JP2002056988A

JP2002056988A - 発光装置

Info

Publication number: JP2002056988A
Application number: JP2000242294A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Koyama; 智子小山; Takeo Kaneko; 丈夫金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】発光波長のスペクトル幅が従来の有機ＥＬ発
光素子に比べて格段に狭く、波長選択性に優れ、かつ指
向性持って光を出射でき、表示体だけでなく光通信など
にも適用できる、発光装置を提供する。【解決手段】端面発光型発光装置１０００は、基板１
０と、陽極１２と、エレクトロルミネッセンスによって
発光可能な有機発光層１６と、陰極１８と、を有する。
陽極１２と発光層１６との間に回折格子１４が配置され
る。回折格子１４は、第１の媒質層１４ａおよび第２の
媒質層１４ｂからなる。第１の媒質層１４ａ（Ｔｉ
Ｏ₂）は、陽極（ＩＴＯ）１２よりも屈折率が高い物質
からなる。第２の媒質層１４ｂは有機発光層１６を構成
する物質からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＬ（エレクトロ
ルミネッセンス）を用いた発光装置に関する。

【０００２】

【背景技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、光通信システムで用いられる光源としては、半導体
レーザが用いられる。半導体レーザは、波長選択性に優
れ、単一モードの光を出射できる点で好ましいが、多数
回にわたる結晶成長が必要であり、作成が容易でない。
また、半導体レーザでは、発光材料が限定され、種々の
波長の光を発光することができないという難点を有す
る。

【０００３】また、従来のＥＬ発光素子は、発光波長の
スペクトル幅が広く、表示体などの一部の用途では適用
されているものの、光通信などのスペクトル幅が狭い光
を要求される用途には不向きであった。

【０００４】本発明の目的は、発光波長のスペクトル幅
が従来のＥＬ発光素子に比べて格段に狭く、かつ指向性
があり、表示体だけでなく光通信などにも適用できる、
発光装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発光装置
は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置
され、エレクトロルミネッセンスによって発光可能な発
光層と、前記陽極と前記発光層との間に配置され、か
つ、前記陽極より屈折率が高い、高屈折率媒質層を含む
回折格子と、を備える。

【０００６】この発光装置によれば、一対の電極層、す
なわち陰極と陽極とからそれぞれ電子とホールとが発光
層内に注入され、この電子とホールとを発光層で再結合
させて、分子が励起状態から基底状態に戻るときに光が
発生する。そして、発光層で発生した光は、回折格子、
つまり互いに屈折率の異なる２種の媒質層が交互に周期
的に配置された格子により、波長選択性および指向性を
有する。

【０００７】そして、本発明で特徴的なことは、陽極よ
り屈折率が高い、高屈折率媒質層を含むた回折格子を陽
極と発光層との間に配置していることである。これによ
り、電場をより回折格子のところに閉じ込めることがで
きるので、回折格子の結合効率を大きくできる。また、
陰極での光の閉込め係数を小さくできる。その結果、本
発明の発光装置は、発光層で発光した光を効率よく回折
格子で帰還させることができ、さらに、陰極での光の吸
収も少ないため、スペクトル幅の小さい、所望の波長の
光を高い効率で得ることができる。

【０００８】本発明の前記回折格子は、前記高屈折率媒
質層を構成する材質を含む第１の媒質層と前記発光層を
構成する材質を含む第２の媒質層とを有する構造にする
ことができる。これによれば、陽極が回折格子の一方の
媒質層を兼ねる構造に比べ、陽極の機能を有効に発揮す
ることが可能となる。

【０００９】本発明の前記高屈折率媒質層の厚みは、
０．４５μｍ以下にするとができる。また、本発明の前
記高屈折率媒質層の厚みは、０．０５μｍ〜０．４５μ
ｍにすることができる。これらによれば、陰極での光の
閉じ込め係数を、所定値以下（例えば、好ましくは、
０．１以下、より好ましくは、０．０５以下）にするこ
とが可能となる。これによれば、陰極での吸収を小さく
でき、発光効率を高くすることができる。

【００１０】本発明の前記高屈折率媒質層の厚みは、
０．５μｍ以下にすることができる。また、本発明の前
記高屈折率媒質層の厚みは、０．０５μｍ〜０．５μｍ
にすることができる。これらによれば、回折格子の結合
効率を、所定値以上（例えば、好ましくは、０．１（μ
ｍ^-1）以上）にすることが可能となる。これによれば、
発光した光を回折格子内で効率よく帰還させ、所定波長
の光を効率よく得ることができる。

【００１１】本発明は、前記陽極の屈折率ｎ（anode）
と、前記発光層の屈折率ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＞
ｎ（EL）の関係において、前記高屈折率媒質層の厚み
を、０．０９μｍ以下または０．０５μｍ〜０．０９μ
ｍにすることができる。これらによれば、陰極の閉込め
係数の差を、所定値以上（例えば、好ましくは、０．１
以上）にすることが可能となる。これによれば、陰極の
閉込め係数の差が大きいので、特に伝播モードがシャー
プなＴＥ波を効率よく得ることができる。

