(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を発生させる装置であって、
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に挟まれた発光素子と、
を備えており、
前記カソードは、ガリウムと水素とを用いて共ドープされたＺｎＯのパターニングされた層を有し、前記ガリウムと水素とは、前記カソードの仕事関数を低下させることにより前記カソードが前記発光素子の最低非占有分子軌道エネルギと実質的に一致する仕事関数を有し、よって、前記カソードから前記発光素子の中への電子の注入への潜在的エネルギ・バリアを実質的に縮小させるのに十分な濃度で共ドープされ、
前記アノードと前記カソードとの間に加えられた電圧により前記発光素子に電流が流れ、前記電流により電磁放射が前記発光素子によって放出される
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記アノードは前記発光素子の最高占有分子軌道エネルギと実質的に一致するフェルミ・レベルを有する高い仕事関数を有していることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記発光素子は発光有機ポリマを含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記パターンニングされた層は共ドープされたＺｎＯの薄膜を含んでおり、この装置は、更に、前記ＺｎＯ薄膜上にパッシベーション層を備えていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記アノードと前記カソードとは前記電磁放射のスペクトルの少なくとも一部に対して実質的に透明であることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ｎ型亜鉛酸化物薄膜を、化学的に安定で低仕事関数のカソードとして、有機発光ダイオード（Organic Light Emissive Diode： OLED）ディスプレイ、電界放出（Field Emission Display： FED）および真空マイクロエレクトロニクス・ディスプレイ装置に応用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
表示（ディスプレイ）装置は、電子工学市場において急速に発達している部分である。歴史的に、商業的に現実的なディスプレイは、信頼性及び入手可能性という観点から、陰極線管（ＣＲＴ）および液晶技術に依存してきた。ＣＲＴ技術は成熟しており、高分解能、高輝度（明るさ）、低コストおよび長い寿命を達成することが可能である。残念なことに、ＣＲＴディスプレイは、高い動作電圧を必要とし、携帯可能な応用例のためには重すぎる。また、ＣＲＴは、大きな形状因子（bulky form factor）を有する。近年では、フラットパネルＬＣＤが多くの応用例で受け入れられているが、その理由は、バッテリ動作と互換性を有する電力レベルで動作し、軽量で、薄い形状因子（thin form factor）を有するからである。ＬＣＤパネルは光を反射するか透過させるので、外部の光源が必要である。また、ＬＣＤパネルは限られた視野角（viewing angle）を有するので、ユーザは、斜めの視野角からは表示された情報を見ることが可能でない。ＬＣＤディスプレイは、その視野角が長年にわたって改善されてきたが、ＣＲＴおよび他の発光型表示技術と比較すると劣っている。ＬＣＤディスプレイの他の弱点は、刺激に対する液晶材料の反応が低温では遅いということである。このように、ＬＣＤディスプレイは、極度の低温での動作が必要になりうる携帯型、自動車又は軍事への応用には適切でない選択肢である。したがって、リアルタイム・イメージング能力をフラットパネルの形状因子において広い動作温度範囲において示す安価で低電力のディスプレイ技術に対する大きなニーズが存在する。
【０００３】
携帯型の応用例と互換性を有するＣＲＴの光源効率および分解能とＬＣＤのフラットパネルの形状因子とを提供する多くの代替的な技術は、多く存在する。発光装置は、ＬＣＤディスプレイの形状因子を有するが、外部の光源に依存していない。放射型の装置も、ＣＲＴの広い視野角を有し、広い温度領域で動作する。放射（放出）型の装置（emissive devices）の２つの例として、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置と、電界効果ディスプレイ装置がある。放射型の表示装置は、軽量であり、広い温度領域の上で高いコントラスト比でビデオレートイメージを投影できる。優れた視野角度特性および高いビデオレートを有するため、放射型表示はＬＣＤに代わるものとして大きい見込みを有する。さらに、ＬＣＤとは異なり、放射型ディスプレイの応答速度（response rate）は、低い周囲動作温度によって影響を受けない。
