶ（poly(p-phenylenevinylene)）といった材料を用いることができ、その一方で、比較的小さな分子の装置の場合には、この層は、アルミニウム３キノリン（aluminium trisquinoline）といった材料を含むことができる。ホール輸送層は、重合体（ポリマー）ベースの装置においてはＰＥＤＯＴ（ドープされたポリエチレンジオキシチオフェン(doped polyethylene dioxythiophene)）を含有することができ、より小さな分子ベースの装置においてはトリアリルアミン（triarylamines）を含有することができる。もっと小さな分子を用いた装置では、電子輸送層はオキサジアゾール（oxadiazoles）を含有することができる。一般に、重合体（ポリマー）の装置には電子輸送層はない。アノードは、カソードより高い仕事関数を持つのが普通で、通常は透明であり、電界発光層から漏れてくる光を通すことができる。このアノードには、ＩＴＯ（インジウム酸化スズ）がよく用いられる。
【０００８】
有機ＬＥＤは、ＬＣＤよりはるかに速く、通常１μｓｅｃより短い間に切り替わる。有機化学は柔軟で適応性があるので、無機のＬＥＤに比べて、例えば、有機材料の半導体バンドギャップが調整できるように有機ＬＥＤ用の新しい活性材料を合成することは比較的簡単である。ポリマーＬＥＤのさらなる利点は、例えばスピンコーティングを用いて室温で活性層を堆積させることができるために、製造が比較的簡単であるという点である。また、有機ＬＥＤは、可撓性のある基板上に形成することができ、単に電極のうちの一方をピクセル化するだけでパターンを形成できる。
【０００９】
有機ＬＥＤベースの装置のその他の詳細は、国際公開第９０／１３１４８号パンフレット（特許文献１）、国際公開第９８／５９５２９号パンフレット（特許文献２）、国際公開第９９／４８１６０号パンフレット（特許文献３）、国際公開第９５／０６４００号パンフレット（特許文献４）、英国特許出願公開第２，３１２，３２６号明細書（特許文献５）および米国特許第５，９６５，９０１号明細書（特許文献６）を参照されたい。これら全ては、本願と同じ出願人によるもので、その全てが参照により本願に組み込まれるものとする。
【００１０】
従来ディスプレイ技術に対して有機ＬＥＤによってかなりの利点がもたらされるにもかかわらず、寿命がさらに長い、電力消費がさらに低いディスプレイ装置に対する要求が依然として存在している。
【００１１】
本発明は、有機発光ダイオードに関して行なわれた研究に由来するものであるが、オプトエレクトロニックディスプレイの分野における全く新しい原理に基づいている。特に、本出願人は、有機発光ダイオードに通常使用されるエレクトロルミネセンス性の材料（エレクトロルミネセント材料）が、通常フォトルミネセンス的でもあることを認識するとともに、適切な構造に組み込まれると、このフォトルミネセンスが、フォトルミネセント材料に電場を加えることにより減衰させられるかもしくは消失させられる可能性のあることを認識するに至った。適した構造は、従来のＯＬＥＤ構造を有している。また、フォトルミネセンスを消光させるのに必要な電場は、単にＯＬＥＤデバイスに逆バイアスをかけることにより、フォトルミネセンス性（もしくはエレクトロルミネセンス性）の材料に加えることができる。ただし、このフォトルミネセンス消光（クエンチング）効果は、通常の状況下で観察するのが難しい。また、本出願人は、情報を表示させるのにフォトルミネセンスを消光させることを用いるという考え方が、基本的には有機ＬＥＤに用いられる装置の構造や材料に制限されることなく、むしろ無機ＬＥＤに用いられる装置の構造や材料にも応用することができることを認識するに至った。
【００１２】
国際公開第９８／４１０６５号パンフレット（特許文献７）は、ポリマーの境界面から赤色の光を放射させるか、あるいはポリマーのバルクから緑色の光を放射させるかで駆動電圧の極性のどちらを印加するかについて開示している。しかしながら、いずれの場合においても、発光する半導体は、順方向バイアスがかけられる（装置は事実上２つ立て続けに連なったダイオードを備えている）。米国特許第６，２０１，５２０号明細書（特許文献８）は、逆バイアスを印加することを利用して、ピクセル化されたＯＬＥＤディスプレイ内の非選択の画素（ピクセル）がクロストークを起こさないようにし、仮に逆バイアスを印加しなければ、非選択のピクセルの（電気的な）半励起状態によってこのようなクロストークが引き起こされる可能性のあることを開示している。米国特許第５，９６５，９０１号明細書（特許文献６）は、有機発光ポリマー装置の装置寿命を改善するためのパルス駆動方式を用いることについて記載している。このパルス駆動方式では、正のパルスが負の（逆バイアスの）パルスによって分け隔てられている。U. Lemmer et. al., Synthetic Metals, 67 (1994) 169-172 （非特許文献１）は、ＩＴＯ／ＰＰＶ／Ａｌ構造におけるフォトルミネセンス消光の実験的観察について述べている。しかしながら、これら従来技術文献のどれも、フォトルミネセンス消光原理に基づいたディスプレイ、あるいはディスプレイを提供するためにフォトルミネセンス消光を用いることについては開示していない。
【特許文献１】
国際公開第９０／１３１４８号パンフレット
【特許文献２】
国際公開第９８／５９５２９号パンフレット
【特許文献３】
国際公開第９９／４８１６０号パンフレット
【特許文献４】
国際公開第９５／０６４００号パンフレット
【特許文献５】
英国特許出願公開第２，３１２，３２６号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，９６５，９０１号明細書
【特許文献７】
国際公開第９８／４１０６５号パンフレット
【特許文献８】
米国特許第６，２０１，５２０号明細書
【非特許文献１】
U. Lemmer et. al., Synthetic Metals, 67 (1994) 169-172
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の第一の態様によれば、上記の理由から、フォトルミネセンス消光により情報を表示する方法を提供し、この方法は、フォトルミネセント材料を一対の電極間に備えたオプトエレクトロニックディスプレイを設け；このフォトルミネセント材料を照明してフォトルミネセント材料にフォトルミネセンスを生じさせ；電極にバイアスをかけて少なくとも部分的に上記フォトルミネセンスを消光させることからなる。
【００１４】
フォトルミネセンスを用いて情報を表示することで、反射型ならびに透過型ＬＣＤディスプレイの低消費電力と放射ディスプレイ技術の耐久性の長所とが組み合わされる。上記の方法は、フォトルミネセンスの制御ないし調整に依存するので、放射型の技術に最も上手く分類され、斯かる技術に付随した利点、すなわち、明るく飽和した色彩とランベルト型の放射プロファイル（この分布は、角度範囲にわたって概ね一定の出力強度とされており、このことが広い視角を得るのに役立つ）を得ることができる。その反面、フォトルミネセンスの消光には僅かな電流しか要らないので、情報を表示する当該方法によって消費される電力は、かなり低くすることができる。
【００１５】
照明源は必要であるが、この照明は昼間の光のような周囲の照明によって得られるものでもかまわない。そして、本方法によれば、このようにして明るい状態での良好なディスプレイ視認性というさらなる利点が得られる。これとは別に、オプトエレクトロニックディスプレイ付属の光源が照明に用いられる場合には、高い効率が得られるようにこの光源自身を選択すればよい。どちらの場合でも、多くの材料に関して、フォトルミネセンスの効率は、エレクトロルミネセンスの効率に比べて遥かに高く、エレクトロルミネセンスの場合の５％に比べ、その値は通常８０％よりも大きい。フォトルミネセント材料のための照明は、例えば青色といった可視光でもよいし、または目に見えない紫外光でもよいが、フォトルミネセンス波長以下の波長を持つものでなければならない。したがって、緑の照明は例えば、黄色か赤色のディスプレイには適している。
【００１６】
さらなる長所は、少なくとも有機フォトルミネセント材料に関する限り、装置寿命が延びる可能性があるという点である。従来の電界発光型ＯＬＥＤディスプレイ（エレクトロルミネセントＯＬＥＤディスプレイ）では、エレクトロマイグレーションが有機ＥＬ発光体の劣化を最終的に決める重要な要因となる。本願の方法において対照的なのは、フォトルミネセンスを消光するために有機フォトルミネセント材料にバイアスが印加される場合、流れる電流が遥かに少なく、上記の劣化のメカニズムがあまり大した意味を持たなくなることである。このことからさらに、フォトルミネセンスを消光することによって情報を表示するのに従来の電界発光型のディスプレイで利用できるよりも多くの材料を利用できるようになるが、これは、順方向バイアス下では比較的短い寿命を持ち得るような材料でも、フォトルミネセンスを消光するためにバイアスが加えられる場合には、許容できる長い寿命をまだ示し得るからである。
【００１７】
本方法は、どのようなフォトルミネセント材料によっても、つまり、有機材料（分子が大きいものかないし小さいもの）、有機金属材料、あるいは、ガリウムヒ素やその他のIII-VないしII-VI族材料といった無機材料のどれによっても利用することができる。もっとも、有機材料が用いられるときには、材料合成と装置製造に関するＯＬＥＤ技術の上述の利点をさらに用いることができる。
【００１８】
本方法の好ましい実施形態において、オプトエレクトロニックディスプレイは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動ディスプレイないしＤＣ駆動ディスプレイといったアクティブマトリックスディスプレイとされている。ＴＦＴ駆動ディスプレイを用いると、インターフェースが簡潔となり、さらには、フォトルミネセンスを消光のスイッチオフが極めて速いことから、ディスプレイの優れたコントラストを実現するのに有用である。
【００１９】
好ましくは、フォトルミネセント材料は、小分子ないし半導体性のコンジュゲートされた有機ポリマーといった有機フォトルミネセント材料を含んでいる。
【００２０】
フッ素基有機材料は、フォトルミネセンス効率が高いので特に好ましい。
【００２１】
好ましい実施形態では、一対の電極は、カソードおよびアノードからなり、カソードは、アノードより低い仕事関数を有している。アノードは、ＩＴＯから形成するか、あるいは金または銀のような金属から形成することができ、カソードは、アルミニウム、カルシウムまたはリチウムのような金属から形成することができる。こうして上記装置は、好適に逆バイアスが印加され、その結果、アノードの方がカソードよりも負の側になる。このように逆方向にバイアスが加えられるとき、その消費電力は、光励起されたホールと電子を、フォトルミネセンスを消光するように引き離すのに必要な電力そこそこのものであろう。好ましい変形例では、オプトエレクトロニックディスプレイは、フォトルミネセンス消光効率を増加させるために、フォトルミネセント材料とアノードとの間にホール輸送材料をさらに備えている。
【００２２】
好ましくは、電極のうち少なくとも一つは、少なくとも部分的に透明とされている。というのも、これにより、装置の構成が簡潔になって、比較的大きなディスプレイ表面面積が得られるようになるためである。もっとも、側方放射する実施形態も可能である。フォトルミネセント材料は直に照明することもできるが、少なくとも一方の電極が少なくとも部分的に透明であれば、この電極をフォトルミネセント材料を照明するために用いることもできる。電極は、フォトルミネセント材料の全表面を覆う必要はないし、また電極のうちの一方は、装置の一点もしくは一部領域に限定されていてもよいのだが、ただしこのときには、アノードとカソードが重なり合うところでしかフォトルミネセンス消光は起きないことになる。