【００１２】本発明は、前記陽極の屈折率ｎ（anode）
と、前記発光層の屈折率ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜
ｎ（EL）の関係において、前記高屈折率媒質層の厚み
が、０．１５μｍ以下または０．０５μｍ〜０．１５μ
ｍにすることができる。これらによれば、陰極の閉込め
係数の差を、所定値以上（例えば、好ましくは、０．１
以上）にすることが可能となる。これによれば、陰極の
閉込め係数の差が大きいので、特に伝播モードがシャー
プなＴＥ波を効率よく得ることができる。

【００１３】本発明は、前記陽極の屈折率ｎ（ano de）
と、前記発光層の屈折率ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜
ｎ（EL）の関係において、前記高屈折率媒質層の厚み
が、０．１μｍ以下または０．０５μｍ〜０．１μｍに
することができる。これらによれば、陰極の閉込め係数
の差を、所定値以上（例えば、好ましくは、０．３以
上）にすることが可能となる。これによれば、陰極の閉
込め係数の差が大きいので、特に伝播モードがシャープ
なＴＥ波を効率よく得ることができる。

【００１４】本発明に係る発光装置は、陽極と、陰極
と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、エレクトロ
ルミネッセンスによって発光可能な発光層と、前記陽極
と前記発光層との間に配置された回折格子と、前記陽極
と前記回折格子との間に配置され、前記陽極より屈折率
が高い高屈折率媒質層と、を備える。

【００１５】本発明で特徴的なことは、陽極より屈折率
が高い、高屈折率媒質層を陽極と回折格子との間に配置
していることである。これにより、電場をより回折格子
のところに閉じ込めることができるので、回折格子の結
合効率を大きくできる。また、陰極での光の閉込め係数
を小さくできる。その結果、本発明の発光装置は、発光
層で発光した光を効率よく回折格子で帰還させることが
でき、さらに、陰極での光の吸収も少ないため、スペク
トル幅の小さい、所望の波長の光を高い効率で得ること
ができる。

【００１６】本発明において、前記回折格子は、第１の
媒質層と前記発光層を構成する材質を含む第２の媒質層
とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層よ
りも屈折率が高い、とすることができる。これによれ
ば、回折格子への結合効率を上げることができる。

【００１７】本発明において、前記回折格子は、第１の
媒質層と前記発光層を構成する材質を含む第２の媒質層
とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層よ
りも屈折率が小さい、とすることができる。

【００１８】本発明において、前記回折格子は、第１の
媒質層と前記発光層を構成する材質を含む第２の媒質層
とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層と
同じ材料である、とすることができる。

【００１９】本発明において、前記陽極と前記回折格子
との間に配置されたホール輸送層を備え、前記ホール輸
送層は、前記高屈折率媒質層を含む、とすることができ
る。

【００２０】本発明に係る発光装置は、陽極と、陰極
と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、エレクトロ
ルミネッセンスによって発光可能な発光層と、前記陽極
と前記発光層との間に配置され、かつ、前記陽極より屈
折率が高い、高屈折率媒質層を含む回折格子と、前記陽
極と前記回折格子との間に配置されたホール輸送層と、
を備える。

【００２１】本発明で特徴的なことは、陽極より屈折率
が高い、高屈折率媒質層を含む回折格子を、陽極と発光
層との間に配置していることである。これにより、電場
をより回折格子のところに閉じ込めることができるの
で、回折格子の結合効率を大きくできる。また、陰極で
の光の閉込め係数を小さくできる。その結果、本発明の
発光装置は、発光層で発光した光を効率よく回折格子で
帰還させることができ、さらに、陰極での光の吸収も少
ないため、スペクトル幅の小さい、所望の波長の光を高
い効率で得ることができる。

【００２２】本発明において、前記高屈折率媒質層は、
前記ホール輸送層より屈折率が高い、とすることができ
る。これによれば、回折格子への結合効率を上げること
ができる。

【００２３】本発明において、前記高屈折率媒質層は、
前記ホール輸送層より屈折率が小さい、とすることがで
きる。

【００２４】本発明において、前記高屈折率媒質層は、
前記ホール輸送層と同じ材料からなる、とすることがで
きる。

【００２５】以上説明してきた前記高屈折率媒質層は、
前記陽極より高い屈折率を有すればよい。前記高屈折率
媒質層を構成する材質として、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｓ
ｉ₃Ｎ ₄、ＣｅＯ₂などを例示でき、これらのうち、少な
くともいずれか一つを含むことができる。

【００２６】前記陽極を構成する材質として、ＩＴＯ、
ＣｕＩ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどを例示でき、これらのう
ち、少なくともいずれか一つを含むことができる。

【００２７】本発明において、ＴＥ波とＴＭ波のうち、
主にＴＥ波が出射されるようにすることができる。そし
て、上記のように、本発明において、前記陽極の屈折率
ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率ｎ（EL）とが、ｎ
（anode）＜ｎ（EL）の関係にすることができる。これ
によれば、ＴＭモードとＴＥモードでの陰極の閉込め係
数の差を大きくすることができるので、特に伝播モード
がシャープなＴＥ波を効率よく得ることができる。

【００２８】前記回折格子は、分布帰還型または分布ブ
ラッグ反射型の回折格子であることが望ましい。このよ
うに、分布帰還型または分布ブラッグ反射型の回折格子
を形成することにより、発光層で得られた光を共振さ
せ、その結果、波長選択性があり発光スペクトル幅が狭
く、かつ優れた指向性を有する光を得ることができる。
これらの回折格子においては、出射光の波長によって回
折格子のピッチおよび深さが設定される。

