JP6669814B2

JP6669814B2 - 発光装置

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Publication number: JP6669814B2
Application number: JP2018133342A
Authority: JP
Inventors: 瀬尾　哲史; 哲史瀬尾; 薫波多野
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: US8629472B2; US9347628B2; JP2020095968A; JP2017017361A; US20140126188A1; JP2018166112A; JP2012134476A; US20120146025A1

Description

発明の一態様は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光装置に関する。また、当該発
光装置を利用した電子機器、及び照明装置に関する。

近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ、以
下、ＥＬと示す。）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素
子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだものである。この素
子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。

上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた発光装置は、視認性に優れ、バック
ライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、薄型軽量に作製でき
、応答速度が高いなどの利点も有する。

例えば、上述の発光素子をアクティブマトリクス型の発光装置に適用する場合、発光を制
御するトランジスタ等が形成された基板上に発光素子を形成することがあるが、このよう
に、発光素子からの発光をトランジスタ等が形成された基板を通して外部へ取り出す構造
（ボトムエミッション構造）では、配線やトランジスタ等によって、開口率が低くなって
しまうという問題があった。

この問題を解決するため、素子基板とは反対側から光を取り出す構造（トップエミッショ
ン構造）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。トップエミッション構造を用い
ることにより、開口率を向上させることが可能であり、光の取り出し効率を増大させるこ
とができ、消費電力や高精細化では有利となる。

また、発光装置においては、赤色、緑色、あるいは青色を有する光を発光する発光素子を
マトリクス状に配置するカラー化方式と、白色光を発光する発光素子を用いて有色層（所
謂カラーフィルタ）によるカラー化方式とがある。カラーフィルタによるカラー化方式を
採用した場合、各色の混色の防止、またはコントラスト向上のため、遮光膜であるブラッ
クマトリクス（ＢＭ）が設けられる。

しかし、発光装置に設けられる発光素子からの光は、ブラックマトリククス（ＢＭ）に一
部吸収され、光の取り出し効率が減少する。光の取り出し効率を増大させるためには、電
力が必要になり、消費電力が大きくなるといった問題があった。

この問題を解決するため、太陽電池を搭載し消費電力が少ない表示装置が提案されている
（例えば、特許文献２、及び特許文献３）。

特開２００１−０４３９８０号公報特開平１１−２９５７２５号公報特開２００８−１６４８５１号公報

特許文献２、及び特許文献３においては、表示装置とは別に太陽電池を配置し、表示装置
に設けられたバックライトの光を当該太陽電池に入射させ、当該太陽電池に入射した光に
よって電気を生成する。当該生成された電気を表示装置にフィードバックすることにより
、表示装置の消費電力を少なくする技術が示されている。しかし、表示装置と別に太陽電
池を形成する必要があり、工程が複雑になることで、歩留まりが低いといった問題があっ
た。また、太陽電池で生成される電力よりも、バックライト自身の消費電力が大きいため
、バックライトの光を効率よく回収できない。

上記問題に鑑み、本明細書等において開示する発明の一態様は、発光装置からの光（光エ
ネルギー）を効率よく電力に変換し、再利用することで消費電力が少ない光エネルギー再
利用型の発光装置を提供することを課題の一つとする。

また、上記問題に鑑み、本明細書等において開示する発明の一態様は、歩留まりが高い光
エネルギー再利用型の発光装置を提供することを課題の一つとする。

本明細書等において開示する発明の一態様では、発光装置の遮光膜を光電変換素子に置き
換えることにより、光を電力に変換する。すなわち、従来遮光膜領域では、光が射出され
なかったのに対し、開示される発明では、射出されない光を光電変換素子により電力に変
換し、再利用することができる。従って、消費電力が少ない発光装置を実現できる。より
詳細には、次の通りである。

本発明の一態様は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極に挟持された
有機ＥＬ層からなる発光素子が設けられた第１の基板と、発光素子と対向して設けられ、
該発光素子の放射光のうち特定波長帯域の光に対して透過性を示す有色層と、発光素子の
放射光を遮光するように有色層の周辺部を囲んで設けられた光電変換素子と、が設けられ
た第２の基板と、を有し、発光素子の放射光が第２の基板側から射出されることを特徴と
する発光装置である。

また、本発明の一態様は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極に挟持
された有機ＥＬ層からなる発光素子が設けられた第１の基板と、発光素子と対向して設け
られ、該発光素子の放射光のうち特定波長帯域の光に対して透過性を示す有色層と、発光
素子の放射光を遮光するように有色層の周辺部を囲んで設けられた光電変換素子と、が設
けられた第２の基板と、発光素子に電力を供給する発光制御回路と、光電変換素子の起電
力を充電する蓄電部と、を有し、発光素子の放射光が第２の基板側から射出されることを
特徴とする発光装置である。

上記構成において、第１の電極は、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、銀の中から
選ばれる材料により構成されてもよい。第１の電極をアルミニウム、アルミニウムを含む
合金、銀の中から選ばれる材料により形成することで、有機ＥＬ層からの光を効率よく発
光させることができる。

また、上記構成において、光電変換素子は、ｐｉｎ接合を有したアモルファスシリコン、
またはｐｉｎ接合を有した単結晶半導体により構成されてもよい。

また、本発明の一態様は、上記構成を有する発光装置を用いた電子機器、または照明装置
である。

なお、本明細書等において、発光装置には、画像表示デバイスや、発光デバイス、光源、
照明等が含まれる。また、発光装置は、発光素子が形成されたパネルにコネクタ（ＦＰＣ
：Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）等を取り付けたモジュールをも
含むものとする。

また、本明細書等において、光電変換素子には、太陽電池を含むものとし、有色層はカラ
ーフィルタを含むものとする。

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」また
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外し
ない。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合をなどをも含む。

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、極性の異なるトランジスタを採用する場合や
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることがで
きるものとする。

発光装置からの光を効率よく電力に変換し、再利用することで消費電力が少ない光エネル
ギー再利用型の発光装置を提供することができる。

また、このような発光装置を用いることにより、環境に対する負荷を低減させることがで
きる。

また、歩留まりが高い光エネルギー再利用型の発光装置を提供することができる。

発光装置を説明する図。発光装置の作製方法を説明する図。発光装置を説明するブロック図。発光素子の例を説明する図。発光装置を説明する図。発光装置を説明する図。発光装置を用いた電子機器を説明する図。発光装置を用いた照明装置を説明する図。