【００２３】
本方法の一実施形態において、昼間の日光や室内照明といった周囲光ないしバックグラウンド光を照明に用いることができる。これとは異なり、バックライトもしくは好適にはフロントライトといった専用の光源によって照明を行ってもよい。本方法のさらに他の実施形態において、周囲ないし背景の照明のレベルに応じて、両方の形態の照明を用いることができ、及び／又は、専用の照明光源を用いることができる。バックライトまたはフロントライトを使用する場合、両方の電極が少なくとも部分的に透明であることが好ましい。もっともこれは、側方照明を行う場合には必要ではない。人工的に照明を行う場合には、フォトルミネセンスを誘発させる波長で高い効率及び／又は高い出力が得られるように照明を設定することができる。幾つかの実施形態において、光吸収材料がオプトエレクトロニックディスプレイ内に組み込まれ、これにより、少なくとも部分的に照明が吸収されて、その結果、あらゆる上記照明の散乱された一部ないしバックグラウンドとフォトルミネセンスとの間のコントラストが増すようになっていてもよい。
【００２４】
オプトエレクトロニックディスプレイが所定領域に渡って延在している場合には、例えば側方から、あるいは、装置の正面もしくは背面の一方の側から一方の側へと装置に光を当てることによって該ディスプレイ領域に対して概ね垂直になるように照明を行えばよい。なお、本方法の特に好ましい実施形態には、該装置が取り付けられる基板を通して光を導くことによってフォトルミネセント材料を照明することも含まれる。例えば、フォトルミネセンス層が概ね透明な電極と反射する電極との間に挟まれている場合には、照明光は、上記反射する電極と基板の前側（観測者に向いた側）の表面の間を導かれる。ここで、装置は上記基板の後側表面に取り付けられている。基板は、例えばガラスやプラスチックから形成することができる。照明光は、装置の一つもしくは複数の側面から導入することができる。
【００２５】
導波された照明を用いることによって、導波領域内に照明を制限することができるという長所が得られ、その結果、観測者は、照明によるいかなる目立ったバックグラウンドも無い状態でフォトルミネセンスを見ることになる。これは、ディスプレイのコントラストを向上させるのに有用である。照明には、フォトルミネセンス波長以下の波長を有する光（例えば５００ｎｍより短いか、又は４５０ｎｍより短いか、又は４００ｎｍより短いか、又は３５０ｎｍより短い波長の光）が用いられることが好ましい。
【００２６】
フォトルミネセント材料を照明するためにどのような形態の専用光源ないし人工照明を用いるにせよ、人間の目にあまり感じられないような色ないし波長の光を用いることによって、相対的なコントラストを改善することができることが理解されよう。それで、例えば人間の目の感度は４５０ｎｍ未満では急速に落ちるのであるが、故にこの領域にある波長ないしピーク波長で照明を行うことにより、フォトルミネセンスディスプレイにおけるあらゆるバックグラウンドないし散乱された照明光の影響も弱めることができる。
【００２７】
本方法の一実施形態では、フォトルミネセンスが消光されたときに概ね無色になるようなフォトルミネセント材料が用いられる。実際にはフォトルミネセンスは完全に消光されるものではないかもしれないが、フォトルミネセンスが消光されるか又は無いときに概ね無色になる、あるいはなるであろう材料を用いることで、フォトルミネセント材料のもともとの固有色によるディスプレイへのどのような影響が低減される。したがって、例えばフォトルミネセント材料が濃く着色されると、フォトルミネセンスが低減されたりオフ状態にされたりするときに、色が着いていることが周囲光のもとで又は照明光のもとではっきり分かってしまう。これにより、「オン」のフォトルミネセンス状態と、「オフ」のフォトルミネセンス低減状態との間で、ディスプレイの外見の色が変化させられる可能性があるが、これが幾つかの応用に望ましくない場合がある。このため、少なくとも人間の目に大体元来無色であるようなフォトルミネセント材料を使用することが一般的に言って望ましい。
【００２８】
一実施形態において、異なるフォトルミネセンス色を有する材料の混合物からなるフォトルミネセント材料が用いられる。これにより、純粋な単一の波長の放射に対応しないような「色」のディスプレイが可能となる。こうして、一実施形態において、概ね白い「色」でフォトルミネセンス発光する材料混合物を用いることができる。これは、例えばワードプロセシングに有利な白黒ディスプレイに有用である。
【００２９】
一実施形態において、本方法は、複数のフォトルミネセンスディスプレイ素子を用い、それぞれの素子は、フォトルミネセント材料が間に配置されている一対の付属の電極を有している。
こうして例えば、それぞれのディスプレイ素子に対して、個別のカソードとともに単一の共通アノードを用いるか又はｘ−ｙマトリクス型の電極を用いることができる。このような構成によってピクセル化されたディスプレイが可能となり、さらに、異なる色でフォトルミネセンス発光する２つ以上の異なるフォトルミネセント材料を用いる場合には、多色ディスプレイを得ることができる。例えば、ピクセル化されたＯＬＥＤ型のディスプレイ装置構造は、フォトルミネセンス消光型カラーディスプレイが得られるように逆バイアスをかけることができるとともに、照明可能である。必要であれば、と言うかその方が好ましいことであるが、各ピクセルは、それぞれ１個以上の付属のトランジスタ及び／又は１個以上のコンデンサを有し、これにより、一つのピクセルが、別のピクセルがアドレス指定されている間にフォトルミネセンス消光状態に維持できるようになっている。
【００３０】
本方法の他の実施形態において、フォトルミネセント材料が電界発光もする場合には、オプトエレクトロニックディスプレイは、ディスプレイから放射される光を増加させるためにディスプレイが「オン状態」にあるとき、フォト／エレクトロルミネセンス材料に順方向バイアスを加えることによって事実上デュアル・モードで動作させることができる。ただし、この場合、電界発光寿命が十分長いフォトルミネセント材料を用いることが望ましい。
【００３１】
一実施形態において、本方法はさらに、集光してフォトルミネセント材料に光を供給するための光学的構造を有するオプトエレクトロニックディスプレイを設けることからなる。これは、照明が周囲光照明によりなされる場合には特に有利である。上記光学的構造は、好適には、マイクロレンズアレイのような微細構造からなる。斯かる光学的微細構造では、レンズないしは特徴をなす大きさは、通常１ｍｍより小さく、そして時として０．ｌｍｍより小さく、１０μｍより小さく、あるいは１μｍさえ下回る。
【００３２】
本発明の第二の態様において、情報を表示するために一対の電極間のフォトルミネセント材料からなるオプトエレクトロニックディスプレイを使用する方法が提供され、該方法は、フォトルミネセンスを誘発させるようフォトルミネセント材料を照明し、情報を表示させるためにフォトルミネセンスを消光するよう電極に電圧を印加することからなる。
【００３３】
好ましくは、ディスプレイがダイオードからなり、印加される電圧によって該ダイオードに逆方向バイアスがかけられる。付加的な専用の照明が無ければ、周囲光だけをフォトルミネセント材料を照らすために用いればよいし、あるいは、専用の照明光源をフォトルミネセンスを誘発させるために用いてもよいし、あるいは、これらの照明方法の一方もしくは他方を例えば周囲光のレベルに応じて選択してもよい。
【００３４】
関連した態様において、本発明は、情報を表示するために発光ディスプレイを駆動するためのディスプレイドライバを使用する方法を提供し、該発光ディスプレイは、一対の電極間のフォトルミネセント材料からなり、上記ディスプレイドライバは、上記材料からのフォトルミネセンスを低減して光の放射をオフに切り替えるために上記電極に第１の極性の電圧を印加し、光の放射をオンに切り替えるために上記電極に上記第１の極性のまま低減させた電圧を印加するかもしくは略電圧をゼロにする。
【００３５】
電圧は、フォトルミネセンスを減少させるか概ね消光するように印加すればよい。用途によっては、強く放射する「オン」状態と比較したときに光の放射が「オフ」に切り替えられるだけでよく、ディスプレイの発光をオフに切り替えるということが、必ずしもフォトルミネセンス放射をゼロになるまで減らすことを意味するわけではないことが理解されよう。
【００３６】
上記の使用方法により、さらに、フォトルミネセンスを制御するために印加電圧のパルス幅ないしデューティサイクルが変調されるか変更される。こうして、印加される逆バイアス電圧をパルス幅変調することができ、これにより、フォトルミネセンスを消光する程度を調節可能にする効果が得られる。斯かる構成において、印加電圧は、調整可能なマーク対スペース比を持つペルス列を供給するために第１のレベル（高さ）と第２のレベル（高さ）の間で切り替えられる。上記第１の電圧レベルは、概ねゼロ印加電圧に対応させることができ、上記第２の電圧レベルは、例えばフォトルミネセンスを減少させるか概ね消光させるための逆バイアスに対応させることができる。
【００３７】
電圧は、これらの２つのレベル間において、人間の目には切り換えが分からないような割合で切り替えられるが、それでも作用としては、パルス列のマーク対スペース比に応じてフォトルミネセンス消光の度合いが明確に変化させられるような割合で切り替えられる。切り替え周期は、２５Ｈｚもしくはそれより大きいか、好ましくは６０又は１００Ｈｚもしくはそれより大きければ十分である。ここで、「スペース」は略消光されたフォトルミネセンスに対応し、「マーク」は略完全にオンになったディスプレイに対応し、マーク対スペース比が５０％であると、ディスプレイが半分オンになり、このマーク対スペース比を１００％から０％の間で変更することにより、ディスプレイは完全にオンから完全にオフの間で変更され得る。このようにして、グレーレベルのディスプレイを得ることができる。
【００３８】
他の態様において、本発明は、フォトルミネセント装置（フォトルミネセントデバイス）を動作させる方法を提供し、該装置は、有機フォトルミネセント材料の薄膜の形態とされた半導体層と、上記半導体層の第１表面に隣接する第１の電気的な接続層と、上記半導体層の第２表面に隣接する第２電気的な接続層とからなり、該方法は、上記装置を照明するとともに、上記第２の接続層が上記第１の接続層に対して負になるように上記第１の接続層と第２の接続層との間に上記半導体層を横切る電場を加え、これにより、光学的に励起されたエキシトンをその構成ホールならびに構成電子に分離し、上記フォトルミネセント薄膜の外に上記ホールと電子を導くことで上記薄膜からのフォトルミネセンスを抑制することからなる。
【００３９】
光学的に励起されたエキシトン（励起子）をフォトルミネセンス薄膜の外に導くことによって、ホールと電子との再結合が抑制され、これによりフォトルミネセンスが弱められる。有機フォトルミネセント材料がコンジュゲートされたポリマーからなる場合には、半導体バンドギャップは、通常１ｅＶから３．５ｅＶの範囲にある。
【００４０】
