JP2005116529A - ホールの注入と電子の注入とが制御された無機エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】無機蛍光体におけるホール及び電子の注入と再結合とに基づいた、効率的なエレクトロルミネッセント素子を実現する。
【解決手段】注入されたホールと注入された電子との再結合からエレクトロルミネッセンスが生じるように構成された無機蛍光体12を使用するエレクトロルミネッセント素子10が開示される。無機蛍光体12に接する制御可能なホール注入構造体14は、無機蛍光体12内へのホール注入のレートを制御する。無機蛍光体12に接し、且つ、制御可能なホール注入構造体14から隔てられている制御可能な電子注入構造体16は、無機蛍光体12内への電子注入のレートを制御する。
【選択図】図１
【解決手段】注入されたホールと注入された電子との再結合からエレクトロルミネッセンスが生じるように構成された無機蛍光体12を使用するエレクトロルミネッセント素子10が開示される。無機蛍光体12に接する制御可能なホール注入構造体14は、無機蛍光体12内へのホール注入のレートを制御する。無機蛍光体12に接し、且つ、制御可能なホール注入構造体14から隔てられている制御可能な電子注入構造体16は、無機蛍光体12内への電子注入のレートを制御する。
【選択図】図１
Description
本発明は、無機エレクトロルミネッセント素子に関し、特にホールの注入と電子の注入とが制御された無機エレクトロルミネッセント素子に関する。
エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子は、今日、広範囲に使用されている陰極線管ディスプレイ（ＣＲＴ）及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）よりも優れたディスプレイ技術を提供することを約束している。長年にわたり、様々なＥＬ素子が知られてきたが、ＥＬディスプレイの発展は、多くの技術的な課題によって比較的緩慢なものとなっている。
少なくとも２つの異なるタイプのＥＬ素子が知られている。すなわち、トンネルＥＬ素子、及びダイオード接合ＥＬ素子である。トンネルＥＬ素子は、蛍光材料を２つの電極の間に配置し、一方か又は両方の電極と蛍光体との間に絶縁層を配置することによって作られることができる。キャリアの注入は、蛍光体の両端に高電圧を加えることによって達成される。それにより、絶縁層を通過するキャリアの（典型的には電子の）トンネル効果が可能になる。その高電界は、注入されたキャリヤを加速させ、次に、その加速されたキャリアが、この蛍光体内の発光部（又はルミナンス）の中心に相互作用して、可視光を発光させる結果をもたらす。
一方、ダイオード接合ＥＬ素子は、ＰＮ接合を形成するために蛍光材料をドーピングすることによって作られる。順方向バイアス状態下で、ホールと電子とが、ＰＮ接合付近で再結合して光を放つ。
しかしながら、キャリアを注入するために必要とされる高電圧によって、両タイプのＥＬ素子は、多くの問題に直面する。蛍光領域内の高電圧は、キャリアを高速度に加速させる。それにより、多くの電荷キャリアは、再結合することなく、又はこの蛍光体の発光部の中心と相互作用することなく、蛍光領域を素早く通過する。その電荷キャリアは、エレクトロルミネッセンスには寄与せず、従って、無駄な漏れ電流を生成して、そのことが効率を低下させる。更に高電圧は、素子を破壊する、絶縁層又は蛍光体の壊滅的な破壊をもたらす可能性がある。
ほとんどの無機蛍光体のドーピングは成し遂げることが難しく、商用のＥＬ素子に適合可能な無機蛍光材料の選択を制限するため、ダイオード接合ＥＬ素子の製造もまた困難である。ドーピングされることのできるこれらの蛍光体について、ドーピングは、典型的には、１つのキャリアタイプに限定されており、従って、その素子の効率を制限する。
有機蛍光体のより低いキャリア移動度は、結果として改善された機能をもたらすことができるが、有機蛍光体は、新たな一連の問題をまるごと提示する。有機蛍光体は、非常に化学的に反応しやすい傾向にあり、そのような環境にさらされた場合には、急速に劣化する可能性がある。有機蛍光体が非常に反応しやすいことはまた、電極のために使用されることが可能な材料の選択を制限する。これは、多くの有機蛍光体が、電極内で金属と容易に結合して、結果として素子の性能の劣化をもたらすからである。有機蛍光体を使用する実際の素子は、有機蛍光体の反応性を管理するために、接合部での特別な化学的な分離層と、注意深いパッケージングとを必要とする。有機蛍光体を用いて長い寿命を達成させることもまた、困難であることが判明している。
