(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ電極、コレクタ電極、該両電極間に設けられた有機半導体層、及び該有機半導体層内に設けられたベース電極を少なくとも備えた縦型トランジスタ素子部と、
前記縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層とコレクタ電極との間に有機発光層が設けられている発光素子部と、を有する発光素子であって、
前記縦型トランジスタ素子部は、前記発光素子部よりも平面視での面積が小さく、
前記発光素子部は、前記縦型トランジスタ素子部に接触する側の面に等電位層を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記縦型トランジスタ素子部が前記発光素子部上に積層している、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
基板と、当該基板上に設けられた導電層と、当該導電層上に設けられて、少なくとも有機半導体層、ベース電極、有機半導体層、エミッタ電極をこの順で積層して形成された縦型トランジスタ素子部と、
前記縦型トランジスタ素子部とは異なる部位の基板上に設けられたコレクタ電極と、当該コレクタ電極上に設けられた発光素子部と、当該発光素子部の上に設けられた等電位層とを有する発光素子であって、
前記縦型トランジスタ素子部は、前記発光素子部よりも平面視での面積が小さく、
前記等電位層と前記導電層とが配線によって接続されていることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
前記縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と前記発光素子部の面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、１／２０以上１／２以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光素子部が正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる１又は２以上の層を有し、前記有機発光層が有機ＥＬ層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、
前記発光素子を構成するマトリックス状の発光素子部に対して、前記発光素子が備えるエミッタ電極とコレクタ電極との間に電圧を印加する第１電圧供給手段と、前記発光素子が備えるエミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加する第２電圧供給手段と、を有することを特徴とする発光表示装置。
【請求項７】
前記第１電圧印加手段は一定電圧を印加し、前記第２電圧印加手段は可変電圧を印加して、前記マトリックス状の個々の発光素子部をアクティブマトリックス方式で駆動する、請求項６に記載の発光表示装置。
【請求項８】
前記第１電圧印加手段は一定電圧を印加し、前記第２電圧印加手段も一定電圧を印加して、前記マトリックス状の発光素子部の所定の広さの領域を非アクティブマトリックス方式で駆動する、請求項６に記載の発光表示装置。
【請求項９】
前記発光素子部を複数有し、各発光素子部それぞれに対応するとともに各発光素子部の１／２０〜１／２の面積の縦型トランジスタ素子部が接続されてなり、各縦型トランジスタは、前記第１電圧供給手段と、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されている前記第２電圧供給手段とを備える、請求項６に記載の発光表示装置。
【請求項１０】
一つの発光素子部に、該発光素子部の１／２０〜１／２の面積から選択された一定面積の縦型トランジスタ素子部が複数並列に接続されてなり、各縦型トランジスタは、前記第１電圧供給手段と、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されている前記第２電圧供給手段とを備える、請求項６に記載の発光表示装置。
【請求項１１】
一つの発光素子部に、該発光画素の１／２０〜１／２の面積であってそれぞれ異なる面積の縦型トランジスタ素子部が複数並列に接続されてなり、各縦型トランジスタは、前記第１電圧供給手段と、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されている前記第２電圧供給手段とを備える、請求項６に記載の発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及び発光表示装置に関し、更に詳しくは、有機半導体層を有する縦型トランジスタ素子部と有機発光層を有する発光素子部とを備えた発光素子、及びその発光素子を備えた発光表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（Organic  Electroluminescence）素子は、素子構造が単純で、薄型化・軽量化・大面積化・低コスト化が可能な次世代ディスプレイの発光素子として期待されており、近年その研究が盛んに行われている。有機ＥＬ素子を駆動するための駆動方式としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin  Film  Transistor）を用いたアクティブマトリックス方式の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field  Effect  Transistor）が動作速度や消費電力の点で有効と考えられている。一方、薄膜トランジスタを構成する半導体材料については、シリコン半導体や化合物半導体等の無機半導体材料についての研究のほか、近年、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）についての研究が盛んに行われている。こうした有機半導体材料は次世代の半導体材料として期待されているが、無機半導体材料に比べて電荷移動度が低く抵抗が高いという問題点がある。
【０００３】
一方、電界効果型トランジスタについて、その構造を縦型にした縦型ＦＥＴ構造の静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ：Static  Induction  Transistor）は、トランジスタのチャネル長を短くできること、表面の電極全体を有効利用できるために高速応答や大電力化が可能となること、さらに、界面の影響が受け難くなること等のメリットがある。
【０００４】
近年、静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）が備える前記の特長を活かし、このＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合させた発光トランジスタの開発が検討されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１を参照）。当該文献に記載の発光トランジスタは、ガラス基板上に、透明導電膜からなるソース電極、スリット状のゲート電極が埋め込まれた正孔輸送層、有機発光層、ドレイン電極がこの順に設けられた縦型ＦＥＴ構造をなしている。この発光トランジスタは、正孔輸送層の内部にスリット状のゲート電極を埋め込んだ構造であり、正孔輸送層とゲート電極とがショットキー接合し、これにより正孔輸送層に空乏層が形成される。この空乏層の広がりはゲート電圧によって変化するので、そのゲート電圧を変化させることによってチャネル長を制御し、ソース電極とドレイン電極との間の電流値を変化させることによりスイッチングを行う。
【０００５】
しかしながら、ＳＩＴ構造と有機ＥＬ素子構造とを複合化させた発光トランジスタは、発光層で発光した光が不透明なゲート電極によって遮蔽されてしまい、光の取り出し効率が低下してしまうという問題があった。こうした問題に対し、ゲート電極を透明又は半透明にして光の遮蔽を防いだり、スリット状のゲート電極を電子輸送層中に設けることにより有機発光層で発光した光が不透明なゲート電極で遮蔽されるのを防いだりすることが検討されている。しかし、これらの方法は、光がゲート電極で遮蔽されるという問題は生じないものの、ドレイン電極とソース電極との間に位置するゲート電極により、電界が遮蔽されて有機発光層に電界の影が生じるという問題や、そうした電界の影が有機発光層で発光する光の発光を局部的に低下させて発光効率を減少させ、光の取り出し効率を低下させるという問題、さらには、構造が複雑なために製造コストが嵩むという問題があった。
【０００６】
最近、上下に配置したエミッタ電極とコレクタ電極との間に有機半導体層を挟み、その有機半導体層内に中間電極を形成した積層構造からなる有機トランジスタ素子が提案されている（非特許文献２を参照）。この有機トランジスタ素子は、エミッタ電極から注入された電子が中間電極を透過することにより、パイポーラトランジスタに似た電流増幅が観測され、その中間電極がベース電極のように働くことから、メタルベース有機トランジスタ（Metal-Base  Organic  Transistor,  MBOT）と呼ばれている。
【０００７】
この有機トランジスタ素子は、基板上に形成された透明ＩＴＯ電極をコレクタ電極とし、その上に電荷輸送性の有機半導体層であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）層／ベース電極としてのＡｌ層／電荷輸送性の有機半導体層であるフラーレンＣ６０層／エミッタ電極としてのＡｇ電極を順に積層したものである。その動作機構は、エミッタ電極とコレクタ電極との間に一定電圧を印加した場合において、エミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加しないときはエミッタ電極とコレクタ電極との間にほとんど電流は流れないが、エミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加するとエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流量が大幅に増加し、電流を変調することができる。
【特許文献１】特開２００３−３２４２０３号公報（請求項１）
【非特許文献１】工藤一浩、「有機トランジスタの現状と将来展望」、応用物理、第７２巻、第９号、第１１５１頁〜第１１５６頁（２００３年）
【非特許文献２】S.Fujimoto,  K.Nakayama,  and  M.Yokoyama,  Appl.  Phys.  Lett.,  87,  133503  (2005).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献２で提案された構造の有機トランジスタ素子は、有機半導体層を容量成分として含むものであり、上記のように有機トランジスタ素子と有機ＥＬ素子を積層して発光素子を構成すると、周波数が高くなるにしたがってトランジスタの変位電流に容量成分の過渡応答電流が重畳し、トランジスタの変位電流が隠れてしまうという問題が生じ得る。また、ベース電圧を印加することによってもトランジスタがオンにならない場合、すなわち、エミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加しないオフ時のエミッタ電極とコレクタ電極との間の電流値が十分に小さな値まで低減できない場合において、トランジスタの面積と有機ＥＬ素子の面積とが同じ場合には、そのトランジスタを駆動させない非選択時であっても、有機ＥＬ素子が発光してしまうという問題が生じ得る。
【０００９】
例えば、図２１は、有機トランジスタ素子１０１と有機ＥＬ素子１１１とを同じ面積で積層した発光素子１００を示す断面構成図である。この場合、有機トランジスタ素子１０１を構成するエミッタ電極１０２とコレクタ電極１０３との間には、有機化合物材料からなる有機ＥＬ素子１１１（コレクタ電極２側から、正孔注入層１１２、正孔輸送層１１３、有機発光層１１４、電子注入層１１５）や有機半導体層１０５Ａ，１０５Ｂが設けられているが、それらの有機層が容量成分となり、その容量成分は発光素子１００の全域が有するものとなっている。
【００１０】