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実
施の形態の記載内容に限定されず、本明細書などにおいて開示する発明の趣旨から逸脱す
ることなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、
異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以
下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符
号を用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、
実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、
必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の発光装置の一態様である表示装置について、図１（Ａ）乃至
（Ｃ）を用いて説明する。

＜表示装置＞
図１（Ａ）乃至（Ｃ）は発光装置の画素の一部分に相当する図面である。本実施の形態に
おいては、図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示した画素の一部分も発光装置とすることを付記する
。

図１（Ａ）に示す発光装置は、図１（Ａ）に矢印で示す方向に光を発する。すなわち、発
光素子１２０が形成された第１の基板１０１を介することなく、第２の基板１５１を介し
て発光する所謂上面射出構造（トップエミッション構造ともいう）の発光装置である。

図１（Ｂ）は、第１の基板１０１側の平面図であり、図１（Ｃ）は、第２の基板１５１側
の平面図である。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）、及び図１（Ｃ）におけるＡ１−Ａ２の断面
図に相当する。なお、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）の平面図においては、本発明の構成要素で
ある一部（例えば、発光素子１２０など）を図面の煩雑を避けるために、省略してある。

図１（Ａ）に示すように、第１の基板１０１は、第１の基板１０１上に発光素子の駆動を
制御するトランジスタ１３０と、第１の電極１１４、有機ＥＬ層１１８、及び第２の電極
１１９からなる発光素子１２０と、を有し、第２の基板１５１は、第２の基板１５１上に
光電変換素子１５２と、カラーフィルタ１５４と、を有している。発光素子１２０からの
光は、第２の基板１５１側に射出され、カラーフィルタ１５４により、吸収、及び透過す
るのと同時に、光電変換素子１５２により吸収される。

光電変換素子１５２は、遮光機能（所謂ブラックマトリクス機能）を有している。本実施
の形態において、光電変換素子１５２は、第３の電極１５２ａ、ｐ型半導体層１５２ｂ、
ｉ型半導体層（真性半導体層）１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄ、及び第４の電極１５２
ｅが積層し形成する例を示す。光電変換素子１５２は、発光素子１２０の波長領域に合わ
せた吸収感度を持つ構造にすることにより、効率よく発光素子１２０からの光を電力に変
換できるため好ましい。

また、光電変換素子１５２の遮光膜としての機能は、第３の電極１５２ａ、ｐ型半導体層
１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄ、及び第４の電極１５２ｅのい
ずれか一つが遮光機能を有していても良いし、各層を組み合わせて遮光機能を有しても良
い。

このように、発光素子１２０と光電変換素子１５２が近接して設けられることにより、発
光素子１２０と光電変換素子１５２の間に光が反射、または吸収する材料がほとんどない
。即ち、カラーフィルタ１５４に入射する光以外は全て光電変換素子１５２に入射する。
この効果は、本実施の形態に示すように、トップエミッション構造の有機ＥＬ素子と、遮
光機能を有する光電変換素子との複合化でしか得られない効果である。その結果、効率の
良い光エネルギーの回収が実現可能である。

なお、第１の基板１０１と第２の基板１５１の間にある空間１６０は、特に限定はなく、
透光性を有していれば良い。ただし、空間１６０は、屈折率が空気よりも大きい透明な材
料で充填した方が好ましい。屈折率が小さい場合、発光素子１２０から射出された斜め方
向の光が、空間１６０によりさらに屈折し、場合によっては隣接の画素から光が射出して
しまう。従って、空間１６０としては、例えば、第１の基板１０１と第２の基板１５１と
が、接着可能な屈折率が大きい透光性の接着剤を用いることができる。また、窒素やアル
ゴンなどの不活性な気体なども用いることができる。

また、発光素子の駆動を制御するトランジスタ１３０、及び発光素子１２０が形成された
第１の基板１０１と、光電変換素子１５２が形成された第２の基板１５１とは、異なる基
板で形成できる。すなわち、光電変換素子１５２を第２の基板１５１に直接形成すること
ができ、他の材料、及び工程による制限がないため、簡単な製造工程で作製することがで
きる。従って、トランジスタ１３０、及び発光素子１２０と、光電変換素子１５２を別々
の基板に形成することができるため、不良発生率が低く、高い歩留まりを実現できる。

続けて、図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示した発光装置の詳細な説明、及び作製方法の説明を行
う。

まず、発光素子の駆動を制御するトランジスタ１３０、及び発光素子１２０が形成された
第１の基板１０１の作製方法を以下に示す。

＜第１の基板の作製方法＞
絶縁表面を有する基板である第１の基板１０１上に、導電層を形成した後、フォトリソグ
ラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してゲ
ート電極１０２を形成する。図１（Ａ）のように、ゲート電極１０２の端部にテーパー形
状が形成されるようにエッチングすると、積層する膜の被覆性が向上するため好ましい。

第１の基板１０１に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の
加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。第１の基板１０１には
ガラス基板を用いることができる。

ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のもの
を用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノ
ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお
、酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐
熱ガラスが得られる。このため、Ｂ_２Ｏ_３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いること
が好ましい。

なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。本実
施の形態で示す発光装置は、第２の基板１５１を介して発光を取り出す上面射出構造（ト
ップエミッション構造）であるので、第１の基板１０１としては、非透光性の金属基板等
の基板を用いることもできる。

下地膜となる絶縁膜を第１の基板１０１とゲート電極１０２との間に設けてもよい。下地
膜は、第１の基板１０１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜
、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複
数の膜による積層構造により形成することができる。

ゲート電極１０２の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ア
ルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材
料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。

次に、ゲート電極１０２上にゲート絶縁層１０４を形成する。ゲート絶縁層１０４は、プ
ラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸
化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜を単層で又は積層して
形成することができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ_４、酸素、及び窒素を用いてプ
ラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコン膜を形成すればよい。

次に、半導体層を形成しフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により島状の半導
体層１０６を形成する。

