(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧耐性が大きく、大きな電流を流すことが可能な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】有機ＥＬ層１６と、有機ＥＬ層の下面側に接する半導体層１３と、有機ＥＬ層に流れる電流を制御する電流制御手段とを含み、有機ＥＬ層は、発光層１６１を含み、発光層は、有機半導体を含み、半導体層は、第一の半導体層１３１と第二の半導体層１３２とを含み、電流制御手段は、ゲート電極１１と、ゲート絶縁膜１２と、ソース電極１４と、ドレイン電極１５とを含み、半導体層は、一方がｎ型であり、他方がｐ型であり、ソース電極が、半導体層の下面側に接しており、ドレイン電極が、有機ＥＬ層の上面側に接しており、第一の半導体層が、無機半導体を含む半導体層である場合、ゲート電極への印加により、反転層１３３が形成され、第一の半導体層が、有機半導体を含む場合、第一の半導体層の型とは異なる型の第三の半導体層を形成する。【選択図】図１
2018174272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層の下面側に接する半導体層と、前記有機ＥＬ層に流れる電流を制御する電流制御手段とを含み、
前記有機ＥＬ層は、発光層を含み、
前記発光層は、有機半導体を含み、
前記半導体層は、第一の半導体層と第二の半導体層とを含み、
前記電流制御手段は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極とを含み、
前記第一の半導体層および前記第二の半導体層は、一方がｎ型半導体層であり、他方がｐ型半導体層であり、
前記ソース電極が、前記半導体層の下面側に接しており、前記ドレイン電極が、前記有機ＥＬ層の上面側に接しており、
前記第一の半導体層が、前記ソース電極を覆うようにして形成され、
前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、前記ソース電極、および前記第一の半導体層に接しており、
前記第一の半導体層が、無機半導体を含む半導体層である場合、前記ゲート電極への印加により、前記第一の半導体層において反転層が形成され、
前記第一の半導体層が、有機半導体を含む半導体層である場合、前記第一の半導体層は、第三の半導体層を含み、前記第三の半導体層は、前記第一の半導体層の型とは異なる型の半導体層である
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、さらに、前記第二の半導体層に接している、請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記基板上に、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記半導体層、および前記有機ＥＬ層が、前記順序で積層されている、請求項１または２記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極からなる群から選択される少なくとも一つが、透明電極である、請求項１から３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記有機ＥＬ層が、さらに、電子注入層を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記ゲート電極が、平面方向に延びる構造である、請求項１から５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記ゲート電極が、平面方向に対して垂直に延びる構造である、請求項１から６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記ゲート電極が、上面からみて、丸い形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記電流制御手段が、複数の前記ゲート電極を含み、
前記発光層が、前記複数のゲート電極に対応する複数の色を発光する、請求項１から８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を含むことを特徴とする有機ＥＬ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ表示装置、通信装置、照明等への応用が期待されている。有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子に要求される輝度は、例えば、５００ｃｄ／ｍ２程度である。しかし、照明や可視光通信向けの用途では、例えば、３０００ｃｄ／ｍ２以上の高輝度が必要となる。
【０００３】
有機ＥＬ素子の輝度を向上させる方法として、例えば、有機ＥＬ素子を駆動する電流を大きくすることが考えられる。しかし、一般的な有機ＥＬ素子は、例えば、電流を増加させると、発光時に熱が発生し、前記熱により、有機ＥＬ素子が劣化したり破壊する可能性がある。
【０００４】