【００２９】さらに、分布帰還型の前記回折格子をλ／
４位相シフト構造または利得結合型構造とすることによ
り、出射光をより単一モード化することができる。ここ
で、λは、光導波路内の光の波長を表す。

【００３０】特に、回折格子が分布帰還型であって、さ
らにλ／４位相シフト構造あるいは利得結合型構造を有
することは、本発明に係る発光装置において共通した望
ましい構成である。

【００３１】前記発光層は、発光材料として有機発光材
料を含むことが好ましい。有機発光材料を用いることに
より、例えば半導体材料や無機材料を用いた場合に比べ
て材料の選択の幅が広がり、種々の波長の光を発光する
ことが可能となる。前記発光層が有機発光材料を用いた
有機発光層の場合には、さらに、ホール輸送層および電
子輸送層の少なくともひとつを有することができる。ま
た、クラッド層として機能する層は、光伝搬層（コア
層）より屈折率が小さい層であればよく、光の閉じ込め
のみを目的とする層のみならず、電極層、基板、ホール
輸送層および電子輸送層などを兼ねることができる。

【００３２】本発明の前記発光装置から出射される光の
波長は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍである。

【００３３】次に、本発明に係る発光装置の各部分に用
いることができる材料の一部を例示する。これらの材料
は、公知の材料の一部を示したにすぎず、例示したもの
以外の材料を選択できることはもちろんである。

【００３４】（発光層）発光層の材料は、所定の波長の
光を得るために公知の化合物から選択される。発光層の
材料としては、有機化合物および無機化合物のいずれで
もよいが、種類の豊富さや成膜性の点から有機化合物で
あることが望ましい。

【００３５】このような有機化合物としては、例えば、
特開平１０−１５３９６７号公報に開示された、アロマ
ティックジアミン誘導体（ＴＰＤ）、オキシジアゾール
誘導体（ＰＢＤ）、オキシジアゾールダイマー（ＯＸＤ
−８）、ジスチルアリーレン誘導体（ＤＳＡ）、ベリリ
ウム−ベンゾキノリノール錯体（Ｂｅｂｑ）、トリフェ
ニルアミン誘導体（ＭＴＤＡＴＡ）、ルブレン、キナク
リドン、トリアゾール誘導体、ポリフェニレン、ポリア
ルキルフルオレン、ポリアルキルチオフェン、アゾメチ
ン亜鉛錯体、ポリフィリン亜鉛錯体、ベンゾオキサゾー
ル亜鉛錯体、フェナントロリンユウロピウム錯体などが
使用できる。

【００３６】より具体的には、有機発光層の材料として
は、特開昭６３−７０２５７号公報、同６３−１７５８
６０号公報、特開平２−１３５３６１号公報、同２−１
３５３５９号公報、同３−１５２１８４号公報、さら
に、同８−２４８２７６号公報および同１０−１５３９
６７号公報に記載されているものなど、公知のものが使
用できる。これらの化合物は単独で用いてもよく、２種
類以上を混合して用いてもよい。

【００３７】無機化合物としては、ＺｎＳ：Ｍｎ（赤色
領域）、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ（緑色領域）、ＳｒＳ：Ｃ
ｕ、ＳｒＳ：Ａｇ、ＳｒＳ：Ｃｅ（青色領域）などが例
示される。

【００３８】（基板）基板あるいは必要に応じて設けら
れるクラッド層は、公知の無機材料および有機材料を用
いることができる。

【００３９】代表的な無機材料としては、例えば特開平
５−２７３４２７号公報に開示されているような、Ｔｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂混合物、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｓ
ｉ₃Ｎ ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂またはＺｒＯ₂などを例示す
ることができる。

【００４０】また、代表的な有機材料としては、各種の
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および光硬化性樹脂な
ど、公知の樹脂を用いることができる。これらの樹脂
は、層の形成方法などを考慮して適宜選択される。例え
ば、熱および光の少なくとも一方のエネルギーによって
硬化することができる樹脂を用いることで、汎用の露光
装置やベイク炉、ホットプレートなどが利用できる。

【００４１】このような物質としては、例えば、本願出
願人による特願平１０−２７９４３９号に開示された紫
外線硬化型樹脂がある。紫外線硬化型樹脂としては、ア
クリル系樹脂が好適である。様々な市販の樹脂や感光剤
を利用することで、透明性に優れ、また、短期間の処理
で硬化可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂を得ること
ができる。

【００４２】紫外線硬化型のアクリル系樹脂の基本構成
の具体例としては、プレポリマー、オリゴマー、または
モノマーがあげられる。

【００４３】プレポリマーまたはオリゴマーとしては、
例えば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレー
ト類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアク
リレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のア
クリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメ
タクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリ
エーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利
用できる。

【００４４】モノマーとしては、例えば、２−エチルヘ
キシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレー
ト、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキ
シエチルメタクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリド
ン、カルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリ
ルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロ
ペンテニルアクリレート、１，３−ブタンジオールアク
リレート等の単官能性モノマー、１，６−ヘキサンジオ
ールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタ
クリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、
ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エチレング
リコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジア
クリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の
二官能性モノマー、トリメチロールプロバントリアクリ
レート、トリメチロールプロバントリメタクリレート、
ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリ
スリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが
利用できる。