上述したように、本方法により、さらに、上記第１の接続層と第２の接続層との間に光を導くことにより上記装置を照明することもできる。好ましくは、装置は、側面（すなわちディスプレイ面に略垂直）から照明され、特に基板内を光が導かれることが好ましい。ここで、この基板は、照明とフォトルミネセンスの波長では透過可能とされている。照明は、所望のフォトルミネセンスよりも短い波長で行わなければならないので、フォトルミネセンスの色の範囲を作り出しやすくするために、照明がスペクトルの青色端の方に近いことが好ましい。紫外線照明を用いることもできる。斯かる照明は目に見えないという利点があるが、ただし紫外線照明光源は、コスト、効率および安全性に関して欠点を有している。通例、照明源は、コスト及び電力消費及び所望のフォトルミネセンス放射波長によって選択することができる。
【００４１】
好ましくは、第１の接続層は、第２の接続層より低い仕事関数を有しており、その結果、相対的に言って、第１の接続層はより優れた電子注入材料であり、第２接続層はより優れたホール注入材料（順バイアス下）とされている。これにより、フォトルミネセンスを低減ないし消滅させるために装置に逆バイアスが加えられたときには、フォトルミネセント層から荷電キャリアが取り除かれやすくなる。
【００４２】
好ましい実施形態では、有機材料の薄膜は、薄くて密なポリマー薄膜からなる。すなわち、ポリマー薄膜は繊維性でなく、殆ど隙間の無い状態とされている。また、薄膜は、非発光性再結合中心として作用するような欠陥に比較的乏しいことが好ましい。それは、このような欠陥が全体的なフォトルミネセント効率を下げる傾向にあるためである。一方もしくは双方の接続層が、好ましくは有機材料からなる正孔輸送層ないし電子輸送層から構成されていてもよい。上記ポリマーは、単一のコンジュゲート・ポリマー、又はコンジュゲート・ポリマーのセグメントを含んだ単一のコポリマー、又は他の適したポリマーとのコポリマーもしくはコンジュゲート・ポリマーの混合物から構成することができる。
【００４３】
有機材料の他の一般に好ましい特徴は、物理的及び化学的な安定性と加工性である。
【００４４】
第１及び第２の接続層の目的は、装置を横切る方向に電場を付与することにあるので、これらの層と有機フォトルミネセンス材料からなる薄膜との間の直接的な電気的接続自身に関しては必ずしも必要のないことが分かる。光学的に励起されたエキシトン（励起子）に起因するホールと電子が再結合しないように抑制できれば、フォトルミネセンスを低減ないし消光するのにはそれで十分である。こうして、例えば、分離されたホールおよび電子は、放射性再結合しないように排出されるか、あるいは漏れ出すことになると考えられる。とは言え、必要となる駆動電圧を下げるには、電気的に直接接続することが好ましい。
【００４５】
他の態様において、本発明は、オプトエレクトロニックディスプレイを提供し、該オプトエレクトロニックディスプレイは、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、前記フォトルミネセント材料を照明して該材料からのフォトルミネセンスを誘発させるための光源とからなる。
【００４６】
また、本発明は、オプトエレクトロニックディスプレイを提供し、該オプトエレクトロニックディスプレイは、フォトルミネセントディスプレイ装置を備え、該フォトルミネセントディスプレイ装置は、該装置に電圧が印加されていない状態での光学的な照明のもとでディスプレイがフォトルミネセンスを放射するディスプレイ・オン状態と、前記フォトルミネセンスが少なくとも部分的に消光されるディスプレイ・オフ状態とを有し、前記オプトエレクトロニックディスプレイは、さらに装置ドライバ回路を備え、該装置ドライバ回路は、ディスプレイ信号を受け取るための入力部と、前記ディスプレイ装置を駆動するための出力部とを有し、前記ディスプレイ信号は、前記ディスプレイがオンであるべきことを示すオン状態を有するとともに、前記ディスプレイがオフであるべきことを示すオフ状態を有し、前記フォトルミネセントディスプレイ装置は、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層とからなり、このとき、前記装置ドライバ回路は、前記ディスプレイ信号が前記オフ状態を有していることに反応して、前記第２の接続層が前記第１の接続層に対して負になるように前記第１の接続層と第２の接続層との間に前記半導体層を横切る電場を加え、これにより、光学的に励起されたエキシトンをその構成ホールならびに構成電子に分離し、前記フォトルミネセント薄膜の外に前記ホールと電子を導くことで前記薄膜からのフォトルミネセンスを抑制するように構成され、前記ディスプレイ装置と装置ドライバとの組み合わせが主としてフォトルミネセンス消光により情報を表示するように動作する。
【００４７】
一実施形態において、装置ドライバ回路は、さらに、ディスプレイ信号がその「オン」状態にあるときに対応して電場を低減させるが反転はさせないように構成されている。フォトルミネセンス消光は完全である必要はない。というのも、フォトルミネセンスを単に部分的に消光することでディスプレイのコントラストを下げるのでも構わない場合もあるからである。フォトルミネセンス消光の度合いは、電場を変更することにより（すなわちディスプレイ装置上に可変量の負バイアスを加えることによって、あるいは印加電圧の波形を変えることによって）調整することができる。装置ドライバ回路は、フォトルミネセンスディスプレイを駆動するためのシングルエンデッド出力か差分出力かのどちらかを提供することができる。
【００４８】
装置ドライバ回路は、パルス幅が変調された信号によって一つないし複数のディスプレイ・ピクセルを駆動する手段を内部に有して、これにより、フォトルミネセンス消光のレベルを調整できるように構成されていてもよい。そこで、装置ドライバ回路は、フォトルミネセンスの所望のレベルを規定する入力信号を受け取るための手段と、この入力信号に依存したマーク・スペース比を持つペルス列を用いてディスプレイのピクセルを駆動するように前記入力信号に反応する手段とを内部に有することができる。
【００４９】
さらに他の態様において、本発明は、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、前記フォトルミネセント材料を照らすために内部反射を用いて光源からの照明光を通すための部分とからなるオプトエレクトロニックディスプレイを提供する。
【００５０】
ステップインデックス型導波路もしくはグレーデッドインデックス型導波路のいずれかにより内面全反射を用いて照明光が通されることが好ましい。また、上記ディスプレイは、円柱レンズといった手段を内部に有して、光を導波領域内に結合させることができる。
【００５１】
他の態様において、本発明は、オプトエレクトロニックディスプレイを提供し、該オプトエレクトロニックディスプレイは、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層と、前記半導体層及び前記第１ならびに前記第２の接続層を保持する基板と、前記フォトルミネセント材料からディスプレイを見る人まで集光して光を導き出すための前記基板上の光学的構造体とからなる。
【００５２】
前記光学的構造体は、複数のマイクロレンズを備えていることが好ましい。これは、周囲光を集めて、フォトルミネセンスにより放射された光をディスプレイの観察者に向けて指向させるのに有用である。
【００５３】
他の態様において、本発明は、ピクセル化されたオプトエレクトロニックディスプレイを提供し、該オプトエレクトロニックディスプレイは、該ディスプレイのピクセルにそれぞれ対応させられた複数のフォトルミネセントディスプレイ装置からなり、前記フォトルミネセントディスプレイ装置は、該装置をアドレス指定するための一対の電極と、上記ディスプレイを制御するように前記電極を駆動するための装置ドライバ回路とを有し、前記ディスプレイのピクセルは、前記電極を横切るバイアスがゼロの条件下で常時オンのフォトルミネセンス放射状態を有し、前記ディスプレイドライバ回路は、前記ディスプレイのうち選択されたピクセルからのフォトルミネセント放射を抑制するためにバイアス電圧を印加して、これにより情報を表示するように構成されている。
【００５４】
また、本発明は、上述のようなオプトエレクトロニック装置ドライバ回路を提供する。
【００５５】
さらに他の態様において、本発明は、消光されるフォトルミネセンスの原理に基づいて動作するオプトエレクトロニックディスプレイを提供する。該ディスプレイは、第１の電極と、第２の電極とからなり、前記第１の電極と第２の電極との間には、目視できるディスプレイ素子が配置され、該ディスプレイ素子は、フォトルミネセント材料からなり、装置は、該フォトルミネセント材料からのフォトルミネセンスを、前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することで少なくとも部分的に消光し、これにより、フォトルミネセント放射状態から放射率低減状態へと目に見えて変化させて画像ディスプレイを実現するように構成されている。
【００５６】
さらに、本発明は、オプトエレクトロニックディスプレイ装置と該装置を利用するための命令（instruction）との組み合わせを提供し、前記オプトエレクトロニックディスプレイ装置は、有機フォトルミネセント材料からなる薄膜の形態とされた半導体層と、前記半導体層の第１の表面に隣接する第１の電気的な接続層と、前記半導体層の第２の表面に隣接する第２の電気的な接続層とからなり、前記命令は、上記第２の接続層が上記第１の接続層に対して負になるように上記第１の接続層と第２の接続層との間に上記半導体層を横切る電場を加え、これにより、上記薄膜からのフォトルミネセンスを抑制するようにするための指示からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の上述ならびに他の態様を以下に単なる例として図面を参照しながらさらに説明する。
【００５８】
先ず図１ａを参照すると、この図は、フォトルミネセンス消光ディスプレイに用いるのに適した基本的な装置１００の構造の断面を示す。この装置の構造は、本願の導入部分において挙げられた従来技術文献に記載された既知の有機発光ダイオードによるものと同じである。これは、概して言えば、大半の有機ＬＥＤ（organic LED）が、逆バイアスがかけられるとフォトルミネセンス消光ディスプレイとしてとして機能するようになるからである。しかしながら実際には、さらに以下に詳細に説明がなされるように、ＯＬＥＤ用に一般に用いられているものに対してパラメータの組を若干相違させることでフォトルミネセンス消光ディスプレイ用の材料を選ぶことが好ましいと考えられる。ＯＬＥＤを組み立てるのに普通用いられている製造技術は、フォトルミネセンス消光ディスプレイを組み立てるのにも適している。
【００５９】
図ｌａの基礎的な装置において、ガラス基板１０２は、アノード層１０４を支持している。このアノード層１０４は、通常、透明性に優れ、面積抵抗が低く、処理手順が確立されたインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）からなる。フォトルミネセント材料の層１０６は、アノード層１０４上に堆積されている。フォトルミネセント材料は、フォトルミネセント材料でドープされたコンジュゲート・ポリマー、又はポリマー混合物、又はコンジュゲート有機ポリマーからなる。実際には、エレクトロルミネセント材料（電場発光材料）は全てフォトルミネセンス的でもあるので、有機ＬＥＤを使う従来のエレクトロルミネセント材料も、層１０６に利用することができる。そこで、例えば、層１０６は、ＰＰＶ（poly(p-phenylenevinylene)）から構成されても構わない。カソード層１０８は、フォトルミネセント材料層１０６の上側に堆積され、接続ワイヤ１１２が例えばコロイド銀を含有する銀ダグ（silver dag）１１０（導電性塗料）によって該カソード層に接続されている。同じような接続が接続ワイヤ１１６によってアノード層１０４に対してもなされている（不図示）。アノード層１０４は、例えば４ｅＶ〜５．２ｅＶの間の比較的高い仕事関数を有しているが、その一方でカソードｌＯ８は、例えば３．５ｅＶよりも低い比較的小さいな仕事関数を有している。説明のためにバッテリー１１４によって示された電源は、カソード１０８に正の電圧を印加するとともにアノード１０４に負の電圧を印加するようにして、従来のＯＬＥＤ構造に逆バイアスを加えている。
