KR20160010404A - 통합 센서를 갖는 전계 발광 디바이스 및 그 디바이스의 방출을 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 주제는 기판의 표면 상에 나노와이어 세트를 포함하는 구조를 포함하는 전계 발광 디바이스로서:
- 제 1 전기 컨택들에 접속된 나노와이어들을 포함하고 소위 순방향 전압 또는 전류 소스로부터의 소위 순방향 제 1 전압의 작용으로 광을 방출할 수 있는 일차의 소위 방출 나노와이어들 (NTie) 의 제 1 시리즈;
- 상기 일차 나노 와이어들에 인접하고, 제 2 전기 컨택들에 접속되며, 전압 또는 전류 소스로부터의 제 2 의 소위 역방향 전압의 제어하에, 주변 광 및/또는 상기 일차 나노와이어들의 일부에 의해 방출된 광의 부분의 작용으로 광전류를 생성할 수 있는 이차의 소위 검출 나노와이어들 (NTid) 의 제 2 시리즈; 및
- 상기 광전류에 따라 상기 소위 순방향 전압을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스의 휘도를 제어하는 방법이다.

Description

통합 센서를 갖는 전계 발광 디바이스 및 그 디바이스의 방출을 제어하는 방법{ELECTROLUMINESCENT DEVICE WITH INTEGRATED SENSOR AND METHOD FOR CONTROLLING THE EMISSION OF THE DEVICE}
본 발명의 분야는 일반적으로 약어인 LED 로 지칭되는 발광 다이오드들의 분야이다.
진행중인 이슈는 이러한 타입의 디바이스를 신뢰할만하게 하고 특히 시간에 걸쳐 그렇게 하기 위해, 상기 타입의 디바이스의 휘도와 관련하여 일정한 성능 레벨을 어떻게 보장하는지에 대한 것이다.
따라서, 본 발명은 별개의 엘리먼트들을 갖는 LED들의 경우에 휘도 성능과 관련하여 가변성을 감소시키는 것을 목적으로 하며, 별개의 엘리먼트들은 유리하게, 측면 치수들 (직경들) 이 예컨대, 대략 수백 나노미터들일 수 있고 수직 치수가 10 마이크로미터 정도까지의 범위일 수 있는 나노와이어들과 같은 나노컬럼 타입으로 이루어질 수 있으며, 높이/직경 비율은 1 내지 30, 통상적으로 약 10 이다.
최근 몇 년간, 가시 발광 다이오드들은, 예컨대 pn 접합을 포함하는 수직 InGaN/GaN 나노와이어들에 기초하여 생성되고 종합적으로 병렬로 접속되었다.
그들의 잠재적인 진성 특성들 (우수한 결정 품질, 수직 자유 표면에 대한 제약들의 완화, 우수한 광 추출 효율, 등) 로 인해, 나노와이어들은 평면 (2D) 구조로 제조된 종래의 GaN LED들에서 현재 접하는 어려움들을 경감시키기 위한 매우 흥미있는 후보들로서 고려된다.
상이한 성장 기술들에 기초한 2 개의 나노와이어 LED 접근방식들이 당업자에게 알려져 있다.
제 1 접근방식은 MBE (molecular beam epitaxy) 에 의한 축 구성에서 InGaN 양자 우물들을 포함하는 GaN 나노와이어들을 에피텍시하는 (epitaxiate) 것을 포함한다. 이들 나노와이어들로 제작된 디바이스들은 녹색 스펙트럼 범위에서 흥미로운 결과들을 제공한다. 1 ㎟ 의 프로세싱된 칩들은 100 mA 의 직류 동작 전류에 대하여 550 nm 에서 약 10 ㎼ 를 방출할 수 있다.
분자선 (MBE) 성장 기술로, 랜덤한 핵생성 메커니즘들로 인해 일부 불균일성들이 나타나지만, 통상적으로 50 ㎻ 의 광출력이 550 nm 에서 방출하는 단일 와이어에서 획득되며, 즉, 십만 정도의 방출하는 나노와이어들/㎟ 에서 즉 5 ㎽/㎟ 이다.
더 최근에, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) 성장 기술이 만들어져서 방사 LED 구조 (코어/셀 구성) 를 포함하는 InGaN/GaN 나노와이어들을 생성하는 것을 가능하게 한다.