【００４５】（ホール輸送層）必要に応じて設けられる
ホール輸送層の材料としては、公知の光伝導材料のホー
ル注入材料として用いられているもの、あるいは有機発
光装置のホール注入層に使用されている公知のものの中
から選択して用いることができる。ホール輸送層の材料
は、ホールの注入あるいは電子の障壁性のいずれかの機
能を有するものであり、有機物あるいは無機物のいずれ
でもよい。その具体例としては、例えば、特開平８−２
４８２７６号公報に開示されているものを例示すること
ができる。

【００４６】（電子輸送層）必要に応じて設けられる電
子輸送層の材料としては、陰極より注入された電子を有
機発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料
は公知の物質から選択することができる。その具体例と
しては、例えば、特開平８−２４８２７６号公報に開示
されたものを例示することができる。

【００４７】（電極層）陰極としては、仕事関数の小さ
い（例えば４ｅＶ以下）電子注入性金属、合金電気伝導
性化合物およびこれらの混合物を用いることができる。
このような電極物質としては、例えば特開平８−２４８
２７６号公報に開示されたものを用いることができる。

【００４８】陽極としては、仕事関数の大きい（例えば
４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物またはこれ
らの混合物を用いることができる。陽極として光学的に
透明な材料を用いる場合には、ＣｕＩ，ＩＴＯ，ＳｎＯ
₂，ＺｎＯなどの導電性透明材料を用いることができ、
透明性を必要としない場合には金などの金属を用いるこ
とができる。

【００４９】本発明において、回折格子の形成方法は特
に限定されるものではなく、公知の方法を用いることが
できる。その代表例を以下に例示する。

【００５０】リソブラフィーによる方法ポジまたはネガレジストを紫外線やＸ線などで露光およ
び現像して、レジスト層をパターニングするこにより、
回折格子を作成する。ポリメチルメタクリレートあるい
はノボラック系樹脂などのレジストを用いたパターニン
グの技術としては、例えば特開平６−２２４１１５号公
報、同７−２０６３７号公報などがある。

【００５１】また、ポリイミドをフォトリソブラフィー
によりパターニングする技術としては、例えば特開平７
−１８１６８９号公報および同１−２２１７４１号公報
などがある。さらに、レーザアブレーションを利用し
て、ガラス基板上にポリメチルメタクリレートあるいは
酸化チタンの回折格子を形成する技術として、例えば特
開平１０−５９７４３号公報がある。

【００５２】光照射による屈折率分布の形成による方
法光伝播部に屈折率変化を生じさせる波長の光を照射し
て、光伝播部に屈折率の異なる部分を周期的に形成する
ことにより回折格子を形成する。このような方法として
は、特に、ポリマーあるいはポリマー前駆体の層を形成
し、光照射などにより部分的に重合を行い、屈折率の異
なる領域を周期的に形成させて回折格子とすることが好
ましい。この種の技術として、例えば、特開平９−３１
１２３８号公報、同９−１７８９０１号公報、同８−１
５５０６号公報、同５−２９７２０２号公報、同５−３
２５２３号公報、同５−３９４８０号公報、同９−２１
１７２８号公報、同１０−２６７０２号公報、同１０−
８３００号公報、および同２−５１１０１号公報などが
ある。

【００５３】スタンピングによる方法熱可塑性樹脂を用いたホットスタンピング（特開平６−
２０１９０７号公報）、紫外線硬化型樹脂を用いたスタ
ンピング（特願平１０−２７９４３９号）、電子線硬化
型樹脂を用いたスタンピング（特開平７−２３５０７５
号公報）などのスタンピングによって回折格子を形成す
る。

【００５４】エッチングによる方法リソグラフィーおよびエッチング技術を用いて、薄膜を
選択的に除去してパターニングし、回折格子を形成す
る。

【００５５】以上、回折格子の形成方法について述べた
が、要するに、回折格子は互いに異なる屈折率を有する
２領域から構成されていればよく、屈折率の異なる２種
の材料により２領域を形成する方法、一種の材料を部分
的に変性させるなどして、屈折率の異なる２領域を形成
する方法、などにより形成することができる。

【００５６】また、発光装置の各層は、公知の方法で形
成することができる。たとえば、発光層は、その材質に
よって好適な成膜方法が選択され、具体的には、蒸着
法、スピンコート法、ＬＢ法、インクジェット法などを
例示できる。

【００５７】

【発明の実施の形態】図１は、本実施の形態に係る端面
発光型発光装置（以下、「有機発光装置」という）１０
００を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ線に沿った要部の断面図である。