【０００４】
図１は、従来技術によるＯＬＥＤ装置１０の一部を例示している。装置１０は、トランスペアレント（透過的、透明）な基板１８に配置された透過的なアノード電極１４と間隔を置いて配置された不透明なカソード電極１２を有する。有機発光媒体２０が、カソード電極１２とアノード電極１４とに挟まれており、カソード電極がアノード電極と重なる場所にピクセルが定義されている。層２３はカソード電極１２の上に適用され、装置１０をカプセル化し保護する。カソードから媒体２０に注入される電子がアノードで注入されるホール（正孔）と結合すると、hνとして示され下方への矢印で示される光が生成され、透過的なアノード１４および基板１８を透過（伝送）する。
【０００５】
カソード電極１２は、通常、例えばアルカリ土類金属やリアクティブな（反応性の）金属合金のように、不透明で反射性の低仕事関数の金属である。従来技術でのカソード電極の例には、カルシウム、マグネシウム／銀（magnesium/silver）またはアルミニウム／リチウム（aluminum/lithium）が含まれる。一般的に、アノード電極１４は、透過的なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の高仕事関数の薄膜である。用語「仕事関数」は、自由電子と当該材料のフェルミ準位での電子との間の電子ボルト（ｅＶ）を単位とするエネルギ差を意味する。用語「フェルミ準位」は、エネルギ状態が占められる確率が０.５に等しいエネルギ準位を意味する。エネルギ障壁を最小にするためには、フェルミ準位が有機媒体の最低空軌道（最低非占有分子軌道、ＬＵＭＯ）のエネルギ準位と一致するように、カソードの仕事関数が低いことが必要となる。同様に、アノードの仕事関数は、有機媒体の最高被占軌道（最高占有分子軌道、ＨＯＭＯ）のエネルギ準位と一致することを必要とする。ＩＴＯはトランスペアレントなアノードのための選択肢である材料なので、従来技術での調査は、装置効率を達成するために低い仕事関数を有するアルカリ土類金属の陰極の使用に集中していた。しかし、アルカリ土類金属は、非常に反応性が高く（リアクティブであり）透過的でない。
【０００６】
従来技術のディスプレイにおける深刻な問題は、電極と放射性の媒体との間の界面が電荷（チャージ）を媒体に注入できる前に克服されなければならないエネルギ障壁を生じさせるということである。１つの電極におけるエネルギ障壁が他方の電極よりもはるかに大きい場合には、供給電圧は、より大きな障壁を克服し装置に供給されなければならない電力を増加させるのに十分でなければならない。図２は、図１に図解されている従来技術のＯＬＥＤ装置の位置エネルギ図を図解している。示されているように、ＩＴＯ（２２に示されるように、仕事関数は約４.７ｅＶである）のフェルミ準位は、有機媒体のＨＯＭＯエネルギ準位より上にある。例えば、ＭＥＨ−ＰＰＶ有機ポリマに対するＨＯＭＯが約４.９ｅＶであるので、有機媒体への電位エネルギ障壁のエネルギを超えて、ホールを注入するのにｈ＋で表されるエネルギが必要となる。更に、金属カソードのフェルミ準位（２４に示されているように、典型的アルカリ土類金属では約３ｅＶから４ｅＶである）は媒体のＬＵＭＯ（約２．８ｅＶ）よりも下であるから、ｅ−で表される電子を媒体２０の中に注入するにはエネルギが必要になる。このように、光が生じる前に電子とホールとの両方を媒体の中に注入するには、動作電圧は、電位（ポテンシャル）障壁を克服するのに十分でなければならない。多くの従来技術によるＯＬＥＤ装置において、ホール注入と電子注入との比率のインバランスが、熱散逸（heat dissipation）を生じさせる。この種の加温は、媒体の劣化とＯＬＥＤ装置の低効率とを生じさせる。
【０００７】