図２２は、図２１に示した発光素子１００において、エミッタ電極１０２とベース電極１０４との間に正弦波交流電圧Ｖｂを周波数を変えて印加した場合において、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０３との間に流れる変位電流を含む出力電流Ｉｃを示す模式的なグラフである。図２２（Ａ）に示すように、Ｖｂの周波数が低い場合（１ｋＨｚ）の出力電流Ｉｃは、エミッタ電極１０２とコレクタ電極１０３との間に流れる変位電流ＩＥで主に占められ、容量成分の過渡応答電流Ｉｏの影響は小さいが、図２２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、Ｖｂの周波数が高い場合（２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ）の出力電流Ｉｃは、容量成分の過渡応答電流Ｉｏが大きくなり、変位電流ＩＥに過渡応答電流Ｉｏが重畳するようになって、変位電流ＩＥが隠れてしまう。こうした問題に対し、従来は、有機トランジスタ素子を構成する有機半導体層の厚さを厚くするなどして、容量の分配比を調整していた。しかしながら、この際には、有機トランジスタ素子が有機ＥＬ素子の発光に十分な電流を供給できなくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、有機発光層を有する発光素子部と有機半導体層を有するトランジスタ素子部とを備えた発光素子において、有機発光層や有機半導体層からなる有機層の容量成分に影響しない発光素子を提供すること、トランジスタ素子の非選択時に望まれない発光が生じない発光素子を提供すること、及びその発光素子を有する発光表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の発光素子は、エミッタ電極、コレクタ電極、該両電極間に設けられた有機半導体層、及び該有機半導体層内に設けられたベース電極を少なくとも備えた縦型トランジスタ素子部と、前記縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層とコレクタ電極との間に有機発光層が設けられている発光素子部と、を有する発光素子であって、前記縦型トランジスタ素子部は、前記発光素子部よりも平面視での面積が小さく、前記発光素子部は、前記縦型トランジスタ素子部に接触する側の面に等電位層を有していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、縦型トランジスタ素子部は発光素子部よりも面積が小さい態様で設けられているので、縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層の容量成分を小さくすることができる。このことは、エミッタ電極とベース電極との間に印加する電圧波形の周波数を高くした場合であっても、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができ、この電流成分による発光素子部の誤動作を回避できる。また、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流に対応した出力電流を発光素子部に与えることができる。その結果、発光素子部での発光を、縦型トランジスタ素子部で精度よく制御することができる。さらに、発光素子部は、縦型トランジスタ素子部に接触する側の面に等電位層を有するので、縦型トランジスタ素子部からの出力電流を発光素子部の発光領域全面に均一に供給することができる。その結果、全面で均一に発光する発光素子を提供することができる。
【００１４】
本発明の発光素子の好ましい態様は、前記縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と前記発光素子部の面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）を、１／２０以上１／２以下であるように構成する。
【００１５】
この発明によれば、Ｓ１／Ｓ２が１／２０以上１／２以下となるように縦型トランジスタ素子部を小さい面積で構成することにより、その容量成分を小さくすることができるので、例えば１００ｋＨｚのような高い周波数を印加した場合であっても、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができ、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流に対応した出力電流を発光素子部に与えることができる。さらに、縦型トランジスタ素子部の面積が顕著に小さいので、例えば縦型トランジスタ素子部と発光素子部とを積層した場合であっても、縦型トランジスタ素子部の構成材料が光透過性のものに制約されることがないという利点がある。
【００１６】
本発明の発光素子の好ましい態様は、前記縦型トランジスタ素子部を前記発光素子部上に積層した態様であってもよいし、前記縦型トランジスタ素子部を前記発光素子部とは異なる基板上の部位に設けた態様であってもよい。
【００１７】
この発明によれば、縦型トランジスタ素子部の面積が顕著に小さいので、その容量成分を小さくすることができるとともに、光透過性の構成要素を含む縦型トランジスタ素子部を積層した場合であっても、発光領域を大きく遮蔽することがなく、また、基板上の異なる部位に縦型トランジスタ素子部を設けた場合には、その縦型トランジスタ素子部を格子状のブラックストライプ部の下又は上に容易に設けることができる。
【００１８】
本発明の発光素子の好ましい態様は、前記発光素子部が、正孔輸送層、電子輸送層、正孔注入層及び電子注入層から選ばれる１又は２以上の層を有し、前記有機発光層が有機ＥＬ層であるように構成する。
【００１９】
上記課題を解決する本発明の発光表示装置は、上記本発明の発光素子をマトリクス状に配置した発光表示装置であって、前記発光素子を構成するマトリックス状の発光素子部に対して、前記発光素子が備えるエミッタ電極とコレクタ電極との間に電圧を印加する第１電圧供給手段と、前記発光素子が備えるエミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加する第２電圧供給手段と、を有することを特徴とする。
【００２０】
この発明の発光表示装置を構成する縦型トランジスタ素子部は、発光素子部よりも面積が小さい態様で設けられているので、縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層の容量成分を小さくすることができ、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができる発光表示装置を提供できる。さらに、この発明によれば、マトリックス状の発光素子部に対して、エミッタ電極とコレクタ電極との間に電圧を印加する第１電圧供給手段と、エミッタ電極とベース電極との間に電圧を印加する第２電圧供給手段とを有するので、アクティブマトリックス方式や非アクティブマトリックス方式により駆動できる。その結果、発光素子部における発光量を容易に調整でき、発光素子部の輝度調整や階調制御を容易に実現可能な発光表示装置を提供できる。
【００２１】
本発明の発光表示装置の好ましい第１の態様は、前記第１電圧印加手段は一定電圧を印加し、前記第２電圧印加手段は可変電圧を印加して、前記マトリックス状の個々の発光素子部をアクティブマトリックス方式で駆動するように構成する。
【００２２】
この発明によれば、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができるとともに、マトリックス状の個々の発光素子部をアクティブマトリックス方式で駆動することができるので、動画画像等の表示品質を向上させることができる。
【００２３】
本発明の発光表示装置の好ましい第２の態様は、前記第１電圧印加手段は一定電圧を印加し、前記第２電圧印加手段も一定電圧を印加して、前記マトリックス状の発光素子部の所定の広さ領域を非アクティブマトリックス方式で駆動するように構成する。
【００２４】
この発明によれば、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができるとともに、マトリックス状の発光素子部の所定の広さ領域を非アクティブマトリックス方式で駆動することができるので、広告用ポスターや電飾掲示板等の静止画像等の表示品質を向上させることができるとともに、駆動回路をシンプルな構成にしてコスト低減を図ることができる。
【００２５】
本発明の発光表示装置の好ましい第３の態様として、前記発光素子部を複数有し、各発光素子部それぞれに対応するとともに各発光素子部の１／２０〜１／２の面積の縦型トランジスタ素子部が接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されているように構成する。この発明によれば、発光素子部に電流を供給するための電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、各発光画素の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの面積比に対応した輝度で各発光画素を発光させることができる。
【００２６】
本発明の発光表示装置の好ましい第４の態様として、一つの発光素子部に、該発光素子部の１／２０〜１／２の面積から選択された一定面積の縦型トランジスタ素子部が複数並列に接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されているように構成する。この発明によれば、発光素子部に電流を供給する電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、発光画素の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの総面積に対応した輝度で発光画素を階調表示することができ、その結果、駆動回路側の出力制御をすることなく発光画像の階調表示を可能とすることができる。
【００２７】
本発明の発光表示装置の好ましい第５の態様として、一つの発光素子部に、該発光画素の１／２０〜１／２の面積であってそれぞれ異なる面積の縦型トランジスタ素子部が複数並列に接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線がベース電極に接続されているように構成する。この発明によれば、発光素子部に電流を供給する電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、発光画素の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの面積又は総面積に対応した輝度で発光画素を階調表示することができ、その結果、駆動回路側の出力制御をすることなく発光画像の階調表示を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の発光素子によれば、縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層の容量成分を小さくすることができるので、エミッタ電極とベース電極との間に印加する電圧波形の周波数を高くした場合であっても、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができ、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流に対応した出力電流を発光素子部に与えることができる。また、縦型トランジスタ素子部のオフ電流を十分小さくすることもできるので、エミッタ電極とベース電極との間に印加する電圧が画素非選択に相当する小さな電圧であるにもかかわらず、縦型トランジスタ素子部のオフ電流が大きいことによる発光素子部の誤動作がない。その結果、発光素子部での発光を、縦型トランジスタ素子部で精度よく制御することができる。さらに、本発明の発光素子によれば、等電位層によって縦型トランジスタ素子部からの出力電流を発光素子部の全面に面均一に与えることができるので、全面で均一に発光する発光素子を提供することができる。
【００２９】
本発明の発光表示装置によれば、縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層の容量成分を小さくすることができ、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができるとともに、アクティブマトリックス方式や非アクティブマトリックス方式により駆動できるので、発光素子部における発光量を容易に調整でき、発光素子部の輝度調整や階調制御を容易に実現可能な発光表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明の発光素子及び発光表示装置について、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有すれば種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
［発光素子］