半導体層１０６の材料は、シリコン半導体や酸化物半導体を用いて形成することができる
。シリコン半導体としては、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどがあり、酸化物半導体
としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などを、適宜用いることができる。ただし
、半導体層１０６としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物である酸化物半導体を用
いて、オフ電流の低い半導体層とすることで、後に形成される発光素子のオフ時のリーク
電流が抑制できるため、好ましい。

次に、ゲート絶縁層１０４、及び半導体層１０６上に導電膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ工程、及びエッチング工程によりソース電極及びドレイン電極１０８を形成する。

ソース電極及びドレイン電極１０８に用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ
、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とす
る金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いるこ
とができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍ
ｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン
膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。また、ソース電極及びドレイ
ン電極１０８に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の
金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（
ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、
酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、またはこれらの金属酸化物材料に
酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

次に、半導体層１０６、及びソース電極及びドレイン電極１０８上に、絶縁層１１０を形
成する。絶縁層１１０としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などの無機絶縁膜
を用いることができる。

次に、絶縁層１１０上に第２の絶縁層１１２を形成する。

第２の絶縁層１１２としては、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能
を有する絶縁膜を選択するのが好適である。例えば、ポリイミド、アクリル、ベンゾシク
ロブテン、等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料
（ｌｏｗ−ｋ材料）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を
複数積層させることで、第２の絶縁層１１２を形成してもよい。

次に、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、第２の絶縁層１１２、及び
絶縁層１１０にソース電極及びドレイン電極１０８に達する開口を形成する。開口方法は
、ドライエッチング、ウェットエッチングなど適宜選択すれば良い。

次に、第２の絶縁層１１２、ソース電極及びドレイン電極１０８上に導電膜を形成し、フ
ォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程により、第１の電極１１４を形成する。

第１の電極１１４としては、有機ＥＬ層１１８（後に形成される）が発する光を効率よく
反射する材料が好ましい。なぜなら光の取り出し効率を向上できるためである。なお、第
１の電極１１４を積層構造としてもよい。例えば、発光物質を含む有機ＥＬ層１１８に接
する側に金属酸化物による導電膜、またはチタン等を薄く形成し、他方に反射率の高い金
属膜（アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など）を用いることができる。
このような構成とすることで、有機ＥＬ層１１８と反射率の高い金属膜（アルミニウム、
アルミニウムを含む合金、または銀など）との間に形成される絶縁膜の生成を抑制するこ
とができるので好適である。

次に、第１の電極１１４上に隔壁１１６を形成する。

隔壁１１６としては、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の
樹脂材料を用い、第１の電極１１４上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

次に、第１の電極１１４、及び隔壁１１６上に有機ＥＬ層１１８を形成する。有機ＥＬ層
１１８は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良いが、有機ＥＬ層１１８が発する光は白色であることが好ましく、赤、緑、
青のそれぞれの波長領域にピークを有する光が好ましい。

次に、有機ＥＬ層１１８上に第２の電極１１９を形成する。

なお、第１の電極１１４、または第２の電極１１９は、いずれか一方は発光素子１２０の
陽極として機能し、他方は発光素子１２０の陰極として機能する。陽極として機能する電
極には、仕事関数の大きな物質が好ましく、陰極として機能する電極には仕事関数の小さ
な物質が好ましい。

なお、本実施の形態においては、第１の電極１１４、有機ＥＬ層１１８、及び第２の電極
１１９を合わせて発光素子１２０としている。

以上の工程により、発光素子の駆動を制御するトランジスタ１３０、及び発光素子１２０
が設けられた第１の基板１０１が形成される。

次に、光電変換素子１５２、及びカラーフィルタ１５４が形成された第２の基板１５１の
作製方法について図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）を用いて説明を行う。

＜第２の基板の作製方法＞
まず、第２の基板１５１上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング
工程を行い、第３の電極１５２ａを形成する。（図２（Ａ）参照）。

第３の電極１５２ａとして、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属により形成すること
ができる。ただし、これらの金属は、この後に形成するシリコン成分を含むｐ型半導体層
等と比較的容易に相互に反応し合金化する。これを防ぐ目的で、反射率の高い金属の上に
、バリアメタルとしてクロム、ニッケル、チタン等の金属や、酸化亜鉛等の金属酸化物を
薄く形成してもよい。また、反射率の高い金属の下に、第２の基板１５１との密着性を向
上させるためや、外光からの反射を低減するためにクロム、ニッケル、チタン等の金属を
形成した３層構造とすることが好適である。

第２の基板１５１と第３の電極１５２ａとの間に下地膜を形成してもよい。下地膜は基板
１５１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜
、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層
構造により形成することができる。

また、第２の基板１５１と第３の電極１５２ａの間に、外光からの反射防止のため、顔料
を含んだ樹脂層などを形成しても良い。

次に、第３の電極１５２ａ上にｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導
体層１５２ｄを順に積層するように形成する。

ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄは、スパッタリン
グ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により、非晶質半導体膜、多結晶半導体
膜、微結晶半導体膜などを用いて形成することができる。これらの作製方法を用いる場合
、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄは、その界面に
ゴミなどが付着するのを防ぐために、大気に曝さずに連続して形成することが望ましい。

または、ＳＯＩ法で形成された単結晶半導体膜を、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層
１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄとして用いても良い。単結晶半導体膜を用いる場合、ダ
イオード内において、キャリアの移動を阻害する要因となる結晶欠陥が少ないため、フォ
トダイオードの光電変換効率を高めることが出来る。ただし、第２の基板１５１は、透光
性を有する必要があるため、ＳＯＩ法で形成された単結晶半導体膜を使用する場合におい
ては、透光性の基板に単結晶半導体膜を転載する必要がある。転載する際には、公知の技
術を適宜用いれば良い。

なお、ＳＯＩ法で形成された単結晶半導体膜は、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層（
真性半導体層）１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄのいずれか一つの層のみの構成でもよい
。

また、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄに用いられ
る半導体の材料として、シリコン、炭化シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム
などを用いることができる。

例えば、アモルファスシリコンを用いたｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、
ｎ型半導体層１５２ｄは、シラン、ジシランなどのシリコンを含む成膜ガスを、グロー放
電分解することにより形成することができる。

