JP5634875B2 - 電荷担体注入を調整可能にした有機発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）に、及び電荷担体注入を調整可能にした有機発光デバイスからなるディスプレイに、及びこのようなＯＬＥＤ及びディスプレイを動作させる方法に関する。

ＯＬＥＤは、２つの電極（陽極及び陰極）の間に配列されている少なくとも１つの有機発光層（ＥＬ層）を含む複数の積み重ねられた層（層スタック）を有する発光デバイスである。光は、ＥＬ層の励起された発光分子（有機マトリクス材料内に包埋され得る）によって放出される。発光分子は、ＥＬ層内の何処かの再結合ゾーン内において電子・正孔対の再結合エネルギが発光分子へ転移することによって励起される。電子及び正孔（電荷担体）は、動作電圧がＥＬ層内に電界を確立することによって、電極から有機層スタック内へ注入される。この電界は、有機層スタックを通して電荷担体を輸送するようにも働く。一般的なＯＬＥＤでは、注入は、印加電圧、電極の仕事関数、及びＯＬＥＤ層スタックの電気特性によって決定される。ＯＬＥＤ層スタックが十分に平衡している場合に限って、ＯＬＥＤを効果的に動作させることができる。もし再結合ゾーンがＥＬ層内に位置し、電荷担体が反対電極へ到達する（電子−＞陽極、または正孔−＞陰極）ことを防ぐために両型の電荷担体の数が適切に調整されていれば、ＯＬＥＤは十分に平衡する。再結合ゾーンが主としてＥＬ層の外側に位置すると、非放出チャネルを介して再結合エネルギの損失を増加させる。また、反対電極に到達する正孔または電子は、発光分子を励起することはできない。更に、不適切な型の電荷担体でロードされるように設計されていない層は、より悪い寿命挙動を呈する。従って、一般的なＯＬＥＤには、適応させた厚みを有する付加的な正孔及び／または電子輸送層、ブロッキング層、または注入層を更に設けてある。ＯＬＥＤを製造した後は、スタックを通しての電荷担体の注入及びそれらの輸送特性は、動作電圧を変化させることによってのみ変化させることができる。電荷担体の移動度は、電子と正孔とでは大きく異なる。更に、電荷担体の移動度は電界または担体濃度に依存し、従って、印加電圧と共に複雑に変化する。例えば、主としてＥＬ層の外側に位置している再結合ゾーンは動作電圧を調整することによって再位置決めすることができるが、再結合ゾーンの電荷担体濃度及び幅も変化する。これにより、かなりの数の電荷担体が反対電極に到達するか、または他の型の電荷担体だけがロードされるように設計されている有機層に応力を加えるようになる。従って、有機層スタック内の電荷担体の輸送を決定する動作電圧には無関係に、有機層スタック内への電荷担体の注入を調整できるようにすることが望ましい。

従って、本発明の目的は、動作電圧には無関係に電荷担体の注入を調整可能にした有機発光デバイスを提供することである。

上記目的は、バイポーラトランジスタに類似動作させるのに適する有機発光デバイスによって達成される。上記有機発光デバイスは、第１電極と第２電極との間に配列されているコレクタ層としての少なくとも１つの有機発光層を含み、上記第１電極は、第１エミッタ層と、上記第１エミッタ層と上記コレクタ層との間に配列されている第１ベース層とを含む。

“少なくとも１つの有機発光層”とは、第１電極と第２電極との間に位置している有機層スタックのことである。一実施の形態では、この層スタックは、１つの有機発光層だけからなることができる。他の実施の形態では、この有機層スタックは、正孔／電子輸送層、正孔／電子注入層、及び／または正孔／電子ブロッキング層のような付加的な層、並びに異なる色の光を放出する異なる有機発光層を含むことができる。