도 1 은 핵생성 층 (21) 으로 커버된 기판 (20) 의 표면 상에 나노와이어들 (NTn) 이 생성되는 상기 타입의 구성을 도시하며, 예컨대 실리콘의 기판과 GaN 의 나노와이어들 간에 메쉬 적응 (mesh adaptation) 을 생성하는 것을 가능하게 한다.
광전도성 부분을 나타내는 나노와이어들의 구조는, 통상적으로 1019 cm-3 의 도핑율을 갖는 n-도핑된 GaN 의 코어 (22), 각각 도핑되지 않은 GaN 및 InGaN 일 수 있는 교번하는 층들 (23, 24) 을 갖는 양자 우물 구조, 및 통상적으로 1019 cm-3 의 도핑율을 갖는 p-도핑된 GaN 층 (25) 을 포함한다. 절연 유전체 층 (26) 은 코어 (22) 와 그 상부 컨택을 절연하기 위해 제공된다. 상부 컨택들은 광전도성 구조의 방출 파장에 투명한 전도성 상부층 (27) 을 통해 보장된다.
이러한 접근방식에서, LED 구조는 코어/쉘 구성이고, 활성 존의 표면은 2D 나노와이어 LED 접근방식보다 더 크다.
이러한 특성은 2 가지 장점들을 제공한다: 방출 표면의 증가 및 활성 존에서 전류 밀도들의 감소. MOCVD 나노와이어 LED들의 완전한 구조들이 실리콘 기판 상에 생성되며, 청색 스펙트럼 영역 (450 nm) 에서의 전계 발광이 기술 프로세스 이후에 통합된 나노와이어들의 세트에서 획득된다.
나노와이어 성장 기술들로 인해, 칩의 표면 존은 통상적으로 1 ㎟ 일 수 있는 표면 존에서 수십만 개의 컬럼들을 가질 수 있다.
나노기술들을 이용하는 그러한 원래의 구조들은, 방출 표면 존 및 따라서 광속을 증가시키는 장점을 제공한다.
통상적으로 10 마이크로미터 정도까지의 대략 수백 나노미터들의 매우 작은 사이즈의 별개의 엘리먼트들을 갖는 LED들의 이러한 맥락에서, 본 발명은 포토다이오드 타입의 통합 센서를 포함하는 전계 발광 디바이스를 제안하며, 포토다이오드 타입의 통합 센서는 특히, 상기 디바이스의 휘도를 조절하는 것을 가능하게 하고, 통합 센서로부터 활성 전계 발광 엘리먼트들의 제어 전압을 빈틈없이 제어하기 위한 수단을 제공한다.
더 구체적으로, 본 발명의 주제는 기판의 표면상에 나노와이어 세트를 포함하는 구조를 포함하는 전계 발광 디바이스이고, 그 전계 발광 디바이스는:
- 제 1 전기 컨택들에 접속된 나노와이어들을 포함하고 소위 순방향 전압 또는 전류 소스로부터의 소위 순방향 제 1 전압의 작용으로 광을 방출할 수 있는 소위 방출 일차 나노와이어들의 제 1 시리즈;
- 상기 일차 나노와이어들에 인접하고, 제 2 전기 컨택들에 접속되며, 전압 또는 전류 소스로부터의 제 2 의 소위 역방향 전압의 제어하에, 주변 광 및/또는 상기 일차 나노와이어들 중 일부에 의해 방출된 광의 부분의 작용으로 광전류를 생성할 수 있는 이차의 소위 검출 나노와이어들의 제 2 시리즈;
- 상기 광전류에 따라 상기 소위 순방향 전압을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 제 2 의 소위 역방향 전압은 전압 소스로부터 생성된다.