ＩＴＯをトランスペアレントな電極（アノード）として、また、反応性で低仕事関数の金属をカソードとして使用することは、ＯＬＥＤ装置の設計を、図１に図解されている従来のアーキテクチャに制限する。１つの例は、シリコン基板上の駆動電気回路とモノリシックに一体化された小型のＯＬＥＤディスプレイである。この装置は、不透明で反応性の（リアクティブな）金属カソード（Ｃａ、Ｍｇ）がシリコン・バックプレーン上に配置され、ＩＴＯアノードが有機発光媒体の上に配置されることを必要とする。しかし、リアクティブなカソードは、有機媒体の界面を容易に酸化し、劣化させる可能性がある。また、リアクティブな金属は、半導体処理技術と互換性がなく、シリコン基板上の駆動電気回路を劣化させる可能性がある。したがって、バリヤ層を含む複雑な半導体製造工程が、従来技術によるＯＬＥＤディスプレイ装置を共通の基板上で電子的な素子と組み合わせるために必要となる。明らかに、必要なのは、制御回路と共に一般のシリコン基板上で処理及び統合が可能なデザイン及び一定の成分材料を有するＯＬＥＤディスプレイ装置である。低仕事関数と低処理温度とを有し透過的で安定なカソード材料を有し、従来技術における反応性の金属カソードに代わるものとして用いることが望まれる。
【０００８】
電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）装置とは、独立にアドレス可能な電子流がそれぞれのピクセルを励起するという点で、従来型のＣＲＴディスプレイ技術と類似する他のタイプの放射型ディスプレイを意味する。ＣＲＴは単一の電子源を用いて蛍光面の背面全体にわたって単一の電子ビームを掃引するが、ＦＥＤ装置は、エミッタ（カソード）のアレイを組み込んでいて、それぞれが、電界が与えられると、電子流を放出し、対向側のディスプレイ表面（アノード）における対応するピクセルを励起する。単一の電子銃とＣＲＴディスプレイのスクリーン全体においてビームを掃引スペクトル必要とをなくすことにより、奥行き、すなわち、ＦＥＤの形状因子を著しく減少させることができる。
【０００９】
ＦＥＤ装置のそれぞれのエミッタは、底部においてカソード電極に結合された鋭い点部に終端するピラミッド状または円錐状の頂部を有する。コントロール・ゲートは、それぞれのエミッタまたはエミッタ群のすぐ上に存在する。それぞれの個々にアドレス可能なゲートおよびカソード電極間に電圧を与えることにより、結果的に電子流が生じ、これがアノードにおけるリン光体を刺激し、結果的に可視光を生じる。アノード電極は、電子流を引きつけるバイアス電圧を設定するが、それ以外はアドレス可能である必要はない。残念なことに、従来技術のＦＥＤは、容認できないほど短い動作寿命を有し、エミッタに関するさまざまな材料的な限界のため、高い動作電圧を必要とする。大部分の従来技術のＦＥＤは、シリコンや非反応性（refractory）の金属などの材料で作られたエミッタを有する。従って、それらは高い仕事関数を有し、十分な電界放射電子を生成するのに高い動作電圧を必要とする。さらに、酸化物の絶縁層が、エミッタ表面に段階的に生じることで、その仕事関数を増大させ、電子放射への障壁として機能し、結果として、当該ディスプレイの動作寿命の間にわたって、輝度を低下させ、表示されるイメージの明るさを不均衡にする。類似する技術的な問題が、個々にゲート制御されたソリッドステート・マイクロエレクトロニクス・エミッタを有する様々な形の真空管電子デバイスに対応する真空マイクロエレクトロニクス装置の動作性能を低下させる。したがって、ＦＥＤおよび真空マイクロエレクトロニクス装置は、酸化抵抗性で、低仕事関数の電子エミッタを有することにより利益を得る。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）および真空マイクロエレクトロニクス装置のカソードとして共ドープされた亜鉛酸化物（ｎ型）の使用に関する。本発明は、従来技術に関する上述した及びそれ以外の限界を克服するが、これは、この明細書を読み理解することで明らかになる。本発明は、装置効率を最大化し、装置の信頼性を改良し、柔軟性を新たな装置アーキテクチャまで拡張する。
【００１１】
１つの好適な実施例において、共ドープされた亜鉛酸化物の膜が、ガラス基板に配置される。発光性の有機媒体が、共ドープされた（ｎ型の）亜鉛酸化物のカソードと高仕事関数の金属（例えば金（Au）、白金（Pt）またはニッケル（Ni））によって作られるアノードとにはさまれる。光が、亜鉛酸化物のカソードおよびガラス基板を通過する。この装置は、低仕事関数のカソードと高仕事関数のアノードとを用いて、装置効率を最大にするために電子注入および正孔（ホール）注入エネルギ障壁を最小化する。
【００１２】