【００５８】（構造）有機発光装置１０００は、基板１
０上に、陽極１２、有機発光層１６および陰極１８が、
この順序によって積層されている。

【００５９】この有機発光装置１０００は、基板１０の
屈折率が、陽極１２の屈折率より小さく設定されてい
る。

【００６０】陽極１２は、出射光に対して透明な導電材
料で構成される。このような透明電極の材料としては、
前述したものを用いることができる。

【００６１】陽極１２と有機発光層１６との間に回折格
子１４が配置されている。回折格子１４は、互いに屈折
率の異なる第１の媒質層１４ａと第２の媒質層１４ｂと
からなる。第１の媒質層１４ａは、陽極１２よりも屈折
率が高い物質からなり、例えば、可視光については、陽
極１２がＩＴＯのとき、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅を例示でき
る。一方、第２の媒質層１４ｂは有機発光層１６を構成
する物質からなる。回折格子１４の第１の媒質層１４ａ
を、陽極１２よりも屈折率が高い物質とするこにより、
回折格子１４の結合効率を大きく、かつ、陰極１８での
光の閉込め係数を小さくできる。この詳細は、後で説明
する。

【００６２】回折格子１４は、分布帰還型の回折格子で
あることが好ましい。このように分布帰還型の回折格子
を形成することにより、光を光導波路内で共振させ、波
長選択性および指向性に優れ、発光スペクトル幅の狭い
光を得ることができる。さらに、回折格子１４は、図示
はしないが、λ／４位相シフト構造または利得結合型構
造を有することが好ましい。このようにλ／４位相シフ
ト構造または利得結合型構造を有することにより、出射
光をより単一モード化することができる。

【００６３】有機発光層１６および陰極１８は、前述し
た材料から構成される。また、有機発光層１６および陰
極１８の厚さは特に限定されない。有機発光層１６は、
たとえば発光機能、導電性などを考慮して、０．１〜１
μｍの厚さを有することができる。また、陰極１８は、
たとえば導電性などを考慮して０．０５〜１μｍの厚さ
を有することができる。

【００６４】有機発光装置１０００は、主として、陽極
１２、回折格子１４および有機発光層１６によってコア
層１００が構成され、基板１０および陰極１８によって
クラッド層が構成される。

【００６５】他の構成；有機発光装置１０００において
は、図１に示すように、一方の端面には低反射率の第１
のコーティング層２０ａが形成され、他方の端面には高
反射率の第２のコーティング層２０ｂが形成されてい
る。これらのコーティング層は、例えば一般的に半導体
ＤＦＢレーザで用いられる誘電体多層ミラーなどを用い
ることができる。

【００６６】有機発光装置１０００の回折格子や有機発
光層などの製造方法および各層を構成する材料について
は、前述した方法あるいは材料などを適宜用いることが
できる。例えば、回折格子１４の形成においては、工程
が比較的シンプルなスタンピングによる方法などを好ま
しく用いることができる。

【００６７】（伝播モードの解析）次に、本実施の形態
の有機発光装置１０００の基本的構成を有する発光装置
の伝播モードについて、図３を参照して説明する。図３
には、発光装置の基本的構成と、その各構成部分に対応
する伝播モードとが示されている。発光装置の構成は、
図１および図２示す部分と同一部分には同一の符号を付
してある。図３において、符号「ａ」で示す領域は、回
折格子１４に対応し、符号「ｂ」で示す領域は陰極１８
に対応している。

【００６８】伝播モードから、回折格子１４での結合効
率および陰極１８での光の閉込め係数などを解析するこ
とができる。伝播モードは、例えば、文献「Internat
ional Journal of Optoelectronics ，１９９５，
ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．５，pages３３１−３３５」に記
載されている、一般的なモード計算によって求めること
ができる。以下、結合効率および光の閉込め係数などに
ついて詳述する。

【００６９】回折格子の結合効率；本発明の発光装置の
ように、多層構造の一部に周期的な凹凸（本実施の形態
での回折格子１４に対応する）を設けて光の波長分散を
制御する場合には、回折格子１４に伝播モードが効率よ
く結合することが重要である。伝播モードと回折格子と
の結合の度合を示す指標として、通常、結合効率（Coup
ling Coefficient）が用いられる。結合効率は、例え
ば、上記文献に記載の式（１４）、（１５）で表され
る。回折格子の結合効率は、図３の符号「ａ」で示す領
域の面積Ｓ１００の大きさを反映したものでとなる。す
なわち、回折格子を構成する二つの媒質層の条件および
回折格子の形状に関するファクターが固定された場合に
は、回折格子の結合効率は、面積Ｓ１００が大きいほど
大きくなる。そして、この結合効率が大きいほど、伝播
モードに対する回折格子１４の寄与が大きい。

【００７０】伝播モードは、発光装置を構成する層の
数、層の材質、厚さなどによって変化し、それに伴って
結合効率も変化する。発光装置において、発光した光を
回折格子内で効率よく帰還させ、所定波長の光を効率よ
く得るためには、回折格子１４での結合効率大きくする
ことが重要である。そのためには、結合効率は、好まし
くは０．１（μｍ^-1）以上である。

【００７１】陰極での閉込め係数；発光装置１０００に
おいて、通常、陰極１８は金属で構成されるため、光の
吸収が非常に大きくなる。ディスプレイのように発光を
陽極側から観察する場合には、陰極１８における光の吸
収はそれほど問題にならない。しかし、本発明のように
端面発光型の発光装置においては、陰極１８での光の吸
収は、発光効率の点から大きな問題となることが推測さ
れる。したがって、発光装置の発光効率を高めるために
は、伝播モードがなるべく陰極１８に重ならないことが
必要となる。