無機蛍光体内のホール及び電子の注入と再結合とに基づいて、効率的なエレクトロルミネッセント素子を開発することが有利であろうことが認識されている。
本発明の一実施形態は、無機蛍光体内に注入されたホールと電子との再結合からエレクトロルミネッセンスが生じるように構成されたエレクトロルミネッセント素子を含む。このエレクトロルミネッセント素子は、無機蛍光体に接する制御可能なホール注入構成物を含む。エレクトロルミネッセント素子の実施形態はまた、無機蛍光体に接し、且つ、無機蛍光体の再結合領域によって、制御可能なホール注入構造体から隔てられている制御可能な電子注入構造体も含む。
本発明の更なる特徴及び利点は、例示として本発明の特徴を共に示した添付図面に関連付けられた、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
無機蛍光体におけるホール及び電子の注入と再結合とに基づいて、効率的なエレクトロルミネッセント素子を開発することができる。
次に、図面に示されている例示的な実施形態を参照する。本明細書において、同様のことを述べるために、特定の言い回し（又は言葉）が使用される。しかしながら、そのことによって本発明の範囲を制限する意図は無いことが理解されよう。当業者及び本開示されたものの占有者が考えつく、本明細書において示される本発明の特徴の改変及び更なる修正、並びに、本明細書において示されるような本発明の原理の更なる用途は、本発明の範囲内であると見なされるべきである。
エレクトロルミネッセント素子の一実施形態は、本発明の一実施形態による、（１０に全体として示される）図１に示される。エレクトロルミネッセント素子１０は、注入されたホールと注入された電子との再結合から、エレクトロルミネッセンスが生じるように構成された無機蛍光体１２を含む。無機蛍光体１２のために使用されることができる例示的な材料は、ＺｎＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ、ＣａＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、及びＧａＰを含む。
エレクトロルミネッセント素子１０はまた、それぞれが互いに隔てられており、且つ、無機蛍光体１２に接する制御可能なホール注入構造体１４と、制御可能な電子注入構造体１６とを含む。アノード端子２４からのホールの注入を可能にするため、ホール注入構造体１４内に充分に高い電界強度を生成するために、アノード端子２４とホール注入制御ゲート端子３４とを使用して、ホール注入構造体１４の両端にホール注入制御電圧１８を印加することができる。ホール注入のレートを制御するために、ホール注入制御電圧１８を変えることができる（ここでのレートとは、例えば、注入するホールの比率か、又は制御電圧によって変化させられるホールの速度を示す）。電子の注入を可能にするため、電子注入構造体１６内に充分に高い電界強度を生成するために、カソード端子２６と電子注入制御ゲート端子３６とを使用して、電子注入構造体１６の両端に電子注入制御電圧２０を印加することができる。電子注入のレートを制御するために、電子注入制御電圧２０を変えることができる（ここでのレートとは、例えば、注入する電子の比率か、又は制御電圧によって変化させられる電子の速度を示す）。１つには注入構造体１４と１６とが互いに隔てられているために、及び１つには注入構造体１４と１６とが、無機蛍光体１２の再結合領域１３から隔てられているために、制御電圧１８と２０とにより生成される高い電界強度は、実質的に、注入構造体１４と、１６との中に含まれる。
ホール注入構造体１４と電子注入構造体１６との間に、従って無機蛍光体１２の両端に、エレクトロルミネッセンス電圧２２を印加することができる。エレクトロルミネッセンス電圧２２を次第に正に（プラスに）させるにつれて、その結果として無機蛍光体１２の両端に生じる電界は、ホールと電子とを、注入構造体１４と１６とからそれぞれ遠ざけ、互いの方向に向かわせる。そこで、無機蛍光体１２の再結合領域１３内で、ホールと電子とは、エレクトロルミネッセンスが生じる発光性の再結合をする（又は再結合して発光する）。キャリアの流れは、バルクドリフト電流（又は物質内部のドリフト電流）であるため、はっきりと認められることができるほどのエレクトロルミネッセンスを生じさせるために、比較的低いエレクトロルミネッセンス電圧２２を使用することができる。再結合領域１３内を高い電界にすることを避けることにより、キャリアの速度を比較的遅いままに保持することで、再結合せずに無機蛍光体１２を通過するキャリアの数を減らす。従って、エレクトロルミネッセント素子１０の効率が高められる。
