JP4841012B2 - 有機電界発光素子、有機電界発光素子を内蔵する表示装置、及び発電装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電極間への印加電圧によって生じた電界によって有機電界発光層が光を放出する有機電界発光素子、表示装置及び発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに代わる次世代のディスプレイとして、いわゆる有機電界発光素子を用いた表示装置が開発されている。この有機電界発光素子を用いたディスプレイ（以下「有機ＥＬディスプレイ」という）は、印加電圧が小さくても高輝度な発光を実現することができる表示装置である。
【０００３】
この有機ＥＬディスプレイは、自発光の面状表示素子として注目されており、発光効率が高く、単純な素子構造で発光するという特徴を有する。具体的には、この有機ＥＬディスプレイの有機電界発光素子は、対向する複数の電極から各々注入された正孔及び電子が有機物質を用いた発光層内で結合し、そのエネルギーで発光層中の蛍光物質を励起して発光を行うものである。従来の有機電界発光素子においては、加えたエネルギーに対する電界発光効率が２０％程度である。
【０００４】
一方、従来の有機ＥＬディスプレイにおいては、コントラストの改善のため、その有機電界発光素子が、その陽極と陰極との間に複数の有機ＥＬユニットを設けるとともに、この複数の有機ＥＬユニットの間に電荷発生複合層を有する構成を採用している形態のものが存在している（特許文献１参照）。この電荷発生複合層は、例えば多段配列された有機ＥＬユニットの一方による発光が他方の有機ＥＬユニットに影響を与えないように効率良くするためのものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００６−７３４８４号公報（段落００３９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の有機ＥＬディスプレイにおいては、このように複数の有機ＥＬユニットの間に電荷発生複合層を設けると、上記のように一方の有機ＥＬユニットが放射した光が他方の有機ＥＬユニットに影響を与えないようにすることでコントラストを多少ながら改善できるものの、そもそも複数の有機ＥＬユニットを設けることから消費電力が大きくなってしまう問題点があった。従って従来の有機ＥＬディスプレイにおいては、消費電力を抑制しつつ、電界発光効率を向上することが困難であった。
［０００７］
本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が一例として挙げられる。
課題を解決するための手段
［０００８］
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極と、前記複数の電極間において積層されており、印加電圧によって前記複数の電極間に生じた電界によって発光する有機電界発光層と、前記有機電界発光層の周囲に配置し、前記有機電界発光層によって放出された光のうち前記透明或いは半透明な電極から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部とを有することを特徴とする有機電界発光素子である。
［０００９］
上記課題を解決するために、請求項１９記載の発明は、基板上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極と、前記複数の電極間において積層されており、印加電圧によって前記複数の電極間に生じた電界によって発光する有機電界発光層と、前記有機電界発光層の周囲に配置し、前記有機電界発光層によって放出された光のうち前記透明或いは半透明な電極から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部とを備える有機電界発光素子が配列する表示パネルと、入力された画像データに応じて前記複数の電極間に印加電圧を与えることで、前記表示パネルの各前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路とを有することを特徴とする表示装置である。
［００１０］
発明を実施するための最良の形態
［００１１］
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態としての有機電界発光素子３を備える表示装置１の外観の一例を示す正面図である。
表示装置１は、筐体２及び脚部５を有する。筐体２は、脚部５によって設置面において支えられている。この筐体２は、その外観上、表示パネル７及び２つのスピーカー４を備えている。この表示パネル７は、筐体２の中央部に設けられており、筐体２の中央部において、外部から入力された画像データに基づく映像を表示する機能を有する。この筐体２の下部には、その右側及び左側に各々スピーカー４が設けられている。
［００１２］
このスピーカー４は、表示パネル７に表示された映像に同期して音を出力する機能を有する。この筐体２は、その内部に駆動回路６を備えている。この駆動回路６は、上記画像データに基づく映像を表示パネル７に表示させるための駆動制御を行う。
［００１３］
上記表示パネル７は、いわゆる有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた表示パネルである。本実施形態においては、この有機エレクトロルミネッセンス素子を「有機電界発光素子」と呼ぶ。この表示パネル７は、多数の有機電界発光素子がマトリクス状に配列した構成となっている。これらマトリクス状に配列した有機電界発光素子は、上記駆動回路６の制御によって各画素ごとに駆動制御されている。
［００１４］
＜有機電界発光素子の構成例＞
図２は、図１に示す表示パネル７の有機電界発光素子を拡大して表した構成例を示す部分断面図である。
有機電界発光素子３は、例えばトップエミッション型の有機電界発光素子であり、例えば赤色、緑色及び青色に対応させて各々形成される。この有機電界発光素子３は、ガラス基板４５上に、陽極４６（透明或いは半透明な電極）、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、発光層４９（有機電界発光層）、電子輸送層５０、電子注入層５１及び陰極５２（電極）が順次積層された構造となっている。なお、この有機電界発光素子３は、発光層４９内に電荷及び励起子を各々閉じ込めるための電荷及び励起子拡散層が積層された構造を採用しても良い。
【００１５】
この発光層４９を除くこれら各層、陽極４６、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、電子輸送層５０、電子注入層５１及び陰極５２（電極）は、各々、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＣｕＰｃ、ＮＰＢ、Ａｌｑ_３、ＬｉＦ及びＡｌを材質としている。
【００１６】
図示の有機電界発光素子３は、１画素分に相当している。この有機電界発光素子３は、隣り合う有機電界発光素子３との間において陽極４６に沿って隔壁５４が設けられている。この隔壁５４は、この陽極４６上に形成された絶縁体であり、各有機電界発光素子間を絶縁する機能を有する。この隔壁５４上には、例えば有機電界発光素子３を形成した際に形成された側部４１が残存している。なお、この側部４１は、有機電界発光素子３を形成した際に残存した部材のみならず、意図的に形成した部材であっても良い。
【００１７】
このガラス基板４５は、透明或いは半透明な材質によって形成されている。上記陽極４６は、上記ＩＴＯの代わりにＩＺＯを材質としてもよい。この陽極４６は、後述するように発光層４９が放射した光Ｌを透過する透明或いは半透明な電極を構成している。上記陽極４６（複数の電極の一方）は、ガラス基板４５に沿って広くこのガラス基板４５上に形成されている。この陽極４６は、後述する発光層４９に対して正孔を供給する機能を有する。
【００１８】
上記正孔注入層４７は、この陽極４６から正孔を取り出しやすいようにするために積層されている。上記正孔輸送層４８は、正孔注入層４７によって陽極４６から折り出された正孔を、その発光層４９に輸送する機能を有する。この正孔注入層４７は、主として陽極４６上に積層されている。この正孔輸送層４８は、この正孔注入層４７上に積層されている。
【００１９】
上記発光層４９は、電界発光現象、つまり、いわゆるエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象を使った発光素子である。この発光層４９（発電半導体部）は、複数の電極４６，５２の間において積層されており、印加電圧によって複数の電極４６，５２間に生じた電界によって発光する機能を有する。この発光層４９は、その外部から電界を用いて受け取ったエネルギーに基づく光を放出する現象を利用し、自ら光Ｌを出力する。
【００２０】
本実施形態のように有機電界発光素子３が、例えばトップエミッションタイプである場合、この発光層４９は、主として下方に光Ｌ（外部光）を放射するが、実際上においては一例として右側に示したように意図しない方向にも光Ｌを放射してしまう。このように発光層４９が意図しない方向に放射した光Ｌは、外部光として有機電界発光素子３の外部に取り出されることなく、有機電界発光素子３内において消失してしまう。本実施形態では、このように発光層４９が放出した光Ｌのうち外部光として取り出すことができない光を「内部光」と呼ぶ。
【００２１】
この発光層４９上には、上記電子輸送層５０が積層されている。さらに、この電子輸送層５０上には電子注入層５１が積層されている。またこの電子注入層５１上には陰極５２が形成されている。これらのうち電子注入層５１は、その陰極５２から電子を取り出しやすくする機能を有する。また電子輸送層５０は、この電子注入層５１によって陰極５２から取り出された電子を効率的に発光層４９に輸送する機能を有する。
【００２２】
＜発電半導体部の構成例＞