また、ｐ型半導体層１５２ｂは、例えばｐ型を付与する不純物元素としてボロンを用いる
場合、ボロン、ジボラン、三フッ化ホウ素などを、成膜ガスに加えることで形成すること
ができる。ｎ型半導体層１５２ｄは、例えばｎ型を付与する不純物元素として例えばリン
を用いる場合、ホスフィンなどを、成膜ガスに加えることで形成することができる。

なお、ｉ型半導体層１５２ｃに用いられる半導体は、含まれるｐ型若しくはｎ型を付与す
る不純物が１×１０^２０ｃｍ^−３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００
倍以上である半導体を指す。ｉ型半導体層１５２ｃには、周期表第１３族若しくは第１５
族の不純物元素を有するものも、その範疇に含む。すなわち、ｉ型半導体層１５２ｃは、
価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いｎ型の電気伝導性を
示し、ｐ型を付与する不純物元素を、成膜時或いは成膜後に、意図的若しくは非意図的に
添加されたものをその範疇に含む。

また、炭化シリコンを有するアモルファスシリコンを用いたｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型
半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄは、炭素を含む気体とシリコンを含む気体とを
成膜ガスとして用い、該成膜ガスをグロー放電分解することにより形成することができる
。炭素を含む気体としては、メタン、エタンなどが挙げられる。シリコンを含む気体とし
ては、シラン、ジシランが挙げられる。シリコンを含む気体を、水素、水素及びヘリウム
で希釈して用いても良い。

また、シリコンを有する微結晶半導体を用いたｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５
２ｃ、ｎ型半導体層１５２ｄは、シリコンを含む気体を水素で希釈したガスを用い、周波
数が数十ＭＨｚ乃至数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、または周波数が１ＧＨｚ以上
のマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いることで形成できる。シリコンを含む気体は、シラ
ン、ジシランなどの水素化シリコン、フッ化シリコンまたは塩化シリコンを用いればよい
。また、水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または
複数種の希ガスで希釈してもよい。

また、多結晶半導体を用いたｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体
層１５２ｄは、非晶質半導体または微結晶半導体を、レーザ結晶化法、熱結晶化法、また
はニッケルなどの結晶化を助長する触媒元素を用いた熱結晶化法等を単独で、或いは複数
組み合わせて実施することで、形成することができる。また、多結晶半導体を、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いて、直接形成しても良い。

なお、本実施の形態では、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層
１５２ｄを順に積層することでｐｉｎ接合を形成する場合を例示しているが、本発明はこ
の構成に限定されない。ｎ型半導体層１５２ｄ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｐ型半導体層１
５２ｂの順に積層しても良い。

次に、フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要
な部分を除去する。ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導体層１５２
ｄのエッチングはドライエッチング、またはウェットエッチングで行うことができる。

ドライエッチングで行う場合、エッチングガスには、塩素、塩化硼素、塩化シリコンまた
は四塩化炭素などの塩素系ガス、四フッ化炭素、フッ化硫黄またはフッ化窒素などのフッ
素系ガス、酸素などを適宜用いることができる。また、ドライエッチングは、例えば、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法、ＩＣ
Ｐ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（
ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板
型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエ
ッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等を用いれば良い。

また、ウェットエッチングを用いる場合、エッチング液には、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、略称：ＴＭＡ
Ｈ）溶液を用いることができる。

次に、ｎ型半導体層１５２ｄ上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチ
ング工程を行い、第４の電極１５２ｅを形成する。

第４の電極１５２ｅとしては、可視光を透過する導電膜を用いる。可視光を透過する導電
膜としては、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含む
インジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウ
ム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸
化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などを挙げることができる。また、光を透過する
程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）の金属薄膜を用いることもできる。例えば２
０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を第４の電極１５２ｅとして用いることができる。

以上の工程により光電変換素子１５２を形成することができる。なお、本実施の形態にお
いては、光電変換素子１５２として、ｐｉｎ接合を有したフォトダイオードを例示したが
、これに限定されず、光電変換機能を有していれば良い。

次に、第２の基板１５１、及び光電変換素子１５２上にカラーフィルタ１５４を形成する
（図２（Ｂ）参照）。

カラーフィルタ１５４については、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ、緑色（Ｇ）のカラーフ
ィルタ、青色（Ｂ）のカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、
公知の材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッ
チング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

ここでは、ＲＧＢの３色を用いた方法について説明したが、特に限定されず、ＲＧＢＹ（
黄色）の４色を用いた構成、ＲＧＢＹから選ばれた何れか一つを用いた単色の構成でもよ
い。

以上の工程により、光電変換素子１５２と、カラーフィルタ１５４と、が形成された第２
の基板１５１を形成することができる。

また、本実施の形態においては、光電変換素子１５２を形成した後に、カラーフィルタ１
５４を形成する方法について例示したが、これに限定されない。カラーフィルタ１５４を
形成した後に、光電変換素子１５２を形成しても良い。ただし、本実施の形態のように、
光電変換素子１５２を形成した後に、カラーフィルタ１５４を形成する方が好適である。
なぜなら、カラーフィルタ１５４は有機樹脂等により形成されるため、カラーフィルタ１
５４を先に形成した場合には、該有機樹脂等の耐熱性を考慮して、光電変換素子１５２を
形成する必要があるためである。

よって、本発明のように、発光素子の駆動を制御するトランジスタ１３０、及び発光素子
１２０が形成されていない、第２の基板１５１に、遮光機能を有する光電変換素子１５２
を形成することにより、他の材料、及び工程による制限（例えば、トランジスタ形成工程
での高温加熱処理等の制限）が無いため、簡単な工程により作製することができる。

また、第２の基板１５１に光電変換素子１５２が形成されているため、第１の基板１０１
に設けられた発光素子１２０内の有機ＥＬ層１１８からの光を当該光電変換素子１５２に
より吸収し、電力に変換することが可能である。