このように、一般的な有機ＥＬ素子は、電圧耐性が低く、素子の短絡・破壊につながることから、電流密度を上げることができず、単位面積当たりの輝度を向上させることが困難である。そこで、発光層の面積を大きくすることにより、輝度を上げることが試みられている。しかし、発光層の面積を大きくすると、電極の配線抵抗が大きくなることにより、電圧降下が起きる。有機ＥＬ素子は電界注入型であるため、電圧降下により輝度ムラが生じるという問題がある。
【０００５】
このため、電圧耐性が大きく、大きな電流を流すことができる構造の有機ＥＬ素子が求められている。
【０００６】
大きな電流を流すことができる構造の有機ＥＬ素子として、ゲート電極、ソース電極、およびゲート電極の３端子、絶縁体層、ならびに有機半導体層を含む有機薄膜発光トランジスタが開示されている（特許文献１）。前記有機薄膜発光トランジスタは、ソース−ドレイン間の電流を利用して有機半導体層を発光させ、ゲート電極に電圧を印加することにより、前記発光を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５８５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、より電圧耐性が大きく、大きな電流を流すことができる構造の有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の有機ＥＬ素子は、
基板と、有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層の下面側に接する半導体層と、前記有機ＥＬ層に流れる電流を制御する電流制御手段とを含み、
前記有機ＥＬ層は、発光層を含み、
前記発光層は、有機半導体を含み、
前記半導体層は、第一の半導体層と第二の半導体層とを含み、
前記電流制御手段は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極とを含み、
前記第一の半導体層および前記第二の半導体層は、一方がｎ型半導体層であり、他方がｐ型半導体層であり、
前記ソース電極が、前記半導体層の下面側に接しており、前記ドレイン電極が、前記有機ＥＬ層の上面側に接しており、
前記第一の半導体層が、前記ソース電極を覆うようにして形成され、
前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、前記ソース電極、および前記第一の半導体層に接しており、
前記第一の半導体層が、無機半導体を含む半導体層である場合、前記ゲート電極への印加により、前記第一の半導体層において反転層が形成され、
前記第一の半導体層が、有機半導体を含む半導体層である場合、前記第一の半導体層は、第三の半導体層を含み、前記第三の半導体層は、前記第一の半導体層の型とは異なる型の半導体層である
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の有機ＥＬ光源は、前記本発明の有機ＥＬ素子を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より電圧耐性が大きく、大きな電流を流すことができることにより、例えば、高輝度の発光が可能な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態１における有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態２における有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態３における有機ＥＬ素子の構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図４】図４は、実施形態４における有機ＥＬ素子の構造の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、実施形態５における有機ＥＬ素子の構造の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、さらに、前記第二の半導体層に接している。
【００１４】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記基板上に、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記半導体層、および前記有機ＥＬ層が、前記順序で積層されている。
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極からなる群から選択される少なくとも一つが、透明電極である。
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記有機ＥＬ層が、さらに、電子注入層を含む。
【００１７】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記ゲート電極が、平面方向に延びる構造である。
【００１８】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記ゲート電極が、平面方向に対して垂直に延びる構造である。
【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記ゲート電極が、上面からみて、丸い形状である。
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、前記電流制御手段が、複数の前記ゲート電極を含み、前記発光層が、前記複数のゲート電極に対応する複数の色を発光する。
