発光素子、及び発光装置
【課題】良品の線状発光素子のみを選択して発光装置を作製可能とし、装置の大型化や歩留まりを向上させる。
【解決手段】基板１００１と、基板上に配置したゲート電極層１００２と、ゲート電極層上に配置したゲート絶縁層１００３と、ゲート絶縁層上に配置した第一の電極１００６と、ゲート絶縁層と第一の電極上に配置した発光膜１００４と、発光膜上に配置した第二の電極１００７からなる発光素子において、第二の電極を第一の電極の斜め上方に配置するか、または第一の電極に対し横方向に離間して配置することを特徴とする。
【解決手段】基板１００１と、基板上に配置したゲート電極層１００２と、ゲート電極層上に配置したゲート絶縁層１００３と、ゲート絶縁層上に配置した第一の電極１００６と、ゲート絶縁層と第一の電極上に配置した発光膜１００４と、発光膜上に配置した第二の電極１００７からなる発光素子において、第二の電極を第一の電極の斜め上方に配置するか、または第一の電極に対し横方向に離間して配置することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置や照明装置に使用される発光素子、及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄型でフラットという特徴を持つ液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなど、さまざまな表示装置が、ブラウン管に代わる表示装置として広範に普及している。また、近年、次世代ディスプレイの本命として期待される有機ＥＬを使用したディスプレイの研究がすすめられている。有機ＥＬは、エレクトロルミネッセンスを利用して電気を光に変換しているので、熱をほとんど発生せず、消費電力が小さい。また、液晶ディスプレイと異なり視野角によらず鮮明な画像を表示できるという特徴がある。
【０００３】
第９図（ａ）及び（ｂ）は、リジッドな基板上に形成した場合の、従来の有機ＥＬを使用した発光領域と駆動用のＳＩＴからなる発光素子の断面図、及びそれに対応する回路図である。ガラス基板１００上に、ソース領域１０１、チャネル領域１０２、発光領域１０４、ドレイン領域１０５が、順次堆積されて形成されている。ソース領域１０１としては、ＩＴＯなどの透明な電極材料を使用する。発光領域１０４の材料としては、ＺｎＳやＳｒＳなどの無機材料や、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬや、ＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬを使用する。駆動用のＳＩＴは、ソース領域１０１、Ｐ型の導電性ポリマーからなる半導体領域１０２、半導体領域１０２内に、ソース領域１０１と発光領域１０４に平行に、くしの歯状に形成されたＮ型の導電性ポリマーからなるゲート電極１０３、ドレイン領域１０５から構成されている。たとえば、ソース領域１０１を接地電位とし、ドレイン領域１０５に負のバイアス電圧を印加して、ゲート電極１０３に正の制御電圧を印加する。ソース領域１０１から注入される正孔とドレイン領域１０５から注入される電子が発光領域１０４内で再結合することにより、発光領域１０４が発光する。発光の強度はゲート電極１０３に印加する制御電圧により制御される。
【０００４】
第１０図は、フレキシブルな基板上に形成した場合の、従来の有機ＥＬを使用した発光領域と駆動用のＳＩＴからなる発光素子の断面図である。プラスティック基板１０６上に、ソース領域１０７、半導体領域１０８、発光領域１１０、ドレイン領域１１１が、順次堆積されて形成されている。また、ゲート電極１０９が、半導体領域１０８内にくしの歯状に形成されている。第１０図に示す従来の発光素子は、例えば、第９図に示す従来の発光素子と同様に、ソース領域１０７から注入される正孔とドレイン領域１１１から注入される電子が発光領域１１０内で再結合することにより、発光領域１１０が発光する。ゲート電極１０９に印加する制御電圧により発光層１１０の発光強度を制御する。
【０００５】
また、画像を表示したり、照明を制御するために、発光素子をアレイ状にならべて駆動制御を行う方法としては、現在、駆動回路を外部に設けたパッシブ・マトリックス方式と、各発光素子が駆動素子を有するアクティブ・マトリックス方式が知られている。アクティブ・マトリックス方式は、パッシブ・マトリックス方式にくらべ、発光素子の構造は複雑になるが、低電圧駆動が可能であり、低消費電力で発光素子の寿命が長くなる。外部の駆動回路が不要という特徴がある。
【０００６】
第２０図は、従来のＳＩＴを駆動素子とした有機ＥＬ発光素子の断面図である。第２０図に示す従来の発光素子は、ガラス基板１２０１上に、ドレイン電極１２０２、半導体層１２０４、ゲート電極１２０３、発光層１２０５、ソース電極１２０６を順次積層して形成されている。ソース電極１２０６に、ドレイン電極１２０２に対し負のバイアス電圧を印加すると、ソース電極１２０６から電子が注入され、ドレイン電極１２０２から正孔が注入され、注入された電子と正孔が発光層１２０５において再結合し、発光層１２０５が発光する。発光の強度は、ゲート電極１２０３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【０００７】
第２１図は、従来のＭＯＳ構造による制御部を持つ有機ＥＬ発光素子の断面図である。発光層１２２０の上部に陰極１２１９を配置し、下部に陽極１２１８を配置し、側部にゲート絶縁膜１２１６、１２１７を介して、ゲート電極１２１４、１２１５を配置している。陰極２１９に、陽極２１８に対し負のバイアス電圧を印加すると、陽極２１８から正孔が注入され、陰極１２１９から電子が注入され、注入された電子と正孔が発光層１２２０において再結合し、発光層１２２０が発光する。ゲート電極１２１４に負の制御電圧、ゲート電極１２１５に正の制御電圧を印加すると、発光層１２２０に注入された電子の一部がゲート絶縁膜１２１７に捕捉され、注入された正孔の一部がゲート絶縁膜１２１６に捕捉されるため、発光層１２２０において再結合する正孔と電子の数が減少し発光強度を制御することができる。
【０００８】
第２０図に示すＳＩＴを駆動素子とする従来の発光素子は、くし型のゲート電極１２０３を導電性有機膜の印刷、蒸着などで形成するため、ゲート電極１２０３の間隔Ｌ３を十分小さくすることができず、注入される正孔の制御性が低いために、発光素子を駆動するのに比較的高い電圧を印加する必要があった。
【０００９】
一方、第２１図に示すＭＯＳ構造による制御部を持つ従来の発光素子は、陰極１２１９と陽極１２１８の間隔であるチャネル長が発光層の膜厚Ｔ２で決まるため、微細なプロセスを使用しなくても、チャネル長を１μｍ以下にすることができ、低電圧で発光素子を発光させることができる。しかし、発光層の側壁に絶縁膜を形成し、両側面に形成したゲート電極に正と負の制御電圧を印加する必要があり、製造工程が複雑で、制御方法も複雑になるという欠点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の発光素子は、ガラス基板などリジッドで平面状の基板、又はプラスティック基板などのフレキシブルではあっても平面状の基板の上に形成されていた。そのため、リジッドな基板を使用する場合には、形状に柔軟性がなく、基板が重いため、応用が限定されるという問題があった。また、プラスティック基板などのフレキシブルな基板上に形成した場合でも、複数の発光素子を平面上に連続して形成しているため、少なくとも一個の発光素子が不良になれば、不良部分だけ良品と交換することができず、応用装置全体が不良になる。そのため、すべての発光素子を欠陥なく製造するために、プロセスのクリーン度向上などプロセス管理を極めて厳密に行う必要があり、製造する発光装置の大型化に伴い、歩留まり向上の難しさが加速的に増加するという問題があった。
【００１１】
本発明は、微細加工を使用せずに簡単なプロセスで０．５μｍ以下のチャネル長を持つ駆動用有機薄膜トランジスタを有する発光素子を実現し、発光素子の低電圧駆動を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、発光領域および発光制御領域が長手方向に連続的又は間欠的に形成されている線状発光素子であることを特徴とする。
【００１３】
また、基板上にゲート電極層とゲート絶縁層を順次積層し、ゲート絶縁層上に第一の電極を配置し、さらに、ゲート絶縁層と第一の電極上に発光膜を配置し、発光膜上に第二の電極を配置した発光素子の構造において、第二の電極を第一の電極の斜め上方に配置するか、または第一の電極に対し横方向に離間して配置した。
【発明の効果】
【００１４】
１．発光領域と発光制御領域を組み合わせて、柔軟性のある線状発光素子を形成することにした。形成した線状発光素子を布状に織る、あるいは編むことにより、平面状の発光装置を作製することが可能になる。そのため、以下の１）〜６）に述べる効果が得られる。
【００１５】
１）発光領域と発光制御領域を一本の線状体に組み込むことができるため、外部の駆動回路が不要になる、低電圧駆動が可能になるなどの効果がある。
【００１６】
２）線状発光素子を織る、あるいは編むことにより作製した平面状の発光装置は柔軟性があり、軽いため、薄型のテレビやパソコンの画面、携帯電話のディスプレイ、電子ペーパなど多様な用途がある。複雑な形状の壁部の照明として使用しても影ができないという特徴がある。
【００１７】
３）線状の発光素子を組み合わせて、平面状の発光装置を作製できるので、製造設備の規模によらない大型のディスプレイ、又は照明を製造できる。たとえば、ドームタイプの建物の照明、またはディスプレイを製造できる。
【００１８】
４）線状の発光素子を検査して、選別した良品だけ用いて平面状の表示装置、又は、照明装置を製造できる。もしくは、平面状の発光装置を製造してから、検査を行い、不良部の線状発光素子を交換することもできるので、発光装置を大型化した場合に、特にプロセス管理を厳密にしなくても、発光装置の歩留まりを向上できる。この効果は、特に、各発光領域に発光制御領域がついているアクティブ・マトリックス型の発光装置の場合、有益である。
【００１９】
５）一本の線状発光素子に、赤色、緑色、青色の発光層、又は赤色、緑色、青色の光透過フィルターを配置して、それぞれの発光層又はフィルターに対応する制御素子を独立して制御することにより、一本の線状発光素子でフルカラーの表示ができる。そのため、解像度の高いカラー表示が可能になる。
【００２０】
６）線状発光素子の電子注入層、又は電子輸送層として、アルカリ金属内包フラーレン、又はアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を使用することにより、発光素子製造工程のプロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できるので、特に線状発光素子の製造においては有益である。また、発光素子の寿命を長くすることができるという効果もある。
【００２１】
２．有機ＥＬ膜を発光膜とし、駆動用の素子を有する発光素子を、印刷技術や、蒸着技術などの常温、常圧の簡単なプロセスで作成できる。
【００２２】
３．微細加工技術を使用しなくても、有機薄膜トランジスタのチャネル長を０．５μｍ以下にすることができ、発光効率向上や低電圧駆動が可能になる。
【００２３】
４．低消費電力で発光素子の寿命が長いアクティブ・マトリックス方式の発光装置を、低コストのプロセスで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の断面図、回路図、及び斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の断面図及び回路図である。
【図３】本発明の第三の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図４】本発明の第四の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第五の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図６】本発明の第六の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図７】本発明の第七の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の断面図及び回路図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の発光素子の断面図及び回路図である。
【図１０】従来の発光素子の断面図である。
【図１１】線状発光素子の製造装置例を示す概念正面図である。
【図１２】線状発光素子の製造に用いられる押し出し装置を示す正面図及び型の平面図である。
【図１３】（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の線状発光素子の製造工程を示す斜視図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の線状発光素子により作製した発光装置の斜視図及び回路図である。
【図１５】本発明の第九の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１６】本発明の第十の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１７】本発明の第十一の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１８】本発明の第十二の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１９】（ａ）ないし（ｇ）はいずれも本発明の第十二の実施例に係る発光素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図２０】従来の発光素子の断面図である。
【図２１】従来の発光素子の断面図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）はいずれも本発明の発光素子の動作原理を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（発光素子の形成）
本発明では、発光素子が長手方向に連続的あるいは間欠的に形成されている。すなわち、長手方向垂直断面内に複数の領域を有し、該複数の領域が一つの発光素子を形成するように配置されており、かかる断面が長手方向に連続的にあるいは間欠的に糸状に続いている。
【００２６】
その配置方法としては、例えば、各領域を同心円状に形成し、中心から順に配置する方法が考えられる。すなわち、中心からソース領域、チャネル領域を含む半導体領域、ゲート電極、発光領域、ドレイン領域を順次形成すればよい。もちろん他の配置も考えられ、トポロジー的に同一の配置を適宜用いればよい。
【００２７】
なお、各領域に接続する電極は、線状素子の端面から各領域に接続してもよい。また、当初から各領域に埋め込んでもよい。すなわち、前記同心円状に各半導体領域を配置した場合には、ソース領域の中心にソース電極を、ドレイン領域の外周にドレイン電極を、各半導体領域と同様に長手方向に連続的に形成すればよい。
【００２８】
（連続形成、間欠形成）
発光素子は、連続的に形成されている場合は、どの断面をとっても同一形状をなしている。俗にいう金太郎飴状態である。
該発光素子は、同一素子を線状の長手方向に連続して形成してもよいし間欠的に形成してもよい。
【００２９】
（線状）
本発明における線状発光素子における外径は、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。１ｍｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。延伸加工を行うことにより１μｍ、さらには０．１μｍ以下とすることも可能である。線状発光素子を織り込んで布地状とするためにも外径は小さいほど好ましい。