本発明の発光素子は、エミッタ電極、コレクタ電極、その両電極間に設けられた有機半導体層、及びその有機半導体層内に設けられたベース電極を少なくとも備えた縦型トランジスタ素子部と、その縦型トランジスタ素子部を構成する有機半導体層とコレクタ電極との間に有機発光層が設けられている発光素子部と、を有している。そして、(1)縦型トランジスタ素子部は、発光素子部よりも平面視での面積が小さいこと、(2)発光素子部は、縦型トランジスタ素子部に接触する側の面に等電位層を有していること、に特徴がある。以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図であり、図２は、図１に示す発光素子の平面図である。この発光素子１Ａは、基板２上に発光素子部１０が形成され、その発光素子部１０上の一部に、その発光素子部１０よりも平面視で小さい面積からなる縦型トランジスタ素子部２０が積層されている。
【００３３】
詳しくは、この発光素子１Ａは、基板２上にコレクタ電極２２を形成し、そのコレクタ電極２２上に、正孔輸送層１５、有機発光層１３、電子輸送層１６、電子注入層１１の順で積層した発光素子部１０を形成し、さらにその発光素子部１０上に等電位層１４を形成し、さらにその等電位層１４上の一部分に、有機半導体層２４Ｂ（電子輸送層）、ベース電極２３、有機半導体層２４Ａ（電子輸送層）、エミッタ電極２１の順で積層した縦型トランジスタ素子部２０を形成した形態である。
【００３４】
縦型トランジスタ素子部２０は、図１及び図２に示す例では、平面視で略四角形（Ｘ２×Ｙ２）からなる発光素子部１０の一の隅部の上に、平面視で略四角形（Ｘ１×Ｙ１）からなる小面積の積層体として形成されている。また、発光素子部１０の、縦型トランジスタ素子部２０が積層される側の面には、等電位層１４が形成されているが、その等電位層１４は、縦型トランジスタ素子部２０の有機半導体層２４Ｂに接触するように設けられている。
【００３５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図であり、図４は、図３に示す発光素子の平面図である。この発光素子１Ｂは、基板２上に縦型トランジスタ素子部２０が形成され、その縦型トランジスタ素子部２０を覆うように、その縦型トランジスタ素子部２０よりも平面視で大きい面積からなる発光素子部１０が積層されている。
【００３６】
詳しくは、この発光素子１Ｂは、基板２上に、エミッタ電極２１、有機半導体層２４Ａ（電子輸送層）、ベース電極２３、有機半導体層２４Ｂ（電子輸送層）の順で積層した縦型トランジスタ素子部２０を形成し、さらに、その縦型トランジスタ素子部２０を覆うようにその縦型トランジスタ素子部よりも平面視で大面積の等電位層１４を形成し、さらにその等電位層１４上に、電子注入層１１、電子輸送層１６、有機発光層１３、正孔輸送層１５の順で積層した発光素子部１０を形成し、さらにその発光素子部１０上にコレクタ電極２２を形成した形態である。
【００３７】
縦型トランジスタ素子部２０は、図３及び図４に示す例では、平面視で略四角形（Ｘ２×Ｙ２）からなる発光素子部１０の一の隅部の下に、平面視で略四角形（Ｘ１×Ｙ１）からなる小面積の積層体として形成されている。また、発光素子部１０の、縦型トランジスタ素子部２０を覆う側の面には、等電位層１４が設けられているが、その等電位層１４は、縦型トランジスタ素子部２０の有機半導体層２４Ｂ接触するように設けられている。
【００３８】
なお、図３に示す発光素子１Ｂにおいては、発光素子部１０の下に、縦型トランジスタ素子部２０の高さ（厚さ）と略同じ厚さからなるバッファ層３０が縦型トランジスタ素子部２０に隣接して設けられているが、このバッファ層３０は本発明の必須の構成ではなく、必ずしも設けられていなくてもよい。バッファ層３０は、例えばアクリル系樹脂、カルド系樹脂、無機絶縁材料等からなる材料で形成することができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図であり、図６は、図５に示す発光素子の平面図である。この発光素子１Ｃは、基板２上に発光素子部１０が形成され、さらにその発光素子部１０とは異なる部位の基板２上に、その発光素子部１０よりも平面視で小さい面積からなる縦型トランジスタ素子部２０が形成されている。
【００４０】
詳しくは、この発光素子１Ｃは、基板２上にコレクタ電極２２を形成し、そのコレクタ電極２２上に、正孔輸送層１５、有機発光層１３、電子輸送層１６、電子注入層１１の順で積層した発光素子部１０を形成し、さらにその発光素子部１０上に等電位層１４を形成するとともに、発光素子部１０とは異なる部位の基板２上に導電層１７を形成し、その導電層１７上に、有機半導体層２４Ｂ（電子輸送層）、ベース電極２３、有機半導体層２４Ａ（電子輸送層）、エミッタ電極２１の順で積層した縦型トランジスタ素子部２０を形成した形態である。
【００４１】
縦型トランジスタ素子部２０は、図５及び図６に示す例では、平面視で略四角形（Ｘ２×Ｙ２）からなる発光素子部１０の近くの基板２上に、平面視で略四角形（Ｘ１×Ｙ１）からなる小面積の積層体として形成されている。また、発光素子部１０上に形成された等電位層１４は、縦型トランジスタ素子部２０の下に設けられた導電層１７と配線３１によって接続されている。なお、導電層１７の形成材料や配線３１の材料は特に限定されないが、導電層１７としては、例えばＡｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）等の酸化物半導体の薄膜を１０ｎｍ〜１００００ｎｍの厚さで形成したものを好ましく挙げることができ、配線３１も同様に、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）等の酸化物半導体の薄膜を１０ｎｍ〜１００００ｎｍの厚さで形成したものを好ましく挙げることができる。
【００４２】
以上、第１〜第３実施形態の発光素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて説明したが、本発明の発光素子は、これらの形態に限定されるものではなく、上記特徴を有するものであれば種々変形は可能である。本発明の発光素子によれば、縦型トランジスタ素子部２０は発光素子部１０よりも面積が小さい態様で設けられているので、縦型トランジスタ素子部２０を構成する有機半導体層（２４Ａ，２４Ｂ）の容量成分を小さくすることができる。このことは、エミッタ電極２１とベース電極２３との間に印加する正弦波交流電圧Ｖｂ（ベース電圧Ｖｂとも呼ぶ。）の周波数を高くした場合であっても、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができ、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に流れる変位電流に対応した出力電流Ｉｃを発光素子部１０に与えることができる。その結果、発光素子部１０での発光を、縦型トランジスタ素子部２０で精度よく制御することができる。また、発光素子部１０の、縦型トランジスタ素子部２０に接触する側の面には等電位層１４が設けられているので、縦型トランジスタ素子部２０からの出力電流Ｉｃを発光素子部１０の全面に面均一に与えることができる。その結果、全面で均一に発光可能な発光素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃを提供することができる。
【００４３】
なお、本発明の発光素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、縦型トランジスタ素子部２０の面積Ｓ１と発光素子部１０の面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、１／２０以上１／２以下、好ましくは１／１０以上１／３以下であることが好ましい。Ｓ１／Ｓ２を上記範囲となるように縦型トランジスタ素子部２０を小さい面積で構成することにより、その容量成分を小さくすることができるので、例えば１００ｋＨｚのような高い周波数を印加した場合であっても、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができ、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に流れる変位電流に対応した出力電流Ｉｃを発光素子部１０に与えることができる。なお、Ｓ１／Ｓ２が１／２０未満の場合には、変調電流量が不足し、画素の選択時に十分な発光輝度を得るために必要な電流を供給できなくなるおそれがあり、また、Ｓ１／Ｓ２が１／２を超えると、容量成分が大きくなって、例えば１００ｋＨｚのような高い周波数を印加した場合に容量成分の過渡応答電流の影響が大きくなるおそれがある。もしくは、画素の非選択時においてもトランジスタのオフ電流が大きいために、発光するべきでない画素が発光してしまうという誤動作が生じるおそれがある。
【００４４】
さらに、縦型トランジスタ素子部２０の面積が上記範囲のように小さいので、例えば縦型トランジスタ素子部２０と発光素子部１０とを積層した場合であっても、縦型トランジスタ素子部２０の構成材料が光透過性のものに制約されることがないという利点がある。
【００４５】
（各構成要素）
以下に、本発明の発光素子を構成する縦型トランジスタ素子部と発光素子部の構成要素について順に説明する。
【００４６】
（基板）
最初に、基板２について説明する。本発明においては、基板２上に縦型トランジスタ素子部２０と発光素子部１０が形成されているが、その基板２の種類や構造は特に限定されるものではなく、積層する各層の材質等により適宜決めることができる。例えば、Ａｌ等の金属、ガラス、石英又は樹脂等の各種の材料からなるものを用いることができる。なお、有機発光層１３で発光した光を基板２側から出射させるボトムエミッション構造の発光素子の場合には、透明又は半透明になる材料で基板が形成されることが好ましいが、有機発光層１３で発光した光を基板の反対側から出射させるトップエミッション構造の発光素子の場合には、必ずしも透明又は半透明になる材料を用いる必要はなく、不透明材料で基板を形成してもよい。
【００４７】
特に、有機ＥＬ素子の基板として一般的に用いられているもの、すなわち、有機ＥＬ素子を強度的に支持しているものを好ましく用いることができる。基板２の材質は、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。具体的に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。また、基板１の形状としては、枚葉状でも連続状でもよく、具体的な形状としては、例えばカード状、フィルム状、ディスク状、チップ状等を挙げることができる。
【００４８】
（縦型トランジスタ素子部）
次に、縦型トランジスタ素子部について説明する。縦型トランジスタ素子部２０は、図１、図３及び図５に示すように、エミッタ電極２１と、コレクタ電極２２と、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に設けられた有機半導体層２４Ａ，２４Ｂと、有機半導体層内（詳しくは、有機半導体層２４Ａと有機半導体層２４Ｂとの間）に設けられたベース電極２３とを少なくとも備えた構造を呈している。この有機半導体層２４Ａ，２４Ｂは、詳しくは、ベース電極２３のエミッタ電極２１側に設けられた電荷輸送性の第１有機半導体層２４Ａと、ベース電極２３のコレクタ電極２２側に設けられた電荷輸送性の第２有機半導体層２４Ｂとで構成されている。なお、本発明においては、コレクタ電極２２と有機半導体層２４Ｂとの間に、発光素子部１０と等電位層１４が設けられている。
【００４９】
縦型トランジスタ素子部２０の具体例としては、後述の実施例で示すように、例えば厚さ１００ｎｍの透明ＩＴＯ電極をコレクタ電極２２とし、発光素子部１０と等電位層１４を介して、ｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ、平均厚さ５００ｎｍ）からなる第２有機半導体層２４Ｂと、アルミニウムからなる平均厚さ２０ｎｍのベース電極２３と、フラーレン（Ｃ６０、平均厚さ１００ｎｍ）からなる第１有機半導体層２４Ａと、銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極２１とを、真空蒸着等の成膜手段でその順に積層して構成できる。なお、第２有機半導体層２４Ｂとベース電極２３との間に、厚さ２ｎｍないし５ｎｍの酸化ケイ素膜（図示しない）を暗電流抑制層として設けてもよい。図１等において、Ｉｃは、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加したときの電流であり、Ｉｂは、エミッタ電極２１とベース電極２３との間にベース電圧Ｖｂを印加したときの電流である。
【００５０】