“エミッタ層”とは、有機発光層に使用されている光を放出するための“放出層”に対して、ベース層内へ電荷担体を注入／拡散（“電荷担体の放出”）する層のことである。

“バイポーラトランジスタ”とは、バイポーラ接合トランジスタ、ヘテロ・バイポーラトランジスタ、及び有機トランジスタのような全ての種類のバイポーラトランジスタのことである。原理的に異なる２つのバイポーラトランジスタが知られている。即ち、ｎｐｎトランジスタ及びｐｎｐトランジスタである。バイポーラトランジスタは、１つのｎｐダイオード及び１つのｐｎダイオード、つまりエミッタ・ベースダイオード及びベース・コレクタダイオードからなる。“ｎ”及び“ｐ”とは、半導体の伝導帯または価電子帯へ電子（ｎドープ）または正孔（ｐドープ）を送給するように原子でドープされた半導体材料からなる層のことである。ベース・コレクタダイオードは、有機層スタックを通して光を放出し、電荷を輸送する責を負い、一方エミッタ・ベースダイオードは電荷注入制御のために使用される。バイポーラトランジスタの１つの特性は、コレクタ層とベース層との間に第１電圧（Ｕ_CB）を、またエミッタ層とベース層との間に第２電圧（Ｕ_EB）を独立的に印加し、ベース・コレクタダイオード及びエミッタ・ベースダイオードを独立的に動作させ得ることである。有機発光層は、第２電極に電気的に接続される。本発明の一実施の形態によれば、Ｕ_CBは第２電極と、第１電極の一部としての第１ベース層との間に印加される。従って、Ｕ_CBは２つの一般的な金属電極を有する一般的なＯＬＥＤの動作電圧Ｕ_Driveに対応する。

本発明による電荷担体注入を調整可能にしたＯＬＥＤの動作の効果は次の通りである。

ｎｐｎバイポーラトランジスタにおいては、正のベース（Ｂ）電流が正のコレクタ（Ｃ）電流を制御する。ここで、正の電流の方向は、トランジスタに向かって導かれる電流の方向である。Ｕ_CB＞０の場合、ベース・コレクタダイオードは逆バイアスされる。
ａ）Ｕ_EB＝０であるものとする。電子注入に使用されるエミッタ層（Ｅ）は、ｐドープされたベース層によって有機層スタック（コレクタ層）から分離される。この場合、理想的には、Ｕ_CB＞０であっても電子は注入されない。この場合のＯＬＥＤは、光を放出することができない単一の電荷（正孔）担体デバイスに過ぎない。
ｂ）エミッタ・ベースダイオードに順バイアス（Ｕ_EB＜０）を印加すると、電子は、エミッタ層からベース層を通ってコレクタ層（有機層スタック）内へ拡散する。典型的にベース電流は、得られるコレクタ電流よりも２桁小さい。従って、ベース層は（Ｕ_CBには無関係に）電子で溢れるようになる。これらの電子は、エレクトロルミネセント光を発生させるために、例えば有機発光層（コレクタＣ）のような有機層スタック内へ注入するのに利用することができる。ベース・エミッタ界面における電子濃度が非常に増加するので、拡散によって、及びＵ_CB＞０によって電子は有機層スタック内へ注入される。これは、Ｕ_CBに影響を与えることなくＵ_EBによって制御することができる。エミッタ層がｎドープされ、ベース層がｐドープされている場合には、少数電荷担体からなる拡散テールが存在する。もしエミッタ・ベースダイオードが順方向に十分にバイアスされれば、ベース層内の電子の拡散テールは、それがベース・コレクタ接合に達するまで増加することができる。これらの電子は、その後に逆バイアスされたベース・コレクタ接合内へ、従って有機層スタック内へ注入され、有機発光層もエレクトロルミネセント光を放出する。

上述した注入方法は、第１電圧（ベース・コレクタ電圧）には無関係である。この方法は、有機層スタックがｎドープされたベース層のトップ上に配列され、このｎドープされたベース層がｐドープされたエミッタ層のトップ上にあるようなＯＬＥＤ内への正孔の注入に同じように有効である。この場合も、有機層スタック（有機発光層）はコレクタ層として働く。

電荷注入（Ｕ_EBを介して）及び電荷輸送（Ｕ_CBを介して）を独立的に調整できるようにすると、現在の層スタック及び層材料によって予め部分的に限定される良好な担体平衡を維持しながら、再結合ゾーンの位置及び幅を変化させることができる。これにより、前述した諸問題をもたらす有機層スタックの層の厚み、材料の組成、材料の特性は、Ｕ_EB及びＵ_CBを適当に調整することによって容易に補償できるようになる。再結合ゾーンを良好に配置し、同時に電荷担体平衡を良好に維持／調整することによって、光出力に関しての効率が最高になり、電荷担体が反対電極に向かって再結合ゾーンに突入することに起因する寿命に及ぼす負の効果が最小になる。最終的に、電荷担体平衡が良好に調整されるので電子及び／または正孔ブロッキング層を省略することができ、準備努力が少なくて済み、従って準備コストが低くなる。正孔輸送層の電子のロード、または電子輸送層の正孔のロードを減少させる、または理想的には回避することができる。別の長所は、有機層スタックを通る電流の流れを制御するのに必要な電圧Ｕ_EBが低くてよいことである。本発明によるＯＬＥＤデバイスは、“光オン”モードと“光オフ”モードとの間を高速にスイッチさせることができ、スイッチされるベース電流を合計ＯＬＥＤ（Ｃ及びＥ）電流よりも遙かに小さくすることができる。“光オン”モードでは第２電極が電荷担体を有機層内へ注入し、一方“光オフ”モードでは第１電極は有機層内へ電荷担体を全く注入しないか、または無視できる量の電荷担体を注入するに過ぎない。第１電極を光オンモードと光オフモードとの間でスイッチさせても、第２電極の電荷担体注入特性に影響を与えることはない。