【００３０】
１μｍ以下の外径を有する極細線状体を型の孔から吐出させて形成しようとする場合には、孔のつまりが生じたり、糸状体の破断が生ずる場合がある。かかる場合には、各領域の線状体をまず形成する。次にこの線状体を島として多くの島を作り、その周囲（海）を溶性のもので取り巻き、それをロート状の口金で束ねて、小口から一本の線状体として吐出させればよい。島成分を増やして海成分を小さくすると極めて細い線状体素子をつくることができる。
【００３１】
他の方法として、一旦太めの線状体素子をつくり、その後長手方向に延伸すればよい。また、溶融した原料をジェット気流に乗せてメルトブローして極細化を図ることも可能である。
【００３２】
また、アスペクト比は、押出形成により任意の値とすることができる。紡糸による場合には糸状として１０００以上が好ましい。例えば１０００００あるいはそれ以上も可能である。切断後使用する場合には、１０〜１００００、１０以下、さらには１以下、０．１以下として小単位の線状素子としてもよい。
【００３３】
（間欠形成）
同一素子を間欠的に形成する場合、長手方向に隣接する素子を異なる素子とすることができる。例えば、長手方向に順次、発光素子（１）、素子間分離層（１）、発光素子（２）、素子間分離層（２）………発光素子（ｎ）、素子間分離層（ｎ）と形成すればよい。
【００３４】
この場合、発光素子（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ）と他の発光素子との長さは、同じとしてもよいが異なる長さとしてもよい。希望する回路素子の特性に応じて適宜選択することができる。素子間分離層の長さについても同様である。
もちろん、発光素子と素子間分離層との間に他の層を介在せしめてもよい
【００３５】
（断面形状）
線状素子の断面形状は特に限定されない。例えば、円形、多角形、星型その他の形状とすればよい。例えば、複数の頂角が鋭角をなす多角形状であってもよい。
【００３６】
また、各領域の断面も任意にすることができる。すなわち、例えば、図１に示す構造の場合、ソース領域を星型とし、線状発光素子の外側形状は円形状でもよい。素子により、隣接する層との接触面を大きくとりたい場合には、頂角が鋭角となっている多角形状とすることが好ましい。
【００３７】
なお、断面形状を所望の形状とするには、押出しダイスの形状を該所望する形状のものとすれば容易に実現することができる。
【００３８】
最外層の断面を星型あるいは頂角が鋭角をなす形状とした場合、押出し形成後、頂角同士の間の空間に、例えば、ディッピングにより他の任意の材料を埋め込むことができ、素子の用途によって素子の特性を変化させることができる。
【００３９】
なお、半導体層へ不純物をドーピングしたい場合は、溶融原料中に不純物を含有せしめておいてもよいが、押出し形成後、真空室内を線状のまま通過させ、真空室内で例えばイオン注入法などにより不純物をドープしてもよい。半導体層が最外層ではなく内部に形成されている場合には、イオン照射エネルギーを制御することにより内層である半導体層のみにイオン注入すればよい。
【００４０】
（製造例 後加工形成）
上記製造例は、複数の層を有する素子を押出しにより一体形成する例であるが、素子の基本部を押出しにより線状に形成し、その後該基本部に適宜の方法により被覆を施すことにより形成してもよい。
【００４１】
（原材料）
電極、半導体層などの材料としては、導電性高分子を用いることが好ましい。
例えば、ポリアセチレン、ポリアセン、（オリゴアセン）、ポリチアジル、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、オリゴチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン等が例示される。これらから導電率などを考慮して電極、あるいは半導体層として選択すればよい。
【００４２】
なお、半導体材料としては、例えば、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）などが好適に用いられる。
【００４３】
また、ソース・ドレイン材料としては、上記半導体材料に、ドーパントを混入せしめたものを用いればよい。ｎ型とするためには、例えば、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ，Ｃａ）などを混入せしめればよい。ＡｓＦ５／ＡｓＦ３やＣｌＯ４−をドーパントとして用いる場合もある。
【００４４】
発光領域は、（１）発光層からなる単層膜、（２）発光層、電子輸送層を積層した２層膜、（３）正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順次積層した３層膜、（４）正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層を順次積層した４層膜、又は（５）正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を順次積層した５層膜として形成することができる。多層膜の場合、半径方向に順次積層する。積層の順序としては、例えば５層膜の場合、線状体の中心側に外周側に比較して正のバイアス電圧を印加する時は、中心側から外周方向に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層する。線状体の中心側に外周側に比較して負のバイアス電圧を印加する時は、中心側から外周方向に、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層の順に積層する。５層膜以外の多層膜、すなわち３層膜、４層膜の場合も５層膜と同様に積層する。
【００４５】
発光層の材料としては、例えば、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系有機ＥＬ材料、あるいはＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系有機ＥＬ材料を用いる。正孔注入層の材料としては、例えば、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴなどのポリチオフェン、ポリアニリンなどの有機材料を使用する。正孔輸送層の材料としては、例えば、ＴＰＤ、ＴＰＡＣなどの有機材料を使用する。電子輸送層の材料としては、例えば、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料、またはＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。アルカリ金属内包フラーレンをドープする材料としては、例えば、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）などを使用する。電子注入層としては、例えば、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料や、ＬｉＦやＭｇなどの無機材料を使用する。
【００４６】
電子注入層、または電子輸送層に、アルカリ金属をドープした有機材料を使用すると、有機分子のラジカルアニオンが生成され、電場印加時に内部キャリアとしてふるまうため、有機ＥＬの駆動電圧を低減させることができる。しかし、アルカリ金属は反応性が高く、水酸化物になりやすいという問題があり、プロセス管理が大変である。一方、アルカリ金属をドープした有機材料と同様に駆動電圧の低減が可能なアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を用いる場合には、アルカリ金属内包フラーレンが、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められている構造の分子であるため、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ、大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができるなどの効果がある。
【００４７】
絶縁性材料としては、一般的な樹脂材料を用いればよい。また、ＳｉＯ２その他の無機材料を用いてもよい。
【００４８】
なお、中心部に半導体領域あるいは導電性領域を有する構造の線状素子の場合、中心部の領域は、アモルファス材料（アルミニウム、銅などの金属材料：シリコンなどの半導体材料）により構成してもよい。線状のアモルファス材料を型の中心部を挿通せしめて線状アモルファス材料を走行させ、その外周に、射出により他の所望の領域を被覆して形成すればよい。高分子有機材料からなる導電体領域を線状体の中心領域とする場合には、導電体領域にフラーレン、又は内包フラーレンを混合することが好ましい。フラーレンとしては、Ｃｎ（ｎ＝６０〜８０）が好ましい。内包フラーレンの内包原子としては、Ｎａ、Ｌｉ、Ｈ、Ｎ、Ｆが好ましい。
【実施例】
【００４９】
（第一の実施例）
第１図（ａ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の断面図であり、第１図（ｃ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の斜視図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域２、発光領域４、ドレイン領域５を順次積層して形成している。半導体領域２内には、ソース領域１を取り囲むように、複数のＮ型の高分子材料からなるゲート電極３を配置している。ソース領域１、半導体領域２、ゲート電極３、ドレイン領域５からなる発光制御領域は、線状体の断面内で発光領域４を取り囲み、発光領域４の発光強度を制御する。
【００５０】
また、ソース領域１が、さらにその中心に中空領域を有している場合や、ソース領域を構成する材料と異なる材料からなる絶縁体領域、半導体領域、あるいは導電体領域を有していても、第１図に示す本発明の線状素子は発光素子として機能し、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００５１】
第１図（ｂ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の回路図である。例えば、ソース領域１を接地電位と接続し、ドレイン領域５に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１から正孔が注入され、ドレイン領域５から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域４において再結合し、発光領域４が発光する。発光の強度は、ゲート電極３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【００５２】
また、本発明の第一の実施例では、半導体領域２をＰ型の高分子材料からなる領域、ゲート電極３をＮ型の高分子材料からなる領域として説明したが、半導体領域２をＮ型の高分子材料からなる領域、ゲート電極３をＰ型の高分子材料からなる領域とした場合でも、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極に印加する電圧の極性を適切に選択すれば、発光素子として動作し、本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【００５３】
（製造装置、製造方法）
第１１図に、本発明の線状発光素子を形成するための押出し装置の一般的構成を示す。
【００５４】
押出し装置１２０は、複数の領域を構成するための原料を溶融状態あるいは溶解状態、あるいはゲル状態で保持するための原料容器１２１、１２２、１２３を有している。第１１図に示す例では、３個の原料容器を示しているが、製造する線状素子の構成に応じて適宜設ければよい。
【００５５】
原料容器１２３内の原料は、型１２４に送られる。型１２４には、製造しようとする線状発光素子の断面に応じた射出孔が形成されている。射出孔から射出された線状体は、ローラ１２５に巻き取られるか、あるいは必要に応じて次の工程に線状のまま送られる。
【００５６】
第１図に示す構造の線状素子を製造する場合には第１１図に示すような構成が取られる。
【００５７】
原料容器１２１、１２２、１２３内には、ソース、ドレイン材料、半導体材料、ゲート材料が、それぞれ、溶融あるいは溶解状態、ゲル状態で保持されている。一方、型１２４には、それぞれの材料容器に連通させて、孔が形成されている。
【００５８】
第１２図に示すように、中心部には、ソース材料を射出するための複数の孔が形成されている。その外側周辺には、半導体材料、及びゲート材料を射出させるための複数の孔が形成されている。そしてその外周にさらにドレイン材料を射出するための複数の孔が形成されている。
【００５９】
各原料容器から溶融あるいは溶解状態、ゲル状態の原料を型１２４に送入し、型から原料を射出すると、各孔から原料は射出し、固化する。その端を引っ張ることにより、糸状に連続して線状発光素子が形成される。
【００６０】
線状発光素子は、ローラ１２５で巻き取る。あるいは必要に応じて次の工程に糸状のまま送る。
【００６１】
まず、ソース領域、半導体領域、ゲート電極とを押出し、線状中間体５９を形成する（第１３図（ａ））。
【００６２】
次に溶融あるいは溶解状態、ゲル状態に発光層材料、ドレイン領域形成用の半導体材料を半導体領域の外側にコーティングして、二次中間体６２とする（第１３図（ｂ））。かかるコーティングは、溶融あるいは溶解状態、ゲル状態に半導体材料の槽中を糸状の中間体を通過させればよい。あるいは蒸着などの方法を採用してもよい。
【００６３】
次いで、線状二次中間体６２を減圧室内に通過させながら、射程距離を制御して酸素などのイオン注入を選択的に行い、線状体５９の一部の表面を絶縁物からなる分離領域６０にする（第１３図（ｃ）、（ｄ））。
【００６４】
次いで、熱処理室６４を通過させてアニールを行うことにより、半導体領域の不純物が活性化され、ソース領域、ドレイン領域が形成される。
【００６５】
以上のような工程により、線状体内部のソース領域とゲート電極が長手方向に連続し、ドレイン領域が間欠的に形成された線状体が形成される（第１３図（ｃ））。
【００６６】
このように、形成する領域の配置や材料に応じて適宜押出しと外部加工とを組み合わせればよい。本実施例では、ドレイン領域のみ間欠的に形成し、ソース領域、ゲート電極は連続的に形成された場合について説明したが、本発明の線状発光素子の効果が、このような場合に限らず、素子領域が長手方向に連続している場合や、ソース領域、ゲート電極、ドレイン領域がいずれも間欠的に形成されている場合にも同様に得られることは明らかである。
【００６７】
第１４図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の線状発光素子により作製した発光装置の斜視図及び回路図である。第１４図（ａ）において、発光装置を間欠的に形成した複数の線状の発光素子を縦糸とし、ドレイン配線となる導電性線状体を横糸として、布地を織り込むように、アレイ状に配置した発光素子からなる平面状の発光装置が形成されている。例えば、各縦糸のソース領域は接地電位に接続され、ゲート電極は各列に配置された発光素子を制御する外部のゲート電圧制御装置に接続されている。また、各横糸が接続されたドレイン領域は、外部のドレイン電圧制御装置に接続されている。対応する発光装置部分の回路図を第１４図（ｂ）に示す。あるタイミングで、たとえば、Ｄ２の配線に接続されたドレインにバイアス電圧を印加し、他のドレイン配線のバイアス電圧はオフとする。この場合、第２行に配置された発光素子だけが、ゲート電圧制御装置により制御可能になる。ドレイン配線に印加する電圧を、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…と切り替えることにより、アレイ状の発光素子全体の発光強度を制御することが可能になる。
【００６８】