縦型トランジスタ素子部２０において、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間にコレクタ電圧Ｖｃを印加し、さらにエミッタ電極２１とベース電極２３と間にベース電圧Ｖｂを印加すると、そのベース電圧Ｖｂの作用により、エミッタ電極２１から注入された電子が著しく加速されてベース電極２３を透過し、コレクタ電極２２に到達する。すなわち、ベース電圧Ｖｂの印加によってエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流Ｉｃを増幅させることができる。
【００５１】
（電極）
縦型トランジスタ素子部２０の電極は、エミッタ電極２１、コレクタ電極２２及びベース電極２３で構成される。第１〜第３実施形態に示すように、コレクタ電極２２は、ベース電極２３との間に発光素子部１０と等電位層１４とを介するように設けられ、ベース電極２３は、第１有機半導体層２４Ａと第２有機半導体層２４Ｂとの間に埋め込まれるように設けられ、エミッタ電極２１は、コレクタ電極２２と対向する位置に設けられて、ベース電極２３との間に第１有機半導体層２４Ａを介するように設けられる。各電極を構成する材料としては、金属、導電性酸化物、導電性高分子等の薄膜が用いられる。なお、図３及び図５に示すように、エミッタ電極２１又はコレクタ電極２２を基板２上に設ける場合には、その間にバリア層や平滑層等が設けられていてもよい（図示しない）。
【００５２】
正孔輸送層１５又は正孔注入層（図示しない）に接触するコレクタ電極２２の形成材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、金、クロムのような仕事関数の大きな金属、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等を挙げることができる。一方、電子注入層１１又は電子輸送層１６に接触するエミッタ電極２１の形成材料としては、アルミニウム、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、それらアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を挙げることができる。
【００５３】
ベース電極２３は第１有機半導体層２４Ａと第２有機半導体層２４Ｂとの間に設けられてそれらの有機半導体層２４Ａ，２４Ｂとショットキー接触を形成することが好ましい。ベース電極２３は、エミッタ電極２１から供給された電荷をコレクタ電極２２側の有機半導体層２４Ｂ内に強制的に供給するように作用するので、ベース電極２３の形成材料としては、必ずしも有機半導体層２４Ｂに電荷を注入し易い材料である必要はない。しかし、コレクタ電極２２側の有機半導体層２４Ｂが正孔注入層又は正孔注入材料を有する層である場合には、仕事関数が小さい材料でベース電極２３を形成することが好ましく、一方、その有機半導体層２４Ｂが電子注入層又は電子注入材料を有する層である場合には、仕事関数が大きい材料でベース電極２３を形成することが好ましい。こうしたベース電極２３の形成材料としては、例えば、アルミ、銀等の単体金属、ＭｇＡｇ等のマグネシウム合金、ＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のアルミニウム合金、Ｌｉ、Ｃａをはじめとするアルカリ金属類、ＬｉＦ等のアルカリ金属類の合金のような仕事関数の小さな金属等を好ましく使用することができるが、電荷（正孔、電子）注入層とショットキー接触を形成することが可能であれば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、金、クロムのような仕事関数の大きな金属、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等も使用することができる。
【００５４】
本発明の発光素子は、エミッタ電極２１とベース電極２３を備えた小面積の縦型トランジスタ素子部２０が形成されているので、発光素子部１０の有機発光層１３で発光した光が縦型トランジスタ素子部２０にかかる程度が小さい。そのため、有機発光層１３で発光した光を基板２側から出射させるボトムエミッション構造の場合や、その光を基板２の反対側から出射させるトップエミッション構造の場合においても、エミッタ電極２１とベース電極２３を透明又は半透明の材料で形成することは必ずしも必要ではない。なお、各電極を透明又は半透明の電極材料としても構わないが、その場合には、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜が好ましく用いられる。
【００５５】
上記の各電極のうちエミッタ電極２１とコレクタ電極２２については、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の真空プロセスあるいは塗布により薄膜状に形成され、その膜厚は使用する材料等によっても異なるが、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さであることが好ましい。これらの膜厚は、厚さ方向の試料断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により５箇所の平均値を測定して得ることができる。
【００５６】
一方、ベース電極２３については、種々の形態で形成することができる。第１の例としては、ベース電極２３は、例えば特開２００４−３２７６１５号公報、特開２００７−２７５６６号公報、特開２００５−２４３８７１号公報、特開２００３−３２４２０３号公報等に示すように、有機半導体層２４Ａ，２４Ｂ内にストライプ状（メッシュ状）に形成するものであってもよい。この形態のベース電極２３は、ストライプ状に形成されているので、第１有機半導体層２４Ａと第２有機半導体層２４Ｂとを繋ぐ「開口部」を有している。エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間にコレクタ電圧Ｖｃが印加され、エミッタ電極２１とベース電極２３との間にベース電圧Ｖｂが印加されると、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に流れる電荷は、その「開口部」を通過する。こうしたベース電極２３は、例えば図１の例では、第２有機半導体層２４Ｂ上に例えば１０ｎｍ〜８０ｎｍ程度の蒸着膜等を形成した後、その蒸着膜等をパターンエッチングすることにより、「開口部」を有するベース電極２３を形成することができる。なお、第１有機半導体層２４Ａはこうして形成されたベース電極２３上に形成される。
【００５７】
また、第２の例としては、ベース電極２３は、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さの蒸着膜等を形成するものであってもよい。この形態のベース電極２３は、厚さが薄く形成されているので、ベース電圧Ｖｂで加速された弾道電子又は弾道正孔が有機半導体層２４Ａ，２４Ｂ内を容易に透過できる。なお、ベース電極４の厚さは、厚さ方向の試料断面を透過型電子顕微鏡により測定される。
【００５８】
また、第３の例としては、ベース電極２３は、粒状金属が面内方向（層の横方向）に粒状に分布して微細な「開口部」を有するとともに、その粒状金属を内部に有する態様で絶縁性金属化合物が形成されているものであってもよい。すなわち、このベース電極２３は、連続する絶縁性金属化合物内に、粒状金属が横方向に分布し、その粒状金属間の「開口部」は前記同様、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に流れる電荷が通過する部位であり、絶縁性金属化合物で形成されている。粒状金属の形態は特に限定されないが、通常は円形又は略円形（楕円形等を含む）又はそれらに類似の形態である。円形又は略円形からなる粒状金属の直径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が特に好ましい。こうした範囲の粒状金属は、上記の第１の例で説明したベース電極２３よりも微細に形成されているので、開口部が狭い。さらに、粒状金属の周りに形成されて電流の透過部として作用する開口部を、高い密度で形成することができる。こうしたベース電極２３を形成することにより、エミッタ電極２１とベース電極２３との間にベース電圧Ｖｂを印加することによって、エミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間を流れる電流Ｉｃを効率的に変調することができる。
【００５９】
第３の例のベース電極２３である粒状金属の厚さは特に限定されず、例えば５ｎｍ〜８０ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍ程度を挙げることができる。この粒状金属は、所定粒径の結晶粒の集合体からなる金属膜を成膜した後、その金属膜を酸化等の化学反応させることにより形成することができる。この粒状金属の材質は導電性の金属であれば特に限定されないが、好ましくは導電性のよいアルミニウム又は銅等が採用される。特にアルミニウムは、酸化反応によって容易に酸化アルミニウムとすることができ、その酸化アルミニウムが絶縁性金属化合物となるので便利である。しかも、その酸化アルミニウムは、酸化の進行がある程度進むと停止するという性質を有するので、絶縁性金属化合物の厚さをおよそ１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内にコントロールすることができるという利点がある。
【００６０】
なお、絶縁性金属化合物内に含まれる粒状金属は、それぞれ金属部分が接触して繋がっていないが、粒状金属間に存在する電流の透過部としての絶縁性金属化合物の幅（隣り合う粒状金属の間隔）が微細なので、粒状金属間ではトンネル電流が流れる等して電極としての電気導電性を確保できる。
【００６１】
（有機半導体層）
有機半導体層２４Ａ，２４Ｂは、図１等に示すように、ベース電極２３のエミッタ電極２１側に設けられた電荷輸送性の第１有機半導体層２４Ａと、ベース電極２３のコレクタ電極２２側（すなわち発光素子部１０側）に設けられた電荷輸送性の第２有機半導体層２４Ｂとで構成されている。この有機半導体層２４Ａ，２４Ｂは、種々の有機半導体材料で形成でき、通常は電荷輸送特性の良い電荷輸送材料で形成される。
【００６２】
有機半導体層２４Ａ，２４Ｂの具体的な構成としては、例えば、(i)第１有機半導体層２４Ａと第２有機半導体層２４Ｂとが同じ材料で形成しても異なる材料で形成してもよいし、(ii)その材料が正孔輸送材料であっても電子輸送材料であってもよいし、(iii)第１有機半導体層２４Ａの厚さと第２有機半導体層２４Ｂの厚さとが同じでも異なっていてもよいし（ただし、第１有機半導体層２４Ａの厚さよりも第２有機半導体層２４Ｂの厚さが厚いことが好ましい。）、(iv)電荷注入層（図示しない）を第１有機半導体層２４Ａとエミッタ電極２１との間に設けてもよい。なお、有機半導体層２４Ａ，２４Ｂ上に電極を形成する場合は、電極形成時に有機半導体層２４Ａ，２４Ｂに加わるダメージを軽減するための保護層（図示しない）を有機半導体層２４Ａ，２４Ｂ上に設けてもよい。保護層としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜やＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の無機半導体膜等の蒸着膜又はスパッタ膜のように、成膜時にダメージを与え難いものが１〜５００ｎｍ程度の厚さで成膜することが好ましい。
【００６３】
有機半導体層２４Ａ，２４Ｂの形成材料としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス８−キノリノラトアルミニウム錯体）、ｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ）、フラーレンＣ６０、ＮＴＣＤＡ（ナフタレンテトラカルボン酸二無水物）、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物）若しくはＰｈ−Ｅｔ−ＰＴＣ等を好ましく挙げることができ、また、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電荷輸送材料として通常使用されるものを挙げることができる。
【００６４】
有機半導体層２４Ａ，２４Ｂの電荷移動度は、なるべく高いことが望ましく、少なくとも、０．００１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが望ましい。また、第２有機半導体層２４Ｂの厚さは、通常、３００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度を挙げることができるが、好ましくは４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度である。なお、その厚さが３００ｎｍ未満の場合又は１０００ｎｍを超える場合は、トランジスタ動作を生じないことがある。一方、エミッタ電極２１側の第１有機半導体層２４Ａの厚さは、第２有機半導体層２４Ｂに比べて基本的に薄いことが望ましく、通常、５００ｎｍ程度以下を挙げることができるが、好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。なお、その厚さが５０ｎｍ未満の場合は、導通の問題が発生して歩留まりが低下することがある。