【００６０】
フォトルミネセント層１０６は、透明な基板１０２および透明なアノード１０４を通過してくる光１１８によって照明される。専用の光源か又はバックグラウンド光ないし日中の光のどれでも照明に用いることができる。動作休止状態で電圧が印加されていないと、光１１８がフォトルミネセント層１０６に冷光（ルミネセンス）を生じさせ、このフォトルミネセンスが基板１０２及びアノード１０４を通して目視可能となる。こうして、図示された実施形態において、基板１０２は、ディスプレイの正面（前側面）を形成し、ディスプレイの動作休止状態は「オン」となり、すなわち発光する。実際には、ディスプレイの外見は、フォトルミネセンスの色および強さ、およびフォトルミネセント層１０６の固有の色、つまりフォトルミネセンスが無かったとしてもこの層が呈するであろう色に依存することになると思われる。フォトルミネセント層１０６の固有色がディスプレイ色にもたらす寄与は、入射する照明光１１８がどの程度ディスプレイの観察者の方に散乱されてくるかに一部依存している。
【００６１】
図ｌａに示されるように、従来のＯＬＥＤ構造に逆バイアスがかけられると、層１０６からのフォトルミネセンスは少なくとも部分的に消光されてディスプレイが薄暗くなり、完全に消光するとディスプレイは消灯される。しかしながら、カソード１０８又は装置の他の層からの幾らかの残りの反射に対してフォトルミネセント層１０６が幾分残った固有色を呈することがあるので、消灯された時にディスプレイが無色ないし黒であるとは限らない。
【００６２】
図ｌａは、単純なフォトルミネセンス消光装置の断面図を示すが、実際には、図１ｂの断面図によって図示されるような複雑な構造が望ましい場合が多い。図１ｂでは、アノード層１０４とフォトルミネセント層１０６の間に追加的な正孔（ホール）輸送層１２５が存在している。この正孔輸送層は、フォトルミネセント層の正孔エネルギー準位をアノード層１０４の正孔エネルギー準位に一致させるのに役立つ。斯かる正孔輸送層が複数設けられてもよいし、また、同じようにして、一つないし複数の電子輸送層がカソードとフォトルミネセント層の間に設けられてもよい。図１ｂでは、カソード１２２は、仕事関数が低い第１の層１２４（例えばマグネシウムまたはアルミニウムのような金属）と、仕事関数がさらに低い第２の層１２６（例えばカルシウム、リチウムまたはバリウムのような金属ないしは金属フッ化物）の二層を備えている。例えばＬｉＡｌのような金属の組み合わせを用いることもできる。これは、カソードとフォトルミネセント層の電子エネルギー準位を一致させるのに役立つと考えられる。
【００６３】
正孔輸送層および電子輸送層および多層のカソードおよびアノードのうちの何れかもしくは全てを用いることも可能である。
【００６４】
アノードは、４．３ｅＶより大きな仕事関数を有していることが好ましく、酸化インジウムかインジウム酸化スズ、または銀ないし金の薄膜といった薄くて透明で仕事関数の大きな金属アノードから構成することもできる。フッ素ドープ酸化錫ならびにアルミニウムドープされた酸化亜鉛といった他の材料も使用することができる。ただし、アノードの面積抵抗が低く、好ましくは１００オーム／平方より低く、より好ましくは３０オーム／平方より低いことが望ましい。厚さ２０ｎｍの金属層、及び概ね５０〜１００ｎｍより薄い金属層は、光学的に十分透明であることが分かっている。しかしながら、アルミニウムのような他の金属も使用可能で、幾つかの実施形態において例えばアノードではなくカソードが少なくとも部分的に透明な場合、アノードは透明である必要は無い。
【００６５】
カソードは、３．５ｅＶより小さい仕事関数を有していることが好ましく、例えば、バリウム、カルシウム、リチウム、サマリウム、イッテルビウム、テルビウム、アルミニウム、またはこれらの金属の一つもしくは複数の金属を他の金属と一緒か他の金属無しで含有するような合金を含むものでも構わない。アノードと同様、カソードは、単に金属の薄膜だけを堆積させることによって少なくとも部分的に光学的に透明に形成することができる。
【００６６】
金属ならびに金属ベースの化合物は、アノードとカソードに用いるのに都合が良いが、導電性ポリマーおよびドープした半導体のような別の材料も使うことができる。好ましくは、電極材料は、低効率が１００００Ωｃｍより小さい、又は好適には１０００Ωｃｍより小さい必要がある。アノードとカソードの材料は、電界発光型の放射と絶縁破壊を引き起こすかもしれないので、逆方向バイアスが装置にかけられる際に電子と正孔がフォトルミネセント層１０６に注入されないように選択されることが好ましい。
【００６７】
正孔輸送層１２８は、例えば英国特許出願第９７０３１７２．８号に記載されているように、ポリスチレン−スルホネートをドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（PEDOT:PSS − poly(ethylenedioxythiophene) : poly(styrenesulphonic acid)）から構成されていてもよい。しかしながら、他の材料も使用でき、特に、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−イミノ（安息香酸））−１，４−フェニレン−（４−イミノ（安息香酸））−１，４−フェニレン））（”BFA”）、及び／又は、ポリアニリン（ドープ、非ドープ、もしくは部分ドープ）、及び／又は、ＰＰＶといった他のポリマーも使用できる。
【００６８】
フォトルミネセント層１０６は、フォトルミネセントコンジュゲート有機ポリマー、又はポリマー混合物、又はフォトルミネセント材料でドープされたコンジュゲート・ポリマーから構成されていてもよい。これとは別に、米国特許出願第４，５３９，５０７号明細書に記載されているように、トリス‐（８‐ヒドロキシキノリノ）アルミニウム〔tris-(8-hydroxyquinolino aluminium)〕（"Alq3"）のようないわゆる小分子を用いることができる。適したポリマー材料には、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）〔poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl) hexyloxyphenylene-vinylene)〕（"MEH-PPV"）、ＰＰＶ誘導体〔PPV derivative〕（すなわち、ジ‐アルコキシ〔di-alkoxy〕ないしジ‐アルキル誘導体〔di-alkyl derivative〕、ポリフルオレン〔polyfluorene〕、及び／又は、ポリフルオレン・セグメント〔polyfluorene segments〕を組み込んだコポリマー、複数のＰＰＶ及び／又は関連した復数のコポリマー、ポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチフルオレン）‐（１，４‐フェニレン‐（（４‐セクブチルフェニル）イミノ）‐１，４‐フェニレン）〔poly (2,7-(9,9-di-n-octyfluorene)-(1,4- phenylene-((4-secbutylphenyl)imino)-1,4-phenylene))〕（"'TFB"），（"PFB"）ポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチフルオレン）‐（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））〔poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-((methylphenyl)imino)-1,4 phenylene-((4-methylphenyl)imino)-1,4-phenylene))〕（“PFM”），ポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチフルオレン）‐（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‐（（４‐メトキシフェニル）イミノ‐１４‐フェニレン））〔poly(2,7-(9,9-di-n-octyfluorene)-(1,4-phenylene-((4-methoxyphenyl)imino)-1,4-phenylene-((4-methoxyphenyl)imino-14-phenylene)))（"PFMO"），ポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチフルオレン））〔 poly (2,7-(9,9-di-n-octyfluorene))〕（"F8"）、又は、ポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチフルオレン）‐３，６‐ベンゾチアジアゾール）〔poly (2,7-(9,9-di-n-octyIfIuorene)-3,6-Benzothiadiazole) 〕（"F8BT"）が含まれる。選択する際にさらに他の適した材料およびパラメータは、図２を参照して以下に述べる。
【００６９】
基板１０２は、アノード層１０４を電気的に絶縁するとともに機械的に保持し、さらに図１ａおよび図１ｂの実施形態においては、フォトルミネセント層１０６が見えるように透明とされている。適した基板材料には、ポリエチレンまたはＰＥＴのような透き通ったプラスチックやガラスがある。他の適した基板材料には、フッ化ポリビニリデンならびにポリイミドがある。
【００７０】
照明光１１８は、赤、緑、青、紫外、あるいは概ね白色とすることができるが、必要な色のフォトルミネセント放射を励起させるのに十分な波長成分を含んでいなければならない。一般に、フォトルミネセント放射は、励起する照明よりも長い波長にあり、したがって、異なるディスプレイ色には、照明光の波長が異なっていなければならないと考えられる。つまり、青いフォトルミネセンスには、青か、より短い波長成分による照明が必要である一方、例えば、赤いフォトルミネセンスには緑の照明で十分であろう。
【００７１】
図ｌａおよび図１ｂの装置を組み立てるのに、従来の有機ＬＥＤの組立て技術を用いることができる。そのため、アノードとカソードの電極層は、蒸着ならびにＲＦやＤＣスパッタリングといった方法によって堆積させることができる一方、有機的なフォトルミネセンス層１０６、及び必要なら設けられる正孔輸送層１２８は、スピン・コーティングによって、あるいは、領域がより大きいときには、引上げコーティングないしディップ・コーティング、ブレード・コーティング、ミニスカス・コーティング、セルフアセンブリといった他の技術によって堆積させることができる。結果的に得られるピクセルは、厚さが約１００ｎｍである。また、いわゆる「小分子（small molecules）」は、昇華によっても堆積させることができる。
【００７２】