ベース層及びエミッタ層の材料として、例えばｎまたはｐドープされたシリコンのような、如何なる半導体材料をも使用することができる。

一実施の形態では、第１電極は可視光に対して透明である。もし、ＯＬＥＤが基板／第１電極／有機層スタック／第２電極の層順で製造されれば、ＯＬＥＤは反射性の第２電極を用いるボトムエミッタ（基板を通して光を放出）として動作させることができる。層順が基板／第２電極／有機層スタック／第１電極の場合には、ＯＬＥＤは反射性の第２電極または反射性の基板の何れかを用いるトップエミッタ（基板とは反対の側を通して光を放出）として動作させることができる。この場合、厚い反射性の第２電極を、付着させる層スタックのための基板として働かせることもできる。第２電極を付加的に透明とすれば、両側から放出するデバイスとしてＯＬＥＤを動作させることができる。第２電極のための透明な半導体材料は、広バンドギャップ材料である。大きいバンドギャップを有する好ましい材料は、GaN、InGaN、AlGaN、InAlN、GaInAlN、GaAs、AlGaAs、GaP、InP、またはInO₃、SnO₂、ZnO、またはCuAlO₂のような酸化物材料のグループの少なくとも１つの材料を含む。可視スペクトル全域にわたって透明性を得るためには、バンドギャップ（直接または間接）は、ほぼ３eＶより大きくなければならない。

別の実施の形態では、第２電極は、第２エミッタ層、及びこの第２エミッタ層とコレクタ層との間に配列されている第２ベース層を含み、他の型の電荷担体の電荷担体注入をも制御するようになっている。例えば、有機層（または、層スタック）内への電子の注入は第１電極の第１エミッタ層及び第１ベース層に印加されるＵ_EBを介して制御され、正孔の注入は第２電極の第２エミッタ層及び第２ベース層に印加される第３の電圧Ｕ_EB2を介して制御され、またはこれらを逆にして行われる。

別の実施の形態では、有機発光層は、少なくとも、第１の色の光を放出するのに適する第１副層、及び第１の色とは異なる第２の色の光を放出する第２副層からなる。この場合Ｕ_EB及びＵ_CBを適当に調整して再結合ゾーンを移動させることによって、放出される光の色点を調整することができる。第１の組のＵ_EB及びＵ_CBによって再結合ゾーンを主として第１副層内に位置決めし、第１の色が優勢な光を放出させることができる。第２の組のＵ_EB及びＵ_CBによって再結合ゾーンを主として第２副層内に位置決めし、第２の色が優勢な光を放出させることができる。ＯＬＥＤデバイスから放出される重畳光の色点を調整／変更するために、３つまたはそれ以上の色の光を放出する３つまたはそれ以上の異なる副層の場合にもこのような変更が適用可能である。ある色の光放出を達成するために、ＯＬＥＤをスイッチドモードで動作させることも可能である。即ち、人の目には色が一定であるという印象を与えるように、十分に高いスイッチング周波数でＵ_EB及びＵ_CBを制御して放出色を変調する。

別の実施の形態では、第１電極のエミッタ層及び第１ベース層は第１電極のピクセルのアレイを形成し、別々に動作させるのに適するように構成されている。各ピクセルは、第１電極の電荷担体注入モード（Ｕ_EB≠０、ＯＬＥＤから光放出を生じさせる）と、第１電極の電荷担体非注入モード（Ｕ_EB＝０、ＯＬＥＤから光放出を生じさせない）との間を高速でスイッチさせることができる。第２電極の電荷担体注入特性は変更されない。第２電極は１つの型の電荷担体を注入し続けるが、非注入モード（光オフモード）にある第１電極の動作中には電子・正孔再結合と、その後の光放出に必要な対応する型の電荷担体は存在しない。従って、ＯＬＥＤの複数の部分は光を放出し、ＯＬＥＤの複数の部分は非放出に留まる。これらの部分は、適当な電源を用いることによって変更することができる。