他の好適な実施例において、双方向性のＯＬＥＤディスプレイは、透過的なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のアノードと透過的で共ドープされた亜鉛酸化物カソードとの間に挟まれた放射性の有機媒体を有する。両方の電極が透過的であるから、光は、装置の頂部及び底部の両方から双方向的に放射される。共ドープされた亜鉛酸化物カソードは、ディスプレイ装置がより能率的に動作するように、有機媒体にカソードから電子を注入するための潜在的なエネルギ障壁を最小にする低い仕事関数を有する。共ドープされた亜鉛酸化物薄膜は、低温で堆積可能であるから、有機発光媒体の上にその媒体を劣化させることなく配置可能である。この低温での蒸着過程は、トランスペアレントなＺｎＯカソードがガラス基板に配置されていない任意のＯＬＥＤデバイスを作成するのに適している。
【００１３】
発光型表示装置の他の好適な実施例において、アノードは高仕事関数の金属（例えば白金（Pt）または金（Au））である。反射性で高仕事関数金属のアノードは、有機媒体にホールを注入するポテンシャル障壁を最小にし、改良された一方向性ディスプレイを提供する。非反応性金属のアノードは、有機物層の上に積層されパターニングされるトランスペアレントな電極（カソード）としての共ドープされた亜鉛酸化物と共に、シリコン又は別の基板の上に配置される。両方の電極が非反応性であるので、発光型表示装置は、単一基板上の制御用電子装置と組み合わせることができる。この実施例は、特にミニチュア・ディスプレイへの応用に役立つ。シリコン上のミニチュア・フラットパネル・ディスプレイは、共通の基板において駆動用の電子装置とディスプレイとを組み合わせることを可能にする。この種のミニチュア・ディスプレイは、高分解能および低コストを可能にするのであるが、これらは、低電力および高効率が重量を最小化しバッテリ寿命を増加させる無線又はモバイル装置への応用において特に望まれている性質である。
【００１４】
また、共ドープされた亜鉛酸化物電極の低い仕事関数及び化学的なローバスト（堅固）性は、ＦＥＤ及び真空マイクロエレクトロニクス装置のための電界放射材料としての応用を有する。本発明は、従来技術のディスプレイにおいて一般的であったカソードの酸化対する耐性を改善する。また、本発明は、材料の低仕事関数によって、高い動作効率を提供する。
【００１５】
ある実施例では、共ドープされた亜鉛酸化物薄膜は、ＦＥＤ装置または真空マイクロエレクトロニクス装置のエミッタ表面に配置される。このコーティングは、エミッタの表面酸化により誘発される性能劣化を最小化し、材料の低仕事関数によって電子放射効率を向上させる。
他の実施例は、電界放射光源に関するものである。この構成では、複数のトランスペアレントな亜鉛酸化物エミッタが、トランスペアレントな基板に作られ、リン光体層が金属アノードに適用される。電界が、エミッタとリン光体との間に与えられ、電子流をアノードの方向に加速させ、リン光体の上に衝突させる。リン光体層の上で生成される光は、トランスペアレントなカソードを通過する。この装置配置では、電子流とリン光体との間の相互作用の間に生成される熱は、金属アノードの中に散逸する。金属アノードの高い熱伝導率により、熱は効率的に除去され、ハイパワー動作が可能になり、結果的に高い光強度出力が得られる。
【発明の実施の形態】
【００１６】
好適な実施例に関する以下の説明では、（この出願の一部を形成する）添付の図面が参照される。これらの図面においては、本発明が実現される特定の実施例が図解によって示されている。以下の記述においては、多数の具体的な詳細が、本発明の完全な理解を提供するために記載される。本発明がこれらの具体的な詳細なしで実現されることは、当業者にとって明らかである。どのような実際のインプリメンテーションを開発する場合であっても、開発者のゴールを達成するためには、多数のインプリメンテーションに特有の決定を下さなくてはならない。そして、開発者のゴールは、それぞれのインプリメンテーションに応じて変化するのである。したがって、本発明を不明瞭にしないため、周知の構造およびテクニックは、示されないか、または詳細には論じない。更に、この明細書では、図面に示されるエレメントが必ずしも寸法通りになっているというわけではない。図面において意図されているのは、エレメントの間の関係を図解することである。
【００１７】
本発明は、ディスプレイ技術の改良に関する。本発明の原理を、表示されたイメージを生成するのに用いるのに適した様々な放出（放射）型ディスプレイ・システムにおいて図解し説明する。本発明による軽量のディスプレイ・システムは、形状因子（フォーム・ファクタ）が小さく、高分解能であり、高い輝度（明るさ）を有し、長い動作寿命を有する。ガリウム原子と水素原子とを同時に電子ドナーとして注入した共ドープされた（co-doped）亜鉛酸化物の薄膜は、従来技術における深刻な問題点を解消することができる。共ドープされた亜鉛酸化物薄膜の性質は、１９９９年３月３０日に出願されこの出願を譲渡された出願人でもあるロックウェル・サイエンス・センタＬＬＣに譲渡されている米国特許出願第０９／２８１，１９８号に記載されており、この米国特許出願の内容は、本願明細書において引用する。単一のドーパントを用いてドープされた従来のｎ型亜鉛酸化物と比較して、共ドープされた亜鉛酸化物は、成長温度がより低く、ＯＬＥＤプロセシングとの互換性を有し、結果的にフェルミ準位を実質的に上昇させ低い仕事関数を達成するような高い電子濃度を有する。全てのこれらの性質は、ＯＬＥＤ、ＦＥＤ及び真空マイクロエレクトロニクス装置の性能を向上させるために望ましいものである。
