(57)【要約】【解決手段】アノード電極層と、カソード電極層と、前記電極層の間にありかつそれらと接触している発光層とを備える多色発光ダイオードであって、発光層がエレクトロルミネッセンス半導体材料と強誘電体材料との混合物を含み、前記電極層のうちの少なくとも一方または両方がエレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成し、アノード電極層またはカソード電極層のうちの少なくとも一方が２つ以上の色選別電極から構成され、前記２つ以上の色選別電極の各々が、使用時に、電極が供給されるそれぞれの電極によって決まる色を有する光の放出を可能にするように異なる導電性材料を含む、多色発光ダイオード。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極層と、カソード電極層と、前記電極層の間にありかつそれらと接触している発光層とを備え、前記発光層がエレクトロルミネッセンス半導体材料と強誘電体材料との混合物を含み、前記電極層のうちの少なくとも一方または両方が、前記エレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成し、前記アノード電極層または前記カソード電極層のうちの少なくとも一方が２つ以上の色選別電極から構成されており、前記２つ以上の色選別電極の各々が、使用時、電力が供給される前記それぞれの電極によって決まる色を有する光の放出を可能にするように異なる導電性材料を含む、多色発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光層の前記エレクトロルミネッセンス半導体材料が、前記強誘電体材料を通る複数のエレクトロルミネッセンスチャネルを形成するように配置され、前記エレクトロルミネッセンスチャネルが、前記電極層の間にそれらと接触するように延在している、請求項１に記載の多色発光ダイオード。
【請求項３】
前記エレクトロルミネッセンスチャネルの各々が、その一端において前記色選別電極のそれぞれ１つと接触しており、前記エレクトロルミネッセンスチャネルの平均チャネル径が、前記放出された光の色を調整するために前記対応する色選別電極の前記導電性材料に応じて調整されるようなものである、請求項２に記載の多色発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光層が、少なくとも第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分が、第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料と前記強誘電体材料の混合物を含み、前記第２の部分が、第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料と前記強誘電体材料の混合物を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多色発光ダイオード。
【請求項５】
各色選別電極が、前記発光層の前記第１の部分と接触する第１の領域と、前記発光層の前記第２の部分と接触する第２の領域とを備える、請求項４に記載の多色発光ダイオード。
【請求項６】
前記色選別電極用の前記導電性材料が、Ａｇ、Ａｕ、ＩＴＯ、ＺｎＯおよびＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性ポリマーを含む群の要素である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多色発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光層用、または請求項４に従属する限りその第１の部分または第２の部分用の前記エレクトロルミネッセンス半導体材料が、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、および前述のホモポリマーのコポリマーを含む群の要素である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多色発光ダイオード。
【請求項８】
ピクセルが並べられたピクセル化発光素子を備え、各ピクセルが、請求項１〜７の１項または２項以上に記載の多色発光ダイオードを備える、半導体表示装置。
【請求項９】
前記ピクセルの前記アノード電極層を形成するアノード電極配置と、前記ピクセルの前記カソード電極層を形成するカソード電極配置とを備え、前記アノード電極層が複数のアノード電極バーから形成され、前記カソード電極層が複数のカソード電極バーから形成され、前記アノード電極バーおよび前記カソード電極バーが互いに対して横切る方向にあり、各ピクセルの前記２つ以上の色選別電極が、前記アノード電極層または前記カソード電極のうちのいずれかまたは両方によって構成され、それにより、前記色選別電極を含む前記電極層内で、前記色選別電極が隣接する電極バーによって形成されている、請求項８に記載の半導体表示装置。
【請求項１０】
前記第１の部分および前記第２の部分が第１のセクションバーおよび第２のセクションバーによって形成され、前記第１のセクションバーおよび前記第２のセクションバーが前記色選別電極に対して横切る方向にある、請求項４に従属する限り、請求項８または９に記載の半導体表示装置。
【請求項１１】
発光ダイオードを製造する方法であって、
アノード電極層を提供するステップと、
