EP3560001A1 - Dispositif electroluminescent - Google Patents

Dispositif electroluminescent

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Publication number
EP3560001A1
EP3560001A1 EP17832085.9A EP17832085A EP3560001A1 EP 3560001 A1 EP3560001 A1 EP 3560001A1 EP 17832085 A EP17832085 A EP 17832085A EP 3560001 A1 EP3560001 A1 EP 3560001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
region
electroluminescent
contact surface
current density
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17832085.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bertrand Chambion
Adrien Gasse
Marion Volpert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3560001A1 publication Critical patent/EP3560001A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
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    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/032—Manufacture or treatment of electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an electroluminescent device comprising at least one electroluminescent structure. More particularly, the at least one electroluminescent structure is optionally devoid of a support substrate, and whose electrode design makes it possible to homogenize the temperature of said diode during operation.
  • Figure 1 illustrates an electroluminescent device 10 known from the state of the art.
  • the device 10 comprises a plurality of light-emitting diodes 11 arranged in a matrix manner (n rows and m columns), and resting on the front face of a thick support substrate 12, of several tens of micrometers in thickness (for example 80 ⁇ ).
  • a thick support substrate requires the formation of relatively deep trenches in said support substrate so as to electrically isolate the light emitting diodes.
  • the formation of deep trenches is complicated to implement, and makes, above all, difficult the consideration of light emitting diodes of a size less than 30 ⁇ .
  • the deep trenches are generally formed by a step of deep etching by reactive ions ("DRI E” or “Deep Reactive Ion etching” according to the terminology Anglo-Saxon) whose cost is often too important.
  • DRI E reactive ions
  • Deep Reactive Ion etching reactive ions
  • FIGS. 2a and 2b illustrate the temperature profile of light-emitting diodes in operation resting, respectively, on a support substrate of 80 ⁇ and 5 ⁇ .
  • a support substrate with a thickness of 80 ⁇ limits the difference in temperature at 7 ° C. between the center C and the contour B of a diode while this difference rises to 57 ° C. as soon as the Support substrate is thinned to have a thickness of 5 ⁇ .
  • Such a temperature difference may induce thermomechanical stresses within the light emitting diode, which in the long term may degrade the performance of said diode.
  • an objective of the present invention is to propose a light-emitting device comprising electroluminescent structures, and allowing the use of a support substrate having a thickness of less than 20 ⁇ , more particularly less than 10 ⁇ , without however degrading the thermal management of said electroluminescent structures.
  • Another objective of the present invention is to propose a light-emitting device whose manufacturing method is simpler to implement than those known from the state of the art.
  • an electroluminescent device comprising:
  • At least one electroluminescent structure comprising a first face and a second substantially parallel face
  • the device being characterized in that the first electrode is shaped to impose a decay, from a first region and in the direction of at least a second region of the contact surface, of a current density capable of passing through the electroluminescent structure.
  • contact is meant in electrical contact.
  • first region and the second region belong to the same surface of contact.
  • electroluminescent device we mean a device that includes a light emitting structure, a first electrode, and a second electrode.
  • the first electrode electrically contacts one or the other of the first and second faces, while the second electrode electrically contacts one or the other of the first and second faces which is not in contact with the first electrode.
  • the presence of the second electrode is at least implicit, and therefore is not necessarily specified.
  • this decrease in current density makes it possible to standardize the temperature of the electroluminescent structure, more particularly since the electroluminescent device is disposed on a support substrate of thickness less than 20 ⁇ , or even less than 10 ⁇ .
  • the device It is therefore unnecessary to provide the device with a thick support substrate, for example having a thickness of several tens of micrometers.
  • the present invention contrasts with known electroluminescent devices of the state of the art for which the first and second electrodes are generally shaped to impose a uniform current density over the entire surface formed by one and / or the other first and second faces.
  • shallow trenches also open the way to the formation of electroluminescent structures of smaller size, for example side less than 20 ⁇ , or even less than 10 ⁇ .
  • the contact surface includes a center and a contour, the first region comprising the center of the contact surface, preferably, the current density is maximum at the first region.
  • the contact between the first electrode with one or other of the first and second faces is at least in the center of said face.
  • the first electrode has a decreasing thickness profile in at least two opposite directions from the center to the contour of the contact surface.
  • the at least one second region is adjacent to the contour of the contact surface.
  • two opposite directions we mean two directions of the plane formed by the contact surface.
  • the two opposite directions also pass through the center of said contact surface. It is also admitted throughout the description, without it being necessary to specify it, that, although preferably parallel, the two opposite directions may have an angle deviation, for example an angle deviation of less than 20 °.
  • the thickness profile is decreasing in the two opposite directions from the center to the contour. It is furthermore admitted that the thickness of the first electrode has a maximum thickness in the center.
  • the thickness profile comprises bearings parallel to one or the other of the first and second faces.
  • the thickness profile has a decreasing monotonous and continuous.
  • the first electrode comprises at least one of the following materials: Cu, Al, Ti, Ni, Ag, Pd, Pt, Rh, Au, In, a conductive transparent oxide
  • the oxide transparent conductive material comprises at least one of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), zinc oxide doped with gallium (GZO), zinc oxide doped with gallium and indium (IGZO), zinc oxide doped with aluminum (AZO), zinc oxide doped with gallium and aluminum (AGZO), cadmium oxide doped with indium, tin dioxide (Sn0 2 ).
  • the aforementioned elements may be in the form of ink, for example with at least one of the compounds chosen from: DEPOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrene) sulfonate), graphene, carbon nanotubes.
  • DEPOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrene) sulfonate
  • graphene carbon nanotubes.
  • the first electrode comprises a material having a positive temperature coefficient, advantageously, the material comprises at least one of the elements chosen from: Barium Titanate ceramic, Strontium Titanate ceramic, Titanate ceramic Lead, tantalum nitride.
  • the first electrode has a textured metal contact surface with either of the first and second, the textured metal contacting surface comprising metallic contact regions and regions free of metallic contact. .
  • the density of metal contact regions decreases from the first region to the second region.
  • the regions free of metal contact correspond to recesses formed in one or the other of the front and rear electrodes.
  • the recesses are filled with a dielectric material, advantageously the dielectric material comprises at least materials chosen from: silicon dioxide, silicon nitride.
  • the metal contact regions have a density decreasing from the center to the edge of the first or second face with which the first electrode is in contact.
  • the metal contact regions have a circular shape.
  • the at least one electroluminescent structure comprises, from one of its first and second faces towards the other of the first and second faces, an electroluminescent layer resting on a support substrate having a thickness of less than 10 ⁇ , advantageously less than 5 ⁇ .
  • the electroluminescent layer comprises an active layer interposed between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer.
  • the active layer comprises at least materials chosen from: GaN, InGaN, InGaAs, InGaAIP, GaAs.
  • the electroluminescent layer comprises nanowires perpendicular to the front face.
  • the device comprises a plurality of matrix-arranged electroluminescent structures.
  • the invention also relates to a method of dimensioning the first electrode intended to be implemented in the electroluminescent device according to the invention, the electroluminescent device comprising at least one electroluminescent structure comprising a first and a second surface essentially parallel, the first electrode being in contact, with respect to a contact surface, with one or other of the first and second faces, the method comprising the following steps:
  • step b) a step of producing the first electrode making it possible to produce the current density profile of step a).
  • the step a) of determining the current density profile is executed in such a way that the temperature difference between the first and second regions is less than a predetermined temperature difference, advantageously the predetermined temperature difference is less than 20 ° C, more preferably less than 10 ° C, or even less than 5 ° C.