本発明は、更に、ディスプレイデバイスにも関する。本ディスプレイデバイスは、第１電極のピクセルのアレイを形成して別々に動作させるのに適する第１電極の構造化された第１エミッタ層及び構造化された第１ベース層を含む。更に、電荷担体注入モード中、または電荷担体非注入モード中、少なくとも幾つかのピクセルを他のピクセルには無関係に動作させるのに適する動作ユニットをも含んでいる。適切な動作ユニットが、当分野においては周知である。この場合、ＯＬＥＤは、ディスプレイのためのバックライトとして働くだけではなく、ディスプレイ機能自体をも組入れている（ピクセルのトップに配列した有機発光層を、放出モードと非放出モードとの間で個々にスイッチできるようにしたピクセルを設けることによって）。このディスプレイは、もし発光層が密接して配列された赤、緑、及び青放出領域を含んでいれば、全色ディスプレイであることができる。好ましい実施の形態では、ＯＬＥＤは、構造化されてはいないがスタックされた赤、緑、及び青放出層と、ピクセル毎に個々にＵ_CBをも動作させることができる構造化された第２電極とを含む。この場合には、再結合ゾーンを、例えば赤放出層から緑または青放出層まで移動させることによって、色変化を得ることができる。さらなる実施の形態では、有機発光層の光放出のオン／オフをより精密にスイッチさせるために、第１電極もピクセルと類似の手法で構造化されている。

本発明は、更に、特許請求の範囲の請求項１に記載の有機発光デバイスを動作させる方法にも関する。本方法は、
−有機発光層を通る電荷担体の輸送を調整するために、第２電極と第１ベース層とにまたがって第１電圧Ｕ_CBを印加するステップと、
−第１電極から有機発光層内への電子または正孔の何れかの注入を調整するために、第１エミッタ層と第１ベース層とにまたがって第２電圧Ｕ_EBを印加するステップと、
を含む。

第１電圧Ｕ_CB及び第２電圧Ｕ_EBは、独立的に調整される。電荷担体は、電子及び正孔である。第１及び第２電圧を別々に適切に調整することにより、電荷担体が反対電極に到達する可能性が大幅に低下し、より効率的なＯＬＥＤ動作がもたらされる。反対電極に到達する電荷担体は、有機発光層内における光生成の結果として失われる。第１電極と第２電極との間に位置する有機層スタックは、単一の発光層だけを含むことができる。他の実施の形態では、有機層スタックは、正孔／電子輸送層、正孔／電子注入層、及び／または正孔／電子ブロッキング層のような付加的な層、並びに異なる色の光を放出する異なる有機発光層を含むことができる。更に本方法は、主として１つの型の電荷担体を輸送するように設計された層が、他の型の電荷担体でロードされることが少なくとも小さく、それによってこれらの層のより良好な寿命性能が得られるような態様でＯＬＥＤを動作させることを可能にする。上述した方法は、電荷担体ブロッキング層を回避することによって、ＯＬＥＤの有機層の数を減少させることができる。

一実施の形態では、本方法は、本質的に有機発光層内に位置するように再結合ゾーンの位置及び／または幅を調整するのに適切な第１電圧及び第２電圧を選択するステップを含む。この実施の形態では、ＯＬＥＤの寿命のさらなる改善が達成されると共に、有機発光層内の光生成の効率も改善される。再結合エネルギは、放出分子が存在する位置において解放される。再結合ゾーン内では電子及び正孔の大部分が束縛されるので、これらの電荷担体が存在することが望ましくない層内へ侵入することはできない。“本質的に”とは、有機発光層の厚みと、再結合ゾーンの幅との比に関係している。ここでは、“本質的に”は、0.8より大きい、好ましくは0.9より大きい、より好ましくは1.0より大きい比に対応する。

有機発光層が、少なくとも第１の色の光を放出するのに適する第１副層と、第１の色とは異なる第２の色の光を放出する第２副層とを含むような好ましい実施の形態では、再結合ゾーンを本質的に１つの副層内に位置決めするのに適切な第１電圧及び第２電圧が選択される。この場合、放出される光の色は変更することができる。もし再結合ゾーンが全有機発光層（全副層）にわたって広がっていれば、放出される光は存在する副層から放出される全ての光の重畳である。副層の数は、例えば、２層、３層、及びそれ以上のように異なることができる。赤、緑、及び青光を放出する３層の場合には、重畳された放出光は白光になろう。再結合ゾーンの位置を移動させることによって、白光の色点を移動させる（再結合ゾーンの位置及び幅を小さく変化させる）ことができる。再結合ゾーンの幅及び位置を大きく変化させることによって、赤、緑、または青の光だけを得ることができる。この例は、１つの可能な色変更に過ぎない。他の幾つかの異なる変更も調整可能である。存在する有機層スタック、選択した発光材料、及び印加した第１及び第２電圧に依存して調整可能な、幾つかの他の重畳された光の放出色が存在する。異なる色／輝度の間で高速スイッチングさせることによって、人の目には不変の印象を与えることができる。２つの色の間をこのように高速スイッチングさせることによって両色の加法色混合を達成することができ、ユーザに対して両方の色からなる光が放出されるようになる。原理的には、赤、緑、及び青を放出する（３つの異なる光放出層を有する）本発明によるＯＬＥＤは、３つの基本色、即ち赤、緑、及び青によって限定される色空間内の何れの点にも調整可能な光色を有するダイナミックな光源として動作させることができる。

