JP6131955B2

JP6131955B2 - 受発光素子及び受発光装置

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Publication number: JP6131955B2
Application number: JP2014529349A
Authority: JP
Inventors: 融宇高; 昌樹村田; 類森本; 修榎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2017-05-24
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Description

本技術は、受光機能と発光機能を併せ持つ受発光素子及びこの受発光素子を備える受発光装置に関する。より詳しくは、有機光電変換材料を用いた受発光素子及び受発光装置に関する。

複写機、ファクシミリ及びスキャナなどの電子情報機器などでは、受光機能と発光機能の両方を備えた受発光デバイスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、従来、各画素に発光セル及び受光セルを設け、表示面に接触又は近接する物体の位置などを検出可能にした画像表示装置も提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載の装置では、例えば、発光部を有機発光素子で構成し、受光部をフォトダイオードで構成している。

これら特許文献１，２に記載されている装置では、受光素子と発光素子が同一面上に配置されているが、受光部と発光部が積層された構造の受発光素子もある（特許文献３参照）。この特許文献３に記載の情報読み取り素子では、受光部を光透過性を有する有機光電変換素子で構成し、発光部を有機エレクトロルミネッセンス素子で構成している。

また、順バイアス印加時に発光機能を有し、逆バイアス印加時に光電変換機能を有する有機材料により有機層を形成し、この有機層に印加するバイアス電圧を変えることで、発光と受光の切り替えが可能な受発光素子も提案されている（特許文献４参照）。この特許文献４に記載の受発光素子は、有機層に順バイアス印加したときは発光素子として機能し、有機層に逆バイアス印加したときは受光（撮像）素子として機能する。

特開２００７−８１２０３号公報特開２００６−３０１８６４号公報特開２００４−２６０７９８号公報特開２００９−８１２９６号公報

しかしながら、前述した従来の受発光素子及び受発光装置には、以下に示す問題点がある。特許文献１，２に記載の装置のように、同一面上に受光素子と発光素子を配置した従来の受発光装置には、単位面積あたりの画素数が少なくなり、検出感度が低くなるという問題点がある。また、特許文献２に記載の装置では、受光部の色分離のためにカラーフィルターが必要となることがあり、発光特性の低下や製造プロセスの複雑化が懸念される。更に、特許文献１，２に記載の装置のように受光素子と発光素子とを二次元配置すると、隣合う画素間でのクロストークも懸念される。

一方、特許文献３に記載の素子のように、受光部と発光部とを積層構造にすると、受光素子の検出感度を向上させることができるが、この構造では、受光部と発光部とで互いの特性を阻害する可能性がある。更に、特許文献４に記載の受発光素子は、受光機能と発光機能とを切り替えて使用するものであり、受光（検出）と発光とを同時に行う用途には適用できないという問題点がある。

そこで、本開示は、容易に製造することができ、高感度検出が可能な受発光素子及び受発光装置を提供することを主目的とする。

本開示に係る受発光素子は、第１の有機光電変換部と、前記第１の有機光電変換部上に設けられ、前記第１の有機光電変換部とは分光感度が異なる第２の有機光電変換部と、を有し、前記第１の有機光電変換部及び第２の有機光電変換部は、一方が受光部として機能し、他方が発光部として機能する。
本開示の受発光素子は、受光部と発光部とを積層した構造であるため、受光感度が高い。また、受光部と発光部とは分光感度が異なるため、カラーフィルターや分光のためのレンズなどが不要となる。
また、本開示の受発光素子は、前記第１の有機光電変換部が、１対の電極間に設けられ、１又は複数の有機半導体材料を含有する第１の有機光電変換層を備えると共に、前記第２の有機光電変換部が、１対の電極間に設けられ、前記第１の有機光電変換層を構成する有機半導体材料とは分光感度が異なる１又は複数の有機半導体材料を含有する第２の有機光電変換層を備えており、前記第１の有機光電変換層と前記第２の有機光電変換層に、逆のバイアス電圧が印加される構成としてもよい。
この場合、前記第１の有機光電変換部及び前記第２の有機光電変換部に設けられた各電極は、透明導電性材料により形成することができる。
また、前記第１の有機光電変換層及び前記第２の有機光電変換層は、少なくともｐ型有機半導体材料を含有していればよい。
更に、前記第１の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方と、前記第２の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方を、共通電極とすることもできる。
一方、本開示の受発光素子は、前記第１の有機光電変換部又は前記第２の有機光電変換部と同一平面上に、前記第１及び前記第２の有機光電変換部とは分光感度が異なる第３の有機光電変換部を設けてもよい。
また、前記第２の有機光電変換部は、１対の電極間に、分光感度が異なる３種の有機光電変換層が設けられており、受光部として機能する構成とすることもできる。
その場合、前記３種の有機光電変換層が積層構造となっていてもよい。