【００７２】陰極と伝播モードとの重なりを示す指標と
して、通常、陰極での閉込め係数が用いられる。ここ
で、閉込め係数は、図３の符号「ｂ」で示す領域の伝播
モードの積分値であり、この領域の面積Ｓ２００を反映
したものとなる。すなわち、閉込め係数は、前記面積Ｓ
２００に比例して大きくなる。そして、陰極での光の吸
収を少なくするためには、陰極での閉込め係数をできる
だけゼロに近づけることが必要である。

【００７３】伝播モードは、発光装置を構成する層の
数、層の材質、厚さなどによって変化し、それに伴って
閉込め係数も変化する。発光装置において、より高い発
光効率を達成するためには、陰極１６での光の閉込め係
数を小さくすることが重要である。そのためには、閉込
め係数は、好ましくは０．１以下、より好ましくは０．
０５以下である。

【００７４】（動作および作用）次に、この有機発光装
置１０００の動作および作用について説明する。

【００７５】陽極１２と陰極１８とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極１８から電子が、陽極１２から
ホールが、それぞれ有機発光層１６内に注入される。有
機発光層１６内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成され、この励起子が失活する
際に蛍光や燐光などの光が発生する。光の波長λは、可
視光の波長（４５０〜６５０ｎｍ）の範囲であることが
望ましい。

【００７６】有機発光層１６において発生した光は、一
部は基板１０および陰極１８によって反射されて、一部
はそのまま陽極１２および有機発光層１６内を伝搬す
る。コア層１００内では、光は、回折格子１４によって
分布帰還型の伝搬が行われ、コア層１００内をその端面
に向けて伝搬し、低反射率の第１のコーティング層２０
ａより、出射する。この出射光は、回折格子１４によっ
てコア層１００で分布帰還されて出射されるため、波長
選択性があり、発光スペクトル幅が狭く、かつ優れた指
向性を有する。さらに、回折格子１４をλ／４位相シフ
ト構造または利得結合型構造とすることにより、出射光
をより単一モード化することができる。ここで、λは、
光導波路内の光の波長を表す。

【００７７】そして、本実施の形態で特徴的なことは、
回折格子１４の第１の媒質層１４ａを、陽極１２よりも
屈折率が高い物質とすることにより、回折格子１４の結
合効率を大きく、かつ、陰極１８での光の閉込め係数を
小さくできる。その結果、発光装置１０００は、有機発
光層１６で発光した光を効率よく回折格子１４で帰還さ
せることができ、さらに、陰極１８での光の吸収も少な
い。したがって、発光装置１０００によれば、スペクト
ル幅の小さい、所望の波長の光を高い効率で得ることが
できる。

【００７８】（シミュレーション例）本発明の発光装置
について、陰極での光の閉じ込め係数および回折格子の
結合効率と、回折格子１４の第１の媒質層１４ａの厚さ
との関係を、それぞれシミュレーションによって調べ
た。シミュレーションに用いた発光装置は、図１および
図２に示す発光装置１０００の基本構造、すなわち、基
板１０，陽極１２，回折格子（陽極１２より屈折率が高
い物質からなる第１の媒質層１４ａと、有機発光層１６
からなる第２の媒質層１４ｂと、から構成されている）
１４，有機発光層１６および陰極１８の積層構造を有す
る。

【００７９】（１）発光装置のサンプル陽極としてはＩＴＯを用い、その厚さＴ１を０．１５μ
ｍ、回折格子の厚さＴ２を含む、有機発光層の厚さＴ３
を０．１μｍ（回折格子の部分を含む）、および陰極の
厚さＴ４を５μｍに設定した。基板は、回折格子の厚さ
に比べて十分に厚く、たとえば５μｍに設定した。

【００８０】また、サンプルとしては、（Ａ）陽極の屈
折率ｎ（anode）（以下、屈折率ｎ（ITO）と表す）が有
機発光層の屈折率ｎ（EL）より大きいもの、すなわちｎ
（ITO）＞ｎ（EL）のサンプル（以下、これを「サンプ
ルＡ」という）、および（Ｂ）陽極の屈折率ｎ（ITO）
が有機発光層の屈折率ｎ（EL）より小さいもの、すなわ
ちｎ（ITO）＜ｎ（EL）のサンプル（以下、これを「サ
ンプルＢ」という）、を用いた。

【００８１】（２）シミュレーションの方法以下に述べる各特性については、伝播モードは０次のみ
で評価し、さらにＴＥ波およびＴＭ波の両者について求
めた。伝播モードは、文献「InternationalJournal
of Optoelectronics ，１９９５，ｖｏｌ．１０，Ｎ
ｏ．５，pages３３１−３３５」に記載されている、一
般的なモード計算によって求めた。

【００８２】（３）シミュレーションの結果陰極での光の閉込め係数図４は、サンプルＡおよびＢについて求めた、ＴＥモー
ドにおける、閉込め係数と、回折格子１４の第１の媒質
層１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さとの関係をそれぞれ示
す。図４において、横軸は回折格子１４の第１の媒質層
１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さ、縦軸は陰極の閉込め係数
を示す。

【００８３】発光装置における陰極の閉込め係数は、前
述した理由により、好ましくは０．１以下、より好まし
くは０．０５以下である。回折格子１４の第１の媒質層
１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さが０．０５〜０．４５μｍ
であると、陰極の閉込め係数を０．０５以下にすること
ができる。