【００１８】
次に図面を参照するが、特に、図３を参照すると、本発明による改良された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置２８の実施例の概略が図解されている。装置２８の実施例のカソード３０は、透過的（トランスペアレント）な基板３２上に共ドープされた亜鉛酸化物の薄膜が積層されている。この明細書では、「共ドープされた（co-doped）」という用語は、上述した米国特許出願において説明されているように、ガリウム（Ｇａ）と水素（Ｈ）との両方を用いて、亜鉛酸化物の薄膜がドープされていることを意味する。カソードの薄膜は、エッチング技術を用いてパターニングされるか、又は、シャドーマスクを用いた積層によって形成される。基板３２は、摂氏２００度を超える温度での積層（蒸着、deposition）や処理に耐えることができるソーダライム・ガラス基板である。しかし、基板３２が高い処理温度にさらされないのであれば、共ドープされる亜鉛酸化物の低い積層温度のために、プラスチック基板を用いることができる。本発明については、柔軟基板は、ポリアクリレート、ウレタン、ポリスチレン、ポリカーボネート、スチレンアクリロニトリルコポリマー、スチレンブタジエン・コポリマー、セルロース誘導体、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、熱可塑性ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル炭酸エステル、イオノマ、ポリエチレンテレフタレートで環式オレフィン共重合体からなる群から選択されることができる。基板材料がこのように広範囲であることにより、発光型ディスプレイ装置をカスタム化して、応用例の環境や価格上の要求に合致させることが可能になる。
【００１９】
いったんカソード３０が積層されパターニングされると、有機媒体２０が、カソード３０の上に積層される。例えば、媒体２０を積層するには湿式の化学的蒸着や真空蒸着を用いることができるが、どの媒体を選択するかによって、最適の積層技術を決定することができる。もし必要であるならば、積層技術によって導かれる可能性があるすべての揮発性溶剤や不純物を排除するように処理される。媒体２０の厚さは、媒体２０に関する特定の選択と意図された応用例とに依存する工学的な考慮である。多くの応用例において、この媒体の厚さは、約１０００Åである。媒体２０は、ＭＥＨ−ＰＰＶなどの発光性有機ポリマや、アルミニウム８-ヒドロキシキノリン（Ａｌｑ３）や色素ドープされたＡｌｑ３などの小さな分子から選ばれる。いくつかの応用例では、発光媒体として、蛍光金属キレート錯体やそれ以外の発光有機材料も適切である。あるいは、媒体２０は、アノードに近接して配置されたテトラアリールベンジジン（tetraarylbenzidine）誘導体（ＴＰＤ）やＴＰＤデリバティブ（ＮＰＢ）など正孔（ホール）輸送層と、カソードに近接して配置されたＡｌｑ３などの電子輸送層とを有することがある。多くの場合、２つの層は、電極の一方においてではなく、これらの層のインターフェースでの再結合を強制するのに用いられる。都合のよいことに、本発明では、両方の電極での潜在的なエネルギ・バリヤが最小化されることにより、ディスプレイ装置は、正孔と電子との実質的に等しい注入を有することになる。荷電担体がこのように平衡していることにより、担体が放射的に再結合する可能性が最大化され、より少数の担体が、結合して光を発生することなく媒体中を移動するため、消費電力が最小化される。
【００２０】