本開示に係る受発光装置は、前述した受発光素子を備える。
本開示の受発光装置では、分光感度が異なり、受光部又は発光部として機能する２種類の有機光電変換部が積層された構成の受発光素子を用いているため、受光（検出）感度が高く、製造も容易である。

本開示によれば、分光感度が異なる２種類の有機光電変換部を積層し、その一方を受光部、他方を発光部としているため、従来の素子に比べて製造プロセスを簡素化することができ、更に受光感度も向上する。

本開示の第１の実施形態の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。図１に示す受発光素子１０の動作時を示す概念図あり、受光部３側に受発光面が設定される場合を示す。図１に示す受発光素子１０の動作時を示す概念図あり、発光部２側に受発光面が設定される場合を示す。図１に示す受発光素子１０の他の動作例を示す概念図である。本開示の第１の実施形態の変形例の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。本開示の第２の実施形態の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。図６に示す受発光素子２０における有機光電変換層２２，３２，３６の配置を示す模式図であり、Ａは断面図、Ｂ及びＣは平面図である。本開示の第３の実施形態の受発光素子の構成を示す模式図である。本開示の第３の実施形態の受発光素子の他の構成を示す模式図である。本開示の第３の実施形態の第１変形例の受発光素子の受光部の構成を示す模式図である。Ａは本開示の第３の実施形態の第２変形例の受発光素子の構成を示す模式図であり、Ｂはその発光部の構成を示す平面図である。

以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態
（分光感度が異なる２種類の有機光電変換部を積層した構造の受発光素子の例）
２．第１の実施の形態の変形例
（発光部と受光部の一部電極が共通の受発光素子の例）
３．第２の実施の形態
（受光部に複数の有機光電変換層が設けられている受発光素子の例）
４．第３の実施の形態
（受光部がカラーフィルターとしても機能する受発光素子の例）
５．第３の実施の形態の第１変形例
（受光部に設けられた各有機光電変換層の画素がずれている受発光素子の例）
６．第３の実施の形態の第２変形例
（受光部の周囲に発光部が設けられた受発光素子の例）

＜１．第１の実施の形態＞
先ず、本開示の第１の実施形態に係る受発光素子について説明する。図１は本実施形態の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の受発光素子１０は、基板１の上に発光部２が設けられており、この発光部２上に絶縁層４を介して受光部３が設けられている。

［基板１］
基板１は、発光部２及び受光部３を支持可能なものであればよく、その材質や形状は特に限定されるものではない。基板１を構成する材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの合成樹脂が挙げられる。

基板１を合成樹脂で形成する場合、その形態は、板状の他、フィルム状やシート状などでもよい。そして、可とう性を有する基板１を使用することで、例えば曲面形状を有する電子機器への電子デバイスの組込みや一体化が可能となる。

また、基板１は、雲母、ガラス又は石英などの無機材料で形成されていてもよい。更に、基板１として、各種ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板及び炭素基板などの表面に、例えば酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、金属酸化物又は金属塩などからなる絶縁膜を形成したものを使用することもできる。

そして、例えば、基板１側から発光及び／又は受光を行う場合は、基板１は透明材料により形成されていることが好ましい。ここで、「透明材料」とは、受光部への入射光、発光部からの出射光を、過度に吸収しない材料を指し、以下の説明においても同様である。なお、基板１の表面は、平滑であることが望ましいが、発光部２及び受光部３の特性に影響しない程度であれば、凹凸があってもよい。また、基板１の表面には、その上に形成される電極や絶縁層との接着性を向上させるための表面処理が施されていてもよい。