本実施形態においては、この有機電界発光素子３が発電半導体部を備えている。本実施形態では、この発電半導体部が、上述した複数の電極（陰極５２及び陽極４６）間のいずれかの層として積層されている。具体的には、この発電半導体部は、これら複数の電極間（５２，４６)に成膜された、電子注入層５１、電子輸送層５０、正孔輸送層４８及び正孔注入層４７のいずれか又はこれらいずれかの組合せである。
【００２３】
この発電半導体部は、発光層４９（有機電界発光素子）の周囲に配置しており、この発光層４９によって放出された光Ｌのうち陽極４６（透明或いは半透明な電極）から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う機能を有する。この発電半導体部は、例えば有機半導体層又は無機半導体層によって構成されている。
【００２４】
本実施形態では、この発電半導体部が、発光層４９よりも透明或いは半透明な電極（陽極４６）側において、例えば正孔注入層４７及び正孔輸送層４８の少なくとも一方として積層されているものとする。具体的には、本実施形態では、一例として、この発電半導体部が正孔注入層４７であるものとし、以下の説明においては、正孔注入層４７を「発電半導体部４７」と呼称する。
【００２５】
この発電半導体部４７（光電変換膜）は、吸収すべき内部光Ｌの波長タイプとして特定の波長タイプの内部光Ｌを吸収する材質で構成されている。この発電半導体部４７は、光Ｌを吸収した際に、この光Ｌを電荷に変換しなければならないので、特定の波長タイプにおいて高い吸光度（透過率）がよく、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることが好ましい。ここでいう「電荷分離」とは、この発電半導体部４７内で正孔と電子に分離することを示している。本実施形態における有機電界発光素子３の構造では、正孔は発電半導体部４７（正孔注入層）から正孔輸送層４８に輸送され、電子は陽極４６に注入される。
【００２６】
この発電半導体部４７は、特定の波長帯域の内部光Ｌを吸収する材質で構成されている。具体的には、この発電半導体部４７は、例えば、その特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域（可視光線を含む）の波長帯にて大きな吸収領域、高い吸光度（低い透過率）を有する材質が良い。
【００２７】
発電半導体部４７は、上記複数の電極（陰極５２および陽極４６）間において発光層４９が出力する内部光の色に対応させて多層に形成されている。この半導体部４７の材質としては、例えばバイポーラ（両極性，正孔及び電子の両方を兼ね備える）半導体材料を採用することができる。
【００２８】
＜発電半導体部の材質例＞
また、この発電半導体部４７の具体的な材料としては、その他にも、例えばペンタセンやテトラセンのようなポリアセン誘導体（ｐ型寄りのバイポーラ）、ＣｕＰｃやＺｎＰｃのフタロシアニン誘導体（ｐ型、薄膜なら電子も輸送する）、チオフェン及びポリチオフェン誘導体（ｐ型材料）、ＰＣＢＭのようなフラーレン誘導体（ｎ型）、ペリデン誘導体のような（有機太陽電池、有機光起電力素子）材料、キナクリドン誘導体（ｐ型）、クマリン誘導体（ｐ型）のような有機撮像素子材料などのいずれかを適宜選択することができる。有機電子供与体層（以下、「ｐ型層」という場合もある）１１を構成する有機電子供与体としては、電荷キャリアが正孔であることと、ｐ型半導体特性を示す材料であれば、特に限定されるものではない。
【００２９】
またさらにこの発電半導体部４７の具体例としては、チオフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレンビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレンビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィリン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィルなどの無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびその誘導体、シアニン色素、メロシア、ベンゾキノン、ナフトキノンなどのキノン系色素などの低分子が利用され得る。
【００３０】
また、金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、それぞれ、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物が用いられる。
【００３１】
一方で、電子受容体層（以下、「ｎ型層」という場合もある）を構成する電子供与体としては、本願では電荷キャリアが電子であること、ｎ型半導体特性を示す材料であれば、特に限定されることはない。
【００３２】
具体的には、有機電子受容体としては、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロインおよびその誘導体などの低分子が利用され得る。また、修飾又は未修飾のフラーレン類、カーボンナノチューブ類などを挙げることができる。
【００３３】
なお、この発電半導体部４７は、有機材料以外でも、化合物半導体や酸化物半導体でも良い。この場合、上記有機電界発光素子３は、このような層構成に加えてさらに、この発電半導体部４７によって生成、発生した電荷を効率よく注入及び輸送する層を設けておくのが望ましい。
【００３４】
なお、この発電半導体部４７は、例えばｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であってもよい。そして、この発電半導体部４７は、例えば気層成膜、蒸着、塗布方法、ゾルゲル法又はスパッタ法などを用いて成膜することができる。
【００３５】
＜有機電界発光素子３の動作例＞
有機電界発光素子３及びこれを内蔵する表示装置１は以上のような構成であり、次にこの有機電界発光素子３及びこれを内蔵する表示装置１の動作例について説明する。
【００３６】
図１に示す表示装置１は、その表示パネル７においてこのような有機電界発光素子３がマトリクス状に多数配列しており、これら多数の有機電界発光素子３は駆動回路６の制御によって次のように動作する。
【００３７】
＜有機電界発光素子３の一般的な動作例＞
まずこの駆動回路６は、入力された画像データに基づいて、この画像データに基づく画像を表示パネル７に表示させるべく、各有機電界発光素子３を駆動する。すると、各有機電界発光素子３においては、この駆動回路６が、図２に示す陽極４６と陰極５２の間に、図示しない所定の電源から直流電圧を印加する。
【００３８】
このように陽極４６と陰極５２に直流電圧が印加されると、この陽極４６は、正孔注入層４７の作用によって、より多くの正孔を放出する。この陽極４６から放出された正孔は、正孔注入層４７を経由して正孔輸送層４８に到達する。この正孔輸送層４８は、上記発光層４９に対して正孔を輸送する。このようにして発光層４９は、正孔輸送層４８から正孔を受け取ることができる。
【００３９】
一方、上記陰極５２は、電子注入層５１の作用によって電子を電子輸送層５０に対して注入する。この電子輸送層５０は、上記発光層４９に対して電子を輸送する。このようにして発光層４９は、陰極から放出された電子を電子注入層５１及び電子輸送層５０を経由して受け取ることができる。
【００４０】
この発光層４９は、このように注入された正孔と電子によって次のように動作する。これら注入された正孔及び電子は、この発光層４９内において再結合して不安定な高いエネルギー状態である励起状態となる。さらにこの発光層４９は、その後すぐに元の安定した低いエネルギー状態である基底状態に戻る。このとき、発光層４９は、これら励起状態及び基底状態におけるエネルギー差に基づいて光Ｌを放出する。
【００４１】
このようにすると、図１に示す表示装置１は、上記駆動回路６の制御によって各有機電界発光素子３に対応する画素から光Ｌを放出し、この表示パネル７に所定の画像を表示させることができる。このときこの画像の表示に同期させて、表示装置１は、そのスピーカー４から音を出力することができる。
【００４２】
＜発電半導体部による内部光の吸収＞
上述のように発光層４９が光Ｌを放出すると、上記有機電界発光素子３内においては、この発光層４９が放出した光Ｌが全て有機電界発光素子３から放出されず、一部がその内部において消失する。
【００４３】
このような内部光Ｌの消失原因としては、例えば陽極４６と陰極５２との間における各層の屈折率の違い（屈折率差）によって光Ｌが屈折し、各層の境界方向に沿って漏れ光Ｌが導かれて流れてしまうことによる場合がある。本実施形態では、このように各層の境界方向に沿って漏れ光Ｌが導かれてしまうことを「導波」という。本実施形態では、発電半導体部４７が、このような漏れ光Ｌの導波を利用することによって発電を行っている。この発電半導体部４７による各層４７などの屈折率差に基づく漏れ光Ｌの利用については後述する。
【００４４】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、基板４５(ガラス基板)上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極４６，５２（陽極、陰極）と、上記複数の電極４６，５２間において積層されており、印加電圧によって上記複数の電極４６，５２間に生じた電界によって発光する有機電界発光層４９（発光層）と、上記有機電界発光層４９の周囲に配置し、上記有機電界発光層４９によって放出された光のうち上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ（正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層のいずれか又はこれらいずれかの組合せ）を有することを特徴とする。
【００４５】
