JP2002344047A - レーザー構造体、発光装置、表示装置、光増幅器及びレーザー構造体の製造方法 - Google Patents
レーザー構造体、発光装置、表示装置、光増幅器及びレーザー構造体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】その応用分野が広く、小型軽量であり、その製
造工程も難易度が高くならないようなレーザー構造体
と、その応用装置、さらには該レーザー構造体の製造方
法を提供する。 【解決手段】本発明にかかるレーザー構造体は、面心立
方格子構造または最密六方格子構造となるように周期的
に配列される微粒子１１を母体とするものであり、その
ように規則的に配列された微粒子１１でブラッグ反射を
生じさせ、色素や有機エレクトロクロミック材料などの
発光性材料をレーザー媒体としてレーザー発振を発生さ
せる。
造工程も難易度が高くならないようなレーザー構造体
と、その応用装置、さらには該レーザー構造体の製造方
法を提供する。 【解決手段】本発明にかかるレーザー構造体は、面心立
方格子構造または最密六方格子構造となるように周期的
に配列される微粒子１１を母体とするものであり、その
ように規則的に配列された微粒子１１でブラッグ反射を
生じさせ、色素や有機エレクトロクロミック材料などの
発光性材料をレーザー媒体としてレーザー発振を発生さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電子分野で広く
適用可能なレーザー構造体と、そのようなレ−ザー構造
体を用いた表示装置、発光装置及び光増幅器と、更には
前記レーザー構造を製造するためのレーザー構造体の製
造方法に関する。
適用可能なレーザー構造体と、そのようなレ−ザー構造
体を用いた表示装置、発光装置及び光増幅器と、更には
前記レーザー構造を製造するためのレーザー構造体の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザーの構造としては、ガスレ
ーザーや半導体レーザーが広く知られている。ガスレー
ザーはガスを励起して発振させるもので、鏡を置くこと
で共振器を形成する。これに対して半導体レーザーは、
半導体を励起して発振させるもので、一般には端面を鏡
として共振器を形成する。また最近、微小球レーザを用
いてレーザー発振したという報告がある。これは微小球
そのものが共振器となり、その中で光が全反射条件で周
回することでレーザー発振するもの(Whispering-Galler
y modes)であり、このような技術については、「化学」第
４７巻、３号、１５６頁（1992年）、 「化学と工業」第
４５巻、６号、１１１０頁（1992年）などの文献に記載
されており、また、特開平5‐61080号公報にも、微小球
を用いレーザー発振させる技術について記載がある。
ーザーや半導体レーザーが広く知られている。ガスレー
ザーはガスを励起して発振させるもので、鏡を置くこと
で共振器を形成する。これに対して半導体レーザーは、
半導体を励起して発振させるもので、一般には端面を鏡
として共振器を形成する。また最近、微小球レーザを用
いてレーザー発振したという報告がある。これは微小球
そのものが共振器となり、その中で光が全反射条件で周
回することでレーザー発振するもの(Whispering-Galler
y modes)であり、このような技術については、「化学」第
４７巻、３号、１５６頁（1992年）、 「化学と工業」第
４５巻、６号、１１１０頁（1992年）などの文献に記載
されており、また、特開平5‐61080号公報にも、微小球
を用いレーザー発振させる技術について記載がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ガスレーザは、一般に
装置が大型化する上に消費電力も大きい。また、場合に
よっては大掛かりな冷却機構が必要となる。さらにガス
レーザの作製工程は、鏡やガスチューブを使うので複雑
であるし、メンテナンスにも高度な技術を必要とする。
また発振波長は、ガスの物性によるところが大きく、ま
だ実在しないような波長範囲がある。
装置が大型化する上に消費電力も大きい。また、場合に
よっては大掛かりな冷却機構が必要となる。さらにガス
レーザの作製工程は、鏡やガスチューブを使うので複雑
であるし、メンテナンスにも高度な技術を必要とする。
また発振波長は、ガスの物性によるところが大きく、ま
だ実在しないような波長範囲がある。
【０００４】半導体レーザでは、基板に半導体を用いる
上にMBEやMOCVDなどの難しい成長技術を使用するので、
製造工程が複雑で困難になる上に高価になる。また発振
波長は、半導体の物性によるところが大きく、デバイス
としてまだ実在しないような波長範囲がある。たとえば
波長として380nmより短波長の紫外領域や2μｍ以上の赤
外領域などがある。
上にMBEやMOCVDなどの難しい成長技術を使用するので、
製造工程が複雑で困難になる上に高価になる。また発振
波長は、半導体の物性によるところが大きく、デバイス
としてまだ実在しないような波長範囲がある。たとえば
波長として380nmより短波長の紫外領域や2μｍ以上の赤
外領域などがある。
【０００５】微小球レーザの発振機構は、微小球の中で
強め合う位相条件で光が周回することで発振させてい
る。この場合、光が微小球の中に強く閉じ込められてい
るので、全反射条件で反射を繰り返して周回するので、
外部への光のもれが少なく、大きい光出力が得難い。ま
た、励起する方法が光励起などに限られており、その応
用範囲が限られたものとならざるを得ない。
強め合う位相条件で光が周回することで発振させてい
る。この場合、光が微小球の中に強く閉じ込められてい
るので、全反射条件で反射を繰り返して周回するので、
外部への光のもれが少なく、大きい光出力が得難い。ま
た、励起する方法が光励起などに限られており、その応
用範囲が限られたものとならざるを得ない。
【０００６】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、その応用分野が広く、小型軽量であり、その製造工
程も難易度が高くならないようなレーザー構造体と、そ
の応用装置、さらには該レーザー構造体の製造方法を提
供することを目的とする。
み、その応用分野が広く、小型軽量であり、その製造工
程も難易度が高くならないようなレーザー構造体と、そ
の応用装置、さらには該レーザー構造体の製造方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明のレーザー構造体は、複数の微粒子を周期的
に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射によってレー
ザー発振させることを特徴とする。この発明において
は、微粒子間の隙間にブラッグ条件を満たす波長で発光
する発光性材料を充填する構造とすることができ、或い
は微粒子が発光性材料を含むように構成することができ
る。発光性材料としては色素材料または有機エレクトロ
ルミネセンス材料などを用いることが可能である。
め、本発明のレーザー構造体は、複数の微粒子を周期的
に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射によってレー
ザー発振させることを特徴とする。この発明において
は、微粒子間の隙間にブラッグ条件を満たす波長で発光
する発光性材料を充填する構造とすることができ、或い
は微粒子が発光性材料を含むように構成することができ
る。発光性材料としては色素材料または有機エレクトロ
ルミネセンス材料などを用いることが可能である。
【０００８】本発明のレーザー構造体では、複数の微粒
子を周期的に配列させた構造では、その周期的な配列か
ら回折格子が形成される。このような回折格子に光が入
射した場合には、前記周期的な配列によってブラッグ反
射が生じ所要の波長の鋭いピークの回折光が得られるこ
とになる。この回折光を励起光源としながら、レーザー
媒体としての色素材料や有機エレクトロルミネセンス材
料などの発光性材料に照射して、所要のレーザー出力を
得ることができる。レーザー媒体は励起することで反転
分布状態を形成する材料部分であり、微粒子そのものや
微粒子間の隙間に配され、レーザー照射の際に励起され
る。
子を周期的に配列させた構造では、その周期的な配列か
ら回折格子が形成される。このような回折格子に光が入
射した場合には、前記周期的な配列によってブラッグ反
射が生じ所要の波長の鋭いピークの回折光が得られるこ
とになる。この回折光を励起光源としながら、レーザー
媒体としての色素材料や有機エレクトロルミネセンス材
料などの発光性材料に照射して、所要のレーザー出力を
得ることができる。レーザー媒体は励起することで反転
分布状態を形成する材料部分であり、微粒子そのものや
微粒子間の隙間に配され、レーザー照射の際に励起され
る。
【０００９】本発明の発光装置は、複数の微粒子を周期
的に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射によってレ
ーザー発振させるレーザー構造体と、該レーザー構造体
に接する一対の光導波路とを配設してなることを特徴と