【００６５】
有機半導体層２４Ｂとベース電極２３との間に、酸化ケイ素膜（図示しない）を暗電流抑制層として設けることが好ましい。この暗電流抑制層は、ベース電圧ＶｂをＯＦＦにした際に、コレクタ電圧Ｖｃによって生じたエミッタ電流がベース電極２３を透過しないように作用する。なお、必要に応じてベース電極２３の両面に暗電流抑制層を設けてもよい。暗電流抑制層の形成材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリサルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料等を挙げることができる。また、有機系半導体材料を用いてもよいし、無機系半導体材料を用いてもよい。これらの材料から、暗電流抑制層としての作用効果を奏することを条件に最適なものが選定される。これらの形成材料は、単独で用いてもよいし、２種以上の材料を用いてもよい。
【００６６】
こうして形成された縦型トランジスタ素子部２０は、低電圧で大電流変調が可能なトランジスタ素子として機能することから、発光素子部１０のスイッチング素子である駆動トランジスタとして好ましく適用できる。
【００６７】
（発光素子部）
次に、発光素子部１０について説明する。発光素子部１０は、上述した縦型トランジスタ素子部２０を構成する第２有機半導体層２４Ｂとコレクタ電極２２との間に少なくとも有機発光層１３が設けられている。さらに、発光素子部１０の、縦型トランジスタ素子部２０に接触する側の面には、等電位層１４が形成されている。なお、「少なくとも」とは、発光素子部１０が有機発光層１３を必須の層として有し、さらにコレクタ電極２２と有機発光層１３との間に正孔注入層や正孔輸送層を必要に応じて設けてもよいし、等電位層１４と有機発光層１３との間に電子注入層や電子輸送層を必要に応じて設けてもよいことを意味する。なお、その他の層として、正孔ブロック層、電子ブロック層等のように、キャリア（正孔、電子）のつきぬけを防止し、効率よくキャリアの再結合させるための電荷ブロック層を設けてもよい。具体的には、図１、図３及び図５に示すように、基板２に形成されコレクタ電極２２上に、正孔輸送層１５、有機発光層１３、電子輸送層１６、電子注入層１１からなる発光素子部１０が形成され、さらにその発光素子部１０上に等電位層１４が形成されている。
【００６８】
（有機発光層、その他の層）
有機発光層１３、正孔輸送層１５、電子輸送層１６、電子注入層１１、正孔注入層等の各有機層は、発光素子部１０の構成や構成材料の種類等に応じ、適切な膜厚（例えば０．１ｎｍ〜１０μｍの範囲内）で形成される。各有機層の膜厚が厚すぎる場合には、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になって発光効率が悪くなることがあり、各有機層の膜厚が薄すぎる場合には、ピンホール等が発生して電界を印加しても十分な発光輝度が得られないことがある。
【００６９】
有機発光層１３の形成材料としては、有機ＥＬ素子の発光層として一般的に用いられている材料であれば特に限定されず、例えば色素系発光材料、金属錯体系発光材料、高分子系発光材料等を挙げることができる。
【００７０】
色素系発光材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。
【００７１】
金属錯体系発光材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等、又はＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。
【００７２】
高分子系発光材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、及びそれらの共重合体等を挙げることができる。
【００７３】
有機発光層１３中には、発光効率の向上や発光波長を変化させる等の目的でドーピング剤等の添加剤を添加するようにしてもよい。ドーピング剤としては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体等を挙げることができる。
【００７４】
正孔輸送層１５の形成材料としては、フタロシアニン、ナフタロシアニン、ポリフィリン、オキサジアゾール、トリフェニルアミン、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ヒドラゾン、スチルベン、ペンタセン、ポリチオフェン若しくはブタジエン、又はこれらの誘導体等、正孔輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。また、正孔輸送層１５の形成材料として市販されている、例えばポリ（３、４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（略称ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、バイエル社製、商品名；Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ  ＡＩ４０８３、水溶液として市販。）等も使用することができる。正孔輸送層１５は、こうした化合物を含有した正孔輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの正孔輸送材料は、上記の有機発光層１３内に混ぜてもよいし、正孔注入層（図示しない）内に混ぜてもよい。
【００７５】
電子輸送層１６の形成材料としては、アントラキノジメタン、フルオレニリデンメタン、テトラシアノエチレン、フルオレノン、ジフェノキノンオキサジアゾール、アントロン、チオピランジオキシド、ジフェノキノン、ベンゾキノン、マロノニトリル、ニジトロベンゼン、ニトロアントラキノン、無水マレイン酸若しくはペリレンテトラカルボン酸、又はこれらの誘導体等、電子輸送材料として通常使用されるものを用いることができる。電子輸送層１６は、こうした化合物を含有した電子輸送層形成用塗液を用いて形成される。なお、これらの電子輸送材料は、上記の有機発光層１３内に混ぜてもよいし、電子注入層（図示しない）内に混ぜてもよい。
【００７６】
電子注入層１１の形成材料としては、有機発光層１３の発光材料に例示した化合物の他、アルミニウム、フッ化リチウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、カルシウム、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム、リチウム、セシウム、フッ化セシウム等のようにアルカリ金属類、及びアルカリ金属類のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体等を挙げることができる。
【００７７】
正孔注入層の形成材料としては、例えば、有機発光層１３の発光材料に例示した化合物の他、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの誘導体等を挙げることができる。
【００７８】
なお、上述した有機発光層１３や電荷輸送層（正孔輸送層１５、電子輸送層１６）等の有機層中には、必要に応じてオリゴマー材料又はデンドリマー材料の発光材料若しくは電荷輸送注入材料を含有させてもよい。
【００７９】
上述した各層は、真空蒸着法によって成膜するか、あるいは、それぞれの形成材料をトルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の溶媒に溶解又は分散させて塗布液を調整し、その塗布液を塗布装置等を用いて塗布又は印刷等することで形成される。
【００８０】
また、必要に応じて、励起子ブロック層（図示しない）を設けてもよい。励起子ブロック層は、正孔ブロック層、電子ブロック層等として機能する層であり、キャリア（正孔、電子）が有機発光層１３を突き抜けるのを防止し、効率よくキャリアを再結合させるためのブロック層である。例えば有機発光層１３のエミッタ電極２１側の隣接面に正孔ブロック層を設けることにより、コレクタ電極２２から注入された正孔が有機発光層１３を突き抜けるのを防ぐことができ、また、有機発光層１３のコレクタ電極２２側の隣接面に電子ブロック層を設けることにより、エミッタ電極２１から注入された電子が有機発光層１３を突き抜けるのを防ぐことができる。励起子ブロック層の形成材料としては、ＢＣＰ（１−ブロモ−３−クロロプロパン) を例示できる。
【００８１】
（等電位層）
等電位層１４は、縦型トランジスタ素子部２０に接触する側の発光素子部１０の面に、通常、その発光素子部１０の発光領域と同じ面積で設けられている。この等電位層１４は、小面積の縦型トランジスタ素子部２０から出力された電流を大面積の発光素子部１０に面均一に与えるように作用し、その結果、有機発光層１３の全面で均一に発光させることができ、有機発光層１３の各部での発光効率を向上させることができる。なお、等電位層１４は、通常は有機発光層１３の大きさと同じ大きさで設けられるが、必ずしも同じ大きさである必要はなく、発光領域として作用する実質的な領域に等電位層１４が設けられていればよい。
【００８２】
等電位層１４と発光素子部１０との位置関係は、図１及び図５に示すように、発光素子部１０の上に等電位層１４が設けられていてもよいし、図３に示すように、発光素子部１０の下に等電位層１４が設けられていてもよい。また、等電位層１４と第２有機半導体層２４Ｂとの位置関係としては、(1)図１に示すように、等電位層１４の隅部の上に第２有機半導体層２４Ｂが設けられていてもよいし、(2)図３に示すように、等電位層１４の隅部の下に第２有機半導体層２４Ｂが設けられていてもよいし、(3)図５に示すように、基板２上に設けられた導電層１７と、発光素子部１０の最上層として設けられた等電位層１４とが配線３１により接続されていてもよい。
【００８３】
等電位層１４は、エミッタ電極２１から供給されてベース電極２３を透過した電子を全面に伝導させることができ、且つその電子を電子注入層１１に容易に伝導させることができる材料で形成されていることが望ましい。等電位層１４の形成材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ等の金属材料、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＴｉＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＲｕＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２、ＣｕＡｌＯ２等の導電性無機化合物が用いられる。
【００８４】
等電位層１４は、有機発光層１３で発光した光を反射することができる光反射型の層であってもよい。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ等からなる金属で形成した等電位層１４は、反射層として用いることができる。こうした等電位層１４を設けることにより、有機発光層１３で発生した光が等電位層１４で反射して発光層側に戻ることになる。そのため、有機発光層１３からみて等電位層１４の反対側が光取り出し側であり、且つその側に配置されたコレクタ電極２２を透明又は半透明とすることにより、光取り出し効率をより一層向上させることができる。なお、等電位層１４が透過率の高い透明又は半透明の層とした場合には、コレクタ電極２２を光反射型の層とすることにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【００８５】
［発光表示装置］
次に、本発明の発光表示装置について説明する。本発明の発光表示装置は、上記本発明の発光素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃをマトリクス状に配置したものであって、その発光素子を構成するマトリックス状の発光素子部１０に対して、発光素子が備えるエミッタ電極２１とコレクタ電極２２との間に電圧（コレクタ電圧Ｖｃ）を印加する第１電圧供給手段と、発光素子が備えるエミッタ電極２１とベース電極２３との間に電圧（ベース電圧Ｖｂ）を印加する第２電圧供給手段とを有する。
【００８６】