上記実施形態における表示装置１は、基板４５(ガラス基板)上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極４６，５２（陽極、陰極）と、上記複数の電極４６，５２間において積層されており、印加電圧によって上記複数の電極４６，５２間に生じた電界によって発光する有機電界発光層４９（発光層）と、上記有機電界発光層４９の周囲に配置し、上記有機電界発光層４９によって放出された光のうち上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ（以下、「発電半導体部４７など」という）と、を備える有機電界発光素子３が配列する表示パネル７と、入力された画像データに応じて上記複数の電極４６，５２間に印加電圧を与えることで、上記表示パネル７の各上記有機電界発光素子３を駆動する駆動回路６とを有することを特徴とする。
【００４６】
このように本実施形態では、有機電界発光素子３が、内部で自動的に電荷を発生する機構を兼ね備えている。具体的には、この有機電界発光素子３は、その内部に存在する発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせに光電変換機能を持たせている。
【００４７】
このようにすると、この発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ（以下、「発電半導体部４７など」という）が、各々、有機電界発光素子３が生成した内部光を吸収することができる。具体的には、この内部光を吸収した発電半導体部４７などは励起子を生成し、特定の電界下で電荷（正孔または電子）に分離して輸送する。この分離して輸送された電荷は、外部から供給（注入）された電荷とともに作用することで、有機電界発光層４９がエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光する。
【００４８】
具体的には、まず有機電界発光層４９（発光層）は、印加電圧によって複数の電極４６、５２間に生じた電界によって発光する。このように有機電界発光素子３内で生じた光Ｌは、その一部が透明或いは半透明な電極４６（陽極）を通過して外部に出力されるが、その大部分は有機電界発光素子３の内部で漏れ残った光（以下、本実施形態において「内部光」と呼んでいる）となる。
【００４９】
上記有機電界発光素子３は、この有機電界発光層４９（発光層）の周囲に配置した発電半導体部４７などが、この内部光を吸収して励起子を生成し、特定の電界下で電荷（正孔又は電子）に分離し、輸送する。この発電半導体部４７などは、このような光電変換作用によって新たに電荷を発生し、発電を行うことができる。
【００５０】
このため、この有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【００５１】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。この電界発光効率（ｃｄ／Ａ）は、電界発光輝度［ｃｄ］／電流［Ａ］で表される。
【００５２】
具体的には、この有機電界発光素子３は、例えば１０ｃｄ／の電荷発光効率がある特定の素子の場合、この発電半導体部４７などを設けると、５０％の消費電力を削減できれば、この電界発光効率が２０ｃｄ／Ａとなる。なお、この有機電界発光素子３は、外部から供給される注入量が減るため、消費電力を低下させることができる。
【００５３】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが有機半導体或いは無機半導体であることを特徴とする。上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが有機半導体或いは無機半導体であることを特徴とする。
【００５４】
このような構成によれば、有機電界発光素子３は、有機半導体或いは無機半導体である電荷注入層５１などを発電半導体部として内蔵することができるため、この発電半導体部を電荷注入層５１などとは別途設けなくてもよく、小型化を図ることができる。
【００５５】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが、複数の電極４６，５２間のいずれかの層として積層されていることを特徴とする。上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが、複数の電極４６，５２間のいずれかの層として積層されていることを特徴とする。
【００５６】
上記発電半導体部４７などが、上記有機電界発光層４９とともに複数の電極４６，５２間に積層されているため、この有機電界発光層４９が放出した光を広い面積で受け取ることができる。このため、この発電半導体部４７などは、効率よく光電変換を行い、有機電界発光素子３の内部における消費電力を低減したり、上記有機電界発光層４９の電界発光効率を向上させることができる。
【００５７】
上記実施形態における有機電界発光素子３においては、発電半導体部が、複数の電極４６，５２間に成膜された、電子注入層５１、電子輸送層５０、正孔輸送層４８及び正孔注入層４７のいずれか又はこれらいずれかの組合せであることを特徴とする。
【００５８】
上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３においては、発電半導体部が、複数の電極４６，５２間に成膜された、電子注入層５１、電子輸送層５０、正孔輸送層４８及び正孔注入層４７のいずれか又はこれらいずれかの組合せであることを特徴とする。
【００５９】
このようにすると、複数の電極４６，５２間に別途発電半導体部を設けなくても、上記有機電界発光素子３内に発電半導体部４７などを内蔵させることができるため、このような発電半導体部４７などを設けてもサイズが大きくならないようにすることができる。
【００６０】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが複数の電極４６，５２間において上記内部光Ｌの色に各々対応した多層に形成されていることを特徴とする。
【００６１】
上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが複数の電極４６，５２間において上記内部光Ｌの色に各々対応した多層に形成されていることを特徴とする。
【００６２】
このような構成によれば、多層の発電半導体部４７などが、各々例えば色ごとに内部光Ｌを吸収することができるため、さらに効率よく内部光Ｌを利用して発電することができる。
【００６３】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが、特定の波長帯域の内部光Ｌを吸収する材質で構成されていることを特徴とする。
【００６４】
上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが、特定の波長帯域の内部光を吸収する材質で構成されていることを特徴とする。
【００６５】
上記有機電界発光素子３においては、発電半導体部４７などが、特定の波長帯域において吸光度（低い透過率）が高くなるように調整してあると、次のような効果を発揮することができる。つまり発電半導体部４７などは、上述のように効率よく内部光を吸収して発電を行うことができるばかりでなく、特定の波長帯域を吸収するため、それ以外の波長帯域の光Ｌのコントラストを向上することができる。
【００６６】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域にわたる内部光Ｌを吸収する材質であることを特徴とする。
【００６７】
上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域にわたる内部光Ｌを吸収する材質であることを特徴とする。
【００６８】
このような構成によれば、有機電界発光素子３は、例えば表示装置１に用いられるため、有機電界発光層４９が出力した光Ｌのうち紫外線波長から赤外線波長の内部光Ｌを吸収することから、内部に散乱する内部光Ｌを減少させ、外部光Ｌによるコントラストを向上することができる。
【００６９】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることを特徴とする。
【００７０】
上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、上記発電半導体部４７などが、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることを特徴とする。
【００７１】
このような構成とすると、有機電界発光素子３において発電半導体部４７などがより効率よく内部光Ｌに基づいて電荷を発生させ、この発生させた電荷を効率よく有機電界発光層４９（発光層）に供給（注入）することができる。このため有機電界発光層４９は、さらに消費電力を抑制するとともに、さらに電界発光効率が向上する。
【００７２】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などがバイポーラ半導体材料を材質とすることを特徴とする。上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などがバイポーラ半導体材料を材質とすることを特徴とする。
【００７３】
このような構成とすると、バイポーラ半導体材料を用いた積層が容易なため、発電半導体部４７などを簡単に形成することができる。
【００７４】
上記実施形態における有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが、気層成膜、蒸着、塗布方法、ゾルゲル法、スパッタ法などにより成膜されたことを特徴とする。上記実施形態における表示装置１が各々内蔵する有機電界発光素子３は、発電半導体部４７などが、気層成膜、蒸着、塗布方法、ゾルゲル法、スパッタ法などにより成膜されたことを特徴とする。このようにすると、発電半導体部４７などは、一般的な成膜技術を用いて簡単に積層することができる。
【００７５】
＜各層の屈性率差を利用した発電方法例＞
