WO2005064996A1 - 有機半導体発光素子 - Google Patents

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light
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Kenji Nakamura
Kazuhiro Kudo
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Pioneer Corporation
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    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/805—Electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an organic semiconductor light emitting device, particularly to an organic semiconductor light emitting device having a switching function.
  • Organic electroluminescent devices (hereinafter, also referred to as organic EL devices) are self-luminous devices, which have various advantages such as a very fast response speed and high brightness. . Further, an organic EL device having a switching function has been proposed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-187983).
  • a light emitting display formed by arranging such organic EL elements in a matrix has attracted attention as a display device having a wide viewing angle, a thin shape and low power consumption, and has been widely developed.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a high-luminance, high-performance organic semiconductor light-emitting device having a switching function.
  • the problem to be solved by the present invention includes the above-mentioned problem as an example.
  • An organic semiconductor light-emitting device is an organic EL light-emitting device having a first electrode, a second electrode, and a light-emitting layer provided between the first and second electrodes, wherein the light-emitting layer is provided between the first electrode and the light-emitting layer. And an organic semiconductor layer having an absorption band within a light emission wavelength band of the light emitting layer, and a control electrode electrically connected to the organic semiconductor layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL device that is Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the gate electrode, and is a partial plan view of the gate electrode in a plane perpendicular to the laminating direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a gate electrode, and is a cross-sectional view of an organic EL device in a case where the gate electrode is formed so as to be embedded in an organic semiconductor layer.
  • FIG. 4 is a view showing an EL emission spectrum of the light-emitting layer 25 (dashed line) and an absorption spectrum of the first and second organic semiconductor layers (solid line).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an IT element.
  • FIG. 6 is a diagram showing drain-source current (IDS) versus drain-source voltage (VDS) when the photosensitive SIT device shown in FIG. 5 is not irradiated with external light.
  • Fig. 7 shows the drain when the light-sensitive SIT element shown in Fig. 5 was irradiated with external light.
  • FIG. 5 is a diagram showing drain-source current (IDS) with respect to source voltage (VDS).
  • FIG. 8 is a diagram showing the EL emission spectrum (dot-dash line) of the light-emitting layer and the absorption spectra (solid lines) of the first and second organic semiconductor layers in the organic EL device of Example 2.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL device that is Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL device that is Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL device 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the organic EL element 10 has a source electrode (S) 11 as a first electrode, a drain electrode (D) 12 as a second electrode, and the source electrode (S) 11 and a drain electrode ( A gate electrode (G) 13 is provided between D) and 12 as a control electrode. Furthermore, a first organic semiconductor is provided between the source electrode (S) 11 and the gate electrode (G) 13. A body layer (ORG 1) 21 is formed, and a second organic semiconductor layer (ORG2) 22 and a light emitting layer (EMI) 25 are formed between the gate electrode (G) 13 and the drain electrode (D) 12.
  • the source electrode (S) 11, the drain electrode (D) 12, and the gate electrode (G) 13 have gold, platinum, palladium, silver, lead, tin, aluminum, calcium, indium, chromium, lithium, etc.
  • Alkali metals, alkaline earth metals such as magnesium, or alloys thereof can be used.
  • an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, indium tin oxide (ITO), tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, or an alloy thereof can be used.
  • ITO indium tin oxide
  • selenium, copper iodide, nickel, or the like can be used.
  • conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), polyphenylene sulfide, and polyaniline. These can be used alone or in the form of a laminate of a plurality of films, such as a film of polyaniline formed on ITO (indium tin oxide).
  • the first organic semiconductor layer (ORG 1) 21 and the second organic semiconductor layer (ORG2) 22 include organic dye molecules such as cyanine, porphyrin, and phthalocyanine and derivatives thereof, triacenylamine derivatives, and polyacene-based molecules such as pursecene. Derivatives thereof, carbazole derivatives, triphenyldiamine derivatives, triazole derivatives and the like can be used, but are not limited thereto. These may be used alone or as a mixed layer of two or more materials.
  • EMI light-emitting layer
  • aluminum quinolinol, sorbazole derivative, or the like can be used. The added one is more preferable.
