JP2001085160A - 発光出力補正機能付き発光素子 - Google Patents
発光出力補正機能付き発光素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/10—OLED displays
- H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
- H10K59/13—Active-matrix OLED [AMOLED] displays comprising photosensors that control luminance
-
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子写真プリンタや発光型ディスプレイに用
いられる発光素子の経時変化や特性のばらつきによる発
光出力を補正し、小型でかつ製造の容易な発光素子を提
供する。 【解決手段】 発光部１と、当該発光部１で発光された
光の発光出力を検出する光検出部２を同じ基板１０上に
形成し、発光部１で発光された光の一部が光検出部２に
入射するように構成する。さらに、光検出部２での検出
出力に基づいて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３等で構成
される発光出力制御手段により発光部１の発光出力を補
正する。発光手段の経時変化や、個々の発光手段の特性
の違いによっても、所望の発光出力を安定に得ることが
可能になるとともに、発光部１と光検出部２を個別部品
として構成し、かつ組み立てる構成に比較し、組み立て
に際しての位置合せや接着等の工程が不要となり、製造
コストの増加、歩留の劣化、信頼性の劣化を抑えること
が可能になる。
いられる発光素子の経時変化や特性のばらつきによる発
光出力を補正し、小型でかつ製造の容易な発光素子を提
供する。 【解決手段】 発光部１と、当該発光部１で発光された
光の発光出力を検出する光検出部２を同じ基板１０上に
形成し、発光部１で発光された光の一部が光検出部２に
入射するように構成する。さらに、光検出部２での検出
出力に基づいて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３等で構成
される発光出力制御手段により発光部１の発光出力を補
正する。発光手段の経時変化や、個々の発光手段の特性
の違いによっても、所望の発光出力を安定に得ることが
可能になるとともに、発光部１と光検出部２を個別部品
として構成し、かつ組み立てる構成に比較し、組み立て
に際しての位置合せや接着等の工程が不要となり、製造
コストの増加、歩留の劣化、信頼性の劣化を抑えること
が可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プリンタ
の光源として、あるいは発光型ディスプレイ等の画素表
示素子としてそれぞれ用いられる発光素子に関し、特
に、発光特性の経時変化や素子間の特性の相違による発
光出力の不均一性を補正する機能を持った小型、軽量で
かつ製造コストの低い発光素子に関するものである。
の光源として、あるいは発光型ディスプレイ等の画素表
示素子としてそれぞれ用いられる発光素子に関し、特
に、発光特性の経時変化や素子間の特性の相違による発
光出力の不均一性を補正する機能を持った小型、軽量で
かつ製造コストの低い発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の発光素子を用いる機器として、
例えば、図８に示す構成の電子写真プリンタが特開平５
−２９４００６号公報に開示されている。この電子写真
プリンタは、感光ドラム２０１とラインヘッド２０２と
から構成される。前記ラインヘッド２０２は、基板２０
３の上に、端面発光型エレクトロルミネセンス（ＥＬ）
素子２０４とロッドレンズアレイのような結像光学系２
０５とを直列状態に基板２０３に配置して構成され、更
に光検出器２０６及びその回路基板２０７とを基板２０
３に搭載する。動作は以下の通りである。端面発光型Ｅ
Ｌ素子２０４から発せられた光は結像光学系２０５によ
り感光ドラム２０１に結像されて、１行分の画像情報が
静電潜像として記録される。次いで、感光ドラム２０１
が微小角度回転した位置に同様に１行分の画像情報が記
録され、これを繰り返して所要の面積に画像情報が記録
される。その後、ここには図示していない通常のプロセ
スにより、この静電潜像が紙等の媒体に転写、定着され
て、印刷が完了する。ここで、感光ドラム２０１の感度
や端面発光型ＥＬ素子２０４の光量が経時変化により劣
化したときには、静電潜像が正しく記録されないため
に、印刷時の画質が劣化する。これを防ぐために、光検
出器２０６により端面発光型ＥＬ素子２０４から漏れる
光量を検出し、これに基づいて端面発光型ＥＬ素子２０
４を駆動する電圧等を補正する。その結果、経時変化に
よる画質の劣化に対応できるとしている。
例えば、図８に示す構成の電子写真プリンタが特開平５
−２９４００６号公報に開示されている。この電子写真
プリンタは、感光ドラム２０１とラインヘッド２０２と
から構成される。前記ラインヘッド２０２は、基板２０
３の上に、端面発光型エレクトロルミネセンス（ＥＬ）
素子２０４とロッドレンズアレイのような結像光学系２
０５とを直列状態に基板２０３に配置して構成され、更
に光検出器２０６及びその回路基板２０７とを基板２０
３に搭載する。動作は以下の通りである。端面発光型Ｅ
Ｌ素子２０４から発せられた光は結像光学系２０５によ
り感光ドラム２０１に結像されて、１行分の画像情報が
静電潜像として記録される。次いで、感光ドラム２０１
が微小角度回転した位置に同様に１行分の画像情報が記
録され、これを繰り返して所要の面積に画像情報が記録
される。その後、ここには図示していない通常のプロセ
スにより、この静電潜像が紙等の媒体に転写、定着され
て、印刷が完了する。ここで、感光ドラム２０１の感度
や端面発光型ＥＬ素子２０４の光量が経時変化により劣
化したときには、静電潜像が正しく記録されないため
に、印刷時の画質が劣化する。これを防ぐために、光検
出器２０６により端面発光型ＥＬ素子２０４から漏れる
光量を検出し、これに基づいて端面発光型ＥＬ素子２０
４を駆動する電圧等を補正する。その結果、経時変化に
よる画質の劣化に対応できるとしている。
【０００３】このように、従来の発光素子においては、
発光素子の発光出力を受光素子で測定し、その測定した
結果に基づいて光量を揃えるという技術は既に広く行わ
れており、例えば、特開昭６２−１５８７９２号公報に
も記載がある。また、複数の発光素子の光量を測定する
場合に、個々の発光素子に対して個別に受光素子等の光
検出器を設けるのではなく、１個の光検出器を複数の端
面発光型ＥＬ素子の前を移動させることにより、これら
の発光素子の出力を測定し、発光素子を制御する技術
も、例えば、特開平３−９０３７０号公報において提案
されている。なお、この公報の技術では、素子の電極の
一部を除去することにより、光量の均一化を実現する技
術である。
発光素子の発光出力を受光素子で測定し、その測定した
結果に基づいて光量を揃えるという技術は既に広く行わ
れており、例えば、特開昭６２−１５８７９２号公報に
も記載がある。また、複数の発光素子の光量を測定する
場合に、個々の発光素子に対して個別に受光素子等の光
検出器を設けるのではなく、１個の光検出器を複数の端
面発光型ＥＬ素子の前を移動させることにより、これら
の発光素子の出力を測定し、発光素子を制御する技術
も、例えば、特開平３−９０３７０号公報において提案
されている。なお、この公報の技術では、素子の電極の
一部を除去することにより、光量の均一化を実現する技
術である。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】以上に説明した従来例
では、発光素子と、受光素子からなる光検出器とを別々
に製造して組み合せる構成となっているため、小型化を
図るには各素子を微細化するとともに、組み立て構造を
も微細化する必要があり、実際に小型化を図ることは困
難である。そのため、電子写真プリンタ、あるいは表示
装置等のような、微細な発光素子を搭載することが要求
される機器に適用してその小型化を図るには不利であ
る。また、複数の素子を組み合せるための位置合せや接
着等の工程が必要となり、製造コストの増加、歩留の劣