図２は、本発明の他の実施形態による、（１００に全体として示される）エレクトロルミネッセント素子の更なる詳細を提供する。エレクトロルミネッセント素子１００は、無機蛍光体１２に接するホール注入領域１４２を含む制御可能なホール注入構造体１４を含む。制御可能なホール注入構造体１４はまた、ホール注入制御ゲート１４４とホール注入制御ゲート絶縁層１４６とを含む電界効果ゲート構造体を含む。ホール注入制御ゲート１４４は、ホール注入領域１４２に対向して配置されているが、ホール注入制御ゲート絶縁層１４６によって、無機蛍光体１２から隔てられている。
エレクトロルミネッセント素子１００は、無機蛍光体１２に接する電子注入領域１６２を含む制御可能な電子注入構造体１６を更に含むことができる。制御可能な電子注入構造体１６はまた、電子注入制御ゲート１６４と電子注入制御ゲート絶縁層１６６とを含む電界効果ゲート構造体を含む。電子注入制御ゲート１６４は、電子注入領域１６２に対向して配置されているが、電子注入制御ゲート絶縁層１６６によって、無機蛍光体１２から隔てられている。ホール注入制御ゲート絶縁層１４６と電子注入制御ゲート絶縁層１６６とは、２つの分離された領域として示されているが、これらの絶縁層は、本発明によるエレクトロルミネッセント素子の他の実施形態に従って、１つの連続層として形成されることができる。
エレクトロルミネッセント素子１００の動作は、図３と図４とのエネルギーバンド図を参照することによって、理解されることができる。図３は、点Ａから点Ｂまでの断面（図２を参照）に沿って切断されたエレクトロルミネッセント素子１００の制御可能なホール注入構造体１４に対するエネルギーバンド図を示す。図３において、ホール注入制御電圧１８は、零ボルトに設定されているものと想定されている。Ｅｖａｃは真空エネルギーレベルを表わし、ＥＦは、ホール注入領域１４２とホール注入制御ゲート１４４のフェルミエネルギーレベルを表す。図３において、例示の目的だけのために、ホール注入領域１４２とホール注入制御ゲート１４４とは、同一の仕事関数を有するものと想定されている。ホール注入領域１４２とホール注入制御ゲート１４４とは、異なる材料で作られることができる。記号φｈは、ホール注入領域１４２の仕事関数を表す。ＥＧＰは、無機蛍光体１２の価電子帯の最大エネルギーレベルＥＶＰと、伝導帯の最小エネルギーレベルＥＣＰとの間の差に対応する無機蛍光体１２のエネルギーのバンドギャップである。ＥＧＩは、ホール注入制御ゲート絶縁層１４６のエネルギーのバンドギャップ、すなわち絶縁層の価電子帯の最大エネルギーレベルＥＶＩと伝導帯の最小エネルギーレベルＥＣＩとの間の差である。
ホール注入障壁ＥＦ−ＥＶＰは、本発明の実施形態に従って、ホール注入領域１４２のために高い仕事関数の金属を選択することによって、最小にされることができる。例えば、本発明の実施形態のための適合可能な高い仕事関数の金属は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びＮｉを含む。本発明の代替の実施形態において、ホール注入領域１４２は、ｐ型のドーピングされた半導体から（オプションとして、広いバンドギャップの半導体から）作られることができる。広いバンドギャップの半導体は、特に、高い電子親和力（伝導帯最小レベルと、真空レベルとの間の差）を有する場合には、より低いホール注入障壁という結果となることができる。本発明の実施形態について適合可能な半導体の例は、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｒＣｕ２Ｏ２、ＢａＣｕ２Ｓ２、ＬａＣｕＯＳ、ＧａＮ、及び材料ＣｕＭＯ２のクラス（ここで、Ｍ＝ＡＩ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｉｎ、又はＧａ）を含む。
このホール注入障壁は、高い仕事関数の金属と無機蛍光体との実際の選択の場合、（例えば、約１ｅＶに）比較的高いままである。ホール注入制御電圧１８によって、このホール注入障壁を打ち負かすことができる。
図４は、ホール注入制御電圧１８が、ホール注入障壁に打ち勝つよう充分に高く設定されている場合についての、エレクトロルミネッセント素子１００の制御可能なホール注入構造体１４の一実施形態に対するエネルギーバンド図を示す。ホールは、ホール注入領域１４２から無機蛍光体１２内へと、３つの部分からなるエネルギー障壁を通り抜ける。無機蛍光体１２に入り込むホールは、無機蛍光体１２とホール注入制御ゲート絶縁体１４６との間の境界まで運ばれる。ホールは、大きな障壁（ＥＦ−ＥＶＩ）によって、ホール注入制御ゲート絶縁体１４６に入り込むことができず、従って、ホール蓄積層１２４（図２を参照）が、ホール注入制御ゲート絶縁体１４６に隣接する蛍光体領域の表面に形成される。