  • source electrode 11 is formed by sputtering ITO to a thickness of about 100 nm (nanometers).
  • the layer 22 is formed by evaporating copper phthalocyanine (CuPc).
  • the first organic semiconductor layer 21 and the second organic semiconductor layer 22 are formed so as to have a thickness of about 50 nm.
  • the gate electrode 13 is deposited on the first organic semiconductor layer 21 so that the thickness of the aluminum layer is about 30 nm, but the entire surface of the first organic semiconductor layer 21 is not covered.
  • the gate electrode 13 is formed under film forming conditions such that the holes 13A are formed in the plane. In this case, the holes are formed randomly. That is, by forming the second organic semiconductor layer 22 on the gate electrode 13, the second organic semiconductor (copper phthalocyanine) is also formed in the hole, and the first organic semiconductor layer 21 and the second organic semiconductor layer 22 are formed. 22 is in contact with the hole (ie, the penetrating portion) 13A.
  • the gate electrode 13 only needs to be formed in such a shape that the first organic semiconductor layer 21 and the second organic semiconductor layer 22 are in contact with each other. That is, the gate electrode 13 may be formed in various shapes such as a mesh shape and a stripe shape using a process mask. For example, in the case where the gate electrode 13 is formed so that the gate electrode 13 has a mesh shape, a partial plan view of the gate electrode 13 in a plane perpendicular to the lamination direction (that is, one view from the W direction in FIG. 1) Figure 2 shows a partial cross-sectional view. Or The gate electrode 13 may be formed in a comb shape.
  • the gate electrode 13 may be formed by being buried in one organic semiconductor layer (ORG) 23.
  • the gate electrode 13 may be formed in the one organic semiconductor layer 23, and may be formed at any position.
  • a light emitting layer (EMI) 25 is formed by co-evaporating aluminum quinolinol (A1q3) and Nile Red at a ratio of 100: 5.
  • the drain electrode 12 is formed by co-evaporating magnesium and silver at a ratio of 100: 5.
  • FIG. 4 shows the EL emission spectrum of the light-emitting layer 25 (indicated by a dashed line) and the absorption spectrum of copper phthalocyanine (CuPc) used in the first and second organic semiconductor layers 21 and 22 (indicated by the solid line).
  • the fluorescent material Nile Red is added to the aluminum quinolinol of the light emitting layer 25.
  • the actual emission spectrum of the light emitting layer 25 is shifted to a longer wavelength side than the emission spectrum of aluminum quinolinol (A1q3).
  • the luminous efficiency is increased by adding a suitable amount of the fluorescent material, but the luminous efficiency is reduced by adding too much. Accordingly, the light emitted from the light-emitting layer 25 is partially absorbed in the wavelength band by the first and second organic semiconductor layers 21 and 22.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a child 1 OA.
  • the photosensitive SIT element 10A has the same configuration as that of the organic EL element 10 except that the light emitting layer 25 of the organic EL element 10 is not formed.
  • the photosensitive SIT has a gate electrode between the source electrode and the drain electrode, and its current-voltage characteristics are the same as those of an electrostatic induction transistor (SIT).
  • SIT electrostatic induction transistor
  • Figure 6 shows the drain-source current ( IDS ) versus the drain-source voltage ( VDS ) when the photosensitive SIT1OA is not irradiated with external light.
  • IDS drain-source current
  • VDS drain-source voltage
  • FIG. 7 shows the drain-source current (IDS) versus the drain-source voltage (VDS) when the light-sensitive SIT10A is irradiated with external light.
  • V G gate voltage
  • V G gate voltage
  • the light-sensitive SIT 10 A was in the conductive (ON) state
  • the conductive (ON) state was maintained even when the gate voltage was increased to IV.
  • the gate voltage was increased to 1.5 V
  • the state changed to the non-conductive (OF F) state.