従来の発光装置は、連続した平坦な基板上に形成されていた。そのため、装置を大型化しようとする場合、製造設備も大規模なものにしなければならないという問題や、装置を構成する発光素子にひとつでも欠陥があると装置全体が不良になるので、大型化に伴い歩留まり向上が困難になるという問題があった。しかし、本発明の線状発光素子で構成した発光装置では、作製した線状の発光素子を組み合わせて平面状の発光装置を作製することができるので、製造設備の規模によらない大型の表示装置や照明装置を作製することができる。また、良品の線状発光素子のみ選択して平面状の発光装置を作製することができる、もしくは、平面状の発光装置を作製してから不良部分を良品と交換すればよいので、発光装置を大型化した場合でも歩留まりの向上が可能になる。
【００６９】
（第二の実施例）
第２図（ａ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるドレイン領域６の周りにＮ型の高分子材料からなる半導体領域７、発光領域９、ソース領域１０を順次積層して形成している。半導体領域７内には、ドレイン領域６を取り囲むように、複数のＰ型の高分子材料からなるゲート電極８を配置している。
【００７０】
第２図（ｂ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の回路図である。例えば、ドレイン領域６を接地電位と接続し、ソース領域１０に正のバイアス電圧を印加する。ゲート電極８には、負の制御電圧を印加する。ソース領域１０から正孔が注入され、ドレイン領域６から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域９において再結合し、発光領域９が発光する。発光の強度は、ゲート電極８に印加された負の制御電圧により電子の注入量を制御することにより制御される。
【００７１】
（第三の実施例）
第３図は、本発明の第三の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１１の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域１２、発光領域１４、ドレイン領域１５を順次積層して形成している。半導体領域１２内には、ソース領域１１を取り囲むように、導電性材料からなる複数のゲート電極１３を配置している。
【００７２】
例えば、ソース領域１１を接地電位と接続し、ドレイン領域１５に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極１３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１１から正孔が注入され、ドレイン領域１５から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域１４において再結合し、発光領域１４が発光する。発光の強度は、ゲート電極１３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【００７３】
また、本発明の第三の実施例では、半導体領域１２をＰ型の高分子材料からなる領域として説明したが、半導体領域１２をＮ型の高分子材料からなる領域とした場合でも、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極に印加する電圧の極性を適切に選択すれば、発光素子として動作し、本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【００７４】
（第四の実施例）
第４図は、本発明の第四の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１６の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域１７、発光領域２１、２２、２３、ドレイン領域２４を順次積層して形成している。発光領域は、円周に沿って三分割するように、赤色発光領域２１、緑色発光領域２２、青色発光領域２３を配置している。半導体領域１７内には、ソース領域１６を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極１８、第二のゲート電極１９、第三のゲート電極２０を、それぞれ、赤色発光領域２１、緑色発光領域２２、青色発光領域２３に対応する位置に配置している。
【００７５】
例えば、ソース領域１６を接地電位と接続し、ドレイン領域２４に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極２１、２２、２３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１６から正孔が注入され、ドレイン領域２４から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域２１、２２、２３において再結合し、発光領域２１、２２、２３が発光する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極２１、２２、２３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００７６】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。
【００７７】
（第五の実施例）
第５図は、本発明の第五の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域２５の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域２６、発光領域３０、３１、３２、ドレイン領域３３、３４、３５を順次積層して形成している。発光領域は、円周に沿って三分割するように、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２を配置している。半導体領域２６内には、ソース領域２５を取り囲むように、Ｎ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極２７、第二のゲート電極２８、第三のゲート電極２９を、それぞれ、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２に対応する位置に配置している。また、ドレイン領域３３、３４、３５も、それぞれ、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２に対応する位置に配置して、ドレイン同士が短絡しないように、ドレイン領域の間を絶縁領域３６、３７、３８で電気的に分離している。
【００７８】
例えば、ソース領域２５を接地電位と接続する。ドレイン領域３３に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２７に正の制御電圧を印加すると、赤色発光領域３０が発光する。ドレイン領域３４に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２８に正の制御電圧を印加すると、緑色発光領域３１が発光する。ドレイン領域３５に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２９に正の制御電圧を印加すると、青色発光領域３２が発光する。
【００７９】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。第五の実施例に係る線状発光素子は、ドレイン領域に印加するバイアス電圧をオフにして、各発光素子をオフにできるので、第四の実施例に係る線状発光素子に比べ構造は複雑になるが、各発光領域の発光の制御が容易になり、より鮮やかなフルカラー発光が可能になる。
【００８０】
（第六の実施例）
第６図は、本発明の第六の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域３９の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域４０、発光領域４５、４６、４７、反射領域４４、ドレイン領域４８を順次積層して形成している。発光領域は、半円周に沿って三分割するように、赤色発光領域４５、緑色発光領域４６、青色発光領域４７を配置している。もう一方の半円周に沿って、アルミニウムなどからなる反射領域が形成されている。半導体領域４０内には、ソース領域３９を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極４１、第二のゲート電極４２、第三のゲート電極４３を、それぞれ、赤色発光領域４５、緑色発光領域４６、青色発光領域４７に対応する位置に配置している。
【００８１】
例えば、ソース領域３９を接地電位と接続し、ドレイン領域４８に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極４１、４２、４３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域３９から正孔が注入され、ドレイン領域４８から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域４５、４６、４７において再結合し、発光領域４５、４６、４７が発光する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極４１、４２、４３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００８２】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光の制御が可能になる。また、線状発光素子を側面から見るときに、発光層を配置した部分が正面にくるように線状発光素子を配置すると、赤、緑、青の各発光層の光をバランスよく見ることができる。発光層の裏面に反射領域を配置してあるので、線状発光素子から出る光を効率よく利用することができる。
【００８３】
（第七の実施例）
第７図は、本発明の第七の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域４９の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域５３、白色の発光領域５４、ドレイン領域５５を順次積層して形成している。さらに、ドレイン領域５５の周りに、円周に沿って三分割するように、赤色透過フィルター５６、緑色透過フィルター５７、青色透過フィルター５８を配置している。半導体領域５３内には、ソース領域４９を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極５０、第二のゲート電極５１、第三のゲート電極５２を、それぞれ、赤色透過フィルター５６、緑色透過フィルター５７、青色透過フィルター５８に対応する位置に配置している。
【００８４】
例えば、ソース領域４９を接地電位と接続し、ドレイン領域５４に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極５０、５１、５２には、正の制御電圧を印加する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極５０、５１、５２に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００８５】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。
【００８６】
（第八の実施例）
第８図（ａ）は、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の断面図である。第８図（ａ）において、線状のゲート電極６５の周りにゲート絶縁膜６６を配置し、その周りに開口部を有する陽極６７、発光領域６８を順次積層する。発光領域６８の周りに、陽極６７の開口部に対応する位置に、陰極６９を配置する。ゲート電極６５、ゲート絶縁膜６６、陽極６７、陰極６９からなる発光制御領域は、線状体の断面内で発光領域６８を取り囲み、発光領域６８の発光強度を制御する。
【００８７】
また、ゲート電極６５が、さらにその中心に中空領域を有している場合や、ソース領域を構成する材料と異なる材料からなる絶縁体領域、半導体領域、あるいは導電体領域を有していても、第８図に示す本発明の線状素子は発光素子として機能し、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００８８】
第８図（ｂ）は、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の回路図である。陽極６７を接地電位に接続し、陰極６９に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極６５に負の制御電圧を印加する。発光領域６８は、発光層からなる単層膜だけでなく、発光層と、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電子注入層と組み合わせた多層膜としてもよい。陽極６７から注入された正孔と、陰極６９から注入された電子が、発光層において再結合し、発光層が発光する。ゲート電極６５に負の制御電圧を印加すると、陽極６７から注入される正孔がゲート絶縁膜６６に捕捉されて、再結合する正孔が減少するので、ゲート電極６５に印加する制御電圧により発光強度を制御することが可能になる。
【００８９】
（第九の実施例）
また、第１５図は、本発明の第九の実施例に係る発光素子の断面図である。ガラス基板１００１上にゲート電極１００２、ゲート絶縁膜１００３を順次積層形成している。ゲート絶縁膜１００３上に陽極１００６を形成し、陽極１００６を覆って、ゲート絶縁膜１００３上に、発光層１００４を形成している。発光層１００４を陽極１００６と陰極１００７で挟むように、発光層１００６の上に陰極１００７を配置している。さらに、発光層１００４と陰極１００７を覆って、保護絶縁膜１００５が形成されている。陰極１００７と陽極１００６の間の距離Ｌ１は、発光層１００４の膜厚Ｔ１で決まる。薄膜材料が変質するおそれがあるので光フォトリソグラフィー技術が使えない有機薄膜トランジスタの形成技術でも、たとえば、通常の印刷技術や蒸着技術などの常温、または常圧の技術を使用してチャネル長を０．５μｍ以下にすることができる。
【００９０】
次に、本発明の発光素子の動作原理を、第２２図（ａ）、（ｂ）を使用して説明する。
【００９１】
第２２図（ａ）は、発光膜が、下から順に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層を積層した３層膜である場合の発光素子の断面図である。ガラス基板１３０１上に、ゲート電極１３０２、ゲート絶縁膜１３０３、陰極１３０７、電子輸送層１３０４、発光層１３０５、正孔輸送層１３０６、陽極１３０８を形成して、発光素子が構成されている。たとえば、陰極１３０７を接地電位とし、陽極１３０８に、正のバイアス電圧を印加し、ゲート電極１３０２に正の制御電圧を印加する。陰極１３０７から電子が電子輸送層１３０４に注入され、陽極１３０８から正孔が正孔注入層１３０６に注入され、注入された電子と正孔は発光層１３０５において再結合し、発光層１３０５が発光する。陰極から注入された電子の一部はゲート電極に印加された正のバイアス電圧によりゲート絶縁膜１３０３側に捕捉されるため、ゲート電極１３０２に印加する制御電圧を大きくすると、発光層１３０５に注入される電子の数が減少し、発光強度が小さくなり、発光強度の制御が可能になる。
【００９２】