［発光部２］
発光部２は、１対の電極２１，２３と、その間に設けられた有機光電変換層２２とで構成されている。また、電極２１上の有機光電変換層２２が設けられていない領域には絶縁層２４が設けられており、この絶縁層２４によって電極２１と電極２３との間の短絡が防止されている。

有機光電変換層２２は、有機半導体材料により形成することができる。ここで使用する有機半導体材料は、発光特性を有するものであればよいが、特にｐ型有機半導体材料を使用することが望ましい。有機光電変換層２２を構成する有機半導体材料としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ピグメントバイオレット１，３，４，５，５：１，１９，２３，２７，２９，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４０，４２，４３，４４，５０、及びピグメントレッド１，２，４，５，６，７，８，９，１２，１３，１７，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３８，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，６４，６８，８８，１１２，１１３，１１４，１２２，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０，１５１，１６８，１７０，１７１，１７３，１７４，１７５，１７６，１７７，１７８，１７９，１８１，１８４，１８５，１９０，１９５，２００，２０２，２０６，２０７，２０８，２０９，２１４，２１６，２２１，２２４，２２５，２４２，２５１，２５４，２５５，２５９，２６４，２６６，２６８，２６９などが挙げられる。

なお、有機光電変換層２２は、１種類の有機半導体材料で形成してもよいが、２種以上の有機半導体材料を組み合わせて形成することもできる。また、有機光電変換層２２は、ｐ型有機半導体材料のみで形成してもよいが、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とを混合又は積層することもできる。

なお、各材料のドナー性又はアクセプター性は、組み合わせにより変化するため、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料を混合して使用する場合は、材料の組み合わせに応じて、デバイス構造を設計することが好ましい。具体的には、分子のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital；最高被占軌道）／ＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital；最低空軌道）レベルに合わせて層形成することが望ましい。

発光部２の有機光電変換層２２の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば５０〜５００ｎｍとすることができる。これにより、電極間の短絡を防止しつつ、電界強度を過不足ない範囲にすることができる。

また、有機光電変換層２２の形成方法は、特に限定されるものではないが、塗布法、ＰＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法を含む各種のＣＶＤ法などを適用することができる。ここで、塗布法としては、例えばスピンコート法、浸漬法、キャスト法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法及びグラビア印刷法などの各種印刷法、スタンプ法、スプレー法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法などの各種コーティング法などが挙げられる。その際、溶媒としては、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールなどの無極性又は極性の低い有機溶媒を使用することができる。

また、ＰＶＤ法としては、例えば電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、ランプ加熱法、高周波誘導加熱法などの各種加熱法を用いた真空蒸着法、プラズマ蒸着法、２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法及びバイアススパッタリング法などの各種スパッタリング法、ＤＣ（direct current）法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法及び反応性イオンプレーティング法などの各種イオンプレーティング法が挙げられる。更に、本実施形態の受発光素子を集積化する場合は、ＰＬＤ法（パルスレーザーデポジション法）に基づいてパターンを形成する方法を採用することができる。

電極２１，２３は、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，ＳｎドープのＩｎ_２Ｏ_３、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ_２Ｏ_３）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯ、ＧａドープのＺｎＯを含む）、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、スピネル形酸化物、ＹｂＦｅ_２Ｏ_４構造を有する酸化物などの導電性を有する透明材料により形成することができる。

一方、受光部３側から光が入射する場合、電極２１は透明性が低くてもよい。この場合、電極２１は、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料やこれらの金属元素を含む合金材料により形成することもできる。

また、電極２１は、前述した金属又は合金を含む導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェンなどの導電性材料で形成することもできる。その場合、これらの導電性材料をバインダー樹脂に混合してペースト又はインクとしたものを硬化させることで、電極２１を形成してもよい。更に、電極２１，２３は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）やポリスチレンスルホン酸などの導電性高分子材料で形成することもできる。