制御可能な電子注入構造体１６の動作は、上述されたものと同様の原理に従っており、当業者であれば容易に理解されるであろう。従ってその動作について、本明細書では更に詳しく述べるつもりはない。電子は、電子注入領域１６２から無機蛍光体１２内へと注入されて、電子注入制御ゲート絶縁体１６６に隣接する蛍光体領域の表面に、電子蓄積層１２６を形成する。
本発明の実施形態による電子注入は、電子注入領域１６２（図２を参照）に対する低い仕事関数の金属を選択して、電子注入障壁を最小にすることによって、容易になされることができる。本発明の実施形態に合致する適合可能な低い仕事関数の金属の例は、Ｃａ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、及びＡｇを含む。本発明の代替の実施形態に従って、電子注入領域１６２を、ｎ型のドーピングされた半導体から作ることができる。適合可能なｎ型のドーピングされた半導体の例は、本発明の実施形態に合致するＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＧａＮを含む。電子注入は一般に、ホール注入よりも容易であるため、適合可能なホールインジェクタを選択するよりも、適合可能な電子インジェクタを選択する方が、より適応性がある。
エレクトロルミネッセンス電圧２２を印加することによって、蓄積層１２４、１２６から離れて、再結合領域１３に向かって、無機蛍光体１２内でホールと電子とのドリフトが生じる。その再結合領域１３で、これらのホールと電子は再結合することができ、エレクトロルミネッセンスが生じる。従って、エレクトロルミネッセンス強度の制御は、エレクトロルミネッセンス電圧２２を変化させることによってなされることができる。本発明の代替の実施形態に従って、エレクトロルミネッセンス強度の制御は、ホール注入制御電圧１８及び／又は電子注入制御電圧２０を変化させることにより、ホールか又は電子のいずれか、あるいはその両方の注入レートを制御することによって、なされることができる。
従って、エレクトロルミネッセント素子１００は、３つの独立した制御を提供する。すなわち、エレクトロルミネッセンス電圧２２を介したエレクトロルミネッセンス強度の制御、ホール注入制御電圧１８を介したホール注入電流の制御、及び電子注入制御電圧２０を介した電子注入電流の制御である。従って、エレクトロルミネッセント素子１００の効率は、エレクトロルミネッセンス強度の制御と独立に、バランスのとれたホールの注入と電子の注入とを提供するために、注入電圧１８と２０とを設定することによって最適化されることができる。漏れ電流を最小化するために、高い注入電界を再結合領域１３から遠ざけたままにすることにより、改善された効率を得ることもできる。
素子１００により生じられるエレクトロルミネッセンスは、素子１００の上部か底部のいずれかで、外部に光が出力されることができる。エレクトロルミネッセント素子の他の実施形態において、電界効果ゲート構造体（ホール注入制御ゲート１４４とホール注入制御ゲート絶縁層１４６、及び／又は、電子注入制御ゲート１６４と電子注入制御ゲート絶縁層１６６）は、透過材料で作られることができる。例えば、ホール注入制御ゲート１４４、又は電子注入制御ゲート１６４、あるいはその両方は、高い伝導率を達成するために、適切な不純物をドーピングしたＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、及びＺｎＯのような材料から形成されることができる。
図５は、本発明による（３００に全体として示される）エレクトロルミネッセント素子の代替の実施形態を提供する。ホール注入領域１４２は、ホールインジェクタ端子２４２とホールインジェクタ層２４８とを含む。電子注入領域１６２は、電子インジェクタ端子２６２と電子インジェクタ層２６８とを含む。単一ゲート絶縁体１５６は、ホール注入制御ゲート絶縁体１４６と、電子注入制御ゲート絶縁体１６６との両方をそれぞれ提供するために無機蛍光体１２の底面に広がる。