第２２図（ｂ）は、発光膜が、下から順に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層した３層膜である場合の発光素子の断面図である。ガラス基板１３１１上に、ゲート電極１３１２、ゲート絶縁膜１３１３、陽極１３１７、正孔輸送層１３１４、発光層１３１５、電子輸送層１３１６、陰極１３１８を形成して、発光素子が構成されている。たとえば、陽極１３１７を接地電位とし、陰極１３１８に、負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極１３１２に負の制御電圧を印加する。陽極１３１７から正孔が正孔輸送層１３１４に注入され、陰極１３１８から電子が電子注入層１３１６に注入され、注入された電子と正孔は発光層１３１５において再結合し、発光層１３１５が発光する。陽極から注入された正孔の一部はゲート電極に印加された負のバイアス電圧によりゲート絶縁膜１３１３側に捕捉されるため、ゲート電極１３１２に印加する制御電圧を大きくすると、発光層１３１５に注入される正孔の数が減少し、発光強度が小さくなり、発光強度の制御が可能になる。
【００９３】
第１５図において、陰極１００７と陽極１００６の適切な相対的位置関係としては、それぞれの間隔が−５μｍから１０μｍであるのが好ましい。間隔が負である場合は、陰極と陽極にオーバーラップの部分がある場合であるが、間隔が−５μｍより小さい場合、すなわちオーバーラップが大きすぎる場合には、ゲート電極に印加する制御電圧による正孔電流の制御性が悪くなり、逆に陰極と陽極が離れすぎて、間隔が１０μｍより大きい場合には、発光素子の画素サイズが大きくなり、たとえば表示装置に使用した場合に解像度が悪くなる。また、陰極と陽極の間隔が大きくなるため、低電圧での駆動が困難になる。さらに、陰極７と陽極６の適切な相対的位置関係としては、それぞれの間隔が０．５μｍから３μｍであるのが好ましい。鉛直線の間隔が０．５μｍから３μｍであれば、発光強度の制御性が高く、画素サイズが小さく、低電圧での駆動が容易になる。
【００９４】
（第十の実施例）
第１６図は、本発明の第十の実施例に係る発光素子の断面図であり、第１５図に示す本発明の実施例とは、プラスティック基板上に発光素子を形成している点が異なる。本発明の第十の実施例に係る発光素子は、プラスティック基板１００８上にゲート電極１００９、ゲート絶縁膜１０１０を順次積層形成している。ゲート絶縁膜１０１０上に陽極１０１３を形成し、陽極１０１３を覆って、ゲート絶縁膜１０１０上に、発光層１０１１を形成して、発光層１０１１を陽極１０１３と陰極１０１４で挟むように、発光層１０１１の上に陰極１０１４を配置している。さらに、発光層１０１１と陰極１０１４を覆って、保護絶縁膜１０１２が形成されている。プラスティック基板上に発光素子を形成しているため、柔軟性があり軽量である発光素子であるため、携帯電話などへの応用が広がる。
【００９５】
（第十一の実施例）
第１７図は、本発明の第十一の実施例に係る発光素子の断面図であり、発光膜として、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる５層膜が使用されている。ガラス基板１０１５の上に、ゲート電極１０１６、ゲート絶縁膜１０１７を順次積層形成する。ゲート電極の材料としては、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を使用する。ゲート絶縁膜の材料としては、たとえば、ＳｉＯ２、ＴａＯ２などの絶縁性の無機材料や、絶縁性の有機材料を使用する。ゲート絶縁膜１０１７上に、陽極１０２４、正孔注入層１０１８、正孔輸送層１０１９、発光層１０２０、電子輸送層１０２１、電子注入層１０２２、陰極１０２５、保護絶縁膜１０２３を形成する。陽極１０２４、陰極１０２５の材料としては、ポリアセチレン、ポリアセン、オリゴアセン、ポリチアジル、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、オリゴチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンなどの導電性有機材料やアルミニウムなどの導電性無機材料を使用する。正孔注入層１０１８には、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴなどのポリチオフェン、ポリアニリンなどの有機材料を使用する。正孔輸送層１０１９には、ＴＰＤ、ＴＰＡＣなどの有機材料を使用する。発光層１０２０には、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系有機ＥＬ材料、あるいはＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系有機ＥＬ材料を使用する。電子輸送層１０２１には、ＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。電子注入層１０２２には、ＬｉＦやＭｇなどの無機材料やＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。
【００９６】
第１７図に示す実施例では、発光膜に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる５層膜を使用したが、５層膜に限らず、発光層、電子輸送層を積層した２層膜、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層した３層膜、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層を積層した４層膜を使用しても本発明の発光素子を形成し、５層膜を使用した場合と同様の効果が得られることは明らかである。また、第２２図（ａ）、（ｂ）で説明したように、陽極、正孔注入層、正孔輸送層と電子輸送層、電子注入層、陰極の上下関係を変更しても、発光素子に印加するバイアス電圧と制御電圧の極性を変更すれば、発光素子として機能し、本発明の効果を同様に得ることができる。また、実施例では、発光層、及び陰極上に、保護絶縁膜１０２３を配置しているが、保護絶縁膜の代わりにカラーフィルターを使用することも可能である。この場合、たとえば、発光層に白色発光材料を使用し、赤色、緑色、青色の透過フィルターを使用して、それぞれ赤色、緑色、青色の発光を行うことが可能になる。
【００９７】
（第十二の実施例）
第１８図は、本発明の第十二の実施例に係る発光素子の断面図であり、複数の陽極と複数の陰極を横方向に配置し、発光膜を挟んで発光素子を構成している。複数の陽極と陰極を配置することで、より広い面積の発光素子の制御が可能になる。
【００９８】
第１９図（ａ）ないし（ｇ）は、いずれも本発明の第十二の実施例に係る発光素子の製造工程を説明するための断面図である。第１９図（ａ）は、ガラス基板１１０１上に、ゲート電極１１０２、ゲート絶縁膜１１０３を堆積した発光素子の断面図である。次に、マスク１１０５を介して、導電性材料を蒸着し陽極１１０４を形成する（第１９図（ｂ）、（ｃ））。陽極１１０４の形成は、蒸着法でなくても、印刷法など他の方法で行ってもかまわない。次に、回転塗布法などの方法により、発光膜１１０６をゲート絶縁膜１１０３、及び陽極１１０４上に形成する（第１９図（ｄ））。次に、マスク１１０８を介して、導電性材料を蒸着し陰極１１０７を形成する（第１９図（ｅ）、（ｆ））。陰極１１０７の形成も、蒸着法でなくても、印刷法など他の方法で行ってもかまわない。次に、発光層１１０３、及び陰極１１０７上に保護絶縁膜１０８を回転塗布法などの方法で形成し、発光素子を完成する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
１．発光領域と発光制御領域を一本の線状体に組み込むことができるため、外部の駆動回路が不要になる、低電圧駆動が可能になるなどの効果がある。
【０１００】
２．線状発光素子を織る、あるいは編むことにより作製した平面状の発光装置は柔軟性があり、軽いため、薄型のテレビやパソコンの画面、携帯電話のディスプレイ、電子ペーパなど多様な用途がある。複雑な形状の壁部の照明として使用しても影ができないという特徴がある。
【０１０１】
３．線状の発光素子を組み合わせて、平面状の発光装置を作製できるので、製造設備の規模によらない大型のディスプレイ、又は照明を製造できる。たとえば、ドームタイプの建物の照明、またはディスプレイを製造できる。
【０１０２】
４．線状の発光素子を検査して、選別した良品だけ用いて平面状の表示装置、又は、照明装置を製造できる。もしくは、平面状の発光装置を製造してから、検査を行い、不良部の線状発光素子を交換することもできるので、発光装置を大型化した場合に、特にプロセス管理を厳密にしなくても、発光装置の歩留まりを向上できる。この効果は、特に、各発光領域に発光制御領域がついているアクティブ・マトリックス型の発光装置の場合、有益である。
【０１０３】
５．一本の線状発光素子に、赤色、緑色、青色の発光層、又は赤色、緑色、青色の光透過フィルターを配置して、それぞれの発光層又はフィルターに対応する制御素子を独立して制御することにより、一本の線状発光素子でフルカラーの表示ができる。そのため、解像度の高いカラー表示が可能になる。
【０１０４】
６．線状発光素子の電子注入層、又は電子輸送層として、アルカリ金属内包フラーレン、又はアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を使用することにより、発光素子製造工程のプロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できるので、特に線状発光素子の製造においては有益である。また、発光素子の寿命を長くすることができるという効果もある。
【０１０５】
７．有機ＥＬ膜を発光膜とし、駆動用の素子を有する発光素子を、印刷技術や、蒸着技術などの常温、常圧の簡単なプロセスで作成できる。
【０１０６】
８．微細加工技術を使用しなくても、有機薄膜トランジスタのチャネル長を０．５μｍ以下にすることができ、発光効率向上や低電圧駆動が可能になる。
【０１０７】
９．低消費電力で発光素子の寿命が長いアクティブ・マトリックス方式の発光装置を、低コストのプロセスで製造することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１０、１１、１６、２５、３９、４９
ソース領域
２、７、１２、１７、２６、４０、５３ 半導体領域
３、８、１３ ゲート電極
４、９、１４、５４ 発光領域
５、６、１５、２４、４８、５５ ドレイン領域
１８、２７、４１、５０ 第一のゲート電極
１９、２８、４２、５１ 第二のゲート電極
２０、２９、４３、５２ 第三のゲート電極
２１、３０、４５ 赤色発光領域
２２、３１、４６ 緑色発光領域
２３、３２、４７ 青色発光領域
３３ 第一のドレイン領域
３４ 第二のドレイン領域
３５ 第三のドレイン領域
３６、３７、３８ 絶縁領域
４４ 反射領域
５６ 赤色透過フィルター
５７ 緑色透過フィルター
５８ 青色透過フィルター
５９ 線状中間体
６２ 線状二次中間体
６０ 分離領域
６１ 素子領域
６３ イオン照射
６４ 加熱部
６５ ゲート電極
６６ ゲート絶縁膜
６７ 陽極
６８ 発光領域
６９ 陰極
１００ ガラス基板
１０６ プラスティック基板
１０１、１０７ ソース領域
１０２、１０８ 半導体領域
１０３、１０９ ゲート電極
１０４、１１０ 発光領域
１０５、１１１ ドレイン領域
１２０ 押し出し装置
１２１ 原料１容器
１２２ 原料２容器
１２３ 原料３容器
１２４ 型
１２５ ローラ
１２６ 線状体
１００１、１０１５、１０２６、１１０１、１３０１、１３１１
ガラス基板
１００２、１００９、１０１６、１０２７、１１０２、１３０２、１３１２
ゲート電極
１００３、１０１０、１０１７、１０２８、１１０３、１３０３、１３１３
ゲート絶縁膜
１００４、１０１１、１０２０、１０２９、１１０６、１３０５、１３１５
発光層
１００５、１０１２、１０２３、１０３２
保護絶縁膜
１００６、１１１３、１０２４、１０３０、１１０４、１３０８、１３１７
陽極
１００７、１０１４、１０２５、１０３１、１１０５、１３０７、１３１８
陰極
１００８ プラスティック基板
１０１８ ホール注入層
１０１９、１３０６、１３１４ ホール輸送層
１０２１、１３０４、１３１６ 電子輸送層
１０２２ 電子注入層
１１０５、１１０６ マスク
１２０１ ガラス基板
１２０２ ドレイン電極
１２０３ ゲート電極
１２０４ 半導体層
１２０５ 発光層
１２０６ ソース電極
１２１１ ガラス基板
１２１２、１２１３ 分離領域
１２１４、１２１５ ゲート電極
１２１６、１２１７ ゲート絶縁膜
１２１８ 陽極
１２１９ 陰極
１２２０ 発光層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置や照明装置に使用される発光素子、及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄型でフラットという特徴を持つ液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなど、さまざまな表示装置が、ブラウン管に代わる表示装置として広範に普及している。また、近年、次世代ディスプレイの本命として期待される有機ＥＬを使用したディスプレイの研究がすすめられている。有機ＥＬは、エレクトロルミネッセンスを利用して電気を光に変換しているので、熱をほとんど発生せず、消費電力が小さい。また、液晶ディスプレイと異なり視野角によらず鮮明な画像を表示できるという特徴がある。
【０００３】
第９図（ａ）及び（ｂ）は、リジッドな基板上に形成した場合の、従来の有機ＥＬを使用した発光領域と駆動用のＳＩＴからなる発光素子の断面図、及びそれに対応する回路図である。ガラス基板１００上に、ソース領域１０１、チャネル領域１０２、発光領域１０４、ドレイン領域１０５が、順次堆積されて形成されている。ソース領域１０１としては、ＩＴＯなどの透明な電極材料を使用する。発光領域１０４の材料としては、ＺｎＳやＳｒＳなどの無機材料や、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬや、ＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬを使用する。駆動用のＳＩＴは、ソース領域１０１、Ｐ型の導電性ポリマーからなる半導体領域１０２、半導体領域１０２内に、ソース領域１０１と発光領域１０４に平行に、くしの歯状に形成されたＮ型の導電性ポリマーからなるゲート電極１０３、ドレイン領域１０５から構成されている。たとえば、ソース領域１０１を接地電位とし、ドレイン領域１０５に負のバイアス電圧を印加して、ゲート電極１０３に正の制御電圧を印加する。ソース領域１０１から注入される正孔とドレイン領域１０５から注入される電子が発光領域１０４内で再結合することにより、発光領域１０４が発光する。発光の強度はゲート電極１０３に印加する制御電圧により制御される。
【０００４】
第１０図は、フレキシブルな基板上に形成した場合の、従来の有機ＥＬを使用した発光領域と駆動用のＳＩＴからなる発光素子の断面図である。プラスティック基板１０６上に、ソース領域１０７、半導体領域１０８、発光領域１１０、ドレイン領域１１１が、順次堆積されて形成されている。また、ゲート電極１０９が、半導体領域１０８内にくしの歯状に形成されている。第１０図に示す従来の発光素子は、例えば、第９図に示す従来の発光素子と同様に、ソース領域１０７から注入される正孔とドレイン領域１１１から注入される電子が発光領域１１０内で再結合することにより、発光領域１１０が発光する。ゲート電極１０９に印加する制御電圧により発光層１１０の発光強度を制御する。
【０００５】
また、画像を表示したり、照明を制御するために、発光素子をアレイ状にならべて駆動制御を行う方法としては、現在、駆動回路を外部に設けたパッシブ・マトリックス方式と、各発光素子が駆動素子を有するアクティブ・マトリックス方式が知られている。アクティブ・マトリックス方式は、パッシブ・マトリックス方式にくらべ、発光素子の構造は複雑になるが、低電圧駆動が可能であり、低消費電力で発光素子の寿命が長くなる。外部の駆動回路が不要という特徴がある。
【０００６】