媒体２０が積層されると、次にアノード３４が積層され、媒体２０はアノードとカソードとの間に挟まれることになる。アノードの積層は、例えば摂氏５０度よりも低い低温での真空蒸着により行われるが、それ以外の既知の積層技術を用いて行うことも可能である。好ましくは、アノード３４は、金（Au）、白金（Pt）またはニッケル（Ni）の薄膜で構成される。より具体的には、アノードは、有機媒体２０の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギ・レベル以下のフェルミ準位を有する金属から選択される。積層の間、アノード３４は、カソード電極とアノード電極との関係が協動して所望のパターンが形成されるように、パターニングされる。パターニングは、好ましくは、シャドーマスクのような周知の半導体処理技術を用いて実行される。カプセル化層３６がアノード３４の上に積層され、環境からの保護を提供する。
【００２１】
媒体２０が２つの電極の間に挟まれ、電極が電気的に付勢されると、光が生じる。充分な大きさの電圧がアノード３４とカソード３０との間に加えられると、電子がカソードから媒体２０に注入され、正孔がアノードから媒体２０に注入される。注入された正孔と電子とが媒体２０の中で結合するため、光が放出される。カソード３０と基板３２とが透過的であるため、生じた光ｈνは、カソード及び基板を通過する。
【００２２】
図４には、本発明によるディスプレイの他の好適実施例が図解されている。ディスプレイ装置４０は、共ドープされた亜鉛酸化物カソード３０と放射性媒体２０とを有するように示されている。基板３２の上に積層されているアノード３４は、例えば、上述したような仕事関数が高い金属である。好ましくはアルミニウムである金属接点３８は、カソード３０の上に積層されパターニングされて、共ドープされた亜鉛酸化物との間にオーミック接点を生じる。透過的なカプセル化層３６が、金属接点と露出したカソードとを被覆するように積層され、この装置を周囲から保護する。有機金属から生じる光は、カソードを通過して伝送する。
【００２３】
他の実施例が図５に例示されているが、これは、集積回路（図示せず）を含むシリコン基板４２の上に形成されるミニチュア発光型表示である。この集積回路は、この技術分野において周知である標準的な半導体処理技術を用いて製造される。絶縁性の酸化物層（図示せず）が基板の上に積層されパターニングされた後で、ディスプレイ５０の構成要素が積層されパターニングされる。高い仕事関数を有する金属のアノード３４が、基板の上に積層される。より具体的には、このアノードは、摂氏２００未満の温度ではケイ素と相互作用をせず媒体２０のＨＯＭＯエネルギ準位に近い又はそれよりも低いフェルミ準位を有する金属から選ばれる。金（Au）および白金（Pt）は、特にこのアノードの材料に適している。集積回路とアノードとの間は、酸化物層を通過して集積回路の金属層の表面にバイアを提供することによって、接続される。有機発光媒体２０は、次に、アノードと共ドープされた亜鉛酸化物カソード３０との間にはさまれる。アルミニウムのオーミック接点３８が、カソード３０の上に積層されパターニングされる。オーミック接点３８と集積回路との間の接続は、ワイアボンディング又はそれ以外の金属による相互接続手段による。カプセル化（encapsulating）層３６が、この装置を環境から保護する。この装置は、シリコン基板上の駆動回路とモノリシックに一体化されたミニチュア発光型表示である。拡大レンズを、ディスプレイとのアライメント（位置合わせ）が維持できるように接着又は配置することにより、ビューワ（視聴者）が知覚する表示領域を拡大することができる。
【００２４】
図３、図４および図５との関係で説明される実施例は、共ドープされた亜鉛酸化物の性質を利用して、高い光透過性、低い仕事関数、低い積層温度および優れた化学安定性を達成している。次に図６を参照すると、ディスプレイ装置４０及び５０と関連するポテンシャル障壁（バリヤ）が示されている。共ドープされた亜鉛酸化物カソードと高い仕事関数を有する金属のアノードとを用いることにより、アノードとカソードとのフェルミ準位を、有機媒体のＬＵＭＯ及びＨＯＭＯのそれぞれと一致させることが容易になる。その結果として、ホールおよび電子の伝達バリヤが最小化又は低下させることが出来る。これらのバリヤを除去することにより、動作電圧を低下させ、より高い効率を得ることが可能になる。動作電圧の低下により、内部的な熱発生が最小化され、ディスプレイの寿命が改善されるはずである。こうして、安価で効率的で軽量な発光型ディスプレイが、小さな形状因子において可能となる。
【００２５】