  • the operation of the organic EL device 10 is understood as follows. That is, when the light emitted from the light emitting layer 25 is not absorbed by the first and second organic semiconductor layers 21 and 22 (non-light emitting state), the voltage applied to the gate electrode 13 is However, the gate potential increases, the current flowing through the light emitting layer 25 also decreases, and the light emission intensity decreases. However, in the present invention, the gate potential is lowered by holes generated by the light emitted from the light emitting layer 25 being absorbed by the first and second organic semiconductor layers 21 and 22. Due to such a mechanism, the light emission from the light emitting layer 25 is such that when the light emitted from the light emitting layer 25 is not absorbed by the first and second organic semiconductor layers 21 and 22, the current is supplied.
  • the applied voltage to the gate electrode 13 decreases, the current supply does not decrease and light emission is maintained, but if the applied voltage to the gate electrode 13 is further increased, the current supply is reduced and The emission intensity decreases to a sufficiently small intensity compared to the emission intensity when the gate voltage is not applied in a time of less than the order of microseconds (/ sec).
  • the first and second organic semiconductor layers 21 and 22 correspond to the light emitting layer 25
  • a dopant may be added to the light absorbing layer. That is, the configuration may be such that the light absorption by the light absorbing layer is adjusted to a predetermined value or within a predetermined range by adding a dopant to the light emitting layer and adding Z or the dopant to the light absorbing layer.
  • the layer structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the first and second organic semiconductor layers 2 1 and 2 are formed by vapor deposition of merocyanine (MC).
  • the gate electrode (G) 13 is made of magnesium.
  • the light-emitting layer 25 is formed by co-evaporating aluminum quinolinol (A 1 Q 3) and coumarin 6 at a ratio of 100: 3. Further, the drain electrode 12 is formed by co-evaporating aluminum and lithium.
  • FIG. 8 shows the EL emission spectrum of the light-emitting layer 25 (dashed-dotted line) and the absorption spectrum of merocyanine (MC) used in the first and second organic semiconductor layers 21 and 22 (solid line).
  • MC merocyanine
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL device 10 according to a third embodiment of the present invention. '
  • the difference from the first embodiment is that a hole transport layer (HT) 31 is provided between the second organic semiconductor layer 22 and the light emitting layer 25, and a hole blocking layer (HB) 32 is provided on the light emitting layer 25. That is, an electron transport layer (ET) 33 is provided on the hole block layer 32.
  • the first and second organic semiconductor layers 21 and 22 are p-type organic semiconductor layers. Therefore, the organic EL element 10 has not only a function as a light emitting element but also a function as a P-type SIT which can be controlled according to the application of a voltage to the gate electrode 13.
  • the second organic semiconductor layer 22, the hole transport layer 31, the hole block layer 32, and the electron transport layer 33 may be appropriately provided as necessary.
  • a hole injection layer may be provided between the source electrode 11 and the first organic semiconductor layer 21.
  • a voltage of 10 V is applied between the source electrode (anode) 11 and the drain electrode (cathode) 12, and the light emission control is performed according to the application of the gate voltage (V G ). It was confirmed that it could be done.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical thyristor-type organic EL element 10 that is Embodiment 4 of the present invention.
  • the organic EL element 10 has a function as a light emitting element.
  • the configuration is such that it has a function as an n-type SIT that can be controlled according to the application of a voltage to the gate electrode 13.
  • this organic EL element 10 has not only a function as a light emitting element but also a function as an n-type SIT that can be controlled according to the application of a voltage to the gate electrode 13.
  • an active organic EL device having a thyristor characteristic. Therefore, for example, by configuring a display device using the organic EL element, the configuration of an electronic circuit provided in each pixel is simplified. Therefore, a low-cost, high-brightness, low-cost active drive display can be realized, and as a result, a display with a long life, high reliability, and high performance can be realized.