エレクトロルミネッセンス半導体材料および強誘電体材料の混合物を含む発光層を提供するステップと、
カソード電極層を提供するステップと、
を含み、
前記電極層および前記発光層が、前記発光層が前記電極層の間にかつそれらと接触して配置されるように提供され、
前記エレクトロルミネッセンス半導体材料、および前記電極層のうちの少なくとも一方または両方の電極材料が、前記少なくとも一方または両方の電極層が前記エレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成するように選択され、
前記電極層のうちの少なくとも一方または両方に対して、使用時に所望の色の光を提供することができる前記発光ダイオードを得るように、複数の導電性材料から前記電極材料を選択するステップ
をさらに含む、発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１２】
前記アノード電極層または前記カソード電極層のうちの少なくとも一方の前記提供に対して、前記電極層が、２つ以上の色選別電極から構成されるように提供され、
前記電極材料を選択する前記ステップが、使用時、電力が供給される前記それぞれの電極によって決まる色を有する選択可能な光の放出を可能にするように、前記２つ以上の色選別電極の各々を提供するように異なる導電性材料を選択するステップを含む、請求項１１に記載の発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１３】
前記発光層が、前記混合物の前記エレクトロルミネッセンス半導体材料が、前記強誘電体材料を通りかつ前記電極層の間に延在する複数のエレクトロルミネッセンスチャネルを形成し、各エレクトロルミネッセンスチャネルが、前記色選別電極のうちのそれぞれ１つと接触するように、提供され、
所望の色の光の放出を可能にするように、前記エレクトロルミネッセンスチャネルの平均チャネル径を前記対応する色選別電極の前記導電性材料と適合させるステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１４】
前記発光層が、第１の部分および第２の部分を有するように提供され、
前記第１の部分を提供するために、第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料および前記強誘電体材料を含む第１の混合物で使用するための前記第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料を選択するステップと、
前記第２の部分を提供するために、第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料および前記強誘電体材料を含む第２の混合物で使用するための前記第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料を選択するステップと、
をさらに含む、請求項１２または１３に記載の発光ダイオードを製造する方法。
【請求項１５】
半導体表示装置を製造する方法における請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法の使用であって、前記方法が、
ピクセルの配置によって形成されたピクセル化発光素子を提供するステップであって、各ピクセルが発光ダイオードを備え、前記発光素子が、アノード電極配置とカソード電極配置との間に配置された発光層によって提供されるステップ
をさらに含み、
前記ピクセル化発光素子を提供する前記ステップが、
アノード電極層を複数のアノード電極バーから形成して、前記ピクセルのアノード電極層を形成するようにアノード電極配置を提供し、
カソード電極層を複数のカソード電極バーから形成して、前記ピクセルのカソード電極層を形成するようにカソード電極配置を提供し、および、
前記電極層のうち少なくとも一方または両方に対して、使用時に所望の色の光を提供することができる前記発光ダイオードを得るために複数の導電性材料から前記電極材料を選択すること、
を含む、前記方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード電極層と、カソード電極層と、前記電極層の間にありかつそれらと接触している発光層とを備え、該発光層がエレクトロルミネッセンス半導体材料と強誘電体材料との混合物を含み、前記電極層のうちの少なくとも一方または両方が、該エレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成する、発光ダイオードに関する。本発明はさらに、半導体表示装置と、発光ダイオードを製造する方法と、半導体表示デバイスを製造する方法におけるこうした方法の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブルディスプレイ技術の開発は、多くの用途に対してますます重要になってきている。フレキシブルディスプレイの将来性は、性能の特徴のみではなくコストを著しく削減することができるということである。フレキシブルディスプレイの開発における先端技術は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ベースのディスプレイによって形成されている。
【０００３】