化、信頼性の劣化を招くという問題もある。
では、発光素子と、受光素子からなる光検出器とを別々
に製造して組み合せる構成となっているため、小型化を
図るには各素子を微細化するとともに、組み立て構造を
も微細化する必要があり、実際に小型化を図ることは困
難である。そのため、電子写真プリンタ、あるいは表示
装置等のような、微細な発光素子を搭載することが要求
される機器に適用してその小型化を図るには不利であ
る。また、複数の素子を組み合せるための位置合せや接
着等の工程が必要となり、製造コストの増加、歩留の劣
化、信頼性の劣化を招くという問題もある。
【０００５】本発明はこのような問題に鑑み、発光素子
の発光出力の劣化や素子間の発光出力のばらつきを補正
する手段を備える一方で、電子写真プリンタや発光型デ
ィスプレイ等の機器の小型化を実現することを可能にし
た発光素子を提供することを目的としている。
の発光出力の劣化や素子間の発光出力のばらつきを補正
する手段を備える一方で、電子写真プリンタや発光型デ
ィスプレイ等の機器の小型化を実現することを可能にし
た発光素子を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された発光手段と、前記発光手段の発光出力を検出する
光検出手段と、前記光検出手段の検出出力に基づいて前
記発光手段の発光出力を制御する発光出力制御手段とを
含む光量補正機能付き発光素子において、前記光検出手
段は前記基板上に形成された半導体膜により構成され、
かつ前記発光手段で発光された光の一部が前記光検出手
段に入射するように構成したことを特徴とする。この構
成において、前記光検出手段と前記発光手段は前記基板
上に積層状態に配置され、前記発光手段で発光された光
が前記光検出手段に直接に入射する構成とする。あるい
は、前記基板上に光の進路を変える光学手段を備え、前
記発光手段で発光された光が、前記光学手段により一回
または複数回進路を変えられた後に、前記光検出手段に
入射する構成とする。例えば、前記光学手段は、前記基
板上に形成された反射層であり、前記発光手段で発光さ
れた光を当該反射層で反射して前記光検出手段に入射す
る構成とする。
された発光手段と、前記発光手段の発光出力を検出する
光検出手段と、前記光検出手段の検出出力に基づいて前
記発光手段の発光出力を制御する発光出力制御手段とを
含む光量補正機能付き発光素子において、前記光検出手
段は前記基板上に形成された半導体膜により構成され、
かつ前記発光手段で発光された光の一部が前記光検出手
段に入射するように構成したことを特徴とする。この構
成において、前記光検出手段と前記発光手段は前記基板
上に積層状態に配置され、前記発光手段で発光された光
が前記光検出手段に直接に入射する構成とする。あるい
は、前記基板上に光の進路を変える光学手段を備え、前
記発光手段で発光された光が、前記光学手段により一回
または複数回進路を変えられた後に、前記光検出手段に
入射する構成とする。例えば、前記光学手段は、前記基
板上に形成された反射層であり、前記発光手段で発光さ
れた光を当該反射層で反射して前記光検出手段に入射す
る構成とする。
【０００７】また、本発明では、実際の機器への適用に
際しては、前記発光手段及びこれに対応する前記光検出
手段は前記基板上に周期的に配列された複数の発光手段
及び光検出手段として構成される。さらに、本発明で
は、前記発光手段を駆動するための発光手段駆動回路
と、前記光検出手段を駆動するための光検出手段駆動回
路とを備える構成とされ、前記発光出力制御手段、前記
発光手段駆動回路、前記光検出手段駆動回路を構成する
回路素子の少なくとも一部が前記基板に形成された半導
体層の一部を利用して形成した薄膜トランジスタで構成
される構成とする。この場合、前記薄膜トランジスタを
構成する半導体膜は、前記光検出手段を構成する半導体
層と同一層の半導体層で構成されることが好ましい。な
お、前記発光手段が、有機薄膜材料で形成されるエレク
トロルミネセンス素子、または、無機材料で形成される
発光ダイオードで構成される。
際しては、前記発光手段及びこれに対応する前記光検出
手段は前記基板上に周期的に配列された複数の発光手段
及び光検出手段として構成される。さらに、本発明で
は、前記発光手段を駆動するための発光手段駆動回路
と、前記光検出手段を駆動するための光検出手段駆動回
路とを備える構成とされ、前記発光出力制御手段、前記
発光手段駆動回路、前記光検出手段駆動回路を構成する
回路素子の少なくとも一部が前記基板に形成された半導
体層の一部を利用して形成した薄膜トランジスタで構成
される構成とする。この場合、前記薄膜トランジスタを
構成する半導体膜は、前記光検出手段を構成する半導体
層と同一層の半導体層で構成されることが好ましい。な
お、前記発光手段が、有機薄膜材料で形成されるエレク
トロルミネセンス素子、または、無機材料で形成される
発光ダイオードで構成される。
【０００８】本発明の発光素子によれば、発光手段と光
検出手段を同一の基板上に構成しており、光検出手段で
は発光手段の発光出力を検出し、この検出出力に基づい
て発光出力制御手段により発光手段の発光出力を補正す
ることにより、発光手段の経時変化や、個々の発光手段
の特性の違いによっても、所望の発光出力を安定に得る
ことが可能になる。そのため、この種の発光素子を用い
て電子写真プリンタや発光型ディスプレイのような応用
機器を構成した場合には、これら機器の小型化が有利に
なる。また、発光手段と光検出手段とを一体化すること
で、これら手段を個別部品として構成し、かつ組み立て
る構成に比較し、組み立てに際しての位置合せや接着等
の工程が不要となり、製造コストの増加、歩留の劣化、
信頼性の劣化、を抑えることが可能になる。
検出手段を同一の基板上に構成しており、光検出手段で
は発光手段の発光出力を検出し、この検出出力に基づい
て発光出力制御手段により発光手段の発光出力を補正す
ることにより、発光手段の経時変化や、個々の発光手段
の特性の違いによっても、所望の発光出力を安定に得る
ことが可能になる。そのため、この種の発光素子を用い
て電子写真プリンタや発光型ディスプレイのような応用
機器を構成した場合には、これら機器の小型化が有利に
なる。また、発光手段と光検出手段とを一体化すること
で、これら手段を個別部品として構成し、かつ組み立て
る構成に比較し、組み立てに際しての位置合せや接着等
の工程が不要となり、製造コストの増加、歩留の劣化、
信頼性の劣化、を抑えることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の発光素子の第１の実施形態を示しており、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡＡ線に沿う断面図
である。本実施形態の発光素子は、透明基板１０の上に
発光部１と、光検出部２とを一体化して構成される。す
なわち、概略構成を説明すると、発光部１は有機エレク
トロルミネセンス（ＥＬ）として構成され、光検出部２
は薄膜構成の受光素子として構成される。すなわち、前
記光検出部２は、ポリシリコン (ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の
薄膜半導体領域１４ａと、その両端に配置した、例えば
リン（Ｐ）等の元素を高濃度で含んだ薄膜半導体領域１
４ｂとから構成される。ここで、薄膜半導体領域１４ａ
が光検出部となり、これに連続される薄膜半導体領域１
４ｂには、図１では図示していない配線により外部から
電圧を印加できるものとする。また、前記発光部１は、
有機ＥＬ層２１を透明電極２０と不透明電極２２とで挟
むことにより形成され、前記透明電極２０と不透明電極
２２とで挟まれた領域が発光領域となる。前記透明電極
２０の一部は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３のソース
／ドレイン電極１８に接続される。不透明電極２２は、
図１には示されていない配線により外部に接続される。
発明の発光素子の第１の実施形態を示しており、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡＡ線に沿う断面図
である。本実施形態の発光素子は、透明基板１０の上に
発光部１と、光検出部２とを一体化して構成される。す