上述のように、この発光表示装置を構成する縦型トランジスタ素子部２０は、発光素子部１０よりも面積が小さい態様で設けられているので、縦型トランジスタ素子部２０を構成する有機半導体層２４Ａ，２４Ｂの容量成分を小さくすることができる。その結果、本発明においては、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができる発光表示装置を提供できる。さらに、この発光表示装置は、第１電圧供給手段と第２電圧供給手段とを有するので、アクティブマトリックス方式や非アクティブマトリックス方式により駆動でき、その結果、発光素子１０部における発光量を容易に調整でき、発光素子部１０の輝度調整や階調制御を容易に実現可能な発光表示装置を提供できるという効果を奏する。
【００８７】
こうした発光表示装置は、動画画像等を表示するアクティブマトリックス駆動制御や、広告用ポスターや電飾掲示板等の静止画像等を表示する非アクティブマトリックス駆動制御によって駆動させることができる。前者の第１態様は、第１電圧印加手段が一定電圧を印加し、第２電圧印加手段が可変電圧を印加するように構成して、マトリックス状の個々の発光素子部１０をアクティブマトリックス方式で駆動する。一方、後者の第２態様は、第１電圧印加手段が一定電圧を印加し、第２電圧印加手段も一定電圧を印加するように構成して、マトリックス状の発光素子部１０の所定の広さ領域を非アクティブマトリックス方式で駆動する。
【００８８】
第１態様の発光表示装置では、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができるとともに、マトリックス状の個々の発光素子部をアクティブマトリックス方式で駆動するので、動画画像の表示品質を向上させることができる。一方、第２態様の発光表示装置は、容量成分の過渡応答電流の影響を小さくすることができるとともに、マトリックス状の発光素子部の所定の広さ領域を非アクティブマトリックス方式で駆動するので、広告用ポスターや電飾掲示板等の静止画像の表示品質を向上させることができるとともに、駆動回路をシンプルな構成にしてコスト低減を図ることができる。
【００８９】
最初に、発光表示装置の駆動原理について説明する。
【００９０】
図７は、本発明の発光素子を内蔵した典型的な発光表示装置の一例を示す概略図であり、図８は、発光表示装置内の各画素（単位素子）５０として設けられた本発明の発光素子の一例を示す回路概略図である。この発光表示装置は、画素（単位素子）５０が１つのスイッチングトランジスタ（縦型トランジスタ素子部２０）を有する例を示している。
【００９１】
図８に示す画素５０は、縦横に配列された第一スイッチング配線５７と第二スイッチング配線５８とに接続されている。第一スイッチング配線５７及び第二スイッチング配線５８は、図７に示すように、電圧制御回路４２に接続され、その電圧制御回路４２は、画像信号供給源４１に接続されている。なお、図７及び図８中の符号５６はグランド配線であり、符号５９は定電圧印加線である。
【００９２】
図８において、第一スイッチングトランジスタ５３のエミッタ電極２１ａは、第二スイッチング配線５８に接続され、ベース電極２３ａは、第一スイッチング配線５７に接続され、通常のコレクタ電極位置にある等電位層１４ａは、電圧保持用コンデンサ５５の一方の端子に接続されているとともにグランド５６に接続され、発光素子部１０に接触して設けられているコレクタ電極２２は、定電圧印加線５９に接続されている。また、電圧保持用コンデンサ５５の他方の端子は、グランド５６に接続されている。
【００９３】
次に、図８に示す回路の動作について説明する。第一スイッチング配線５７に電圧が印加されると、第一スイッチングトランジスタ５３のベース電極２３ａにベース電圧Ｖｂが印加される。これにより、エミッタ電極２１ａと等電位層１４ａとの間に導通が生じる。この状態において、第二スイッチング配線５８に電圧が印加されると、エミッタ電極２１ａに電圧が印加され、電圧保持用コンデンサ５５に電荷が貯えられる。これにより、第一スイッチング配線５７又は第二スイッチング配線５８に印加する電圧をオフにしても、発光素子部１０のベース電極２３ａに、電圧保持用コンデンサ５５に貯えられた電荷が消滅するまで電圧が印加され続ける。発光素子部１０に接触するコレクタ電極２２に電圧が印加されることにより、エミッタ電極２１ａとコレクタ電極２２との間が導通し、定電圧供給線５９から発光素子部１０を通過してグランド５６に電流が流れ、発光素子部１０が発光する。
【００９４】
図９は、発光表示装置内の画素（単位素子）５１として設けられた本発明の発光素子の他の一例を示す回路概略図である。この発光表示装置は、画素（単位素子）５１が２つのスイッチングトランジスタを有する例を示している。
【００９５】
図９に示す画素５１は、図８の場合と同様、縦横に配列された第一スイッチング配線５７と第二スイッチング配線５８とに接続されている。第一スイッチング配線５７及び第二スイッチング配線５８は、図７に示すように、電圧制御回路４２に接続され、その電圧制御回路４２は、画像信号供給源４１に接続されている。なお、図９中の符号５６はグランド配線であり、符号４３は電流供給線であり、符号５９は定電圧印加線である。
【００９６】
図９において、第一スイッチングトランジスタ５３のエミッタ電極２１ａは、第二スイッチング配線５８に接続され、ベース電極２３ａは、第一スイッチング配線５７に接続され、通常のコレクタ電極位置にある等電位層１４ａは、第二スイッチングトランジスタ５４のベース電極２３ｂ及び電圧保持用コンデンサ５５の一方の端子に接続されている。また、電圧保持用コンデンサ５５の他方の端子は、グランド５６に接続され、第二スイッチングトランジスタ５４のエミッタ電極２１ｂは、電流供給線４３に接続され、通常のコレクタ電極位置にある等電位層１４ｂは、グランド５６に接続され、発光素子部１０に接触して設けられているコレクタ電極２２は、定電圧印加線５９に接続されている。また、電圧保持用コンデンサ５５の他方の端子は、グランド５６に接続されている。
【００９７】
次に、図９に示す回路の動作について説明する。第一スイッチング配線５７に電圧が印加されると、第一スイッチングトランジスタ５３のベース電極２３ａにベース電圧Ｖｂが印加される。これにより、エミッタ電極２１ａと等電位層１４ａとの間に導通が生じる。この状態において、第二スイッチング配線５８に電圧が印加されると、ベース電極２３ｂに電圧が印加され、電圧保持用コンデンサ５５に電荷が貯えられる。これにより、第一スイッチング配線５７又は第二スイッチング配線５８に印加する電圧をオフにしても、第二スイッチングトランジスタ５４のベース電極２３ｂに、電圧保持用コンデンサ５５に貯えられた電荷が消滅するまで電圧が印加され続ける。第二トランジスタ５４のベース電極２３ｂに電圧が印加されることにより、エミッタ電極２１ｂと等電位層１４ｂとの間が導通し、定電圧印加線５９からコレクタ電極２２と発光素子部１０を通過してグランド５６に電流が流れ、発光素子部１０が発光する。
【００９８】
図７に示す画像信号供給源４１は、例えばそれに内蔵又は接続されている画像情報メディアに記録されている画像情報を再生する装置や、入力された電気磁気的な情報を電気信号に変換する装置からもたらされる電気信号を、電圧制御装置４２が受け取れる電気信号形態に変換して、電圧制御装置４２に送る。電圧制御装置４２は、画像信号供給源４１からもたらされた電気信号を更に変換し、どの画素５０，５１をどれだけの時間発光させるかを計算し、第一スイッチング配線５７及び第二スイッチング配線５８に印加する電圧、時間、及びタイミングを決定する。これにより、画像情報に基づき発光表示装置は、所望の画像を表示できるようになる。なお、近接した微小画素ごとに、赤を基調にする色、緑を基調にする色、および青を基調にする色のＲＧＢ三色が発光できるようにすると、カラー表示の画像表示装置を得ることができる。
【００９９】
本発明の発光表示装置において、動画画像を表示するためのアクティブマトリックス駆動の駆動方式については、従来の横型トランジスタを用いる際の駆動法と特に異なる方式を用いることなく、容易に十分な発光輝度を得る発光表示装置を得ることができる。
【０１００】
また、本発明の発光表示装置において、広告用ポスターや電飾掲示板等の静止画像を表示する際には、外部駆動回路はできうる限り簡便であることが望ましい。発光素子部の点灯、非点灯については、ＴＴＬレベルの電圧制御を行い、これを本発明の発光表示装置を構成する縦型トランジスタ素子部のベース電極に接続し、所望の発光輝度を得るための電流を供給する電源を別途発光素子部のアノードと縦型有機トランジスタ素子部のエミッタ電極との間に接続する。こうすることにより、一定の電圧値のオン／オフ制御による点灯・非点灯の制御が容易に実現できる。この構成により、点灯・非点灯の制御を行う電子回路には、発光素子部に大電流を供給するための部材を搭載する必要が無いため、低コストでの広告用ポスターや、電飾掲示板が実現可能となる。
【０１０１】
また、一つの発光素子に対して複数の面積が異なる縦型トランジスタを接続した構成をとることで、各々の縦型トランジスタのオン／オフ制御のためのベース電圧は一定でありながら、縦型トランジスタの面積に対応した異なる値のコレクタ電流を発光素子に供給することが可能となる。このことにより、所望の輝度を得るために段階的に面積の異なる縦型トランジスタを発光素子に対して並列に接続して、選択した縦型トランジスタ素子に応じた発光輝度の階調表現を容易に行うことが可能となる。
【０１０２】
なお、発光素子に並列に接続された複数の縦型トランジスタのうち、複数のトランジスタを同時にオンする事により、そのコレクタ電流の加算値による階調制御を行っても良い。
【０１０３】
いずれの方法においても、各縦型トランジスタのオンオフを制御する電圧は固定された値で構わず、別途発光素子に電流源が接続されていれば良いので、発光表示体の駆動回路には大出力の、出力が階調制御できるドライバを搭載する必要が無いため、簡便な構成で低廉な広告ポスター、電子掲示板を提供することができる。
【実施例】
【０１０４】
以下、実施例と比較例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定解釈されることはない。
【０１０５】
（実施例１）
ガラスからなる基板上に、コレクタ電極として厚さ１００ｎｍの透明ＩＴＯ電極を形成し、その上に、抵抗加熱蒸着法で形成したＣｕＰｃからなる厚さ２ｎｍの正孔注入層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＮＰＤからなる厚さ３０ｎｍの正孔輸送層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＡｌｑ３からなる厚さ３０ｎｍの有機発光層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＢＣＰからなる厚さ１０ｎｍの励起子ブロック層とをその順に積層して、縦Ｙ２：２ｍｍ×横Ｘ２：２ｍｍ＝４ｍｍ２の発光素子部を形成した。この発光素子部上の全面に、アルミニウムからなる厚さ２０ｎｍの等電位層を抵抗加熱蒸法で形成した。
【０１０６】
次に、その等電位層１４上の隅部の上に、抵抗加熱蒸着法で形成したｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ、平均厚さ５００ｎｍ）からなる第２有機半導体層と、抵抗加熱蒸着法でアルミニウムを成膜した後に１２０℃の大気雰囲気下で酸化処理して平均粒径４０ｎｍ程度の粒状金属を分布形成してなるベース電極と、抵抗加熱蒸着法で形成したフラーレン（Ｃ６０、平均厚さ８０ｎｍ）からなる第１有機半導体層と、抵抗加熱蒸着法で形成した銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極とをその順に積層して、縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：１ｍｍ＝１ｍｍ２の縦型トランジスタ素子部を形成した。
【０１０７】
こうして、基板上に発光素子部が形成され、その発光素子部の隅部の上に縦型トランジスタ素子部が形成された、図１に示す形態と略同様の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１／４（＝０．２５）であった。
【０１０８】
図１０は、得られた発光素子において、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧Ｖｂを周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥを含む出力電流Ｉｃを示すグラフである。周波数は、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚの３段階で測定した。図１０に示すように、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流ＩＥに容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流ＩＥが隠れてしまうという問題は生じなかった。また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。なお、図１０のＩＥ成分と図２２のＩＥ成分とを比較しても、１／４程度の変位電流が重畳されるだけであり、その位相ずれは、図２２に示すものよりも著しく小さかった。