他の実施例である双方向性のＯＬＥＤ装置が、図７に図解されている。ここで用いる「双方向的」という用語は、光放射がアノードおよびカソードの両方を通過することを意味する。装置６０では、アノードは、透過的な基板３２の上に積層されたＩＴＯの薄膜１４を含む。いったんアノード１４がパターニングされると、有機媒体２０がアノード１４の上に積層される。媒体２０の積層の態様と厚さとの選択は、前述したように、媒体２０と意図している応用例との特定の選択に応じた工学的な考慮によって決まる。カソード３０は、媒体２０の上に積層されている共ドープされた亜鉛酸化物を含む。いったん積層されると、又は、積層の最中に、カソード３０は、アノード電極とカソード電極との間の関係が所望のパターンを形成するように協同するように、パターニングされる。パターニングは、好ましくは、シャドーマスクのような周知の半導体処理技術を用いて実行される。コンタクト層３８は、カソード３０の上に配置され、やはりコンタクト３８を形成する既知のパターニング及びエッチング技術を用いてパターニングされる。コンタクト３８は、アルミニウムであるか、又は、オーム接触を共ドープされた亜鉛酸化物とのオーミック接点を形成するそれ以外の材料でありうる。コンタクト層は、また、低温で積層される。保護のための透過的なパッシベーション層３６が、環境から保護を提供するために、カソード３０のコンタクト３８と露出部分との上に積層される。
【００２６】
２つの電極にはさまれる媒体２０により、電極が電気的に付勢されると、光が生成される。充分な大きさの電圧がアノード１４とカソード３０との間に加えられると、電子はカソードから媒体２０に注入され、ホールはアノードから媒体２０に注入される。注入されたホールおよび電子が媒体２０において結合すると、光が生じる。アノード１４、基板３２、カソード３０およびカプセル化層３６の全てが透過的であるから、生じた光（hν）は、装置の頂部と低部との両方を、双方向的に通過する。レンズ、反射鏡またはディスプレイの他の要素は、頂部又は低部のいずれか、あるいは、頂部及び底部の両方に配置することができる。
【００２７】
次に、図８を参照すると、別の本発明による好適ディスプレイ実施例が、電界放出ディスプレイ（FED）装置の分野のものとして図解されている。ディスプレイ７０は、二次元マトリックスまたは格子状のパターンの単一のピクセルを示しているＦＥＤ装置の一部である。それぞれのピクセルは、エミッタ７８、ゲート８２およびアノード８８上のリン光体層８６という３つの基本成分から成る。
【００２８】
エミッタ７８から放出された電子９２の流れがリン光体層８６と衝突すると、光が生じる。それぞれのエミッタ７８は、抵抗層７６によって、カソード電極７４に結合されている。エミッタ７８と層８６との間の領域は、真空がエミッタ７８とリン光体層８６との間に存在するように、密封して封止され真空化される空洞８４を形成する。ゲート電極８２は絶縁層８０によってエミッタから分離されているが、それぞれのエミッタ７８に加えられる電界を変調する。これにより、エミッタからアノードに移動する電子の数が制御される。ゲート８２とカソード電極７４との間に電圧が印加されると、電子の流れ９２が放出され、カソード７４とアノード８８との間の電界によって、リン光体層８６の方へ加速される。リン光体に衝突する電子によって生成される光は、透過的なアノード電極８８と透過的な基板９０とを通過して放出される。
【００２９】
電子エミッタは、多くの既知の処理によって形成される。この処理には、選択的エッチング、選択的成長、エネルギを与えられた粒子の衝撃による表面の不規則化、シャドーマスクによる積層などが含まれる。図９Ａ−９Ｃは、例えばコーン９２、ポスト９４または鋭い隆起９６など、エミッタのためのいくつかの一般的な形状を図解している。他の従来技術では、急峻なエッジ形状を有するランダムな表面構造を含むエミッタが使用される。実際のエミッタの形状とは関係なく、エミッタの材料は、酸化抵抗性であり低い仕事関数を有することが望ましい。これらの理由のために、本発明の好適な実施例は、エミッタ９２、９４及び９６の少なくとも頂部に積層された共ドープされた亜鉛酸化物の薄いコーティング９８を含む。共ドープされた亜鉛酸化物のコーティングは仕事関数を低下させ、よって、ディスプレイ装置の効率を向上させる。更に、図８のディスプレイ７０が動作する間、真空空洞表面からの残留ガスおよび一定のガス放出が時間経過と共に領域８４における真空を減少させることは、周知である。共ドープされた亜鉛酸化物コーティングがなければ、真空レベルが減少するにつれて酸化物層がエミッタの上に形成されるのが一般的である。この酸化物層は、エミッタの仕事関数を増大させ与えられた電界強度のための電子流を減少させる絶縁物として作用する。仕事関数がこのように増大すると、一定の電子流を維持するために、より高い動作電圧が必要となる。共ドープされた亜鉛酸化物９８の層（図９のＡ−Ｃ）が酸化に対するバリヤ層を形成するのだと考えられる。更に、共ドープされた亜鉛酸化物層はエミッタの仕事関数を低下させるので、このＦＥＤ装置は、従来技術のケイ素または金属エミッタと比較して放出効率が向上し寿命も長くなるはずである。