なお、電極２１，２３は、異なる材料からなる２以上の層を積層した構造とすることもできる。また、図１に示す構成の場合、電極２１は仕事関数が小さい材料（例えば、φ＝３．５ｅＶ〜４．５ｅＶ）により形成され、電極２３は仕事関数が大きい材料（例えば、φ＝４．５ｅＶ〜５．５ｅＶ）により形成されていることが好ましい。

ここで、仕事関数が小さい電極材料としては、例えばＬｉ、Ｎａ及びＫなどのアルカリ金属並びにそのフッ化物又は酸化物、Ｍｇ及びＣａなどのアルカリ土類金属並びに及びそのフッ化物又は酸化物、アルミニウム（Ａｌ）又はその合金、亜鉛（Ｚｎ）又はその合金、錫（Ｓｎ）又はその合金、タリウム（Ｔｌ）又はその合金、ナトリウム−カリウム合金、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテリビウムなどの希土類金属又はその合金などが挙げられる。そして、電極２１には、これらの材料の中でも特に仕事関数が低いことから、リチウム、カルシウム及びマグネシウムなどの第１族元素や第２族元素を含む材料が好適である。

これに対して、仕事関数が大きい電極材料としては、例えば金（Ａｕ）又はその合金、銀（Ａｇ）又はその合金、クロム（Ｃｒ）又はその合金、ニッケル（Ｎｉ）又はその合金、パラジウム（Ｐｄ）又はその合金、白金（Ｐｔ）又はその合金、鉄（Ｆｅ）又はその合金、イリジウム（Ｉｒ）又はその合金、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はその合金、オスミウム（Ｏｓ）又はその合金、レニウム（Ｒｅ）又はその合金、テルル（Ｔｅ）又はその合金などが挙げられる。

これら電極２１，２３の形成方法は、特に限定されるものではなく、電極材料に応じて適宜選択することができる。具体的には、電極２１，２３の形成には、真空蒸着法、反応性蒸着法、各種のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、パイロゾル法、有機金属化合物を熱分解する方法、スプレー法、ディップ法、ＭＯＣＶＤ法を含む各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、無電解めっき法や電解めっき法などの各種めっき法、リフト・オフ法、ゾル・ゲル法、電着法、シャドウマスク法などを適用することができ、これらを組み合わせて行ってもよい。また、これらの技術とパターニング技術と組合せて行うこともできる。

また、発光部２には、有機光電変換層２２と電極２１との間に、電子を注入し易くするための電子注入層及び／又は電子輸送層が設けられ、有機光電変換層２２と電極２３との間に、電子を注入し易くするための正孔注入層及び／又は正孔輸送層が設けられていることが好ましい。これにより、発光効率が向上するため、駆動電圧を低減させることができる。

一方、絶縁層２４は、例えばＳｉＯ_２及びＳｉＮなどのシリコン系絶縁材料により形成することができるが、これらに限定されるものではなく、絶縁性が確保できる材料で形成されていればよい。

［受光部３］
受光部３は、１対の電極３１,３３と、その間に設けられた有機光電変換層３２とで構成されている。また、電極３１上の有機光電変換層３２が設けられていない領域には絶縁層３４が設けられており、この絶縁層３４によって電極３１と電極３３との間の短絡が防止されている。

有機光電変換層３２は、発光部２の有機光電変換層２２と分光感度が異なり、１又は２以上の有機半導体材料により形成することができる。ここで使用する有機半導体材料は、光エネルギーを電気エネルギーに変換可能な材料であればよいが、特にｐ型有機半導体材料を使用することが望ましい。ここで、各種有機半導体材料のうち、緑色（約４９０〜５８０ｎｍ）に反応性がある材料としては、例えば、ピグメントバイオレット１，３，４，５，５：１，１９（キナクリドン），２３，２７，２９，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４０，４２，４３，４４，５０、及びピグメントレッド１，２，４，５，６，７，８，９，１２，１３，１７，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３８，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，６４，６８，８８，１１２，１１３，１１４，１２２，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０，１５１，１６８，１７０，１７１，１７３，１７４，１７５，１７６，１７７，１７８，１７９，１８１，１８４，１８５，１９０，１９５，２００，２０２，２０６，２０７，２０８，２０９，２１４，２１６，２２１，２２４，２２５，２４２，２５１，２５４，２５５，２５９，２６４，２６６，２６８，２６９などが挙げられる。