この技術分野における最近の開発の例は、たとえば、国際特許出願、国際公開第２００８／１４３５０９号および同第２０１０／０６２１７８号に記載されている。これらの文献は、エレクトロルミネッセンス半導体材料および強誘電体材料の混合物から構成される発光層を備えた発光ダイオードについて記載している。これらの発光ダイオードでは、電極層の間に、強誘電体材料に埋め込まれた半導体チャネルが形成されている。これらの技術は、連続的に電力を供給することなくピクセルの「オン」状態または「オフ」状態を維持するために、電極層と半導体チャネルとの間の調節可能な注入障壁に依存し、それによりエネルギーを節約する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＯＬＥＤの設計をさらに改善する努力が続けられているにも拘わらず、ＯＬＥＤディスプレイは、多色機能がある場合にのみ実際に有用となることが確認されている。多色機能を達成するために、カラーフィルタを利用するか、または３色、すなわち赤色、緑色、青色の直接堆積によって作るかされる。両技術ともに幾分かコストがかかる。
【０００５】
他の選択肢は、色を調整するためにキャビティ効果を利用するが、これにより、望ましくない角度依存性がもたらされる。別の選択肢では、ＯＬＥＤを積層し、多色発光を達成するように別個にまたは合わせて駆動することができる。これにより、各ピクセルに対する領域が節約される。しかしながら、層の数は同じままであり、この解決法は、アクティブマトリックス駆動と組み合わせることが困難である。さらなる解決法、入念な積層技術により、印加電圧によって色がシフトすることができる。しかしながら、この効果は比較的小さく、複雑な（電圧変調）駆動方式が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術による方法の不都合を克服する多色フレキシブルディスプレイ技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的は、アノード電極層と、カソード電極層と、前記電極層の間にありかつそれらと接触している発光層とを備える多色発光ダイオードが提供される本発明によって達成される。該発光層は、エレクトロルミネッセンス半導体材料と強誘電体材料との混合物を含む。前記電極層のうちの少なくとも一方または両方は、該エレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成している。該アノード電極層または該カソード電極層のうちの少なくとも一方は、２つ以上の色選別電極から構成されており、前記２つ以上の色選別電極の各々は、使用時、電力が供給されるそれぞれの電極によって決まる色を有する光の放出を可能にするように異なる導電性材料を含む。
【０００８】
本発明の発光ダイオード（ＬＥＤ）では、ＬＥＤから得られる放出された光の色は、アノード電極層またはカソード電極層のいずれかまたは両方のための電極材料として使用される導電性材料を適切に選択することによって事前に確定される。電極のうちの少なくとも１つを、色選別電極から構成されるように提供し、色選別電極が、異なりかつ入念に選択された電極材料から構成されていることにより、多色発光ダイオードを得ることができる。理解されるように、色選別電極のいずれか１つを動作させることにより、異なる色の光が提供される。色選別電極を同時に動作させることにより、さらなる色を得ることができる。パルス幅変調、または可能な場合は輝度調節等の切替技術により、多くの異なる混合色を得ることができるように色を混合することができる。
【０００９】
電極層の間に発光層がある平坦な構成の結果として、色選別電極を含む本発明の構成は、任意の種類の電極構成で好適に実施することができる。これらは、たとえば、表示装置として実施される本発明による発光ダイオードの配置に対して、アクティブマトリックスＴＦＴ構成とともにパッシブマトリックス（クロスバー）構成を含む。理解されるように、発光ダイオードは、単一の多色ＬＥＤデバイスまたは複数のＬＥＤの配置として実施することも可能である。さらに、この構成は、ＯＬＥＤとして実施されるのに特に有用であるが、本発明はそれに限定されない。
【００１０】
実施形態によれば、本発明による多色発光ダイオードにおける発光層のエレクトロルミネッセンス半導体材料は、前記強誘電体材料を通る複数のエレクトロルミネッセンスチャネルを形成するように配置することができ、前記エレクトロルミネッセンスチャネルは、前記電極層の間にそれらと接触するように、延在している。さらに、さらなる実施形態によれば、前記エレクトロルミネッセンスチャネルの各々は、その一端において前記色選別電極のそれぞれ１つと接触しており、前記エレクトロルミネッセンスチャネルの平均チャネル径は、放出された光の色を調整するために対応する色選別電極の導電性材料に応じて調整されるようなものである。放出された光の色は、色選別電極に対する導体材料（すなわち、電極材料）の選択のみによって決まるものではないことが分かった。さらに、得られる光の色は、強誘電体材料に埋め込まれた半導体材料のチャネルの直径によっても決まる。チャネル径が小さいほど、ダイオードから得られる光は、半導体チャネル径が大きい同じ構成より相対的にレッドシフトする。いかなる理論にも拘束されることなく、これは、強誘電体材料との境界近くの半導体の励起状態に対する強誘電性浮遊磁場の影響によるものと考えられる。これについては、本文書においてさらに後により詳細に説明する。チャネル自体の直径は、強誘電体−半導体混合物を生成し適用するときにプロセス条件を変更し、それにより混合物の形態を変更することによって調整することができる。
【００１１】