また、有機層は、フォトルミネセント層のパターン形成を促す点で優れたインクジェット方式の印刷によっても堆積させることができる。従来のインクジェット印刷処理ポリマーは、表面張力及び粘性の必要な制御を行うために用いることができる。適したインクジェットプリンターの噴射サイクルは、３０ｐｌのドロップ量で毎秒１４４００回の滴下である。インクジェット印刷は、多重カラーディスプレイに特に適している。導電性ポリマーが電極のうちの一つとして使用される場合、これもインクジェット方式の印刷法によって堆積させることができる。
【００７３】
さて、図２を参照すると、図２ａおよび２ｂに２つの異なるタイプのフォトルミネセント材料の典型的なスペクトルを示す。図２ａのスペクトルは、比較的高いフォトルミネセンス効率を有するが同時に強い固有色をも有する材料によくあるものである。このような材料の例は、ポリマー混合物Ｆ８ＢＴ−ＴＦＢである。この材料は、８０％を超えるフォトルミネセンス効率を有し、白色光の下で黄色のフォトルミネセンスを示すが、固有の色も黄色っぽい色であるため、フォトルミネセンスが消光されるときでも材料が黄色に見える。この残留する色、言い換えれば固有の色は、もともと材料が所定の波長の組を吸収して、これらの波長が該材料を黄色に見せるために生じる。この黄色い色は、材料が薄膜として堆積されると、材料による吸収が依然として重要な因子となるので、やはり分かるものである。
【００７４】
図２ａは、固有色を備えたＦ８ＢＴ−ＴＦＢのような材料において、光の強さが波長とともにどのように変化するかを表す３つのスペクトル２００を示している。スペクトル２０４は、かけられるバイアスをゼロとしたときの図ｌａまたは図１ｂに示されるような装置内の材料の光電子放出スペクトルを表す。順方向バイアスをかけると、上記スペクトルは、スペクトル２０６にシフトする。スペクトル２０６は、エレクトロルミネセント放射が増加しており、より長い（より赤い）波長の方へシフトされたピークを持っている。この材料からなる装置に逆方向バイアスが加えられると、スペクトルはスペクトル２０２へとシフトし、フォトルミネセント光の放射の強度は低減され、ピーク波長は青色の方へシフトされることが分かる。
【００７５】
対照的に、図２ｂは、固有色のないフォトルミネセント材料を有する装置の場合の一組のスペクトル２１０を示す。
スペクトル２１４は、デバイスにバイアスがかけられていないもの、スペクトル２１６は、順方向バイアスがかけられてエレクトロルミネセンスにより放射が増えたもの、そしてスペクトル２１２は、逆バイアスがかけられて略フォトルミネセンスが消光されたものを表している。図２ｂから分かるように、放射されるフォトルミネセンス／エレクトロルミネセンスが装置の色に寄与するだけで、フォトルミネセント層の固有色が図２ａのように装置の色に寄与することはないので、スペクトル２１２，２１４および２１６のピークの位置は、概ね一定のままである。
【００７６】
図２ａおよび図２ｂでは、図１ａないし図１ｂに示されるような装置から放射される光の強度がｙ軸に示されているため、２つの成分が含まれていることが分かるであろう。第１の成分は、層１０６からのフォトルミネセント放射もしくはエレクトロルミネセント放射であり、そして第２の成分は、入射する照明の、層１０６での反射もしくは散乱から生じてくるものである。したがって、例えば、カソードが吸収ないし透明で、フォトルミネセント層そのものからは比較的僅かな光しか散乱されてこないような装置においては、図２ａのスペクトルを図２ｂのスペクトルに近づけることができる。それにもかかわらず、装置の設計が容易になることから、幾つかの用途には、固有の色がついているよりも固有の色のついていない材料を使用することが望ましい。
【００７７】
適したフォトルミネセント材料を選択する場合、主な基準は、優れたコントラストを持ったディスプレイを得るのに役立つ高いフォトルミネセンス効率である。当業者であれば分かることだが、フォトルミネセンス効率とエレクトロルミネセンス効率は関係しているにもかかわらず、高いエレクトロルミネセンス効率は、必ずしも高いフォトルミネセンス効率を意味しない。材料を選ぶ上で次に考えることは、材料の本来の色寿命、加工性、そして安定である。エレクトロルミネセント材料における重要な崩壊経路には、内部光分解、エキシマ形成およびエレクトロマイグレーションが含まれる。これらは、逆バイアスが印加されたフォトルミネセント材料の場合さほど重要な意義を持たないと予想され、そのため、順バイアス下での寿命が十分でないためにエレクトロルミネッセント装置での使用は考えられなかったであろうような材料が、上記のような装置に用いることが現実的となる。したがって、潜在的に、著しく広範囲の材料を選択することができる。
【００７８】
赤、緑および青の本来無色のフォトルミネセントポリマーは、以下に例証されるように、フォトルミネセンス消光ディスプレイに用いることができる。これにより、カラーディスプレイならびに黒や白のディスプレイを製造することができ、その場合、赤、緑、及び青を放射するフォトルミネセントポリマーを混ぜることにより白色の照明が行われる。フォトルミネセンス消光ディスプレイが放射型ディスプレイ技術であるため、たとえ放射を電子的に励起するのではなく放射を消光することに依拠するものであっても、広い色域を得るには赤、緑、及び青の放射材料が望ましいことが理解されよう。しかしながら、幾つかの用途の場合、２つの異なる放射の色を用いて十分に広い色の軌跡を得ることができる。人間の目の視覚的な感度は、波長に応じて変化し、ピーク位置だけでなく、実際には、目の感度によるピーク下方の積分された面積のくりこみにも依存する。このことは、黄色のエミッターの方が例えば青いエミッターより一般に明るいものとして感じられ、カラーディスプレイを設計する際にもこのことを考慮に入れることができることを意味する。
【００７９】
青いフォトルミネセンスを備えた本来無色のポリマーの例は、ＰＦＢまたはＴＦＢのようなポリフルオレン類のポリマーである。
【００８０】
本来無色の赤いフォトルミネセントポリマーの例は、国際公開第０１／４２３３１号パンフレットに開示されているようなペリレン類のポリマーである。赤いフォトルミネセンスを有したもともと赤茶色のポリマーは、Ｆ８ＢＴをポリ（２，７‐（９，９‐ジ‐ｎ‐オクチルフルオレン）‐コ‐（２，５‐チエニレン））〔poly(2,7- (9,9-di-n-octylfluorene)-co-(2,5-thienylene-3,6-benzothiadiazole-2,5-thienylene))〕によってドープすることで得ることができる。
【００８１】
本来無色の緑のフォトルミネセントポリマーの例は、国際公開第０１／５５９２７号パンフレットに開示されているようなポリキノキサリンである。
【００８２】
白いフォトルミネセンスを持つ本来無色のポリマーは、上記の赤、緑、そして青のフォトルミネセンスを持つ本来無色のポリマー然るべき比率で混合することによって得ることができる。
【００８３】
図３ａおよび図３ｂは、図１ｂに示されているような装置の断面を拡大して概略的に示す。フォトルミネセント層１０６は一定の縮尺には特に従っていない。図３ａは、反射型のカソード層３１０を有する実施形態を示し、その一方で、図３ｂの実施形態では、透明なカソード層３２２が使用されている。このカソード層３２２の背後には、付加的な光吸収層３２４が配置されている。図３ａおよび図３ｂの簡略化された図には、アノードとカソードへの接続部は、示されていないが、図１に関して述べられたような構成を用いることができる。同様に、カソード３１０，３２２は、図１ｂに関して述べられたような一つもしくは複数の層を備えていてもよい。ただし、カソード層が金属を有している場合には、カソード層３２２がスペクトルの可視領域において比較的光を通しやすいように十分薄くなければならないのに対して、カソード層３１０は、比較的反射しやすいように十分厚く（通常２５０ｎｍ）なければならない。
【００８４】
さて、特に図３ａを参照すると、フロントライトないしバックライト、または周囲光のいずれかから入射する白色、青色、又はＵＶ照明３０２は、フォトルミネセント材料の層１０６へと基板１０２、透明なアノード１０４、および正孔輸送層１２８を通過する。このとき、入射照明光は吸収され、概略的に図示されたエキシトン３０４のようなエキシトン（励起子）、つまり束縛された電子とホールの対が生成される。他の構成において、フォトルミネセント層１０６は、アノードを通過するのではなくカソードを通過して照明されるものでもよい。
【００８５】
電界が存在しないと、光学的に励起されたこれらのエキシトンのかなりの割合が放射を伴って急速に消滅し、層１０６を形成している材料のフォトルミネセンススペクトルに応じた光を生成する。図３ａ中１０８で概略的に示されたこのフォトルミネセンスは、概ね等方に放射され、従って、ディスプレイは、ランベルシアン型の放射体に近い。放射を伴って消滅する励起子の割合は、材料のフォトルミネセンス効率および加えられた電界に依存する。装置により形成されたダイオードがオフ状態にあるとき、‐通常、ただし必ずというわけではないが、アノードとカソードが同じ電気的ポテンシャルにあるとき‐ディスプレイは、動作休止した光放射状態ないしオン状態にある。
【００８６】
図３ａの構成では、カソード層３１０は、フォトルミネセンス３０８の一部および入射照明光３０２の一部のどちらも反射する。入射照明光３０２の他の部分は、フォトルミネセント層１０６によって直接反射されるか散乱される。したがって、ディスプレイが見られる際には、観察者は、放射されたフォトルミネセンス３０８と、入射照明光３０２が反射及び／又は散乱された成分３０６とが合わさったものを見る。この散乱光は、ディスプレイのコントラストを低減する傾向があるが、後で説明されるような側面照明によって略減らすことができる。
【００８７】
図３ｂでは、カソード層３２２は透明であり、装置の背面に向かって放射されるフォトルミネセンスは実質失われるが、反射／散乱された光の成分は遥かに小さいかもしくは存在しない。ディスプレイがオフのときには、見る人は、透明なカソード３２２を通して後側にあるものを見ることになる。そのため、必要であれば透明なカソード３２２の後側に吸収体か光学的に黒い層３２４を設けてもよいし、あるいは、他の実施形態において、カソード３２２そのものが黒くてもよい。図３ｂの構成を用いる場合には、フォトルミネセント層１０６を背後で照明することも可能であるが、この場合には、フォトルミネセンス効率およびバックライトの波長に応じて、ビュアーは、フォトルミネセンスとともにバックライト照明も見ることになり、それがまた実質的なコントラストを下げることがある。
【００８８】
アノード、カソードおよびフォトルミネセント層１０６によって構成されたダイオードに逆バイアスがかけられる場合、すなわち、アノードがカソードより低い電気的なポテンシャルに維持される場合、少量の励起子が構成要素のホールおよび構成要素の電子に分離され、続いてこれらが加えられた電場の助けをかりて構造体の外へと導かれる。従って、上記の一部の励起子は、放射を伴う消滅が阻止されるとともに発光するフォトルミネセンスが妨げられる。このように分離される励起子の割合は、装置に印加される逆方向電圧によって規定され、フォトルミネセンスのレベルは、電圧が印加されない状態の最大値から、逆バイアスの度合いに応じた所定の低減値まで、制御することができる。
【００８９】