일차 나노와이어들을 전력 공급하는 전류 소스의 경우, 나노와이어들은 통상적으로 약 3 V 일 수 있는 선험적 가변 전압으로 변환되는 고정 전류를 생성한다. 그러나, 이차 나노와이어들의 전력 소스는 일반적으로 이차 나노와이어들에 의해 생성된 전류를 측정하기 위해 소정 전압 (통상적으로 0 V 또는 그 미만) 에서 유지된다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 전계 발광 디바이스는 상기 광전류를 순방향 전압 또는 전류 소스에 주입하여 상기 전압을 조절하는 수단을 포함하며, 상기 수단은, 상기 구조 외부에 있고, 이차 나노와이어들에 의해 생성된 광전류 (Iph) 를 소정의 참조 전류 (Iref) 와 비교하고 상기 순방향 전압 또는 전류 소스에 작용하여 일차 나노와이어들의 전압을 제어하는 전류 비교기를 포함하는 회로를 포함한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 상기 이차의 소위 검출 나노와이어들의 제 2 시리즈는 주변 광의 존재 시, 0 의 전압 또는 역방향 전압의 제어하에 광전류 (Iph) 를 생성할 수 있는 검출 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트를 포함하며, 상기 전계 발광 디바이스는 상기 구조의 외부에 있고, 이차 나노와이어들에 의해 생성된 광전류를 임계 전류 (Iph.s) 와 비교하여, 상기 광전류 값 (Iph) 이 상기 임계 전류 값 (Iph.s) 미만일 경우, 스위치가 구비된 전원을 통해 상기 전계 발광 디바이스를 활성화시키는 전류 비교기를 포함하는 회로를 포함한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 상기 나노와이어들은 투명한 전도성 층으로 커버되고, 상기 일차 나노와이어들과 상기 이차 나노와이어들 사이에서 불연속하여 상기 제 2 전기 컨택들 중 하나로부터 상기 제 1 전기 컨택들 중 하나를 전기적으로 분리한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 기판은 상기 나노와이어들을 포함하는 면과 대향하는 것으로 정의된 후면 상에, 상기 제 1 전기 컨택들 중 하나 및 상기 제 2 전기 컨택들 중 하나와 공통인 접촉 층을 포함한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 전계 발광 디바이스는 상기 기판 위에 분포된 이차 나노와이어들의 서브세트들을 포함한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 전계 발광 디바이스는 상이한 파장들 (λic) 에서 광자들을 방출할 수 있는 일차 나노와이어들의 복수의 서브세트들을 포함하며, 상기 전계 발광 디바이스는 상이한 파장들 (λic) 에서의 방출들의 합으로부터 기인하는 합성 광을 방출한다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 그 디바이스는 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들을 포함하고, 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장 (λic) 에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하여 상기 파장 (λic) 에서 상기 광자들을 픽업할 수 있다.
본 발명의 일 변형에 따르면, 상기 나노와이어들은 Ⅲ-Ⅴ 재료들의 헤테로 접합에 기초한 구조들을 갖는다.
본 발명의 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법이며, 그 방법은:
- 전압 또는 전류 소스로부터의 제 2 의 소위 역방향 전압의 제어하에, 주변 광 및/또는 일차 나노와이어들 중 일부에 의해 방출된 광의 부분의 작용으로 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트로부터 적어도 하나의 광전류를 검출하는 단계;
- 상기 광전류에 따라 소위 순방향 전압의 작용으로 일차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법이며, 그 방법은, 상기 검출하는 단계 이전에, 일차의 소위 방출 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트를 제어하는 단계를 포함하고, 방출은 상기 이차 나노와이어들에 의해 부분적으로 픽업되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스의 휘도를 제어하는 방법이며, 그 방법은:
- 제 1 초기 전압을 일차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 인가하는 단계;
- 역방향 전압을 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 인가하여 광전류를 검출하는 단계;
- 상기 일차 나노와이어들에 인가될 제어 전압의 결정시 상기 광전류를 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 휘도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스의 표면 휘도의 분포를 제어하는 방법이며, 그 방법은:
- 일차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 제 1 초기 전압을 인가하는 단계;
- 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 역방향 전압을 인가하는 단계로서, 상기 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하고, 상기 이차 나노와이어들은 상기 기판 전체에 걸쳐 분포되어 이차 나노와이어들의 서브세트마다 광전류를 검출하는, 상기 역방향 전압을 인가하는 단계;
- 상기 이차 나노와이어들의 서브세트들과 각각 연관된 상기 일차 나노와이어들의 서브세트들에 인가될 제어 전압의 결정시 상기 광전류들을 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 휘도의 표면 분포를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주제는 상이한 파장들 (λic) 에서 방출하는 나노와이어들의 복수의 서브세트들의 방출로부터 기인하는 합성 광을 방출하는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스의 색도를 제어하는 방법이며, 그 방법은:
- 일차 나노와이어들의 서브세트들에 제 1 초기 전압을 인가하는 단계;
- 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 역방향 전압을 인가하는 단계로서, 상기 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장 (λic) 에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하여 상기 파장 (λic) 에서 상기 광자들을 픽업할 수 있는, 상기 역방향 전압을 인가하는 단계;
- 상기 이차 나노와이어들의 서브세트들과 각각 연관된 상기 일차 나노와이어들의 서브세트들에 인가될 제어 전압의 결정시 상기 광전류들을 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 합성 색도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법이며, 그 방법은:
- 역방향 전압을 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 인가하여 광전류 (Iph) 를 검출하는 단계;
- 상기 광전류를 전류 임계 값 (Iph.s) 과 비교하는 단계;
- 상기 광전류 값 (Iph) 이 상기 임계 전류 값 (Iph.s) 미만일 경우, 순방향 전압을 일차 나노와이어들에 인가하여 상기 전계 발광 디바이스를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
비-제한적인 예로서 제공되는 하기의 설명을 읽을 시에 그리고 첨부되는 도면들에 의해, 본 발명은 더 잘 이해될 것이고 다른 이점들이 자명해질 것이다:
- 도 1 은 종래 기술에 따른 방사 구조를 갖는 나노와이어들을 사용하는 LED 구성을 도시한다.