さらなる実施形態によれば、ＬＥＤの発光層は、少なくとも第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分は、第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料と前記強誘電体材料の混合物を含み、前記第２の部分は、第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料と前記強誘電体材料の混合物を含む。放出された光の色は、発光層で使用される半導体材料の選択によってさらに事前に確定することができる。理解されるように、ＯＬＥＤにより、エレクトロルミネッセンス半導体材料における電子および正孔の再結合時に励起子崩壊を通して放射線が放出される。放出される放射線の周波数は、半導体材料の特性、すなわち原子価および伝導帯のエネルギー準位によって決まる。したがって、本実施形態におけるように、異なる部分を有し、各部分が異なる半導体材料を含む発光層を提供することにより、本発明のＬＥＤで得ることができる色の数が増加する。
【００１２】
上記実施形態の好ましい変形では、各色選別電極は、発光層の第１の部分と接触する第１の領域と、発光層の前記第２の部分と接触する第２の領域とを備える。この実施形態では、発光ダイオードは、（色選別電極の数および発光層の部分の数に応じて）少なくとも４つの異なる領域、すなわち、発光層の第１の部分と接触する第１の色選別電極と、発光層の第２の部分と接触する第１の色選別電極と、発光層の第１の部分と接触する第２の色選別電極と、発光層の第２の部分と接触する第２の色選別電極とを含む。半導体材料と色選別電極の電極材料との各対は、異なる色の光を提供する。この場合もまた、これらの異なる領域に対して独立してオンおよびオフを切り替えることができ、提供される色の混合の無限の可能性が可能になる。
【００１３】
多色ＬＥＤを提供することに加えて、本発明の原理は、多色ディスプレイの色域を増大させるために有利に適用することができる。本発明は、適用される色選別電極のいかなる数にも限定されない。大部分の実施形態において本明細書において記載するが、ＬＥＤは、２つの色選別電極を備えるように記載され、これは、説明を不必要に複雑にすることなく本発明を説明するために、このように単に記載されている。当業者は、望ましい場合は、本発明を、３つ、４つ、５つまたはさらにはそれより多くの色選別電極を有するように実施することができることを理解するであろう。さらに、発光層が少なくとも第１の部分および第２の部分から構成されている実施形態においてまた、任意の所望の数の部分を適用することができる。
【００１４】
前記色選別電極用の導電材料は、所望の色の光を得るように厳選され、たとえば、Ａｇ、Ａｕ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、およびＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性ポリマーを含む群から選択することができる。さらに、発光層用、または実施形態に応じてその第１の部分または第２の部分用のエレクトロルミネッセンス半導体材料は、特定の色の光を得るために厳選される。例えば、エレクトロルミネッセンス半導体材料は、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、および上述したホモポリマーのコポリマーを含む群の要素である。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、ピクセル化発光素子を備える半導体表示装置が提供される。ピクセル化発光素子はピクセルの配置を備え、各ピクセルは、上述したような実施形態のうちの任意のものによる多色発光ダイオードを備えている。本発明の発光ダイオードは、多色ピクセルを備えた表示デバイスを生成するために有利に使用することができる。
【００１６】
特別な実施形態では、半導体表示装置は、前記ピクセルのアノード電極層を形成するアノード電極配置と、前記ピクセルのカソード電極層を形成するカソード電極配置とを備え、アノード電極層は複数のアノード電極バーから形成され、カソード電極層は複数のカソード電極バーから形成され、アノード電極バーおよびカソード電極バーは互いに対して横切る方向にあり、各ピクセルの２つ以上の色選別電極は、前記アノード電極層または前記カソード電極のうちのいずれかまたは両方によって構成され、それにより、色選別電極を含む前記電極層内で、前記色選別電極は隣接する電極バーによって形成されている。このように、表示装置を用いて生成された表示画面上に多色画像を表示するために各ピクセルの色選別電極を独立して切り替える、アクティブマトリックス型表示装置を得ることができる。
【００１７】