なわち、概略構成を説明すると、発光部１は有機エレク
トロルミネセンス（ＥＬ）として構成され、光検出部２
は薄膜構成の受光素子として構成される。すなわち、前
記光検出部２は、ポリシリコン (ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の
薄膜半導体領域１４ａと、その両端に配置した、例えば
リン（Ｐ）等の元素を高濃度で含んだ薄膜半導体領域１
４ｂとから構成される。ここで、薄膜半導体領域１４ａ
が光検出部となり、これに連続される薄膜半導体領域１
４ｂには、図１では図示していない配線により外部から
電圧を印加できるものとする。また、前記発光部１は、
有機ＥＬ層２１を透明電極２０と不透明電極２２とで挟
むことにより形成され、前記透明電極２０と不透明電極
２２とで挟まれた領域が発光領域となる。前記透明電極
２０の一部は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３のソース
／ドレイン電極１８に接続される。不透明電極２２は、
図１には示されていない配線により外部に接続される。
【００１０】次に、図１を参照して前記発光素子の製造
工程について説明する。製造工程は、前記ＴＦＴ３を形
成する前工程と、有機ＥＬ材料を用いて前記発光部１を
形成する後工程とに大別される。前記ＴＦＴ３は、ここ
ではトップゲート型のポリシリコンＴＦＴとして構成さ
れており、先ず、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）等
の高融点材料を、ガラス等の透明基板１０上にスパッタ
法等により形成する。これをフォトリソグラフィ法によ
りパターン形成して、遮光層１１を形成する。このＷＳ
ｉは、遮光層１１の厚さとして１００〜２００ｎｍもあ
れば十分である。次いで、酸素と、シラン（ＳｉＨ4 ）
等のＳｉを含むガスとをプラズマ中で分解して堆積を行
うＣＶＤ法等により、ＳｉＯ2 からなるバリア層１２を
一面に形成する。これは、後続のプロセス中に透明基板
１０の中に含まれる不純物元素がこれより上の層に拡散
するのを防ぐための層で、厚さは３００〜５００ｎｍと
する。さらに、ポリシリコン層の前駆膜であるアモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を、プラズマＣＶＤ法、減
圧ＣＶＤ法、スパッタ法、等のいずれかの成膜方法によ
り、厚さ１００ｎｍ程度に形成する。これにエキシマレ
ーザーからの数十ナノ秒の非常に短いパルス光を照射し
て瞬間的に溶融し、ポリシリコン層に改質する。このと
きの照射エネルギー密度が４００Ｊ／ｃｍ2 前後である
と、特性の良いポリシリコンＴＦＴが得られることが知
られている。このポリシリコン層をフォトリソグラフィ
法によりパターニングし、それぞれ分離された薄膜半導
体層１３，１４を形成する。その上に、厚さ５０ｎｍ程
度のＳｉＯ2 膜と、厚さ２００ｎｍ程度のＷＳｉ層を同
様にして形成する。そして、フォトリソグラフィ法によ
りＷＳｉ層をパターニングすることにより、ゲート絶縁
膜１５とゲート電極１６とを形成する。
工程について説明する。製造工程は、前記ＴＦＴ３を形
成する前工程と、有機ＥＬ材料を用いて前記発光部１を
形成する後工程とに大別される。前記ＴＦＴ３は、ここ
ではトップゲート型のポリシリコンＴＦＴとして構成さ
れており、先ず、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）等
の高融点材料を、ガラス等の透明基板１０上にスパッタ
法等により形成する。これをフォトリソグラフィ法によ
りパターン形成して、遮光層１１を形成する。このＷＳ
ｉは、遮光層１１の厚さとして１００〜２００ｎｍもあ
れば十分である。次いで、酸素と、シラン（ＳｉＨ4 ）
等のＳｉを含むガスとをプラズマ中で分解して堆積を行
うＣＶＤ法等により、ＳｉＯ2 からなるバリア層１２を
一面に形成する。これは、後続のプロセス中に透明基板
１０の中に含まれる不純物元素がこれより上の層に拡散
するのを防ぐための層で、厚さは３００〜５００ｎｍと
する。さらに、ポリシリコン層の前駆膜であるアモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を、プラズマＣＶＤ法、減
圧ＣＶＤ法、スパッタ法、等のいずれかの成膜方法によ
り、厚さ１００ｎｍ程度に形成する。これにエキシマレ
ーザーからの数十ナノ秒の非常に短いパルス光を照射し
て瞬間的に溶融し、ポリシリコン層に改質する。このと
きの照射エネルギー密度が４００Ｊ／ｃｍ2 前後である
と、特性の良いポリシリコンＴＦＴが得られることが知
られている。このポリシリコン層をフォトリソグラフィ
法によりパターニングし、それぞれ分離された薄膜半導
体層１３，１４を形成する。その上に、厚さ５０ｎｍ程
度のＳｉＯ2 膜と、厚さ２００ｎｍ程度のＷＳｉ層を同
様にして形成する。そして、フォトリソグラフィ法によ
りＷＳｉ層をパターニングすることにより、ゲート絶縁
膜１５とゲート電極１６とを形成する。
【００１１】次に、イオンドーピング法等により、薄膜
半導体層１３の前記ゲート電極１６の両側の領域１３ｂ
に選択的に高濃度のリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）を導
入する。その後に５００℃程度の温度に基板を加熱し
て、導入した不純物元素を活性化する。このときの不純
物元素の濃度、加熱時間、温度、等のプロセス条件は重
要で、後の配線材料との間にオーミックコンタクトが得
られるように、これらのプロセス条件を決定する。こう
して、ＴＦＴ３のソース／ドレイン領域１３ｂが形成さ
れる。また、同時に前記薄膜半導体層１４において光検
出部２のコンタクト領域１４ｂが形成される。なお、前
記薄膜半導体層１３の不純物元素を導入していない領域
は、ＴＦＴ３のチャネル領域１３ａとして構成され、ま
た薄膜半導体層１４の不純物元素を導入していない領域
は、光検出部２の有感領域１４ａとなる。最後に、Ｓｉ
Ｏ2 等の層間絶縁膜１７をプラズマＣＶＤ法等により形
成し、コンタクトホールを開けて、低抵抗の金属材料で
ソース・ドレイン電極１８および配線を形成することに
より、前記ＴＦＴ３の製造工程が完了する。
半導体層１３の前記ゲート電極１６の両側の領域１３ｂ
に選択的に高濃度のリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）を導
入する。その後に５００℃程度の温度に基板を加熱し
て、導入した不純物元素を活性化する。このときの不純
物元素の濃度、加熱時間、温度、等のプロセス条件は重
要で、後の配線材料との間にオーミックコンタクトが得
られるように、これらのプロセス条件を決定する。こう
して、ＴＦＴ３のソース／ドレイン領域１３ｂが形成さ
れる。また、同時に前記薄膜半導体層１４において光検
出部２のコンタクト領域１４ｂが形成される。なお、前
記薄膜半導体層１３の不純物元素を導入していない領域
は、ＴＦＴ３のチャネル領域１３ａとして構成され、ま
た薄膜半導体層１４の不純物元素を導入していない領域
は、光検出部２の有感領域１４ａとなる。最後に、Ｓｉ
Ｏ2 等の層間絶縁膜１７をプラズマＣＶＤ法等により形
成し、コンタクトホールを開けて、低抵抗の金属材料で
ソース・ドレイン電極１８および配線を形成することに
より、前記ＴＦＴ３の製造工程が完了する。
【００１２】後工程の発光部の製造工程では、先ず、ア
クリル系樹脂等の透明絶縁材料を用いて、表面を平坦に
するための平坦化膜１９を全面に形成する。そして、前
記平坦化膜１９の一部にコンタクトホールを開け、酸化
インジウム錫合金（ＩＴＯ）等の、発光部の陽極となる
材料を全面にスパッタ法により成膜し、これをフォトリ
ソグラフィ法によりパターニングして透明電極２０を形
成する。この透明電極２０は前記コンタクトホールにお
いて前記ソース・ドレイン電極１８の一方に接続され
る。また、前記透明電極２０を構成するＩＴＯは、シー
ト抵抗２０／□程度、厚さは１００ｎｍ程度に形成す
る。次いで、前記透明電極２０の上に有機ＥＬ層２１を
形成する。有機ＥＬ層２１としては、発光層と正孔注入
輸送層からなる二層構成、これに電子注入輸送層を加え
た三層構成、更に金属電極との界面に薄い絶縁膜を配置
した構成等が知られており、これらの構成のどれでも採
用できる。また、前記有機ＥＬ層２１の製造方法は、ス