【００２１】
つぎに、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。本発明は、下記の実施形態によって何ら限定および制限されない。なお、以下の図面において、同一部分には、同一符号を付している。各実施形態における説明は、それぞれ、互いを援用できる。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す部分があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態における有機ＥＬ素子の断面図（模式図）である。図１に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１０と、ゲート電極１１と、ゲート絶縁膜１２と、半導体層１３と、ソース電極１４と、ドレイン電極１５と、有機ＥＬ層１６とを含み、基板１０上に、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、半導体層１３、および有機ＥＬ層１６が、前記順序で積層されている。本実施形態において、ソース電極１４は、半導体層１３の下面側に接して配置され、ドレイン電極１５は、有機ＥＬ層１６の上面側に接して配置されている。半導体層１３は、ｎ型半導体層（第一の半導体層）１３１とｐ型半導体層（第二の半導体層）１３２とを含み、ｎ型半導体層１３１が、ソース電極１４を覆うようにして形成され、その上に、ｐ型半導体層１３２が形成されている。本実施形態において、ｎ型半導体層１３１は、無機半導体によって形成されている。この場合、後述するように、ｎ型半導体層１３１において、ゲート電極１１への電圧印加により、反転層１３３が形成される。また、本実施形態において、有機ＥＬ層１６は、発光層１６１、および電子注入層１６２を含む。発光層１６１は、有機半導体を含む。本実施形態において、電子注入層１６２は、任意の構成であり、有機ＥＬ素子１に含まれてもよいし、含まれなくてもよい。
【００２３】
本発明において、上下方向とは、基板１０に対する各部材の積層方向であり、基板１０側が下方向であり、基板１０と反対側が上方向である。また、上面とは、有機ＥＬ素子における、上方向の面をいう。
【００２４】
実施形態１において、半導体層１３は、ｎ型半導体層１３１とｐ型半導体層１３２とを含み、ｎ型半導体層１３１が、ソース電極１４を覆うようにして形成され、その上に、ｐ型半導体層１３２が形成されているが、本発明は、これには限定されず、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とが逆の構成であってもよい。この場合、有機ＥＬ素子１の極性が逆となる。以下の説明において、有機ＥＬ素子１についての記載は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とが逆の構成である場合についても、同様とすることができる。
【００２５】
有機ＥＬ素子１において、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、半導体層１３、ソース電極１４、およびドレイン電極１５の材料は、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。
【００２６】
ゲート電極１１を形成する材料としては、例えば、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ−Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、およびこれらの合金、ならびにＩＴＯ、ＩＧＺＯ、ＩＺＯ、およびＳｎＯ２等があげられる。ソース電極１４およびドレイン電極１５を形成する材料としては、例えば、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ−Ｎｂ、およびこれらの合金、ならびにＩＴＯ、ＩＧＺＯ、ＩＺＯ、およびＳｎＯ２等があげられる。ゲート電極１１、ソース電極１４およびドレイン電極１５は、例えば、有機ＥＬ素子１から光を取り出すため、これらのうち少なくとも１つが、透明導電膜により形成されることが好ましい。前記透明導電膜の材料としては、例えば、ＩＴＯがあげられる。ゲート電極１１、ソース電極１４およびドレイン電極１５は、例えば、それぞれ、積層膜であってもよい。前記積層膜は、例えば、前記材料を、電極およびバリアメタルのクラッド構造とすることにより形成できる。
【００２７】
ゲート絶縁膜１２を形成する材料は、例えば、無機系の材料として、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５があげられる。また、前記無機系の材料により形成された膜に対し、例えば、表面エネルギーを下げるため、および、移動度を向上させるため、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理等のシランカップリング処理を行ってもよい。ゲート絶縁膜１２を形成する材料は、例えば、有機系の材料として、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂があげられる。
【００２８】
有機ＥＬ素子１において、半導体層１３は、ｎ型半導体層１３１とｐ型半導体層１３２とを含む。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層が、有機半導体によって形成される場合、ｎ型半導体層を形成する材料は、例えば、低分子ｎ型半導体として、フラーレンＣ60、フラーレンＣ70等のフラーレンとその誘導体類、N,N'-ジメチル-3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、N,N'-ジ-n-オクチル-3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、N,N′-ジオクチル-3,4,9,10-ペリレンジカルボキシルジイミド（PTCDI）等のイミド類、銅(II)1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-ヘキサデカフルオロフタロシアニン、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸類、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、テトラシアノキノジメタン（TCNQ）等があげられる。また、ｎ型半導体層を形成する材料は、例えば、高分子を用いた有機半導体として、ポリチオフェン類やポリフルオレン類等があげられる。また、ｐ型半導体層を形成する材料は、例えば、低分子ｐ型半導体として、ペンタセン、5,6,11,12-テトラフェニルナフタセン（ルブレン）、2,3-ベンゾアントラセン（テトラセン）、2,6-ジフェニルアントラセン等のアセン類、ジナフト[3,2-b:2’,3’-f]チエノ[3,2-b]チオフェン（DNTT）、2,7-ジフェニル[1]ベンゾチエノ[3,2-b][1]ベンゾチオフェン（DPh-BTBT）、フェナントロ[1,2-b:8,7-b']ジチオフェン、ベンゾ[a]クリセン等のヘテロアセン類、2,5-ビス(4-ビフェニルイル)チオフェン、2,8-ジメチルアントラ[2,3-b:7,6-b']ジチオフェン（DMADT）等のチオフェン類およびオリゴチオフェン類、フタロシアニン、銅フタロシアニン等のポルフィリン類、4,7-ジ(2-チエニル)-2,1,3-ベンゾチアジアゾール等のベンゾチアゾール類、ならびにビス(エチレンジチオ)テトラチアフルバレン（TTF）等があげられる。
【００２９】
ｎ型半導体層およびｐ型半導体層が、無機半導体によって形成される場合、ｎ型半導体層を形成する材料は、例えば、ボロンなどのｎドープシリコンを用いることができる。ｐ型半導体層を形成する材料は、例えば、リンやヒ素などのｐドープシリコンを用いることができる。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層は、上記の材料の他、ＩＧＺＯ等の金属酸化物半導体を用いて形成することもできる。
【００３０】
有機ＥＬ素子１において、ｎ型半導体層１３１が、無機半導体によって形成されている場合、例えば、ゲート電圧により、ｎ型半導体層１３１中にｐチャネルとなる反転層が形成され、チャネルに流れる正孔を制御するｐチャネルトランジスタとなる。
【００３１】
有機ＥＬ素子１において、発光層１６１は、例えば、正孔輸送性および電子輸送性のいずれであってもよい。発光層１６１の材料は、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。発光層１６１が、正孔輸送性である場合、発光層１６１を形成する材料としては、例えば、ジベンゾクリセン誘導体(DBC)、ビス−スチリルベンゼン誘導体（BSB）等があげられる。また、発光層１６１は、ホストとドーパントの二成分系により形成されてもよく、４，４’−ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン、Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４’−ジアミン（α−ＮＰＤ）等のトリフェニルジアミン誘導体をホストに、ルブレン、およびＢＴＸをドーパントに用いたもの、ならびに４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’−ビス（９−カルバゾリル）−２，２’−ジメチルビフェニル（ＣＤＢＰ）等のカルバゾール誘導体をホストに、白金錯体、トリス−（２−フェニルピリジン）イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、（ビス（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジネート−Ｎ，Ｃ２’）ピコリネートイリジウム錯体（ＦＩｒ（ｐｉｃ））、（ビス（２−（２’−ベンゾ４，５−αチエニル）ピリジネート−Ｎ，Ｃ２’）アセチルアセトネート）イリジウム錯体（Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ））、Ｉｒ（ｐｉｃ）３、Ｂｔ２Ｉｒ（ａｃａｃ）等のイリジウム錯体をドーパントに用いたものがあげられる。