また、青色（約４００〜４９０ｎｍ）に反応性がある材料としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、スチリルアミン誘導体あるいはビス（アジニル）メテンホウ素錯体などが挙げられる。更に、赤色（約５８０〜７００ｎｍ）に反応性がある材料としては、例えば、ナイルレッドや、ＤＣＭ１｛４―（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（４−ジメチルアミノスチリル）４Ｈ−ピラン｝及びＤＣＪＴ｛４−（ジシアノメチレン）−２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−（ジュロリジルスチリル）ピラン｝などのピラン誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、クロリン誘導体、ユーロジリン誘導体などが挙げられる。

なお、有機光電変換層３２も、２種以上の有機半導体材料を組み合わせて形成することができ、その場合、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とを混合して使用してもよい。

一方、電極３１，３３は、例えば、アルミニウム又はその合金、銅又はその合金、チタン又はその合金、タングステン又はその合金、タンタル又はその合金、金又はその合金、白金又はその合金、イリジウム又はその合金、パラジウム又はその合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化マグネシウムなどにより形成することができる。更に、受発光効率の観点から、電極３１，３３は、透明材料で形成されていることが好ましい。

また、受光部３には、有機光電変換層３２と電極３１との間に、正孔ブロック層を形成することが好ましい。これにより、暗電流を抑制することができる。その際、正孔ブロック層は、有機光電変換層３２の有機半導体材料よりも、イオン化ポテンシャル又はＨＯＭＯ準位が深い材料により形成されていることが好ましい。更に、絶縁層３４は、前述した絶縁層２４と同様の材料により形成することができる。

［絶縁層４］
絶縁層４は、例えばＳｉＯ_２及びＳｉＮなどのシリコン系絶縁材料により形成することができるが、これらに限定されるものではなく、絶縁性が確保できる材料で形成されていればよい。

［動作］
図２及び図３は本実施形態の受発光素子１０の動作時を示す概念図あり、図２は受光部３側に受発光面が設定される場合を示し、図３は発光部２側に受発光面が設定される場合を示す。本実施形態の受発光素子１０は、発光部２の有機光電変換層２２と、受光部３の有機光電変換層３２に、逆のバイアス電圧が印加される。具体的には、発光部２では、電極２１に負電圧、電極２３に正電圧が印加され、受光部３では、電極３１に正電圧、電極３３に負電圧が印加される。これにより、発光部２では発光が生じ、受光部３では光検出が可能となる。

本実施形態の受発光素子１０は、発光部２と受光部３とで分光感度が異なるため、図２及び図３に示すように、発光部２と受光部３とが積層された構造であっても、これらを同時に動作させることが可能となる。なお、受発光素子１０では、発光部２及び受光部３を同時に動作させるだけでなく、一方のみを動作させることも可能であり、用途などに応じて発光部２及び受光部３をそれぞれ個別に動作させることができる。また、図２及び図３では、受光面と発光面を同じにしているが、本実施形態の受発光素子１０は受光面と発光面とがそれぞれ異なっていてもよい。

図４は本実施形態の受発光素子１０の他の動作例を示す概念図である。図２及び図３には、発光部２が受光部３よりも分光感度のピークが高波長側にある場合を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、発光部２と受光部３の分光感度のピークがずれていればよい。即ち、図４に示すように、発光部２よりも受光部３の方が高波長側に分光感度のピークを有していてもよい。

なお、発光部２と受光部３の分光感度のピーク位置は、離れているほど他方への影響は少なくなるが、相互に干渉しない程度の差があればよい。具体的には、発光部２と受光部３の分光感度は、ピーク位置の差が１００ｎｍ以上あることが好ましく、より好ましくは２００ｎｍ以上である。

本実施形態の受発光素子１０では、発光部２と受光部３とが積層された構造であるため、発光部と受光部とを同一面上に配置した構造に比べて、単位面積あたりの検出面積（画素数）を増やすことができる。その結果、本実施形態の受発光素子１０は、従来の受発光素子に比べて、検出感度を向上させることができる。