- 도 2 는 본 발명의 디바이스에서 이차 나노와이어들이 일차 나노와이어들에 인접하여 일차 나노와이어들에 의해 방출되는 광자들을 캡처하는 현상을 도시한다.
- 도 3 은 본 발명의 제 1 변형 디바이스를 도시한다.
- 도 4a (단면도) 및 도 4b (평면도) 는 본 발명에 따른 제 1 예시적인 디바이스를 도시한다.
- 도 5 는 센서 부분의 광전류를 증폭하는 것을 가능하게 하는, 일차 나노와이어들과 이차 나노와이어들의 제 1 의 예시적인 분포를 도시한다.
- 도 6 은 본 발명의 제 2 변형 디바이스를 도시한다.
- 도 7 은 휘도 맵핑을 생성하는 것을 가능하게 하는, 본 발명의 디바이스의 나노와이어들 전체에서 이차 나노와이어들의 제 2 의 예시적인 분포를 도시한다.
일반적으로, 본 발명의 전계 발광 디바이스는, 통상적으로 이하 순방향 전원 전압으로 불리는 바이어스 전압의 작용으로 전기 제어하에 광 방사를 방출하도록 의도된 일차 나노와이어들의 제 1 시리즈, 및 일차 나노와이어들에 의해 방출된 광자들을 픽업하여 광전류를 생성하도록 의도된 이차의 소위 검출 나노와이어들의 제 2 시리즈를 포함한다.
반도체 재료에 기반한 나노와이어들은 PN 타입 또는 바람직하게 PIN 타입의 접합들, 즉 소위 진성 비-도핑된 반도체 영역 (I) 에 의해 구분되거나 구분되지 않는 P-도핑된 영역들 또는 N-도핑된 영역들을 포함한다. P 및 N 영역들의 캐리어들간의 농도의 차이는 일 영역으로부터 다른 영역까지 캐리어 농도를 균등하게 하는 경향이 있는 확산 전류의 순환을 유발한다. P 영역의 홀들은, 다수의 고정된 음의 전하들로 구성되는 이온화된 원자들이 남아있는 N 영역으로 확산할 것이다. 양의 전하들이 남아있는 P 영역으로 확산하는 N 영역의 전자들에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 접합부에서, 양과 음의 고정된 전하들을 포함하는 존이 나타난다. 이들 전하들은 전계 (E), 및 캐리어들의 확산에 대응하는 내부 전압 (Vint) 을 생성하며, 따라서 전기적 밸런스가 확립된다.
접합부가 전압 (Vdirect) 에서 바이어싱되면, (Vint-Vdirect) 가 되게 장벽 높이를 감소시킨다. 그 후에, N 영역으로부터의 다수의 전자들 및 P 영역으로부터의 홀들은 이러한 잠재적인 장벽을 가로지를 수 있고, 그 후에 (전자들에 대하여 P 및 홀들에 대하여 N 인) "반대 매체 (hostile medium)" 에 도달하면, 그들은 재결합된다. 밸런스를 재확립하기 위해, P 중립 영역의 홀들은 재결합이 발생하는 (홀이 결핍된) 존으로 이동된다. N 중립 영역의 전자들은 유사한 현상을 경험한다. 이러한 현상의 로컬 재결합은 접합부에서 순방향 전류의 순환을 설명한다.