第２０図は、従来のＳＩＴを駆動素子とした有機ＥＬ発光素子の断面図である。第２０図に示す従来の発光素子は、ガラス基板１２０１上に、ドレイン電極１２０２、半導体層１２０４、ゲート電極１２０３、発光層１２０５、ソース電極１２０６を順次積層して形成されている。ソース電極１２０６に、ドレイン電極１２０２に対し負のバイアス電圧を印加すると、ソース電極１２０６から電子が注入され、ドレイン電極１２０２から正孔が注入され、注入された電子と正孔が発光層１２０５において再結合し、発光層１２０５が発光する。発光の強度は、ゲート電極１２０３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【０００７】
第２１図は、従来のＭＯＳ構造による制御部を持つ有機ＥＬ発光素子の断面図である。発光層１２２０の上部に陰極１２１９を配置し、下部に陽極１２１８を配置し、側部にゲート絶縁膜１２１６、１２１７を介して、ゲート電極１２１４、１２１５を配置している。陰極２１９に、陽極２１８に対し負のバイアス電圧を印加すると、陽極２１８から正孔が注入され、陰極１２１９から電子が注入され、注入された電子と正孔が発光層１２２０において再結合し、発光層１２２０が発光する。ゲート電極１２１４に負の制御電圧、ゲート電極１２１５に正の制御電圧を印加すると、発光層１２２０に注入された電子の一部がゲート絶縁膜１２１７に捕捉され、注入された正孔の一部がゲート絶縁膜１２１６に捕捉されるため、発光層１２２０において再結合する正孔と電子の数が減少し発光強度を制御することができる。
【０００８】
第２０図に示すＳＩＴを駆動素子とする従来の発光素子は、くし型のゲート電極１２０３を導電性有機膜の印刷、蒸着などで形成するため、ゲート電極１２０３の間隔Ｌ３を十分小さくすることができず、注入される正孔の制御性が低いために、発光素子を駆動するのに比較的高い電圧を印加する必要があった。
【０００９】
一方、第２１図に示すＭＯＳ構造による制御部を持つ従来の発光素子は、陰極１２１９と陽極１２１８の間隔であるチャネル長が発光層の膜厚Ｔ２で決まるため、微細なプロセスを使用しなくても、チャネル長を１μｍ以下にすることができ、低電圧で発光素子を発光させることができる。しかし、発光層の側壁に絶縁膜を形成し、両側面に形成したゲート電極に正と負の制御電圧を印加する必要があり、製造工程が複雑で、制御方法も複雑になるという欠点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の発光素子は、ガラス基板などリジッドで平面状の基板、又はプラスティック基板などのフレキシブルではあっても平面状の基板の上に形成されていた。そのため、リジッドな基板を使用する場合には、形状に柔軟性がなく、基板が重いため、応用が限定されるという問題があった。また、プラスティック基板などのフレキシブルな基板上に形成した場合でも、複数の発光素子を平面上に連続して形成しているため、少なくとも一個の発光素子が不良になれば、不良部分だけ良品と交換することができず、応用装置全体が不良になる。そのため、すべての発光素子を欠陥なく製造するために、プロセスのクリーン度向上などプロセス管理を極めて厳密に行う必要があり、製造する発光装置の大型化に伴い、歩留まり向上の難しさが加速的に増加するという問題があった。
【００１１】
本発明は、微細加工を使用せずに簡単なプロセスで０．５μｍ以下のチャネル長を持つ駆動用有機薄膜トランジスタを有する発光素子を実現し、発光素子の低電圧駆動を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、発光領域および発光制御領域が長手方向に連続的又は間欠的に形成されている線状発光素子であることを特徴とする。
【００１３】
また、基板上にゲート電極層とゲート絶縁層を順次積層し、ゲート絶縁層上に第一の電極を配置し、さらに、ゲート絶縁層と第一の電極上に発光膜を配置し、発光膜上に第二の電極を配置した発光素子の構造において、第二の電極を第一の電極の斜め上方に配置するか、または第一の電極に対し横方向に離間して配置した。
【発明の効果】
【００１４】
１．発光領域と発光制御領域を組み合わせて、柔軟性のある線状発光素子を形成することにした。形成した線状発光素子を布状に織る、あるいは編むことにより、平面状の発光装置を作製することが可能になる。そのため、以下の１）〜６）に述べる効果が得られる。
【００１５】
１）発光領域と発光制御領域を一本の線状体に組み込むことができるため、外部の駆動回路が不要になる、低電圧駆動が可能になるなどの効果がある。
【００１６】
２）線状発光素子を織る、あるいは編むことにより作製した平面状の発光装置は柔軟性があり、軽いため、薄型のテレビやパソコンの画面、携帯電話のディスプレイ、電子ペーパなど多様な用途がある。複雑な形状の壁部の照明として使用しても影ができないという特徴がある。
【００１７】
３）線状の発光素子を組み合わせて、平面状の発光装置を作製できるので、製造設備の規模によらない大型のディスプレイ、又は照明を製造できる。たとえば、ドームタイプの建物の照明、またはディスプレイを製造できる。
【００１８】
４）線状の発光素子を検査して、選別した良品だけ用いて平面状の表示装置、又は、照明装置を製造できる。もしくは、平面状の発光装置を製造してから、検査を行い、不良部の線状発光素子を交換することもできるので、発光装置を大型化した場合に、特にプロセス管理を厳密にしなくても、発光装置の歩留まりを向上できる。この効果は、特に、各発光領域に発光制御領域がついているアクティブ・マトリックス型の発光装置の場合、有益である。
【００１９】
５）一本の線状発光素子に、赤色、緑色、青色の発光層、又は赤色、緑色、青色の光透過フィルターを配置して、それぞれの発光層又はフィルターに対応する制御素子を独立して制御することにより、一本の線状発光素子でフルカラーの表示ができる。そのため、解像度の高いカラー表示が可能になる。
【００２０】
６）線状発光素子の電子注入層、又は電子輸送層として、アルカリ金属内包フラーレン、又はアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を使用することにより、発光素子製造工程のプロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できるので、特に線状発光素子の製造においては有益である。また、発光素子の寿命を長くすることができるという効果もある。
【００２１】
２．有機ＥＬ膜を発光膜とし、駆動用の素子を有する発光素子を、印刷技術や、蒸着技術などの常温、常圧の簡単なプロセスで作成できる。
【００２２】
３．微細加工技術を使用しなくても、有機薄膜トランジスタのチャネル長を０．５μｍ以下にすることができ、発光効率向上や低電圧駆動が可能になる。
【００２３】
４．低消費電力で発光素子の寿命が長いアクティブ・マトリックス方式の発光装置を、低コストのプロセスで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の断面図、回路図、及び斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の断面図及び回路図である。
【図３】本発明の第三の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図４】本発明の第四の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第五の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図６】本発明の第六の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図７】本発明の第七の実施例に係る線状発光素子の断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の断面図及び回路図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の発光素子の断面図及び回路図である。
【図１０】従来の発光素子の断面図である。
【図１１】線状発光素子の製造装置例を示す概念正面図である。
【図１２】線状発光素子の製造に用いられる押し出し装置を示す正面図及び型の平面図である。
【図１３】（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の線状発光素子の製造工程を示す斜視図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の線状発光素子により作製した発光装置の斜視図及び回路図である。
【図１５】本発明の第九の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１６】本発明の第十の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１７】本発明の第十一の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１８】本発明の第十二の実施例に係る発光素子の断面図である。
【図１９】（ａ）ないし（ｇ）はいずれも本発明の第十二の実施例に係る発光素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図２０】従来の発光素子の断面図である。
【図２１】従来の発光素子の断面図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）はいずれも本発明の発光素子の動作原理を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（発光素子の形成）
本発明では、発光素子が長手方向に連続的あるいは間欠的に形成されている。すなわち、長手方向垂直断面内に複数の領域を有し、該複数の領域が一つの発光素子を形成するように配置されており、かかる断面が長手方向に連続的にあるいは間欠的に糸状に続いている。
【００２６】
その配置方法としては、例えば、各領域を同心円状に形成し、中心から順に配置する方法が考えられる。すなわち、中心からソース領域、チャネル領域を含む半導体領域、ゲート電極、発光領域、ドレイン領域を順次形成すればよい。もちろん他の配置も考えられ、トポロジー的に同一の配置を適宜用いればよい。
【００２７】
なお、各領域に接続する電極は、線状素子の端面から各領域に接続してもよい。また、当初から各領域に埋め込んでもよい。すなわち、前記同心円状に各半導体領域を配置した場合には、ソース領域の中心にソース電極を、ドレイン領域の外周にドレイン電極を、各半導体領域と同様に長手方向に連続的に形成すればよい。
【００２８】
（連続形成、間欠形成）
発光素子は、連続的に形成されている場合は、どの断面をとっても同一形状をなしている。俗にいう金太郎飴状態である。
該発光素子は、同一素子を線状の長手方向に連続して形成してもよいし間欠的に形成してもよい。
【００２９】
（線状）
本発明における線状発光素子における外径は、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。１ｍｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。延伸加工を行うことにより１μｍ、さらには０．１μｍ以下とすることも可能である。線状発光素子を織り込んで布地状とするためにも外径は小さいほど好ましい。
【００３０】
１μｍ以下の外径を有する極細線状体を型の孔から吐出させて形成しようとする場合には、孔のつまりが生じたり、糸状体の破断が生ずる場合がある。かかる場合には、各領域の線状体をまず形成する。次にこの線状体を島として多くの島を作り、その周囲（海）を溶性のもので取り巻き、それをロート状の口金で束ねて、小口から一本の線状体として吐出させればよい。島成分を増やして海成分を小さくすると極めて細い線状体素子をつくることができる。
【００３１】
他の方法として、一旦太めの線状体素子をつくり、その後長手方向に延伸すればよい。また、溶融した原料をジェット気流に乗せてメルトブローして極細化を図ることも可能である。
【００３２】
また、アスペクト比は、押出形成により任意の値とすることができる。紡糸による場合には糸状として１０００以上が好ましい。例えば１０００００あるいはそれ以上も可能である。切断後使用する場合には、１０〜１００００、１０以下、さらには１以下、０．１以下として小単位の線状素子としてもよい。
【００３３】
（間欠形成）
同一素子を間欠的に形成する場合、長手方向に隣接する素子を異なる素子とすることができる。例えば、長手方向に順次、発光素子（１）、素子間分離層（１）、発光素子（２）、素子間分離層（２）………発光素子（ｎ）、素子間分離層（ｎ）と形成すればよい。
【００３４】
この場合、発光素子（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ）と他の発光素子との長さは、同じとしてもよいが異なる長さとしてもよい。希望する回路素子の特性に応じて適宜選択することができる。素子間分離層の長さについても同様である。
もちろん、発光素子と素子間分離層との間に他の層を介在せしめてもよい
【００３５】
（断面形状）
線状素子の断面形状は特に限定されない。例えば、円形、多角形、星型その他の形状とすればよい。例えば、複数の頂角が鋭角をなす多角形状であってもよい。
【００３６】
また、各領域の断面も任意にすることができる。すなわち、例えば、図１に示す構造の場合、ソース領域を星型とし、線状発光素子の外側形状は円形状でもよい。素子により、隣接する層との接触面を大きくとりたい場合には、頂角が鋭角となっている多角形状とすることが好ましい。
【００３７】
なお、断面形状を所望の形状とするには、押出しダイスの形状を該所望する形状のものとすれば容易に実現することができる。
【００３８】
最外層の断面を星型あるいは頂角が鋭角をなす形状とした場合、押出し形成後、頂角同士の間の空間に、例えば、ディッピングにより他の任意の材料を埋め込むことができ、素子の用途によって素子の特性を変化させることができる。
【００３９】
なお、半導体層へ不純物をドーピングしたい場合は、溶融原料中に不純物を含有せしめておいてもよいが、押出し形成後、真空室内を線状のまま通過させ、真空室内で例えばイオン注入法などにより不純物をドープしてもよい。半導体層が最外層ではなく内部に形成されている場合には、イオン照射エネルギーを制御することにより内層である半導体層のみにイオン注入すればよい。
【００４０】
（製造例 後加工形成）
上記製造例は、複数の層を有する素子を押出しにより一体形成する例であるが、素子の基本部を押出しにより線状に形成し、その後該基本部に適宜の方法により被覆を施すことにより形成してもよい。
【００４１】
（原材料）
電極、半導体層などの材料としては、導電性高分子を用いることが好ましい。
例えば、ポリアセチレン、ポリアセン、（オリゴアセン）、ポリチアジル、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、オリゴチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン等が例示される。これらから導電率などを考慮して電極、あるいは半導体層として選択すればよい。
【００４２】
なお、半導体材料としては、例えば、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）などが好適に用いられる。
【００４３】
また、ソース・ドレイン材料としては、上記半導体材料に、ドーパントを混入せしめたものを用いればよい。ｎ型とするためには、例えば、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ，Ｃａ）などを混入せしめればよい。ＡｓＦ５／ＡｓＦ３やＣｌＯ４−をドーパントとして用いる場合もある。
【００４４】