ピンコーティング法、真空蒸着法、インクジェット印刷
法等が知られており、それぞれの製造方法に対応して、
高分子系か低分子系か等の有機ＥＬ材料の選択、下地の
構造、上部電極の製造方法、等の製造条件が決められ
る。この実施形態においては、有機ＥＬ層２１は、正孔
注入輸送層の材料としては、例えばトリアリールアミン
誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィリン誘導体
等が、また、発光層の材料として、例えば８−ヒドロキ
シキノリン及びその誘導体の金属錯体、テトラフェニル
ブタジエン誘導体、ジスチリルアリール誘導体等が選択
でき、それぞれ真空蒸着法により各々５０ｎｍ程度の厚
さに積層して形成するものとする。
クリル系樹脂等の透明絶縁材料を用いて、表面を平坦に
するための平坦化膜１９を全面に形成する。そして、前
記平坦化膜１９の一部にコンタクトホールを開け、酸化
インジウム錫合金（ＩＴＯ）等の、発光部の陽極となる
材料を全面にスパッタ法により成膜し、これをフォトリ
ソグラフィ法によりパターニングして透明電極２０を形
成する。この透明電極２０は前記コンタクトホールにお
いて前記ソース・ドレイン電極１８の一方に接続され
る。また、前記透明電極２０を構成するＩＴＯは、シー
ト抵抗２０／□程度、厚さは１００ｎｍ程度に形成す
る。次いで、前記透明電極２０の上に有機ＥＬ層２１を
形成する。有機ＥＬ層２１としては、発光層と正孔注入
輸送層からなる二層構成、これに電子注入輸送層を加え
た三層構成、更に金属電極との界面に薄い絶縁膜を配置
した構成等が知られており、これらの構成のどれでも採
用できる。また、前記有機ＥＬ層２１の製造方法は、ス
ピンコーティング法、真空蒸着法、インクジェット印刷
法等が知られており、それぞれの製造方法に対応して、
高分子系か低分子系か等の有機ＥＬ材料の選択、下地の
構造、上部電極の製造方法、等の製造条件が決められ
る。この実施形態においては、有機ＥＬ層２１は、正孔
注入輸送層の材料としては、例えばトリアリールアミン
誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィリン誘導体
等が、また、発光層の材料として、例えば８−ヒドロキ
シキノリン及びその誘導体の金属錯体、テトラフェニル
ブタジエン誘導体、ジスチリルアリール誘導体等が選択
でき、それぞれ真空蒸着法により各々５０ｎｍ程度の厚
さに積層して形成するものとする。
【００１３】なお、図１（ａ）においては、有機ＥＬ層
２１が透明電極２０をほぼ覆うようにパターン化されて
描かれているが、これらの有機ＥＬ層２１は絶縁材料な
ので、必ずしもパターン化は必要ではなく、全面を覆っ
ていても構わないこともある。但し、カラーディスプレ
イへ応用するには少なくとも三種類の発光層の分離が必
要なので、有機ＥＬ層２１のパターン化が必要である。
さらに、発光部の陰極として、アルミニウム−リチウム
合金、等の材料を、金属のシャドウマスクを通して厚さ
２００ｎｍ程度に真空蒸着する等して、不透明電極２２
を形成する。最後に、有機ＥＬ層２１を酸素や湿気から
保護する目的で、金属酸化物、金属硫化物等からなる封
止層２３を全面に設ける。あるいは、プラスチック製の
カバーで素子全体を覆い、窒素やアルゴン等の不活性ガ
スで空気を置換して封止層２３としてもよい。
２１が透明電極２０をほぼ覆うようにパターン化されて
描かれているが、これらの有機ＥＬ層２１は絶縁材料な
ので、必ずしもパターン化は必要ではなく、全面を覆っ
ていても構わないこともある。但し、カラーディスプレ
イへ応用するには少なくとも三種類の発光層の分離が必
要なので、有機ＥＬ層２１のパターン化が必要である。
さらに、発光部の陰極として、アルミニウム−リチウム
合金、等の材料を、金属のシャドウマスクを通して厚さ
２００ｎｍ程度に真空蒸着する等して、不透明電極２２
を形成する。最後に、有機ＥＬ層２１を酸素や湿気から
保護する目的で、金属酸化物、金属硫化物等からなる封
止層２３を全面に設ける。あるいは、プラスチック製の
カバーで素子全体を覆い、窒素やアルゴン等の不活性ガ
スで空気を置換して封止層２３としてもよい。
【００１４】図２は、前記発光部１、光検出部２、ＴＦ
Ｔ３の主要な構成要素間の接続を示す回路図であり、こ
れらにより同図に破線で囲まれた画素１００が構成され
る。すなわち、発光部１と光検出部２は共に２端子素子
（ダイオード）とみなすことができ、それぞれＬＤ、Ｐ
Ｄの記号を付してある。また、これらＬＤ、ＰＤの一端
に接続されたＴＦＴ３には、それぞれＴｒ１，Ｔｒ３の
記号を付している。更に、前記Ｔｒ１のゲートをある一
定の電位に保持するための静電容量Ｃｈ、及び、このＣ
ｈを所望のレベルまで充電するためのＴＦＴからなるＴ
ｒ２が前記Ｔｒ１に接続されている。また、前記Ｔｒ
１，Ｔｒ３のドレイン電極は、一般には異なる電圧が印
加される電源線Ｖｄｄ１，Ｖｄｄ２に接続される。ま
た、ＰＤには静電容量Ｃｓが並列に接続されている。そ
して、前記Ｔｒ２，Ｔｒ３のゲートは後述する行選択用
の駆動回路１１０の出力線に接続され、前記Ｔｒ２のド
レイン電極とＰＤのカソードは、それぞれ後述する発光
データ書き込み用の駆動回路１２０の出力線１２１と、
光検出回路１３０の列入力線１３１に接続される。
Ｔ３の主要な構成要素間の接続を示す回路図であり、こ
れらにより同図に破線で囲まれた画素１００が構成され
る。すなわち、発光部１と光検出部２は共に２端子素子
（ダイオード）とみなすことができ、それぞれＬＤ、Ｐ
Ｄの記号を付してある。また、これらＬＤ、ＰＤの一端
に接続されたＴＦＴ３には、それぞれＴｒ１，Ｔｒ３の
記号を付している。更に、前記Ｔｒ１のゲートをある一
定の電位に保持するための静電容量Ｃｈ、及び、このＣ
ｈを所望のレベルまで充電するためのＴＦＴからなるＴ
ｒ２が前記Ｔｒ１に接続されている。また、前記Ｔｒ
１，Ｔｒ３のドレイン電極は、一般には異なる電圧が印
加される電源線Ｖｄｄ１，Ｖｄｄ２に接続される。ま
た、ＰＤには静電容量Ｃｓが並列に接続されている。そ
して、前記Ｔｒ２，Ｔｒ３のゲートは後述する行選択用
の駆動回路１１０の出力線に接続され、前記Ｔｒ２のド
レイン電極とＰＤのカソードは、それぞれ後述する発光
データ書き込み用の駆動回路１２０の出力線１２１と、
光検出回路１３０の列入力線１３１に接続される。
【００１５】図３は、図２に示した画素を二次元に規則
正しく複数個配列したものと、それらの画素配列を駆動
するための回路とを模式的に示した説明図である。ある
横方向一行の全ての画素において、Ｔｒ２，Ｔｒ３のゲ
ート電極は、行選択用の駆動回路１１０の対応した行番
号の出力線１１１に接続される。縦方向については、あ
る縦方向一列の全ての画素において、Ｔｒ２のドレイン
電極は、発光データ書き込み用の駆動回路１２０の対応
した列番号の出力線１２１に、また、ＰＤのカソードは
光検出回路１３０の対応した列番号の入力線１３１に、
それぞれ接続される。制御手段１４０は、前記行選択用
の駆動回路１１０と発光データ書き込み用の駆動回路１
２０に信号を供給すると共に、検出回路１３０の出力を
取り込む構成になっている。尚、これらの構成要素は、
ポリシリコンＴＦＴを用いて構成することが可能であ
り、特に、回路性能の理由から、ｎ型ＴＦＴとｐ型ＴＦ
Ｔの両者を用いてＣＭＯＳ回路でこれらを構成すること
が望ましい。
正しく複数個配列したものと、それらの画素配列を駆動
するための回路とを模式的に示した説明図である。ある
横方向一行の全ての画素において、Ｔｒ２，Ｔｒ３のゲ
ート電極は、行選択用の駆動回路１１０の対応した行番
号の出力線１１１に接続される。縦方向については、あ
る縦方向一列の全ての画素において、Ｔｒ２のドレイン
電極は、発光データ書き込み用の駆動回路１２０の対応
した列番号の出力線１２１に、また、ＰＤのカソードは
光検出回路１３０の対応した列番号の入力線１３１に、
それぞれ接続される。制御手段１４０は、前記行選択用
の駆動回路１１０と発光データ書き込み用の駆動回路１
２０に信号を供給すると共に、検出回路１３０の出力を
取り込む構成になっている。尚、これらの構成要素は、
ポリシリコンＴＦＴを用いて構成することが可能であ
り、特に、回路性能の理由から、ｎ型ＴＦＴとｐ型ＴＦ
Ｔの両者を用いてＣＭＯＳ回路でこれらを構成すること
が望ましい。
【００１６】次に、以上の構成の実施形態の動作につい