発光層が、少なくとも第１の部分および第２の部分を含む複数の部分から構成されているさらなる実施形態によれば、第１の部分および第２の部分は第１のセクションバーおよび第２のセクションバーによって形成され、第１のセクションバーおよび第２のセクションバーは色選別電極に対して横切る方向に配置されている。理解されるように、発光層が２つ以上の部分から構成されている場合、これらのセクションバーは、色選別電極に対して横切るようにすべて、有利に配置することができる。色選別電極およびセクションバーの横切る方向の配置により、マトリックス構成を用いて各ピクセルの異なる領域に電力を供給することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、発光ダイオードを製造する方法が提供され、本方法は、アノード電極層を提供するステップと、エレクトロルミネッセンス半導体材料および強誘電体材料の混合物を含む発光層を提供するステップと、カソード電極層を提供するステップとを含み、電極層および発光層は、発光層が前記電極層の間にかつそれらと接触して配置されるように提供され、前記エレクトロルミネッセンス半導体材料、および前記電極層のうちの少なくとも一方または両方の電極材料は、前記少なくとも一方または両方の電極層がエレクトロルミネッセンス半導体材料と調節可能な注入障壁を形成するように選択され、前記方法は、前記電極層のうちの少なくとも一方または両方に対して、使用時に所望の色の光を提供することができる前記発光ダイオードを得るように、複数の導電性材料から電極材料を選択するステップをさらに含む。エレクトロルミネッセンス半導体材料と強誘電体材料との混合物から構成され、かつ電極のうちの少なくとも一方と半導体層との間に非オーミック接触がある発光層に基づくデバイス構成では、電極を提供する導体材料を厳選することにより、光の色が、選択された導体材料および強誘電性分極によって決まる、発光デバイスを生成することができる。これにより、多くの異なる色でたとえばＯＬＥＤデバイスを生成することができ、また、任意の色の光を提供するために動作させることができる多色ＯＬＥＤデバイスを生成することも可能である。こうした方法で得られる構造の比較的単純な設計を考慮して、これは、たとえばカラーフィルタまたは積み重ねられた層に依存する従来の設計に比べて有利である。
【００１９】
本方法の具体的な実施形態によれば、アノード電極層を提供するステップまたはカソード電極層を提供するステップのうちの少なくとも一方または両方、前記電極層は、２つ以上の色選別電極から構成されるように提供され、電極材料を選択する前記ステップは、使用時、電力が供給されるそれぞれの電極によって決まる色を有する選択可能な光の放出を可能にするように、前記２つ以上の色選別電極の各々を提供するように異なる導電性材料を選択するステップを含む。これにより、多色ＯＬＥＤ等、多色発光デバイスを生成することができる。
【００２０】
さらに、さらなる実施形態によれば、発光層は、混合物のエレクトロルミネッセンス半導体材料が、前記強誘電体材料を通りかつ電極層の間に延在する複数のエレクトロルミネッセンスチャネルを形成し、各エレクトロルミネッセンスチャネルが、前記色選別電極のうちのそれぞれ１つと接触するように、提供される。この実施形態による方法は、所望の色の光の放出を可能にするように、前記エレクトロルミネッセンスチャネルの平均チャネル径を、対応する色選別電極の導電性材料と適合させるステップをさらに含む。ＬＥＤによって放出される光の色およびこれらの半導体チャネルの直径の依存性については、本文書において後に説明する。
【００２１】
本方法のさらなる実施形態によれば、発光層は、第１の部分および第２の部分を有するように提供され、第１の部分を提供するために、第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料および前記強誘電体材料を含む第１の混合物で使用するための第１のエレクトロルミネッセンス半導体材料を選択するステップと、第２の部分を提供するために、第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料および前記強誘電体材料を含む第２の混合物で使用するための第２のエレクトロルミネッセンス半導体材料を選択するステップとをさらに含む。
【００２２】
さらなる態様によれば、本発明は半導体表示装置の製造方法における上述した方法の使用に関する。この方法は、各ピクセルが発光ダイオードを備え、当該ピクセルの配置によって形成されたピクセル化発光素子を提供するステップを含む。このステップは、前記発光素子が、アノード電極配置とカソード電極配置との間に配置された発光層によって提供され、前記ピクセル化発光素子を提供するステップが、前記ピクセルのアノード電極層を形成するようにアノード電極配置を提供し、前記アノード電極層は複数のアノード電極バーから形成されている。また、前記ピクセル化発光素子を提供するステップは、前記ピクセルのカソード電極層を形成するようにカソード電極配置を提供し、前記カソード電極層は複数のカソード電極バーから形成されている。さらに、前記ピクセル化発光素子を提供するステップは、前記電極層のうち少なくとも一方または両方に対して、使用時に所望の色の光を提供することができる前記発光ダイオードを得るために複数の導電性材料から前記電極材料を選択することを含む。
【００２３】
本発明について、添付の図面を参照してそのいくつかの具体的な実施形態の説明によりさらに明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による発光ダイオードの概略断面図である。
【図２】本発明の発光ダイオードのさらなる概略図である。
【図３】本発明による発光ダイオードのさらなる実施形態である。
【図４】本発明の発光ダイオードにおける強誘電体材料内の半導体チャネルの拡大概略図である。
【図５Ａ】本発明の発光ダイオードでのオーミック注入障壁および非オーミック注入障壁における電流注入の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示すオーミックチャネルおよび非オーミックチャネルからの発光を概略的に示す。
【図６】本発明のＬＥＤから放出される光のスペクトル解析グラフを示す。