発光領域は、（１）発光層からなる単層膜、（２）発光層、電子輸送層を積層した２層膜、（３）正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順次積層した３層膜、（４）正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層を順次積層した４層膜、又は（５）正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を順次積層した５層膜として形成することができる。多層膜の場合、半径方向に順次積層する。積層の順序としては、例えば５層膜の場合、線状体の中心側に外周側に比較して正のバイアス電圧を印加する時は、中心側から外周方向に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層する。線状体の中心側に外周側に比較して負のバイアス電圧を印加する時は、中心側から外周方向に、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層の順に積層する。５層膜以外の多層膜、すなわち３層膜、４層膜の場合も５層膜と同様に積層する。
【００４５】
発光層の材料としては、例えば、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系有機ＥＬ材料、あるいはＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系有機ＥＬ材料を用いる。正孔注入層の材料としては、例えば、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴなどのポリチオフェン、ポリアニリンなどの有機材料を使用する。正孔輸送層の材料としては、例えば、ＴＰＤ、ＴＰＡＣなどの有機材料を使用する。電子輸送層の材料としては、例えば、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料、またはＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。アルカリ金属内包フラーレンをドープする材料としては、例えば、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）などを使用する。電子注入層としては、例えば、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料や、ＬｉＦやＭｇなどの無機材料を使用する。
【００４６】
電子注入層、または電子輸送層に、アルカリ金属をドープした有機材料を使用すると、有機分子のラジカルアニオンが生成され、電場印加時に内部キャリアとしてふるまうため、有機ＥＬの駆動電圧を低減させることができる。しかし、アルカリ金属は反応性が高く、水酸化物になりやすいという問題があり、プロセス管理が大変である。一方、アルカリ金属をドープした有機材料と同様に駆動電圧の低減が可能なアルカリ金属内包フラーレン、あるいはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を用いる場合には、アルカリ金属内包フラーレンが、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められている構造の分子であるため、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ、大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができるなどの効果がある。
【００４７】
絶縁性材料としては、一般的な樹脂材料を用いればよい。また、ＳｉＯ２その他の無機材料を用いてもよい。
【００４８】
なお、中心部に半導体領域あるいは導電性領域を有する構造の線状素子の場合、中心部の領域は、アモルファス材料（アルミニウム、銅などの金属材料：シリコンなどの半導体材料）により構成してもよい。線状のアモルファス材料を型の中心部を挿通せしめて線状アモルファス材料を走行させ、その外周に、射出により他の所望の領域を被覆して形成すればよい。高分子有機材料からなる導電体領域を線状体の中心領域とする場合には、導電体領域にフラーレン、又は内包フラーレンを混合することが好ましい。フラーレンとしては、Ｃｎ（ｎ＝６０〜８０）が好ましい。内包フラーレンの内包原子としては、Ｎａ、Ｌｉ、Ｈ、Ｎ、Ｆが好ましい。
【実施例】
【００４９】
（第一の実施例）
第１図（ａ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の断面図であり、第１図（ｃ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の斜視図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域２、発光領域４、ドレイン領域５を順次積層して形成している。半導体領域２内には、ソース領域１を取り囲むように、複数のＮ型の高分子材料からなるゲート電極３を配置している。ソース領域１、半導体領域２、ゲート電極３、ドレイン領域５からなる発光制御領域は、線状体の断面内で発光領域４を取り囲み、発光領域４の発光強度を制御する。
【００５０】
また、ソース領域１が、さらにその中心に中空領域を有している場合や、ソース領域を構成する材料と異なる材料からなる絶縁体領域、半導体領域、あるいは導電体領域を有していても、第１図に示す本発明の線状素子は発光素子として機能し、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００５１】
第１図（ｂ）は、本発明の第一の実施例に係る線状発光素子の回路図である。例えば、ソース領域１を接地電位と接続し、ドレイン領域５に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１から正孔が注入され、ドレイン領域５から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域４において再結合し、発光領域４が発光する。発光の強度は、ゲート電極３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【００５２】
また、本発明の第一の実施例では、半導体領域２をＰ型の高分子材料からなる領域、ゲート電極３をＮ型の高分子材料からなる領域として説明したが、半導体領域２をＮ型の高分子材料からなる領域、ゲート電極３をＰ型の高分子材料からなる領域とした場合でも、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極に印加する電圧の極性を適切に選択すれば、発光素子として動作し、本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【００５３】
（製造装置、製造方法）
第１１図に、本発明の線状発光素子を形成するための押出し装置の一般的構成を示す。
【００５４】
押出し装置１２０は、複数の領域を構成するための原料を溶融状態あるいは溶解状態、あるいはゲル状態で保持するための原料容器１２１、１２２、１２３を有している。第１１図に示す例では、３個の原料容器を示しているが、製造する線状素子の構成に応じて適宜設ければよい。
【００５５】
原料容器１２３内の原料は、型１２４に送られる。型１２４には、製造しようとする線状発光素子の断面に応じた射出孔が形成されている。射出孔から射出された線状体は、ローラ１２５に巻き取られるか、あるいは必要に応じて次の工程に線状のまま送られる。
【００５６】
第１図に示す構造の線状素子を製造する場合には第１１図に示すような構成が取られる。
【００５７】
原料容器１２１、１２２、１２３内には、ソース、ドレイン材料、半導体材料、ゲート材料が、それぞれ、溶融あるいは溶解状態、ゲル状態で保持されている。一方、型１２４には、それぞれの材料容器に連通させて、孔が形成されている。
【００５８】
第１２図に示すように、中心部には、ソース材料を射出するための複数の孔が形成されている。その外側周辺には、半導体材料、及びゲート材料を射出させるための複数の孔が形成されている。そしてその外周にさらにドレイン材料を射出するための複数の孔が形成されている。
【００５９】
各原料容器から溶融あるいは溶解状態、ゲル状態の原料を型１２４に送入し、型から原料を射出すると、各孔から原料は射出し、固化する。その端を引っ張ることにより、糸状に連続して線状発光素子が形成される。
【００６０】
線状発光素子は、ローラ１２５で巻き取る。あるいは必要に応じて次の工程に糸状のまま送る。
【００６１】
まず、ソース領域、半導体領域、ゲート電極とを押出し、線状中間体５９を形成する（第１３図（ａ））。
【００６２】
次に溶融あるいは溶解状態、ゲル状態に発光層材料、ドレイン領域形成用の半導体材料を半導体領域の外側にコーティングして、二次中間体６２とする（第１３図（ｂ））。かかるコーティングは、溶融あるいは溶解状態、ゲル状態に半導体材料の槽中を糸状の中間体を通過させればよい。あるいは蒸着などの方法を採用してもよい。
【００６３】
次いで、線状二次中間体６２を減圧室内に通過させながら、射程距離を制御して酸素などのイオン注入を選択的に行い、線状体５９の一部の表面を絶縁物からなる分離領域６０にする（第１３図（ｃ）、（ｄ））。
【００６４】
次いで、熱処理室６４を通過させてアニールを行うことにより、半導体領域の不純物が活性化され、ソース領域、ドレイン領域が形成される。
【００６５】
以上のような工程により、線状体内部のソース領域とゲート電極が長手方向に連続し、ドレイン領域が間欠的に形成された線状体が形成される（第１３図（ｃ））。
【００６６】
このように、形成する領域の配置や材料に応じて適宜押出しと外部加工とを組み合わせればよい。本実施例では、ドレイン領域のみ間欠的に形成し、ソース領域、ゲート電極は連続的に形成された場合について説明したが、本発明の線状発光素子の効果が、このような場合に限らず、素子領域が長手方向に連続している場合や、ソース領域、ゲート電極、ドレイン領域がいずれも間欠的に形成されている場合にも同様に得られることは明らかである。
【００６７】
第１４図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の線状発光素子により作製した発光装置の斜視図及び回路図である。第１４図（ａ）において、発光装置を間欠的に形成した複数の線状の発光素子を縦糸とし、ドレイン配線となる導電性線状体を横糸として、布地を織り込むように、アレイ状に配置した発光素子からなる平面状の発光装置が形成されている。例えば、各縦糸のソース領域は接地電位に接続され、ゲート電極は各列に配置された発光素子を制御する外部のゲート電圧制御装置に接続されている。また、各横糸が接続されたドレイン領域は、外部のドレイン電圧制御装置に接続されている。対応する発光装置部分の回路図を第１４図（ｂ）に示す。あるタイミングで、たとえば、Ｄ２の配線に接続されたドレインにバイアス電圧を印加し、他のドレイン配線のバイアス電圧はオフとする。この場合、第２行に配置された発光素子だけが、ゲート電圧制御装置により制御可能になる。ドレイン配線に印加する電圧を、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…と切り替えることにより、アレイ状の発光素子全体の発光強度を制御することが可能になる。
【００６８】
従来の発光装置は、連続した平坦な基板上に形成されていた。そのため、装置を大型化しようとする場合、製造設備も大規模なものにしなければならないという問題や、装置を構成する発光素子にひとつでも欠陥があると装置全体が不良になるので、大型化に伴い歩留まり向上が困難になるという問題があった。しかし、本発明の線状発光素子で構成した発光装置では、作製した線状の発光素子を組み合わせて平面状の発光装置を作製することができるので、製造設備の規模によらない大型の表示装置や照明装置を作製することができる。また、良品の線状発光素子のみ選択して平面状の発光装置を作製することができる、もしくは、平面状の発光装置を作製してから不良部分を良品と交換すればよいので、発光装置を大型化した場合でも歩留まりの向上が可能になる。
【００６９】
（第二の実施例）
第２図（ａ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるドレイン領域６の周りにＮ型の高分子材料からなる半導体領域７、発光領域９、ソース領域１０を順次積層して形成している。半導体領域７内には、ドレイン領域６を取り囲むように、複数のＰ型の高分子材料からなるゲート電極８を配置している。
【００７０】
第２図（ｂ）は、本発明の第二の実施例に係る線状発光素子の回路図である。例えば、ドレイン領域６を接地電位と接続し、ソース領域１０に正のバイアス電圧を印加する。ゲート電極８には、負の制御電圧を印加する。ソース領域１０から正孔が注入され、ドレイン領域６から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域９において再結合し、発光領域９が発光する。発光の強度は、ゲート電極８に印加された負の制御電圧により電子の注入量を制御することにより制御される。
【００７１】
（第三の実施例）
第３図は、本発明の第三の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１１の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域１２、発光領域１４、ドレイン領域１５を順次積層して形成している。半導体領域１２内には、ソース領域１１を取り囲むように、導電性材料からなる複数のゲート電極１３を配置している。
【００７２】
例えば、ソース領域１１を接地電位と接続し、ドレイン領域１５に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極１３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１１から正孔が注入され、ドレイン領域１５から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域１４において再結合し、発光領域１４が発光する。発光の強度は、ゲート電極１３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより制御される。
【００７３】
また、本発明の第三の実施例では、半導体領域１２をＰ型の高分子材料からなる領域として説明したが、半導体領域１２をＮ型の高分子材料からなる領域とした場合でも、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極に印加する電圧の極性を適切に選択すれば、発光素子として動作し、本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【００７４】
（第四の実施例）
第４図は、本発明の第四の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域１６の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域１７、発光領域２１、２２、２３、ドレイン領域２４を順次積層して形成している。発光領域は、円周に沿って三分割するように、赤色発光領域２１、緑色発光領域２２、青色発光領域２３を配置している。半導体領域１７内には、ソース領域１６を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極１８、第二のゲート電極１９、第三のゲート電極２０を、それぞれ、赤色発光領域２１、緑色発光領域２２、青色発光領域２３に対応する位置に配置している。
【００７５】