て説明する。先ず、全ての画素１００の静電容量Ｃｈ
に、それぞれ所望の電圧データを設定する。これは、行
選択用の駆動回路１１０により出力線１１１に信号を出
し、一行毎に各画素のＴｒ２を導通状態にして、発光デ
ータ書き込み用の駆動回路１２０に所望の電圧値を設定
し、対応するＣｈを充放電することにより実現される。
また、このとき同時に、各画素の静電容量Ｃｓに、Ｔｒ
３を通して電源線Ｖｄｄ２から一定の初期電圧が書き込
まれる。各画素の静電容量Ｃｈに所望の電圧が書き込ま
れると、Ｔｒ１が導通され、各画素の発光部ＬＤにそれ
ぞれに所望の電流が供給され、図１に示したように、有
機ＥＬ層２１から透明基板１０の方向へ光が発せられ
る。発せられた光の一部は透明基板１０を透過して出射
される。図３の構成においては、このようにして行、列
の各画素を選択的に発光させることで、任意の発光パタ
ーンを得ることができるので、電子写真プリンタの光ヘ
ッドや発光型ディスプレイとして機能する。すなわち、
有機ＥＬ層２１から出射される光は、プリンタの場合は
感光ドラムへ潜像を形成するために投射され、発光型デ
ィスプレイの場合は人の目等へ導かれる。
て説明する。先ず、全ての画素１００の静電容量Ｃｈ
に、それぞれ所望の電圧データを設定する。これは、行
選択用の駆動回路１１０により出力線１１１に信号を出
し、一行毎に各画素のＴｒ２を導通状態にして、発光デ
ータ書き込み用の駆動回路１２０に所望の電圧値を設定
し、対応するＣｈを充放電することにより実現される。
また、このとき同時に、各画素の静電容量Ｃｓに、Ｔｒ
３を通して電源線Ｖｄｄ２から一定の初期電圧が書き込
まれる。各画素の静電容量Ｃｈに所望の電圧が書き込ま
れると、Ｔｒ１が導通され、各画素の発光部ＬＤにそれ
ぞれに所望の電流が供給され、図１に示したように、有
機ＥＬ層２１から透明基板１０の方向へ光が発せられ
る。発せられた光の一部は透明基板１０を透過して出射
される。図３の構成においては、このようにして行、列
の各画素を選択的に発光させることで、任意の発光パタ
ーンを得ることができるので、電子写真プリンタの光ヘ
ッドや発光型ディスプレイとして機能する。すなわち、
有機ＥＬ層２１から出射される光は、プリンタの場合は
感光ドラムへ潜像を形成するために投射され、発光型デ
ィスプレイの場合は人の目等へ導かれる。
【００１７】そして、前記のように有機ＥＬ層２１から
発せられた一部の光は、光検出部のＰＤを構成する有感
領域１４ａにも入射する。この有感領域１４ａにおいて
は入射された光によって電子−正孔ペアが生成され、こ
れによりこの領域の電気伝導度が変化し、その変化に応
じて静電容量Ｃｓに蓄えられた電荷がＰＤを通して放電
する。従って、次にこの画素のＣｓを充電するときに、
外部から流れ込む電流を検出回路１３０により検出する
ことにより、ＬＤの発光量を知ることができる。各画素
の光検出部ＰＤの出力に応じて、各画素の静電容量Ｃｈ
に書き込む電圧を補正することにより、各画素の発光部
ＬＤの出力を制御できる。
発せられた一部の光は、光検出部のＰＤを構成する有感
領域１４ａにも入射する。この有感領域１４ａにおいて
は入射された光によって電子−正孔ペアが生成され、こ
れによりこの領域の電気伝導度が変化し、その変化に応
じて静電容量Ｃｓに蓄えられた電荷がＰＤを通して放電
する。従って、次にこの画素のＣｓを充電するときに、
外部から流れ込む電流を検出回路１３０により検出する
ことにより、ＬＤの発光量を知ることができる。各画素
の光検出部ＰＤの出力に応じて、各画素の静電容量Ｃｈ
に書き込む電圧を補正することにより、各画素の発光部
ＬＤの出力を制御できる。
【００１８】この補正を正しく行うためには、各画素の
発光出力を各画素に設けた光検出部２（ＰＤ）で正確に
測定する必要がある。仮に、同じ画素の発光部以外から
の光が光検出部２に入射し、各画素でこの外部光の強度
が異なるとすると、正確な補正は困難になる。このよう
な状況が実際に起こり得るか否かは、この発光素子が置
かれる環境に依存する。例えば、透明基板１０の下方に
何らかの物体が透明基板１０に近接して設置され、有機
ＥＬ層２１から発せられた光の一部がこの物体により反
射あるいは散乱される場合には、反射あるいは散乱され
た光が光検出部２に入射する可能性がある。本実施形態
では、外部からの光の入射を防ぐために、光検出部２の
薄膜半導体１４ａの下部に遮光層１１を配置している。
尚、ＴＦＴ３の下部にも遮光層１１を配置した目的は、
外部からの光照射によりＴＦＴ３のリーク電流が増加し
て、ＴＦＴ回路動作の精度が下がるのを防止するためで
ある。もっとも、透明基板１０の下方に反射あるいは散
乱体が近接しない場合には、光検出部２に入射する光は
有機ＥＬ層２１からの直接光のみとなり、遮光層１１は
不要となる。この場合は、１回の成膜工程とフォトリソ
グラフィ及びエッチング工程を省略できることになり、
生産性が向上して製造コストが低減できるというメリッ
トがある。また、たとえ遮光層１１を設けた場合でも、
後に述べるように、光検出部２に外部から入射する光を
完全にゼロにすることは困難である。従って、遮光層１
１を設けるか否かは、反射あるいは散乱により外部から
光検出部２に侵入する光量と直接光と相対的な大小関
係、及び製造コストを考慮して総合的に判断される。
発光出力を各画素に設けた光検出部２（ＰＤ）で正確に
測定する必要がある。仮に、同じ画素の発光部以外から
の光が光検出部２に入射し、各画素でこの外部光の強度
が異なるとすると、正確な補正は困難になる。このよう
な状況が実際に起こり得るか否かは、この発光素子が置
かれる環境に依存する。例えば、透明基板１０の下方に
何らかの物体が透明基板１０に近接して設置され、有機
ＥＬ層２１から発せられた光の一部がこの物体により反
射あるいは散乱される場合には、反射あるいは散乱され
た光が光検出部２に入射する可能性がある。本実施形態
では、外部からの光の入射を防ぐために、光検出部２の
薄膜半導体１４ａの下部に遮光層１１を配置している。
尚、ＴＦＴ３の下部にも遮光層１１を配置した目的は、
外部からの光照射によりＴＦＴ３のリーク電流が増加し
て、ＴＦＴ回路動作の精度が下がるのを防止するためで
ある。もっとも、透明基板１０の下方に反射あるいは散
乱体が近接しない場合には、光検出部２に入射する光は
有機ＥＬ層２１からの直接光のみとなり、遮光層１１は
不要となる。この場合は、１回の成膜工程とフォトリソ
グラフィ及びエッチング工程を省略できることになり、
生産性が向上して製造コストが低減できるというメリッ
トがある。また、たとえ遮光層１１を設けた場合でも、
後に述べるように、光検出部２に外部から入射する光を
完全にゼロにすることは困難である。従って、遮光層１
１を設けるか否かは、反射あるいは散乱により外部から
光検出部２に侵入する光量と直接光と相対的な大小関
係、及び製造コストを考慮して総合的に判断される。
【００１９】また、以上の説明の光量補正が完全に実行
されるためには、第一に光検出部２の入出力特性が線形
であること、第二に、光検出部２の入出力特性が全ての
画素において同一であることという仮定が必要である。
しかし、厳密にはこのような仮定は成立しない。即ち、
光検出部２の入出力特性はある入力範囲では線形な応答
を示すが、Ｃｓに蓄積される初期の電荷量がゼロに近づ
くに連れて、入出力特性の傾きが１よりも小さくなる。
飽和露光量と呼ばれ、ある光量以上の入力に対しては出
力は一定となる。また、ポリシリコンＴＦＴ特性やポリ
シリコンで構成する光検出部２の入出力特性には、一般
に素子間のばらつきが存在する。これは、これらの素子
を構成する様々な薄膜の特性や厚さの不均一性に起因す
るもので、当然、その製造方法に依存して程度に差があ
る。このように、光検出部２の入出力特性の非線形性や
素子間の特性のばらつきが問題になるような場合にも光
量補正を完全に行うためには、各画素毎に光検出部２の
入出力特性を較正する必要がある。
されるためには、第一に光検出部２の入出力特性が線形
であること、第二に、光検出部２の入出力特性が全ての
画素において同一であることという仮定が必要である。
しかし、厳密にはこのような仮定は成立しない。即ち、
光検出部２の入出力特性はある入力範囲では線形な応答
を示すが、Ｃｓに蓄積される初期の電荷量がゼロに近づ
くに連れて、入出力特性の傾きが１よりも小さくなる。
飽和露光量と呼ばれ、ある光量以上の入力に対しては出