以上のように、発光装置からの光を効率よく電力に変換し、再利用することで消費電力が
少ない光エネルギー再利用型の発光装置を実現できる。

また、従来まで遮光膜であるブラックマトリクス（ＢＭ）に、入射した光は、熱（熱エネ
ルギー）に変換されてしまっていた。熱が発生すると発光素子が発熱し、発光装置の信頼
性に問題が生じてしまう。しかしながら、開示する本発明では、光電変換素子に入射した
光は電力に変換される。これにより、熱の発生が抑制される。すなわち、発光素子への発
熱も抑制され、発光装置の信頼性の向上が同時に実現できる。

また、遮光膜であるブラックマトリクス（ＢＭ）は、画素を分割するため、表示装置には
必須なものであったが、上記のように従来は熱源にもなっていた。開示する本発明は、こ
のように表示装置において、必ず生じてしまう無駄なエネルギーを回収するシステムであ
る。

また、トランジスタ、及び発光素子が形成された基板と、光電変換素子とを別々の基板に
形成するため、不良発生率が低く、歩留まりが高い。すなわち、歩留まりが高い光エネル
ギー再利用型の発光装置を実現できる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、本発明の発光装置の一態様である表示装置について、図３を用
いて説明を行う。

図３は、表示装置１０００、及び周辺回路等のブロック図を示しており、遮光機能を有す
る光電変換素子１０１０、表示部１０２０、電力制御回路１０３０、蓄電部１０４０によ
り構成されている。なお、電力制御回路１０３０は、コンバータ１００２、コンバータ１
００３、及びスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３を有する構造について例示している。また、発光
制御回路１０５０は、コンバータ１００３と、ＳＷ３、及び蓄電部１０４０を有する構造
について例示している。なお、表示部１０２０は、発光素子、及び発光素子を駆動させる
トランジスタを含む構成である。

まず、発光素子からの光が光電変換素子１０１０により吸収され、電力に変換され発電さ
れる場合の動作について説明する。

光電変換素子１０１０で発電した電力は、蓄電部１０４０を充電するための電圧となるよ
うにコンバータ１００２で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部１０２０の動作に
光電変換素子１０１０からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバ
ータ１００３で表示部１０２０に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、
表示部１０２０での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにして蓄電
部１０４０の充電を行う構成とすればよい。

また、光電変換素子１０１０からの電力のみで表示部１０２０に必要な電力が得られない
場合には、ＳＷ１、及びＳＷ３をオンにして光電変換素子１０１０からの電力と、蓄電部
１０４０からの電力を合わせて用いることもできる。

次に、光電変換素子１０１０により発電されない場合、すなわち発光素子が未発光時の動
作について説明する。

光電変換素子１０１０からの電力が与えられないため、予め蓄電部１０４０に蓄えられて
いた電力を使用するために、発光制御回路１０５０が機能する。すなわち、蓄電部１０４
０に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバータ１００３により昇
圧または降圧がなされる。そして、表示部１０２０の動作に蓄電部１０４０からの電力が
用いられることとなる。

なお、蓄電部１０４０としては、特に限定は無いが、リチウムイオン電池を用いると、小
型化を図れる等の利点があるため好適である。

以上のように、発光装置の一形態である表示装置からの光を効率よく電力に変換し、再利
用することで消費電力が少ない光エネルギー再利用型の発光装置を実現できる。また、発
光素子からの光を電力に変換し、蓄電部を充電することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１で示した第１の電極１１４、有機ＥＬ層１１８、
及び第２の電極１１９からなる発光素子１２０の詳細について図４（Ａ）、及び図４（Ｂ
）を用いて説明を行う。

＜発光素子の構成＞
図４（Ａ）に示す発光素子１２０は、一対の電極（第１の電極１１４、第２の電極１１９
）間に発光領域を含む有機ＥＬ層１１８が挟まれた構造を有する。なお、以下の本実施の
形態の説明においては、例として、第１の電極１１４を陽極として用い、第２の電極１１
９を陰極として用いるものとする。

また、有機ＥＬ層１１８は、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以
外の機能層を含む積層構造であっても良い。発光層以外の機能層としては、正孔注入性の
高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、バイ
ポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等を含む層を用いることができる。
具体的には、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層を適宜組み合
わせて用いることができる。

図４（Ａ）に示す発光素子１２０は、第１の電極１１４と第２の電極１１９との間に生じ
た電位差により電流が流れ、有機ＥＬ層１１８において正孔と電子とが再結合し、発光す
るものである。つまり有機ＥＬ層１１８に発光領域が形成されるような構成となっている
。

本発明においては、発光は、第２の電極１１９側から外部に取り出させる。従って、第２
の電極１１９は透光性を有する物質で成る。また、第２の電極１１９側から外部に発光を
効率良く取り出すために、第１の電極１１４は反射性の高い物質で形成するのが好ましい
。

なお、有機ＥＬ層１１８は図４（Ｂ）のように第１の電極１１４と第２の電極１１９との
間に複数積層されていても良い。ｎ（ｎは２以上の自然数）層の積層構造を有する場合に
は、ｍ（ｍは自然数、ｍは１以上ｎ−１以下）番目の有機ＥＬ層と、（ｍ＋１）番目の有
機ＥＬ層との間には、それぞれ電荷発生層１１８ａを設けることが好ましい。

電荷発生層１１８ａは、有機化合物と金属酸化物の複合材料、金属酸化物、有機化合物と
アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物との複合材料の他、これらを適
宜組み合わせて形成することができる。有機化合物と金属酸化物の複合材料としては、例
えば、有機化合物とＶ_２Ｏ_５やＭｏＯ_３やＷＯ_３等の金属酸化物を含む。有機化合物とし
ては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリ
ゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、
有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以
上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であ
れば、これら以外のものを用いてもよい。なお、電荷発生層１１８ａに用いるこれらの材
料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子１２０の低電流駆動
、および低電圧駆動を実現することができる。

なお、電荷発生層１１８ａは、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合
わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供
与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わ
せて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜
とを組み合わせて形成してもよい。

このような構成を有する発光素子１２０は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり
難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とす
ることが容易である。また、一方の発光層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易
である。

なお、電荷発生層１１８ａとは、第１の電極１１４と第２の電極１１９に電圧を印加した
ときに、電荷発生層１１８ａに接して形成される一方の有機ＥＬ層１１８に対して正孔を
注入する機能を有し、他方の有機ＥＬ層１１８に電子を注入する機能を有する。