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Abstract

第１電極と発光層との間に設けられ、発光層の発光波長帯域内に吸収帯域を有する有機半導体層と、上記有機半導体層に電気的に接続されている制御電極と、を有する。

Description

明細 ΐ 有機半導体発光素子 技術分野
本発明は、 有機半導体発光素子、 特に、 スイッチング機能を備えた有機半導体 発光素子等に関する。
背景技術
有機エレクトロルミネセンス素子 （以下、 有機 EL素子ともいう。 ） は自発光 型の素子であり、 応答速度が非常に速く、 高輝度である種々の利点を有し、 その 研究開発が進められてきた。 また、 スイッチング機能を備えた有機 EL素子が提 案されている （例えば、 特開 2003— 187983号公報参照） 。
また、 かかる有機 E L素子をマトリクス状に配置して構成される発光表示ディ スプレイは、 視野角が広く、 薄型で消費電力も小さい表示装置として、 注目され 、 広く開発が進められている。
従来の EL素子は、 受動型のデバイスであり、 アクティブ駆動するためには 1 つの EL素子に少なくとも 2つ以上の T FT等のスイッチング素子、 及び、 少な くとも 1つ以上のキャパシ夕を必要としていた。 従って、 有機 EL素子を用いて ァクティブ駆動ディスプレイを構成する場合に、 1つの画素内に T FT等のスィ ツチング素子やキャパシ夕を形成することによって画素の開口率が低下し、 結果 として、 十分な輝度を得るために電力消費が大きくなるという問題があった。 ま た、 有機 E L素子の発光寿命が短くなる等の問題があった。 また、 さらに高輝度で、 視認性に優れた高性能かつ低価格のディスプレイの実 現に適した有機 E L素子が望まれている。
発明の開示
本発明は、 上述した点に鑑みなされたものであり、 その目的とするところは、 スイッチング機能を備え、 高輝度で高性能な有機半導体発光素子等を提供するこ とにある。 本発明が解決しょうとする課題には、 上記した問題が 1例として挙げ られる。
本発明による有機半導体発光素子は、 第 1電極、 第 2電極、 及び第 1及び第 2 電極間に設けられた発光層を有する有機 E L発光素子であって、 第 1電極と発光 層との間に設けられ、 発光層の発光波長帯域内に吸収帯域を有する有機半導体層 と、 上記有機半導体層に電気的に接続されている制御電極と、 を有することを特 徴としている。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例 1である光サイリスタ型の有機 E L素子の構成を模式 的に示す断面図である。
図 2は、 ゲート電極の一例を示す図であり、 積層方向に垂直な面内におけるゲ 一ト電極の一部平面図である。
図 3は、 ゲート電極の一例を示す図であり、 ゲート電極が有機半導体層内に埋 め込まれるように形成されている場合の有機 E L素子の断面図である。
図 4は、 発光層 2 5の E L発光スペクトル （一点鎖線） 及び第 1及び第 2有機 半導体層の吸収スペクトル （実線） を示す図である。
図 5は、 図 1に示す有機 E L素子の基本的な動作を確認するための光感応性 S I T素子の構成を示す断面図である。
図 6は、 図 5に示す光感応性 S I T素子に外部光を照射しない場合の、 ドレイ ン 'ソース電圧 （VDS) に対するドレイン ·ソース電流 （I DS) を示す図である。 図 7は、 図 5に示す光感応性 S I T素子に外部光を照射した場合の、 ドレイン
•ソース電圧 （VDS) に対するドレイン ·ソース電流 （IDS) を示す図である。 図 8は、 実施例 2の有機 EL素子における、 発光層の EL発光スペクトル （一 点鎖線） と第 1及び第 2有機半導体層の吸収スペクトル （実線） を示す図である 図 9は、 本発明の実施例 3である光サイリス夕型有機 E L素子の構成を模式的 に示す断面図である。
図 1 0は、 本発明の実施例 4である光サイリス夕型有機 EL素子の構成を模式 的に示す断面図である。
発明を実施するための形態
以下、 本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。 なお、 以下 に示す実施例において、 等価な構成要素には同一の参照符を付している。