発光層１６１が、電子輸送性である場合、発光層１６１を形成する材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）、4-メチル-8-ヒドロキシキノリン（Ａｌｍｑ）、ベリリウムキノリノール錯体（ＢｅＢｑ２）、ヒドロキキシフェニルオキサゾール（ＺｎＰＢＯ）、ヒドロキキシフェニルチアゾール（ＺｎＰＢＴ）４,４'−ビス(２,２-ジフェニルビニル)ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）等があげられる。また、発光層１６１は、ホストとドーパントの二成分系により形成されてもよく、Ａｌｑ３等のキノリノール金属錯体をホストに、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、ＤＣＪＴＢ、２，３−キナクリドン等のキナクリドン誘導体、３−（２' −ベンゾチアゾール）−７−ジエチルアミノクマリン等のクマリン誘導体、ペリレン等の縮合多環芳香族をドーパントに用いたもの、および４,４'−ビス(２,２−ジフェニルビニル)ビフェニルをホストに、ペリレン、ジスチリルアリーレン誘導体をドーパントに用いたものがあげられる。
【００３２】
電子注入層１６２の材料は、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。電子注入層１６２は、例えば、仕事関数の小さい材料により形成されることが好ましく、電子注入層１６２を形成する材料としては、例えば、リチウムおよびセシウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属のフッ化物や酸化物、ならびに、マグネシウム銀、リチウムアルミニウム合金等があげられる。
【００３３】
有機ＥＬ層１６は、例えば、電子輸送層、正孔注入層、および正孔輸送層を含んでもよい。前記電子輸送層、正孔注入層、および正孔輸送層の材料は、特に制限されず、公知の材料を用いることができる。電子輸送層を形成する材料としては、例えば、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（Ｂｕ−ＰＢＤ）、２，９‐ジメチル‐４，７‐ジフェニル‐１，１０‐フェナントロリン（BCP）、１，３−ビス（ｐ−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾールイル）フェニル（ＯＸＤ−７）等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール系の金属錯体、トリフェニルジアミン誘導体等があげられる。前記正孔注入層の材料としては、例えば、銅フタロシアニン（Ｃｕ−Ｐｃ）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、２−ＴＮＡＴＡ、およびＴＣＴＡ等のスターバースト型芳香族アミン等のアリールアミン誘導体、スピロ−TAD、2,3,6,7,10,11−ヘキサシアノ−1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレン（HAT-CN）、ならびに、正孔注入性有機材料に五酸化バナジウムや三酸化モリブデン等を化学ドーピングしたもの等があげられる。正孔輸送層の材料としては、例えば、ビス（ジ（ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン、Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４’−ジアミン（α−ＮＰＤ）、４，４'−ビス（ｍ−トリルフェニルアミノ）ビフェニル（ＴＰＤ）、ＴＡＰＣ等のトリフェニルジアミン類、トリフェニルアミンをさらに多量化したＴＰＴＲ、ＴＰＴＥ、ＮＴＰＡ、スターバースト型芳香族アミン等があげられる。有機ＥＬ層１６において、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、および正孔輸送層の積層位置は、例えば、有機ＥＬ素子１の極性に基づき、適宜設定することができる。
【００３４】
有機ＥＬ素子１において、基板１０を形成する材料としては、例えば、ガラス、または可撓性（フレキシブル）を有するフィルム等の透明基板があげられる。
【００３５】
有機ＥＬ素子１の大きさは、特に制限されず、例えば、有機ＥＬ素子１における発光単位の大きさが、０．０５〜１０００ｍｍ、０．０５〜５００ｍｍ、０．０５〜３００ｍｍである。発光単位とは、例えば、１つの発光素子を表し、光源として機能する最小単位を意味する。発光単位の大きさとは、例えば、発光単位の一辺、および直径である。有機ＥＬ素子１は、後述するように、例えば、小型化が可能であるため、例えば、発光単位の大きさを、０．５ｍｍ以下とすることができる。
【００３６】
ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、ソース電極１４、およびドレイン電極１５は、有機ＥＬ層１６に流れる電流を制御する電流制御手段として機能する。このように、有機ＥＬ素子１は、素子内に、電流を制御し、且つ電流の入口と出口となる端子を有する。
【００３７】
有機ＥＬ素子１は、有機ＥＬ層１６に対する正孔注入側から見た場合、ｐｎｐトランジスタとｐｎ有機ＥＬ層で構成されている。すなわち、有機ＥＬ素子１は、有機ＥＬ層１６への正孔注入側から見た場合、有機ＥＬ層１６のｐｎダイオードを、ｐｎｐトランジスタ部で制御および駆動する素子となっている。以下の説明において、有機ＥＬ層１６を、ｐｎダイオード、半導体層１３を、ｐｎｐトランジスタ部ということがある。有機ＥＬ素子１は、有機ＥＬ層１６に対する電子注入側から見た場合、ｎｐ有機ＥＬとｐｎｐトランジスタ部で構成されている。