또한, 역-바이어싱된 PN 또는 PIN 접합은 광 방사에 노출되며, 광 방사는 전자를 가전자 대역으로부터 전도 대역으로 통과시킴으로써 다수의 전자-홀 쌍을 생성할 수 있다. 공핍 지역 및 그 바로 부근에서 자유인 광 캐리어들은 접합부의 전계에 의해 구동되며, 입사광 세기에 비례하여 광-유도 전류 (Iph) 라 불리는 역방향 전류를 상승시킨다.
도 2 는 각각 e- 및 h+ 로 표시되는 전자-홀 전송의 현상을 N, I, 및 P 타입의 영역들에 드러내는, 코어/쉘 타입 구조의 나노와이어들의 경우에 이차 나노와이어에서 광자들을 캡처하는 현상을 도시한다. 영역 Z, 즉 광자 캡처 존이 확대된다.
영역 N 으로부터의 홀들의 전송이 개략적으로 표현되며, 이러한 전송은 광자들의 흡수에 의해 생성되는 광전류의 소스이고, 진성으로 비-도핑된 영역은, 예컨대 도 1 에서 표현된 것과 같은 양자 우물 구조를 포함한다.
따라서, 본 발명의 디바이스가 동작중일 경우, 상기 디바이스의 센서 부분은 광자들을 생성하도록 전기적으로 제어되는 일차 나노와이어들에 의해 생성된 광자들이 부가되는, 주변 광으로부터 수신된 광자들 모두에 연결된 광전류를 측정한다.
본 발명에 따르면, 반응 루프를 사용함으로써 상기 디바이스의 동작을 조절하기 위해 특히 이러한 광전류 검출을 활용하는 것이 제안되며, 여기서 광유발 (photoinduced) 전류는 일정한 광 전력을 보장하도록 전계 발광 디바이스의 제어 전압을 조절하는데 사용되는 반면, 자연히 상이한 근원들의 변화들을 경험할 수 있다. 도 3 은, 통상적으로 이하 순방향 전원 전압 또는 전류로 표시되는 바이어스 전압 또는 전류의 작용으로, 전기 제어하에 광 방사를 방출하도록 의도된 일차 나노와이어들 (NTie) 의 제 1 시리즈 및 일차 나노와이어들에 의해 방출된 광자들 중 일부를 픽업하여 광전류를 생성하도록 의도된 소위 검출 이차 나노와이어들 (NTid) 의 제 2 시리즈를 포함하는 구조 (S) 를 갖는 그러한 동작을 도시한다. 소정의 전류 또는 전압을 일차 나노와이어들의 전원 조절기 (11) 내에 도입하기 위해, 생성된 광전류 (Iph) 는 전류 비교기 (10) 를 통해 참조 전류 (Iref) 에 비교된다. 그러한 디바이스는 특히, 조절되는 휘도 특성들을 보장하는 것을 가능하게 하며, 일차 나노와이어들의 전압 제어는 검출 와이어들 중 적어도 일부에 의해 이전에 검출된 일차 방출 나노와이어들의 방출 전압에 따라 증가되거나 감소될 수 있다.
제 1 의 예시적인 전계 발광 디바이스:
제 1 의 예시적인 디바이스가 도 4a 및 도 4b 에 도시된다. 이러한 예에 따르면, 센서 부분은 기판의 주변에 위치된다. 나노와이어들은, 예컨대 앞서 설명되고 도 1 에 도시된 것과 같이, 450 nm 에서 청색을 방출할 수 있는, InGaN 의 양자 우물들 또는 다중 우물들의 GaN 에 기초한 코어/쉘 타입의 구조들을 갖는다.
일차 방출 나노와이어들 (NTie) 은 불연속적인 투명한 전도층 (27) 에 의해 이차 검출 나노와이어들 (NTid) 로부터 전기적으로 분리된다.
본 발명에서 사용되는 원칙에 따르면, 음의 전압의 인가 하에, 이차 나노와이어는 그 인접하는 일차 나노와이어들에 의해 생성된 방사의 대상이 되고, 양의 제어 전압 (Valim) 의 대상이 된다.
450 nm 에서 청색을 흡수할 수 있는 전계 발광 나노와이어들의 경우에, 출원인은 n=1.5 로부터, n 이 나노와이어들 사이의 매체의 굴절률이고, 시뮬레이션들을 실행함으로써, 인접하는 일차 나노와이어에 의해 방출된 광자들의 대략 30% 가 고려되는 상기 이차 나노와이어들을 통과할 수 있었음을 고려하였다.