  • the adaptation step b) comprises an adjustment of a thickness profile of the first electrode.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electroluminescent device known from the state of the art
  • FIGS. 2a and 2b are graphical representations of the temperature profile (on the vertical axis, in "° C") of the front face of a light-emitting diode as a function of the distance from the center C of said diode ( on the horizontal axis), more particularly, FIGS. 2a and 2b relate to a light-emitting diode resting, respectively, on a support substrate of 80 ⁇ and 5 ⁇ of thickness, FIG. 3a is a schematic representation in a transverse sectional plane of a light-emitting structure that can be implemented in the context of the present invention,
  • FIG. 3b is a schematic representation in a transverse sectional plane of an electroluminescent structure comprising a plurality of nanowires extending perpendicularly to the front face, and capable of being implemented in the context of the present invention
  • FIGS. 4a and 4b are diagrammatic representations of an electroluminescent device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a graphical representation of variation of resistance
  • FIG. 6a is a schematic representation of an electroluminescent device according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6b is a diagrammatic representation, seen from above, of a rear electrode that can be implemented in the context of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagrammatic cross-sectional representation of an electroluminescent device according to the present invention and intended for carrying out a method of dimensioning one and / or the other of the front electrodes and rear according to the invention
  • FIG. 8 is a graphical representation of the evolution of the cost density (along the vertical axis) as a function of the distance from the center (horizontal axis).
  • the invention described in detail below implements an electroluminescent device comprising an electroluminescent structure whose thermal management is ensured for a new electrode architecture (called first electrode).
  • the first electrode is adapted to impose a decrease of the current density passing through the electroluminescent structure of a first region towards a second region of the contact surface between the electrode and the face concerned. More particularly, the current density has a maximum at the first region of the contact surface, and decreases toward the second region.
  • the architecture of the electrodes makes it possible to limit the temperature difference within the electroluminescent structure.
  • the architecture of the first electrode makes it possible to limit the increase by Joule effect of the temperature of the outline of the electroluminescent structure with respect to its center, without necessarily using a thick support substrate.
  • the first region as defined in the present invention is a region at which the current density likely to be injected into the electroluminescent device is the largest.
  • electroluminescent device we mean a device that includes a light emitting structure, a first electrode, and a second electrode.
  • the first electrode electrically contacts one or the other of the first and second faces, while the second electrode electrically contacts one or the other of the first and second faces which is not in contact with the first electrode.
  • the presence of the second electrode is at least implicit, and therefore is not necessarily specified.
  • the electroluminescent device 100 according to the present invention is now described in connection with FIGS. 3, 4a, 4b, 5, 6a and 6b.
  • the electroluminescent device 100 comprises at least one electroluminescent structure 110.
  • electroluminescent structure is meant a structure which, when it is crossed by a current, emits light.
  • the at least one electroluminescent structure may be square in shape, and on the side between 3 and 400 ⁇ .
  • the electroluminescent device 100 may comprise a plurality of light-emitting structures 110 arranged, for example, in matrix form.
  • matrix form we mean a mesh with N rows and M columns.
  • Each electroluminescent structure 110 is then disposed at the intersection of a line with a column of the mesh.
  • Two adjacent electroluminescent structures may be separated by a trench having a width of less than 3 ⁇ , advantageously less than 1 ⁇ .
  • the electroluminescent structure 110 comprises a first face 120 and a second face 130 substantially parallel.
  • the front face of the electroluminescent structure is a face through which said structure is capable of emitting light radiation.
  • the first face 120 includes a center 120C and a contour 120B.
  • the second face 130 includes a center 130C and a contour 130B.
  • center of a face we mean the centroid of said face.
  • the electroluminescent device 100 may be interfaced with an interposer via an electrode formed on the rear face 130 of the electroluminescent structure 110 (said electrode is so-called back electrode).
  • An electrode in contact with the front face is called the front electrode.
  • the contact surface between the front electrode and the front face is said front contact surface.
  • An electrode in contact with the rear face is called the back electrode.
  • the contact surface between the rear electrode and the rear face is said rear contact surface.
  • the electroluminescent structure 110 may comprise from its front face 120 towards its rear face 130, an electroluminescent layer 140 resting on a support substrate 150, the electroluminescent structure 110 having a thickness of less than 10 ⁇ , advantageously less than 5 ⁇ .
  • the support substrate 150 may, for example, comprise silicon.
  • the electroluminescent layer 140 may comprise an active layer 111 interposed between a first semiconductor layer 112 and a second semiconductor layer 113.
  • the first semiconductor layer 112 may comprise n-type GaN (n-type means doped with electron donor species).
  • the second semiconductor layer 113 may comprise p-type GaN (p-type means doped with hole donor species).
  • the active layer 111 may comprise at least one of the materials chosen from: GaN, GaAs, InGaN, InGaAIP.
  • the active layer 111, the first semiconductor layer 112 and the second semiconductor layer 113 may be formed by epitaxial film deposition techniques on a substrate.
  • Trenches are also formed at the level of the films formed by epitaxy so as to delimit the electroluminescent structures 110 (we speak of "pixelization"), but also in the substrate to electrically isolate said electroluminescent structures 110.
  • the substrate is then thinned to a thickness of less than 20 ⁇ , advantageously less than 10 ⁇ , and even more advantageously less than 5 ⁇ . Thinning techniques, and maintaining by temporary substrates (also called “handles”) are known to those skilled in the art and are therefore not described in detail in the present invention.
  • the electroluminescent structure 110 may include nanowires 200 perpendicular to the front face.
  • Each nanowire 200 may comprise, without limitation, a stack formed of an InGaN-n zone 201, an active zone 202, a GaN-p 203 zone or InGaN-p zone.
  • the electroluminescent device 100 also has a first electrode 160 adapted to impose the passage of a current (or a current density) through the electroluminescent structure 110.
  • the first electrode (160, 170) is in contact, advantageously in direct contact, along a contact surface 121, 131, with one or other of the first 120 and second 130 faces.
  • the first electrode 160, 170 is shaped to impose a decay, from a first region and towards a second region of the contact surface 121, 131, of a current density capable of passing through the electroluminescent structure 110.
  • First and second regions are two regions belonging to the contact surface.
  • the contact surface includes a center and an outline.
  • the first region may include the center (we now refer to the central region) of the contact area.
  • the current density can be maximum at the level of the first region.
  • the first region is in correspondence with a feed contact of the front or rear electrode considered.
  • two elements are in correspondence when they are positioned one on the other opposite sides of the electrode, and project on each other according to the thickness of said electrode.
  • the first electrode has a decreasing thickness profile in at least two opposite directions from the center to the contour of the contact surface.
  • the second region is assumed to be adjacent to the contour of the contact surface.
  • the skilled person with his general knowledge and description can easily generalize the present invention to a first region that is not central, for example, the first region may be adjacent to an edge of the contact surface.
  • the first electrode is shaped to impose a decay, in at least two opposite directions from the center to the contour of the contact surface (ie from the first region to the second region), a current density susceptible passing through said face, said current density also having a maximum in the center of said contact surface.
  • the first electrode 160, 170 has a decreasing thickness profile from the center to the contour of the contact surface 121, 131. More particularly, the thickness profile is decreasing in the two opposite directions. from the center to the contour.
  • the first electrode may advantageously completely cover one or the other of the first 120 or second 130 faces of the electroluminescent structure 110.
  • the thickness profile comprises bearings parallel to one or the other of the first and second faces.
  • FIG. 4a shows the electroluminescent device 100 provided with a first electrode (in this example on the front face) according to the invention and having a decreasing thickness profile from the center to the step contour.
  • Such an electrode can be obtained by successive steps of masking by photolithography and etching of an electrode of substantially constant thickness.