ホールインジェクタ層２４８と電子インジェクタ層２６８とは、キャリアを、インジェクタ層２４８と２６８とから無機蛍光体１２内へと、流しやすくするために、無機蛍光体１２と同じ材料で形成されることができる。無機蛍光体１２に対するインジェクタ層２４８と２６８との薄くされた厚みは、より低い注入制御電圧１８と２０とを可能にする。オプションとして、インジェクタ層２４８と２６８とは、本発明の他の実施形態に従って、キャリヤの注入を改善するため、ホール注入障壁と電子注入障壁とを低減するためにドーピングされることもできる。
図５のエレクトロルミネッセント素子３００の更に他の実施形態において、ホール注入制御ゲート１４４と電子注入制御ゲート１６４との一部は、無機蛍光体１２に対向し、且つゲート絶縁体１５６によって隔てられるように、インジェクタ層２４８と２６８とを越えて広がることが望ましい。このことは、蓄積領域が、無機蛍光体１２内に広がることを保証するのを助ける。そうでなければ、インジェクタ層２４８と２６８内にキャリアが閉じ込められることにより、注入効率が不充分な結果となる可能性がある。本発明の他の実施形態において、ホールインジェクタ端子２４２と電子インジェクタ端子２６２とは、ホールインジェクタ層２４８と電子インジェクタ層２６８とをそれぞれ完全に覆うように広げられることができる。本発明の更に他の実施形態において、ホールインジェクタ端子２４２と電子インジェクタ端子２６２とはまた、無機蛍光体１２を部分的に覆うように広げられることができる。
図６は、本発明による（４００に全体として示される）エレクトロルミネッセント素子の更なる実施形態を提供する。図６のエレクトロルミネッセント素子４００において、図２において示された実施形態と比較して、電子注入構造体１６とホール注入構造体１４との相対的な向きが変更される。その結果、ホール注入制御ゲート１４４と電子注入制御ゲート１６４とが、無機蛍光体１２の対向する側に配置される。他の実施形態において、ホール注入制御ゲート１４４と電子注入制御ゲート１６４とは、図６に示されるように広げられることができ、その結果、それらは、無機蛍光体１２の対向する側に部分的に互いに向き合っている。キャリアのドリフトは、図２と図５とにおいて示される実施形態におけるようにただ表面層だけを通るのでなく、無機蛍光体１２内の横方向と垂直方向の両方に生じることができるため、エレクトロルミネッセント素子４００は、効率を改善することを可能にすることができる。例えば、ホールは、蓄積層１２４から、４０２と４０４との方向にドリフトすることができる。電子は、蓄積層１２６から、４０６と４０８との方向にドリフトすることができる。従って、再結合領域１３は、無機蛍光体１２の大部分を占めることができる。
ディスプレイを実現するために、上述の複数のエレクトロルミネッセント素子を使用することができる。例えば、図７は、図１の複数のエレクトロルミネッセント素子１０を用いて実現された（５００に全体として示される）ディスプレイの概略図を示す。エレクトロルミネッセント素子１０は、アノード２４がコモン・アノード電圧バス５０２に結合され、及びカソード２６がコモン・カソード電圧バス５０４に結合された状態で、行列をなして配置されることができる。電子注入制御ゲート３６は、コモン電子注入制御ゲートバイアスバス５０６に結合されることができ、ホール注入制御ゲート３４は、個々のピクセル５１０を制御するために使用されることができる。個々のピクセル５１０は、行（選択）線５１２と列（データ）線５１４とを用いて、行と列とをアドレス指定することによって制御されることができる。個々のピクセル５１０が選択される時には、適切なホール注入制御電圧を印加するために、トランジスタ５１６がオンにされる。個々のピクセルの連続的なスキャニングが実行される時にそのホール注入制御電圧を蓄電するために、コンデンサ５１８を含むことができる。コンデンサ５１８はまた、残光を取り除くために使用されることができる。
ディスプレイの代替の実施形態に従って、ホール注入制御ゲート３４は、コモンホール注入制御ゲートバイアス・バスに結合されることができ、ピクセル５１０を制御するために電子注入制御ゲート３６が使用されることができる。
本発明に合致するエレクトロルミネッセント素子の作成の方法８００の一実施形態を次に述べる。単一のエレクトロルミネッセント素子の作成について述べられているが、同じプロセスを用いて、エレクトロルミネッセント素子の１つのアレイか又は複数のエレクトロルミネッセント素子を（例えばディスプレイを）同時に作成することが可能なことが理解されよう。