する。
的に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射によってレ
ーザー発振させるレーザー構造体と、該レーザー構造体
に接する一対の光導波路とを配設してなることを特徴と
する。
【００１０】前述のように、ブラッグ反射によってレー
ザー発振するレーザー構造体には励起光源からの励起光
が入射する。その励起光の入射方法として一対の導波路
を形成し、その光導波路にそれぞれ励起光を導入する。
そして、一対の導波路にそれぞれ入射した励起光による
エネルギーが閾値を越えた時にレーザー発振が開始され
る。
ザー発振するレーザー構造体には励起光源からの励起光
が入射する。その励起光の入射方法として一対の導波路
を形成し、その光導波路にそれぞれ励起光を導入する。
そして、一対の導波路にそれぞれ入射した励起光による
エネルギーが閾値を越えた時にレーザー発振が開始され
る。
【００１１】本発明は、このような導波路をマトリクス
状に形成して、表示装置を構成することができる。本発
明の表示装置は、マトリクス状に配列される導波路と、
前記導波路の各交差部に設けられ、複数の微粒子を周期
的に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を
励起光としてレーザー発振させるレーザー構造体とを有
することを特徴とする。
状に形成して、表示装置を構成することができる。本発
明の表示装置は、マトリクス状に配列される導波路と、
前記導波路の各交差部に設けられ、複数の微粒子を周期
的に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を
励起光としてレーザー発振させるレーザー構造体とを有
することを特徴とする。
【００１２】本発明の表示装置では、導波路がマトリク
ス状に配列されるため、その導波路に導入する励起光を
選択信号のように用いることができる。すなわち、水平
方向の１つのラインを選択したときに、そのラインに対
応する信号を垂直方向の複数ラインに送ることで表示す
べき情報に応じた表示が可能となり、順次選択線を移動
させて画面表示も可能となる。レーザー発振させるレー
ザー構造体の発光色を３原色とすることで、カラー表示
も可能となり、このような発光色の調整は、レーザー構
造体のレーザー媒体を調整することで容易に実現でき
る。
ス状に配列されるため、その導波路に導入する励起光を
選択信号のように用いることができる。すなわち、水平
方向の１つのラインを選択したときに、そのラインに対
応する信号を垂直方向の複数ラインに送ることで表示す
べき情報に応じた表示が可能となり、順次選択線を移動
させて画面表示も可能となる。レーザー発振させるレー
ザー構造体の発光色を３原色とすることで、カラー表示
も可能となり、このような発光色の調整は、レーザー構
造体のレーザー媒体を調整することで容易に実現でき
る。
【００１３】また、本発明の他の表示装置として、マト
リクス状に配列される導波路を用いずに、複数の微粒子
を周期的に配列させたレーザー構造体を透明支持面に配
する構造とすることもできる。この構造では、励起光の
導入手段として、電子線を走査しながら照射する手段
と、レーザー光を照射する手段を用いることができる。
リクス状に配列される導波路を用いずに、複数の微粒子
を周期的に配列させたレーザー構造体を透明支持面に配
する構造とすることもできる。この構造では、励起光の
導入手段として、電子線を走査しながら照射する手段
と、レーザー光を照射する手段を用いることができる。
【００１４】このような表示装置によれば、レーザー構
造体をレーザー発振させるために励起光は、電子銃や他
のレーザー装置からの光を利用することになり、励起光
を走査することで画面表示が可能となり、レーザー発振
させるレーザー構造体の発光色を３原色とすることで、
カラー表示も実現される。
造体をレーザー発振させるために励起光は、電子銃や他
のレーザー装置からの光を利用することになり、励起光
を走査することで画面表示が可能となり、レーザー発振
させるレーザー構造体の発光色を３原色とすることで、
カラー表示も実現される。
【００１５】また、本発明の光増幅器は、導波路に複数
の微粒子を周期的に配列させ該微粒子におけるブラッグ
反射の回折光を励起光としてレーザー発振させるレーザ
ー構造体を配設し、該レーザー構造体によって前記導波
路を通過する光を増幅させることを特徴とする。この光
増幅器に用いられる導波路の一例としては、光ファイバ
ーを用いることができる。
の微粒子を周期的に配列させ該微粒子におけるブラッグ
反射の回折光を励起光としてレーザー発振させるレーザ
ー構造体を配設し、該レーザー構造体によって前記導波
路を通過する光を増幅させることを特徴とする。この光
増幅器に用いられる導波路の一例としては、光ファイバ
ーを用いることができる。
【００１６】レーザー構造体は励起状態となった際にレ
ーザー発振を行うが、励起状態とするために励起光が照
射され、そのような励起光の一部として導波路を通過す
る光を用いる。このため導波路を通過する光がレーザー
構造体によって光増幅されることになり、光技術分野で
広く応用できる。
ーザー発振を行うが、励起状態とするために励起光が照
射され、そのような励起光の一部として導波路を通過す
る光を用いる。このため導波路を通過する光がレーザー
構造体によって光増幅されることになり、光技術分野で
広く応用できる。
【００１７】また、本発明のレーザー構造体の製造方法
は、上述の如き構造のレーザー構造体を製造する方法で
あって、溶液中に複数の微粒子を分散させ、前記溶液の
底部に前記複数の微粒子を堆積させて周期的に配列させ
たレーザー構造体を形成することを特徴とする。
は、上述の如き構造のレーザー構造体を製造する方法で
あって、溶液中に複数の微粒子を分散させ、前記溶液の
底部に前記複数の微粒子を堆積させて周期的に配列させ
たレーザー構造体を形成することを特徴とする。
【００１８】本発明のレーザー構造体の製造方法によれ
ば、溶液中に分散されるものが微粒子であることから、
その溶液中に均一に分散させることも可能であり、且つ
微粒子の自重などによって溶液の底部に微粒子を堆積さ
せることもできる。各微粒子の形状を揃えることで、各
微粒子は規則的な配列状態を呈するようになり、ブラッ
グ反射の回折格子として機能させる周期的配列が容易に
形成される。
ば、溶液中に分散されるものが微粒子であることから、
その溶液中に均一に分散させることも可能であり、且つ
微粒子の自重などによって溶液の底部に微粒子を堆積さ
せることもできる。各微粒子の形状を揃えることで、各
微粒子は規則的な配列状態を呈するようになり、ブラッ
グ反射の回折格子として機能させる周期的配列が容易に
形成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００２０】本発明にかかるレーザー構造体１０は、図
１に示すように周期的に配列される微粒子１１を母体と
するものであり、ブラッグ反射を生じさせてレーザー発
振を発生させる構造となっている。
１に示すように周期的に配列される微粒子１１を母体と
するものであり、ブラッグ反射を生じさせてレーザー発
振を発生させる構造となっている。
【００２１】複数の微粒子１１は実質的に同一形状の微
小球からなり、所定の屈折率を有した透明微小球であ
る。この微粒子１１は、後述するように、最密状態とな
るように配列されて回折格子を構成する微小球であり、
好ましくは真球状とされる。微粒子１１の径は、ブラッ
グ反射を生じさせるものであれば、特に限定されるもの
ではないが、一例としては１０ｎｍ〜１００μｍであ
り、より好ましくは１０nm〜１０００ｎｍとされる。こ
のような微粒子１１は例えば有機高分子、無機物、無機
物と有機高分子とから構成された複合物質のいずれであ
ってもよい。
小球からなり、所定の屈折率を有した透明微小球であ
る。この微粒子１１は、後述するように、最密状態とな
るように配列されて回折格子を構成する微小球であり、
好ましくは真球状とされる。微粒子１１の径は、ブラッ
グ反射を生じさせるものであれば、特に限定されるもの
ではないが、一例としては１０ｎｍ〜１００μｍであ
り、より好ましくは１０nm〜１０００ｎｍとされる。こ
のような微粒子１１は例えば有機高分子、無機物、無機
物と有機高分子とから構成された複合物質のいずれであ
ってもよい。
【００２２】有機高分子または複合物質を構成する有機
高分子としては、スチレン，メタクリル酸エステル（例
えばメタクリル酸メチル），アクリル酸エステル（例え
ばアクリル酸メチル），酢酸ビニル，ジビニルベンゼ
ン，脂環式基（例えばシクロヘキシル基）を有するビニ
ルモノマー等のビニル系モノマーのホモポリマーまたは
コポリマー、ならびにポリジアセチレン，ポリチオフェ
ン，ポリパラフェニレンビニレン等の共役系高分子等が
挙げられる。有機高分子のみにより非線形光学部（領
域）を構成する場合には、共役系高分子が好適に用いら
れる。
高分子としては、スチレン，メタクリル酸エステル（例
えばメタクリル酸メチル），アクリル酸エステル（例え
ばアクリル酸メチル），酢酸ビニル，ジビニルベンゼ
ン，脂環式基（例えばシクロヘキシル基）を有するビニ