【００３８】
ゲートに負電位を加えると、ｎ型半導体層１３１のゲート絶縁膜１２上にｐ型反転層（ｐチャネル）が形成され、ソース電極１４とｐ型半導体層１３２との間が開通する。有機ＥＬ層１６は、発光ダイオードとなっており、このダイオードを通して、ソース電極１４とドレイン電極１５との間は、導通（ＯＮ）の状態になる。このため、ソース電極１４およびドレイン電極１５は、それぞれ、アノードおよびカソードということもできる。ゲート電圧を切ることにより、チャネルがなくなり、非導通（ＯＦＦ）の状態になる。
【００３９】
有機ＥＬ素子１におけるｐｎｐトランジスタ部は、ＯＮ状態において、ｐ型半導体層１３２に向かって、ソース電極１４およびｎ型半導体層１３１におけるｐチャネルから正孔が注入され、同時に、発光層１６１に向かって、ドレイン電極１５および電子注入層１６２から電子が注入され、発光層１６１でこれらが再結合し、発光する。
【００４０】
ｐ型半導体層１３２は、ソース電極１４から注入された正孔を輸送する。このため、ｐ型半導体層１３２は、例えば、有機ＥＬ層１６の正孔輸送層、および正孔注入層として機能することもできる。
【００４１】
このように、有機ＥＬ素子において、前記電流制御手段を含むことにより、有機ＥＬ層１６に流れる電流を制御し、発光層１６の発光を制御することができる。
【００４２】
ソース電極１４およびドレイン電極１５は、有機ＥＬ層１６および半導体層１３を挟むように配置されているため、ソース電極１４およびドレイン電極１５の表面積が大きく、素子の広い領域で電子および正孔（キャリア）を流すことができるため、１素子あたりの電流密度を高くすることができる。また、ソース電極１４およびドレイン電極１５の間には、ほぼ一定の電圧降下が生じ、且つ、前記電圧降下の程度が小さい。このため、有機ＥＬ素子１は、一般的な、両極性（バイポーラ）の有機発光トランジスタ、および、ソース電極およびドレイン電極を同層に配置した横型のＭＯＳＦＥＴ構造の有機発光トランジスタと比較して、大電流になるほど、電力の損失を低減することができる。
【００４３】
また、従来の横型のＭＯＳＦＥＴ構造では、ピンチオフが発生し、そのため発光に影響を与えるのに対し、本発明の有機ＥＬ素子１は、ピンチオフを抑えることができ、発光への影響を小さくできる。
【００４４】
さらに、有機ＥＬ素子１は、ドレイン電極１５から、電子が注入されことにより、有機半導体を含む発光層１６１の導電率が変調し、抵抗が低下する。このため、有機ＥＬ素子１は、発光層１６１に、正孔および電子の両キャリアを高密度で注入することができ、大きな電流を流すことができる。一方、従来のＭＯＳＦＥＴ構造の有機発光トランジスタは、キャリアがユニポーラであり、電流を大きくすることができない。このように、有機ＥＬ素子１は、従来の有機発光トランジスタと比較して、低抵抗（低ＯＮ抵抗）で大電流を流すことができるため、熱による劣化・破壊が少なく、耐電圧性、短絡耐性を高くすることができる。また、有機ＥＬ素子１は、低抵抗で大電流を流すことができるため、従来の有機発光トランジスタと比較して、高輝度・高光束を得ることができる。
【００４５】
このように、有機ＥＬ素子１は、従来の有機発光トランジスタと比較して、高輝度・高光束を得ることができるため、例えば、輝度を上げるために、面積を大きくする必要がなく、小型化が可能になる。
【００４６】
また、従来の縦型の有機発光トランジスタでは、絶縁抵抗が低いため、パンチスルーや熱による特性変化が大きいのに対し、本発明の有機ＥＬ素子１は四層構造であるため、例えば、これらを抑制することができる。
【００４７】
さらに、有機ＥＬ素子１は、応答速度およびＯＮ／ＯＦＦ速度について、一般的な有機発光トランジスタと比較して、高速な動作が期待できる。一般的な有機発光トランジスタは、キャリアの蓄積電荷が発生するため、ＯＮ／ＯＦＦ時間の遅れが生じやすい。これに対し、有機ＥＬ素子１は、ソース電極１４（アノード）からドレイン電極１５（カソード）にかけて、ｐｎｐｎの四層構造になっており、この中にｐｎｐとｎｐｎのトランジスタが１個ずつ含まれる構造になる。これにより、蓄積電荷を低減できるため、有機ＥＬ素子１は、より動作速度を早くすることができる。したがって、本発明の有機ＥＬ素子１は、例えば、光通信等、高い応答速度が求められる場合に好適である。
【００４８】
（変形例）
有機ＥＬ素子１におけるｎ型半導体層１３１は、有機半導体によって形成されていてもよい。この場合、図１の符号１３３で示す層は、ｎ型半導体層１３１に含まれ、且つ、ｎ型半導体層１３１とは別の材料により形成される、ｐ型の有機半導体層（第三の半導体層）となる。この点を除いては、本変形例は、前記実施例１と同様であり、本変形例についての説明は、前記実施例１についての説明を援用できる。
【００４９】
ｎ型半導体層１３１が、有機半導体によって形成されている場合、チャネルに流れるキャリアは、電極から注入された極性のキャリアとなる。すなわち、例えば、ｐ型半導体にチャネルが形成される場合、ホール電流を制御するｐチャネルトランジスタとなる。
【００５０】
前記ｐ型半導体層を形成する有機材料としては、例えば、前述の材料があげられる。
【００５１】