【０１０９】
（実施例２）
縦型トランジスタ素子部を縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：０．４ｍｍ＝０．４ｍｍ２で形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例２の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１／１０（＝０．１０）であった。
【０１１０】
図１１は、得られた発光素子において、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧Ｖｂを周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥを含む出力電流Ｉｃを示すグラフである。周波数は、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚの３段階で測定した。図１１に示すように、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流ＩＥに容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流ＩＥが隠れてしまうという問題は生じなかった。また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。なお、図１１のＩＥ成分と図２２のＩＥ成分とを比較しても、１／１０程度の変位電流が重畳されるだけであり、その位相ずれは、図２２に示すものよりも著しく小さく、さらに図１０の場合よりもさらに小さかった。
【０１１１】
（実施例３）
縦型トランジスタ素子部を縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：０．８ｍｍ＝０．８ｍｍ２で形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例３の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は０．８／４＝１／５（＝０．２０）であった。
【０１１２】
得られた発光素子においては、上記実施例１と同様の結果を確認した。すなわち、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流に容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流が隠れてしまうという問題は生じず、また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。
【０１１３】
（実施例４）
縦型トランジスタ素子部を縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：１．３３ｍｍ＝１．３３ｍｍ２で形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例４の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１．３３／４＝１／３（＝０．３３）であった。
【０１１４】
得られた発光素子においては、上記実施例１と同様の結果を確認した。すなわち、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流に容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流が隠れてしまうという問題は生じず、また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。
【０１１５】
（比較例１）
縦型トランジスタ素子部を発光素子部と同じ面積の縦：２ｍｍ×横：２ｍｍ＝４ｍｍ２で、発光素子部上に積層した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の発光素子を作製した。図２１は、得られた発光素子の模式的な形態であり、図２２は、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧Ｖｂを周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥを含む出力電流Ｉｃを示すグラフである。周波数は、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚの３段階で測定した。図２２に示すように、周波数が低い場合の出力電流Ｉｃは、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥで主に占められ、容量成分の過渡応答電流Ｉｏの影響は小さいが、周波数が高い場合の出力電流Ｉは、容量成分の過渡応答電流Ｉｏが大きくなり、変位電流ＩＥに過渡応答電流Ｉｏが重畳するようになって、変位電流ＩＥが隠れてしまうという問題が生じた。
【０１１６】
（比較例２）
等電位層を形成しない他は、実施例１と同様にして、比較例２の発光素子を作製した。得られた発光素子の発光状態は、縦型トランジスタ素子部から離れるにしたがって発光輝度が弱くなり、不均一な発光が目視により確認された。
【０１１７】
（実施例５）
ガラスからなる基板上に、抵抗加熱蒸着法で形成した銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極と、抵抗加熱蒸着法で形成したフラーレン（Ｃ６０、平均厚さ１００ｎｍ）からなる第１有機半導体層と、抵抗加熱蒸着法でアルミニウムを成膜した後に１２０℃の大気雰囲気下で酸化処理して平均粒径４０ｎｍ程度の粒状金属を分布形成してなるベース電極と、抵抗加熱蒸着法で形成したｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ、平均厚さ５００ｎｍ）からなる第２有機半導体層とからなる、縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：１ｍｍ＝１ｍｍ２の縦型トランジスタ素子部を形成した。
【０１１８】
次に、その縦型トランジスタ素子部と同じ厚さのバッファ層を、縦型トランジスタ素子部に平面視で隣接するように形成した。バッファ層は、ヘキサトリアコンタンを抵抗加熱蒸着法により形成した。次いで、その縦型トランジスタ素子部がその隅部位置になるように、縦Ｙ２：２ｍｍ×横Ｘ２：２ｍｍ＝４ｍｍ２のＡｕからなる厚さ３０ｎｍの等電位層を抵抗加熱蒸着法で形成し、引き続き、その等電位層上に等電位層と同じ面積で、抵抗加熱蒸着法で形成したＡｌｑ３からなる厚さ３０ｎｍの有機発光層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＮＰＤからなる厚さ３０ｎｍの正孔輸送層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＣｕＰｃからなる厚さ２ｎｍの正孔注入層とをその順で設けて発光素子部を形成し、さらにその発光素子部上に、スパッタ法で形成した厚さ１００ｎｍの透明ＩＴＯ電極（コレクタ電極）を形成した。
【０１１９】
こうして、基板上に縦型トランジスタ素子部が形成され、その縦型トランジスタ素子部を覆うように発光素子部が形成された、図３に示す形態と略同様の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１／４（＝０．２５）であった。
【０１２０】
得られた発光素子においては、上記実施例１と同様の結果を確認した。すなわち、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流に容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流が隠れてしまうという問題は生じず、また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。
【０１２１】
（実施例６）
ガラスからなる基板上に、コレクタ電極として厚さ１００ｎｍの透明ＩＴＯ電極を形成し、その上に、抵抗加熱蒸着法で形成したＣｕＰｃからなる厚さ２ｎｍの正孔注入層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＮＰＤからなる厚さ３０ｎｍの正孔輸送層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＡｌｑ３からなる厚さ３０ｎｍの有機発光層と、抵抗加熱蒸着法で形成したＢＣＰからなる厚さ１０ｎｍの励起子ブロック層とをその順で積層して、縦Ｙ２：２ｍｍ×横Ｘ２：２ｍｍ＝４ｍｍ２の発光素子部を形成した。この発光素子部上の全面に、Ａｌからなる厚さ２０ｎｍの等電位層を抵抗加熱蒸着法で形成した。
【０１２２】
次に、発光素子部の形成位置とは異なる基板上の部位に、スパッタ法で形成したＩＴＯからなる厚さ１００ｎｍの導電層を形成し、その導電層上に、抵抗加熱蒸着法で形成したｎ型有機半導体であるペリレン顔料（Ｍｅ−ＰＴＣ、平均厚さ５００ｎｍ）からなる第２有機半導体層と、抵抗加熱蒸着法でアルミニウムを成膜した後に１２０℃の大気雰囲気下で酸化処理して平均粒径４０ｎｍ程度の粒状金属を分布形成してなるベース電極と、抵抗加熱蒸着法で形成したフラーレン（Ｃ６０、平均厚さ１００ｎｍ）からなる第１有機半導体層と、抵抗加熱蒸着法で形成した銀からなる平均厚さ３０ｎｍのエミッタ電極とをその順に積層して、縦Ｙ１：１ｍｍ×横Ｘ１：１ｍｍ＝１ｍｍ２の縦型トランジスタ素子部を形成した。
【０１２３】
こうして、基板上の異なる部位に、発光素子部と縦型トランジスタ素子部とが形成された、図５に示す形態と略同様のコプラナー型の発光素子を作製した。この発光素子の縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１／４（＝０．２５）であった。
【０１２４】
得られた発光素子においては、上記実施例１と同様の結果を確認した。すなわち、周波数が高くなった場合であっても、トランジスタの変位電流に容量成分の過渡応答電流が重畳することがなく、トランジスタの変位電流が隠れてしまうという問題は生じず、また、発光素子の発光状態は、発光素子部の全面において均一な発光が目視により確認された。
【０１２５】
（評価）
実施例１〜３で得られた発光素子の電気特性について測定した。その結果を図１２〜図１４に示す。なお、この測定において、輝度は、輝度測定装置（トプコン社製、型番：ＢＭ−８）により測定した。
【０１２６】
図１２は、実施例１で得られた発光素子を用い、その発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。このグラフは、周波数１ｋＨｚで駆動電圧１１．１Ｖの印加条件で測定した結果であり、ベース電圧Ｖｂを０Ｖ、１Ｖ、１．５Ｖ、２Ｖ、２．５Ｖの４段階で印加したとき、図中に符号Ｌで表す負荷としてのＯＬＥＤの電流−電圧特性曲線と交わる交点（動作点）におけるコレクタ電圧Ｖｃと、コレクタ電流Ｉｃと、それぞれの時の輝度（ｃｄ／ｃｍ２）を測定したところ、（１）Ｖｂ＝０Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは６．６Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは０．１６２ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は０．８０ｃｄ／ｃｍ２であった。一方、（２）Ｖｂ＝２．５Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは５．４Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは３．６ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は１１０ｃｄ／ｃｍ２であった。この実施例１の発光素子は、１１０ｃｄ／ｃｍ２という高い輝度を得ることができた。
【０１２７】