【図７】本発明の実施形態による表示装置を概略的に示す。
【図８】本発明のさらなる実施形態による表示装置を示す。
【図９】本発明の方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に、本発明による発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面を概略的に示す。発光ダイオード１は、アノード３およびカソード５を備えている。アノード３とカソード５との間に、発光層が配置されている。発光層６は、強誘電体材料９とエレクトロルミネッセンス半導体材料１０との混合物から構成されている。エレクトロルミネッセンス半導体材料１０および強誘電体材料９はともに、ポリマー型である。ポリマーブレンドは、混合のエンタルピーが低くエントロピー利得が小さいため相分離する傾向があるという事実により、別個の強誘電性領域および半導体領域を備えた複合物を得るために絶縁性の強誘電性ポリマーと発光する半導体ポリマーとを混合することができる。この挙動を用いて、図１に示すように複数の半導体チャネル１１が埋め込まれた強誘電性ポリマー材料の層が生成される。半導体チャネル１１は、アノード３およびカソード５と接触するように、発光層６を通って延在している。アノード３との界面１２およびカソード５との界面１３は、チャネル１１と電極３および電極５の各々との間に電子および正孔のための注入障壁を形成する。
【００２６】
注入障壁１２または１３のうちの少なくとも一方は、調節可能な注入障壁であり得る。調節可能な注入障壁という用語は、電荷注入のために必要なエネルギーステップを低準位から高準位に切り換えることができる注入障壁を指す。結果として、エネルギー障壁が高い場合、ごくわずかな電荷キャリアしか電極から半導体チャネルに入ることができない。エネルギー障壁が低準位状態にあるとき、電荷キャリアは、容易に注入障壁を越えて半導体チャネルに入ることができる。言い換えれば、低エネルギー準位状態では、注入障壁によって提供される抵抗は低く、したがって、半導体チャネル１１を通る電流は大きくなる。結果として、調節可能な注入障壁が低エネルギー状態にあるときに発光ダイオードによって放出される光の強度は、相対的に大きくなる。注入障壁の高エネルギー状態では、電荷キャリアは注入障壁を越えることが困難であり、すなわち、注入障壁の抵抗は相対的に大きい。結果として、ごくわずかな電荷キャリアしか、注入障壁を越えて半導体チャネルに入ることができない。
【００２７】
強誘電体材料９に埋め込まれた半導体チャネル１１の拡大概略図が示されている、図４を参照する。図４に、電極の各々と半導体チャネル１１との間の注入障壁１２および１３を示す。図１および図４において、カソード３は、チャネル１１内の半導体材料１０と非オーミック接触を形成する導電性材料から作製されている。アノード電極５は、チャネル１１の半導体材料１０とオーミック接触を形成する導電性材料から作製されている。カソード３およびアノード５に対して、強誘電体材料を分極させるのに十分大きくない電圧が印加される場合、アノードとチャネル１１との間のオーミック注入障壁１３の前後に電流注入を起こすことができるが、非オーミック注入障壁１２は、電荷キャリアが障壁を越えるのを阻止し、したがって、高抵抗を提供する。図４において、カソード３およびアノード５に対する電圧は、強誘電体材料９を分極するのに十分大きい。結果として、分極により、カソード３の近くの帯電蓄積によってもたらされる（たとえば、領域２８における）浮遊磁場が、半導体チャネル１０との境界の近くの注入障壁１２のエネルギーギャップを低下させる。したがって、電子１９は、矢印２０によって示すように、チャネル１１の境界の近くで注入障壁を越えることができる。強誘電体材料９内の浮遊磁場の影響は、チャネル１１の縁に制限される。したがって、参照数字２３および破線楕円によって概略的に示されている中心領域において、注入障壁は影響を受けない。結果として、半導体材料への電荷キャリアの流入は、主にチャネルの縁の近くで発生することになる。
【００２８】
特に図４に示す状況では、注入障壁１３がオーミックであり注入障壁１２が調節可能であって、注入障壁１２および１３両方を通る電荷の流入が不均衡である。言い換えれば、電荷キャリア（電子）１９が注入障壁１２を越えるより、電荷キャリア（正孔）２５が注入障壁１３を越えて半導体チャネル１１に入る方が容易となる。結果として、電荷キャリア１９および２５の再結合は主に、注入障壁１２の近くで、したがって、強誘電体材料９と半導体材料１０との間の界面２６の近くで発生する。これはまた、強誘電体材料９内の電荷蓄積（２８）によってもたらされる浮遊磁場から最も影響を受ける領域でもある。シュタルク効果、すなわち、外部電場の存在による素子のスペクトル線のシフトおよび分裂により、励起状態がシフトしており、結果として、放出される光は、これらの電場なしに放出される光に比較してレッドシフトしている。したがって、放出される光の色は、図４の実施形態ではカソード３の選択された金属または導体材料によって決まる。結果として、調節可能な注入障壁を形成する電極に対して異なる導電性材料を選択することにより、本発明の発光ダイオードにおいて異なる色の光を生成することができる。この効果を有利に用いて、多色ＯＬＥＤを生成することができる。
【００２９】