ルモノマー等のビニル系モノマーのホモポリマーまたは
コポリマー、ならびにポリジアセチレン，ポリチオフェ
ン，ポリパラフェニレンビニレン等の共役系高分子等が
挙げられる。有機高分子のみにより非線形光学部（領
域）を構成する場合には、共役系高分子が好適に用いら
れる。
【００２３】有機高分子により構成された透明微粒子
は、例えば有機高分子からなる核粒子の表面が他の有機
高分子により被覆されてなる２層構造のものであっても
よい。また、有機高分子からなる透明微粒子は、通常の
エマルジョン重合、または該エマルジョン重合により得
られた透明微粒子を溶媒、膨潤助剤等により膨潤させな
がら、さらにモノマーを重合させるシード重合で製造す
ることができる。
は、例えば有機高分子からなる核粒子の表面が他の有機
高分子により被覆されてなる２層構造のものであっても
よい。また、有機高分子からなる透明微粒子は、通常の
エマルジョン重合、または該エマルジョン重合により得
られた透明微粒子を溶媒、膨潤助剤等により膨潤させな
がら、さらにモノマーを重合させるシード重合で製造す
ることができる。
【００２４】無機物としては、各種ガラス、シリカなど
の無機系光学材料が用いられる。また、Ｎｄ3+（ネオジ
ウムイオン），Ｅｕ3+（ユーロピウムイオン），Ｅｒ3+
（エルビウムイオン）等の希土類元素イオンを含むガラ
ス、または希土類元素イオンに必要に応じてＣｒ3+（ク
ロムイオン）等の金属イオンが混合されたイオンを含む
ガラスが好ましく用いられる。
の無機系光学材料が用いられる。また、Ｎｄ3+（ネオジ
ウムイオン），Ｅｕ3+（ユーロピウムイオン），Ｅｒ3+
（エルビウムイオン）等の希土類元素イオンを含むガラ
ス、または希土類元素イオンに必要に応じてＣｒ3+（ク
ロムイオン）等の金属イオンが混合されたイオンを含む
ガラスが好ましく用いられる。
【００２５】このような希土類元素イオンを含むガラス
からなる無機物は、例えばケイ酸ガラス（ＳｉＯ2 ）、
リン酸ガラス（Ｐ2 Ｏ5 ）、フツリン酸ガラス（Ｌｉ
Ｆ，Ａｌ（ＰＯ3 ）2 ）等のガラスに例えば１０重量％
以下、通常約３重量％の前記希土類元素酸化物を含むも
のである。これらのガラスは原料組成物を１５００℃程
度で、一般的には溶融促進剤を加えることにより７００
〜１０００℃で溶融してガラスカレットとした後、粉
砕，分級をへてガラス破片を火焔フレーム中で再溶融す
る吹上法で球形化し、ガラスからなる透明微粒子とする
ことができる。
からなる無機物は、例えばケイ酸ガラス（ＳｉＯ2 ）、
リン酸ガラス（Ｐ2 Ｏ5 ）、フツリン酸ガラス（Ｌｉ
Ｆ，Ａｌ（ＰＯ3 ）2 ）等のガラスに例えば１０重量％
以下、通常約３重量％の前記希土類元素酸化物を含むも
のである。これらのガラスは原料組成物を１５００℃程
度で、一般的には溶融促進剤を加えることにより７００
〜１０００℃で溶融してガラスカレットとした後、粉
砕，分級をへてガラス破片を火焔フレーム中で再溶融す
る吹上法で球形化し、ガラスからなる透明微粒子とする
ことができる。
【００２６】複合物質は、無機物と有機高分子とから構
成されるが、複合物質からなる透明微粒子としては、例
えば無機物あるいは有機高分子からなる真球状の核粒子
の表面を、他の有機高分子あるいは無機物で被覆してな
るものが挙げられる。具体的には、ビニル基を有するシ
ランカップリング剤でガラスビーズ表面を処理し、当該
表面上でベンゾイルパーオキシド等のラジカル重合開始
剤を用いて前記ビニル系モノマーを重合して得られる透
明微粒子が挙げられる。なお、ゾルーゲル法等により得
られる有機系の置換基を有するポリシロキサン，ポリシ
ラン等からなる透明微粒子および微粒子の表面をゾルー
ゲル法等で処理した透明微粒子も当該複合微粒子に含ま
れる。
成されるが、複合物質からなる透明微粒子としては、例
えば無機物あるいは有機高分子からなる真球状の核粒子
の表面を、他の有機高分子あるいは無機物で被覆してな
るものが挙げられる。具体的には、ビニル基を有するシ
ランカップリング剤でガラスビーズ表面を処理し、当該
表面上でベンゾイルパーオキシド等のラジカル重合開始
剤を用いて前記ビニル系モノマーを重合して得られる透
明微粒子が挙げられる。なお、ゾルーゲル法等により得
られる有機系の置換基を有するポリシロキサン，ポリシ
ラン等からなる透明微粒子および微粒子の表面をゾルー
ゲル法等で処理した透明微粒子も当該複合微粒子に含ま
れる。
【００２７】このような微粒子はブラッグ反射をするよ
うに周期的に配列される。先ず、ブラッグ反射を生じさ
せるためのブラッグ条件は、次の式の如き条件とされ
る。
うに周期的に配列される。先ず、ブラッグ反射を生じさ
せるためのブラッグ条件は、次の式の如き条件とされ
る。
【００２８】
【数１】
【００２９】この数１の式中、ｎはモード屈折率（ｎ〜
１．３）であり、Λは回折格子の周期、ｍは次数であ
る。このようなブラッグ条件を満たすような波長の光が
励起光として、本実施形態のレーザー構造体に利用され
る。
１．３）であり、Λは回折格子の周期、ｍは次数であ
る。このようなブラッグ条件を満たすような波長の光が
励起光として、本実施形態のレーザー構造体に利用され
る。
【００３０】図２は微粒子の周期的な配列を示す模式図
である。図中、微小球A、微小球B、微小球Cの３種の微
小球からなる層が重なって描かれている。微粒子による
周期的な配列が面心立方格子構造となる場合は、微小球
A、微小球B、微小球Cの３つの微粒子層で１周期を構成
する。すなわち、微小球A、微小球B、微小球Cの微粒子
層が構成する面をそれぞれA面、B面、C面とすると、微
粒子の周期的な配列はA面、B面、C面、A面、B面、C面、
…の繰り返しで構成される。たとえば、微小球A、微小
球B、微小球Cの直径Dが２８０ｎｍとされる場合では、
１周期のサイズΛは７２７．５ｎｍとなる。
である。図中、微小球A、微小球B、微小球Cの３種の微
小球からなる層が重なって描かれている。微粒子による
周期的な配列が面心立方格子構造となる場合は、微小球
A、微小球B、微小球Cの３つの微粒子層で１周期を構成
する。すなわち、微小球A、微小球B、微小球Cの微粒子
層が構成する面をそれぞれA面、B面、C面とすると、微
粒子の周期的な配列はA面、B面、C面、A面、B面、C面、
…の繰り返しで構成される。たとえば、微小球A、微小
球B、微小球Cの直径Dが２８０ｎｍとされる場合では、
１周期のサイズΛは７２７．５ｎｍとなる。
【００３１】また、このような面心立方格子構造とされ
る場合の他にも、微粒子の周期的な配列は最密六方格子
構造とされる構成も可能であり、その場合には、微小球
A、微小球Bの２種の微小球からなる層が重なって、これ
ら微小球A、微小球Bの２つの微粒子層で１周期が構成さ
れる。すなわち、微小球A、微小球Bの微粒子層が構成す
る面をそれぞれA面、B面とすると、微粒子の周期的な配
列はA面、B面、A面、B面、…の繰り返しで構成される。
たとえば、微小球A、微小球Bの直径Dが２８０ｎｍとさ
れる場合では、１周期のサイズΛは４８５．０ｎｍとな
る。
る場合の他にも、微粒子の周期的な配列は最密六方格子
構造とされる構成も可能であり、その場合には、微小球
A、微小球Bの２種の微小球からなる層が重なって、これ
ら微小球A、微小球Bの２つの微粒子層で１周期が構成さ
れる。すなわち、微小球A、微小球Bの微粒子層が構成す
る面をそれぞれA面、B面とすると、微粒子の周期的な配
列はA面、B面、A面、B面、…の繰り返しで構成される。
たとえば、微小球A、微小球Bの直径Dが２８０ｎｍとさ
れる場合では、１周期のサイズΛは４８５．０ｎｍとな
る。
【００３２】微粒子を上述にようにブラッグ反射をする
ように周期的に配列させた場合では、それぞれ面心立方
格子構造とする場合と最密六方格子構造とする場合とで
次の表１の示すような波長の回折光が得られる。
ように周期的に配列させた場合では、それぞれ面心立方
格子構造とする場合と最密六方格子構造とする場合とで
次の表１の示すような波長の回折光が得られる。
【００３３】
【表１】 この表１のデータによれば、微粒子の径が２８０ｎｍの
場合、面心立方格子構造のモード数が３のデータが６３
０ｎｍであり、最密六方格子構造のモード数が２のデー
タが６３０ｎｍで等しくなり、波長６３０ｎｍについて
はどちらの構造をとった場合でも得られる波長域があ
る。従って、レーザー媒体を例えば波長６３０ｎｍで励
起するような材料にすることで、面心立方格子構造と最
密六方格子構造に拘らずにレーザー出力が可能となる。
また、微小球中で光が全反射条件で周回することでレー
ザー発振する装置、例えば特開平5‐61080号公報に記載
される例に比べて光損失が大きくはなるが、その分だけ
大きな光出力が得られることもあり、更に上述の如き周
期的な配列によってフォトニックバンドを形成すること
から、いわゆるフォトニック結晶を構成するために自然
放出光の抑制効果が起こって高い効率が得られる。
場合、面心立方格子構造のモード数が３のデータが６３
０ｎｍであり、最密六方格子構造のモード数が２のデー
タが６３０ｎｍで等しくなり、波長６３０ｎｍについて
はどちらの構造をとった場合でも得られる波長域があ
る。従って、レーザー媒体を例えば波長６３０ｎｍで励