このような有機電界発光素子３は、発光層４９が出力した光Ｌのうちガラス基板４５を経由して外部に出力すべき外部光Ｌは、発光層４９が出力した光Ｌのうち約２０％程度である。残りの光は、有機電界発光素子３の内部において損失により消失した内部光Ｌとなる。このような消失した光は、主として各層の境界を通過する際に、この各層の境界を横方向に導波するために消失すると考えられる。より具体的に説明すると、この光の消失に関する事象は次のようになっている。
【００７６】
図３及び図４は、各々、各層における屈折率差に基づいて光Ｌが屈折する様子の一例を示す断面図である。なお図３及び図４においては、光Ｌが上側の層から下側の層に通過するものとする。
図３に示す例では、両層における屈折率差が比較的少ない場合の一例を示している。この場合、光Ｌが入射する側の層においては入射角がθ１であり、光Ｌが出射する側における層では出射角がθ２となっている。図示の例では、各層の境界Ｂにおいて導波する光Ｌが少ないことがわかる。
【００７７】
図４に示す例では、両層における屈折率差が大きい場合の一例を示している。この場合、光Ｌが入射する側の層においては入射角が図３の場合と同様にθ１であり、光Ｌが出射する側における層では出射角がθ３となっている。図示の例では、各層の境界Ｂにおいて導波する光Ｌが多いことがわかる。
【００７８】
以上のように、両層における屈折率差が大きい場合の方が各層の境界Ｂに沿った方向における光（漏れ光）の導波が大きくなる。そこで本実施形態における発電半導体４７は、このような各層の境界Ｂの光Ｌの導波を利用して発電を行うのが望ましい。
【００７９】
そこで、本実施形態では、上述した発電半導体部４７がこのような屈折率差をあえて大きくするように積層するのが望ましい。通常、陽極４６の屈折率は約２．０であり、発光層４９の屈折率は約１．６〜１．８である。またガラス基板４５の屈折率は約１．５である。従って、発電半導体部４７は、これらの各層などの屈折率差を敢えて大きくするように、例えば正孔注入層４７、正孔輸送層４８、電子輸送層５０及び電子注入層５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせとして設けることができる。
【００８０】
そこで、上記実施形態における有機電界発光素子３は、上記発電半導体部が、上記内部光Ｌが入射する側において隣り合う各上記層４８などのいずれかとの屈折率差を所定値以上とさせる材質であることを特徴とする。
【００８１】
また、上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３は、上記発電半導体部が、上記内部光Ｌが入射する側において隣り合う各上記層４８などいずれかとの屈折率差を所定値以上とさせる材質であることを特徴とする。
【００８２】
まず、光が隣り合う複数の層を通過する場合、これら複数の層の屈折率の差（屈折率差）がより大きい方が、より大きく屈折してこれら複数の層の境界に沿った方向に導波する光が多くなる。この発電半導体部４７などはその隣り合う層４８などとの屈折率差が十分に大きく、その隣り合う層４８などから入射した内部光Ｌは、この発電半導体部４７など内をあまり屈折しないで通過するよりも長い距離に渡り通過することになる。すると、この発電半導体部４７などは、上述したあまり屈折しないで通過した場合よりも、より多くの内部光Ｌを吸収して励起子を生成し、特定の電界下で電荷に分離し、輸送することができる。つまり、この発電半導体部４７などは、このような光電変換作用によって新たに電荷を発生し、発電を行うことができる。
【００８３】
このようにすると、有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【００８４】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。
【００８５】
さらに、上記実施形態における有機電界発光素子３においては、発電半導体部４７，４８の少なくとも一方が、上記有機電界発光層４９よりも上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）側に積層されていることを特徴とする。
【００８６】
また、上記実施形態における表示装置１が内蔵する有機電界発光素子３においては、発電半導体部４７，４８の少なくとも一方が、上記有機電界発光層４９よりも上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）側に積層されていることを特徴とする。
【００８７】
この有機電界発光層４９が放出した光Ｌは、外部に出力される際にこの有機電界発光層４９と陽極４６との間に積層された正孔注入層４７及び正孔輸送層４８を通過する際に、これら有機電界発光層４９、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、陽極４６及びガラス基板４５における各層の境界において屈折し、その一部が内部で消失し、全てが外部に放射されない。
【００８８】
この発電半導体部は、このように有機電界発光層４９とガラス基板４５との間で本来は消失してしまっていた光Ｌを吸収し、新たな電荷を生成して発電することができる。つまりこの発電半導体部は、本来外部光として外部に放出すべき光Ｌのうち、各層の屈折率の差によって外部光Ｌとして活用できなくなった内部光Ｌを利用して発電することができる。
【００８９】
このようにすると、有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【００９０】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。
【００９１】
さらにこの有機電界発光素子３は、有機電界発光層４９とガラス基板４５との間で乱反射していた内部光Ｌが減少することにより、明瞭な外部光Ｌを出力することができるためコントラストを向上することができる。
【００９２】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態における有機電界発光素子３ａの構成例を示す部分断面図である。
この第２実施形態における有機電界発光素子３ａは、第１実施形態とほぼ同様の構成であり、ほぼ同様の動作であることから、同一の構成及び動作については第１実施形態における図１から図４と同一の符号を用いるとともに、その説明を省略し、以下の説明では異なる点を中心として説明とする。
【００９３】
第１実施形態においては、陰極５２及び陽極４６間におけるいずれかの層（例えば正孔注入層４７、正孔輸送層４８、電子輸送層５０及び電子注入層５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ）が発電半導体部として機能することを例示しているが、第２実施形態においては、発電半導体部５３をこれら各層４７などとは別に積層させる点が異なっている。なお、この発電半導体部５３は、これら各層４７とは別に積層させる点を除いては、以下に説明する点を除いて、上記第１実施形態における発電半導体部４７などとほぼ同様の機能を有する。
【００９４】
この発電半導体部５３は、これら陽極４６、正孔注入層４７、正孔輸送層４８及び有機電界発光層４９のいずれかの間、及び、陰極５２、電子注入層５１、電子輸送層５０及び有機電界発光層４９のいずれかの間の少なくとも一方であればどの位置に積層されていてもよい。
【００９５】
第２実施形態においては、上記発電半導体部５３が、一例として陰極５２と電子注入層５１との間に積層されている。つまり、このような構成においては、有機電界発光素子３ａが、ガラス基板４５から、陽極４６、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、発光層４９、電子輸送層５０、電子注入層５１、発電半導体部（光電変換層）５３及び陰極５２の順で積層されている。
【００９６】
この有機電界発光素子３ａの積層構成としては、陽極４６から陰極５２の間において、このガラス基板４５側から次のような層構成を採用することができる。なお、以降の記載においては、「／」は各層の境界を表している。
陽極４６／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体部５３／陰極５１
【００９７】
＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態における有機電界発光素子３ｂの構成例を示す部分断面図である。
第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、第２実施形態とほぼ同様の構成であり、ほぼ同様の動作であることから、同一の構成及び動作については第２実施形態における図１から図５と同一の符号を用いるとともに、その説明を省略し、以下の説明では異なる点を中心として説明をする。
【００９８】
第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、第２実施形態における有機電界発光素子３ａの構成に加えて、バッファ層５５が存在している点が異なっている。このバッファ層５５は、隣接する各層への電子或いは正孔の注入効率を高める機能を有する。このバッファ層５５は、陰極５２と陽極４６との間に積層する各層のいずれかの層の組合せの間、少なくとも１カ所に積層することができる。
【００９９】
第３実施形態においては、一例としてバッファ層５５が陰極５２と発電半導体部５３との間に形成されていることを明示している。つまり、このような積層構成では、ガラス基板４５から、陽極４６、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、発光層４９、電子輸送層５０、電子注入層５１、発電半導体部５３、バッファ層５５及び陰極５２となるように積層されている。
【０１００】
＜その他の積層例＞
第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、ガラス基板４５から、次のような積層構成としてもよい。