  • the first electrode may have a decreasing monotonic thickness profile and continuous from the center to the contour (Figure 4b).
  • the manufacture of this electrode may comprise the following successive steps:
  • etching step until the at least partial removal of the lithographic photoresist layer (the etching step may advantageously be performed by an argon or oxygen plasma).
  • the thickness profile of the electrode is in accordance with the thickness profile of the photolithographic resin layer at the end of creep step c).
  • the first electrode 160, 170 may comprise a transparent conductive oxide.
  • the transparent conductive oxide may comprise at least one of the following materials: indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), zinc oxide doped with gallium (GZO), zinc oxide doped with gallium and indium (IGZO), zinc oxide doped with aluminum (AZO), zinc oxide doped with gallium and aluminum (AGZO), cadmium oxide doped with indium, tin dioxide (Sn0 2 ).
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • ZnO zinc oxide doped with gallium
  • IGZO zinc oxide doped with gallium and indium
  • AZO zinc oxide doped with aluminum
  • AGZO zinc oxide doped with gallium and aluminum
  • the first electrode 160, 170 may comprise a metal.
  • the metal may comprise at least one of the metals selected from: Cu, Al, Ti, Ni, Ag, Pd, Pt, Rh, Au, In.
  • the aforementioned elements may be in the form of ink, for example with at least one of the compounds chosen from: DEPOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrene) sulfonate), graphene, carbon nanotubes.
  • the thickness profile of the first electrode 160, 170 imposes a decrease of the center towards the contour of the current density passing through the electroluminescent structure.
  • This decrease in current density is accompanied by both a standardization of the temperature within the electroluminescent structure, but also a decrease in the average temperature of the electroluminescent structure.
  • the present invention also allows to consider electroluminescent structures of sizes smaller than those known from the state of the art.
  • the at least partial removal of the support substrate also makes it possible to envisage matrices of flexible electroluminescent structures.
  • the first electrode 160, 170 may comprise a material having a positive temperature coefficient (in other words an electrode having a positive coefficient thermistor behavior), advantageously, the material comprises at least one of the selected elements.
  • a material having a positive temperature coefficient in other words an electrode having a positive coefficient thermistor behavior
  • the material comprises at least one of the selected elements.
  • Such a material has a variable resistivity when it is subjected to a temperature variation (as shown in Figure 5). More particularly, the electrical resistivity of said material increases with the temperature in the temperature range considered of the operation of the device.
  • an electrode for example, made of such a material, auto regulates the current density passing through the electroluminescence structure as a function of the temperature prevailing locally at the face of the electroluminescent structure with which it is in contact.
  • the thickness of the first electrode 160, 170 may be between 1 nm and 10 ⁇ .
  • the first electrode 160, 170 may advantageously completely cover, respectively, one or the other of the first 120 and second 130 faces of the electroluminescent structure 110.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate an implementation of a third embodiment of a first electrode disposed on the rear face of the electroluminescent structure (the first electrode being in this case identified with a rear electrode).
  • the first electrode 170 has a textured metal contact surface with the first face 130 (identified at the rear face), the textured metal contact surface comprising regions of metal contact 171 and regions free of metallic contact 172.
  • textured metallic contact surface is meant a surface for which the metallic contact between an electrode and the face of the electroluminescent structure with which it is in contact is not homogeneous, in other words, the metallic contact varies from the center to the edge. .
  • metal contact we mean a contact adapted to pass a current of an electrode to the electroluminescent structure and vice versa.
  • the density of metal contact regions 171 may decrease from the center to the rear face contour 170.
  • the regions free of metal contact 172 may comprise recesses formed in the rear electrode 170.
  • recess formed in the electrode is meant a cavity formed in the volume of said electrode and from its contact surface.
  • the recesses may be filled with a dielectric material.
  • the dielectric material may comprise at least materials selected from: silicon dioxide, silicon nitride.
  • the metal contact regions 171 may have a density decreasing from the center to the edge of the rear face 130.
  • the metal contact regions 171 may have a circular shape
  • the electroluminescent device may comprise a first and a second electrode, referred to respectively as front electrode and back electrode (or inversely as back electrode and front electrode), each disposed on a different face of the electroluminescent structure (the first and second faces).
  • the front electrode 160 is in contact, in a front contact surface 121, with the front face 120
  • the rear electrode 170 is in contact, in a rear contact surface 131, with the rear face 130.
  • the second electrode is not in contact with an external face (in other words one or the other of the first and second faces), and contacts the electroluminescent structure via a through recess formed in the electroluminescent structure.
  • the invention also relates to a method of dimensioning the first electrode 160, 170.
  • the first electrode 160, 170 may advantageously be designed so that, in operation, the electroluminescent structure 110 has a temperature difference between the center and the lower edge at a predetermined distance, said deviation ⁇ / ⁇ ( ⁇ being the difference in temperature between the center and the contour in one of the two opposite directions, and T the temperature in the center of the front face 120 or rear 130 concerned). More particularly, it may be to size the first electrode 160, 170 adapted to impose a particular profile of the current density in the two opposite directions from the center to the contour of one or other of the first and second face. The particular profile of the current density corresponds to a ratio AJ / J (Ai being the deviation of the current density between the center and the contour in one of the two opposite directions, and J the current density in the center of the face before 120 or rear 130 concerned).
  • the sizing method of the first electrode 160, 170 may comprise the following steps:
  • step b) a step of producing the first electrode 160, 170 for producing the current density profile of step a).
  • the electrode is meant the determination of the geometric characteristics and the choice of the forming material, and to achieve the current density profile determined in step a).
  • the step a) of determining the current density profile can be executed so that the temperature difference between the center and the edge of one or the other of the first and second 120, 130 is less than a predetermined temperature difference, advantageously the predetermined temperature difference is less than 20 ° C, still more preferably less than 10 ° C, still more preferably less than 5 ° C.
  • the step b) of producing the electrode comprises an adjustment of a thickness profile of the first electrode.
  • the electroluminescent device illustrated in FIG. 7 comprises an electroluminescent structure of 253 ⁇ per 380 ⁇ (only a half-structure is represented in FIG. 7).
  • the diagonal of said structure is therefore 456 ⁇ ( in the direction R shown in Figure 7).
  • the front electrode 160 is made of indium and tin oxide (with an electrical resistivity of 3.12 ⁇ 10 -6 ohm.m) of thickness E 2 at the contour of 100 nm.
  • the thickness Ei in the center can take the values given in the following table, and varies linearly from the center to the contour (according to the direction R):
  • the electroluminescent structure may comprise a GaN layer of thickness equal to 5 ⁇ .
  • Figure 8 gives an example of the evolution of the current density J (x) (on the vertical axis) as a function of the distance from the center x (along the horizontal axis), for a thickness in the center of the front electrode equal to 200 nm, and Jo represents the current density at the center of the front electrode 160.
  • the current density profile obtained for each of the thicknesses is associated with a temperature difference between the center and the edge of the relevant face (front or rear).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif électroluminescent (100) comprenant: -au moins une structure électroluminescente (110) comprenant une première face et une seconde face essentiellement parallèles, -une première électrode (160, 170) en contact, selon une surface de contact, avec l'une ou l'autre des première et seconde faces, le dispositif étant caractérisé en ce que la première électrode (160, 170) est conformée pour imposer une décroissance, depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact, d'une densité de courant susceptible de traverser la structure électroluminescente (110).

Description

DISPOSITIF ELECTROLUMINESCENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente concerne un dispositif électroluminescent comprenant au moins une structure électroluminescente. Plus particulièrement, l'au moins une structure électroluminescente est éventuellement dépourvue de substrat support, et dont la conception des électrodes permet d'homogénéiser la température de ladite diode en fonctionnement.