【実施例 1】
図 1は、 本発明の実施例 1である光サイリス夕型の有機 EL素子 1 0の構成を 模式的に示す断面図である。
有機 EL素子 1 0は、 第 1電極としてのソース電極 （S) 1 1、 第 2電極とし てのドレイン電極 （D) 1 2を有するとともに、 当該ソース電極 （S) 1 1、 ド レイン電極 （D) 1 2の間に制御電極としてのゲート電極 （G) 1 3を有する。 さらに、 ソース電極 （S) 1 1及びゲート電極 （G) 1 3の間には第 1有機半導 体層 （ORG 1) 21が、 ゲート電極 （G) 13及びドレイン電極 （D) 12の 間には第 2有機半導体層 （ORG2) 22及び発光層 （EM I) 25が形成され ている。
上記ソース電極 （S) 1 1、 ドレイン電極 （D) 12、 及びゲート電極 （G) 13には金、 白金、 パラジウム、 銀、 鉛、 錫、 アルミニウム、 カルシウム、 イン ジゥム、 クロム、 リチウム、 などのアルカリ金属や、 マグネシウムなどのアル力 リ土類金属、 あるいはこれらの合金を用いることができる。 また、 アルカリ金属 化合物、 アルカリ土類金属化合物、 インジウム錫酸化物 （I TO) 、 酸化錫、 ィ ンジゥム亜鉛酸化物、 亜鉛酸化物やこれらの合金を用いることができる。 あるい は、 セレン、 ヨウ化銅、 ニッケルなどを用いることができる。 また、 ポリ （3— メチルチオフェン） 、 ポリフエ二レンスフイド、 ポリア二リンなどの導電性高分 子を用いることも可能である。 これらは単独で、 あるいは、 例えば I TO (イン ジゥム錫酸化物） 上にポリア二リンを成膜したもののように、 複数の膜を積層し たものを用いることもできる。
第 1有機半導体層 （ORG 1) 21、 第 2有機半導体層 （ORG2) 22には 、 シァニン、 ポルフィリン、 フタロシアニン等の有機色素分子とその誘導体、 ト リフエニルァミン誘導体、 ペン夕セン等のポリアセン系分子とその誘導体、 カル バゾール誘導体、 トリフエ二ルジァミン誘導体、 トリァゾ一ル誘導体等を用いる ことができるが、 これらに限られない。 これらは単独で、 あるいは、 2種以上の 材料の混合層であってもよい。
発光層 （EM I) 25には、 アルミニウムキノリノール、 力ルバゾール誘導体 等を用いることができるが、 これらに発光効率の高い蛍光材料又は燐光材料が添 加されたものがより好ましい。
以下に、 有機 EL素子 10の形成方法について具体的に説明する。 まず、 スパ ッタリングによって I TOを約 100 nm (ナノメートル） の厚さで成膜してソ —ス電極 1 1を形成している。 次に、 1 X 10— 5P a (パスカル） 程度の高真空下 で第 1有機半導体層 21として銅フタロシアニン （CuP c) を、 ゲート電極 1 3としてアルミニウム （A 1 ) を、 第 2有機半導体層 22として銅フタロシア二 ン （CuP c) を蒸着して形成している。
第 1有機半導体層 21及び第 2有機半導体層 22は、 層厚が約 50 nmとなる ように形成している。 また、 ゲート電極 13は、 第 1有機半導体層 21上にアル ミニゥムの層厚が約 30 nmとなるように蒸着したが、 第 1有機半導体層 21の 表面の全面が被覆されているのではなく、 ゲート電極 1 3の面内に空孔 13 Aが 形成されるような成膜条件によって形成している。 この場合、 空孔はランダムに 形成されている。 すなわち、 ゲート電極 1 3上への第 2有機半導体層 22の成膜 により、 当該空孔内にも第 2有機半導体 （銅フタロシアニン） が形成され、 第 1 有機半導体層 21と第 2有機半導体層 22が当該空孔 （すなわち、 貫通部） 13 Aにおいて接している。
なお、 ゲ一ト電極 13は、 第 1有機半導体層 2 1と第 2有機半導体層 22が接 するような形状に形成されていればよい。 すなわち、 ゲート電極 13は、 例えば 、 プロセスマスクを用いてメッシュ状、 ストライプ状等の種々の形状に形成され ていてもよい。 例えば、 ゲート電極 13がメッシュ形状を有するようにゲート電 極 13を形成した場合の、 積層方向に垂直な面内におけるゲート電極 13の一部 平面図 （すなわち、 図 1の W方向から見た一部断面図） を図 2に示す。 あるいは 、 ゲート電極 13は、 櫛状に形成されていてもよい。