別の実施の形態では、他の型の電荷担体の電荷担体注入をも制御するために、第２エミッタ層と、この第２エミッタ層とコレクタ層との間に配列されている第２ベース層とを含むＯＬＥＤを動作させるための方法は、更に、
−第２電極から有機発光層内への正孔または電子の注入を調整するために、第２エミッタ層と第２ベース層とにまたがって第３電圧Ｕ_EB2を印加するステップ
を含む。

もし両電荷担体（電子及び正孔）の注入特性をＵ_EB及びＵ_EB2を介して制御することができれば、再結合ゾーンの幅及び位置の調整をより精密に遂行することができる。

本発明は更に、ディスプレイデバイスを動作させる方法にも関する。有機発光デバイスの第１エミッタ層及び第１ベース層は、第１電極のピクセルのアレイを形成して別々に動作させるのに適するように構成され、上記ディスプレイデバイスは更に、順バイアスモード中に、または逆バイアスモード中に、少なくとも幾つかのピクセルを他のピクセルには無関係に動作させるのに適する動作ユニットを備えている。この方法は、
−光を放出させるピクセルに第２電圧Ｕ_EBを順バイアスモードで印加するステップと、
−光を放出させないピクセルに第２電圧Ｕ_EBを逆バイアスモードで印加するステップと、
−第２電圧の順バイアスモードまたは逆バイアスモードでの印加を、制御ユニットを介して制御するステップと、
を含む。有機層スタック内への注入はＵ_EBによって舵取りすることができるから、この原理を、ＯＬＥＤディスプレイのピクセルをオン及びオフにスイッチさせるのに使用することができる。従って、本発明は、本発明による有機発光デバイスを備えているディスプレイデバイスのピクセルをアドレスするのにも使用することができる。

単一の動作電圧Ｕ_Driveによって動作する従来のＯＬＥＤを示す図である。 第１ベース層及び第１エミッタ層を含む第１電極を有する本発明によるＯＬＥＤを示す図である。 第１ベース層及び第１エミッタ層を含む第１電極の他に、第２ベース層及び第２エミッタ層を含む第２電極を有する本発明によるＯＬＥＤを示す図である。 本発明によるＯＬＥＤを有するディスプレイデバイスを示す図である。

図１は、従来技術による有機発光デバイスの側面図である。有機発光層３（または、層スタック）は、第１電極１と第２電極２との間に配列されている。ある場合には、有機層スタックは１つの層、即ち有機発光層３だけを含む。他の実施の形態では、有機層スタックは、例えば、正孔／電子輸送層、正孔／電子注入層、及び／または正孔／電子ブロッキング層のような付加的な層、並びに、異なる色の光を放出する異なる有機発光層を含むことができる。動作電圧Ｕ_Driveは、両電極１及び２にまたがって印加される。電極１が陰極であり、電極２が陽極であるとすれば、電子は陰極１から注入され、一方正孔は陽極２から注入される。再結合ゾーン（陰極からの電子と陽極からの正孔が再結合する領域）の位置は、構造、設計、及び材料特性、並びに印加されるＵ_Driveに依存する。電子に比べて正孔の移動度は高いから、低Ｕ_Driveにおいては再結合ゾーンは陰極１に接近し、Ｕ_Driveが高くなるにつれて再結合ゾーンは陽極２に向かって移動する。ＯＬＥＤ内の電界がＵ_Driveにほぼ比例するので、同時に、電荷担体の注入並びに有機発光層３（または、層スタック）内の輸送特性も変化する。再結合ゾーンの幅と位置、及び電荷担体注入がＵ_Driveに複雑に依存するので、有機層スタック３の広範囲な層設計なしに、電荷担体の反対電極への侵入及び／または効果の上がらない光生成のような負の効果を回避できるようにする調整が妨げられる。