また、この受発光素子１０は、発光部２と受光部３の分光感度が異なるため、双方の特性を阻害することがなく、積層構造であっても、これらを同時に動作させることが可能である。一方、特許文献３に記載の素子では、受光部と発光部の分光特性の関係が考慮されていないため、同時に動作させると、互いの特性に影響が出る可能性がある。

更に、本実施形態の受発光素子１０は、発光部２及び受光部３のいずれも、有機半導体材料を使用した有機光電変換部により構成されているため、例えば専用のメタルマスクを準備するだけで、同様のプロセスで形成することが可能となる。その結果、従来の受発光素子に比べて製造プロセスを簡素化することもできる。

なお、本実施形態においては、基板１側に発光部２が設けられ、その上に受光部３が設けられた構成の受発光素子１０を例にして説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、発光部２と受光部３の位置が逆でもよい。その場合、バイアス電圧のかけ方を逆にすることにより、受光部として機能していた有機光電変換部を発光部として機能させ、発光部として機能していた有機光電変換部を受光部として機能させることもできる。

即ち、本実施形態の受発光素子は、電圧のかけ方を変えるだけで、受光部及び発光部を変更することが可能である。そして、発光部及び受光部の積層順序にかかわらず、前述した効果が得られる。

そして、本実施形態の受発光素子１０を搭載することで、例えば、物体検出や撮像機能を備えた画像表示装置のみならず、入力箇所指定のマンマシンインターフェースなどを実現することも可能となる。

＜２．第１の実施の形態の変形例＞
次に、本開示の第１の実施形態の変形例に係る受発光素子について説明する。図５は本変形例の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、図５においては、図１に示す受発光素子１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本変形例の受発光素子１１では、発光部１２の上部電極と、受光部１３の下部電極が、共通電極５となっている。これにより、素子構造を簡素化し、薄型化することが可能となる。なお、本変形例の受発光素子１１における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

＜３．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施形態に係る受発光素子について説明する。図６は本実施形態の受発光素子の構造を模式的に示す断面図である。また、図７は図６に示す受発光素子２０における有機光電変換層２２，３２，３６の配置を示す模式図であり、Ａは断面図、Ｂ及びＣは平面図である。なお、図６，７においては、図１に示す受発光素子１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６及び図７に示すように、本実施形態の受発光素子２０は、受光部３に、分光感度が異なる２種類の有機光電変換層３２，３６が、同一平面上に設けられている。具体的には、受光部３に、１対の電極３１，３３及びその間に設けられた有機光電変換層３２で構成される第１の有機光電変化部と、１対の電極３５，３７及びその間に設けられた有機光電変換層３６で構成される第２の有機光電変化部とが設けられている。また、各電極３１，３３，３５，３７は、絶縁層３４によって短絡が防止されている。

そして、有機光電変換層３２，３６を構成する有機半導体材料は、特に限定されるものではなく、必要とされる検出領域（分光感度）に応じて、適宜選択することができる。例えば、有機光電変換層３２が赤色の光を検出し、有機光電変換層３６で青色の光を検出するようにすることができる。

また、有機光電変換層３２，３６の配置も、特に限定されるものではなく、双方の受光特性に影響しない範囲であればよい。例えば、図７Ｂに示すように、有機光電変換層３２と有機光電変換層３６とを、互い違いに配置することができる。

そして、本実施形態の受発光素子２０においても、前述した第１の実施形態の受発光素子１０と同様に、受発光面は受光部３側及び基板１側のいずれでもよく、どちらの場合でも、発光部２及び受光部３を同時に動作させることが可能である。

以上詳述したように、本実施形態の受発光素子２０は、受光部３に分光感度が異なる２種類の有機光電変換層３２，３６が設けられているため、偽色を防止し、色再現性を向上することができる。なお、本実施形態の受発光素子２０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態又はその変形例の受発光素子と同様である。