また、 図 3に示すように、 ゲート電極 13は、 1つの有機半導体層 （ORG) 23内に埋設されて形成されていてもよい。 なお、 この場合、 ゲート電極 13は 、 当該 1つの有機半導体層 23内に形成されていればよく、 どの位置に形成され ていてもよい。
第 2有機半導体層 22上には、 発光層 （EMI) 25が、 アルミニウムキノリ ノ一ル （A 1 q 3) とナイルレツドを 100 ： 5の比で共蒸着して形成されてい る。
発光層 （EMI) 25上には、 ドレイン電極 12が、 マグネシウムと銀を 10 0 ： 5の比で共蒸着して形成されている。
図 4は、 発光層 25の EL発光スペクトル （一点鎖線で示す） と第 1及び第 2 有機半導体層 21、 22に用いた銅フタロシアニン （CuPc) の吸収スぺクト ル （実線で示す） を示している。 上述したように、 発光層 25のアルミニウムキ ノリノールには、 蛍光材料のナイルレッドを添加している。 これにより、 発光層 25の実際の発光スペクトルはアルミニウムキノリノ一ル （A l q 3) の発光ス ベクトルよりも長波長側にシフトしている。 なお、 蛍光材料を適度に添加するこ とにより発光効率は増加するが、 あまり多く添加すると発光効率は低下する。 従って、 発光層 25からの発光のうち一部の波長帯の光は第 1及び第 2有機半 導体層 21、 22により吸収されるように構成されている。
以下に、 上記した有機 EL素子 10の動作について図を参照しつつ詳細に説明 する。
図 5は、 有機 E L素子 10の基本的な動作を確認するための光感応性 S I T素 子 1 O Aの構成を示す断面図である。 この光感応性 S I T素子 1 0 Aは、 有機 E L素子 1 0の発光層 2 5が形成されていない点を除いて、 有機 EL素子 1 0と同 様の構成を有している。
なお、 ここでいう光感応性 S I Tとは、 ソ一ス電極とドレイン電極との間にゲ ート電極を有しており、 その電流一電圧特性は静電誘導型トランジスタ （S I T ) と同じ特性を示すが、 特定の波長が含まれた光を照射することによりゲート電 極の制御性が変化する素子である。
図 6は、 光感応性 S I T 1 OAに外部光を照射しない場合の、 ドレイン，ソ一 ス電圧 （VDS) に対するドレイン ·ソース電流 （I DS) を示すものであり、 ゲート電 圧 （ソース ·ゲート間電圧） （V« をパラメータとして変化させてプロットした ものである。 ゲート電圧 （VG) がゼロのとき、 光感応性 S I T 1 O Aは導通 （O N) 状態であるが、 0. 5 Vの電圧印加により非導通 （OFF) 状態にスィッチ ングした。
図 7は、 光感応性 S I T 1 OAに外部光を照射した場合の、 ドレイン ·ソース 電圧 （VDS) に対するドレイン ·ソース電流 （I DS) を示している。 ゲート電圧 （V G) がゼロのとき、 光感応性 S I T 1 0 Aは導通 （ON) 状態であり、 ゲート電圧 を I Vまで増加させても導通 （ON) 状態は維持された。 さらに、 ゲート電圧を 1. 5 Vまで増加させると非導通 （OF F) 状態に変化した。
図 6， 7に示すように、 外部光の照射の有無により、 ゲート電圧による光感応 性 S I T素子 1 0 Aのスィッチング特性が変化することが確認された。
次に、 図 1に示す有機 EL素子 1 0の動作について説明する。 ソ一ス電極 1 1 とゲート電極 1 3に電圧を印加しない状態 （V(;= 0 V) で、 ソース電極 1 1とド レイン電極 1 2との間に 1 0 Vの D C電圧を印加したところ、 有機 E L素子 1 0 は発光し、 約 7 8カンデラの発光強度が確認された。 。 次に、 ソース電極 1 1と ゲート電極 1 3との間に 0 . 5 Vの電圧を印加したところ、 発光を維持したまま だった。 次に、 ソース電極 1 1及びゲート電極 1 3の間に 1 . 5 Vの電圧を印加 したところ消光した。 次に、 ソース電極 1 1及びゲート電極 1 3の間に 0 . 5 V の電圧を印加したところ消光を維持した。 次に、 ソース電極 1 1及びゲート電極 1 3間の電圧を 0 Vに戻したところ、 再び 7 8カンデラの発光強度で発光するこ とが確認された。