図４（Ｂ）に示す発光素子１２０は、有機ＥＬ層に用いる発光物質の種類を変えることに
より様々な発光色を得ることができる。また、発光物質として発光色の異なる複数の発光
物質を用いることにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。

図４（Ｂ）に示す発光素子１２０を用いて、白色発光を得る場合、複数の有機ＥＬ層の組
み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成であればよく、例え
ば、青色の蛍光材料を発光物質として含む第１の有機ＥＬ層と、緑色と赤色の燐光材料を
発光物質として含む第２の有機ＥＬ層を有する構成が挙げられる。また、赤色の発光を示
す第１の有機ＥＬ層と、緑色の発光を示す第２の有機ＥＬ層と、青色の発光を示す第３の
有機ＥＬ層とを有する構成とすることもできる。または、補色の関係にある光を発する有
機ＥＬ層を有する構成であっても白色発光が得られる。有機ＥＬ層が２層積層された積層
型素子において、第１の有機ＥＬ層から得られる発光の発光色と第２の有機ＥＬ層から得
られる発光の発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるい
は青緑色と赤色などが挙げられる。

なお、上述した積層型素子の構成において、積層される有機ＥＬ層の間に電荷発生層を配
置することにより、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現するこ
とができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一
発光が可能となる。

また、本実施の形態で示す発光素子１２０では、トップエミッション構造の採用により、
発光効率が高められた発光素子とすることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、発光装置の一形態である表示装置（表示パネル、または発光パネルと
もいう）の外観及び断面について、図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、第１の基板上
に形成された発光素子駆動用トランジスタ及び発光素子と、第２の基板上に形成された遮
光機能を有する光電変換素子、及びカラーフィルタと、をシール材によって封止したパネ
ルの平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ１−Ｂ２における断面図に相当する。
また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のＣ１−Ｃ２における断面図に相当する。

第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線
駆動回路４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂを囲む
ようにして、シール材４５０５が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路
４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回
路４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。

なお、第２の基板４５０６上には、光電変換素子４５２１、及びカラーフィルタ４５２２
が設けられている。光電変換素子４５２１、及びカラーフィルタ４５２２については、実
施の形態１で示した光電変換素子１５２、及びカラーフィルタ１５４と同様な手法により
形成することができる。

このような構造とすることで、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動
回路４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、第１の
基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共
に密封されている。このように外気に曝されないように脱ガスの少ない保護フィルム（貼
り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）す
ることにより、気密性が高くなり好ましい。

また、第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、
信号線駆動回路４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ
は、薄膜トランジスタを複数有しており、図５（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれるト
ランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれるトランジスタ４５０９とを
例示している。

トランジスタ４５０９、及びトランジスタ４５１０は、実施の形態１で示したトランジス
タ１３０と同様な手法により形成することができる。

また、発光素子４５１１が有する第１の電極４５１４は、トランジスタ４５１０のソース
電極またはドレイン電極と電気的に接続されている。なお、発光素子４５１１の構成は、
第１の電極４５１４、有機ＥＬ層４５１２、第２の電極４５１３の積層構造である。発光
素子４５１１の構成としては、実施の形態３で示した素子構造を適用することができる。

隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第１の電極４５１４上に開口部を形成し、その開口部の側壁が
連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

有機ＥＬ層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。

発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極４
５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜
、窒化酸化シリコン膜等を形成することができる。

また、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４
ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は
、ＦＰＣ４５１８から供給されている。

接続端子電極４５１７が、発光素子４５１１が有する第１の電極４５１４と同じ導電膜か
ら形成され、端子電極４５１６は、トランジスタ４５０９、及びトランジスタ４５１０が
有するソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜から形成されている。

接続端子電極４５１７は、ＦＰＣ４５１８が有する端子と、異方性導電膜４５１９を介し
て電気的に接続されている。

発光素子４５１１からの光は、第２の基板４５０６側から射出される。そのため、第２の
基板４５０６は、透光性を持たせる必要があり、例えば、ガラス板、プラスチック板、ポ
リエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような材料を用いる。

また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶ
Ａ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。

また、必要であれば、第２の基板４５０６に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）
、位相差板（λ／４板、λ／２板）などの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光
板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し
、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ
、走査線駆動回路４５０４ｂは、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導
体膜によって形成された駆動回路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、
又は一部、又は走査線駆動回路のみ、又は一部のみを別途形成して実装しても良く、図５
の構成に限定されない。

次に、図５（Ｃ）について、説明を行う。図５（Ｃ）は光電変換素子４５２１と、接続端
子部４５２３において、ＦＰＣ４５１８が有する端子と、導電層４５３０ａ、及び導電層
４５３０ｂを介して電気的に接続されている。

導電層４５３０ａ、及び導電層４５３０ｂは、導電性を有していればよく、例えば、銀ペ
ースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤、または、導電性ビーズを含有
した樹脂、または半田接合等の方法を用いて接続端子部４５２３と接続されれば良い。

なお、光電変換素子４５２１が有する第３の電極４５２１ａは、接続端子部４５２３ｂと
電気的に接続されており、発光素子４５１１が有する第１の電極４５１４と同じ導電膜か
ら形成されている接続端子電極４５１７ｂと、トランジスタ４５１０が有するソース電極
及びドレイン電極と同じ導電膜から形成された端子電極４５１６ｂを介して電極４５１５
ｂと電気的に接続されている。

また、光電変換素子４５２１が有する第４の電極４５２１ｂは、接続端子部４５２３ａと
電気的に接続されており、発光素子４５１１が有する第１の電極４５１４と同じ導電膜か
ら形成されている接続端子電極４５１７ａと、トランジスタ４５１０が有するソース電極
及びドレイン電極と同じ導電膜から形成された端子電極４５１６ａを介して電極４５１５
ａと電気的に接続されている。

本実施の形態においては、光電変換素子４５２１からの電力は、ＦＰＣ４５１８から取り
出す構造を例示しているが、これに限定されない。第３の電極４５２１ａと、第４の電極
４５２１ｂにそれぞれ電極を繋げ、電力を取り出す構造とすれば良く、別途外部に蓄電部
等を実装しても良く、図５の構成に限定されない。