＜４．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施形態に係る受発光素子について説明する。本実施形態の受発光素子は、受光部３がカラーフィルターを兼ねている。図８及び図９は本実施形態の受発光素子の構成を示す模式図である。なお、図８，９においては、図１に示す受発光素子１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図８，９では、有機光電変換層以外の構成要素を省略して示している。

具体的には、図８に示す受発光素子３０のように、発光部２に白色光を発光する有機光電変換層２５が設けられ、その上方に、それぞれ緑色画素、青色画素及び赤色画素を備える２つの有機光電変換層３８，３９が積層された構成とすることができる。受光部３の各有機光電変換層３８，３９は、例えば、緑色画素３８Ｇの上方に赤色画素３９Ｒが、青色画素３８Ｂの上方に緑色画素３９Ｇが、赤色画素３８Ｒの上方に青色画素３９Ｂが、それぞれ位置するように配置されている。

又は、図９に示す受光素子４０のように、発光部２に赤色、緑色又は青色を発光するの３種の画素を有する有機光電変換層２６が設けられ、その上方に、２つの有機光電変換層３８，３９が配置された構成とすることもできる。この場合、有機光電変換層２６の青色画素２６Ｂの上方に緑色画素３８Ｇ及び赤色画素３９Ｒが、赤色画素２６Ｒの上方に青色画素３８Ｂ及び緑色画素３９Ｇが、緑色画素２６Ｇの上方に赤色画素３８Ｒ及び青色画素３９Ｂが、それぞれ位置するように配置される。

本実施形態の受発光素子では、受光部３がカラーフィルターとしても機能するため、発光部２の有機光電変換層２５が白色光を発光するものであっても、別途カラーフィルターを設ける必要がなく、構造及び製造プロセスを簡素化することができる。なお、本実施形態の受発光素子における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態、その変形例及び第２の実施形態の受発光素子と同様である。

＜５．第３の実施の形態の第１変形例＞
次に、本開示の第３の実施形態の第１変形例に係る受発光素子について説明する。図１０は本変形例の受発光素子の受光部の構成を示す模式図である。なお、図１０においては、有機光電変換層以外の構成要素を省略して示している。図１０に示すように、本変形例の受発光素子も、受光部３がカラーフィルターを兼ねている。

そして、受光部３には、複数の緑色画素が設けられた有機光電変換層４１Ｇと、複数の青色画素が設けられた有機光電変換層４１Ｂと、複数の赤色画素が設けられた有機光電変換層４１Ｒが、電極（図示せず）及び絶縁層（図示せず）を介して積層配置されている。また、緑色有機光電変換層４１Ｇの各画素と、青色有機光電変換層４１Ｂの各画素と、赤色有機光電変換層４１Ｒの各画素は、縦方向及び／又は横方向にずらして配置されている。

このように、緑色有機光電変換層４１Ｇ、青色有機光電変換層４１Ｂ、赤色有機光電変換層４１Ｒを積層すると共に、その各画素をずらして配置することにより、上層における光吸収などの影響を抑制することができる。なお、本変形例の受発光素子における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第３の実施形態の受発光素子と同様である。

＜６．第３の実施の形態の第２変形例＞
次に、本開示の第３の実施形態の第２変形例に係る受発光素子について説明する。図１１Ａは本変形例の受発光素子の構成を示す模式図であり、図１１Ｂはその発光部の構成を示す平面図である。なお、図１１においては、有機光電変換層以外の構成要素を省略して示している。図１１Ａに示すように、本変形例の受発光素子４２は、受光部３がカラーフィルターを兼ねており、更に受光部３の有機光電変換層と、発光部２の有機光電変換層２７とが同一層内に形成されている。

具体的には、図１１Ｂに示すように、受光部３の有機光電変換層の各画素４３Ｒ,４３Ｇ,４３Ｂの周囲に、発光部２の有機光電変換層２７が形成されている。このような構成にすることにより、受光部３及び発光部２との間の吸収差を考慮する必要がなくなる。なお、本変形例の受発光素子における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第３の実施形態の受発光素子と同様である。