必要な電力は、実質的には、分離された励起子のホールおよび電子を引き離すように導くためのものだけであることから、装置の消費電力が非常に低いことが理解されるであろう。この点は、入射照明光の程度、さらにはフォトルミネセンス効率に応じて変化することになる。調光ディスプレイには、より大きな逆方向バイアスが必要とされるので、電力消費は、求められるコントラストに幾分か依存していることが理解されよう。さらに分かることは、上記ディスプレイのための１次エネルギー源は、入射照明光によって供給されるので、このディスプレイは、明るい日差しといったような強い周囲光の条件、つまり従来のディスプレイが普通対応しきれないないと分かるような条件で、一層良好に動作することになるという点である。優れたフォトルミネセンス発光体であるとともに優れたエレクトロルミネセンス発光体であるような材料が選択される場合には、デュアルモード型の装置が可能になる。つまり、明るい条件の下では、ディスプレイがフォトルミネセンス消光モードで動作し、あまり明るくない条件ないし周囲の照明光が無い条件の下では、装置は、エレクトロルミネセンス発光するように順方向バイアスがかけられる。高いフォトルミネセンス効率と高いエレクトロルミネセンス効率との両方を有する材料の一つの例は、Ｆ８ＢＴ‐ＴＦＢであり、デュアルモード装置は、この材料を使って作ることができる。
【００９０】
さて、図４を参照すると、この図は、上述したようなフォトルミネセンス消光装置のための照明方式を例示している。図４ａにおいて、ディスプレイ装置４００は、バックライト４０２とともにフォトルミネセンス消光ディスプレイ１０２，１０４，１０６，１２２，１２８を備えている。バックライトは、例えば、どんな従来のＬＣＤバックライトも備えることができる。装置のアノード層１０４は、透明なインジウム酸化スズを備え、カソード１２２は、５０ｎｍのカルシウム層といった金属の薄い層を備えている。
【００９１】
バックライト４０２がオンで、ディスプレイ装置に逆方向バイアスがかけられていない場合、ディスプレイの色は、フォトルミネセンスの色とフォトルミネセント層１０６の固有色とが合わさったものである。そのため例えば、層１０６が本来無色でありかつ白色のバックライトによって青色にフォトルミネセンス発光する場合では、ディスプレイは、バイアスなしでは青白く、逆方向バイアスがかかると白く見えることになる。白色の周囲光照明下では、同じディスプレイは、バイアスなしで青く、逆方向バイアスがかかると無色に見えることになろう（あるいはカソードの色を有することになろう）。
【００９２】
色が殆どシフトしないようにしながら、加えられるバイアスによって色の強度が変化するように図４ａの装置のフォトルミネセント層１０６の材料を選択することができる。こういった選択は、フォトルミネセンスの色が材料の固有色に近いような材料を選ぶ、つまり、図２ｂのスペクトルの組よりも図２ａのスペクトルの組に近いスペクトルの組を持った材料を用いることで可能になる。そのような材料の１つの例は、黄色の発光体Ｆ８ＢＴ−ＴＦＢである。このような構成によって、正面からの周囲照明光が弱くなるにつれて背後照明を増やし、ディスプレイの見かけが殆ど変わらないようにしながら周囲照明光の不足を補うのにバックライト４０２を用いることができる。
【００９３】
図４ｂの構成は、ディスプレイ表面の正面に向けて光源（不図示）からディスプレイ両側へと光を指向させるためにバッフル４１６と円柱レンズ４１２，４１４を用い、ディスプレイを正面から人工的に照明することのできる一つの方法を示している。好ましくは、図示されるように、ディスプレイを見る人の側に向かう外方にではなく、ディスプレイ正面に亙りかつディスプレイの中に向かって照らすように上記の照明が配されることが好ましい。この配置は、図２ｂに表されているようなスペクトルを持ったフォトルミネセント材料、つまり、固有の色を持たない材料に最もよく適している。図３に関して述べたように、図４ｂの装置のカソード層１２２は、反射型でも透過型でもどちらでも構わない。
【００９４】
多くの用途に対して、図４ｂの構成の方が図４ａのものよりも好ましいが、これは、反射型のカソードを有した正面から光が当てられる装置の方が、後から光が当てられる装置よりも上手く使えるからである。さらに、図４ｂの構成では、フォトルミネセンス材料は、無色である必要は無く、一つの部類として、利用可能な照明光をより多くの割合で吸収できるために無色の材料よりもフォトルミネセンス効率が高くなる傾向にあるような、より広範囲の材料の中から選ぶことができる。
【００９５】
図４ｃは、光学的構造を２０で示している。この構造は、周囲光の吸収を高めて、さらに放射される光をディスプレイの観察者に向けて指向するように基板１０２の正面上に形成することができる。好ましい実施形態では、この光学的構造体は、マイクロレンズアレイ、すなわち、小さなレンズ４２２が規則的に配列されたものを備えている。このようなアレイは、シリコン、ガラスならびにプラスチックといった基板上における複製及び／又はリソグラフィを含む従来技術の範囲で形成することができる。レンズ寸法は、通常、ｆ１からｆ４までの焦点比で直径が２０μｍから約ｌｍｍまで変わる。イギリス国立物理研究所（UK National Physical Laboratory）は、顧客の仕様に合わせて上記のようなアレイを製造している。ディスプレイの見た目を向上させるために用いることができる他の光学的構造には、「モス・アイ」反射防止構造が含まれる。
【００９６】
図５は、基板１０２内を光が導波される特に有利な照明方法を表している。この方法では、照明光は、略ディスプレイ装置内に閉じ込められるため、概ね、ディスプレイにより放射される唯一の光は、フォトルミネセンスから発生し、その結果コントラストを潜在的に高めることになる。
【００９７】
図５ａは、装置の一方の側に照明手段５０１が配置されたフォトルミネセンス消光装置５００の断面を示す。
【００９８】
図５ｂは、装置の対向する２つの側の両方に照明装置５０１を有したフォトルミネセンス消光装置５００の平面図である。
照明装置５０１は、縦長の照明光源５０２と、光源５０２からの光を集めて、光が基板内を導波されるように基板１０２に上記光を指向させる円柱レンズ５０４とを備えている。プリズムないし回折格子といったような、基板の導波モードに光を結合させる従来の他の手段も用いることができる。
【００９９】
図５ａから分かるように、基板内を進む光は、基板の正面側表面１０３（前側表面）からの内面全反射と反射型カソード１２２での反射によって導波される。他方の面でも反射させることによって照明光を導波することも可能であることが理解されよう。例えば、基板の正面側表面１０３に、照明光は反射するがフォトルミネセンスは反射しないような層を設けることができよう。装置の構造が基板上で逆になるような場合、反射型のカソードの代わりに反射型のアノードを用いることができる。とは言うものの、どのような構成を選ぶにせよ、エネルギーは常に照明光源５０２からフォトルミネセンス層１０６に結合されなければならない。
【０１００】
基板の正面側表面１０３での内面全反射は、表面に対する法線と光線５０６との間の角度θがsinθ=n2/n1を満たすときに得られる。なお、ここでn1は基板の屈折率、n2は空気の屈折率である。入射角がθより大きい場合には、光は全て内部で反射され、そのため、殆ど装置内に閉じ込められる。投射光学系（この場合円柱レンズ）は、照明光が基板の導波モードだけに指向されることで観察者には見えなくなるよう設けられている。
【０１０１】
図５ｃは、フォトルミネセンス消光装置５００を拡大して示す図である。この図において、層１２２，１０６，１２８及び１０４は、まとめて層５１２として示されている。この層は、自身の背面で反射するようになっている。また、図５ｃは、フォトルミネセンス消光ディスプレイ５００の単一のピクセル５１０も概略的に示している。このピクセルにバイアスがかけられていないときには、フォトルミネセンスは、図示されたようにピクセルから放射される（表現上の理由から、層１０６の他の部分からのフォトルミネセンスは、消光されるものと仮定している）。照明する光は、略基板内に閉じ込められるので、その結果、ピクセルからのフォトルミネセンス５１４が観察者の見る全てとなり、このピクセルに逆バイアスがかけられれば、フォトルミネセンスはオフに切り替えられる。
【０１０２】
図５ａに示されるように、カソード１２２が反射型とされている場合には、ピクセルがオフになる−つまり逆バイアスがかけられる−と、（フォトルミネセンス材料がもともと有色であるかいなかによって）フォトルミネセンス材料の固有の色や、あるいは光沢のあるカソードが見えるようになるけれども、ピクセルがオンになれば、より多くのフォトルミネセンスがディスプレイの正面から外に導き出される（というのも、反対の方向に放射された光は、正面に向けて反射されるからである）。艶消の黒いカソードもしくは透明なカソードと吸収層が装置に使われる場合、観察者はフォトルミネセンスか黒いピクセルかのどちらかを見ることになる。カソードが反射型であるときにフォトルミネセンス材料が持つであろう固有色の寄与を低減するため、全ての周囲光の比較的短い波長成分をフィルタで落とすように、光学フィルタ５０８をディスプレイの正面に設けることができる。
【０１０３】
図５の構成において、光５０６が基板を通過する回数を増加させるため、フォトルミネセント層１０６の照明されていない縁部を反射するように設けることができる。フォトルミネセント材料内での吸収が強い場合、及び／又はフォトルミネセント効率が比較的高い場合、あるいは、ディスプレイ面積が大きい場合、ディスプレイ５００の一方の側面もしくは全ての側面に光源を設けることができる。理論的には、装置の活性層だけ（基板は無し）の中を照明する光を導くことは可能であるけれども、これは、照明が強く吸収されるために現実的ではない。
【０１０４】
図６ａは、ピクセル化されたディスプレイ構造６００の例を示す。フォトルミネセント層１０６がピクセル化されている、つまり複数の個々のディスプレイ素子６０２に分けられているという点を除けば、この構造は、大体これまで説明してきたディスプレイ構造に対応するものである。同様に、カソード層（単層もしくは複数層）１２２は、各自が固有の接続部６０６を持った複数の別々のカソード６０４に分けられている。しかしながら、基板１０２、アノード１０４、そして正孔輸送層１２８は、全てのピクセルに共通である。従って、それぞれのピクセルは、共通のアノード１０４と然るべきカソード接続部６０６との間に逆方向バイアスをかけることによってオフに切り替えることができる。他のピクセル化されたディスプレイでは、行電極と列電極によるＸ−Ｙピクセル・アドレス指定を行うことができる。
【０１０５】
図６ａの構成では、個々のフォトルミネセントディスプレイ素子６０２は、全て同じ色を有してもよいし、あるいは異なる色を有してカラーディスプレイを構成してもよい。これとは別に、カラーディスプレイは、素子６０２のためのフォトルミネセント材料に白色発光するポリマー混合物を用い、さらに赤色、緑色、及び青色のピクセルを形成するように、然るべく上記ディスプレイ素子にフィルタをかけることにより構成することができる。この目的に、ＬＣＤディスプレイに使用されるような従来のフィルターを用いてもよいし、あるいは、ピクセル化された装置６００の構造の中に付加的なフィルタ層を含めてもよい。適したフィルタ材料は、国際公開第９８／５９５２９号パンフレットに記載されており、前記明細書に述べられたフィルタとして働く材料は、具体的な参照により本願明細書に組み込まれているものとする。さらなる代替構成として、白色と色付きのフォトルミネセンス素子の組み合わせを用いることができ、このとき、色付きのピクセルは、所望の色を直接作り出すのに用いられ、白色のピクセルは、他の色を作り出すためにフィルタがかけられる。例えば、青色のピクセルは、青色のフォトルミネセント材料を用いて形成することができるし、赤色や緑色のピクセルは、白色のフォトルミネセント放射をフィルタにかけることによって形成することができる。