例えば、ソース領域１６を接地電位と接続し、ドレイン領域２４に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極２１、２２、２３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域１６から正孔が注入され、ドレイン領域２４から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域２１、２２、２３において再結合し、発光領域２１、２２、２３が発光する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極２１、２２、２３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００７６】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。
【００７７】
（第五の実施例）
第５図は、本発明の第五の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域２５の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域２６、発光領域３０、３１、３２、ドレイン領域３３、３４、３５を順次積層して形成している。発光領域は、円周に沿って三分割するように、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２を配置している。半導体領域２６内には、ソース領域２５を取り囲むように、Ｎ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極２７、第二のゲート電極２８、第三のゲート電極２９を、それぞれ、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２に対応する位置に配置している。また、ドレイン領域３３、３４、３５も、それぞれ、赤色発光領域３０、緑色発光領域３１、青色発光領域３２に対応する位置に配置して、ドレイン同士が短絡しないように、ドレイン領域の間を絶縁領域３６、３７、３８で電気的に分離している。
【００７８】
例えば、ソース領域２５を接地電位と接続する。ドレイン領域３３に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２７に正の制御電圧を印加すると、赤色発光領域３０が発光する。ドレイン領域３４に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２８に正の制御電圧を印加すると、緑色発光領域３１が発光する。ドレイン領域３５に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極２９に正の制御電圧を印加すると、青色発光領域３２が発光する。
【００７９】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。第五の実施例に係る線状発光素子は、ドレイン領域に印加するバイアス電圧をオフにして、各発光素子をオフにできるので、第四の実施例に係る線状発光素子に比べ構造は複雑になるが、各発光領域の発光の制御が容易になり、より鮮やかなフルカラー発光が可能になる。
【００８０】
（第六の実施例）
第６図は、本発明の第六の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域３９の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域４０、発光領域４５、４６、４７、反射領域４４、ドレイン領域４８を順次積層して形成している。発光領域は、半円周に沿って三分割するように、赤色発光領域４５、緑色発光領域４６、青色発光領域４７を配置している。もう一方の半円周に沿って、アルミニウムなどからなる反射領域が形成されている。半導体領域４０内には、ソース領域３９を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極４１、第二のゲート電極４２、第三のゲート電極４３を、それぞれ、赤色発光領域４５、緑色発光領域４６、青色発光領域４７に対応する位置に配置している。
【００８１】
例えば、ソース領域３９を接地電位と接続し、ドレイン領域４８に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極４１、４２、４３には、正の制御電圧を印加する。ソース領域３９から正孔が注入され、ドレイン領域４８から電子が注入され、注入された正孔と電子が発光領域４５、４６、４７において再結合し、発光領域４５、４６、４７が発光する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極４１、４２、４３に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００８２】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光の制御が可能になる。また、線状発光素子を側面から見るときに、発光層を配置した部分が正面にくるように線状発光素子を配置すると、赤、緑、青の各発光層の光をバランスよく見ることができる。発光層の裏面に反射領域を配置してあるので、線状発光素子から出る光を効率よく利用することができる。
【００８３】
（第七の実施例）
第７図は、本発明の第七の実施例に係る線状発光素子の断面図である。導電性の高分子材料からなるソース領域４９の周りにＰ型の高分子材料からなる半導体領域５３、白色の発光領域５４、ドレイン領域５５を順次積層して形成している。さらに、ドレイン領域５５の周りに、円周に沿って三分割するように、赤色透過フィルター５６、緑色透過フィルター５７、青色透過フィルター５８を配置している。半導体領域５３内には、ソース領域４９を取り囲むように、複数のＮ型の高分子半導体材料からなる第一のゲート電極５０、第二のゲート電極５１、第三のゲート電極５２を、それぞれ、赤色透過フィルター５６、緑色透過フィルター５７、青色透過フィルター５８に対応する位置に配置している。
【００８４】
例えば、ソース領域４９を接地電位と接続し、ドレイン領域５４に負のバイアス電圧を印加する。ゲート電極５０、５１、５２には、正の制御電圧を印加する。赤色、緑色、青色の発光層の発光強度は、対応するゲート電極５０、５１、５２に印加された正の制御電圧により正孔の注入量を制御することにより独立して制御される。
【００８５】
従って、一本の線状発光素子でフルカラーの発光制御が可能になる。
【００８６】
（第八の実施例）
第８図（ａ）は、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の断面図である。第８図（ａ）において、線状のゲート電極６５の周りにゲート絶縁膜６６を配置し、その周りに開口部を有する陽極６７、発光領域６８を順次積層する。発光領域６８の周りに、陽極６７の開口部に対応する位置に、陰極６９を配置する。ゲート電極６５、ゲート絶縁膜６６、陽極６７、陰極６９からなる発光制御領域は、線状体の断面内で発光領域６８を取り囲み、発光領域６８の発光強度を制御する。
【００８７】
また、ゲート電極６５が、さらにその中心に中空領域を有している場合や、ソース領域を構成する材料と異なる材料からなる絶縁体領域、半導体領域、あるいは導電体領域を有していても、第８図に示す本発明の線状素子は発光素子として機能し、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００８８】
第８図（ｂ）は、本発明の第八の実施例に係る線状発光素子の回路図である。陽極６７を接地電位に接続し、陰極６９に負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極６５に負の制御電圧を印加する。発光領域６８は、発光層からなる単層膜だけでなく、発光層と、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電子注入層と組み合わせた多層膜としてもよい。陽極６７から注入された正孔と、陰極６９から注入された電子が、発光層において再結合し、発光層が発光する。ゲート電極６５に負の制御電圧を印加すると、陽極６７から注入される正孔がゲート絶縁膜６６に捕捉されて、再結合する正孔が減少するので、ゲート電極６５に印加する制御電圧により発光強度を制御することが可能になる。
【００８９】
（第九の実施例）
また、第１５図は、本発明の第九の実施例に係る発光素子の断面図である。ガラス基板１００１上にゲート電極１００２、ゲート絶縁膜１００３を順次積層形成している。ゲート絶縁膜１００３上に陽極１００６を形成し、陽極１００６を覆って、ゲート絶縁膜１００３上に、発光層１００４を形成している。発光層１００４を陽極１００６と陰極１００７で挟むように、発光層１００６の上に陰極１００７を配置している。さらに、発光層１００４と陰極１００７を覆って、保護絶縁膜１００５が形成されている。陰極１００７と陽極１００６の間の距離Ｌ１は、発光層１００４の膜厚Ｔ１で決まる。薄膜材料が変質するおそれがあるので光フォトリソグラフィー技術が使えない有機薄膜トランジスタの形成技術でも、たとえば、通常の印刷技術や蒸着技術などの常温、または常圧の技術を使用してチャネル長を０．５μｍ以下にすることができる。
【００９０】
次に、本発明の発光素子の動作原理を、第２２図（ａ）、（ｂ）を使用して説明する。
【００９１】
第２２図（ａ）は、発光膜が、下から順に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層を積層した３層膜である場合の発光素子の断面図である。ガラス基板１３０１上に、ゲート電極１３０２、ゲート絶縁膜１３０３、陰極１３０７、電子輸送層１３０４、発光層１３０５、正孔輸送層１３０６、陽極１３０８を形成して、発光素子が構成されている。たとえば、陰極１３０７を接地電位とし、陽極１３０８に、正のバイアス電圧を印加し、ゲート電極１３０２に正の制御電圧を印加する。陰極１３０７から電子が電子輸送層１３０４に注入され、陽極１３０８から正孔が正孔注入層１３０６に注入され、注入された電子と正孔は発光層１３０５において再結合し、発光層１３０５が発光する。陰極から注入された電子の一部はゲート電極に印加された正のバイアス電圧によりゲート絶縁膜１３０３側に捕捉されるため、ゲート電極１３０２に印加する制御電圧を大きくすると、発光層１３０５に注入される電子の数が減少し、発光強度が小さくなり、発光強度の制御が可能になる。
【００９２】
第２２図（ｂ）は、発光膜が、下から順に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層した３層膜である場合の発光素子の断面図である。ガラス基板１３１１上に、ゲート電極１３１２、ゲート絶縁膜１３１３、陽極１３１７、正孔輸送層１３１４、発光層１３１５、電子輸送層１３１６、陰極１３１８を形成して、発光素子が構成されている。たとえば、陽極１３１７を接地電位とし、陰極１３１８に、負のバイアス電圧を印加し、ゲート電極１３１２に負の制御電圧を印加する。陽極１３１７から正孔が正孔輸送層１３１４に注入され、陰極１３１８から電子が電子注入層１３１６に注入され、注入された電子と正孔は発光層１３１５において再結合し、発光層１３１５が発光する。陽極から注入された正孔の一部はゲート電極に印加された負のバイアス電圧によりゲート絶縁膜１３１３側に捕捉されるため、ゲート電極１３１２に印加する制御電圧を大きくすると、発光層１３１５に注入される正孔の数が減少し、発光強度が小さくなり、発光強度の制御が可能になる。
【００９３】
第１５図において、陰極１００７と陽極１００６の適切な相対的位置関係としては、それぞれの間隔が−５μｍから１０μｍであるのが好ましい。間隔が負である場合は、陰極と陽極にオーバーラップの部分がある場合であるが、間隔が−５μｍより小さい場合、すなわちオーバーラップが大きすぎる場合には、ゲート電極に印加する制御電圧による正孔電流の制御性が悪くなり、逆に陰極と陽極が離れすぎて、間隔が１０μｍより大きい場合には、発光素子の画素サイズが大きくなり、たとえば表示装置に使用した場合に解像度が悪くなる。また、陰極と陽極の間隔が大きくなるため、低電圧での駆動が困難になる。さらに、陰極７と陽極６の適切な相対的位置関係としては、それぞれの間隔が０．５μｍから３μｍであるのが好ましい。鉛直線の間隔が０．５μｍから３μｍであれば、発光強度の制御性が高く、画素サイズが小さく、低電圧での駆動が容易になる。
【００９４】
（第十の実施例）
第１６図は、本発明の第十の実施例に係る発光素子の断面図であり、第１５図に示す本発明の実施例とは、プラスティック基板上に発光素子を形成している点が異なる。本発明の第十の実施例に係る発光素子は、プラスティック基板１００８上にゲート電極１００９、ゲート絶縁膜１０１０を順次積層形成している。ゲート絶縁膜１０１０上に陽極１０１３を形成し、陽極１０１３を覆って、ゲート絶縁膜１０１０上に、発光層１０１１を形成して、発光層１０１１を陽極１０１３と陰極１０１４で挟むように、発光層１０１１の上に陰極１０１４を配置している。さらに、発光層１０１１と陰極１０１４を覆って、保護絶縁膜１０１２が形成されている。プラスティック基板上に発光素子を形成しているため、柔軟性があり軽量である発光素子であるため、携帯電話などへの応用が広がる。
【００９５】
（第十一の実施例）
第１７図は、本発明の第十一の実施例に係る発光素子の断面図であり、発光膜として、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる５層膜が使用されている。ガラス基板１０１５の上に、ゲート電極１０１６、ゲート絶縁膜１０１７を順次積層形成する。ゲート電極の材料としては、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を使用する。ゲート絶縁膜の材料としては、たとえば、ＳｉＯ２、ＴａＯ２などの絶縁性の無機材料や、絶縁性の有機材料を使用する。ゲート絶縁膜１０１７上に、陽極１０２４、正孔注入層１０１８、正孔輸送層１０１９、発光層１０２０、電子輸送層１０２１、電子注入層１０２２、陰極１０２５、保護絶縁膜１０２３を形成する。陽極１０２４、陰極１０２５の材料としては、ポリアセチレン、ポリアセン、オリゴアセン、ポリチアジル、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、オリゴチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンなどの導電性有機材料やアルミニウムなどの導電性無機材料を使用する。正孔注入層１０１８には、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴなどのポリチオフェン、ポリアニリンなどの有機材料を使用する。正孔輸送層１０１９には、ＴＰＤ、ＴＰＡＣなどの有機材料を使用する。発光層１０２０には、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系有機ＥＬ材料、あるいはＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系有機ＥＬ材料を使用する。電子輸送層１０２１には、ＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。電子注入層１０２２には、ＬｉＦやＭｇなどの無機材料やＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を使用する。
【００９６】
第１７図に示す実施例では、発光膜に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる５層膜を使用したが、５層膜に限らず、発光層、電子輸送層を積層した２層膜、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層した３層膜、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層を積層した４層膜を使用しても本発明の発光素子を形成し、５層膜を使用した場合と同様の効果が得られることは明らかである。また、第２２図（ａ）、（ｂ）で説明したように、陽極、正孔注入層、正孔輸送層と電子輸送層、電子注入層、陰極の上下関係を変更しても、発光素子に印加するバイアス電圧と制御電圧の極性を変更すれば、発光素子として機能し、本発明の効果を同様に得ることができる。また、実施例では、発光層、及び陰極上に、保護絶縁膜１０２３を配置しているが、保護絶縁膜の代わりにカラーフィルターを使用することも可能である。この場合、たとえば、発光層に白色発光材料を使用し、赤色、緑色、青色の透過フィルターを使用して、それぞれ赤色、緑色、青色の発光を行うことが可能になる。