また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
第１の有機光電変換部と、
前記第１の有機光電変換部上に設けられ、前記第１の有機光電変換部とは分光感度が異なる第２の有機光電変換部と、
を有し、
前記第１の有機光電変換部及び第２の有機光電変換部は、一方が受光部として機能し、他方が発光部として機能する受発光素子。
（２）
前記第１の有機光電変換部は、１対の電極間に設けられ、１又は複数の有機半導体材料を含有する第１の有機光電変換層を備え、
前記第２の有機光電変換部は、１対の電極間に設けられ、前記第１の有機光電変換層を構成する有機半導体材料とは分光感度が異なる１又は複数の有機半導体材料を含有する第２の有機光電変換層を備え、
前記第１の有機光電変換層と前記第２の有機光電変換層には、逆のバイアス電圧が印加される（１）に記載の受発光素子。
（３）
前記第１の有機光電変換部及び前記第２の有機光電変換部に設けられた各電極は、透明導電性材料により形成されている（２）に記載の受発光素子。
（４）
第１の有機光電変換層及び前記第２の有機光電変換層は、少なくともｐ型有機半導体材料を含有する（２）又は（３）に記載の受発光素子。
（５）
前記第１の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方と、前記第２の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方が、共通電極である（２）〜（４）のいずれかに記載の受発光素子。
（６）
前記第１の有機光電変換部又は前記第２の有機光電変換部と同一平面上に、前記第１及び前記第２の有機光電変換部とは分光感度が異なる第３の有機光電変換部が設けられている（１）〜（５）のいずれかに記載の受発光素子。
（７）
前記第２の有機光電変換部は、１対の電極間に、分光感度が異なる３種の有機光電変換層が設けられており、受光部として機能する（１）〜（６）のいずれかに記載の受発光素子。
（８）
前記３種の有機光電変換層が積層構造となっている（７）に記載の受発光素子。
（９）
（１）〜（８）のいずれかに記載の受発光素子を備える受発光装置。

１基板
２、１２発光部
３、１３受光部
４、２４、３４絶縁層
５共通電極
１０、１１、２０、３０、４０、４２受発光素子
２１、２３、３１、３３、３５、３７電極
２２、２５、２６、２７、３２、３６、３８、３９、４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ有機光電変換層

Claims

第１の有機光電変換部と、
前記第１の有機光電変換部上に設けられ、前記第１の有機光電変換部とは分光感度が異なる第２の有機光電変換部と、
を有し、
前記第１の有機光電変換部及び第２の有機光電変換部は、一方が受光部として機能し、他方が発光部として機能し、
前記第１の有機光電変換部は、１対の電極間に設けられ、１又は複数の有機半導体材料を含有する第１の有機光電変換層を備え、
前記第２の有機光電変換部は、１対の電極間に設けられ、前記第１の有機光電変換層を構成する有機半導体材料とは分光感度が異なる１又は複数の有機半導体材料を含有する第２の有機光電変換層を備え、
前記分光感度は、そのピーク位置が離れて相互に干渉しない差を有し、
前記第１の有機光電変換層と前記第２の有機光電変換層には、逆のバイアス電圧が印加される
受発光素子。
前記分光感度は、そのピーク位置の差が１００ｎｍ以上である、請求項１に記載の受発光素子。
前記第１の有機光電変換部及び前記第２の有機光電変換部に設けられた各電極は、透明導電性材料により形成されている請求項１又は２に記載の受発光素子。
前記第１の有機光電変換層及び前記第２の有機光電変換層は、少なくともｐ型有機半導体材料を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の受発光素子。
前記第１の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方と、前記第２の有機光電変換部に設けられた１対の電極のうちの一方が、共通電極である請求項１〜４のいずれか１項に記載の受発光素子。
前記第１の有機光電変換部又は前記第２の有機光電変換部と同一平面上に、前記第１及び前記第２の有機光電変換部とは分光感度が異なる第３の有機光電変換部が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の受発光素子。
前記第２の有機光電変換部は、１対の電極間に、分光感度が異なる３種の有機光電変換層が設けられており、受光部として機能する請求項１〜６のいずれか１項に記載の受発光素子。
前記３種の有機光電変換層が積層構造となっている請求項７に記載の受発光素子。
請求項１〜８のいずれかに記載の受発光素子を備える受発光装置。