力は一定となる。また、ポリシリコンＴＦＴ特性やポリ
シリコンで構成する光検出部２の入出力特性には、一般
に素子間のばらつきが存在する。これは、これらの素子
を構成する様々な薄膜の特性や厚さの不均一性に起因す
るもので、当然、その製造方法に依存して程度に差があ
る。このように、光検出部２の入出力特性の非線形性や
素子間の特性のばらつきが問題になるような場合にも光
量補正を完全に行うためには、各画素毎に光検出部２の
入出力特性を較正する必要がある。
【００２０】図２及び図４を参照して、この較正の手順
を説明する。第一に、全ての画素の発光部１（ＬＤ）の
光の出力をゼロにする。これは図２の回路で、発光部Ｌ
Ｄに電流を供給する電源線Ｖｄｄ１の電位をゼロに設定
する等により実現される。この状態で、図４に示すよう
に、図示していない標準光源を用いて強度が均一な光を
透明基板１０に対してある角度を持って入射させる。こ
れらの光は不透明電極２２で反射、散乱されて、光検出
部２の有感領域１４ａに到達し、前述の説明と同様にし
て検出回路１３０に出力を生じさせる。標準光源の発す
る光量を変化させて検出回路１３０の出力を記録するこ
とにより、光検出部２（ＰＤ）の入出力特性が得られ
る。この手順を全ての画素について行う。遮光層１１を
形成しない場合には、標準光源からの光で直接に光検出
部２を照射できるので、上述のように光を斜めから入射
させる必要はない。
を説明する。第一に、全ての画素の発光部１（ＬＤ）の
光の出力をゼロにする。これは図２の回路で、発光部Ｌ
Ｄに電流を供給する電源線Ｖｄｄ１の電位をゼロに設定
する等により実現される。この状態で、図４に示すよう
に、図示していない標準光源を用いて強度が均一な光を
透明基板１０に対してある角度を持って入射させる。こ
れらの光は不透明電極２２で反射、散乱されて、光検出
部２の有感領域１４ａに到達し、前述の説明と同様にし
て検出回路１３０に出力を生じさせる。標準光源の発す
る光量を変化させて検出回路１３０の出力を記録するこ
とにより、光検出部２（ＰＤ）の入出力特性が得られ
る。この手順を全ての画素について行う。遮光層１１を
形成しない場合には、標準光源からの光で直接に光検出
部２を照射できるので、上述のように光を斜めから入射
させる必要はない。
【００２１】以上に説明したように、本発明の構成では
同一基板上に発光部１と光検出部２を備えるため、電子
写真プリンタや発光型ディスプレイのような発光素子を
搭載する機器の小型化に有利である。また、複数の素子
を組み合せるための位置合せや接着等の工程が不要とな
り、製造コストの増加、歩留の劣化、信頼性の劣化、を
抑えることができる。また、発光部１と光検出部２の製
造工程において、薄膜形成工程を共通化できるため、製
造コストを低減できるという利点がある。
同一基板上に発光部１と光検出部２を備えるため、電子
写真プリンタや発光型ディスプレイのような発光素子を
搭載する機器の小型化に有利である。また、複数の素子
を組み合せるための位置合せや接着等の工程が不要とな
り、製造コストの増加、歩留の劣化、信頼性の劣化、を
抑えることができる。また、発光部１と光検出部２の製
造工程において、薄膜形成工程を共通化できるため、製
造コストを低減できるという利点がある。
【００２２】（第２の実施の形態）以上では、有機ＥＬ
層２１から発せられた光が透明基板１０を透過する構成
を例にして説明したが、本発明の発光素子はこれに限る
ものではない。例えば、基板の上方へ発光するように発
光部を構成してもよい。図５（ａ），（ｂ）はそのよう
な発光素子の構成を示す第２の実施形態の平面図とＡＡ
線断面図である。なお、同図において、図１に示した第
１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付してい
る。この第２の実施形態の構成において、第１の実施形
態の構成と異なる点は以下の通りである。第１に、この
実施形態の発光部１は、平坦化膜１９の上層には、不透
明電極３０、有機ＥＬ層３１、透明電極３２、さらに封
止層３３の順番で形成される。従って、光が発せられる
方向は基板１０の上方となる。第二に、発光部１の面積
を大きくするために、不透明電極３０、有機ＥＬ層３
１、透明電極３２をＴＦＴの上方の領域にも形成してい
る。図５（ａ）と第１の実施形態の図１（ａ）の両平面
図で比較すると、第２の実施形態では発光部１の面積を
大きくできることが確認できる。なお、本実施形態で
は、有機ＥＬ層３１と透明電極３２とをパターン化した
例を示しているが、この発光素子を搭載する機器の構成
によっては、このパターン化は必ずしも必要ではない。
少なくとも３種類の発光部が必要なカラーディスプレイ
へ応用するときには、有機ＥＬ層３１の分離が必要にな
る事情は前述の通りである。第三に、有機ＥＬ層３１か
ら上方へ発せられた光や、有機ＥＬ層３１の端部から横
方向へ発せられた光を反射或は散乱するための層、ここ
では反射層３４を備える。そして、この反射層３４によ
り反射または散乱された光が届く場所に、光検出のため
の薄膜半導体層１４の有感領域１４ａを配置している。
従って、発光部１の発光出力を検出でき、発光出力の補
正が可能になる事情は前述の通りである。第四に、遮光
層１１は、パターン化されることなく全面に形成されて
いる。遮光層１１を設ける目的は、透明基板１０を通し
て外部から有感領域１４ａへの光の進入を防ぐことであ
る。ここで、透明基板１０と遮光層１１の代わりに、不
透明基板を用いてもよい。
層２１から発せられた光が透明基板１０を透過する構成
を例にして説明したが、本発明の発光素子はこれに限る
ものではない。例えば、基板の上方へ発光するように発
光部を構成してもよい。図５（ａ），（ｂ）はそのよう
な発光素子の構成を示す第２の実施形態の平面図とＡＡ
線断面図である。なお、同図において、図１に示した第
１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付してい
る。この第２の実施形態の構成において、第１の実施形
態の構成と異なる点は以下の通りである。第１に、この
実施形態の発光部１は、平坦化膜１９の上層には、不透
明電極３０、有機ＥＬ層３１、透明電極３２、さらに封
止層３３の順番で形成される。従って、光が発せられる
方向は基板１０の上方となる。第二に、発光部１の面積
を大きくするために、不透明電極３０、有機ＥＬ層３
１、透明電極３２をＴＦＴの上方の領域にも形成してい
る。図５（ａ）と第１の実施形態の図１（ａ）の両平面
図で比較すると、第２の実施形態では発光部１の面積を
大きくできることが確認できる。なお、本実施形態で
は、有機ＥＬ層３１と透明電極３２とをパターン化した
例を示しているが、この発光素子を搭載する機器の構成
によっては、このパターン化は必ずしも必要ではない。
少なくとも３種類の発光部が必要なカラーディスプレイ
へ応用するときには、有機ＥＬ層３１の分離が必要にな
る事情は前述の通りである。第三に、有機ＥＬ層３１か
ら上方へ発せられた光や、有機ＥＬ層３１の端部から横
方向へ発せられた光を反射或は散乱するための層、ここ
では反射層３４を備える。そして、この反射層３４によ
り反射または散乱された光が届く場所に、光検出のため
の薄膜半導体層１４の有感領域１４ａを配置している。
従って、発光部１の発光出力を検出でき、発光出力の補
正が可能になる事情は前述の通りである。第四に、遮光
層１１は、パターン化されることなく全面に形成されて
いる。遮光層１１を設ける目的は、透明基板１０を通し
て外部から有感領域１４ａへの光の進入を防ぐことであ
る。ここで、透明基板１０と遮光層１１の代わりに、不
透明基板を用いてもよい。
【００２３】（第３の実施の形態）以上では、光検出部
としてＴＦＴのチャネル部を構成する半導体膜と同じ半
導体膜を用いた光伝導型の光検出部の例を説明したが、
例えば、フォトダイオードを用いて発光部の発する光の
一部を検出するように構成してもよい。図６（ａ），
（ｂ）はそのような発光素子の構成を示す平面図とＡＡ
線断面図である。なお、図５に示した第二の実施形態と
同じ構成要素には同じ符号を付している。この第三の実
施形態の構成においては、ａ−Ｓｉや有機材料等の光に
有感な薄膜半導体層４１を２つの電極１８ａ，３０ａで
挟んでフォトダイオードを構成している。この例ではフ
ォトダイオードの下部電極１８ａとなる材料をＴＦＴ３
のソース・ドレイン電極１８の一部を利用して共通化し