【００９７】
（第十二の実施例）
第１８図は、本発明の第十二の実施例に係る発光素子の断面図であり、複数の陽極と複数の陰極を横方向に配置し、発光膜を挟んで発光素子を構成している。複数の陽極と陰極を配置することで、より広い面積の発光素子の制御が可能になる。
【００９８】
第１９図（ａ）ないし（ｇ）は、いずれも本発明の第十二の実施例に係る発光素子の製造工程を説明するための断面図である。第１９図（ａ）は、ガラス基板１１０１上に、ゲート電極１１０２、ゲート絶縁膜１１０３を堆積した発光素子の断面図である。次に、マスク１１０５を介して、導電性材料を蒸着し陽極１１０４を形成する（第１９図（ｂ）、（ｃ））。陽極１１０４の形成は、蒸着法でなくても、印刷法など他の方法で行ってもかまわない。次に、回転塗布法などの方法により、発光膜１１０６をゲート絶縁膜１１０３、及び陽極１１０４上に形成する（第１９図（ｄ））。次に、マスク１１０８を介して、導電性材料を蒸着し陰極１１０７を形成する（第１９図（ｅ）、（ｆ））。陰極１１０７の形成も、蒸着法でなくても、印刷法など他の方法で行ってもかまわない。次に、発光層１１０３、及び陰極１１０７上に保護絶縁膜１０８を回転塗布法などの方法で形成し、発光素子を完成する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
１．発光領域と発光制御領域を一本の線状体に組み込むことができるため、外部の駆動回路が不要になる、低電圧駆動が可能になるなどの効果がある。
【０１００】
２．線状発光素子を織る、あるいは編むことにより作製した平面状の発光装置は柔軟性があり、軽いため、薄型のテレビやパソコンの画面、携帯電話のディスプレイ、電子ペーパなど多様な用途がある。複雑な形状の壁部の照明として使用しても影ができないという特徴がある。
【０１０１】
３．線状の発光素子を組み合わせて、平面状の発光装置を作製できるので、製造設備の規模によらない大型のディスプレイ、又は照明を製造できる。たとえば、ドームタイプの建物の照明、またはディスプレイを製造できる。
【０１０２】
４．線状の発光素子を検査して、選別した良品だけ用いて平面状の表示装置、又は、照明装置を製造できる。もしくは、平面状の発光装置を製造してから、検査を行い、不良部の線状発光素子を交換することもできるので、発光装置を大型化した場合に、特にプロセス管理を厳密にしなくても、発光装置の歩留まりを向上できる。この効果は、特に、各発光領域に発光制御領域がついているアクティブ・マトリックス型の発光装置の場合、有益である。
【０１０３】
５．一本の線状発光素子に、赤色、緑色、青色の発光層、又は赤色、緑色、青色の光透過フィルターを配置して、それぞれの発光層又はフィルターに対応する制御素子を独立して制御することにより、一本の線状発光素子でフルカラーの表示ができる。そのため、解像度の高いカラー表示が可能になる。
【０１０４】
６．線状発光素子の電子注入層、又は電子輸送層として、アルカリ金属内包フラーレン、又はアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を使用することにより、発光素子製造工程のプロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できるので、特に線状発光素子の製造においては有益である。また、発光素子の寿命を長くすることができるという効果もある。
【０１０５】
７．有機ＥＬ膜を発光膜とし、駆動用の素子を有する発光素子を、印刷技術や、蒸着技術などの常温、常圧の簡単なプロセスで作成できる。
【０１０６】
８．微細加工技術を使用しなくても、有機薄膜トランジスタのチャネル長を０．５μｍ以下にすることができ、発光効率向上や低電圧駆動が可能になる。
【０１０７】
９．低消費電力で発光素子の寿命が長いアクティブ・マトリックス方式の発光装置を、低コストのプロセスで製造することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１０、１１、１６、２５、３９、４９
ソース領域
２、７、１２、１７、２６、４０、５３ 半導体領域
３、８、１３ ゲート電極
４、９、１４、５４ 発光領域
５、６、１５、２４、４８、５５ ドレイン領域
１８、２７、４１、５０ 第一のゲート電極
１９、２８、４２、５１ 第二のゲート電極
２０、２９、４３、５２ 第三のゲート電極
２１、３０、４５ 赤色発光領域
２２、３１、４６ 緑色発光領域
２３、３２、４７ 青色発光領域
３３ 第一のドレイン領域
３４ 第二のドレイン領域
３５ 第三のドレイン領域
３６、３７、３８ 絶縁領域
４４ 反射領域
５６ 赤色透過フィルター
５７ 緑色透過フィルター
５８ 青色透過フィルター
５９ 線状中間体
６２ 線状二次中間体
６０ 分離領域
６１ 素子領域
６３ イオン照射
６４ 加熱部
６５ ゲート電極
６６ ゲート絶縁膜
６７ 陽極
６８ 発光領域
６９ 陰極
１００ ガラス基板
１０６ プラスティック基板
１０１、１０７ ソース領域
１０２、１０８ 半導体領域
１０３、１０９ ゲート電極
１０４、１１０ 発光領域
１０５、１１１ ドレイン領域
１２０ 押し出し装置
１２１ 原料１容器
１２２ 原料２容器
１２３ 原料３容器
１２４ 型
１２５ ローラ
１２６ 線状体
１００１、１０１５、１０２６、１１０１、１３０１、１３１１
ガラス基板
１００２、１００９、１０１６、１０２７、１１０２、１３０２、１３１２
ゲート電極
１００３、１０１０、１０１７、１０２８、１１０３、１３０３、１３１３
ゲート絶縁膜
１００４、１０１１、１０２０、１０２９、１１０６、１３０５、１３１５
発光層
１００５、１０１２、１０２３、１０３２
保護絶縁膜
１００６、１１１３、１０２４、１０３０、１１０４、１３０８、１３１７
陽極
１００７、１０１４、１０２５、１０３１、１１０５、１３０７、１３１８
陰極
１００８ プラスティック基板
１０１８ ホール注入層
１０１９、１３０６、１３１４ ホール輸送層
１０２１、１３０４、１３１６ 電子輸送層
１０２２ 電子注入層
１１０５、１１０６ マスク
１２０１ ガラス基板
１２０２ ドレイン電極
１２０３ ゲート電極
１２０４ 半導体層
１２０５ 発光層
１２０６ ソース電極
１２１１ ガラス基板
１２１２、１２１３ 分離領域
１２１４、１２１５ ゲート電極
１２１６、１２１７ ゲート絶縁膜
１２１８ 陽極
１２１９ 陰極
１２２０ 発光層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置したゲート電極層と、前記ゲート電極層上に配置したゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置した第一の電極と、前記ゲート絶縁層と前記第一の電極上に配置した発光膜と、前記発光膜上に配置した第二の電極からなる発光素子において、前記第二の電極を前記第一の電極の斜め上方に配置するか、または前記第一の電極に対し横方向に離間して配置することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の電極の間隔が、−５μｍから１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記第一の電極と前記第二の電極の間隔が、０．５μｍから３μｍであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記第一の電極が陽極であり、前記第二の電極が陰極であることを特徴とする請求項１又は３記載の発光素子。
【請求項５】
前記第一の電極が陰極であり、前記第二の電極が陽極であることを特徴とする請求項１又は３記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光膜が、正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子輸送層とからなる３層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光膜が、電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層とからなる３層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光膜が、正孔注入層と、前記正孔注入層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子注入層とからなる４層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項９】
前記発光膜が、電子注入層と、前記電子注入層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した正孔注入層からなる４層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項１０】
前記発光膜が、正孔注入層と、前記正孔注入層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した電子注入層からなる５層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項１１】
前記発光膜が、電子注入層と、前記電子注入層上に配置した電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した正孔注入層からなる５層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の発光素子からなる複数の発光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
表示装置であることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１４】
照明装置であることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光膜、及び前記第二の電極上に保護絶縁膜を配置することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光膜、及び前記第二の電極上にカラーフィルター膜を配置することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置したゲート電極層と、前記ゲート電極層上に配置したゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置した第一の電極と、前記ゲート絶縁層と前記第一の電極上に配置した発光膜と、前記発光膜上に配置した第二の電極からなる発光素子において、前記第二の電極を前記第一の電極の斜め上方に配置するか、または前記第一の電極に対し横方向に離間して配置することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の電極の間隔が、−５μｍから１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記第一の電極と前記第二の電極の間隔が、０．５μｍから３μｍであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記第一の電極が陽極であり、前記第二の電極が陰極であることを特徴とする請求項１又は３記載の発光素子。
【請求項５】
前記第一の電極が陰極であり、前記第二の電極が陽極であることを特徴とする請求項１又は３記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光膜が、正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子輸送層とからなる３層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光膜が、電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層とからなる３層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光膜が、正孔注入層と、前記正孔注入層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子注入層とからなる４層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項９】
前記発光膜が、電子注入層と、前記電子注入層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した正孔注入層からなる４層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項１０】
前記発光膜が、正孔注入層と、前記正孔注入層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した電子注入層からなる５層膜であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項１１】
前記発光膜が、電子注入層と、前記電子注入層上に配置した電子輸送層と、前記電子輸送層上に配置した発光層と、前記発光層上に配置した正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置した正孔注入層からなる５層膜であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の発光素子からなる複数の発光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
表示装置であることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１４】
照明装置であることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光膜、及び前記第二の電極上に保護絶縁膜を配置することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光膜、及び前記第二の電極上にカラーフィルター膜を配置することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−７１１３０（Ｐ２０１１−７１１３０Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５２７６（Ｐ２０１０−２６５２７６）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【分割の表示】特願２００５−５１３２４９（Ｐ２００５−５１３２４９）の分割
【原出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（５０２３４４１７８）株式会社イデアルスター (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【分割の表示】特願２００５−５１３２４９（Ｐ２００５−５１３２４９）の分割
【原出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（５０２３４４１７８）株式会社イデアルスター (59)
【Ｆターム（参考）】
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