【００８４】回折格子の結合効率図５は、サンプルＡおよびＢについて求めた、回折格子
の結合効率と、回折格子１４の第１の媒質層１４ａ（Ｔ
ｉＯ₂層）の厚さとの関係をそれぞれ示す。図５におい
て、横軸は回折格子１４の第１の媒質層１４ａ（ＴｉＯ
₂層）の厚さ、縦軸は回折格子の結合効率を示す。

【００８５】発光装置における回折格子の結合効率（対
数表示）は、前述した理由により、好ましくは０．１
（μｍ^-1）以上であればよい。このことを考慮すると、
回折格子の結合効率の観点からは、回折格子１４の第１
の媒質層１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さは、サンプルＡ、
Ｂともに、０．５μｍ以下である。

【００８６】ＴＥ波とＴＭ波との対比からの考察図６は、サンプルＡおよびＢについて求めた、ＴＭモー
ドとＴＥモードでの閉込め係数の差（ＴＭ波の値−ＴＥ
波の値：Δc.f.）を、回折格子１４の第１の媒質層１４
ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さに対してプロットしたものであ
る。

【００８７】この閉込め係数の差Δc.f. が大きいほ
ど、偏光制御が効率よく行われ、伝播モードがシャープ
なＴＥ波のみを効率的に取り出すことができる。

【００８８】前述した理由から、閉込め係数の差Δc.f.
は、好ましくは０．１以上、より好ましくは０．３以上
である。このことを考慮すると、サンプルＡの場合、回
折格子１４の第１の媒質層１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚さ
を約０．０９μｍ以下にすると、閉込め係数の差Δc.f
を０．１以上にすることができる。サンプルＢの場合、
回折格子１４の第１の媒質層１４ａ（ＴｉＯ₂層）の厚
さを約０．１５μｍ以下にすると、閉込め係数の差Δc.
fを０．１以上にすることができ、約０．１μｍ以下に
すると、閉込め係数の差Δc.fを０．３以上にすること
がきる。

【００８９】（他の実施形態）なお、図２に示すよう
に、本実施形態では、第１の媒質層１４ａが側面で、か
つ、陽極１２が底面である溝部に、第２の媒質層１４ｂ
が形成されている。本発明は、図２に示す構造の他、図
７に示す実施形態がある。図７に示す構造は、陽極１２
全面上に高屈折率媒質層２２が配置されている。そし
て、第１の媒質層１４ａが側面で、かつ、高屈折率媒質
層２２が底面である溝部に、第２の媒質層１４ｂが形成
されている。高屈折率媒質層２２は、ホール輸送層とし
ても機能する。その他の構造については、図２に示す構
造と同じである。よって、図２中の符号が示す要素と同
一のものについては、同一の符号を付すことにより、説
明を省略する。

【００９０】また、本発明には、図８に示す実施形態が
ある。図８に示す構造は、陽極１２と回折格子１４との
間にホール輸送層２４が配置されている。第１の媒質層
１４ａ（高屈折率媒質層）は、ホール輸送層２４よりも
屈折率が高くてもよいし、低くてもよい。第１の媒質層
１４ａ（高屈折率媒質層）が、ホール輸送層２４よりも
屈折率が高いと、回折格子１４への結合効率を上げるこ
とができる。その他の構造については、図２に示す構造
と同じである。よって、図２中の符号が示す要素と同一
のものについては、同一の符号を付すことにより、説明
を省略する。

【００９１】以上述べた実施の形態では、発光層として
有機発光層を用いたものについて述べたが、有機発光層
の代わりに無機材料からなる発光層を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る有機発光装置を模式
的に示す斜視図である。