図２は、トランジスタのように動作する本発明によるＯＬＥＤの概要側面図である。この場合、有機発光層３（または、有機層が１つのより多い場合には、有機層スタック）はコレクタ層３として働き、第２電極２はこのコレクタ層３のトップ上に配列される。第１電極１は２つの異なる層、即ち、第１ベース層１Ｂ及び第１エミッタ層１Ｅからなり、第１ベース層１Ｂは第１エミッタ層１Ｅと有機発光層３（または、有機層が１つのより多い場合には、有機層スタック）との間に配列される。従来の技術とは対照的に、本発明によるＯＬＥＤは、独立的に調整可能な２つの電圧Ｕ_CB及びＵ_EBを用いて動作させることができる。Ｕ_CBは第２電極３と第１ベース層１Ｂとにまたがって（第１電極１を介して）印加される電圧であり、Ｕ_EBは第１エミッタ層１Ｅと第１ベース層１Ｂとにまたがって印加される電圧である。層スタック全体は、例えばガラスまたはプラスチック基板のような堅い、または柔軟な基板（図示してない）上に形成させることができる。代替実施の形態では、厚い電極１または２を基板として働かせることができる。電極１または２の少なくとも一方は、ＯＬＥＤの放射表面として働かせるために透明でなければならない。もし電極２が放射表面であれば、その電極材料はインジウム・錫・酸化物（ＩＴＯ）または他の透明な導電性材料であることができる。もし電極２の材料が、例えばＡlまたはＴiのような不透明導電性材料であれば、他方の電極１が透明でなければならない。エミッタ・ベース二重層１Ｂ、１Ｅは、ｎドープされた、及びｐドープされた半導体材料からなることができる。透明層の場合には、導電性材料は広バンドギャップ材料にすべきである。可視スペクトル全体にわたって完全に透明にするには、バンドギャップを３eＶより大きくすべきである。ＯＬＥＤの応用、及び所望の放出色に依存して、バンドギャップをより小さくすることもできる（例えば、赤及び／または緑光のような長めの波長を有する可視光に対してのみ透明）。適切な広バンドギャップ材料は、GaN、InGaN、AlGaN、InAlN、GaInAlN、GaAs、AlGaAs、GaP、InP、またはIn₂O₃、SnO₂、ZnO、またはCuAlO₂のような酸化物材料である。ｐ及びｎドーパントは、電子（ｎドープ）または正孔（ｐドープ）を半導体材料の伝導または価電子帯へ送給できる原子であるべきである。適切なドーパントは、当分野においては周知である。不透明電極１の場合には、例えばｎまたはｐドープされたシリコンのような如何なる半導体材料をも使用することができる。電極１及び２の典型的な厚みは、特にベース層及びエミッタ層の場合、それぞれほぼ100ｎｍ及び１μｍであり、ベース層の厚みは、好ましくは少数担体拡散の長さ及びデバイ長さによって決定される。

有機層スタック３は、ポリマー発光構造からなる１つの有機発光層３だけからなることも、または、例えば青放出Flrpic、緑放出Ir(ppy)₃、または赤放出Ir(2t-ppy)のような少量の発光分子を包埋したMTDATA(4，4，4-Tris(N-3-メチルフェニル-N-フェニルアミノ)トリフェニルアミノ)のようなマトリクス材料からなることもできる。他の実施の形態では、有機層スタック３は、正孔輸送層（例えば、：α-NPD）及び／または電子輸送層（例えば、：Alq₃またはTPBI）、輸送層と電極との間に配列された正孔注入層（例えば、：NHT1：NDP2）及び／または電子注入層（例えば、：NET5：NDN1）、電荷担体が反対電極に到達するのを阻止するために有機発光層と電極との間に配列されている正孔ブロッキング層（ルブレン（Rubrene）をドープしたα-NPD）のような付加的な層を含むことができる。有機層の典型的な層厚は、10ｎｍ乃至500ｎｍの範囲内で変化する。

第１の実施の形態は、有機発光層３をコレクタ（Ｃ）とするｎｐｎトランジスタに類似するように設計されたＯＬＥＤからなる。正のベース・コレクタ電圧Ｕ_CBを印加すると、トップ電極（Ｃに接続されている電極２）に正電位が存在して正孔を層３内へ注入する。電子注入に使用される他方の接点は、ｐドープされた半導体材料の第１ベース層（１Ｂ）及び高度にｎドープされた半導体材料の第１エミッタ層（１Ｅ）からなる。理想的には、Ｕ_EB＝０の場合（たとえＵ_CB＞０であっても）、電子も注入されない。エミッタ・ベースダイオードに順バイアスを印加すると（Ｕ_EB＜０）、電子は第１エミッタ層１Ｅから、第１ベース層１Ｂを通してコレクタ層３（Ｃ）内へ拡散する。典型的に、第１ベース層１Ｂを通る電流は、この場合には有機発光層３（または、層スタック）であるコレクタ層３を流れる電流より２桁も小さい。従って、第１ベース層１Ｂには（Ｕ_CBには無関係に）電子が溢れ、これらの電子がコレクタ層３内へ注入するのに利用可能になる。