起するような材料にすることで、面心立方格子構造と最
密六方格子構造に拘らずにレーザー出力が可能となる。
また、微小球中で光が全反射条件で周回することでレー
ザー発振する装置、例えば特開平5‐61080号公報に記載
される例に比べて光損失が大きくはなるが、その分だけ
大きな光出力が得られることもあり、更に上述の如き周
期的な配列によってフォトニックバンドを形成すること
から、いわゆるフォトニック結晶を構成するために自然
放出光の抑制効果が起こって高い効率が得られる。
【００３４】次に微粒子を周期的に配列させる方法につ
いて説明する。本実施形態にかかるレーザー構造体は、
微粒子の径が例えば１μｍ以下の微粒子を規則的に配列
させることで構成されるため、このように極めて小さな
微粒子を制御性良く並べることが重要である。この点に
ついて、本件発明者は既に簡便な方法によって解決でき
ることを実証している。この簡便な方法とは、液体中に
複数の微粒子を分散させ、液体の底部に複数の微粒子を
堆積させて周期的に配列させたレーザー構造体を形成す
る方法である。
いて説明する。本実施形態にかかるレーザー構造体は、
微粒子の径が例えば１μｍ以下の微粒子を規則的に配列
させることで構成されるため、このように極めて小さな
微粒子を制御性良く並べることが重要である。この点に
ついて、本件発明者は既に簡便な方法によって解決でき
ることを実証している。この簡便な方法とは、液体中に
複数の微粒子を分散させ、液体の底部に複数の微粒子を
堆積させて周期的に配列させたレーザー構造体を形成す
る方法である。
【００３５】図３は微粒子の堆積によってレーザー構造
体を形成する方法を説明するための図であり、容器２３
に入れられる液体としては水２０が使用され、この中に
多数の微粒子２１が導入され分散される。微粒子２１は
シリカからなり例えばその径が２８０ｎｍ程度である。
当初、水２０中で微粒子２１はブラウン運動で分散され
るが、微粒子２１はその水２０に対する比重からゆっく
りと容器２３の底部２２に堆積する。上述のような最密
六方格子構造と最密六方格子構造は安定な構造であるこ
とから、時間をかけた堆積により特に特殊な制御を必要
とせずに最密構造が得られることになる。
体を形成する方法を説明するための図であり、容器２３
に入れられる液体としては水２０が使用され、この中に
多数の微粒子２１が導入され分散される。微粒子２１は
シリカからなり例えばその径が２８０ｎｍ程度である。
当初、水２０中で微粒子２１はブラウン運動で分散され
るが、微粒子２１はその水２０に対する比重からゆっく
りと容器２３の底部２２に堆積する。上述のような最密
六方格子構造と最密六方格子構造は安定な構造であるこ
とから、時間をかけた堆積により特に特殊な制御を必要
とせずに最密構造が得られることになる。
【００３６】堆積後では、水２０が徐々に蒸発するよう
にする。徐々に蒸発させることで、水中に存在する微粒
子２１が飽和し、その上で蒸発をより進めることで堆積
が促進される。容器２３の底部２２に予め基板を配設
し、その基板上に微粒子２１を堆積させることができ、
また、容器２３を使用せずに微粒子分散溶液を基板など
の上に塗布することで堆積させるようにすることも可能
である。
にする。徐々に蒸発させることで、水中に存在する微粒
子２１が飽和し、その上で蒸発をより進めることで堆積
が促進される。容器２３の底部２２に予め基板を配設
し、その基板上に微粒子２１を堆積させることができ、
また、容器２３を使用せずに微粒子分散溶液を基板など
の上に塗布することで堆積させるようにすることも可能
である。
【００３７】また、液体中に分散した微粒子を堆積させ
る方法として、電気泳動法を利用する方法が挙げられ
る。この方法では、先ず微粒子を帯電させ、溶液中でこ
の帯電した微粒子に電界をかけ、溶液中に配した基板の
上に堆積させる方法である。この場合、基板に電圧をか
けることができ、基板に電圧を印加することで溶液中に
も電場が形成されることを利用できる。このような電気
泳動法を利用する場合では、溶液中の電場の強さによっ
て堆積速度を制御することができる利点がある。
る方法として、電気泳動法を利用する方法が挙げられ
る。この方法では、先ず微粒子を帯電させ、溶液中でこ
の帯電した微粒子に電界をかけ、溶液中に配した基板の
上に堆積させる方法である。この場合、基板に電圧をか
けることができ、基板に電圧を印加することで溶液中に
も電場が形成されることを利用できる。このような電気
泳動法を利用する場合では、溶液中の電場の強さによっ
て堆積速度を制御することができる利点がある。
【００３８】図４乃至図６は上述の堆積法を用いて微粒
子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真に
基づく構造図である。図４の拡大図が図５であり、図６
は低倍率で観察した場合の図である。これらの各図から
も明かなように、微粒子が規則正しく配列されており、
少なくとも４０μｍ×４０μｍの領域にわたって規則性
に乱れが無く、良好な回折格子として機能できることが
示されている。なお、図示の例では、微粒子の堆積を2
日かけて行ったものであり、その配列状態から６回対称
になっているのが判り、そのことは最密構造であること
を示唆するものと考えられる。
子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真に
基づく構造図である。図４の拡大図が図５であり、図６
は低倍率で観察した場合の図である。これらの各図から
も明かなように、微粒子が規則正しく配列されており、
少なくとも４０μｍ×４０μｍの領域にわたって規則性
に乱れが無く、良好な回折格子として機能できることが
示されている。なお、図示の例では、微粒子の堆積を2
日かけて行ったものであり、その配列状態から６回対称
になっているのが判り、そのことは最密構造であること
を示唆するものと考えられる。
【００３９】上述のような微粒子の周期的な配列に加え
て、レーザー発振を行うためには励起することで反転分
布状態を作ることができるレーザー媒体を形成する。レ
ーザー媒体は該微粒子におけるブラッグ条件を満たす波
長で発光する発光性材料からなり、発光性材料としては
色素材料や有機エレクトロルミネセンス材料などが使用
される。このような発光性材料は、微粒子間の隙間に充
填することもでき、微粒子内に含有させることも可能で
ある。また、微粒子そのものを所要の発振波長に対応し
たバンドギャップを有する半導体微粒子や有機材料微粒
子などを用いることも可能である。例えば、このような
バンドギャップを有する半導体微粒子としては、CdSe、
ZnSe、GaN、InNなどの直接遷移型の半導体微粒子を用い
ても良く、Si微粒子などの間接遷移型の半導体微粒子で
あっても良い。
て、レーザー発振を行うためには励起することで反転分
布状態を作ることができるレーザー媒体を形成する。レ
ーザー媒体は該微粒子におけるブラッグ条件を満たす波
長で発光する発光性材料からなり、発光性材料としては
色素材料や有機エレクトロルミネセンス材料などが使用
される。このような発光性材料は、微粒子間の隙間に充
填することもでき、微粒子内に含有させることも可能で
ある。また、微粒子そのものを所要の発振波長に対応し
たバンドギャップを有する半導体微粒子や有機材料微粒
子などを用いることも可能である。例えば、このような
バンドギャップを有する半導体微粒子としては、CdSe、
ZnSe、GaN、InNなどの直接遷移型の半導体微粒子を用い
ても良く、Si微粒子などの間接遷移型の半導体微粒子で
あっても良い。
【００４０】微粒子そのものが発光性でない場合、レー
ザー媒体を微粒子間の隙間に充填することもできる。図
７は色素などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填し
た構造の模式断面図である。基板３１上に周期的に配列
された複数の微粒子３２が形成され、これら微粒子３２
の隙間に色素３３が充填される。微粒子３２は最密六方
格子構造又は最密六方格子構造などの最密構造とされ、
この最密構造でブラッグ反射の回折光が生成される。微
粒子のバンドギャップを発振波長に対応したエネルギー
より大きくすることで、光の吸収が避けられることにな
る。この場合、レーザー媒体の励起源として光や電子線
が使用される。
ザー媒体を微粒子間の隙間に充填することもできる。図
７は色素などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填し
た構造の模式断面図である。基板３１上に周期的に配列
された複数の微粒子３２が形成され、これら微粒子３２
の隙間に色素３３が充填される。微粒子３２は最密六方
格子構造又は最密六方格子構造などの最密構造とされ、
この最密構造でブラッグ反射の回折光が生成される。微
粒子のバンドギャップを発振波長に対応したエネルギー
より大きくすることで、光の吸収が避けられることにな
る。この場合、レーザー媒体の励起源として光や電子線
が使用される。
【００４１】基板３１上に周期的に配列された複数の微
粒子３２は、その規則的な配列から回折格子として機能
し、光や電子線が入射し、その入射光に対する回折光が
レーザー媒体である色素３３の励起光とされる。図８は