ART ANTÉRIEUR
La figure 1 illustre un dispositif électroluminescent 10 connu de l'état de la technique. Le dispositif 10 comprend une pluralité de diodes électroluminescentes 11 agencées de manière matricielle (n lignes et m colonnes), et reposant sur la face avant d'un substrat support épais 12, de plusieurs dizaines de micromètres d'épaisseur (par exem ple 80 μηη).
Une couche d'interconnexion 13, destinée à adresser individuellement chacune des diodes ou groupes de diodes électroluminescentes 11, est également formée sur une face arrière du substrat support épais 12, et reliée à un circuit de commande via un interposeur 14.
Cependant, un tel dispositif n'est pas satisfaisant.
En effet, un substrat support épais impose la formation de tranchées relativement profondes dans ledit substrat support de manière à isoler électriquement les diodes électroluminescentes. Toutefois la formation de tranchées profondes est compliquée à mettre en œuvre, et rend, surtout, difficile la considération des diodes électroluminescentes d'une taille inférieure à 30 μιη.
Par ailleurs, les tranchées profondes sont généralement formées par une étape de gravure profonde par des ions réactifs (« DRI E » ou « Deep Reactive Ion etching » selon la terminologie Anglo-Saxonne) dont le coût est souvent trop important. Ainsi, afin de simplifier le procédé de fabrication des diodes électroluminescentes, il est envisagé un amincissement, voire un retrait, du substrat support permettant alors de considérer la formation de tranchées peu profondes (par exemple d'une profondeur inférieure à 10 μιη), voire de s'en affranchir.
Toutefois, un substrat support épais assure une fonction thermomécanique destinée à limiter les différences de température (« thermal spreading » selon la terminologie Anglo-Saxonne) pouvant survenir entre le centre et le contour d'une diode électroluminescente en fonctionnement, et dont l'efficacité est intimement liée à son épaisseur. Plus particulièrement, l'amincissement du substrat support dégrade ses propriétés thermomécaniques. A titre d'exemple, les figures 2a et 2b illustrent le profil en température de diodes électroluminescentes en fonctionnement reposant, respectivement, sur un substrat support de 80 μιη et de 5 μιη. A cet égard, un substrat support de 80 μιη d'épaisseur limite l'écart en température à 7°C entre le centre C et le contour B d'une diode tandis que cet écart s'élève à 57°C dès lors que le substrat support est aminci pour présenter une épaisseur de 5 μιη. Un tel écart de température peut induire des contraintes thermomécaniques au sein de la diode électroluminescente, qui à terme peuvent dégrader les performances de ladite diode.
En outre, une différence de température importante entre le centre et le bord d'une diode électroluminescente génère une différence d'intensité lumineuse perceptible à l'œil humain, et nuit au confort visuel dès lors que cette différence de luminosité dépasse 30 %
Ainsi un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif électroluminescent comprenant des structures électroluminescentes, et permettant l'emploi d'un substrat support d'épaisseur inférieure à 20 μιη, plus particulièrement inférieure à 10 μιη, sans toutefois dégrader la gestion thermique desdites structures électroluminescentes.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un dispositif électroluminescent dont le procédé de fabrication est plus simple à mettre en œuvre que ceux connus de l'état de la technique. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Les buts de l'invention sont, au moins en partie, atteints par un dispositif électroluminescent comprenant :
- au moins une structure électroluminescente comprenant une première face et une seconde face essentiellement parallèles,
- une première électrode en contact, selon une surface de contact, avec l'une ou l'autre des première et seconde faces,
le dispositif étant caractérisé en ce que la première électrode est conformée pour imposer une décroissance, depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact, d'une densité de courant susceptible de traverser la structure électroluminescente.
Par en contact, on entend en contact électrique.
Par première face, on entend l'une des face avant ou face arrière, et par seconde face on entend l'autre des face avant et face arrière.
Il est évident sans qu'il soit nécessaire de le préciser que la première région et la seconde région appartiennent à la même surface de contact.
Par dispositif électroluminescent, nous entendons un dispositif qui comprend une structure électroluminescente, une première électrode, et une seconde électrode. La première électrode contacte électriquement l'une ou l'autre des première et seconde faces, tandis que la seconde électrode contacte électriquement l'une ou l'autre des première et seconde faces qui n'est pas en contact avec la première électrode. La présence de la seconde électrode est au moins implicite, et n'est donc pas nécessairement précisée.
La décroissance, de la première région vers l'au moins une seconde région, de la densité de courant susceptible de traverser la structure électroluminescente permet ainsi de réduire l'écart en température entre lesdites première et seconde région et plus particulièrement au sein de ladite structure électroluminescente.
Autrement dit, cette décroissance de la densité de courant permet d'uniformiser la température de la structure électroluminescente, plus particulièrement dès lors que le dispositif électroluminescent est disposé sur un substrat support d'épaisseur inférieure à 20 μιη, voire inférieure à 10 μιη.
Il est par conséquent inutile de doter le dispositif d'un substrat support épais, par exemple présentant une épaisseur de plusieurs dizaines de micromètres.
La présente invention contraste avec les dispositifs électroluminescents connus de l'état de la technique pour lesquels la première et ou la seconde électrodes sont généralement conformées pour imposer une densité de courant uniforme sur toute la surface formée par l'une et/ou l'autre des première et seconde faces.
Par ailleurs, dès lors qu'une pluralité de structures électroluminescentes est considérée, il n'est pas nécessaire d'avoir recours à la formation de tranchées profondes (par tranchées profondes, nous entendons des tranchées d'au moins 10 μιη de profondeur). En effet, afin de délimiter les structures électroluminescentes et les isoler électriquement, des tranchées d'une profondeur inférieure à 10 μιη sont suffisantes.
En outre, des tranchées peu profondes ouvrent aussi la voie à la formation de structures électroluminescentes de plus petite taille, par exemple de côté inférieur à 20 μιη, voire inférieur à 10 μιη.
La surface de contact comprend un centre et un contour, la première région comprenant le centre de la surface de contact, avantageusement, la densité de courant est maximale au niveau de la première région.
II est également évident que le contact entre la première électrode avec l'une ou l'autre des première et seconde face se fait au moins au centre de ladite face.
Selon un mode de mise en œuvre, la première électrode présente un profil d'épaisseur décroissant selon au moins deux directions opposées depuis le centre vers le contour de la surface de contact.
Dans ce cas de figure, il est admis, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que l'au moins une seconde région est adjacente au contour de la surface de contact.
Par deux directions opposées, nous entendons deux directions du plan formé par la surface de contact. Les deux directions opposées passent également par le centre de ladite surface de contact. Il est également admis tout au long de la description, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que bien préférentiellement parallèles, les deux directions opposées peuvent présenter une déviation d'angle, par exemple une déviation d'angle inférieure à 20°.
Plus particulièrement, le profil d'épaisseur est décroissant selon les deux directions opposées partant du centre vers le contour. Il est par ailleurs admis que l'épaisseur de la première électrode présente une épaisseur maximale au centre.
Selon un mode de mise en œuvre, le profil d'épaisseur comprend des paliers parallèles à l'une ou l'autre des première et seconde faces.
Selon un mode de mise en œuvre, le profil d'épaisseur présente une décroissante monotone et continue.
Selon un mode de mise en œuvre, la première électrode comprend au moins un des matériaux choisi parmi : Cu, Al, Ti, Ni, Ag, Pd, Pt, Rh, Au, In, un oxyde transparent conducteur, avantageusement, l'oxyde transparent conducteur comprend au moins un des matériaux choisi parmi : oxyde d'indium et d'étain (ITO), oxyde de zinc (ZnO), oxyde de zinc dopé avec du gallium (GZO), oxyde de zinc dopé avec du gallium et de l'indium (IGZO), oxyde de zinc dopé avec de l'aluminium (AZO), oxyde de zinc dopé avec du gallium et de l'aluminium (AGZO), oxyde de cadmium dopé avec de l'indium, dioxyde d'étain (Sn02).