かかる有機 E L素子 1 0の動作については以下のように理解される。 すなわち 、 発光層 2 5から放出された光が第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2により吸 収されることが無い場合は （非発光状態） 、 ゲート電極 1 3への電圧印加により 、 ゲートポテンシャルが上昇し、 発光層 2 5を流れる電流も減少して発光強度が 低下する。 しかしながら、 本発明においては、 発光層 2 5から放出された光が第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2により吸収されることによって生成されたホ —ルによってゲートポテンシャルは下降する。 このようなメカニズムにより発光 層 2 5からの発光は、 発光層 2 5から放出された光が第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2により吸収されることが無い場合には電流供給が減少するゲート電極 1 3への印加電圧であっても、 電流供給は減少せず発光を維持するが、 ゲート電 極 1 3への印加電圧を更に大きくすると電流供給を減少させ、 ゲート電圧の印加 からマイクロ秒 （ / sec) オーダー以下の時間でゲート電圧を印加しないときの発 光強度に比べて十分小さな強度まで発光強度は低下する。
なお、 本実施例において、 第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2が発光層 2 5 からの放出光を吸収する場合について説明したが、 第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2の一方のみが放出光を吸収する光吸収層であるように構成してもよい。 この場合、 第 1有機半導体層 2 1のみが放出光を吸収するように構成するのが好 ましい。 また、 上記においては、 発光層へのド一パント添加により発光層の発光 効率、 及び/又は発光スペクトルのシフトを調整する場合を説明したが、 当該光 吸収層へドーパントを添加してもよい。 すなわち、 発光層へのドーパント添加、 及び Z又は当該光吸収層へのドーパント添加により、 当該光吸収層による光吸収 率が所定値又は所定範囲内となるように調整する構成としてもよい。
【実施例 2】
本発明の実施例 2である光サイリス夕型の有機 E L素子 1 0について説明する 本実施例の層構造は上記した実施例 1と同様であるが、 第 1及び第 2有機半導 体層 2 1、 2 2はメロシアニン （M C ) を蒸着して形成している。 ゲート電極 （ G) 1 3にはマグネシウムを用いている。 また、 発光層 2 5は、 アルミニウムキ ノリノール （A 1 Q 3 ) とクマリン 6を 1 0 0 : 3の比で共蒸着して形成されて いる。 さらに、 ドレイン電極 1 2は、 アルミニウムとリチウムを共蒸着して形成 されている。
図 8は、 発光層 2 5の E L発光スペクトル （一点鎖線） と第 1及び第 2有機半 導体層 2 1、 2 2に用いたメロシアニン （M C ) の吸収スペクトル （実線） を示 している。 上述したように、 発光層 2 5のアルミニウムキノリノールには、 蛍光 材料のクマリン 6が添加されている。 これにより、 発光層 2 5の発光効率は増加 するが、 発光スペクトルのシフトは小さい。 本実施例の有機 EL素子 10の動作を確認したところ、 上記した実施例 1の場 合と同様に、 ゲ一卜電極 13への電圧印加に応じた発光制御ができることが確認 された。
【実施例 3】
図 9は、 本発明の実施例 3である光サイリス夕型の有機 EL素子 10の構成を 模式的に示す断面図である。 '
上記した実施例 1と異なる点は、 第 2有機半導体層 22と発光層 25との間に 正孔輸送層 （HT) 31を、 また、 発光層 25上に正孔ブロック層 （HB) 32 を、 正孔ブロック層 32上に電子輸送層 （ET) 33を設けていることである。 第 1及び第 2有機半導体層 21、 22は、 p型有機半導体層である。 従って、 この有機 EL素子 10は、 発光素子としての機能に加えて、 ゲ一ト電極 13への 電圧印加に応じて制御可能な P型 S I Tとしての機能を併有している。