堆積された膜の反射スペクトルであり、６２０nm付近に
反射スペクトルの強いピークが存在する。反射光は基板
３１主面に対して垂直に入射した白色光に対する垂直反
射光を測定したものであり、微粒子３２としてはその直
径が２８０ｎｍと略均一なシリカ微粒子を用いている。
６２０nm付近に反射スペクトルの強いピーク以外の反射
スペクトルはその反射率が小さくされる。この図８のス
ペクトルからは、微粒子３２が周期的に並んだことによ
って回折格子が形成され、その結果、ブラッグ反射が起
きていることを示唆する。
粒子３２は、その規則的な配列から回折格子として機能
し、光や電子線が入射し、その入射光に対する回折光が
レーザー媒体である色素３３の励起光とされる。図８は
堆積された膜の反射スペクトルであり、６２０nm付近に
反射スペクトルの強いピークが存在する。反射光は基板
３１主面に対して垂直に入射した白色光に対する垂直反
射光を測定したものであり、微粒子３２としてはその直
径が２８０ｎｍと略均一なシリカ微粒子を用いている。
６２０nm付近に反射スペクトルの強いピーク以外の反射
スペクトルはその反射率が小さくされる。この図８のス
ペクトルからは、微粒子３２が周期的に並んだことによ
って回折格子が形成され、その結果、ブラッグ反射が起
きていることを示唆する。
【００４２】次に、基板３１を約２０°傾けて測定した
結果が図９の反射スペクトルである。この結果から、ス
ペクトル全体の反射強度そのものが垂直のときのスペク
トルに比べて低下しているが、逆に６２０ｎｍ付近で反
射率が最も低いことが示される。この図９のように、レ
ーザー構造体のサンプルを傾斜させて配置して測定する
と、主に散乱光を測定していることになるので、６２０
ｎｍの波長付近でスペクトルが逆に落ち込んでいるの
は、強いブラッグ反射のために散乱光が抑えられている
ためと考えられる。
結果が図９の反射スペクトルである。この結果から、ス
ペクトル全体の反射強度そのものが垂直のときのスペク
トルに比べて低下しているが、逆に６２０ｎｍ付近で反
射率が最も低いことが示される。この図９のように、レ
ーザー構造体のサンプルを傾斜させて配置して測定する
と、主に散乱光を測定していることになるので、６２０
ｎｍの波長付近でスペクトルが逆に落ち込んでいるの
は、強いブラッグ反射のために散乱光が抑えられている
ためと考えられる。
【００４３】ここで前述の微粒子のサイズを直径２８０
ｎｍとした場合の表１のデータと比較してみると、面心
立方格子構造と最密六方格子構造のいずれをとった場合
でも、ブラッグ条件を満たす波長域６３０ｎｍと、反射
スペクトルからの６２０ｎｍ付近というデータは十分に
近いデータであり、これもブラッグ反射が発生している
ことを裏付けるものとされる。
ｎｍとした場合の表１のデータと比較してみると、面心
立方格子構造と最密六方格子構造のいずれをとった場合
でも、ブラッグ条件を満たす波長域６３０ｎｍと、反射
スペクトルからの６２０ｎｍ付近というデータは十分に
近いデータであり、これもブラッグ反射が発生している
ことを裏付けるものとされる。
【００４４】微粒子間の隙間に発光性材料を充填する場
合、発光性材料としては色素材料や有機エレクトロルミ
ネセンス材料などが使用される。色素材料を発光性材料
とした場合では、光励起による発光が可能な色素として
は、微粒子と関連してレーザー発振性を与えるものであ
れば、如何なるものでも使用することできる。このよう
な色素は、例えば、ローダミン、ナイルレッド、クマリ
ンなどの有機蛍光色素であり、より具体的には、ローダ
ミン−６Ｇ、ローダミン−Ｂ、ローダミン１１０、ロー
ダミン１９、ローダミン１３、サルフォローダミン１０
１等のローダミン系色素、７−ヒドロキシ−４−メチル
クマリン、７−ジエチルアミノ−４−メチルクマリン等
のクマリン系色素、シアニン系色素、オギザジン４、オ
ギザジン１、クレシルバイオレット等のオキサジン系色
素、スチルベン、オキサゾール、オキサジアゾール等の
誘導体、ｐ−ターフェニル誘導体、ＤＣＭ、ピロメテン
等が挙げられる。色素などの発光性材料を充填する場
合、固体ゲルに所要の色素を分散したものを微粒子間に
注入することもできる。
合、発光性材料としては色素材料や有機エレクトロルミ
ネセンス材料などが使用される。色素材料を発光性材料
とした場合では、光励起による発光が可能な色素として
は、微粒子と関連してレーザー発振性を与えるものであ
れば、如何なるものでも使用することできる。このよう
な色素は、例えば、ローダミン、ナイルレッド、クマリ
ンなどの有機蛍光色素であり、より具体的には、ローダ
ミン−６Ｇ、ローダミン−Ｂ、ローダミン１１０、ロー
ダミン１９、ローダミン１３、サルフォローダミン１０
１等のローダミン系色素、７−ヒドロキシ−４−メチル
クマリン、７−ジエチルアミノ−４−メチルクマリン等
のクマリン系色素、シアニン系色素、オギザジン４、オ
ギザジン１、クレシルバイオレット等のオキサジン系色
素、スチルベン、オキサゾール、オキサジアゾール等の
誘導体、ｐ−ターフェニル誘導体、ＤＣＭ、ピロメテン
等が挙げられる。色素などの発光性材料を充填する場
合、固体ゲルに所要の色素を分散したものを微粒子間に
注入することもできる。
【００４５】本件発明者は、レーザー媒体として色素材
料を用いた場合でも、レーザー発振が得られる点につい
て実験を行っている。この実験は、エタノールにローダ
ミン色素（Rhodamine 101 Inner Salt）を溶かし
て、この溶液に前述の如き微粒子を周期的に配列させた
回折格子構造を浸し、微粒子と微粒子の間の隙間に色素
を導入したものである。この色素の導入後、He-Cdレー
ザー（波長３２５ｎｍ、〜１０ｍW）を用いて、このレ
ーザー構造体の強度を室温で測定した。比較のために、
色素だけのスペクトルについても測定している。
料を用いた場合でも、レーザー発振が得られる点につい
て実験を行っている。この実験は、エタノールにローダ
ミン色素（Rhodamine 101 Inner Salt）を溶かし
て、この溶液に前述の如き微粒子を周期的に配列させた
回折格子構造を浸し、微粒子と微粒子の間の隙間に色素
を導入したものである。この色素の導入後、He-Cdレー
ザー（波長３２５ｎｍ、〜１０ｍW）を用いて、このレ
ーザー構造体の強度を室温で測定した。比較のために、
色素だけのスペクトルについても測定している。
【００４６】その結果を図１０に示す。図１０は横軸は
出力光の波長分布であり、縦軸はピークレベルの強度で
ある。比較用のローダミン色素だけのスペクトルでは、
５８４ｎｍ付近にピークを有する広がった発光スペクト
ルが得られている。これに対して周期的な配列の微粒子
と色素の組み合わせからなるレーザー構造体では、６１
８．９１ｎｍに先鋭化したピークが存在し、その短波長
側と長波長側にもそれぞれ一定間隔（約８ｎｍ、即ち５
９３．２６ｎｍ、６０１．４５ｎｍ、６０９．６３ｎ
ｍ）でピークが存在する。このようなレーザー構造体で
のスペクトルの先鋭化はレーザー発振をしていることを
示すものである。
出力光の波長分布であり、縦軸はピークレベルの強度で
ある。比較用のローダミン色素だけのスペクトルでは、
５８４ｎｍ付近にピークを有する広がった発光スペクト
ルが得られている。これに対して周期的な配列の微粒子
と色素の組み合わせからなるレーザー構造体では、６１
８．９１ｎｍに先鋭化したピークが存在し、その短波長
側と長波長側にもそれぞれ一定間隔（約８ｎｍ、即ち５
９３．２６ｎｍ、６０１．４５ｎｍ、６０９．６３ｎ
ｍ）でピークが存在する。このようなレーザー構造体で
のスペクトルの先鋭化はレーザー発振をしていることを
示すものである。
【００４７】また、本件発明者は、当該レーザー構造体
について、励起強度依存性についても調べており、その
結果を図１１に示す。図１１では横軸に波長分布が示さ
れ、縦軸が出力光の光強度である。この実験では、励起
強度を７２、１１９、２２１、３９６、６５４と徐々に
増加させ、それぞれの光強度の変化を測定した。およそ
励起強度が２２１以下の場合では、光強度も弱く全体的
に広がったスペクトル分布が得られるが、励起強度が３
９６と６５４の場合では、波長６２０ｎｍ付近にピーク
が現れ、さらに励起強度が３９６と６５４の間では光強
度が大幅に大きくなるような特性となっている。図１２
は励起強度と発光強度の関係を示す図であり、この図１
２によれば閾値が６〜１０ｋｗ／ｃｍ２程度であること
が示されている。
について、励起強度依存性についても調べており、その
結果を図１１に示す。図１１では横軸に波長分布が示さ
れ、縦軸が出力光の光強度である。この実験では、励起
強度を７２、１１９、２２１、３９６、６５４と徐々に
増加させ、それぞれの光強度の変化を測定した。およそ
励起強度が２２１以下の場合では、光強度も弱く全体的
に広がったスペクトル分布が得られるが、励起強度が３
９６と６５４の場合では、波長６２０ｎｍ付近にピーク
が現れ、さらに励起強度が３９６と６５４の間では光強
度が大幅に大きくなるような特性となっている。図１２
は励起強度と発光強度の関係を示す図であり、この図１
２によれば閾値が６〜１０ｋｗ／ｃｍ２程度であること
が示されている。
【００４８】これらの結果から、波長６２０ｎｍ付近の