以上のように、発光装置の一形態である表示装置からの光を効率よく電力に変換し、再利
用することで消費電力が少ない光エネルギー再利用型の発光装置を実現できる。また、光
電変換素子と発光素子の一つである有機ＥＬ層が近接して設けられているため、有機ＥＬ
層からの光を効率よく当該光電変換素子により吸収することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態においては、発光装置の概観及び断面について、図６を用いて説明する。図
６（Ａ）は、第１の基板上に形成された有機ＥＬ層を含む発光素子と、第２の基板に形成
された遮光機能を有する光電変換素子、及びカラーフィルタと、を充填材によって封止さ
れた発光装置の断面図であり、図６（Ｂ）は発光装置の斜視図を示す。なお、図６（Ａ）
は、図６（Ｂ）のＤ１−Ｄ２線における断面図に相当する。

本実施の形態においては、第１の基板上にトランジスタが形成されない構成である。すな
わち、第１の基板上には、第１の電極、有機ＥＬ層、及び第２の電極からなる発光素子で
構成されている。

図６（Ａ）に示した発光装置について、以下詳細に説明する。

図６に示す発光装置は外部電源（図示していない）から電力を与えることで、発光素子１
２０が発光し、照明装置として使用することができる。なお、本実施の形態においては、
光電変換素子１５２は、直線状に構成された所謂ストライプ構造であるが、これに限定さ
れない。例えば、光電変換素子１５２が、直線、または曲線を組み合わせ、形状を持たせ
ることによって、照明装置の非発光エリアに形状を持たせることが可能となる。このよう
な構成とすることで、照明装置に絵画のような特徴を持たせることもできる。

図６（Ａ）に示すように、第１の基板１０１上には、第１の電極１１４、有機ＥＬ層１１
８、及び第２の電極１１９からなる発光素子１２０が形成されており、第２の基板１５１
上には、第３の電極１５２ａ、ｐ型半導体層１５２ｂ、ｉ型半導体層１５２ｃ、ｎ型半導
体層１５２ｄ、及び第４の電極１５２ｅからなる光電変換素子１５２が形成されている。
また、第１の基板１０１と、第２の基板１５１は、充填材２８０により、密封されている
。

図６（Ａ）に示す発光装置は、図６（Ａ）に矢印で示す方向に発光するトップエミッショ
ン構造であり、有機ＥＬ層１１８の光は、カラーフィルタ１５４により、吸収、及び透過
するのと同時に光電変換素子１５２により吸収される。

充填材２８０としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または
熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミ
ド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチ
レンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい
。

このように、発光素子１２０と光電変換素子１５２が近接して設けられることにより、発
光素子１２０と光電変換素子１５２の間に光が反射、または吸収する材料がほとんどない
。即ち、カラーフィルタ１５４に入射する光以外は全て光電変換素子１５２に入射する。

なお、図６（Ｂ）に示す筐体２９０は、図６（Ａ）に示す発光装置を収納することができ
、照明装置として、用いることができる。

以上のように、発光装置の光を効率よく電力に変換し、再利用することで消費電力が少な
い光エネルギー再利用型の発光装置を実現できる。

また、本発明は、発光装置の一つとして照明装置にも適用することができ、消費電力が少
ない光エネルギー再利用型の発光装置を実現できる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態４に示す発光装置を
含む電子機器について説明する。

実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態４に示した発光装置を有する電子機器の
一例として、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ
、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コ
ンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲー
ム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ
ＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる
表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図７に示す。

図７（Ａ）はテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピ
ーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置は、表示部９１０
３は、実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態４に示した発光装置を用いること
によって作製される。光エネルギー再利用型の発光装置を搭載したテレビ装置は、表示部
９１０３の光を再利用することが可能であるため、消費電力が少ないテレビ装置を提供す
ることができる。

図７（Ｂ）はコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キー
ボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。
このコンピュータは、表示部９２０３に実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態
４に示した発光装置を用いることによって作製される。光エネルギー再利用型の発光装置
を搭載したコンピュータは、表示部９２０３の光を再利用することが可能であるため、消
費電力が少ないコンピュータを提供することができる。また、携帯可能なコンピュータで
ある場合には、消費電力が少ないため長時間使用することができる。

図７（Ｃ）は携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力
部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテ
ナ９４０８等を含む。この携帯電話は、表示部９４０３が実施の形態１、実施の形態２、
または実施の形態４に示した発光装置を用いることによって作製される。光エネルギー再
利用型の発光装置を搭載した携帯電話は、表示部９４０３の光を再利用することが可能で
あるため、消費電力が少ない携帯電話を提供することができる。また、消費電力が少ない
携帯電話とすることによって、長時間使用することができる。

図７（Ｄ）はデジタルビデオカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０
３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９
５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このデジタ
ルビデオカメラは、表示部９５０２は、実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態
４に示した発光装置を用いることによって作製される。光エネルギー再利用型の発光装置
を搭載したデジタルビデオカメラは、表示部９５０２の光を再利用することが可能である
ため、消費電力が少ないデジタルビデオカメラを提供することができる。

以上のように、実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態４に示した発光装置の適
用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能であ
る。

（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態５に示す発光装置について説明する。

図８（Ａ）は、本発明の一態様の発光装置を電気スタンドとして用いた例である。電気ス
タンドは、筐体１２０１と、照明部１２０３とを有している。そして、照明部１２０３と
して、本発明の一態様の発光装置が用いられている。

図８（Ｂ）は、本発明の一態様の発光装置を、室内用照明装置として用いた例である。室
内用照明装置は、筐体１２０４と、照明部１２０６とを有している。そして、照明部１２
０６として、本発明の発光装置が用いられている。

以上のように、本発明の一態様の発光装置を、照明装置として用いることで、光エネルギ
ーを再利用することが可能であるため、消費電力が少なく、環境に対する負荷を低減した
照明装置を提供することができる。