陽極４６／バッファ層５５／発電半導体層５３（光電変換層）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／陰極５２
【０１０１】
また第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、ガラス基板４５から、次のような逆積みした積層構成を採用してもよい。
陰極５２／発電半導体部５３／電子注入層５１／電子輸送層５０／発光層４９／正孔輸送層４８／正孔注入層４７／バッファ層５５／陽極４６
【０１０２】
上記第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、複数の電極４６，５２（陽極、陰極）の少なくとも一方と発電半導体部５３との間において、上記発電半導体部５３への電荷の注入を促進するバッファ層５５を有することを特徴とする。
【０１０３】
上記第３実施形態における表示装置１ｂが内蔵する有機電界発光素子３ｂは、複数の電極４６，５２（陽極、陰極）の少なくとも一方と発電半導体部５３との間において、上記発電半導体部５３への電荷の注入を促進するバッファ層５５を有することを特徴とする。
【０１０４】
このような構成によれば、発電半導体部５３は、バッファ層５５の存在によって複数の電極４６，５２の少なくとも一方との電荷の受け渡しが容易になり、より電界発光効率を向上することができる。
【０１０５】
なお、このバッファ層５５は、発電半導体層５３の近傍に積層されているのが望ましい。このようにすると、バッファ層５５が発電半導体部５３の近傍に配置していると、より多くの電荷を発電半導体部５３へ注入することができる。このため発電半導体部５３は、より効率よく、吸収した内部光Ｌに基づいて新たな電荷を生成し、発電を行うことができる。
【０１０６】
＜第４実施形態＞
第４実施形態における有機電界発光素子は、第１実施形態〜第３実施形態とほぼ同様の構成であり、ほぼ同様の動作であることから、同一の構成及び動作については第１実施形態及び第３実施形態における図１〜図６と同一の符号を用いるとともに、その説明を省略し、以下の説明では異なる点を中心として説明する。
【０１０７】
上述した第１実施形態〜第３実施形態においては、各々、有機電界発光素子３，３ａ，３ｂが主として一層の発電半導体５３を有しているものと例示しているが、第４実施形態における有機電界発光素子は、複数の発電半導体部５３を有していてもよい。
【０１０８】
このような積層構成によれば、第４実施形態における有機電界発光素子は、陽極４６から陰極５２の間において、ガラス基板４５から、次のようないずれかの積層構成を採用することができる。
陽極４６／発電半導体部５３（光電変換層）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体層５３（光電変換層）／陰極５２
陽極４６／バッファ層５５／発電半導体部５３（光電変換層）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体部５３（光電変換層）／陰極５２
陽極４６／発電半導体部５３（光電変換層）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体部５３（光電変換層）／バッファ層５５／陰極５２
陽極４６／バッファ層５５／発電半導体部５３（光電変換層）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体部５３（光電変換層）／バッファ層５５／陰極５２
【０１０９】
第４実施形態によれば、上記第１実施形態から第３実施形態のいずれかの効果に加えてさらに、複数の発電半導体部５３がより多くの内部光Ｌを吸収し、より多くの電荷を発生することができるため、有機電界発光素子の電界発光効率を向上することができる。
【０１１０】
＜変形例＞
なお、本実施形態は、上記に限られず、種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
【０１１１】
＜発電装置＞
上記各実施形態では、このような各発電半導体部４７などが内蔵された有機電界発光素子３，３ａ，３ｂなどを例示しているが、これに限られず、これら上記第１実施形態における有機電界発光素子３、第２実施形態における有機電界発光素子３ａ、第３実施形態における有機電界発光素子３ｂ、及び第４実施形態における有機電界発光素子（以下、「有機電界発光素子３，３ａ，３ｂなど」という）を、それぞれ、次のように把握することもできる。
【０１１２】
すなわち、これら有機電界発光素子３，３ａ，３ｂなどは、一例として、上記各実施形態において各々発光層４９による発光機能に加えて、別途特殊な発電機能を搭載したものとした観点で把握しているが、その代わりに、発電装置が、発電半導体部４７，５３などによる発電機能に加えて、別途発光層４９による発光機能をとしての機能を有するという観点で把握することもできる。つまり、この発電装置は、発光層４９による光Ｌの発光機能を搭載したものであるという構成としての見方に変更することができる。すなわち、ここでいう発電装置は、上記各実施形態における有機電界発光素子３，３ａ，３ｂなどと同様の構成となっている。
【０１１３】
このような発電装置によれば、表示パネル７中に有機電界発光素子３などとは別に太陽電池を組み込む必要が無くなるため、上記実施形態における有機電界発光素子３などを薄膜で積層可能とし、コンパクトな構成とすることができるとともに製造コストを下げることができる。なお、この発電装置は、有機電界発光素子３など内における、上記内部光Ｌの導波により光損失を伴ういずれかの箇所に配置しておくことができる。
【０１１４】
上記実施形態における発電装置は、基板４５(ガラス基板)上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極４６，５２（陽極、陰極）と、上記複数の電極４６，５２間において積層されており、印加電圧によって上記複数の電極４６，５２間に生じた電界によって発光する有機電界発光層４９（発光層）と、上記有機電界発光層４９の周囲に配置し、上記有機電界発光層４９によって放出された光のうち上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせとを有することを特徴とする有機電界発光素子３などに内蔵された発電装置である。
【０１１５】
このように本実施形態では、有機電界発光素子３が、内部で自動的に電荷を発生する機構を兼ね備えている。具体的には、この有機電界発光素子３は、その内部に存在する発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ（正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層のいずれか又はこれらいずれかの組合せ）に光電変換機能を持たせている。
【０１１６】
このようにすると、この発電半導体部４７，４８，５０，５１のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせ（以下、「発電半導体部４７など」という）が、各々、有機電界発光素子３が生成した内部光を吸収することができる。具体的には、この内部光を吸収した発電半導体部４７などは励起子を生成し、特定の電界下で電荷（正孔又は電子）に分離して輸送する。この分離して輸送された電荷は、外部から供給（注入）された電荷とともに作用することで、有機電界発光層４９がエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光する。
【０１１７】
具体的には、まず有機電界発光層４９（発光層）は、印加電圧によって複数の電極４６、５２間に生じた電界によって発光する。このように有機電界発光素子３内で生じた光Ｌは、その一部が透明或いは半透明な電極４６（陽極）を通過して外部に出力されるが、その大部分は内部光Ｌとなる。
【０１１８】
上記有機電界発光素子３は、この有機電界発光層４９（発光層）の周囲に配置した発電半導体部４７などが、この内部光を吸収して励起子を生成し、特定の電界下で電荷（正孔又は電子）に分離し、輸送する。この発電半導体部４７などは、このような光電変換作用によって新たに電荷を発生し、発電を行うことができる。
【０１１９】
このため、この有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【０１２０】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。
【０１２１】
具体的には、この有機電界発光素子３は、例えば１０ｃｄ／の電荷発光効率がある特定の素子の場合、この発電半導体部４７などを設けると、５０％の消費電力を削減できれば、この電界発光効率が２０ｃｄ／Ａとなる。この有機電界発光素子３は、外部から供給される注入量が減るため、消費電力を低下させることができる。
【０１２２】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが有機半導体或いは無機半導体であることを特徴とする。
【０１２３】
このような構成によれば、有機電界発光素子３は、有機半導体或いは無機半導体である電荷注入層５１などを発電半導体部として内蔵することができるため、この発電半導体部を電荷注入層５１などとは別途設けなくてもよく、小型化を図ることができる。
【０１２４】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、上記発電半導体部４７などが、複数の電極４６，５２間のいずれかの層として積層されていることを特徴とする。
【０１２５】
上記発電半導体部が、上記有機電界発光層４９とともに複数の電極４６，５２間に積層されているため、有機電界発光層４９が放出した光を広い面積で受け取ることができる。このため、この発電半導体部４７などは、効率よく光電変換を行い、有機電界発光素子３の内部における消費電力を低減したり、上記有機電界発光層４９の電界発光効率を向上させることができる。