なお、 第 2有機半導体層 22、 正孔輸送層 31、 正孔ブロック層 32、 電子輸 送層 33は、 必要に応じて適宜設ければよい。 あるいは、 ソース電極 1 1と第 1 有機半導体層 21の間に正孔注入層を設けてもよい。
本実施例の有機 EL素子 10においても、 ソース電極 （陽極） 1 1及びドレイ ン電極 （陰極） 12間に 10 Vの電圧を印加し、 ゲート電圧 （VG) の印加に応じ て発光制御を行うことができることが確認された。
【実施例 4】
図 10は、 本発明の実施例 4である光サイリス夕型の有機 EL素子 10の構成 を模式的に示す断面図である。
上記した実施例 3と異なる点は、 有機 EL素子 10を、 発光素子としての機能 に加えて、 ゲート電極 1 3への電圧印加に応じて制御可能な n型 S I Tとしての 機能を併有するように構成していることである。
具体的には、 ソ一ス電極 1 1上に、 正孔輸送層 3 1、 発光層 2 5、 正孔ブロッ ク層 3 2、 電子輸送層 3 3、 第 1有機半導体層 2 1、 ゲート電極 1 3、 第 2有機 半導体層 2 2、 及びドレイン電極 1 2を順次積層して形成されている。 ここで、 第 1及び第 2有機半導体層 2 1、 2 2は、 n型有機半導体層である。 従って、 こ の有機 E L素子 1 0は、 発光素子としての機能に加えて、 ゲート電極 1 3への電 圧印加に応じて制御可能な n型 S I Tとしての機能を併有している。
以上、 詳細に説明したように、 本発明によれば、 サイリス夕特性を有する能動 的有機 E L素子を提供することができる。 従って、 例えば、 当該有機 E L素子を 用いてディスプレイ装置を構成することにより、 各画素内に設ける電子回路の構 成が簡単となる。 従って、 消費電力が小さく、 高輝度で低コストのアクティブ駆 動ディスプレイを実現することができ、 結果的に寿命が長く、 高信頼度、 高性能 なディスプレイを実現することができる。
以上、 本発明についてその好ましい実施例を参照しながら説明した。 当業者は 種々の変形や変更を想到しうる事が理解されるべきである。 そのような変形や変 更例の全ては添付の特許請求の範囲に含まれるものと考える。

Claims

請求の範囲
1 . 第 1電極、 第 2電極、 及び前記第 1及び第 2電極間に設けられた発光層を有 する有機 E L発光素子であって、
前記第 1電極と前記発光層との間に設けられ、 前記発光層の発光波長帯域内に 吸収帯域を有する有機半導体層と、
前記有機半導体層に電気的に接続されている制御電極と、 を有することを特徴 とする有機半導体発光素子。
2 . 前記有機半導体層は前記吸収帯域を有する光吸収層を有し、 前記制御電極は 前記光吸収層に接していることを特徴とする請求項 1に記載の有機半導体発光素 子。
3 . 前記有機半導体層は前記吸収帯域を有する光吸収層を有し、 前記制御電極は 前記光吸収層内に埋設されていることを特徴とする請求項 1に記載の有機半導体 発光素子。
4 . 前記光吸収層は前記制御電極と前記第 1電極との間に形成されていることを 特徴とする請求項 2に記載の有機半導体発光素子。
5 . 前記発光層及び前記有機半導体層の少なくとも一方は前記有機半導体層の光 吸収率が所定範囲内であるようにドーパントが添加されていることを特徴とする 請求項 1に記載の有機半導体発光素子。
6 . 前記制御電極への印加電圧変化に対する前記第 1及び第 2電極間の電流電圧 特性は、 前記発光層の発光及び消光に応じて変化するサイリス夕特性を有するこ とを特徴とする請求項 1に記載の有機半導体発光素子。
7 . 前記第 1電極及び前記第 2電極はそれぞれアノード及び力ソードであり、 前 記第 1電極及び前記発光層間に配された正孔輸送層をさらに有することを特徴と する請求項 1に記載の有機半導体発光素子。
8 . 前記第 1電極及び前記第 2電極はそれぞれアノード及び力ソードであり、 前 記第 2電極及び前記発光層間に配された電子輸送層をさらに有することを特徴と する請求項 1に記載の有機半導体発光素子。
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