図８を参照すると、方法８００は、ホール注入構造体の第１の部分を形成するステップ８０２を含むことができる。方法８００は、ホール注入構造体の第１の部分から隔てられた電子注入構造体の第１の部分を形成するステップ８０４を更に含むことができる。方法８００は、ホール注入構造体の第１の部分と電子注入構造体の第１の部分との間のエリアで、且つ、ホール注入構造体の第１の部分と電子注入構造体の第１の部分とが少なくとも部分的に重なり合ったエリアに広がる無機蛍光体層を配置するステップ８０６を更に含むことができる。方法８００は、ホール注入構造体の第１の部分にほぼ対向する無機蛍光体層に接する、ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップ８０８を更に含むことができる。最後に、方法８００は、電子注入構造体の第１の部分にほぼ対向し、且つ、ホール注入構造体から隔てられた無機蛍光体層に接する、電子注入構造体の第２の部分を形成するステップ８１０を更に含むことができる。
他の方法の実施形態に従って、エレクトロルミネッセント素子は、ホール注入構造体の第１の部分を基板上に形成し、且つ、電子注入構造体の第１の部分を基板上に形成することにより、基板上に作られることができる。その基板は、透過材料（例えばガラス）であるように選択されることができる。代替として、その基板は、不透過材料（例えばシリコン）であるように選択されることができる。光は、このエレクトロルミネッセント素子の上部か、又は底部のいずれかで、外部に出力されることができる。当業者であれば考えつくように、いくつかの層（例えばゲート電極又は注入領域）を透過材料から作ることで、これらの層を通した光の伝搬を可能にさせることが望ましい場合がある。
エレクトロルミネッセント素子の層は、様々な順序で作られることができる。ある代替の方法の実施形態に従って、ホール注入構造体の第１の部分を形成するステップは、ホールゲート電極層を形成するステップと、少なくともホールゲート電極を覆う絶縁層を形成するステップとを含むことができる。ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップは、無機蛍光体に接し、且つホール注入構造体の第１の部分にほぼ対向するホール注入層を形成するステップを含むことができる。
他の代替の方法の実施形態に従って、ホール注入構造体の第１の部分を形成するステップは、ホール注入層を形成するステップを含むことができる。ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップは、ホール注入構造体の第１の部分にほぼ対向する無機蛍光体層上に絶縁層を形成するステップを含むことができる。ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップは、ホール注入構造体の第１の部分にほぼ対向する絶縁層上にホールゲート電極層を形成するステップを更に含むことができる。
同様に、電子注入構造体層の作成もまた、様々な順序で実行されることができる。他の代替の方法の実施形態に従って、電子注入構造体の第１の部分を形成するステップは、電子ゲート電極層を形成するステップと、少なくとも電子ゲート電極を覆う絶縁層を形成するステップとを含むことができる。電子注入構造体の第２の部分を形成するステップは、無機蛍光体に接し、且つ電子注入構造体の第１の部分とほぼ対向する電子注入層を形成するステップを含むことができる。最後に、他の代替の方法の実施形態に従って、電子注入構造体の第１の部分を形成するステップは、電子注入層を形成するステップを含むことができる。電子注入構造体の第２の部分を形成するステップは、電子注入構造体の第１の部分にほぼ対向する無機蛍光体層上に絶縁層を形成するステップを含むことができる。電子注入構造体の第２の部分を形成するステップは、電子注入構造体の第１の部分にほぼ対向する絶縁層上に電子ゲート電極層を形成するステップを更に含むことができる。
ホール注入構造体の第１の部分を形成するステップと、電子注入構造体の第１の部分を形成するステップとは、同時に実行されることができる。ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップと、電子注入構造体の第２の部分を形成するステップともまた、同時に実行されることができる。最後に、絶縁層を形成する様々なステップも、同時に実行されることができる。
ホール注入と電子注入とを別々に制御することにより、エレクトロルミネッセント素子１００の作成における融通性（フレキシビリティ）を得ることができる。ホール注入電流と電子注入電流との独立した動作的な制御は、制御可能なホール注入構造体１４と制御可能な電子注入構造体１６とによって提供されるため、制御可能なホール注入構造体１４の注入特性は、制御可能な電子注入構造体１６に正確に合わせられる必要はない。バランスがとれ且つ効率的な注入を達成するために、ホール注入制御電圧１８と電子注入制御電圧２０とを調整することにより、動作時にアンバランスを調整することができる。