【０１２６】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などにおいては、発電半導体部が複数の電極４６，５２間に成膜された、電子注入層５１、電子輸送層５０、正孔輸送層４８及び正孔注入層４７のいずれか又はこれらいずれかの組合せであることを特徴とする。
【０１２７】
このようにすると、複数の電極４６，５２間に別途発電半導体部を設けなくても、上記有機電界発光素子３内に発電半導体部４７などを内蔵させることができるため、このような発電半導体部４７などを設けてもサイズが大きくならないようにすることができる。
【０１２８】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、上記発電半導体部４７などが、上記内部光Ｌが入射する側において隣り合う各上記層４７などのいずれかとの屈折率差を所定値以上とさせる材質であることを特徴とする。
【０１２９】
まず、光が隣り合う複数の層を通過する場合、これら複数の層の屈折率の差（屈折率差）がより大きい方が、より大きく屈折してこれら複数の層の境界に沿った方向に導波する光が多くなる。この発電半導体部４７などはその隣り合う層４８などとの屈折率差が十分に大きく、その隣り合う層４８などから入射した内部光Ｌは、この発電半導体部４７内などをあまり屈折しないで通過するよりも長い距離に渡り通過することになる。すると、この発電半導体部４７などは、上述したあまり屈折しないで通過した場合よりも、より多くの内部光Ｌを吸収して励起子を生成し、特定の電界下で電荷に分離し、輸送することができる。つまり、この発電半導体部４７などは、このような光電変換作用によって新たに電荷を発生し、発電を行うことができる。
【０１３０】
このようにすると、有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【０１３１】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。
【０１３２】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などにおいては、発電半導体部４７などが、上記有機電界発光層４９よりも上記透明或いは半透明な電極４６（陽極）側に積層されていることを特徴とする。
【０１３３】
この有機電界発光層４９が放出した光は、外部に出力される際にこの有機電界発光層４９と陽極４６との間に積層された正孔注入層４７及び正孔輸送層４８を通過する際に、これら有機電界発光層４９、正孔注入層４７、正孔輸送層４８、陽極４６及びガラス基板４５における各層の境界Ｂにおいて屈折し、その一部が内部で消失し、全てが外部に放射されない。
【０１３４】
この発電半導体部４７などは、このように有機電界発光層４９とガラス基板４５との間で本来は消失してしまっていた光を吸収し、新たな電荷を生成して発電することができる。つまりこの発電半導体部４７などは、本来外部光として外部に放出すべき光のうち、各層の屈折率の差によって外部光として活用できなくなった内部光を利用して発電することができる。
【０１３５】
このようにすると、有機電界発光素子３は、このように分離して輸送された電荷分、外部から供給（注入）されるべき電荷が少なくて済む。さらにこの有機電界発光素子３は、このように新たに発生した電荷によって、複数の電極４６，５２への印加電圧を抑制し、内部における消費電力を低減することができる。
【０１３６】
また、この有機電界発光素子３は、この新たに生じさせた電荷によって外部から有機電界発光層４９に供給（注入）すべき電荷を少なくしても、同等の光量の光Ｌを放射できるため、電界発光効率を向上させることができる。
【０１３７】
さらにこの有機電界発光素子３は、有機電界発光層４９とガラス基板４５との間で乱反射していた内部光Ｌが減少することにより、明瞭な外部光を出力することができるためコントラストを向上することができる。
【０１３８】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが複数の電極４６，５２間において上記内部光Ｌの色に各々対応した多層に形成されていることを特徴とする。
【０１３９】
このような構成によれば、多層の発電半導体部４７などが、各々、例えば色ごとに内部光Ｌを吸収することができるため、さらに効率よく内部光Ｌを利用して発電することができる。
【０１４０】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが、特定の波長帯域の内部光Ｌを吸収する材質で構成されていることを特徴とする。
【０１４１】
上記有機電界発光素子３においては、発電半導体部４７などが、特定の波長帯域において吸光度（低い透過率）が高くなるように調整してあると、次のような効果を発揮することができる。つまり発電半導体部４７などは、上述のように効率よく内部光Ｌを吸収して発電を行うことができるばかりでなく、特定の波長帯域を吸収するため、それ以外の波長帯域の光Ｌのコントラストを向上することができる。
【０１４２】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、上記発電半導体部４７などが特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域にわたる内部光Ｌを吸収する材質であることを特徴とする。
【０１４３】
このような構成によれば、有機電界発光素子３は、例えば表示装置１に用いられるため、有機電界発光層４９が出力した光Ｌのうち紫外線波長から赤外線波長の内部光Ｌを吸収することから、内部に散乱する内部光Ｌを減少させ、外部光Ｌによるコントラストを向上することができる。
【０１４４】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、上記発電半導体部４７などが、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることを特徴とする。
【０１４５】
このような構成とすると、有機電界発光素子３において発電半導体部４７などがより効率よく内部光Ｌに基づいて電荷を発生させ、この発生させた電荷を効率よく有機電界発光層４９（発光層）に供給（注入）することができる。このため有機電界発光層４９は、さらに消費電力を抑制するとともに、さらに電界発光効率が向上する。
【０１４６】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがバイポーラ半導体材料を材質とすることを特徴とする。
【０１４７】
このような構成とすると、バイポーラ半導体材料を用いた積層が容易なため、発電半導体部４７などを簡単に形成することができる。
【０１４８】
上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが、気層成膜、蒸着、塗布方法、ゾルゲル法、スパッタ法などにより成膜されたことを特徴とする。このようにすると、発電半導体部４７などは、一般的な成膜技術を用いて簡単に積層することができる。
【０１４９】
＜有機電界発光素子の変形例＞
上記実施形態における有機電界発光素子３などは、この発電半導体４７などが単層膜であってもよいし、或いは、ｐ型半導体及びｎ型半導体を混ぜた混合膜などであってもよい。
【０１５０】
つまり、上記各実施形態における有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが単層膜であることを特徴とする。上記各実施形態における表示装置１などが各々内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが単層膜であることを特徴とする。上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などが単層膜であることを特徴とする。
【０１５１】
このような構成とすると、一種類の材料で内部光の吸収、光から電荷キャリアへの分離及び膜内での電荷キャリア輸送、そして隣接する層への電荷キャリア注入を兼ね備え、成膜手順を簡便にすることができる。なお、ここでいう単層膜は、混合膜を含んだ概念としてもよい。
【０１５２】
つまり、上記実施形態における有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｐ型半導体およびｎ型半導体を混ぜた混合膜であることを特徴とする。上記実施形態における表示装置１などが各々内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｐ型半導体およびｎ型半導体を混ぜた混合膜であることを特徴とする。上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｐ型半導体およびｎ型半導体を混ぜた混合膜であることを特徴とする。
【０１５３】
このような構成によれば、一種類の材料で内部光Ｌの吸収、光から電荷キャリアへの分離及び膜内での電荷キャリア輸送、そして隣接する層への電荷キャリア注入を兼ね備えることが難しい場合、多種の材料を混合することにより各機能を補うことで、発電半導体部４７の光電変換膜としての機能を高めることができる。
【０１５４】
また、上記実施形態における有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であることを特徴とする。上記実施形態における表示装置１などが各々内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であることを特徴とする。上記実施形態における発電装置を内蔵する有機電界発光素子３などは、発電半導体部４７などがｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であることを特徴とする。
【０１５５】