ている。また、上部電極３０ａは不透明電極３０の一部
を利用して共通化している。前記薄膜半導体層４１とし
てプラズマＣＶＤ法によるａ−Ｓｉを用いる場合には、
ａ−Ｓｉの通常の成膜温度が２５０℃程度であるため、
有機ＥＬ層３１を形成する前に形成する必要がある。従
って、図６の構成例では、ＴＦＴ３、光検出部２、発光
部１の順に形成する。また、不透明な下部電極１８ａと
反射層３４の形状を工夫して、薄膜半導体層４１にはで
きるだけ外部から光の進入を防ぐようにしている。図６
の構成では、薄膜半導体層４１、すなわちａ−Ｓｉ層４
１の厚さを０．５〜１μｍ程度とすることにより、殆ど
全ての可視範囲の光に関して高い量子効率を持つことが
できるので、光伝導型に比べて高感度で光量を検出する
ことができる。また、光伝導型に比較して、フォトダイ
オードの入出力特性は線形性にも優れているので、光量
補正の精度を向上させることができる。
としてＴＦＴのチャネル部を構成する半導体膜と同じ半
導体膜を用いた光伝導型の光検出部の例を説明したが、
例えば、フォトダイオードを用いて発光部の発する光の
一部を検出するように構成してもよい。図６（ａ），
（ｂ）はそのような発光素子の構成を示す平面図とＡＡ
線断面図である。なお、図５に示した第二の実施形態と
同じ構成要素には同じ符号を付している。この第三の実
施形態の構成においては、ａ−Ｓｉや有機材料等の光に
有感な薄膜半導体層４１を２つの電極１８ａ，３０ａで
挟んでフォトダイオードを構成している。この例ではフ
ォトダイオードの下部電極１８ａとなる材料をＴＦＴ３
のソース・ドレイン電極１８の一部を利用して共通化し
ている。また、上部電極３０ａは不透明電極３０の一部
を利用して共通化している。前記薄膜半導体層４１とし
てプラズマＣＶＤ法によるａ−Ｓｉを用いる場合には、
ａ−Ｓｉの通常の成膜温度が２５０℃程度であるため、
有機ＥＬ層３１を形成する前に形成する必要がある。従
って、図６の構成例では、ＴＦＴ３、光検出部２、発光
部１の順に形成する。また、不透明な下部電極１８ａと
反射層３４の形状を工夫して、薄膜半導体層４１にはで
きるだけ外部から光の進入を防ぐようにしている。図６
の構成では、薄膜半導体層４１、すなわちａ−Ｓｉ層４
１の厚さを０．５〜１μｍ程度とすることにより、殆ど
全ての可視範囲の光に関して高い量子効率を持つことが
できるので、光伝導型に比べて高感度で光量を検出する
ことができる。また、光伝導型に比較して、フォトダイ
オードの入出力特性は線形性にも優れているので、光量
補正の精度を向上させることができる。
【００２４】（第４の実施の形態）以上の説明では発光
部として有機ＥＬ層を用いる例を取り上げたが、無機材
料で形成する一辺が２０〜３００μｍ程度の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）を発光部として構成してもよい。図７は
そのような発光素子の構成を示す断面図であり、図１の
構成にＬＥＤを構成した例である。なお、図７におい
て、図１に示した第１の実施形態と同じ構成要素には同
じ番号と付している。この実施形態の構成においては、
例えば、透明電極（陰極）２０上に有機ＥＬ層を形成す
る代わりに、ｎ型ＧａＰのような基板５１上にｎ型Ａｌ
ＩｎＰ層５２，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３、ｐ型ＡｌＩ
ｎＰ層５４、ｐ型ＧａＰ層５５を順次積層したＬＥＤを
搭載する。ＬＥＤの上面にはボンディングワイヤ（陽
極）５６が接続される。このような無機材料のＬＥＤで
は、有機ＥＬ層を用いた場合と比較して光量が豊富に得
られるので、応用機器としての電子写真プリンタの印刷
速度が大きくなる、発光型ディスプレイの明るさが増す
という利点がある。
部として有機ＥＬ層を用いる例を取り上げたが、無機材
料で形成する一辺が２０〜３００μｍ程度の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）を発光部として構成してもよい。図７は
そのような発光素子の構成を示す断面図であり、図１の
構成にＬＥＤを構成した例である。なお、図７におい
て、図１に示した第１の実施形態と同じ構成要素には同
じ番号と付している。この実施形態の構成においては、
例えば、透明電極（陰極）２０上に有機ＥＬ層を形成す
る代わりに、ｎ型ＧａＰのような基板５１上にｎ型Ａｌ
ＩｎＰ層５２，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３、ｐ型ＡｌＩ
ｎＰ層５４、ｐ型ＧａＰ層５５を順次積層したＬＥＤを
搭載する。ＬＥＤの上面にはボンディングワイヤ（陽
極）５６が接続される。このような無機材料のＬＥＤで
は、有機ＥＬ層を用いた場合と比較して光量が豊富に得
られるので、応用機器としての電子写真プリンタの印刷
速度が大きくなる、発光型ディスプレイの明るさが増す
という利点がある。
【００２５】これまでの第一から第四の実施形態の説明
では、トップゲート型のポリシリコンＴＦＴを用いる構
成例を挙げたが、ボトムゲート型ポリシリコンＴＦＴ、
順スタガー型ａ−Ｓｉ・ＴＦＴ、逆スタガー型ａ−Ｓｉ
・ＴＦＴのいずれかを用いることが可能である。また、
ａ−Ｓｉ・ＴＦＴを用いる場合には、ポリシリコンＴＦ
Ｔに比べて製造工程が簡略になるという利点があるが、
ａ−Ｓｉ・ＴＦＴでは図３の駆動回路の実現は困難なた
め、結晶シリコン集積回路でこれらの駆動回路を構成し
て透明基板へ接続する必要が生じる。また、例えば、電
子写真プリンタへの応用の場合で画素配列が１次元であ
るときには、図２のＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の全てを透
明基板の外部へ配置してＬＤ，ＰＤへ接続する構成も可
能であり、この場合にはＴＦＴの製造工程が不要になる
ので、発光素子単独の製造工程は簡略になり、この部分
の製造コストは低減される。このように、本発明におい
ては、様々な構成要素の置換が可能である。
では、トップゲート型のポリシリコンＴＦＴを用いる構
成例を挙げたが、ボトムゲート型ポリシリコンＴＦＴ、
順スタガー型ａ−Ｓｉ・ＴＦＴ、逆スタガー型ａ−Ｓｉ
・ＴＦＴのいずれかを用いることが可能である。また、
ａ−Ｓｉ・ＴＦＴを用いる場合には、ポリシリコンＴＦ
Ｔに比べて製造工程が簡略になるという利点があるが、
ａ−Ｓｉ・ＴＦＴでは図３の駆動回路の実現は困難なた
め、結晶シリコン集積回路でこれらの駆動回路を構成し
て透明基板へ接続する必要が生じる。また、例えば、電
子写真プリンタへの応用の場合で画素配列が１次元であ
るときには、図２のＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の全てを透
明基板の外部へ配置してＬＤ，ＰＤへ接続する構成も可
能であり、この場合にはＴＦＴの製造工程が不要になる
ので、発光素子単独の製造工程は簡略になり、この部分
の製造コストは低減される。このように、本発明におい
ては、様々な構成要素の置換が可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、発光手段
が基板上に形成されるとともに、当該発光手段で発光さ
れた光の発光出力を検出する光検出手段は同じ基板上に
形成された半導体膜により構成され、かつ発光手段で発
光された光の一部が光検出手段に入射するように構成さ
れ、さらに、光検出手段での検出出力に基づいて発光出
力制御手段により発光手段の発光出力を補正する構成で
あるので、発光手段の経時変化や、個々の発光手段の特
性の違いによっても、所望の発光出力を安定に得ること
が可能になる。そのため、この種の発光素子を用いて電
子写真プリンタや発光型ディスプレイのような応用機器
を構成した場合には、これら機器の小型化が有利にな
る。また、発光手段と光検出手段とを一体化すること
で、これら手段を個別部品として構成し、かつ組み立て
る構成に比較し、組み立てに際しての位置合せや接着等
の工程が不要となり、製造コストの増加、歩留の劣化、
信頼性の劣化を抑えることが可能になる。
が基板上に形成されるとともに、当該発光手段で発光さ
れた光の発光出力を検出する光検出手段は同じ基板上に
形成された半導体膜により構成され、かつ発光手段で発
光された光の一部が光検出手段に入射するように構成さ
れ、さらに、光検出手段での検出出力に基づいて発光出