第２の実施の形態は、ｎｐｎトランジスタに類似するように設計されたＯＬＥＤからなり、第１の実施の形態に適用されているものとは反対に、エミッタ・ベース電圧Ｕ_EB＞０が印加される。ＯＬＥＤデバイスは、薄いｐ-Ｓi層（第１ベース層１Ｂ）上に堆積されており、この層はｎ-Ｓi第１エミッタ層１Ｅのトップ上にある。ｐ導体としての第１ベース層１Ｂは、たとえＵ_CBが正であっても、Ｕ_EB＞０の場合には有機層３内への電子の注入は殆ど行わない。有機層３内の電界は、普通のＯＬＥＤの場合のようにＯＬＥＤデバイス内の電子流を決定することなく、Ｕ_CBによって制御することができる。このＯＬＥＤ構造内の第２電極２は、インジウム・錫・酸化物のような透明な導電性陽極であることができる。ｎドープされた第１エミッタ層１Ｅ及びｐドープされた第１ベース層１Ｂにおいては、少数担体（ｎドープされたエミッタ内のｐ*、及びｐドープされたベース内のｎ*）からなる“拡散テール”が存在する。もしＥ−Ｂ接合が順方向に十分にバイアスされれば、ｎ*はその‘拡散テール’がＣ−Ｂ接合に達するまで増加し得る。その後、これらの電子ｎ*は逆バイアスされたＣ−Ｂ接合、従って有機発光層３（または、層スタック）内へ注入される。

ｐドープされたベース材料の伝導帯は、有機発光層３（または、層スタック）内の対応する輸送帯〔これは、本例ではＬＵＭＯ（最低空軌道）であろう〕より上、またはそれに等しくすべきことに注目することが重要である。好ましい実施の形態では、第１ベース層１Ｂの厚みは、ｐドープされたシリコン内の拡散の長さよりは小さく、電子のデバイ長さよりは高い。

勿論、上述した注入方法は、ＯＬＥＤ内への正孔の注入にも容易に拡張することができる。この場合、ＯＬＥＤ層スタックは、ｐドープされた第１エミッタ層１Ｅのトップ上にあるｎドープされた第１ベース層１Ｂのトップ上に成長させる。この場合も、有機発光層３（または、層スタック）はコレクタ層Ｃとして働く。

バイポーラＳiダイオード（ｎ-ｐまたはｐ-ｎ）を制御可能な注入接点として働かせるように使用する場合、好ましくはトップ上に成長させるＯＬＥＤをトップ放出型ＯＬＥＤとし、最上部の有機層３のトップ上に透明陽極２または透明陰極２の何れかを設ける。

更に、本発明はIII−Ｖ半導体、II−VI半導体、ヘテロバイポーラトランジスタ、及びＯＬＥＤの制御可能な注入接点として働くｎ-ｐまたはｐ-ｎ構造を提供する有機トランジスタへ拡張することができる。

別の実施の形態では、図３に示すように、２つの注入制御可能な電極（共に前述した型）を含む有機発光デバイスは、両型の担体の注入、並びに有機層（スタック）３にまたがる電圧の別々の制御を実現可能にする。この場合、第１エミッタ１Ｅ及び第１ベース層１Ｂからなる第１電極１の他に、第２エミッタ層２Ｅ及びこの第２エミッタ層２Ｅと有機発光層３（または、有機層スタック３）との間に配列された第２ベース層２Ｂからなる第２電極２が付加されている。これもまた第２電極２から有機層３（または、層スタック３）内への電荷担体注入特性を制御するために、第２エミッタ層２Ｅと第２ベース層２Ｂとにまたがって第３電圧Ｕ_EB2を印加することができる。電荷担体注入は、前述した第１電極１及びＵ_EBと類似の手順で制御される。もし、第２エミッタ層２Ｅ及び第２ベース層２Ｂに広バンドギャップ半導体材料を使用していれば、第２電極２を透明にすることができる。第２電極２が不透明である場合には、第２エミッタ層２Ｅのトップ上に、何等かの半導体材料を付着させることができ、または付加的な反射層（例えば、Ａl）が配列される。

有機発光層（または、層スタック）内への注入はＵ_EBによって導くことができるので、この原理を用いて、ＯＬＥＤディスプレイのピクセルをオン及びオフにスイッチさせることもできる。従って、図４に示すように、本発明はＯＬＥＤディスプレイのピクセル４をアドレスするために使用することができる。第１電極１、１Ｂ、１Ｅを、第１ベース層・第１エミッタ層ピクセル４の個々のアレイに構成し、ディスプレイデバイス上に表示させるビデオ情報を含む動作信号に従って各ピクセル４を動作ユニット５に個々に接続させ、ピクセル関連電圧Ｕ_EBでアドレスさせることができる。この動作ユニット５及び個々のアドレス指定を達成するのに適切なピクセルパターン（サイズ、配列）は、当分野においては周知である。ピクセル４のトップ上に配列された発光層３の発光特性をより精密に制御するために、図４に番号６で示してあるように、第２電極２をピクセル４のパターンと少なくとも類似のパターンで構成することができる。代替として、図４の電極２の右側に示すように、第２電極はパターン化されない。各ピクセルに対する個々の電位は、コレクタ、ベース又はエミッタの電位、又はこれらの２つ又はすべての電位である。