(450 nm 에서) 대략 1 Wopt 의 칩 당 방출된 총 전력을 고려할 때, 6.1012 ph/nanowire.sec 의 나노와이어 당 방출된 광자들의 흐름을 추정하는 것이 가능하다.
상기 예시적인 구조 (InGan 의 2 nm) 에서 사용된 것과 같은 양자 우물의 흡수 계수는, 약 α = 105 cm-1 이고, 나노와이어는 대략 2 nm 의 폭을 가지며, 영역 P 를 통한 흡수가 무시할만한 것을 고려하여, 흡수율은 통상적으로 대략 1 % 일 수 있다.
6 각형 타입의 분포에 따른 기판 상의 나노와이어들의 분포의 경우에, 중앙 나노와이어는 6 개의 인접하는 나노와이어들로 둘러싸이고, 그 후 하기와 같은 인접하는 일차 나노와이어들의 방출로 인해 전체 캡처 전력이 획득된다:
6·6·1012·30%·1%, 즉 1011 ph/sec.
따라서 전자들의 완전한 수집이 생성되는 것을 고려하여, 검출될 수 있는 전류는 1011.1.6 10-19 C 또는 대략 10 nA, 또는 완전히 검출가능한 전류와 동일하다.
상기의 추론은 단일의 이차 나노와이어에 의해 생성된 전류와 관련되며, 100 여개의 이차 나노와이어들을 더 고려함으로써, 이후 대략 1 ㎂ 인 검출될 수 있는 광전류의 값은 따라서 증폭된다.
일차 나노와이어들 및 이차 나노와이어들의 선형 분포들은 예컨대, 예측될 수 있고, 일차 나노와이어들의 전체 라인들에 대하여 도 5 에 도시된 것과 같이 이차 나노와이어가 4 개의 일차 나노와이어들에 인접한 것이 가능하다. 이러한 구성에서, 각각의 이차 나노와이어 (NTid) 는 4 개의 인접한 일차 나노와이어들 (NTie) 에 의해 방출된 광자들을 수신할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광다이오드 타입의 센서가 자체적으로 주변 광도 레벨로부터 전계 발광 디바이스의 동작을 트리거하는 모드를 제공하는 것이 유리하다. 이 경우에, 프로세스는 다음과 같다:
- 역방향 전압이 이차 나노와이어들에 인가되어 광전류를 검출한다;
- 광전류가 임계값 (Iph.s) 미만일 경우, 순방향 전압이 일차 나노와이어들에 인가되어 상기 전계 발광 디바이스를 활성화시킨다.
도 6 은 구조 (S) 가 주변 광으로부터 발신하는 광자들을 검출하고, 전류 비교기 (20) 를 통해 임계 전류 (Iph.s) 와 유리하게 비교될 수 있는 광전류 (Iph) 를 생성하는 검출 나노와이어들 (NTid) 을 포함하는, 그러한 디바이스를 도시한다. 검출된 광전류가 상기 값 (Iph.s) 미만일 경우, 이는 스위치가 구비된 전원 블록 (21) 을 통해 방출하는 일차 나노와이어들 (NTie) 로 구성된 방출 부분의 전력공급을 트리거한다.
본 발명에 따른 제 2 의 예시적인 전계 발광 디바이스:
본 발명의 제 2 의 예시적인 디바이스에 따르면, 이차 나노와이어들은 디바이스의 상이한 영역들에서 서브세트들로 함께 그룹화되며, 상기 디바이스의 휘도 L(x.y) 에서 표면 분포를 모니터링하는 것을 가능하게 한다. 도 7 은 기판 전체에 걸쳐 분포된 이차 나노와이어들의 서브세트들에 인접한 일차 나노와이어들의 서브세트들을 갖는 그러한 구성을 도시한다. 다수의 영역들 (1, 2 및 3) 이 개략적으로 표현되고, 소정의 영역들에 대하여 휘도의 상이한 합산들을 보여준다. 이들 영역들은 함께, 개략적으로 표현된 예에서, 검출된 개별 광전류들에 의해 조절될 수 있는 휘도 합들: ∑L1i (xi, yi) + ∑L2i (xi, yi) + ∑L3i (xi, yi) 을 제공한다. 상기 예에서, 영역들 (1, 2 및 3) 의 나노와이어들은 독립적으로 전력 공급될 수 있다. 상이한 섹터들에서 이차 나노와이어들의 서브세트들에 의해 생성된 광전류들은 ∑L1i = ∑L2i = ∑L3i 이도록 개별 일차 나노와이어들의 정확한 전원 전압을 결정한다.