先鋭化したピークの励起強度依存性には閾値が存在する
ことが判る。閾値以上では励起強度が増加すると共に、
先鋭化したピーク強度の増大も著しくなっている。ま
た、閾値を超えて励起強度を強くした場合では、その励
起強度の増加傾向を反映して発光強度が強くなることが
判る。
先鋭化したピークの励起強度依存性には閾値が存在する
ことが判る。閾値以上では励起強度が増加すると共に、
先鋭化したピーク強度の増大も著しくなっている。ま
た、閾値を超えて励起強度を強くした場合では、その励
起強度の増加傾向を反映して発光強度が強くなることが
判る。
【００４９】次にレーザー構造体を一対の導波路で挟む
形の発光装置について、図１３を参照しながら説明す
る。図１３の発光装置は、その中央部分に複数の微粒子
４２を面心立方格子構造または最密六方格子構造となる
ように周期的に配列させ、該微粒子４２におけるブラッ
グ反射の回折光を励起光としてレーザー発振させるレー
ザー構造体を有しており、複数の微粒子４２間の隙間に
は前述のように、ローダミン、ナイルレッド、クマリン
などの有機蛍光色素からなる色素４３が充填されてい
る。前記微粒子４２は、前述の微粒子と同様に、有機高
分子材料または無機材料からなり、有機高分子としては
スチレンなどの透明微粒子が用いられ、無機材料として
は各種ガラス、シリカなどの無機系光学材料が用いられ
る。
形の発光装置について、図１３を参照しながら説明す
る。図１３の発光装置は、その中央部分に複数の微粒子
４２を面心立方格子構造または最密六方格子構造となる
ように周期的に配列させ、該微粒子４２におけるブラッ
グ反射の回折光を励起光としてレーザー発振させるレー
ザー構造体を有しており、複数の微粒子４２間の隙間に
は前述のように、ローダミン、ナイルレッド、クマリン
などの有機蛍光色素からなる色素４３が充填されてい
る。前記微粒子４２は、前述の微粒子と同様に、有機高
分子材料または無機材料からなり、有機高分子としては
スチレンなどの透明微粒子が用いられ、無機材料として
は各種ガラス、シリカなどの無機系光学材料が用いられ
る。
【００５０】このようなレ−ザー構造体の上側と下側に
はそれぞれ、例えば石英ガラス、または合成樹脂などか
らなる第１導波路４４、第２導波路４５が設けられてお
り、これら第１、第２導波路４４、４５からは通過する
光の一部が各第１、第２導波路４４、４５の外部に光場
を形成し、その光場がレーザー構造体の部分までしみ出
すように機能する。このレーザー構造体の閾値は、レー
ザー構造体に加えられる光が、第１、第２導波路４４、
４５のそれぞれの光を合わせて当該閾値を越えた場合
に、レーザー発振するように設定されている。
はそれぞれ、例えば石英ガラス、または合成樹脂などか
らなる第１導波路４４、第２導波路４５が設けられてお
り、これら第１、第２導波路４４、４５からは通過する
光の一部が各第１、第２導波路４４、４５の外部に光場
を形成し、その光場がレーザー構造体の部分までしみ出
すように機能する。このレーザー構造体の閾値は、レー
ザー構造体に加えられる光が、第１、第２導波路４４、
４５のそれぞれの光を合わせて当該閾値を越えた場合
に、レーザー発振するように設定されている。
【００５１】このような構造の発光装置は第１、第２導
波路４４、４５に所要の波長の励起光が導入され、該励
起光がレーザー構造体の部分までしみ出すことで、レー
ザー構造体でブラッグ反射が生ずると共に第１、第２導
波路４４、４５からのそれぞれの光を合わせて当該閾値
を越えた場合に、レーザー発振する。
波路４４、４５に所要の波長の励起光が導入され、該励
起光がレーザー構造体の部分までしみ出すことで、レー
ザー構造体でブラッグ反射が生ずると共に第１、第２導
波路４４、４５からのそれぞれの光を合わせて当該閾値
を越えた場合に、レーザー発振する。
【００５２】図１４、図１５は各導波路４４、４５につ
いての光場のしみ出しについて計算したものであり、図
１４に示すような各導波路４４、４５を用いた場合、す
なわち、導波路の厚みが０．１μｍとされ、レーザー構
造体に対する接触領域を０．３ｍｍとした場合では、約
１０．０〜１６．６ｋW／ｃｍ２のエネルギーに対して
３〜５ｍWの光出力が計算される。なお、この場合の導
波路はポリカーボネートであり、導波路の屈折率は１．
５８５である。このレーザー構造体の微粒子はシリカ微
粒子であり、その屈折率は１．３０として計算したもの
である。図１５は縦軸に光強度をとり、横軸に距離をと
った光場の計算結果を示す図である。図１５からも明か
なように、導波路中に光強度のピークが存在するが、微
粒子を周期的に配列させたレーザー構造体（微粒子層）
に光が６０％程度もしみ出していることが判る。
いての光場のしみ出しについて計算したものであり、図
１４に示すような各導波路４４、４５を用いた場合、す
なわち、導波路の厚みが０．１μｍとされ、レーザー構
造体に対する接触領域を０．３ｍｍとした場合では、約
１０．０〜１６．６ｋW／ｃｍ２のエネルギーに対して
３〜５ｍWの光出力が計算される。なお、この場合の導
波路はポリカーボネートであり、導波路の屈折率は１．
５８５である。このレーザー構造体の微粒子はシリカ微
粒子であり、その屈折率は１．３０として計算したもの
である。図１５は縦軸に光強度をとり、横軸に距離をと
った光場の計算結果を示す図である。図１５からも明か
なように、導波路中に光強度のピークが存在するが、微
粒子を周期的に配列させたレーザー構造体（微粒子層）
に光が６０％程度もしみ出していることが判る。
【００５３】図１４の発光装置の光出力は次のように計
算される。レーザー構造体（微粒子層）における閾値光
密度６〜１０ｋW／ｃｍ２を得るためには、導波路に入
れる光密度として約１０．０〜１６．６ｋW／ｃｍ２の
エネルギーが有れば良く、上述のように導波路の幅を
０．３ｍｍとした場合では、その光密度は３〜５ｍWの
光出力に対応する。
算される。レーザー構造体（微粒子層）における閾値光
密度６〜１０ｋW／ｃｍ２を得るためには、導波路に入
れる光密度として約１０．０〜１６．６ｋW／ｃｍ２の
エネルギーが有れば良く、上述のように導波路の幅を
０．３ｍｍとした場合では、その光密度は３〜５ｍWの
光出力に対応する。
【００５４】第１、第２導波路をそれぞれ複数垂直方向
と水平方向にそれぞれ延長させるように形成することで
マトリクス状に第１、第２導波路が配され、それら第
１、第２導波路に介在されるレーザー構造体の発光性材
料を赤、緑、青の３原色とすることで、表示装置を構成
することができる。
と水平方向にそれぞれ延長させるように形成することで
マトリクス状に第１、第２導波路が配され、それら第
１、第２導波路に介在されるレーザー構造体の発光性材
料を赤、緑、青の３原色とすることで、表示装置を構成
することができる。
【００５５】図１６は有機エレクトロルミネセンス材料
を微粒子間の隙間に配した発光装置の例である。この発
光装置は、一対の対向電極としてｐ型電極５５とｎ型電
極５６を有し、それら電極５５、５６の中間部分に複数
の微粒子５２を面心立方格子構造または最密六方格子構
造となるように周期的に配列させて該微粒子５２におけ
るブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発振さ
せるレーザー構造体を有しており、複数の微粒子５２間
の隙間には有機蛍光色素の代わりに、有機エレクトロル
ミネセンス材料が充填されている。有機エレクトロルミ
ネセンス材料は2種類からなり、ｐ型電極５５側の微粒
子５２間の隙間にｐ型有機エレクトロルミネセンス材料
５３が充填され、ｎ型電極５５側の微粒子５２間の隙間
にｎ型有機エレクトロルミネセンス材料５４が充填され
る。ｐ型有機エレクトロルミネセンス材料５３はジアミ
ン、ＴＰＤ、ＰＰＶなどの正孔輸送材料であり、ｎ型有
機エレクトロルミネセンス材料５４はアルミニウム錯体
Alｑ３やＣＮ−ＰＰＶなどの電子輸送材料である。この
場合は２層型（シングルへテロ）構造となるが、３層型
（ダブルへテロ）構造となるように構成することも可能
である。２層型構造の場合、電子輸送材料層が発光層と
なり、３層型構造の場合、発光層が正孔輸送材料層と電
子輸送材料層の間に形成され、その発光層としては白金
ポリオレフィン錯体やＩｒ錯体などをドープした有機材
料（ＣＢＰ）などが使用される。前記微粒子５２は、前
述の微粒子と同様に、有機高分子材料または無機材料か
らなり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子
が用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなど
の無機系光学材料が用いられる。発光性色素を正孔輸送
材料層や電子輸送材料層にドーピングすることで、発光
効率の向上も可能である。このような構造とすること
で、半導体レーザーと同じようにバイアスを電極間にか
けることでキャリア注入され、反転分布が生じてレーザ
ー発振が可能となる。
を微粒子間の隙間に配した発光装置の例である。この発
光装置は、一対の対向電極としてｐ型電極５５とｎ型電
極５６を有し、それら電極５５、５６の中間部分に複数
の微粒子５２を面心立方格子構造または最密六方格子構
造となるように周期的に配列させて該微粒子５２におけ
るブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発振さ
せるレーザー構造体を有しており、複数の微粒子５２間
の隙間には有機蛍光色素の代わりに、有機エレクトロル
ミネセンス材料が充填されている。有機エレクトロルミ
ネセンス材料は2種類からなり、ｐ型電極５５側の微粒
子５２間の隙間にｐ型有機エレクトロルミネセンス材料
５３が充填され、ｎ型電極５５側の微粒子５２間の隙間
にｎ型有機エレクトロルミネセンス材料５４が充填され
る。ｐ型有機エレクトロルミネセンス材料５３はジアミ
ン、ＴＰＤ、ＰＰＶなどの正孔輸送材料であり、ｎ型有
機エレクトロルミネセンス材料５４はアルミニウム錯体
Alｑ３やＣＮ−ＰＰＶなどの電子輸送材料である。この
場合は２層型（シングルへテロ）構造となるが、３層型
（ダブルへテロ）構造となるように構成することも可能
である。２層型構造の場合、電子輸送材料層が発光層と
なり、３層型構造の場合、発光層が正孔輸送材料層と電
子輸送材料層の間に形成され、その発光層としては白金
ポリオレフィン錯体やＩｒ錯体などをドープした有機材
料（ＣＢＰ）などが使用される。前記微粒子５２は、前
述の微粒子と同様に、有機高分子材料または無機材料か
らなり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子
が用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなど
の無機系光学材料が用いられる。発光性色素を正孔輸送
材料層や電子輸送材料層にドーピングすることで、発光
効率の向上も可能である。このような構造とすること
で、半導体レーザーと同じようにバイアスを電極間にか
けることでキャリア注入され、反転分布が生じてレーザ
ー発振が可能となる。
【００５６】図１７は図１３の発光装置の具体例であ
り、レーザー構造体６３を挟んで下側に第２導波路６２
と、上側に第１導波路６１が交差するように形成されて
いる。レーザー構造体６３は、複数の微粒子を面心立方
格子構造または最密六方格子構造となるように周期的に
配列させ、該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を励
起光としてレーザー発振させる機能を有している。複数
の微粒子間の隙間には前述のように、ローダミン、ナイ
ルレッド、クマリンなどの有機蛍光色素からなる色素が
充填され、微粒子は有機高分子材料または無機材料から
なり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子が
用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなどの
無機系光学材料が用いられる。なお、図示を省略してい
るが、第１導波路６１と第２導波路６２の端部には、励
起光を出力するためのＧａＮ系の発光素子がそれぞれ設
けられており、ＧａＮ系の発光素子からの励起光によっ
て当該発光装置は作動する。
り、レーザー構造体６３を挟んで下側に第２導波路６２
と、上側に第１導波路６１が交差するように形成されて
いる。レーザー構造体６３は、複数の微粒子を面心立方
格子構造または最密六方格子構造となるように周期的に
配列させ、該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を励
起光としてレーザー発振させる機能を有している。複数
の微粒子間の隙間には前述のように、ローダミン、ナイ
ルレッド、クマリンなどの有機蛍光色素からなる色素が
充填され、微粒子は有機高分子材料または無機材料から
なり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子が
用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなどの
無機系光学材料が用いられる。なお、図示を省略してい
るが、第１導波路６１と第２導波路６２の端部には、励
起光を出力するためのＧａＮ系の発光素子がそれぞれ設
けられており、ＧａＮ系の発光素子からの励起光によっ
て当該発光装置は作動する。
【００５７】この図１７の発光装置の第１導波路６１と
第２導波路６２のサイズは、幅Ｗであって厚みｔの薄型
である。幅Ｗと厚みｔは、一例として前述の光場計算で
用いたものと同じ幅０．３ｍｍであり、厚み０．１μｍ
に設定できる。これら２つの第１導波路６１と第２導波
路６２に励起光を同時に入射させた時に、第１導波路６
１と第２導波路６２の交差部に位置するレーザー構造体
６３で、レーザー発振の閾値を越えることになり、その
結果、外部に光を射出できる。また、この構成によっ
て、図１７の発光装置は光論理回路や光演算素子として
も機能させることができ、ここでは２入力のAND回路と
して機能する。励起光の調整から３入力やそれ以上の入
力も可能である。
第２導波路６２のサイズは、幅Ｗであって厚みｔの薄型
である。幅Ｗと厚みｔは、一例として前述の光場計算で
用いたものと同じ幅０．３ｍｍであり、厚み０．１μｍ
に設定できる。これら２つの第１導波路６１と第２導波
路６２に励起光を同時に入射させた時に、第１導波路６
１と第２導波路６２の交差部に位置するレーザー構造体
６３で、レーザー発振の閾値を越えることになり、その
結果、外部に光を射出できる。また、この構成によっ
て、図１７の発光装置は光論理回路や光演算素子として
も機能させることができ、ここでは２入力のAND回路と
して機能する。励起光の調整から３入力やそれ以上の入
力も可能である。
【００５８】図１８は図１７の発光装置を応用した画像
表示装置を示す概略斜視図である。図中、垂直方向に延
在する帯状の導波路６７が複数本平行に形成され、それ
と垂直に交差するように水平方向に延在される帯状の導
波路６８が複数本平行に形成されている。導波路６７、
６８は光を伝播するための帯状領域であり、合成樹脂若
しくはガラス製の光ファイバーなども使用できるが、高
屈折率のコア層を低屈折率のクラッド層で挟み込んだ図
示のように薄膜型の光導波路を用いても良い。これらの
導波路６７、６８に挟まれる形で、各導波路６７、６８
の交差部にはレーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが
設けられており、各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６
９Ｂは、複数の微粒子を面心立方格子構造または最密六
方格子構造となるように周期的に配列させ、該微粒子に
おけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発
振させる機能を有する。各レーザー構造体６９Ｒ、６９
Ｇ、６９Ｂはそれぞれ異なるブラッグ反射の回折光を利
用するため、用いられる微粒子は異なるサイズとなって
いる。ここではレーザー構造体６９Ｒの微粒子サイズは
２８０ｎｍであり、レーザー構造体６９Ｇの微粒子サイ
ズは２４０ｎｍであり、レーザー構造体６９Ｂの微粒子
サイズは２１０ｎｍである。
表示装置を示す概略斜視図である。図中、垂直方向に延
在する帯状の導波路６７が複数本平行に形成され、それ
と垂直に交差するように水平方向に延在される帯状の導
波路６８が複数本平行に形成されている。導波路６７、
６８は光を伝播するための帯状領域であり、合成樹脂若
しくはガラス製の光ファイバーなども使用できるが、高
屈折率のコア層を低屈折率のクラッド層で挟み込んだ図
示のように薄膜型の光導波路を用いても良い。これらの
導波路６７、６８に挟まれる形で、各導波路６７、６８
の交差部にはレーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが
設けられており、各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６
９Ｂは、複数の微粒子を面心立方格子構造または最密六
方格子構造となるように周期的に配列させ、該微粒子に
おけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発
振させる機能を有する。各レーザー構造体６９Ｒ、６９
Ｇ、６９Ｂはそれぞれ異なるブラッグ反射の回折光を利
用するため、用いられる微粒子は異なるサイズとなって
いる。ここではレーザー構造体６９Ｒの微粒子サイズは
２８０ｎｍであり、レーザー構造体６９Ｇの微粒子サイ
ズは２４０ｎｍであり、レーザー構造体６９Ｂの微粒子
サイズは２１０ｎｍである。
【００５９】各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂ
はそれぞれ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造を有
している。レーザー構造体６９Ｒの色素はローダミン１
０１インナーサルト（Ｃ３２Ｈ３０Ｎ２Ｏ３）である。
ローダミン１０１インナーサルトの化学構造式を化１と
して次にしめす。
はそれぞれ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造を有
している。レーザー構造体６９Ｒの色素はローダミン１