【０１０６】
多重カラーフォトルミネセントディスプレイを提供するために逆に駆動できる装置の構造のさらに別の例は、国際公開第９５／０６４００号パンフレット（図１ならびにそれに関連する記述）、及び国際公開第９８／５９５２９（図１ならびにそれに関連する記述、及び特許請求の範囲）に与えられており、これらの記載は、これらの文献の特定の言及された個所を参照することで本願に含まれるものとする。
【０１０７】
図６ｂは、ピクセル化されたカラーディスプレイ６１２、ディスプレイドライバ回路６１４、及びバッテリによって概略的に示された電源６１６を備えたディスプレイ機器６１０を示す。ディスプレイ６１２は、複数の赤色のピクセル６１８、緑色のピクセル６２０、及び青色のピクセル６２２を備えており、これらのピクセルは、遠くから見て可変のカラーディスプレイの外観を与えることのできるようなパターンで配置されている。視覚アーティファクトを低減するのに役立つように示されたものに加えて、様々なピクセルパターンが可能である。例えば、赤、緑、緑および青の４つのピクセルの繰返パターンを用いることができる。
【０１０８】
ディスプレイ・ドライバ６１４は、ディスプレイ信号入力６２４を受け取り、図６ａの電極１０４および６０４を駆動するための出力６２６を供給する。図６ｂに表されるように、共通のアノード接続部１０４および電源（バッテリ６１６）の負の端子が両方ともアースに接続されている。ディスプレイ・ドライバは、ディスプレイ信号入力オンライン６２４に従って、選択されたカソード接続６０６に電源６１６から正の電圧を印加する。ディスプレイ信号は、単一のピクセルのオン／オフ信号や、あるいは、オン状態とオフ状態の間のピクセルの所望の明るさのレベルを指定するアナログないしデジタルのピクセル輝度信号を有することができる。図６ｂに示されるようなカラーディスプレイでは、可変のカラーピクセルを見せるために、赤、緑、そして青色のピクセルのそれぞれに別々の信号が供給されることが好ましい。
【０１０９】
ピクセルがオンであるべきだとディスプレイ信号が指定するときには、ディスプレイドライバ６１４は、予め定められた最大輝度にピクセルを調節するために、所定の度合いのフォトルミネセンス消光が得られるよう、然るべきピクセルをバイアスがかけられていない状態（ゼロバイアス）のままにするか、あるいは順方向バイアスをかけるか、あるいは逆方向バイアスをかける。ピクセルがオフであるべきだとディスプレイ信号が指定するときには、ディスプレイドライバは、ピクセルからフォトルミネセンスを部分的ないし完全に消光し、例えば、予め設定されたオフ状態の輝度レベルにピクセルの輝度を下げるように、ピクセルに逆方向バイアスをかける。ディスプレイ信号が最大および最小の明るさの間の所望のピクセル輝度を指定するときには、ディスプレイ回路６１４は、所望のピクセル輝度のための選択されたピクセルに適切なレベルの逆方向バイアスを加える。
【０１１０】
また、ディスプレイ・ドライバ６４１は、ディスプレイ信号入力オンライン６２４に反応して調整可能なデューティサイクルパルス幅変調駆動信号を個々のピクセルに供給する手段を内部に有していてもよい。パルス変調駆動信号は、ゼロ、又は、順方向バイアス第１電圧レベルならびに逆方向バイアス第２電圧レベルを有するとともに、６０Ｈｚないしそれよりも高い周波数を有することができる。例えば、パルス発生器により供給される複数のマーク−スペース比のうち一つを選択することによって、ピクセルの輝度レベルを調整することができ、さらに、カラーディスプレイでは、ピクセルのルミネセンスないし輝度と色とを調整することができる。
【０１１１】
さて、図６ｃを参照すると、この図は、ピクセルの輝度の調整に使うためのパルス幅変調（PWM: pulse-width modulated）波形６３０を示している。この波形は、ピクセルに印加される電圧を時間に対して示しており、このとき、電圧は、図示された例では０ボルトにある第１のレベル６３２と、図示された例ではピクセルに印加される逆バイアスを最大限にすることに対応している第２のレベル６３４との間で変化する。電圧レベル６３２にある波形部分を「マーク」と呼び、レベル６３４にある波形部分を「スペース」と呼ぶ。波形がマークの部分にある間、ピクセルはフォトルミネセンス発光し、波形がスペースの部分にある間、フォトルミネセンスは概ね消光される。
【０１１２】
波形６３０の周波数は、ピクセルがオンとオフで点滅するように見えるのではなくピクセルからの放射が略連続的に見えるが、輝度に関してはオン、つまり波形におけるマークの期間に比例させるようにして選択される。これを実現するには、一般に少なくとも２５Ｈｚから５０Ｈｚの周波数が要求される。図６ｃから分かるのは、マークからスペースへの変わり目６３６が図示されるような状態のときに、ピクセルが自身の最大輝度の２５％になるように見えるということである。転移位置６３８と６４０は、それぞれピクセルが５０％、７５％の輝度に対応し、１００％の輝度は、マーク：スペース比デューティサイクルが１００％になっている常に０ボルト（この例では）の状態に対応する。図６ｃに示されるもの以外の波形も用いることができる。例えば、駆動波形は矩形端を有する必要はない。
【０１１３】
パルス幅変調を用いると、デューティサイクルと現れるピクセルの輝度との間に概ね線形的な関係が存在するという利点がある。輝度が逆バイアス電圧を変化させることによって変更されるなら、個々のピクセルの特性は、比較的近く合わせられる必要があろうし、さらには、ルック・アップ・テーブルといったような何らかの線形化の形も求められると考えられる。輝度を制御するためのさらなる付加的構成、もしくは代替構成は、各ピクセルを２のべき乗（２０，２１，２２等）の面積比でｎ位副ピクセルに下位分割することであり、こうして、どの副ピクセルがオン状態に選択されるかに応じて２ｎの異なる輝度レベルが得られる。
【０１１４】
ディスプレイ内のすべてのピクセルは、原則として、他のピクセルに対して異なる明るさを有することができ、これにより、必然的に図６ｂのディスプレイ・ドライバ６１４は、各ピクセルをその選択された明るさに適したパルス幅変調波形で駆動できるようになる。これを実現するための一つの方法は、各ピクセルに対して、あるいはディスプレイ内のピクセルの各行ないし列に対して、個別の可変なパルス幅パルス発生器を設けることである。これを遂行するための適切な集積回路は、Ｃｌａｒｅ社（米国カリフォルニア州）の子会社Ｃｌａｒｅ Ｍｉｃｒｏｎｉｘから入手可能で、ＭＸＥＤ１０１、ＭＸＥＤ１０２、及びＭＸＥＤ２０２がある。例えば、ＭＸＥＤ１Ｏ２は、２４０の独立に調整可能なパルス幅変調出力を供給する２４０チャネル従属接続可能コラムドライバである。これらの装置に関するデータシートは、Ｃｌａｒｅ Ｍｉｃｒｏｎｉｘ社のウェブサイトで入手することができ、参照により本願に組み込まれるものとする。
【０１１５】
フォトルミネセンス消光効果は、オンとオフが非常に速く切り替わり、これは、概して有利ではあるが、同時にパッシブマトリクス走査型のディスプレイの使用をより困難にする。パッシブマトリクスディスプレイでは、電極のうちの１つが列にパターン化され、また、他方は、行にパターン化される。そして、各ピクセルは、列電極と行電極（これらの交点にピクセルが位置する）の間に然るべき電圧を印加することによってアドレス指定される。ＬＣＤディスプレイにおいて、比較的反応が遅いということは、ピクセルが次に活性化されるまで、ピクセルの状態が概ね不変であることを意味する。しかしながら、フォトルミネセンス消光ディスプレイにおいて、このような走査型の構成は、逆方向バイアスが全体の時間の僅かな部分の間だけしか加えられず、そのためにコントラストを下げるという結果をもたらす。こういった理由から、アクティブマトリクスディスプレイを用いることが望ましい。アクティブマトリックスディスプレイでは、各ピクセルは、別のピクセルがアドレス指定されている間、発光状態又は非発光状態のいずれかのままに置くことができるように回路が設けられている。
【０１１６】
典型的なアクティブマトリクス・ピクセル・ドライバ６５０が図６ｄに示されている。フォトルミネセンス消光ディスプレイ・ピクセルが、ダイオード６５２によって概略的に示されており、このとき、ダイオード６５２は、０ボルトのバス６５１とスイッチングトランジスタ６５６との間に接続され、次に正の電圧供給バス６５８に接続されている。スイッチングトランジスタ６５６がオンの場合、ダイオード６５２は、バス６５４とバス６５８の間の電圧によって逆バイアスがかけられる。蓄積コンデンサ６６０は、スイッチングトランジスタ６５６が選択された状態、それも好適な実施形態においては、完全にオンかあるいは完全にオフかの状態に保持するように電荷を蓄える。電荷は、列（あるいは行）信号線６６４及び行（あるいは列）走査ライン６６６に接続された第２トランジスタ６６２によってコンデンサー６６０上に蓄積される。トランジスタ６６２のスイッチを入れるために電圧が走査ラインに印加されるとき、信号線６６４への電圧は、蓄積コンデンサ６６０（このコンデンサは、トランジスタ６６２のスイッチが後で切られたときに、自身の電荷状態を維持する）に印加される。
【０１１７】
フォトルミネセンス消光装置の基板１０２は例えば、ガラスかプラスチックのいずれかから構成することができ、ピクセル・ドライバ回路６５０は、アモルファス・シリコンないし有機伝導体のいずれか一方、コンデンサーおよびトランジスタを用いて構成することができる。アクティブマトリクスの電子回路は、ディスプレイ・ピクセルと集積される場合には、反射型カソードの後ろ側、またはフォトルミネセンス層１０６と基板１０２の間に配置することができ、その場合には、基板ではなくフォトルミネセンス消光構造がディスプレイの前方（観察者の方に）にある。
【０１１８】
フォトルミネセンス消光ピクセルは、逆バイアスがかけられる際には実質的に電流供給を受けず、このことが有機薄膜トランジスタを使用する助けになっている。有機デバイスは、フォトルミネセンス消光ディスプレイ素子が設けられても、材料適応性、加工の容易さ、柔軟性等の付加的な長所を提供する。適した装置の製造は、２００１年６月カリフォルニア州における SD 2001 Symposium in San Jose の論文、'AMLCD Using Organic Thin-Film Transistors on Polyester Substrates; M.G. Kane, I. G. Hill, J. Campi, M. S. Hammond, B. Greening (all of Sarnoff Corp), C. D. Sheraw, J. A. Nichols, D. J. Gundlach, J. R. Huang, C. C. Kuo, L. Jia, T. N. Jackson (Penn State Univ), J. L. West, J. Francl (Kent State Univ), SID Symposium Digest, Vol 32 pp 57-59、及び、'All-Polymer Thin Film Transistors Fabricated by High-Resolution Ink-Jet Printing' T. Kawase, (Univ of Cambridge and Seiko-Epson Corp.), H. Sirringhaus, R. H. Friend (Univ. of Cambridge), T.Shimoda (Seiko-Epson Corp.), SID Symposium Digest, VoL 32, pp 40-43 に記載されいている。これらの論文のいずれも参照により本願に組み込まれるものとする。