본 발명에 따른 백색 광을 방출하는 LED 타입의 제 3 의 예시적인 전계 발광 디바이스:
본 발명의 제 3 의 예시적인 디바이스에 따르면, RGB (적색, 녹색, 청색) 성분들로부터 획득될 수 있는 백색 광과 같은 합성 광의 방출 품질을 모니터링하는 것이 가능하다.
사실상, 백색 광을 방출하는 LED들을 획득하는 것을 가능하게 하는 다수의 기술들이 현재 존재한다. 직접적인 구현 방법은 적색, 녹색 및 청색을 각각 방출하는 3 개의 LED들을 조합하는 것을 포함한다. 그러나, 상이한 소스들의 구동은 적색, 녹색 및 청색 방사들이 매우 정확한 비율들로, LED 의 수명 전체에서 재생가능하게 또는 환경적 조건들에 관계없이 혼합되어야만 하기 때문에, 어려운 것으로 입증될 수 있다.
백색 광을 방출하는 LED 에 통합된 포토다이오드 타입의 센서 또는 센서들은 이들 목적들을 달성하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 각각 적색: λiR, 녹색: λiV, 및 청색: λiB 에서 상이한 파장들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트들을 갖는 도 7 에 도시된 것과 유사한 구성을 가지는 것이 가능하다. 이차 나노와이어들은 독립적으로 3 개의 RGB 성분들을 측정하고, 개별 섹터들에서 일차 나노와이어들의 전원 전압은 정확하고 시간상 일정한 백색 방사를 결정하기 위해 모니터링된다.

Claims (15)

  1. 기판의 표면 상에 나노와이어 세트를 포함하는 구조를 포함하는 전계 발광 디바이스로서,
    - 제 1 전기 컨택들에 접속된 나노와이어들을 포함하고, 소위 순방향 전압 또는 전류 소스로부터의 소위 순방향 제 1 전압의 작용으로 광을 방출할 수 있는 일차의 소위 방출 나노와이어들 (NTie) 의 제 1 시리즈;
    - 상기 일차 나노와이어들에 인접하고, 제 2 전기 컨택들에 접속되며, 전압 또는 전류 소스로부터의 제 2 의 소위 역방향 전압의 제어하에, 주변 광 및/또는 상기 일차 나노와이어들의 일부에 의해 방출된 광의 부분의 작용으로 광전류를 생성할 수 있는 이차의 소위 검출 나노와이어들 (NTid) 의 제 2 시리즈; 및
    - 상기 광전류에 따라 상기 소위 순방향 전압을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스는 상기 광전류를 순방향 전압 또는 전류 소스에 주입하여 상기 순방향 전압을 조절하는 수단을 포함하며,
    상기 수단은, 상기 구조 외부에 있고, 이차 나노와이어들에 의해 생성된 광전류 (Iph) 를 소정의 참조 전류 (Iref) 와 비교하고 상기 순방향 전압 또는 전류 소스의 전원 조절기 (11) 에 작용하여 일차 나노와이어들의 전압을 제어하는 전류 비교기를 포함하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 이차의 소위 검출 나노와이어들 (NTid) 의 제 2 시리즈는 주변 광의 존재 시, 0 의 전압 또는 역방향 전압의 제어하에 광전류 (Iph) 를 생성할 수 있는 검출 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트를 포함하며;
    - 상기 전계 발광 디바이스는 상기 구조의 외부에 있고, 이차 나노와이어들에 의해 생성된 광전류를 임계 전류 (Iph.s) 와 비교하여, 상기 광전류 값 (Iph) 이 상기 임계 전류 값 (Iph.s) 미만일 경우, 스위치가 구비된 전원 (21) 을 통해 상기 전계 발광 디바이스를 활성화시키는 전류 비교기 (20) 를 포함하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어들은 투명한 전도성 층으로 커버되고, 상기 일차 나노와이어들과 상기 이차 나노와이어들 사이에서 불연속하여 상기 제 2 전기 컨택들 중 하나로부터 상기 제 1 전기 컨택들 중 하나를 전기적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 나노와이어들을 포함하는 면과 대향하는 것으로 정의된 후면 상에, 상기 제 1 전기 컨택들 중 하나 및 상기 제 2 전기 컨택들 중 하나와 공통인 접촉 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스는 상기 기판 위에 분포된 이차 나노와이어들의 서브세트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스는 상이한 파장들 (λic) 에서 광자들을 방출할 수 있는 일차 나노와이어들의 복수의 서브세트들을 포함하며,
    상기 전계 발광 디바이스는 상기 상이한 파장들 (λic) 에서의 방출들의 합으로부터 기인하는 합성 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스는 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들을 포함하고, 상기 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장 (λic) 에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하여 상기 파장 (λic) 에서 상기 광자들을 픽업할 수 있는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노와이어들은 Ⅲ-Ⅴ 재료들의 헤테로 접합에 기초한 구조들을 가지는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법으로서,