De manière avantageuse, les éléments précités (métalliques et oxyde transparent conducteur) peuvent être mis sous forme d'encre, par exemple avec au moins un des composés choisi parmi : DEPOT-PSS (poly(3,4- éthylènedioxythiophène) et poly(styrène sulfonate) de sodium), graphène, nanotubes de carbone.
Selon un mode de mise en œuvre, la première électrode comprend un matériau présentant un coefficient de température positif, avantageusement, le matériau comprend au moins un des éléments choisi parmi : céramique de Titanate de Baryum, céramique de Titanate de Strontium, céramique de Titanate de Plomb, Nitrure de tantale.
Selon un mode de mise en œuvre, la première électrode présente une surface de contact métallique texturée avec l'une ou l'autre des première et seconde, la surface de contact métallique texturée comprenant des régions de contact métallique et des régions dépourvues de contact métallique. Selon un mode de mise en œuvre, la densité de régions de contact métallique diminue de la première région vers la seconde région.
Selon un mode de mise en œuvre, les régions dépourvues de contact métallique correspondent à des évidements formés dans l'une ou l'autre des électrodes avant et arrière.
Selon un mode de mise en œuvre, les évidements sont remplis d'un matériau diélectrique, avantageusement le matériau diélectrique comprend au moins des matériaux choisi parmi : dioxyde de silicium, nitrure de silicium.
Selon un mode de mise en œuvre, les régions de contact métallique présentent une densité décroissance du centre vers le bord de la première ou seconde face avec laquelle la première électrode est en contact.
Selon un mode de mise en œuvre, les régions de contact métallique ont une forme circulaire.
Selon un mode de mise en œuvre, l'au moins une structure électroluminescente comprend d'une de ses première et seconde faces vers l'autre des première et seconde face, une couche électroluminescente reposant sur un substrat support présentant une épaisseur inférieure à 10 μιη, avantageusement inférieur à 5 μιη.
Selon un mode de mise en œuvre, la couche électroluminescente comprend une couche active intercalée entre une première couche de semi-conducteur et une seconde couche de semi-conducteur.
Selon un mode de mise en œuvre, la couche active comprend au moins des matériaux choisi parmi : GaN, InGaN, InGaAs, InGaAIP, GaAs.
Selon un mode de mise en œuvre, la couche électroluminescente comprend des nanofils perpendiculaires à la face avant.
Selon un mode de mise en œuvre, le dispositif comprend une pluralité de structures électroluminescentes agencées de manière matricielle.
L'invention concerne également une méthode de dimensionnement de la première électrode destinée à être mise en œuvre dans le dispositif électroluminescent selon l'invention, le dispositif électroluminescent comprenant au moins une structure électroluminescente comprenant une première et une seconde faces essentiellement parallèles, la première électrode étant en contact, selon une surface de contact, avec l'une ou l'autre des première et seconde face, la méthode comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de détermination du profil d'une densité de courant devant traverser l'une des première et seconde faces, ledit profil de densité de courant étant déterminé depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact ;
b) une étape réalisation de la première électrode permettant de réaliser le profil de densité de courant de l'étape a).
Selon un mode de mise en œuvre, l'étape a) de détermination du profil de densité de courant est exécutée de manière à ce que l'écart en température entre la première et la seconde régions soit inférieur à un écart de température prédéterminée, avantageusement l'écart de température prédéterminé est inférieur à 20°C, encore plus avantageusement inférieur à 10°C, voire inférieur à 5°C.
Selon un mode de mise en œuvre, l'étape b) d'adaptation comprend un ajustement d'un profil en épaisseur de la première électrodes.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtrons dans la description qui va suivre des modes de mise en œuvre du dispositif électroluminescent selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif électroluminescente connu de l'état de la technique,
- les figures 2a et 2b sont des représentations graphiques du profil en température (sur l'axe vertical, en « °C ») de la face avant d'une diode électroluminescente en fonction de la distance par rapport au centre C de ladite diode (sur l'axe horizontal), plus particulièrement, les figures 2a et 2b sont relatives à une diode électroluminescente reposant, respectivement, sur un substrat support de 80 μιη et de 5 μιη d'épaisseur, - la figure 3a est une représentation schématique selon un plan de coupe transverse d'une structure électroluminescente susceptible d'être mise en œuvre dans le cadre de la présente invention,
- la figure 3b est une représentation schématique selon un plan de coupe transverse d'une structure électroluminescente comprenant une pluralité de nanofils s'étendant perpendiculairement à la face avant, et susceptible d'être mise en œuvre dans la cadre de la présente invention,
- les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques d'un dispositif électroluminescent selon un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est une représentation graphique de variation de résistance
(selon l'axe vertical) en fonction de la température (axe horizontal) d'un matériau présentant un coefficient de température positif et susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre d'un second mode de réalisation de l'invention,
- la figure 6a est une représentation schématique d'un dispositif électroluminescent selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 6b est une représentation schématique, en vue de dessus, d'une électrode arrière susceptible d'être mise en œuvre dans le cadre du troisième mode de réalisation de la présente invention
- la figure 7 est une représentation schématique, en coupe transversale, d'un dispositif électroluminescent selon la présente invention, et destiné à la mise en œuvre d'un procédé de dimensionnement de l'une et/ou l'autre des électrodes avant et arrière selon l'invention
- la figure 8 est une représentation graphique de l'évolution de la densité de coûtant (selon l'axe verticale) en fonction de la distance par rapport au centre (axe horizontal).
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'invention décrite de manière détaillée ci-dessous met en œuvre un dispositif électroluminescent comprenant une structure électroluminescente dont la gestion thermique est assurée pour une nouvelle architecture d'électrode (dite première électrode). Selon l'invention, la première électrode est adaptée pour imposer une décroissance de la densité de courant traversant la structure électroluminescente d'une première région vers une seconde région de la surface de contact entre l'électrode et la face concernées. Plus particulièrement, la densité de courant présente un maximum au niveau de la première région de la surface de contact, et décroit en direction de la seconde région. Ainsi, l'architecture des électrodes permet de limiter l'écart en température au sein de la structure électroluminescente. Plus particulièrement, dans un exemple particulier de l'invention qui est détaillé dans la suite de la description, l'architecture de la première électrode permet de limiter l'augmentation par effet Joule de la température du contour de la structure électroluminescente par rapport à son centre, sans nécessairement avoir recours à un substrat support épais.
Nous notons dès à présent que la première région telle que défini dans la présente invention, est une région au niveau de laquelle la densité de courant susceptible d'être injectée dans le dispositif électroluminescent est la plus importante.
Par dispositif électroluminescent, nous entendons un dispositif qui comprend une structure électroluminescente, une première électrode, et une seconde électrode. La première électrode contact électriquement l'une ou l'autre des première et seconde faces, tandis que la seconde électrode contact électriquement l'une ou l'autre des première et seconde faces qui n'est pas en contact avec la première électrode. La présence de la seconde électrode est au moins implicite, et n'est donc pas nécessairement précisée.
Le dispositif électroluminescent 100, selon la présente invention, est maintenant décrit en relation avec les figures 3, 4a, 4b, 5, 6a et 6b.
Le dispositif électroluminescent 100 comprend au moins une structure électroluminescente 110.
Par structure électroluminescente, on entend une structure qui, dès lors qu'elle est traversée par un courant, émet de la lumière.