多種の材料を混合する場合には濃度調整などの制御が難しいこともありうるが、上述のように積層することで、発電半導体部（光電変換膜）が、内部光の吸収、光から電荷キャリアへの分離及び膜内での電荷キャリア輸送、そして隣接する層への電荷キャリア注入の各機能により発揮する効果を大きくさせることができる。
【０１５６】
なお、発電半導体部４７などは、上述のような単層膜、混合膜及び積層膜のいずれかであるばかりでなく、混合膜及び積層膜を合わせた構造を採用しても良い。このような積層構造としては、発電半導体部４７などが、例えばｐ型半導体層とｐ型半導体層を積層したり、ｎ型半導体層とｎ型半導体層を積層する構造を例示することができる。このようにすると、これら混合膜及び積層膜によって各機能をすべて補い、発電半導体部４７などによる光電変換効率を向上させることができる。
【０１５７】
また発電装置が内蔵する第３実施形態における有機電界発光素子３ｂは、複数の電極４６，５２（陽極、陰極）の少なくとも一方と発電半導体部５３との間において、上記発電半導体部５３への電荷の注入を促進するバッファ層５５を有することを特徴とする。
【０１５８】
このような構成によれば、発電半導体部５３は、バッファ層５５の存在によって複数の電極４６，５２の少なくとも一方との電荷の受け渡しが容易になり、より電界発光効率を向上することができる。
【０１５９】
上記各実施形態では、有機電界発光素子３などの積層構成を各々例示したが、この積層構成は上述されたものに限られず、ガラス基板４５から次のような積層構成を採用することもできる。
【０１６０】
上記各実施形態では、１つの有機電界発光素子３などを例示しているが、例えば次のような構成としてもよい。すなわち、１つの有機電界発光素子３などが、複数の電極４６，５３間において、複数の積層構造（正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１の組み合わせが複数ある形態）を採用した場合には、各積層構造がこの発電半導体部５３を挟み込みつつ何層も配列している形態であってもよい。なお、この積層構造の配列順は逆としてもよい。
【０１６１】
上記各実施形態では、ガラス基板４５から、陽極４６／発電半導体部５３（光電変換膜）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／発電半導体部５３（光電変換膜）／正孔注入層４７／正孔輸送層４８／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／陰極５２の順で積層されていても良い。
【０１６２】
また上記各実施形態では、ガラス基板４５から、陽極４６／発電半導体部５３（光電変換膜）／発光層４９／発電半導体部５３（光電変換膜）／発光層４９／電子輸送層５０／電子注入層５１／陰極５２の順で積層されていも良い。
【０１６３】
上記各実施形態では、有機電界発光素子３などが、ガラス基板４５から、陽極４６／発電半導体部５３／発光層４９／発電半導体部５３／発光層４９／発電半導体部５３／・・（省略）・・／陰極５２の順のように、各層間に発電半導体部５３が挟み込まれている形態であってもよい。
【０１６４】
上記実施形態においては、発電半導体部５３が、主として陰極５２及び陽極４６の間におけるいずれかの層に積層されているものと例示しているが、これに限られない。すなわちこの発電半導体部５３は、このように陰極５２及び陽極４６との間に積層されているばかりではなく、有機電界発光素子３などの内部のいずれかの位置に配置されていてもよい。例えば、この発電半導体部５３は、隔壁５４、陽極４６、ガラス基板４５及び側部４１のいずれか又はこれらいずれかの組合せに配置されていてもよい。
【０１６５】
なお、発電半導体部としての側部４１は、上述した図示の例に限られず、各層４７などを成膜した際に光の取り出しに関係のない無駄な部分とすることができる。またこの側部４１は、図示のように右側のみならず、その代わりに或いは併せて左側に形成されていても良い。
【０１６６】
上記実施形態における有機電界発光素子３などにおいては、発電半導体部とすべき層を、例えば正孔注入層４７（や電子注入層５１）よりもより発光層４９に近い正孔輸送層４８（や電子輸送層５０）にすれば、この発電半導体部とした層がより有効に内部光を利用して新たに電荷を発生し、電界発光効率をより向上することができる。このとき併せて、上記実施形態における有機電界発光素子３などにおいては、その内部において外部に取り出して本来は利用することのできない内部光を除去することができるため、コントラストの向上に寄与する。
【０１６７】
上記実施形態における有機電界発光素子３などは、上記有機電界発光層４９（発光層）が、上記複数の電極４６，５２間において複数の箇所に積層されていてもよい。
【０１６８】
上記実施形態における表示装置１などにおいて有機電界発光素子３などが、上記有機電界発光層４９（発光層）が、上記複数の電極４６，５２間において複数の箇所に積層されていてもよい。
【０１６９】
上記実施形態における発電装置において有機電界発光素子３などが、上記有機電界発光層４９（発光層）が、上記複数の電極４６，５２間において複数の箇所に積層されていてもよい。
【０１７０】
このような構成とすると、有機電界発光層４９による光量が増すばかりでなく、発電半導体部４７などは複数箇所に積層されている有機電界発光層４９による内部光Ｌをより多く吸収し、この吸収した光に基づくより多くの新たな電荷を発生し、発電することができる。
【０１７１】
また上記各実施形態における有機電界発光素子３などは、各々、上記発電半導体部５３の材質成分は、π電子を含有する有機半導体材料ないし、色素機能材料であり、ＧａＡｓなどの無機半導体化合物、又は、ＺｎＯやＴｉＯなどの酸化物半導体を材質とすることを特徴とする。
【０１７２】
また上記各実施形態における表示装置１などは、それぞれ、有機電界発光素子３などが、各々、上記発電半導体部５３の材質成分は、π電子を含有する有機半導体材料ないし、色素機能材料であり、ＧａＡｓなどの無機半導体化合物、又は、ＺｎＯやＴｉＯなどの酸化物半導体を材質とすることを特徴とする。
【０１７３】
また上記各実施形態における発電装置は、それぞれ、有機電界発光素子３などが、各々、上記発電半導体部５３の材質成分は、π電子を含有する有機半導体材料ないし、色素機能材料であり、ＧａＡｓなどの無機半導体化合物、又は、ＺｎＯやＴｉＯなどの酸化物半導体を材質とすることを特徴とする。
【０１７４】
また上記実施形態では、発電半導体部４７などとその上下の各層との屈折率差を利用しているが、例えばこの発電半導体部４７などがその周辺層（例えば発電半導体部４７などの上層及びその下層）よりも屈折率が高い場合に、この発電半導体部４７など（光電変換部）内を内部光が導波しやすくなることを利用してもよい。すなわち、本実施形態においては、上述の構成に加えてさらに、この発電半導体部４７などが、その周辺層よりも屈折率が高い構成となっている。このようにすると、内部光が、一旦、発電半導体部４７など内に入射すると、この内部光は、この発電半導体４７など内に滞留し易くなり、発電半導体部４７などは、このような内部光を用いて内部における消費電力を低減することができる。
【０１７５】
また上記実施形態では、発電半導体部４７などに直接対面する上層及び下層の少なくとも一方に、その上層及びその下層の少なくとも一方の膜からの内部光Ｌを乱反射させる補償層を有する形態としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】第１実施形態としての有機電界発光素子を備える表示装置の外観の一例を示す正面図である。
【図２】第１実施形態における有機電界発光素子の構成例を示す部分断面図である。
【図３】複数の層を光が通過する際における光の屈折状態の一例を示す図である。
【図４】複数の層を光が通過する際における光の屈折状態の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態における有機電界発光素子の構成例を示す部分断面図である。
【図６】第３実施形態における有機電界発光素子の構成例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１７７】
１ 表示装置
１ａ 表示装置
１ｂ 表示装置
３ 有機電界発光素子
３ａ 有機電界発光素子
３ｂ 有機電界発光素子
６ 駆動回路
７ 表示パネル
４１ 側部（発電半導体部）
４５ ガラス基板（基板、発電半導体部）
４６ 陽極（複数の電極一方、透明或いは半透明な電極、発電半導体部）
４７ 正孔注入層（発電半導体部）
４８ 正孔輸送層（発電半導体部）
４９ 発光層（有機電界発光層）
５０ 電子輸送層（発電半導体部）
５１ 電子注入層（発電半導体部）
５２ 陰極（複数の電極の他方、発電半導体部）
５３ 発電半導体部
５４ 隔壁（発電半導体部）
Ｌ 光、内部光、外部光

Claims (36)

1. 基板上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極と、
   前記複数の電極間において積層されており、印加電圧によって前記複数の電極間に生じた電界によって発光する有機電界発光層と、
   前記有機電界発光層の周囲に配置し、前記有機電界発光層によって放出された光のうち前記透明或いは半透明な電極から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部と
   を有することを特徴とする有機電界発光素子。
2. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、有機半導体、無機半導体或いは酸化物半導体であることを特徴とする有機電界発光素子。
3. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、前記複数の電極間のいずれかの層として積層されていることを特徴とする有機電界発光素子。
4. 請求項３記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、前記複数の電極間に成膜された、電子注入層、電子輸送層、正孔輸送層及び正孔注入層のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせであることを特徴とする有機電界発光素子。