    - 전압 또는 전류 소스로부터의 제 2 의 소위 역방향 전압의 제어하에, 주변 광 및/또는 상기 일차 나노와이어들 중 일부에 의해 방출된 광의 부분의 작용으로 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트로부터 적어도 하나의 광전류를 검출하는 단계;
    - 상기 광전류에 따라 소위 순방향 전압의 작용으로 일차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법은, 상기 검출하는 단계 이전에, 일차의 소위 방출 나노와이어들 (NTie) 의 적어도 하나의 서브세트를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 일차의 소위 방출 나노와이어들 (NTie) 의 방출은 상기 이차 나노와이어들에 의해 부분적으로 픽업되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법.
  12. 제 11 항에 기재된 전계 발광 디바이스의 휘도를 제어하는 방법으로서,
    - 일차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 제 1 초기 전압을 인가하는 단계;
    - 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 역방향 전압을 인가하여 광전류를 검출하는 단계;
    - 상기 일차 나노와이어들에 인가될 제어 전압의 결정시 상기 광전류를 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 휘도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스의 휘도를 제어하는 방법.
  13. 제 11 항에 기재된 전계 발광 디바이스의 표면 휘도의 분포를 제어하는 방법으로서,
    - 일차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 제 1 초기 전압을 인가하는 것;
    - 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 역방향 전압을 인가하는 것으로서, 상기 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하고, 상기 이차 나노와이어들은 상기 기판 전체에 걸쳐 분포되어 이차 나노와이어들의 서브세트마다 광전류를 검출하는, 상기 역방향 전압을 인가하는 것;
    - 상기 이차 나노와이어들의 서브세트들과 각각 연관된 상기 일차 나노와이어들의 서브세트들에 인가될 제어 전압의 결정시 광전류들을 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 휘도의 표면 분포를 조절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스의 표면 휘도의 분포를 제어하는 방법.
  14. 상이한 파장들 (λic) 에서 방출하는 나노와이어들의 복수의 서브세트들의 방출로부터 기인하는 합성 광을 방출하는, 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 전계 발광 디바이스의 색도를 제어하는 방법으로서,
    - 일차 나노와이어들의 서브세트들에 제 1 초기 전압을 인가하는 것;
    - 이차 나노와이어들의 복수의 서브세트들에 역방향 전압을 인가하는 것으로서, 상기 이차 나노와이어들의 각각의 서브세트는 파장 (λic) 에서 광자들을 방출하는 일차 나노와이어들의 서브세트에 인접하여 상기 파장 (λic) 에서 상기 광자들을 픽업할 수 있는, 상기 역방향 전압을 인가하는 것;
    - 상기 이차 나노와이어들의 서브세트들과 각각 연관된 상기 일차 나노와이어들의 서브세트들에 인가될 제어 전압의 결정시 광전류들을 통합하여 상기 전계 발광 디바이스의 합성 색도를 조절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스의 색도를 제어하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법은,
    - 역방향 전압을 이차 나노와이어들의 적어도 하나의 서브세트에 인가하여 광전류 (Iph) 를 검출하는 단계;
    - 상기 광전류를 전류 임계 값 (Iph.s) 과 비교하는 단계;
    - 상기 광전류 값 (Iph) 이 상기 임계 전류 값 (Iph.s) 미만일 경우, 순방향 전압을 일차 나노와이어들에 인가하여 상기 전계 발광 디바이스를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 디바이스를 제어하는 방법.
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