【０１１９】
フォトルミネセンス消光ディスプレイに適応できるピクセル駆動装置のその他の詳細は、本出願人に与えられた国際公開第９９／４２９８３号パンフレットに記載されており、さらに、米国特許第５，８２８，４２９号明細書、米国特許第５，９０３，２４６号明細書および米国特許第５，６８４，３６５号明細書にも記載されている。これらのすべては、参照により本願に組み込まれるものとする。
【０１２０】
次に、図７を参照すると、この図は、逆方向バイアスがかけられたときにフォトルミネセンス消光ディスプレイによって放射されるフォトルミネセンスの強度を測定するための実験装置７００を示す。
【０１２１】
キセノンランプ７０２は、幅の狭い照明波長を選択できるようにレンズ７０４によってモノクロメーター７０６に結合される。モノクロメーター７０６からの出力は、次に一対のレンズ７０８、７１０を介して試験用ディスプレイ装置７１４に焦点が合わされる。これらのレンズ７０８，７１０は、ロックイン増幅器７２４によって駆動される機械的チョッパ・ホイール７１２がモノクロメーター・出力を変調できるようにする。モノクロメーター７０６による照明で励起された試験用装置７１４からのフォトルミネセンスは、レンズ７１６によって集光され、ロックイン増幅器７２４につながれたフォトダイオード７２０上に指向される。集光された光は、低域フィルター７１８を介してフィルタにかけられ、モノクロメーター７０６からの散乱光が阻止される一方で、フォトルミネセンスは通過させられる。試験用デバイス７１４に調節自在の逆バイアス電圧を供給するために電圧源７２２が用いられる。ロックイン増幅器７２４は、装置７１４からのフォトルミネセンスのレベルを指定する出力を供給する。
【０１２２】
〔実施例〕
２つの典型的な装置による結果を示すことにする。２層のカルシウム／アルミニウム・カソードを用い、Ｆ８ＢＴ：ＴＦＢが８０：２０のポリマー混合物から第１の装置を構成した。フッ化リチウム／カルシウム／アルミニウムの３層カソードを用い、Ｆ８ＢＴ：ＴＦＢ：poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-co-(2,5-thienylene-3,6-benzothiadiazole-2,5-thienylene)が７９：２０：１のポリマー混合物から第２の装置を構成した。いずれの装置も、黄色でフォトルミネセンス発光し、もともと黄色の色を有していた。
【０１２３】
図８ａおよび図８ｂは、第１及び第２の装置において逆方向バイアスがあるときのフォトルミネセント放射の変化をそれぞれ示している。どちらの場合も、モノクロメーター７０６からの４６６ｎｍの波長を持つ光によって装置を励起した。そして、５７０ｎｍより長い波長の光を集めるようにフィルタ７１８とフォトダイオード７２０を配置した。２つのグラフは、加えられたバイアスがゼロのときの最大１００％のフォトルミネセンスのレベルで規格化したものである。
【０１２４】
２つのグラフは、約２０ボルトの逆バイアス電圧で、フォトルミネセンスがその初期値のおよそ半分にまで低減することを示している。一旦逆バイアス電圧を取り除いて、フォトルミネセンスを、それが元の強度に戻るまで観測した。
【０１２５】
図９は、第１の装置の場合に、フォトルミネセンス強度の変化を、モノクロメーター７０６からの照明波長の関数として示したものである。励起波長が大体５７０ｎｍより長くなると、フォトルミネセンスはカットオフされる。図９のグラフにおいて尾を引いた残りの部分は、励起光源からの散乱光に起因するものである。励起光源が４００ｎｍから５００ｎｍの間の波長を有しているときに、最大のフォトルミネセンスが観察されることが分かる。この特性が、適した照明源を選択するのに役立つ。図９の装置におけるフォトルミネセンスの閾値である５７０ｎｍは、フォトルミネセント材料内にまだ励起子を生成できるだけの最低限の光子エネルギーに対応している。したがって、周囲光やバックグラウンド光によって誘発されるフォトルミネセンスを防ぐことが望ましいような装置においては、該装置の正面に配置された５７０ｎｍより上の波長を遮断するフィルタが、周囲光による誘導フォトルミネセンスを低減し、その一方で５７０ｎｍより長い波長のフォトルミネセンス放射は依然通過させるようにする。これは、図５ａに示されたタイプの装置においては有用である。
【０１２６】
図１０は、フォトルミネセンス消光をつかさどると考えられる理論的なメカニズムを表している。入射する照明光は、ポリマー、フォトルミネセントポリマー混合物（Ｆ８ＢＴ）のうちの一つにπ‐π＊遷移を引き起こし、励起子（束縛されたホール‐電子対）を生成する。この励起子は、励起子結合エネルギーＥｂより大きな熱エネルギーによって解離されることがある。電場内では、励起子を解離するのに必要なエネルギーは、ほぼＥｂ−Ｘｅｄ（Ｘは電界、ｅは電子の電荷、ｄはホールと電子が完全に解離されるために引き離されなければならない距離）まで引き下げられる。
【０１２７】
図１０を再び参照すると、この図は、真空エネルギー準位１０００、ＴＦＢとＦ８ＢＴのそれぞれに対する最低空分子軌道（the lowest unoccupied molecular orbital; ＬＵＭＯ）エネルギー準位１００２および１００４を示す。また、図１０は、ＴＦＢとＦ８ＢＴのそれぞれに対する最高被占分子軌道（the highest occupied molecular orbital; ＨＯＭＯ）エネルギー準位１００６および１００８を示す。簡単な図では、もしＴＦＢポリマーのＨＯＭＯへと移されたホールによって得られたエネルギー（０．５６ｅＶ）がＦ８ＢＴポリマーにおける励起子の結合エネルギーを上回っていれば、Ｆ８ＢＴポリマーにおける励起子は解離することになる。同様に、Ｆ８ＢＴポリマーのＬＵＭＯに電子を移動させることにより得られたエネルギーが、ＴＦＢポリマーにおける励起子の結合エネルギーを上回れば、ＴＦＢポリマーで構成された励起子は解離することになる。次のことが考えられる。逆バイアスの電場を加えることで、Ｆ８ＢＴにおける励起子及びＦＢＴにおける励起子を解離するのに必要なエネルギーが低減され、そのため、このホール／電子移動プロセスが促進される−つまり、この移動プロセスに必要なエネルギーがより少なくなり、故に、所定の温度で、このプロセスがより起こりやすくなるのである。解離は、放射再結合より速く起こらなければならない。測定により、評価された結合エネルギーの減少分が、ＴＦＢならびにＦ８ＢＴポリマー鎖間の隔たりに大体等しい距離だけホール‐電子対を分離するのに要するエネルギーと整合性のとれるものであることが確認された。
【０１２８】
無論、当業者であれば、他の多くの有効な代替例を想到するであろうし、また、本発明が上述された実施形態に制限されず、請求項の観点と思想内で当業者にとって自明な変形例を網羅することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１ａ】フォトルミネセンス消光装置の構造を示す図である。
【図１ｂ】フォトルミネセンス消光装置の構造を示す図である。
【図２ａ】フォトルミネセンスの消光を表すフォトルミネセント材料のスペクトルを示す図である。
【図２ｂ】フォトルミネセンスの消光を表すフォトルミネセント材料のスペクトルを示す図である。
【図３ａ】反射型カソード装置からのフォトルミネセンスを概略的に表す図である。
【図３ｂ】透過型カソード装置からのフォトルミネセンスを概略的に表す図である。
【図４ａ】フォトルミネセンス消光装置ための照明の配置を示す図である。
【図４ｂ】フォトルミネセンス消光装置ための照明の配置を示す図である。
【図４ｃ】フォトルミネセンス消光装置のための光学的微細構造を示す図である。
【図５ａ】フォトルミネセンス消光装置の照明を導波するための照明の配置を示す断面図である。
【図５ｂ】フォトルミネセンス消光装置の照明を導波するための照明の配置を示す上面図である。
【図５ｃ】フォトルミネセンス層内における導波を詳細に示す図である。
【図６ａ】ピクセル化されたフォトルミネセンス消光ディスプレイを示す図である。
【図６ｂ】ピクセル化されたカラーフォトルミネセンス消光ディスプレイとディスプレイ・ドライバを示す図である。
【図６ｃ】フォトルミネセンス消光ディスプレイを駆動するためのパルス幅変調波形を示す図である。
【図６ｄ】アクティブマトリクス・ピクセル・ドライバ回路を示す図である。
【図７】フォトルミネセンス消光の特性を見るための実験装置を示す図である。
【図８ａ】一つの装置に関して図７の装置を用いて測定されたフォトルミネセンス消光信号を示す図である。
【図８ｂ】一つの装置に関して図７の装置を用いて測定されたフォトルミネセンス消光信号を示す図である。
【図９】図８ａの装置における照明波長の関数としてのフォトルミネセンスの強度を示す図である。
【図１０】フォトルミネセンス消光に関する考えられる理論的な仕組みを示す図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１００・・・フォトルミネセンス消光装置
１０２・・・ガラス基板
１０４・・・アノード層
１０６・・・フォトルミネセント材料層
１０８・・・カソード層
１１２・・・接続ワイヤ
１１６・・・接続ワイヤ
１２５，１２８・・・正孔輸送層
１１８・・・照明光（照明）
３０２・・・照明
３０４・・・エキシトン
３１０・・・反射型のカソード層
３２２・・・透明なカソード層
３２４・・・光吸収層
４００・・・ディスプレイ装置
４０２・・・バックライト
４２０・・・光学的構造
４２２・・・レンズ
５００・・・フォトルミネセンス消光装置
５０１・・・照明手段
６００・・・ピクセル化されたディスプレイ構造
６０２・・・ディスプレイ素子
６１２・・・カラーディスプレイ
６１４・・・ディスプレイドライバ回路
６１６・・・電源
６２４・・・ディスプレイ信号入力
【図１ａ】
2005502086.tif 000003
【図１ｂ】
2005502086.tif 000004
【図２ａ】
2005502086.tif 000005
【図２ｂ】
2005502086.tif 000006
【図３ａ】
2005502086.tif 000007
【図３ｂ】
2005502086.tif 000008
【図４ａ】
2005502086.tif 000009
【図４ｂ】
2005502086.tif 000010
【図５ａ】
2005502086.tif 000011
【図５ｃ】
2005502086.tif 000012
【図６ａ】
2005502086.tif 000013
【図６ｂ】
2005502086.tif 000014
【図６ｃ】
2005502086.tif 000015
【図７】
2005502086.tif 000016
【図８ａ】
2005502086.tif 000017
【図８ｂ】
2005502086.tif 000018
【図９】
2005502086.tif 000019
【図１０】
2005502086.tif 000020
【国際公開パンフレット】
2005502086.tif 000021
2005502086.tif 000022
2005502086.tif 000023
2005502086.tif 000024
2005502086.tif 000025
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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