図２に、本発明によるＯＬＥＤの実施形態を概略的に示す。図２の実施形態では、発光ダイオードは、アノード５および発光層６を備えている。発光層は、強誘電体材料およびエレクトロルミネッセンス半導体材料の混合物から構成されており、半導体材料は、カソード５とアノード層３との間の層６を通って延在する複数のチャネルを形成している。図２に概略的に示すアノード層３は、２つの色選別電極１５および１６を備えている。色選別電極の各々は、異なる導電性材料から構成されている。色選別電極１５および１６の各々の導電性材料（電極材料）は、半導体チャネルと非オーミック接触を形成するように、入念に選択される。結果として、図２に示す発光ダイオードは、カソード５と組み合わせて色選別電極１５または１６のいずれに対して電力が供給されるかによって決まる２つの異なる色の光を生成することができる。
【００３０】
図３に、さらなる実施形態を示す。図３は、第１のアノード３８および第２のアノード３９を備える発光ダイオードを示す。第１のアノード３８は、ダイオードの発光層の第１の部分３５と接触している。第２のアノード３９は、ダイオードの発光層の第２の部分３６と接触している。アノード３８および３９を横切って、色選別電極３１および３２が、発光層の第１の部分３５および第２の部分３６の両方と接触している。発光層の第１の部分３５は、強誘電体材料と第１のタイプのエレクトロルミネッセンス半導体材料との混合物から構成されている。第２の部分３６は、強誘電体材料と第２のタイプのエレクトロルミネッセンス半導体材料の混合物から構成されている。図３の実施形態では、第１の部分３５および第２の部分３６における強誘電体材料は同じ強誘電体材料であり得るが、これは本発明の要件ではなく、発光層の第１の部分および第２の部分における混合物の強誘電体材料は、異なる強誘電体材料であり得る。色選別電極３１および３２の各々の電極材料は、発光層の第１の部分３５における第１のタイプの半導体材料と、かつ発光層の第２の部分３６における第２のタイプの半導体材料と非オーミック接触を形成するように、入念に選択される。さらに、各部分３５および３６における強誘電体材料により、色選別電極３１および３２の各々と部分３５および３６の各々との間に形成された注入障壁は、上述したように調節可能となる。
【００３１】
図３の上述した構成を用いることにより、それによって生成されたＯＬＥＤの表面は、独立して制御することができる４つの異なる領域を含む。これらの４つの領域の各々は、電力が供給されると異なる色の光を放出する。第１の領域は、第１の色選別電極３１と発光層の第１の部分３５との間の接触領域によって形成される。第２の領域は、第１の色選別電極３１と発光層の第２の部分３６とによって形成される。第３の領域は、第２の色選別電極３２と発光層の第１の部分３５とによって形成され、第４の領域は、第２の色選別電極３２と発光層の第２の部分３６とによって形成される。上述した領域の各々において、色選別電極における電極材料と発光層のそれぞれの部分における半導体材料との異なる組合せにより、局所的に放出される光の色が決まる。したがって、発光層から放出される光の色は、これらの４つの領域の各々と異なることになる。アノードを第１のアノード３８および第２のアノード３９に分割することにより、発光ダイオードの４つの領域の各々に独立して電力を供給することができる。図５Ａに、オーミック接触および非オーミック接触の注入障壁を越える電流注入の相違を概略的に示す。図５Ａの左側では、バリウム（Ｂａ）電極が、半導体チャネル４０とオーミック接触を形成している。半導体チャネル４０は、Ｆ８ＢＴ、半導体ポリマーによって形成されている。バリウム電極とのオーミック注入領域４３により、矢印４２に示すように、注入障壁４３の全表面を越える電流注入が可能となる。図５Ａの右側では、同じポリマー半導体材料が半導体チャネル４５を形成している。しかしながら、この場合、電極は、半導体材料と非オーミック注入障壁４７を形成する銀（Ａｇ）から作製されている。したがって、電流注入は、参照数字４８によって示す、注入障壁４７の縁領域の近くのみで発生する。矢印４９によって電流を概略的に示す。
【００３２】
図５Ｂは、図５Ａに示すものと同じ半導体チャネル４０および４５を示す。図５Ｂでは、半導体チャネルの各々から放出される光を、それがチャネルのどこで生成されるかに応じて示す。半導体チャネル４０において、光の大部分は、部分５５、すなわち半導体チャネルの中央部分で生成される。光の一部は、中央部分５５を包囲する同心領域４７において生成され、光の一部は、縁領域５９において生成される。しかしながら、半導体チャネル４５では、注入障壁の中央部分６３は、図５Ａに示すように注入障壁のこの部分を通る電流注入は有効に阻止されるという事実により、光を生成しない（またはほとんど生成しない）。中央部分を包囲する領域６６は光の一部を生成し、光の別の部分は、縁領域６７において生成される。しかしながら、周囲領域６６および縁領域６７からの光は、強誘電体材料からくる浮遊磁場の存在によりレッドシフトする。これはまた、チャネル４０の領域５９および５７においてもあてはまるが、チャネル４０における光の大部分が中央部分５５から生成されるため、結果としての知覚される光の色に対するレッドシフトの影響のみが制限される。
【００３３】
図６は、銀電極による図５Ａおよび図５Ｂにおける半導体チャネル４５からのスペクトル解析を示す。Ｆ８ＢＴＳエレクトロルミネッセンス半導体ポリマーから予測される通常の光の放出に加えて、約５４０ナノメートル辺りにレッドシフトしたピークが明確に観察される。
【００３４】