【図２】図１に示す有機発光装置の要部を、Ａ−Ａ線に
沿って模式的に示す断面図である。

【図３】本発明に係る発光装置の伝播モードを示す図で
ある。

【図４】本発明に係る発光装置について求めた、回折格
子の第１の媒質層の厚さと陰極での光の閉込め係数との
関係を示す図である。

【図５】本発明に係る発光装置について求めた、回折格
子の第１の媒質層の厚さと回折格子の結合効率との関係
を示す図である。

【図６】本発明に係る発光装置について求めた、回折格
子の第１の媒質層の厚さと、ＴＥモードとＴＭモードで
の光の閉込め係数の差との関係を示す図である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る有機発光装置の
要部を、模式的に示す断面図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る有機発光
装置の要部を、模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０基板１２陽極１４回折格子１４ａ第１の媒質層１４ｂ第２の媒質層１６有機発光層１８陰極２２高屈折率媒質層２４ホール輸送層１００コア層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、エレクトロルミ
ネッセンスによって発光可能な発光層と、前記陽極と前記発光層との間に配置され、かつ、前記陽
極より屈折率が高い、高屈折率媒質層を含む回折格子
と、を備えた発光装置。
【請求項２】請求項１において、前記回折格子は、前記高屈折率媒質層を構成する材質を
含む第１の媒質層と前記発光層を構成する材質を含む第
２の媒質層とを有する発光装置。
【請求項３】請求項２において、前記第１の媒質層の厚みは、０．４５μｍ以下である発
光装置。
【請求項４】請求項２において、前記第１の媒質層の厚みは、０．０５μｍ〜０．４５μ
ｍである発光装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記陰極の閉込め係数が、０．１以下である発光装置。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記陰極の閉込め係数が、０．０５以下である発光装
置。
【請求項７】請求項２において、前記第１の媒質層の厚みは、０．５μｍ以下である発光
装置。
【請求項８】請求項２において、前記第１の媒質層の厚みは、０．０５μｍ〜０．５μｍ
である発光装置。
【請求項９】請求項１、２、７または８のいずれかに
おいて、前記回折格子の結合効率が、０．１（μｍ^-1）以上であ
る発光装置。
【請求項１０】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＞ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みが、０．０９μｍ以下である発
光装置。
【請求項１１】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＞ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みは、０．０５μｍ〜０．０９μ
ｍである発光装置。
【請求項１２】請求項１、２、１０または１１のいず
れかにおいて、前記陰極の閉込め係数の差が、０．１以上である発光装
置。
【請求項１３】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みが、０．１５μｍ以下である発
光装置。
【請求項１４】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みが、０．０５μｍ〜０．１５μ
ｍである発光装置。
【請求項１５】請求項１、２、１３または１４のいず
れかにおいて、前記陰極の閉込め係数の差が、０．１以上である発光装
置。
【請求項１６】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みが、０．１μｍ以下である発光
装置。
【請求項１７】請求項２において、前記陽極の屈折率ｎ（anode）と、前記発光層の屈折率
ｎ（EL）とが、ｎ（anode）＜ｎ（EL）の関係において、前記第１の媒質層の厚みが、０．０５μｍ〜０．１μｍ
である発光装置。
【請求項１８】請求項１、２、１６または１７のいず
れかにおいて、前記陰極の閉込め係数の差が、０．３以上である発光装
置。
【請求項１９】陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、エレクトロルミ
ネッセンスによって発光可能な発光層と、前記陽極と前記発光層との間に配置された回折格子と、前記陽極と前記回折格子との間に配置され、前記陽極よ
り屈折率が高い高屈折率媒質層と、を備えた発光装置。
【請求項２０】請求項１９において、前記回折格子は、第１の媒質層と前記発光層を構成する
材質を含む第２の媒質層とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層よりも屈折率
が高い、発光装置。
【請求項２１】請求項１９において、前記回折格子は、第１の媒質層と前記発光層を構成する
材質を含む第２の媒質層とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層よりも屈折率
が小さい、発光装置。
【請求項２２】請求項１９において、前記回折格子は、第１の媒質層と前記発光層を構成する
材質を含む第２の媒質層とを有し、前記第１の媒質層は、前記高屈折率媒質層と同じ材料で
ある、発光装置。
【請求項２３】請求項１９〜２２のいずれかにおい
て、前記陽極と前記回折格子との間に配置されたホール輸送
層を備え、前記ホール輸送層は、前記高屈折率媒質層を含む、発光
装置。
【請求項２４】陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、エレクトロルミ
ネッセンスによって発光可能な発光層と、前記陽極と前記発光層との間に配置され、かつ、前記陽
極より屈折率が高い、高屈折率媒質層を含む回折格子
と、前記陽極と前記回折格子との間に配置されたホール輸送
層と、を備えた発光装置。
【請求項２５】請求項２４において、前記高屈折率媒質層は、前記ホール輸送層より屈折率が
高い、発光装置。
【請求項２６】請求項２４において、前記高屈折率媒質層は、前記ホール輸送層より屈折率が
小さい、発光装置。
【請求項２７】請求項２４において、前記高屈折率媒質層は、前記ホール輸送層と同じ材料か
らなる、発光装置。
【請求項２８】請求項１〜２７のいずれかにおいて、前記高屈折率媒質層は、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｓｉ₃Ｎ₄
およびＣｅＯ₂のうち、少なくともいずれか一つを含む
発光装置。
【請求項２９】請求項１〜２８のいずれかにおいて、前記陽極は、ＩＴＯ、ＣｕＩ、ＳｎＯ₂およびＺｎＯの
うち、少なくともいずれか一つを含む発光装置。
【請求項３０】請求項１〜２９のいずれかにおいて、ＴＥ波とＴＭ波のうち、主にＴＥ波が出射される発光装
置。
【請求項３１】請求項１〜３０のいずれかにおいて、前記回折格子は、分布帰還型の回折格子である発光装
置。
【請求項３２】請求項３１において、前記回折格子は、λ／４位相シフト構造を有する発光装
置。
【請求項３３】請求項３１において、前記回折格子は、利得結合型構造を有する発光装置。
【請求項３４】請求項１〜３０のいずれかにおいて、前記回折格子は、分布ブラッグ反射型の回折格子である
発光装置。
【請求項３５】請求項１〜３４のいずれかにおいて、前記陰極と前記発光層との間に配置された電子輸送層を
含む発光装置。
【請求項３６】請求項１〜３５のいずれかにおいて、前記発光層は、発光材料として有機発光材料を含む発光
装置。
【請求項３７】請求項１〜３６のいずれかにおいて、前記発光装置から出射される光の波長は、４５０ｎｍ〜
６５０ｎｍである発光装置。