図１３は、実施例２で得られた発光素子を用い、その発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。図１２の場合と同様に測定したところ、（１）Ｖｂ＝０Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは７．０Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは０．０８０ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は０．１０ｃｄ／ｃｍ２であった。一方、（２）Ｖｂ＝２．５Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは５．７Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは１．６ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は４０ｃｄ／ｃｍ２であった。この実施例２の発光素子は、実施例１の発光素子よりも輝度を下げることができた。特に、Ｖｂ＝０Ｖにおける輝度を０．１ｃｄ／ｃｍ２という小さい値にすることができた。
【０１２８】
図１４は、実施例３で得られた発光素子を用い、その発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。図１２の場合と同様に測定したところ、（１）Ｖｂ＝０Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは６．９Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは０．１６９ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は０．８５ｃｄ／ｃｍ２であった。一方、（２）Ｖｂ＝２．５Ｖにおいては、動作点でのコレクタ電圧Ｖｃは５．５Ｖであり、そのときのコレクタ電流Ｉｃは２．８３ｍＡであり、有機ＥＬの輝度は８５ｃｄ／ｃｍ２であった。この実施例３の発光素子は、実施例１の発光素子に比べ、Ｖｂ＝０Ｖにおける輝度を同程度とし、Ｖｂ＝２．５Ｖにおける輝度を小さい値にすることができた。
【０１２９】
以上の結果より、例えば、発光輝度を高めたり、Ｖｂ＝０Ｖ時の輝度を極めて小さくしたり、Ｖｂ＝０Ｖでの輝度は同程度で、Ｖｂ＝２．５Ｖにおける輝度を変化させたりすることができた。このように、縦型トランジスタ素子部の面積Ｓ１と発光素子部の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を任意に変化させることにより、発光素子部における発光量を容易に調整でき、発光素子部の輝度調整や階調制御を容易に実現できる。したがって、マトリックス状の発光素子部の所定の広さ領域を非アクティブマトリックス方式で駆動すれば、広告用ポスターや電飾掲示板等の静止画像の表示品質をシンプルな駆動回路設計によって向上させることができるという格別の利点がある。
【０１３０】
（実施例７）
図１５は、複数の発光画素（発光素子部）それぞれに対応した縦型トランジスタ（縦型トランジスタ素子部）が接続されてなる発光表示装置の一例を示す模式平面図であり、図１６は、各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。具体的には、図１５に示す発光表示装置は、４つの発光画素１〜４を有し、各発光画素１〜４それぞれに対応するとともに各発光画素１〜４の１／２０〜１／２の面積であってそれぞれ異なる面積の縦型トランジスタが接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線１〜４がベース電極に接続されている。ここでの発光画素と縦型トランジスタは、実施例６と同様にして作製した。
【０１３１】
こうした発光表示装置においては、各発光画素１〜４を所望の明るさに制御するために、発光画素ごとに異なる面積の縦型トランジスタを設けた。これにより、図１６に示すように、発光素子部に電流を供給するための電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、各発光画素１〜４の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの面積比に対応した輝度で各発光画素１〜４を発光させることができた。
【０１３２】
（実施例８）
図１７は、一つの発光画素（発光素子部）に複数の縦型トランジスタ（縦型トランジスタ素子部）が接続されてなる発光表示装置の一例を示す模式平面図であり、図１８は、各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。具体的には、図１７に示す発光表示装置は、一つの発光画素に、その発光画素の１／２０〜１／２の面積から選択された一定面積の縦型トランジスタ素子部が４つ並列に接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線１〜４がベース電極に接続されている。ここでの発光画素と縦型トランジスタは、実施例６と同様にして作製した。
【０１３３】
こうした発光表示装置においては、発光画素を所望の明るさに制御するために、発光画素に面積の同じ４つの縦型トランジスタを並列に設けた。これにより、図１８に示すように、発光素子部に電流を供給するための電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、発光画素の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの総面積に対応した輝度で発光画素を階調表示することができた。すなわち、この発光表示装置は、駆動回路側の出力制御をすることなく、発光画像の階調表示を可能とした。
【０１３４】
（実施例９）
図１９は、一つの発光画素（発光素子部）に複数の縦型トランジスタ（縦型トランジスタ素子部）が接続されてなる発光表示装置の他の一例を示す模式平面図であり、図２０は、各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。具体的には、図１９に示す発光表示装置は、一つの発光画素に、その発光画素の１／２０〜１／２の面積であってそれぞれ異なる面積の縦型トランジスタ素子部が４つ並列に接続されてなり、各縦型トランジスタには、発光素子部に電流を供給するための電源が接続され、さらに、各縦型トランジスタには、各縦型トランジスタのうち少なくとも一つの縦型トランジスタを選択する選択信号線１〜４がベース電極に接続されている。ここでの発光画素と縦型トランジスタは、実施例６と同様にして作製した。
【０１３５】
こうした発光表示装置においては、発光画素を所望の明るさに制御するために、発光画素に面積の異なる４つの縦型トランジスタを並列に設けた。これにより、図２０に示すように、発光素子部に電流を供給するための電源から一定のベース電圧を任意の信号線に順次又は同時に印加し、発光画素の発光をオン／オフすることにより、オンした各縦型トランジスタの面積又は総面積に対応した輝度で発光画素を階調表示することができた。すなわち、この発光表示装置は、駆動回路側の出力制御をすることなく、発光画像の階調表示を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図である。
【図２】図１に示す発光素子の平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図である。
【図４】図３に示す発光素子の平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る発光素子を示す模式的な断面図である。
【図６】図５に示す発光素子の平面図である。
【図７】本発明の発光素子を内蔵した典型的な発光表示装置の一例を示す概略図である。
【図８】発光表示装置内の画素（単位素子）として設けられた本発明の発光素子の一例を示す回路概略図である。
【図９】発光表示装置内の画素（単位素子）として設けられた本発明の発光素子を有する発光素子の他の一例を示す回路概略図である。
【図１０】実施例１の発光素子において、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧（ベース電圧Ｖｂ）を周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥを含む出力電流Ｉｃを示すグラフである。
【図１１】実施例２の発光素子において、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧（ベース電圧Ｖｂ）を周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流ＩＥを含む出力電流Ｉｃを示すグラフである。
【図１２】実施例１の発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。
【図１３】実施例２の発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。
【図１４】実施例３の発光素子に所定のベース電圧Ｖｂを印加した状態において、コレクタ電圧Ｖｃを変化させたときのコレクタ電流Ｉｃを示すグラフである。
【図１５】複数の発光素子部それぞれに対応した縦型トランジスタ素子部が接続されてなる発光表示装置の一例を示す模式平面図である。
【図１６】各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。
【図１７】一つの発光素子部に複数の縦型トランジスタ素子部が接続されてなる発光表示装置の一例を示す模式平面図である。
【図１８】各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。
【図１９】一つの発光素子部に複数の縦型トランジスタ素子部が接続されてなる発光表示装置の他の一例を示す模式平面図である。
【図２０】各縦型トランジスタに印加したベース電圧とそのときの発光輝度を示すプロファイルである。
【図２１】有機トランジスタ素子と有機ＥＬ素子とを同じ面積で積層した発光素子を示す断面構成図である。
【図２２】図２１に示す構成において、エミッタ電極とベース電極との間に正弦波交流電圧を周波数を変えて印加したときの、エミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる変位電流を含む出力電流を示す模式的なグラフである。
【符号の説明】
【０１３７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  発光素子
２  基板
１０  発光素子部
１１  電子注入層
１３  有機発光層
１４  等電位層
１５  正孔輸送層
１６  電子輸送層
１７  導電層
２０  縦型トランジスタ素子部
２１  エミッタ電極
２２  コレクタ電極
２３  ベース電極
２４，２４Ａ，２４Ｂ  有機半導体層
３０  バッファ層
３１  配線
４１  画像信号供給源
４２  電圧制御回路
４３  電流供給線
５０，５１  画素
５３  第一スイッチングトランジスタ
５４  第二スイッチングトランジスタ
５５  電圧保持用コンデンサ
５６  グランド配線
５７  第一スイッチング配線
５８  第二スイッチング配線
５９  定電圧印加線
２１ａ  第一スイッチングトランジスタのエミッタ電極
２１ｂ  第二スイッチングトランジスタのエミッタ電極
２２ａ  第一スイッチングトランジスタのコレクタ電極
２２ｂ  第二スイッチングトランジスタのコレクタ電極
２３ａ  第一スイッチングトランジスタのベース電極
２３ｂ  第二スイッチングトランジスタのベース電極
Ｉｂ  ベース電流
Ｉｃ  出力電流（コレクタ電流）
Ｉｏ  過渡応答電流
Ｖｂ  正弦波交流電圧（ベース電圧）
Ｖｃ  コレクタ電圧
Ｓ１  縦型トランジスタ素子部の面積
Ｓ２  発光素子部の面積
【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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【図６】
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【図７】
0004900160.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004900160.tif 000011
【図１１】
0004900160.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004900160.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004900160.tif 000016
【図１６】
0004900160.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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