さらなる実施の形態では、ＯＬＥＤディスプレイデバイスは、第２エミッタ層及び第２ベース層を有する（好ましくは、第２エミッタ及びベース層からなるピクセルに構成された）第２電極を付加的に含む。

以上に詳述した実施の形態の要素及び特色の特定の組合せは単なる例示であり、明らかに、これらの教示と他の教示との交換及び置換も可能である。当業者には明らかなように、以上に記述した実施の形態は、特許請求の範囲に記載されている本発明の思想及び範囲から逸脱することなく変化、変更、及び他の実施の形態を考案することができる。従って、以上の説明は単なる例示に過ぎず、本発明を限定する意図はない。本発明の範囲は特許請求の範囲の独立項及び従属項に限定されている。更に、本明細書の説明及び特許請求の範囲に使用されている参照番号は、本発明の範囲を限定するものではない。

Claims (10)

1. バイポーラトランジスタと類似動作させるのに適する有機発光デバイスであって、第１電極と第２電極との間に配列されているコレクタ層としての少なくとも１つの有機発光層を含み、
   上記第１電極は、第１エミッタ層と、上記第１エミッタ層と上記コレクタ層との間に配列されている第１ベース層とを含み、
   上記第２電極は、第２エミッタ層と、上記第２エミッタ層と上記コレクタ層との間に配列されている第２ベース層とを含む、
   ことを特徴とする有機発光デバイス。
2. 上記第１電極は、可視光に対して透明であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光デバイス。
3. 上記第１電極の材料は、１つまたはそれ以上のドーピング状態にあるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＧａＩｎＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、あるいはＩｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯまたはＣｕＡｌＯ_２のような酸化物材料のグループの少なくとも１つの材料からなることを特徴とする請求項２に記載の有機発光デバイス。
4. 上記有機発光層は、少なくとも、第１の色の光を放出するのに適する第１副層、及び上記第１の色とは異なる第２の色の光を放出する第２副層を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の有機発光デバイス。
5. 上記第１電極の第１エミッタ層及び第１ベース層は、第１電極のピクセルのアレイを形成して別々に動作させるのに適するように構造化されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の有機発光デバイス。
6. 請求項５に記載の有機発光デバイスを備えたディスプレイデバイスであって、上記ピクセルの少なくとも幾つかを他のピクセルから独立的に順バイアスモードまたは逆バイアスモードで動作させるのに適する動作ユニットを更に含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
7. 有機発光デバイスを動作させる方法であって、
   前記有機発光デバイスは、第１電極と第２電極との間に配列されているコレクタ層としての少なくとも１つの有機発光層を含み、上記第１電極は、第１エミッタ層と、上記第１エミッタ層と上記コレクタ層との間に配列されている第１ベース層とを含み、上記第２電極は、第２エミッタ層と、上記第２エミッタ層と上記コレクタ層との間に配列されている第２ベース層とを含み、
   前記方法は、
   上記有機発光層を通る電荷担体の輸送を調整するために、上記第２電極と第１ベース層とにまたがって第１電圧を印加するステップと、
   上記第１電極から有機発光層内への電子または正孔の何れかの注入を調整するために、上記第１エミッタ層と第１ベース層とにまたがって第２電圧を印加するステップと、
   上記第２電極から有機発光層内への正孔または電子の注入を調整するために、上記第２エミッタ層と第２ベース層とにまたがって第３電圧を印加するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 再結合ゾーンの位置及び／または幅を本質的に上記有機発光層内に位置決めするように調整するために、適当な第１電圧及び第２電圧を選択するステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 上記有機発光層は、少なくとも、第１の色の光を放出するのに適する第１副層、及び上記第１の色とは異なる第２の色の光を放出する第２副層を含み、再結合ゾーンを本質的に１つの副層内に位置決めするために、適当な第１電圧及び第２電圧を選択することを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
10. 請求項６に記載のディスプレイデバイスを動作させる方法であって、
    光を放出させるピクセルに第２電圧を順バイアスモードで印加するステップと、
    光を放出させないピクセルに第２電圧を逆バイアスモードで印加するステップと、
    各ピクセルへの上記第２電圧の順バイアスモードまたは逆バイアスモードでの印加を、
    制御ユニットを介して制御するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

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