L'au moins une structure électroluminescente peut être de forme carrée, et de côté compris entre 3 et 400μιη.
Le dispositif électroluminescent 100 (tel qu'illustré à la figure 3a) peut comprendre une pluralité de structures électroluminescentes 110 agencées, par exemple, sous forme matricielle. Par forme matricielle, nous entendons un maillage à N lignes et M colonnes. Chaque structure électroluminescente 110 est alors disposée à l'intersection d'une ligne avec une colonne du maillage.
Deux structures électroluminescentes adjacentes peuvent être séparées par une tranchée d'une largeur inférieure à 3 μιη, avantageusement inférieure à 1 μιη.
La structure électroluminescente 110 comprend une première face 120 et une seconde face 130 essentiellement parallèles.
La face avant de la structure électroluminescente est une face par laquelle ladite structure est susceptible d'émettre un rayonnement lumineux.
Par première face, on entend l'une des face avant ou face arrière, et par seconde face on entend l'autre des face avant et face arrière.
La première face 120 comprend un centre 120C et un contour 120B.
La seconde face 130 comprend un centre 130C et un contour 130B.
Par centre d'une face, nous entendons le barycentre de ladite face.
Le dispositif électroluminescent 100 peut être interfacé avec un interposeur via une électrode formée sur la face arrière 130 de la structure électroluminescente 110 (ladite électrode est alors dite électrode arrière).
Une électrode en contact avec la face avant est dite électrode avant. La surface de contact entre l'électrode avant et la face avant est dite surface de contact avant.
Une électrode en contact avec la face arrière est dite électrode arrière. La surface de contact entre l'électrode arrière et la face arrière est dite surface de contact arrière.
La structure électroluminescente 110 peut comprendre de sa face avant 120 vers sa face arrière 130, une couche électroluminescente 140 reposant sur un substrat support 150, la structure électroluminescente 110 présentant une épaisseur inférieure à 10 μιη, avantageusement inférieur à 5 μιη.
Le substrat support 150 peut, par exemple, comprendre du silicium.
La couche électroluminescente 140 peut comprendre une couche active 111 intercalée entre une première couche de semi-conducteur 112 et une seconde couche de semi-conducteur 113. La première couche de semi-conducteur 112 peut comprendre du GaN de type n (par type n, on entend dopé avec des espèces donneuses d'électrons).
La seconde couche de semi-conducteur 113 peut comprendre du GaN de type p (par type p, on entend dopé avec des espèces donneuses de trous).
La couche active 111 peut comprendre au moins un des matériaux choisi parmi : GaN, GaAs, InGaN, InGaAIP.
La couche active 111, la première couche de semi-conducteur 112 et la seconde couche de semi-conducteur 113 peuvent être formées par des techniques de dépôt de films par épitaxie sur un substrat.
La formation desdites couches fait appel à des techniques connues de l'homme du métier et n'est donc pas décrite en détails dans la présente invention.
Des tranchées sont également formées au niveau des films formés par épitaxie de manière à délimiter les structures électroluminescentes 110 (nous parlons de « pixelisation »), mais également dans le substrat afin d'isoler électriquement lesdites structures électroluminescentes 110.
Le substrat est ensuite aminci à une épaisseur inférieure à 20 μιη, avantageusement inférieure à 10 μιη, encore plus avantageusement inférieure à 5 μιη. Les techniques d'amincissement, et de maintien par des substrats temporaires (aussi appelés « poignées ») sont connues de l'homme du métier et ne sont donc pas décrites en détails dans la présente invention.
De manière alternative (tel qu'illustré à la figure 3b), la structure électroluminescente 110 peut comprendre des nanofils 200 perpendiculaires à la face avant. Chaque nanofil 200 peut comprendre de façon non limitative un empilement formé, d'une zone 201 d'InGaN-n, d'une zone active 202, d'une zone 203 de GaN-p ou d'InGaN-p.
A cet égard, l'homme du métier peut consulter la demande de brevet [1] citée à la fin de la description, et plus particulièrement, de la page 19 ligne 24 à la page 20 ligne 10.
L'ensemble des nanofils d'une structure électroluminescente 110 repose avantageusement sur le substrat support 150. Le dispositif électroluminescent 100 selon l'invention présente également une première électrode 160 adaptée pour imposer le passage d'un courant (ou d'une densité de courant) au travers de la structure électroluminescente 110.
La première électrode (160, 170) est en contact, avantageusement en contact direct, selon une surface de contact 121, 131, avec l'une ou l'autre des première 120 et seconde 130 faces. La première électrode 160, 170 est conformée pour imposer une décroissance, depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact 121, 131, d'une densité de courant susceptible de traverser la structure électroluminescente 110.
Par première et seconde régions, on entend deux régions appartenant à la surface de contact.
La surface de contact comprend un centre et un contour.
La première région peut comprendre le centre (nous parlons alors de région centrale) de la surface de contact.
Avantageusement, la densité de courant peut être maximale au niveau de la première région. Dans ce cas de figure, la première région est en correspondance avec un contact d'alimentation de l'électrode avant ou arrière considérée. Nous considérerons que deux éléments sont en correspondance dès lors qu'ils sont positionnés l'un et l'autre sur deux faces opposées de l'électrode, et se projettent l'un sur l'autre selon l'épaisseur de ladite électrode.
De manière avantageuse, la première électrode présente un profil d'épaisseur décroissant selon au moins deux directions opposées depuis le centre vers le contour de la surface de contact.
Nous allons limiter la description à une première région de la surface contact qui est en coïncidence avec le centre de la face ou arrière considérée. A cet égard, pour toute la suite de l'énoncé, nous confondrons les termes première région et centre.
Par ailleurs, dans la suite de la description, la seconde région est supposée être adjacente au contour de la surface de contact.
L'homme du métier avec ses connaissances générales et la description peut aisément généraliser la présente invention à une première région qui n'est pas centrale, par exemple, la première région peut être adjacente à un bord de la surface de contact.
Plus particulièrement, la première électrode est conformée pour imposer une décroissance, selon au moins deux directions opposées partant du centre vers le contour de la surface de contact (autrement dit de la première région vers la seconde région), d'une densité de courant susceptible de traverser ladite face, ladite densité de courant présentant également un maximum au centre de ladite surface de contact.
Ainsi, dès lors que la densité de courant susceptible de traverser la première face et/ou la seconde face décroit du centre vers le contour de ladite face, on observe une diminution de l'écart des pertes par effet joule entre le centre et le contour par rapport à l'écart constaté dans les dispositifs connus de l'état de la technique. Il en résulte ainsi une meilleure uniformité en température de la structure électroluminescente 110.
Selon un premier mode de réalisation, la première électrode 160, 170, présente un profil d'épaisseur décroissant du centre vers le contour de la surface de contact 121, 131. Plus particulièrement, le profil d'épaisseur est décroissant selon les deux directions opposées partant du centre vers le contour.
Selon ce premier mode de réalisation, la première électrode peut avantageusement recouvrir intégralement l'une ou l'autre des première 120 ou seconde 130 faces de la structure électroluminescente 110.
Par exemple, le profil d'épaisseur comprend des paliers parallèles à l'une ou l'autre des première et seconde faces.
A cet égard, la figure 4a représente le dispositif électroluminescent 100 pourvue d'une première électrode (dans cet exemple sur la face avant) selon l'invention et présentant un profil d'épaisseur décroissant du centre vers le contour par paliers.
Une telle électrode peut être obtenue par des étapes successives de masquage par photolithographie et de gravure d'une électrode d'épaisseur sensiblement constante.