上記の参照された構成は、本発明の原理の用途を示すものであることが理解されよう。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、多数の修正及び代替の構成を考案することができる。本発明は、本発明の例示的な実施形態と関連して、図面内に示され、且つ上に述べられてきたが、特許請求の範囲に記載されるような本発明の原理及び概念から逸脱することなく、多数の修正を加えることができることが、当業者であれば明らかであろう。
１０、１００、３００、４００ エレクトロルミネッセント素子
１２ 無機蛍光体、無機蛍光体手段
１３ 再結合領域
１４ 制御可能なホール注入構造体、制御可能なホール注入手段
１６ 制御可能な電子注入構造体、制御可能な電子注入手段
１８、５０２ ホール注入バイアス電圧
２０、５０４ 電子注入バイアス電圧
２２ 第３の印加された制御電圧
１４２ ホール注入領域
１４４ ホール注入制御ゲート（電界効果ゲート構造体）
１４６ ホール注入制御ゲート絶縁層（電界効果ゲート構造体）
１６２ 電子注入領域
１６４ 電子注入制御ゲート（電界効果ゲート構造体）
１６６ 電子注入制御ゲート絶縁層（電界効果ゲート構造体）
５００ ディスプレイ
５０６ 第２の印加された制御電圧
５１４ 第１の印加された制御電圧
８００ エレクトロルミネッセント素子を作成する方法
１２ 無機蛍光体、無機蛍光体手段
１３ 再結合領域
１４ 制御可能なホール注入構造体、制御可能なホール注入手段
１６ 制御可能な電子注入構造体、制御可能な電子注入手段
１８、５０２ ホール注入バイアス電圧
２０、５０４ 電子注入バイアス電圧
２２ 第３の印加された制御電圧
１４２ ホール注入領域
１４４ ホール注入制御ゲート（電界効果ゲート構造体）
１４６ ホール注入制御ゲート絶縁層（電界効果ゲート構造体）
１６２ 電子注入領域
１６４ 電子注入制御ゲート（電界効果ゲート構造体）
１６６ 電子注入制御ゲート絶縁層（電界効果ゲート構造体）
５００ ディスプレイ
５０６ 第２の印加された制御電圧
５１４ 第１の印加された制御電圧
８００ エレクトロルミネッセント素子を作成する方法
Claims (10)
- エレクトロルミネッセント素子（１０、１００、３００、４００）であって、
注入されたホールと注入された電子との再結合からエレクトロルミネッセンスが生じるように構成された無機蛍光体（１２）と、
前記無機蛍光体（１２）に接する制御可能なホール注入構造体（１４）と、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、前記無機蛍光体の再結合領域（１３）によって前記制御可能なホール注入構造体から隔てられている制御可能な電子注入構造体（１６）
とを備える、エレクトロルミネッセント素子。 - 第１の印加された制御電圧（１８）は、前記無機蛍光体（１２）へのホール注入のレートを制御し、
第２の印加された制御電圧（２０）は、前記第１の印加された制御電圧（１８）と独立に、前記無機蛍光体（１２）への電子注入のレートを制御し、
第３の印加された制御電圧（２２）は、前記第１の印加された制御電圧（１８）と前記第２の印加された制御電圧（２０）とは独立に、前記素子によって生じられるエレクトロルミネッセンス強度を制御することからなる、請求項１に記載のエレクトロルミネッセント素子。 - 前記制御可能なホール注入構造体（１４）は、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、ホール注入バイアス電圧（１８、５０２）を受けるように構成されたホール注入領域（１４２）と、
前記ホール注入領域（１４２）にほぼ対向する前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、第１の印加された制御電圧（１８、５１４）を受けるように構成された電界効果ゲート構造体（１４４及び１４６）であって、それにより、前記無機蛍光体（１２）内へのホール注入のレートが制御されることからなる、電界効果ゲート構造体
とを備える、請求項１に記載のエレクトロルミネッセント素子。 - 前記制御可能な電子注入構造体（１６）は、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、電子注入バイアス電圧（２０、５０４）を受けるように構成された電子注入領域（１６２）と、