本発明の実施形態では、光が、半導体材料と強誘電体材料との間の界面の近くのかつ電極の近くの縁領域において主に生成されるという事実により、通常の発光スペクトルと比較して生成されるレッドシフトした光の量は、半導体チャネルの直径を変更することによって制御することができる。チャネルの縁領域の相対的な影響は、半導体チャネルが小さいほど大きくなり、したがって、直径の小さいチャネルからの光ほど、典型的には、直径の大きいチャネルからの光よりレッドシフトすることになる。したがって、混合物における半導体ポリマーおよび強誘電体材料の比を適切に選択することにより、チャネルの直径を制御することができ、生成される光の色を調整することができる。
【００３５】
図７は、本発明による半導体表示装置を概略的に示す。半導体表示装置７５は、図３に示す発光ダイオード実施形態に基づく。図７において、発光層は、複数のセクションバー８０および８１から構成されている。各セクションバー８０は、強誘電体材料と第１のエレクトロルミネッセンス半導体ポリマーＳＣ１との混合物から構成されている。各バー８１は、強誘電体材料と第２の半導体ポリマーＳＣ２とから構成されている。
【００３６】
バー８０および８１を横切って、半導体層の表面にわたって複数の電極バー８４および８５が配置されている。各電極バー８４は、バー８０および８１の半導体ＳＣ１およびＳＣ２と非オーミック接触および調節可能な接触を形成する第１の導電性材料Ｍ１から構成されている。各電極バー８５は、半導体材料ＳＣ１およびＳＣ２の各々と非オーミック注入障壁および調節可能な注入障壁を形成する導電性材料Ｍ２から構成されている。バー８０および８１の下に、バー８０および８１に対して平行にかつ電極８４および８５に対して横切るように、複数のさらなる電極バーが配置されている。したがって、半導体表示装置７５は、表示装置の表面の複数のピクセルに個別に電力を供給するアクティブマトリックス構成を備えている。ピクセルグリッドが、破線８７および８９によって概略的に示されている。各ピクセルは、図７の右上隅のピクセル９０に対して示すように、４つの領域から構成されている。
【００３７】
ピクセル９０は、独立して電力供給可能な領域９０ａ、９０ｂ、９０ｃおよび９０ｄから構成されている。領域９０ａ〜９０ｃのいずれか１つに電力を供給すると、ピクセル９０は、異なる色の光を提供する。複数の領域９０ａ〜９０ｄを同時に照明することにより、混合色を得ることができることが理解されよう。このために、多くの異なる色の光を得るために、変調切替方式によるパルスを印加することができる。
【００３８】
図８に、半導体表示装置のさらなる実施形態を概略的に示す。半導体表示装置５３は、カソードおよびアノードを形成する電極配置の間における単一の発光層９８から構成されている。発光層９８の下で、複数のＩＴＯ電極バー９５が第１の電極層を形成している。
【００３９】
発光層９８の上部において、複数の横切る電極バー（１００、１０１、１０２）が第２の電極層を形成している。第２の電極層は、連続した一連の３つの異なる金属電極から形成されている。電極バー１００は第１の金属Ｍ１から構成され、電極バー１０１は第２の金属Ｍ２から構成され、電極バー１０２は第３の金属Ｍ３から構成されている。金属Ｍ１〜Ｍ３は、発光層９８の混合物に存在する半導体材料と非オーミック注入障壁および調節可能な注入障壁を形成するように、入念に選択される。本発明の他の実施形態と同様に、発光層９８は、強誘電体材料と好適なエレクトロルミネッセンス半導体材料の混合物から構成されている。半導体表示装置９３のピクセル構造を、破線１０５および１０８によって概略的に示す。各ピクセルは、３つの領域から構成されており、それらの領域から、異なる色が得られる。この場合もまた、変調方式によりパルスを用いることにより、半導体表示装置９３のピクセルは、多くの選択可能な色の光を提供することができる。
【００４０】
図９に、本発明による方法を概略的に示す。本方法は、ステップ１１２において第１の電極層を提供することで開始する。第１の電極層は、上述したように、相対的に小さい電極の配置から構成することができる。そして、ステップ１１４において、発光材料の層が提供される。ステップ１１４において電極層に提供された発光層は、強誘電体材料と好適なポリマー半導体材料との混合物から構成されている。たとえば、既知の材料の収納場所１２１から好適な強誘電体材料が選択される（ステップ１２０）。既知のポリマー半導体材料の収納場所１２３からポリマー半導体材料が選択される（ステップ１２２）。強誘電体材料およびポリマー半導体材料は、ステップ１２５において混合され、それらの特徴（混合のエンタルピーが低いこと、エントロピーゲインが小さいこと）により、相分離する傾向がある。ステップ１１４において電極層の上に発光層を堆積させて、所望の半導体チャネルを形成することができる。ステップ１３０において、既知の導電性材料１３１の収納場所から適切な導電性材料が選択される。この導電性材料は、ステップ１１６において第１の色選別電極を生成するために使用される。同様に、ステップ１３５において、第２の色選別電極として使用されるように、収納場所１３６からさらなる導電性材料が選択される。ステップ１１８において、第２の色選別電極が堆積する。
【００４１】
本発明について、そのいくつかの具体的な実施形態に関して説明した。図面に示しかつ上述した実施形態は、単に例示の目的で意図されており、本発明に対して限定的であるようには決して意図されていないことが理解されよう。本明細書で考察した本発明の文脈は、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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