Toujours selon le premier mode de réalisation, la première électrode peut présenter un profil d'épaisseur décroissante monotone et continue du centre vers le contour (figure 4b). La fabrication de cette électrode peut comprendre les étapes successives suivantes :
a) une étape de dépôt d'une couche de matériau d'électrode, d'une épaisseur comprise entre 50 nm et 500 nm (par exemple ,150 nm), sur l'une ou l'autre des première et seconde face de la structure électroluminescente,
b) une étape de dépôt d'une couche de résine photo lithographique, d'une épaisseur inférieure à 10 μιη, avantageusement inférieure à 5 μιη, sur la couche de matériau d'électrode (la résine photo lithographique peut par exemple comprendre du 2μιτι),
c) une étape de fluage de la couche de résine photo lithographique à une température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de ladite résine de manière à ce que ladite couche de résine présente un profil d'épaisseur décroissante monotone et continue du centre vers le contour,
d) une étape de gravure sèche jusqu'au retrait au moins partiel de la couche de résine photo lithographique (l'étape de gravure peut avantageusement être exécutée par un plasma d'argon ou d'oxygène).
A l'issue de l'étape d), le profil d'épaisseur de l'électrode est conforme au profil d'épaisseur de la couche de résine photo lithographique à l'issue de l'étape c) de fluage.
De manière avantageuse, la première électrode 160, 170 peut comprendre un oxyde transparent conducteur.
L'oxyde transparent conducteur peut comprendre au moins un des matériaux choisi parmi : oxyde d'indium et d'étain (ITO), oxyde de zinc (ZnO), oxyde de zinc dopé avec du gallium (GZO), oxyde de zinc dopé avec du gallium et de l'indium (IGZO), oxyde de zinc dopé avec de l'aluminium (AZO), oxyde de zinc dopé avec du gallium et de l'aluminium (AGZO), oxyde de cadmium dopé avec de l'indium, dioxyde d'étain (Sn02).
Toujours de manière avantageuse, la première électrode 160, 170 peut comprendre un métal.
Le métal peut comprendre au moins un des métaux choisi parmi : Cu, Al, Ti, Ni, Ag, Pd, Pt, Rh, Au, In. De manière avantageuse, les éléments précités (métalliques et oxyde transparent conducteur) peuvent être mis sous forme d'encre, par exemple avec au moins un des composés choisi parmi : DEPOT-PSS (poly(3,4- éthylènedioxythiophène) et poly(styrène sulfonate) de sodium), graphène, nanotubes de carbone.
Selon ce premier mode de réalisation, le profil d'épaisseur de la première électrode 160, 170 impose une décroissance du centre vers le contour de la densité de courant traversant la structure électroluminescente.
Cette décroissance de la densité de courant s'accompagne à la fois d'une uniformisation de la température au sein de la structure électroluminescente, mais également d'une diminution de la température moyenne de la structure électroluminescente.
Par ailleurs, la présente invention permet de considérer également des structures électroluminescentes de tailles inférieures à celles connues de l'état de la technique.
En outre, le retrait au moins partiel du substrat support permet également d'envisager des matrices de structures électroluminescentes flexibles.
Selon un second mode de réalisation, la première électrode 160, 170 peut comprendre un matériau présentant un coefficient de température positif (autrement dit une électrode ayant un comportement de type thermistance à coefficient positif), avantageusement, le matériau comprend au moins un des éléments choisi parmi : céramique de Titanate de Baryum, céramique de Titanate de Strontium, céramique de Titanate de Plomb, Nitrure de tantale.
Un tel matériau présente une résistivité variable dès lors qu'il est soumis à une variation de température (telle que présentée à la figure 5). Plus particulièrement, la résistivité électrique dudit matériau augmente avec la température dans le domaine de température considéré du fonctionnement du dispositif. Ainsi, une électrode, avant par exemple, faite d'un tel matériau, auto régule la densité de courant traversant la structure électroluminescence en fonction de la température régnant localement au niveau de la face de la structure électroluminescente avec laquelle elle est en contact. De manière avantageuse, l'épaisseur de la première électrode 160, 170 peut être comprise 1 nm et 10 μιη.
Selon ce second mode de réalisation, la première électrode 160, 170 peut avantageusement recouvrir intégralement, respectivement, l'une ou l'autre des première 120 et seconde 130 faces de la structure électroluminescente 110.
Les figures 6a et 6b illustrent une mise en œuvre d'un troisième mode de réalisation d'une première électrode disposée sur la face arrière de la structure électroluminescente (la première électrode étant dans ce cas de figure identifiée à une électrode arrière).
L'homme du métier, au regard des éléments techniques fournis dans la présente description, peut aisément mettre en œuvre le troisième mode de réalisation au niveau de l'électrode avant 160.
Selon le troisième mode de réalisation de l'invention (figure 6a et 6b), la première électrode 170 présente une surface de contact métallique texturée avec la première face 130 (identifiée à la face arrière), la surface de contact métallique texturée comprenant des régions de contact métallique 171 et des régions dépourvues de contact métallique 172.
Par surface de contact métallique texturée, on entend une surface pour laquelle le contact métallique entre une électrode et la face de la structure électroluminescente avec laquelle elle est en contact n'est pas homogène, autrement dit, le contact métallique varie du centre vers le bord.
Par contact métallique, nous entendons un contact adapté pour laisser passer un courant d'une électrode vers la structure électroluminescente et inversement.
Par opposition, une région dépourvue de contact métallique ne laisse pas passer de courant entre une électrode et la structure électroluminescente.
Ainsi, selon la présente invention, la densité de régions de contact métallique 171 peut diminuer du centre vers le contour de face arrière 170.
De manière avantageuse, les régions dépourvues de contact métallique 172 peuvent comprendre des évidements formés dans l'électrode arrière 170. Par évidement formé dans l'électrode, on entend une cavité formé dans le volume de ladite électrode et à partir de sa surface de contact
Les évidements peuvent être remplis d'un matériau diélectrique.
Par exemple, le matériau diélectrique peut comprendre au moins des matériaux choisi parmi : dioxyde de silicium, nitrure de silicium.
Les régions de contact métallique 171 peuvent présenter une densité décroissance du centre vers le bord de la face arrière 130.
Les régions de contact métallique 171 peuvent avoir une forme circulaire
(figure 6b).
Les trois modes de réalisation présentés peuvent également être envisagés pour la seconde électrode. Autrement dit le dispositif électroluminescente peut comprendre une première et une seconde électrode, dites, respectivement, électrode avant et électrode arrière (ou inversement électrode arrière et électrode avant), disposées chacune sur une face différente de la structure électroluminescente (les première et seconde faces). L'électrode avant 160 est en contact, selon une surface de contact avant 121, avec la face avant 120, tandis que l'électrode arrière 170 est en contact, selon une surface de contact arrière 131, avec la face arrière 130.
Toujours selon ses trois modes de réalisation, et de manière alternative à ce qui précède, la seconde électrode n'est pas en contact avec une face externe (autrement dit l'une ou l'autre des première et seconde face), et contacte la structure électroluminescente via un évidement traversant formé dans la structure électroluminescente.
L'invention concerne également une méthode de dimensionnement de la première électrode 160, 170.
La première électrode 160, 170 peut avantageusement être conçue de sorte que, en fonctionnement, la structure électroluminescente 110 présente un écart en température entre le centre et le bord inférieur à un écart prédéterminé, dit écart ΔΤ/Τ (ΔΤ étant l'écart en température entre le centre et le contour selon une des deux direction opposées, et T la température au centre de la face avant 120 ou arrière 130 concernée). Plus particulièrement, il peut s'agir de dimensionner la première électrode 160, 170 adaptée pour imposer un profil particulier de la densité de courant selon les deux directions opposées partant du centre vers le contour de l'une ou l'autre des première et seconde face. Le profil particulier de la densité de courant correspond à un rapport AJ/J (Ai étant l'écart de la densité de courant entre le centre et le contour selon une des deux direction opposées, et J la densité de courant au centre de la face avant 120 ou arrière 130 concernée).