5. 請求項３記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、前記内部光が入射する側において隣り合う前記層との屈折率差を所定値以上とさせる材質であることを特徴とする有機電界発光素子。
6. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、前記有機電界発光層よりも前記透明或いは半透明な電極側に積層されていることを特徴とする有機電界発光素子。
7. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、前記複数の電極間において前記内部光の色に各々対応して多層に形成されていることを特徴とする有機電界発光素子。
8. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記有機電界発光層は、前記複数の電極間において複数箇所に積層されていることを特徴とする有機電界発光素子。
9. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記発電半導体部は、特定の波長帯域の前記内部光を吸収する材質で構成されていることを特徴とする有機電界発光素子。
10. 請求項９記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、前記特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域に渡る前記内部光を吸収する材質であることを特徴とする有機電界発光素子。
11. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることを特徴とする有機電界発光素子。
12. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、バイポーラ半導体材料を材質とすることを特徴とする有機電界発光素子。
13. 請求項１２記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、単層であることを特徴とする有機電界発光素子。
14. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、ｐ型半導体及びｎ型半導体を混ぜた混合膜であることを特徴とする有機電界発光素子。
15. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であることを特徴とする有機電界発光素子。
16. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記複数の電極の少なくとも一方と前記発電半導体部との間にて、前記発電半導体部への電荷の注入を促進するバッファ層を有することを特徴とする有機電界発光素子。
17. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部の材質成分は、π電子を含有する有機半導体材料ないし、色素機能材料であり、無機半導体化合物又は酸化物半導体を材質とすることを特徴とする有機電界発光素子。
18. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
    前記発電半導体部は、気相成膜、蒸着、塗布方法、ゾルーゲル法又はスパッタ法により成膜されることを特徴とする有機電界発光素子。
19. 基板上に積層した少なくとも一方が透明或いは半透明な複数の電極と、
    前記複数の電極間において積層されており、印加電圧によって前記複数の電極間に生じた電界によって発光する有機電界発光層と、
    前記有機電界発光層の周囲に配置し、前記有機電界発光層によって放出された光のうち前記透明或いは半透明な電極から外部に放出されずに内部に残留した内部光を利用し、光電変換機能によって発電を行う発電半導体部と
    を備える有機電界発光素子が配列する表示パネルと、
    入力された画像データに応じて前記複数の電極間に印加電圧を与えることで、前記表示パネルの各前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と
    を有することを特徴とする表示装置。
20. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、有機半導体或いは無機半導体であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
21. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記複数の電極間のいずれかの層として積層されていることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
22. 請求項２１記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記複数の電極間に成膜された、電子注入層、電子輸送層、正孔輸送層及び正孔注入層のいずれか又はこれらいずれかの組み合わせであることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
23. 請求項２１記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記内部光が入射する側において隣り合う前記層との屈折率差を所定値以上とさせる材質であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
24. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記有機電界発光層よりも前記透明或いは半透明な電極側に積層されていることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
25. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記複数の電極間において前記内部光の色に各々対応して多層に形成されていることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
26. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記有機電界発光層は、前記複数の電極間において複数箇所に積層されていることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
27. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、特定の波長帯域の前記内部光を吸収する材質で構成されていることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
28. 請求項２７記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、前記特定の波長帯域として紫外線領域から赤外線領域に渡る前記内部光を吸収する材質であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
29. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、電荷分離効率及び電荷輸送が高い膜であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
30. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、バイポーラ半導体材料を材質とすることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
31. 請求項３０記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、単層であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
32. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、ｐ型半導体及びｎ型半導体を混ぜた混合膜であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
33. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造であることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
34. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記複数の電極の少なくとも一方と前記発電半導体部との間にて、前記発電半導体部への電荷の注入を促進するバッファ層を有することを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
35. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部の材質成分は、π電子を含有する有機半導体材料ないし、色素機能材料であり、無機半導体化合物又は酸化物半導体を材質とすることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。
36. 請求項１９記載の表示装置において、
    前記発電半導体部は、気相成膜、蒸着、塗布方法、ゾルーゲル法又はスパッタ法により成膜されることを特徴とする有機電界発光素子を内蔵する表示装置。

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