前記電子注入領域（１６２）にほぼ対向する前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、第２の印加された制御電圧（２０、５０６）を受けるよう構成された電界効果ゲート構造体（１６４及び１６６）であって、それにより、前記無機蛍光体（１２）内へのホール注入のレートが制御されることからなる、電界効果ゲート構造体
とを備える、請求項１に記載のエレクトロルミネッセント素子。 - 前記制御可能なホール注入構造体（１４）は、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、ホール注入バイアス電圧（１８、５０２）を受けるように構成されたホール注入領域（１４２）と、
前記ホール注入領域（１４２）にほぼ対向する前記無機蛍光体（１２）に接するホール注入制御ゲート絶縁層（１４６）と、
前記ホール注入制御ゲート絶縁層（１４６）に接するホール注入制御ゲート（１４４）とを備え、
前記制御可能な電子注入構造体（１６）は、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、電子注入バイアス電圧（２０、５０４）を受けるように構成された電子注入領域（１６２）と、
前記電子注入領域（１６２）にほぼ対向する前記無機蛍光体（１２）に接する電子注入制御ゲート絶縁層（１６６）と、
前記電子注入制御ゲート絶縁層（１６６）に接する電子注入制御ゲート（１６４）とを備えることからなる、請求項１に記載のエレクトロルミネッセント素子。 - 複数のエレクトロルミネッセント素子（１０）を備えたディスプレイ（５００）であって、前記エレクトロルミネッセント素子（１０）は、
注入されたホールと注入された電子との再結合からエレクトロルミネッセンスが生じるように構成された無機蛍光体（１２）と、
前記無機蛍光体（１２）に接する制御可能なホール注入構造体（１４）と、
前記無機蛍光体（１２）に接し、且つ、前記無機蛍光体（１２）の再結合領域（１３）によって前記制御可能なホール注入構造体（１４）から隔てられている制御可能な電子注入構造体（１６）
とを備えることからなる、ディスプレイ。 - エレクトロルミネッセント素子（１０、１００、３００、４００）であって、
注入されたホールと注入された電子との再結合からエレクトロルミネッセンスを生じさせるための無機蛍光体手段（１２）と、
ホールを前記無機蛍光体手段（１２）内へと制御可能に注入するための制御可能なホール注入手段（１４）であって、前記制御可能なホール注入手段（１４）の中に、ホール注入電界を実質的に含むことからなる、制御可能なホール注入手段と、
電子を前記無機蛍光体手段（１２）内へと制御可能に注入するための制御可能な電子注入手段（１６）であって、前記制御可能な電子注入手段（１６）の中に、電子注入電界を実質的に含むことからなる、制御可能な電子注入手段
とを備える、エレクトロルミネッセント素子。 - エレクトロルミネッセント素子を作成する方法（８００）であって、
ホール注入構造体の第１の部分を形成するステップ（８０２）と、
前記ホール注入構造体の第１の部分から隔てられた電子注入構造体の第１の部分を形成するステップ（８０４）と、
前記ホール注入構造体の第１の部分と前記電子注入構造体の第１の部分との間のエリアであり、且つ、前記ホール注入構造体の第１の部分と前記電子注入構造体の第１の部分とが少なくとも重なり合ったエリアに広がる無機蛍光体層を配置するステップ（８０６）と、
前記ホール注入構造体の第１の部分にほぼ対向する前記無機蛍光体層に接する、前記ホール注入構造体の第２の部分を形成するステップ（８０８）と、
前記電子注入構造体の第１の部分にほぼ対向し、且つ、前記ホール注入構造体から隔てられた前記無機蛍光体層に接する、前記電子注入構造体の第２の部分を形成するステップ（８１０）
とを含む、方法。 - 無機蛍光体（１２）内にエレクトロルミネッセンスを生じさせる方法であって、
ホールを第１の位置で前記無機蛍光体内へと注入するステップと、
低電界が印加された再結合領域（１３）が、前記無機蛍光体（１２）の再結合領域（１３）内に生成されるように、電子を前記第１の位置と隔てた第２の位置で前記無機蛍光体内へと注入するステップ
とを含む、方法。 - 無機蛍光体（１２）内にエレクトロルミネッセンスを生じさせる方法であって、
ホールを前記無機蛍光体（１２）内へと注入するステップと、
電子を前記無機蛍光体（１２）内へと注入するステップと、
前記ホールの注入のレートを制御するステップと、
前記電子の注入のレートを制御するステップ
とを含む、方法。
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