力制御手段により発光手段の発光出力を補正する構成で
あるので、発光手段の経時変化や、個々の発光手段の特
性の違いによっても、所望の発光出力を安定に得ること
が可能になる。そのため、この種の発光素子を用いて電
子写真プリンタや発光型ディスプレイのような応用機器
を構成した場合には、これら機器の小型化が有利にな
る。また、発光手段と光検出手段とを一体化すること
で、これら手段を個別部品として構成し、かつ組み立て
る構成に比較し、組み立てに際しての位置合せや接着等
の工程が不要となり、製造コストの増加、歩留の劣化、
信頼性の劣化を抑えることが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における光量補正機
能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＡＡ線断面図
である。
能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＡＡ線断面図
である。
【図２】本発明の発光素子で構成される画素の電気接続
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図３】図２の画素を配列した状態の電気接続構成を示
す回路構成図である。
す回路構成図である。
【図４】図１の発光素子における光検出部の較正時の動
作を示す断面図である。
作を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における発光出力補
正機能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＢＢ線断
面図である。
正機能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＢＢ線断
面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における発光出力補
正機能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＣＣ線断
面図である。
正機能付き発光素子の構成を示す平面図とそのＣＣ線断
面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における発光出力補
正機能付き発光素子の構成を示す断面図である。
正機能付き発光素子の構成を示す断面図である。
【図８】従来の発光出力補正機能付き発光素子の一例の
概略構成図である。
概略構成図である。
１ 発光部 ２ 光検出部 ３ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ） １０ 透明基板 １１ 遮光層 １２ バリア層 １３ 薄膜半導体層 １３ａ チャネル領域 １３ｂ ソース・ドレイン領域 １４ 薄膜半導体層 １４ａ 有感領域 １４ｂ コンタクト領域 １５ ゲート絶縁膜 １６ ゲート電極 １７ 層間絶縁膜 １８ ソース・ドレイン電極 １９ 平坦化膜 ２０ 透明電極 ２１ 有機ＥＬ層 ２２ 不透明電極 ２３ 封止層 ３０ 不透明電極 ３１ 有機ＥＬ層 ３２ 透明電極 ３３ 封止層 ３４ 反射層 ４１ 薄膜半導体層 ５１ ｎ型ＧａＰ基板 ５２ ｎ型ＡｌＩｎＰ層 ５３ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層 ５４ ｐ型ＡｌＩｎＰ層 ５５ ｐ型ＧａＰ層 ５６ ボンディングワイヤ（陽極用） ２０１ 感光ドラム ２０２ ラインヘッド ２０３ 基板 ２０４ 端面発光型EL素子 ２０５ 結像光学系 ２０６ 光検出器 ２０７ 回路基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 13/22 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｆターム(参考） 2C162 AE28 AF21 AF39 AF84 FA16 FA17 FA23 3K007 AB18 BB00 BB07 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 GA04 5C094 AA07 AA15 AA42 AA43 AA44 BA03 BA27 DA09 EA05 EB02 FB01 HA10 5C096 AA22 AA24 AA27 BA04 CC07 CC29 EA06 FA00
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に形成された発光手段と、前記発
光手段の発光出力を検出する光検出手段と、前記光検出
手段の検出出力に基づいて前記発光手段の発光出力を制
御する発光出力制御手段とを含む光量補正機能付き発光
素子において、前記光検出手段は前記基板上に形成され
た半導体膜により構成され、かつ前記発光手段で発光さ
れた光の一部が前記光検出手段に入射するように構成し
たことを特徴とする発光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項２】 前記光検出手段と前記発光手段は前記基
板上に積層状態に配置され、前記発光手段で発光された
光が前記光検出手段に直接に入射することを特徴とする
請求項１記載の発光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項３】 前記基板上に光の進路を変える光学手段
を備え、前記発光手段で発光された光が、前記光学手段
により一回または複数回進路を変えられた後に、前記光
検出手段に入射することを特徴とする請求項１記載の発
光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項４】 前記光学手段は、前記基板上に形成され
た反射層であり、前記発光手段で発光された光を当該反
射層で反射して前記光検出手段に入射することを特徴と
する請求項３に記載の発光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項５】 前記発光手段及びこれに対応する前記光
検出手段は前記基板上に周期的に配列された複数の発光
手段及び光検出手段として構成されることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれかに記載の発光出力補正機能
付き発光素子。 - 【請求項６】 前記発光手段を駆動するための発光手段
駆動回路と、前記光検出手段を駆動するための光検出手
段駆動回路とを備え、前記発光出力制御手段、前記発光
手段駆動回路、前記光検出手段駆動回路を構成する回路
素子の少なくとも一部が前記基板に形成された半導体層
の一部を利用して形成した薄膜トランジスタで構成され
ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
の発光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項７】 前記薄膜トランジスタを構成する半導体
膜は、前記光検出手段を構成する半導体層と同一層の半
導体層で構成されることを特徴とする請求項６に記載の
発光出力補正機能付き発光素子。 - 【請求項８】 前記発光手段が、有機薄膜材料で形成さ
れるエレクトロルミネセンス素子、または、無機材料で
形成される発光ダイオードであることを特徴とする請求
項１ないし７のいずれかに記載の発光出力補正機能付き
発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26474999A JP2001085160A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 発光出力補正機能付き発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26474999A JP2001085160A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 発光出力補正機能付き発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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