化学的に安定で共ドープされた亜鉛酸化物のコーティングは、例えば、ケイ素またはタングステン冷陰極（すなわち、スタンドアロンの室温で動作する電子源）、真空マイクロエレクトロニック装置、電界放出光源などの、本発明による他の高密度の電界放出装置においても用いられる。このコーティングは、エミッタの酸化に対する耐性を増大させ、電子放出の効率を向上させる。
【００３０】
図１０には、本発明の更に別の好適な実施例が開示されている。この実施例では、電界放出光源１００は、パターニングされた金属プレート１０８などの熱導体に適用されたリン光体層１０６と、透過的な基板１０２の上に配置された透過的で共ドープされた亜鉛酸化物エミッタ１０４とを有する。光源１００のエミッタは、共ドープされた亜鉛酸化物の薄膜コーティングを透過的な基板の上に前もって製造されているマイクロ構造物に適用することによって製造されるシャープ（sharp）なマイクロ構造物の稠密なアレイから構成される。あるいは、このエミッタは、ドライ・エッチング又はウェット・エッチング技術を用いてシャープなマイクロ構造を得るためにエッチングされる厚い共ドープされた亜鉛酸化物膜のマイクロ構造を含むこともある。
【００３１】
光源１００が動作する間、エミッタ１０４は、付勢されると、電子の流れ１１２を発生する。金属アノード１０８とエミッタ１０４との間に電圧が加えられ、電子を引き寄せ加速させてリン光体１０６に衝突させ、光を生じさせる。光は、透過的なエミッタを通過して放出される。電子とリン光体との相互作用の間に生じる熱は、ヒートシンクとして機能する金属アノードの中に消滅する。熱の除去は、金属アノードからの放射によって受動的になされるか、または、例えば、冷却管１１０の中を循環する冷却剤を金属アノードの背面に付着させることによって能動的になされるか、のいずれかである。この構成によって、電界放出光源は、過熱せずに、強い光を放出する非常に高いパワーレベルでの動作が可能になる。
【００３２】
本発明の様々な実施例において、大きな外部光源の必要とすることなく光の放出を発生するディスプレイ装置が記載されている。本発明によるディスプレイ装置は、小さな形状因子を有し、軽量であり、単一の集積回路装置の上の駆動回路や制御回路との一体化が容易である。
特定の例示的な好適実施例についての説明がなされ、添付の図面において図解されているが、これらの実施例は、単に説明の目的を有するだけであり、広範囲にわたる本発明に対する制限を意図していない。更に、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、この技術分野の当業者に様々な修正や変更が可能なのであるから、本発明は、以上で説明し図面に図解されている特定の構成や配置には限定されないことを理解すべきである。
なお、添付の図面においては、同じ参照番号は、全ての図面を通じて、対応する部材を表している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】金属カソードとＩＴＯアノードとを有する従来技術による典型的な有機発光装置の図である。
【図２】従来技術による典型的なＯＬＥＤ装置のバンド図であり、電子および正孔（ホール）の注入に対する位置エネルギのバリヤが示されている。
【図３】ガラス基板の上の共ドープされた亜鉛酸化物カソードと高い仕事関数を有する金属アノードとを有するＯＬＥＤ装置のある実施例の概略図である。
【図４】ガラス基板の上にあり高い仕事関数を有する金属アノードと共ドープされた亜鉛酸化物の薄膜カソードとを有するＯＬＥＤ装置のある実施例の概略図である。
【図５】モノリシックな駆動集積電子回路を備えたシリコン基板の上のＯＬＥＤ装置の概略図である。
【図６】本発明による共ドープされた亜鉛酸化物の薄膜カソードと高い仕事関数を有する金属アノードとを有するＯＬＥＤ装置の場合のポテンシャル・エネルギ・バリヤの図である。
【図７】ガラス基板の上のＩＴＯアノードと共ドープされた亜鉛酸化物のカソードとを有するＯＬＥＤ装置の概略図である。
【図８】ＦＥＤ装置の１つのピクセルの概略図である。
【図９】Ａ、ＢおよびＣは、図８のＦＥＤ装置の１つのエミッタのための様々な構成図を示しており、それぞれのエミッタが共ドープされた亜鉛酸化物コーティングを有している。
【図１０】本発明の電界放出光源の第２の実施例の別の概略図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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