ｎ型半導体層１３１が、有機半導体によって形成されている場合、有機ＥＬ素子１は、さらに、ｎ型半導体層１３１に接して、電荷発生層を含んでもよい。前記電荷発生層を形成する材料としては、例えば、フタロシアニン、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）があげられる。
【００５２】
本変形例においても、前述のように、有機ＥＬ素子１の極性が逆であってもよい。この場合、図１の符号１３１で示す層は、ｐ型の有機半導体層であり、図１の符号１３３で示す層は、ｎ型の有機半導体層となる。前記ｎ型半導体層を形成する有機材料としては、例えば、前述の材料があげられる。
【００５３】
（実施形態２）
図２は、本実施形態における有機ＥＬ素子の断面図（模式図）である。図２に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１０上にソース電極１４が積層され、その上に、ゲート電極１１が、ゲート絶縁膜１２を介して形成されており、ゲート電極１１が平面方向に延びる横型の構造となっている。ｎ型半導体層１３１は、ｎ型半導体層１３１のゲート絶縁膜上に形成されるｐ型反転層１３３に沿うように、ソース電極１４を覆うようにして形成されている。前記点を除いては、実施形態１と同様である。有機ＥＬ素子１を、このように形成することによっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
本実施形態の有機ＥＬ素子１は、ソース電極１４およびドレイン電極１５の表面積が大きいため、例えば、素子の広い領域でキャリアを流すことができる。このため、例えば、１素子あたりの電流密度をより大きくすることができる。また、ソース電極１４とドレイン電極１５とが対向している領域の面積が大きいため、例えば、広い領域で均一な電界を印加することができる。このように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、より大きく、安定した電流、および、より大きな発光面積が得られるため、高効率で高輝度の発光を得ることができる。また、より電力の損失を低減することができる。
【００５５】
（実施形態３）
図３は、本実施形態における有機ＥＬ素子の断面図（模式図）および平面図である。図３（Ａ）に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１０上に、ソース電極１４、半導体層１３、および有機ＥＬ層１６が、前記順序で積層されている。ゲート電極１１は、基板１０上に、ゲート絶縁膜１２を介してソース電極１４ならびにｎ型半導体層１３１およびｐ型半導体層１３２と接するように形成されており、ゲート電極１１が平面方向に対して垂直に延びる縦型の構造となっている。前記点を除いては、実施形態１と同様である。
【００５６】
このように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、ゲート電極１１を縦型の構成とすることにより、基板１０上に、より多くのゲート電極１１を設けることができる。このため、単位面積あたりの発光単位の数を増やすことができ、より高輝度・高光束を得ることができる。
【００５７】
ゲート電極１１は、図３（Ｂ）に示すように、上面からみて、丸い形状であることが好ましい。このような構成とすることにより、基板１０上に、より多くのゲート電極１１を設けることができる。
【００５８】
（実施形態４）
図４は、本実施形態における有機ＥＬ素子の平面図である。図４に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、１つの基板１０に対し３つのゲート電極１１が形成され、１つのユニットとなっている。そして、発光層１６が、３つのゲート電極１１に対応する、ＲＧＢ（赤、緑、青）の各色を発光する。前記点を除いては、前記実施形態と同様である。図４において、ゲート電極１１を前記縦型の構成としているが、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、これには限定されず、ゲート電極１１を前記横型の構成としてもよい。
【００５９】
各発光層１６を各色に対応させる方法は、特に制限されず、例えば、発光層１６を、公知の方法により塗り分けることができ、例えば、ステンシルマスクを用いて、ＲＧＢ３色の発光層を分離形成する方法、有機ＥＬ発光層を白色とし、光を取り出す面側にカラーフィルタを用いて３色に分ける方法、有機ＥＬ発光層を青色とし、光を取り出す面側に色変換層（ＣＣＭ）を用いて青から緑、青から赤へ変換し、３色に分ける方法等があげられる。
【００６０】
各発光層１６に対応させる色は、特に制限されず、例えば、ＲＧＢ（赤、緑、青）のほか、ＲＧＢＷ（赤、緑、青、白）、ＢＹ（青、黄）、Ｗ（白）があげられる。
【００６１】
１つのユニットに含まれる有機ＥＬ素子１の数は、特に制限されず、例えば、３〜６、２〜４、１である。
【００６２】
有機ＥＬ素子１を、このような構成とすることにより、各色に対応するゲート電位で電流を調整することにより、有機ＥＬ素子１から得られる光の調色を行うことができる。
【００６３】
（実施形態５）
本発明の有機ＥＬ光源は、有機ＥＬ素子１を含むことを特徴とする。本発明の有機ＥＬ光源は、例えば、有機ＥＬ素子（発光単位）を、透明基板上に複数並べた構成とすることができる。有機ＥＬ素子１は、大きな電流を流すことができるため、例えば、高輝度の有機ＥＬ光源を得ることができる。