１０１基板
１０２ゲート電極
１０４ゲート絶縁層
１０６半導体層
１０８ドレイン電極
１１０絶縁層
１１２絶縁層
１１４電極
１１６隔壁
１１８有機ＥＬ層
１１９電極
１２０発光素子
１３０トランジスタ
１５１基板
１５２光電変換素子
１５４カラーフィルタ
１６０空間
２８０充填材
２９０筐体
１０００表示装置
１００２コンバータ
１００３コンバータ
１０１０光電変換素子
１０２０表示部
１０３０電力制御回路
１０４０蓄電部
１０５０発光制御回路
１２０１筐体
１２０３照明部
１２０４筐体
１２０６照明部
１１８ａ電荷発生層
１５２ａ電極
１５２ｂｐ型半導体層
１５２ｃｉ型半導体層
１５２ｄｎ型半導体層
１５２ｅ電極
４５０１基板
４５０２画素部
４５０３ａ信号線駆動回路
４５０３ｂ信号線駆動回路
４５０４ａ走査線駆動回路
４５０４ｂ走査線駆動回路
４５０５シール材
４５０６基板
４５０７充填材
４５０９トランジスタ
４５１０トランジスタ
４５１１発光素子
４５１２有機ＥＬ層
４５１３電極
４５１４電極
４５１５ａ電極
４５１５ｂ電極
４５１６端子電極
４５１６ａ端子電極
４５１６ｂ端子電極
４５１７接続端子電極
４５１７ａ接続端子電極
４５１７ｂ接続端子電極
４５１８ＦＰＣ
４５１９異方性導電膜
４５２０隔壁
４５２１光電変換素子
４５２１ａ電極
４５２１ｂ電極
４５２２カラーフィルタ
４５２３接続端子部
４５２３ａ接続端子部
４５２３ｂ接続端子部
４５３０ａ導電層
４５３０ｂ導電層
９１０１筐体
９１０２支持台
９１０３表示部
９１０４スピーカー部
９１０５ビデオ入力端子
９２０１本体
９２０２筐体
９２０３表示部
９２０４キーボード
９２０５外部接続ポート
９２０６ポインティングデバイス
９４０１本体
９４０２筐体
９４０３表示部
９４０４音声入力部
９４０５音声出力部
９４０６操作キー
９４０７外部接続ポート
９４０８アンテナ
９５０１本体
９５０２表示部
９５０３筐体
９５０４外部接続ポート
９５０５リモコン受信部
９５０６受像部
９５０７バッテリー
９５０８音声入力部
９５０９操作キー
９５１０接眼部

Claims

第１の基板上のトランジスタおよび端子部と、
前記トランジスタ上の、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機ＥＬ層と、を有する発光素子と、
前記発光素子上のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタに隣接した、第３の電極と、第４の電極と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の半導体層と、を有する光電変換素子と、
前記カラーフィルタ上および前記光電変換素子上の第２の基板と、を有し、
前記発光素子の放射光は、前記第２の基板側から射出され、
前記端子部は、第５の電極と、前記第５の電極の下面に接する領域を有する第６の電極と、を有し、
前記第５の電極は、前記第１の電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有し、
前記第６の電極は、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有し、
前記第３の電極は、前記第５の電極上の導電層を介して、前記第５の電極と電気的に接続され、
前記第５の電極は、前記第６の電極を介して、ＦＰＣと電気的に接続されることを特徴とする発光装置。
第１の基板上のトランジスタおよび端子部と、
前記トランジスタ上の、第１の開口部を有する絶縁層と、
前記第１の開口部および前記絶縁層上の、前記第１の開口部に沿った凹部を有する第１の電極と、
前記凹部に充填され、かつ前記第１の電極上に第２の開口部を有する隔壁と、
前記隔壁上および前記第１の電極上の、有機ＥＬ層と、
前記有機ＥＬ層上の第２の電極と、
前記第２の電極上のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタに隣接した、第３の電極と、第４の電極と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の半導体層と、を有する光電変換素子と、
前記カラーフィルタ上および前記光電変換素子上の第２の基板と、を有し、
前記隔壁は、前記第２の開口部における側面が連続した曲率を有し、
前記有機ＥＬ層の放射光は、前記第２の基板側から射出され、
前記端子部は、第５の電極と、前記第５の電極の下面に接する領域を有する第６の電極と、を有し、
前記第５の電極は、前記第１の電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有し、
前記第６の電極は、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有し、
前記第３の電極は、前記第５の電極上の導電層を介して、前記第５の電極と電気的に接続され、
前記第５の電極は、前記第６の電極を介して、ＦＰＣと電気的に接続されることを特徴とする発光装置。
第１の基板上のトランジスタ、第１の端子部および第２の端子部と、
前記トランジスタ上の、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機ＥＬ層と、を有する発光素子と、
前記発光素子上のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタに隣接した、第３の電極と、第４の電極と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の半導体層と、を有する光電変換素子と、
前記カラーフィルタ上および前記光電変換素子上の第２の基板と、を有し、
前記発光素子の放射光は、前記第２の基板側から射出され、
前記第１の端子部は、前記第１の電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有する第５の電極を有し、
前記第２の端子部は、前記第１の電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有する第６の電極を有し、
前記第３の電極は、前記第５の電極を介して、ＦＰＣと電気的に接続され、
前記第４の電極は、前記第６の電極を介して、前記ＦＰＣと電気的に接続されることを特徴とする発光装置。
請求項３において、
前記第１の端子部は、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有する第７の電極を有し、
前記第２の端子部は、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一層上に設けられ、かつ同一材料を有する第８の電極を有し、
前記第７の電極は、前記第５の電極の下面と接する領域を有し、
前記第８の電極は、前記第６の電極の下面と接する領域を有し、
前記第３の電極は、前記第５の電極上の第１の導電層を介して、前記第５の電極と電気的に接続され、
前記第４の電極は、前記第６の電極上の第２の導電層を介して、前記第６の電極と電気的に接続され、
前記第５の電極は、前記第７の電極を介して、前記ＦＰＣと電気的に接続され、
前記第６の電極は、前記第８の電極を介して、前記ＦＰＣと電気的に接続されることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記半導体層は、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に挟まれたｉ型半導体層の積層からなることを特徴とする発光装置。
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記光電変換素子は、ストライプ形状を有することを特徴とする発光装置。