Ainsi pour un dispositif électroluminescent donné, il est possible de simuler ou de mesurer l'écart ΔΤ/Τ dudit dispositif en fonctionnement. Ces techniques font partie des connaissances générales de l'homme du métier, et ne sont par conséquent par décrite dans la présente invention.
Il est également possible de d'établir une relation entre l'écart ΔΤ/Τ et le rapport Ai/i.
Par exemple, la méthode de dimensionnement de la première électrode 160, 170 peut comprendre les étapes suivantes :
a) une étape de détermination du profil d'une densité de courant devant traverser l'une ou l'autre des première et seconde faces 160, 170, ledit profil de densité de courant étant déterminé selon au moins deux directions opposées partant du centre vers le contour d'une des première et seconde faces ;
b) une étape réalisation de la première électrode 160, 170 permettant de réaliser le profil de densité de courant de l'étape a).
Par réalisation de l'électrode, on entend la détermination des caractéristiques géométriques et le choix du matériau la formant, et permettant de réaliser le profil de densité de courant déterminé à l'étape a).
Plus particulièrement, l'étape a) de détermination du profil de densité de courant peut être exécutée de manière à ce que l'écart en température entre le centre et le bord de l'une ou l'autre des première et seconde 120, 130 soit inférieur à un écart de température prédéterminé, avantageusement l'écart de température prédéterminé est inférieur à 20°C, encore plus avantageusement inférieur à 10°C, toujours plus avantageusement inférieur à 5°C. Toujours plus particulièrement, l'étape b) de réalisation de l'électrode comprend un ajustement d'un profil en épaisseur de la première électrode.
Ainsi, à titre d"exemple, le dispositif électroluminescent illustré à la figure 7 comprend une structure électroluminescente de 253 μιη par 380 μιη (seule une demi structure est représentée à la figure 7). La diagonale de ladite structure est donc de 456 μιη (selon la direction R représentée à la figure 7).
L'électrode avant 160 est faite d'oxyde d'indium et d'étain (de résistivité électrique de 3,12xl0~6 ohm. m) d'épaisseur E2 au niveau du contour égale à 100 nm. Dans le cadre d'une simulation, l'épaisseur Ei au centre peut prendre les valeurs données dans le tableau suivant, et varie linéairement du centre vers le contour (selon la direction R):
Jo (également dit J(x=0)) étant la densité de courant au niveau du centre de l'électrode avant 160.
La structure électroluminescente peut comprendre une couche de GaN d'épaisseur égale à 5 μιη.
Il est alors possible de simuler numériquement l'évolution de la densité de courant J(x) selon la direction de la diagonale de l'électrode avant 160 (en fonction de la distance x par rapport au centre).
Il est par exemple connu que la densité de courant J(x) (selon une des deux directions opposée) est donnée par la relation suivante :
J(x) = Kx = 0). Exp (- ^) pc étant la résistance surfacique de contact entre l'électrode arrière 170 et la couche de GaN,
pp étant la résistivité du matériau formant l'électrode arrière 170 dans la direction orthogonale à ladite électrode,
tp l'épaisseur de l'électrode arrière 170,
Peiectrode la résistivité du matériau formant l'électrode arrière selon la direction x,
Îelectrodre la longueur de l'électrode arrière 170.
La figure 8 donne un exemple de l'évolution de la densité de courant J(x) (sur l'axe vertical) en fonction de la distance par rapport au centre x (selon l'axe horizontal), pour une épaisseur au centre de l'électrode avant égale à 200 nm, et Jo représente la densité de courant au niveau du centre de l'électrode avant 160.
Une décroissance exponentielle de la densité de courant est clairement observée.
Le profil de densité de courant obtenu pour chacune des épaisseurs est associé à un écart en température entre le centre et le bord de la face concernée (avant ou arrière).
Les inventeurs ont clairement remarqué qu'un rapport AJ/J au niveau du contour sur la densité de courant au niveau du centre de l'ordre de 30% permet d'atteindre une différence de luminosité entre le centre et le contour inférieure à 30 %. REFERENCES
[1] FR3012676

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif électroluminescent (100) comprenant :
- au moins une structure électroluminescente (110) comprenant une première face (120) et une seconde face (130) essentiellement parallèles,
- une première électrode (160, 170) en contact, selon une surface de contact (121, 131), avec l'une ou l'autre des première (120) et seconde (130) faces,
le dispositif étant caractérisé en ce que la première électrode (160, 170) est conformée pour imposer une décroissance, depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact (121, 131), d'une densité de courant susceptible de traverser la structure électroluminescente (110).
la surface de contact (121,131) comprend un centre et un contour, la première région comprenant le centre de la surface de contact (121, 131), avantageusement, la densité de courant est maximale au niveau de la première région.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première électrode (160, 170) présente un profil d'épaisseur décroissant selon au moins deux directions opposées depuis le centre vers le contour de la surface de contact (121, 131).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le profil d'épaisseur comprend des paliers parallèles à l'une ou l'autre des première (120) et seconde (130) faces.
4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le profil d'épaisseur présente une décroissante monotone et continue.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première électrode (160, 170) présente une surface de contact métallique texturée avec l'une ou l'autre des première (120) et seconde (130) faces, la surface de contact métallique texturée comprenant des régions de contact métallique (171) et des régions dépourvues de contact métallique (172).
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la densité de régions de contact métallique (171) diminue de la première région vers la seconde région.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les régions dépourvues de contact métallique (172) correspondent à des évidements formés dans l'une et/ou l'autre des électrodes avant et arrière.
8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les régions de contact métallique (172) ont une forme circulaire.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'au moins une structure électroluminescente (110) comprend d'une de ses première et seconde face vers l'autre des première et seconde faces, une couche électroluminescente reposant sur un substrat support présentant une épaisseur inférieure à 10 μιη, avantageusement inférieur à 5 μιη.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la couche électroluminescente comprend une couche active intercalée entre une première couche de semi-conducteur et une seconde couche de semi-conducteur.
11. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la couche électroluminescente comprend des nanofils perpendiculaires à la face avant (120).
12. Méthode de dimensionnement de la première électrode (160, 170) destinée à être mise en œuvre dans le dispositif électroluminescent (100) selon l'une des revendications 1 à 11, le dispositif électroluminescent comprenant au moins une structure électroluminescente (110) comprenant une première face (120) et une seconde face (130) essentiellement parallèles, la première électrode (160, 170) étant en contact, selon une surface de contact (121, 131), avec l'une ou l'autre des première et seconde face (120, 130), la méthode comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de détermination du profil d'une densité de courant devant traverser l'une des première et/ou seconde faces (120, 130), ledit profil de densité de courant étant déterminé depuis une première région et en direction d'au moins une seconde région de la surface de contact (121, 131) ;
b) une étape de réalisation de la première électrode permettant de reproduire le profil de densité de courant de l'étape a).
13. Méthode selon la revendication 12, dans laquelle l'étape a) de détermination du profil de densité de courant est exécutée de manière à ce que l'écart en température entre la première région et la seconde région soit inférieur à un écart de température prédéterminée, avantageusement l'écart de température prédéterminé est inférieur à 20°C, encore plus avantageusement inférieur à 10°C, voire inférieur à 5°C.
14. Méthode selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle l'étape b) d'adaptation comprend un ajustement d'un profil en épaisseur de la première électrode.
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