【００６４】
図５は、本実施形態の有機ＥＬ光源の等価回路を示す図である。図５において、一例として、２×２単位の有機ＥＬ光源を示す。図５に示すように、ソース線（Ｓ（Ａ））およびドレイン線（Ｄ（Ｋ））が、交互に配列されている。さらに、ソース線およびドレイン線は、ゲート線と交差するように配置されている。ここで、ソース線は信号・電源線であり、ゲート線はアドレス線である。有機ＥＬ素子は、それぞれ、ソース線、ドレイン線およびゲート線に接続されている。ゲート線は、アドレス選択回路に繋がっており、ソース線は、データ選択回路・電源走査回路に繋がっている。前記選択回路により、素子を選択し、発光させることができる。
【００６５】
（実施形態６）
本発明の有機ＥＬ照明装置は、本発明の有機ＥＬ光源を含むことを特徴とする。有機ＥＬ素子１は、大きな電流を流すことができるため、高輝度が必要とされる有機ＥＬ照明装置の用途にも、好適に使用することができる。また、有機ＥＬ素子１は、小型化が可能であることにより、単位面積あたりの発光単位を多くすることが可能となる。このような構成によれば、発光単位の面積を大きくした従来技術と比較して、電圧降下が小さいため、単位面積あたりの発光部の輝度が均一になり、有機ＥＬ照明装置の輝度ムラを抑えることができる。
【００６６】
（実施形態７）
本発明の有機ＥＬ通信装置は、本発明の有機ＥＬ光源を含むことを特徴とする。有機ＥＬ素子１は、大きな電流を流すことができるため、高輝度が必要とされる有機ＥＬ通信装置の用途にも、好適に使用することができる。本発明の有機ＥＬ光源を、有機ＥＬ通信装置として用いる場合、例えば、光のＯＮ／ＯＦＦと二次元の映像信号を組み合わせてデータ信号とすることができるため、同時に大きなデータ量の信号を伝送することができる。
【００６７】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をできる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の有機ＥＬ素子は、より電圧耐性が大きく、大きな電流を流すことができる。このため、例えば、本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ表示装置、通信装置、照明等に、好適に使用できる。
【００６９】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。
【００７０】
（付記１）
基板と、有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層の下面側に接する半導体層と、前記有機ＥＬ層に流れる電流を制御する電流制御手段とを含み、
前記有機ＥＬ層は、発光層を含み、
前記発光層は、有機半導体を含み、
前記半導体層は、第一の半導体層と第二の半導体層とを含み、
前記電流制御手段は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極と、ドレイン電極とを含み、
前記第一の半導体層および前記第二の半導体層は、一方がｎ型半導体層であり、他方がｐ型半導体層であり、
前記ソース電極が、前記半導体層の下面側に接しており、前記ドレイン電極が、前記有機ＥＬ層の上面側に接しており、
前記第一の半導体層が、前記ソース電極を覆うようにして形成され、
前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、前記ソース電極、および前記第一の半導体層に接しており、
前記第一の半導体層が、無機半導体を含む半導体層である場合、前記ゲート電極への印加により、前記第一の半導体層において反転層が形成され、
前記第一の半導体層が、有機半導体を含む半導体層である場合、前記第一の半導体層は、第三の半導体層を含み、前記第三の半導体層は、前記第一の半導体層の型とは異なる型の半導体層であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【００７１】
（付記２）
付記１記載の有機ＥＬ素子を含むことを特徴とする有機ＥＬ光源。
【００７２】
（付記３）
付記２記載の有機ＥＬ光源を含むことを特徴とする有機ＥＬ照明装置。
【００７３】
（付記４）
付記２記載の有機ＥＬ光源を含むことを特徴とする有機ＥＬ通信装置。
【符号の説明】
【００７４】
１              有機ＥＬ素子
１０            基板
１１            ゲート電極
１２            ゲート絶縁膜
１３            半導体層
１３１          ｎ型半導体層（第一の半導体層）
１３２          ｐ型半導体層（第二の半導体層）
１３３          反転層（第三の半導体層）
１４            ソース電極
１５            ドレイン電極
１６            有機ＥＬ層
１６１          発光層
１６２          電子注入層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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