０１インナーサルト（Ｃ３２Ｈ３０Ｎ２Ｏ３）である。
ローダミン１０１インナーサルトの化学構造式を化１と
して次にしめす。
【００６０】
【化１】 ローダミン１０１インナーサルトを用いたレーザー構造
体６９Ｒは、その発振波長が６２０ｎｍであり、赤色発
光を生ずる。レーザー構造体６９Ｇの色素はローダミン
Ｂ（Ｃ２８Ｈ３１ＣｌＮ２Ｏ３）であり、ローダミンＢ
の化学構造式を化２として次に示す。
体６９Ｒは、その発振波長が６２０ｎｍであり、赤色発
光を生ずる。レーザー構造体６９Ｇの色素はローダミン
Ｂ（Ｃ２８Ｈ３１ＣｌＮ２Ｏ３）であり、ローダミンＢ
の化学構造式を化２として次に示す。
【００６１】
【化２】 ローダミンＢを用いたレーザー構造体６９Ｇは、その発
振波長が５４０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。レーザ
ー構造体６９Ｂの色素はクマリン７（Ｃ２０Ｈ １９Ｎ３
Ｏ２）であり、クマリン７の化学構造式を化３として次
に示す。
振波長が５４０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。レーザ
ー構造体６９Ｂの色素はクマリン７（Ｃ２０Ｈ １９Ｎ３
Ｏ２）であり、クマリン７の化学構造式を化３として次
に示す。
【００６２】
【化３】 クマリン７を用いたレーザー構造体６９Ｂは、その発振
波長が４７０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。このよう
に図１８の画像表示装置は、３原色の発光波長を有する
レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが並べて配置さ
れた構造とされ、垂直方向に延在される導波路６７で
は、それぞれ共通の発光色を呈するように構成される。
従って、一例として水平方向に並んだ３本の導波路６７
の３つの交差部が１つの画素を構成するように制御され
る。
波長が４７０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。このよう
に図１８の画像表示装置は、３原色の発光波長を有する
レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが並べて配置さ
れた構造とされ、垂直方向に延在される導波路６７で
は、それぞれ共通の発光色を呈するように構成される。
従って、一例として水平方向に並んだ３本の導波路６７
の３つの交差部が１つの画素を構成するように制御され
る。
【００６３】このようにマトリクス状に配列される導波
路６７、６８の端部には、励起光の供給手段としてそれ
ぞれＧａＮ系の半導体レーザー６５、６６が各導波路毎
に設けられている。これらＧａＮ系の半導体レーザー６
５、６６は青紫発光の波長４１０ｎｍの発光素子であ
り、画像情報に応じて各ＧａＮ系の半導体レーザー６
５、６６の出力光が導波路６７、６８の端部から入射し
て、各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂを励起さ
せる。この各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂの
励起時の動作については、図１７の発光装置と同様に、
これら導波路６７と導波路６８に、半導体レーザー６
５、６６から励起光を同時に入射させた時に、導波路６
７と導波路６８の交差部に位置するレーザー構造体６９
Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂでレーザー発振の閾値を越えること
になり、その結果、外部に光を射出できることになる。
なお、レーザー構造体を色素が微粒子間の隙間に存在す
る構造としたが、微粒子自体に色素を含有させること、
若しくは色素を微粒子に含有させ且つ微粒子間の隙間に
存在させることも可能である。
路６７、６８の端部には、励起光の供給手段としてそれ
ぞれＧａＮ系の半導体レーザー６５、６６が各導波路毎
に設けられている。これらＧａＮ系の半導体レーザー６
５、６６は青紫発光の波長４１０ｎｍの発光素子であ
り、画像情報に応じて各ＧａＮ系の半導体レーザー６
５、６６の出力光が導波路６７、６８の端部から入射し
て、各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂを励起さ
せる。この各レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂの
励起時の動作については、図１７の発光装置と同様に、
これら導波路６７と導波路６８に、半導体レーザー６
５、６６から励起光を同時に入射させた時に、導波路６
７と導波路６８の交差部に位置するレーザー構造体６９
Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂでレーザー発振の閾値を越えること
になり、その結果、外部に光を射出できることになる。
なお、レーザー構造体を色素が微粒子間の隙間に存在す
る構造としたが、微粒子自体に色素を含有させること、
若しくは色素を微粒子に含有させ且つ微粒子間の隙間に
存在させることも可能である。
【００６４】図１９は図１７の発光装置を応用した画像
表示装置を示す概略斜視図である。図中、垂直方向に延
在する帯状のＡｌ−Ｌｉ電極７２が複数本平行に形成さ
れ、それと垂直に交差するように水平方向に延在される
帯状のＩＴＯ電極７１が複数本平行に形成される。これ
らＡｌ−Ｌｉ電極７２とＩＴＯ電極７１の交差部には、
これらＡｌ−Ｌｉ電極７２とＩＴＯ電極７１に挟まれる
形でレーザー構造体７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂが設けられ
ている。レーザー構造体７３Ｒは赤色発光する有機エレ
クトロルミネセンス材料を含有して構成され、レーザー
構造体７３Ｇは緑色発光する有機エレクトロルミネセン
ス材料を含有して構成され、レーザー構造体７３Ｂは青
色発光する有機エレクトロルミネセンス材料を含有して
構成される。各レーザー構造体７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂ
は、Ａｌ−Ｌｉ電極７２のライン毎に分けられて配置さ
れており、それぞれ異なる色の発光を行う。
表示装置を示す概略斜視図である。図中、垂直方向に延
在する帯状のＡｌ−Ｌｉ電極７２が複数本平行に形成さ
れ、それと垂直に交差するように水平方向に延在される
帯状のＩＴＯ電極７１が複数本平行に形成される。これ
らＡｌ−Ｌｉ電極７２とＩＴＯ電極７１の交差部には、
これらＡｌ−Ｌｉ電極７２とＩＴＯ電極７１に挟まれる
形でレーザー構造体７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂが設けられ
ている。レーザー構造体７３Ｒは赤色発光する有機エレ
クトロルミネセンス材料を含有して構成され、レーザー
構造体７３Ｇは緑色発光する有機エレクトロルミネセン
ス材料を含有して構成され、レーザー構造体７３Ｂは青
色発光する有機エレクトロルミネセンス材料を含有して
構成される。各レーザー構造体７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂ
は、Ａｌ−Ｌｉ電極７２のライン毎に分けられて配置さ
れており、それぞれ異なる色の発光を行う。
【００６５】レーザー構造体７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂで
は、微粒子を周期的に配列させた構造に加えて正孔輸送
層と電子輸送層の２層構造が微粒子の隙間に形成された
構造とされており、次に挙げる有機エレクトロルミネセ
ンス材料を好ましくは使用することができる。
は、微粒子を周期的に配列させた構造に加えて正孔輸送
層と電子輸送層の２層構造が微粒子の隙間に形成された
構造とされており、次に挙げる有機エレクトロルミネセ
ンス材料を好ましくは使用することができる。
【００６６】
【化４】
【００６７】
【化５】
【００６８】
【化６】
【００６９】
【化７】
【００７０】
【化８】
【００７１】
【化９】
【００７２】
【化１０】
【００７３】
【化１１】
【００７４】
【化１２】
【００７５】
【化１３】
【００７６】
【化１４】
【００７７】
【化１５】
【００７８】
【化１６】
【００７９】
【化１７】
【００８０】
【化１８】
【００８１】
【化１９】
【００８２】
【化２０】
【００８３】
【化２１】
【００８４】
【化２２】
【００８５】
【化２３】
【００８６】
【化２４】
【００８７】
【化２５】
【００８８】
【化２６】
【００８９】
【化２７】
【００９０】
【化２８】
【００９１】
【化２９】
【００９２】
【化３０】
【００９３】
【化３１】
【００９４】
【化３２】
【００９５】
【化３３】
【００９６】
【化３４】
【００９７】
【化３５】
【００９８】画像表示装置として図１９に示したような
構造とすることも可能であるが、図２０に示すように、
陰極線管のような構造の画像表示装置を構成することも
できる。図２０に示すように、中空部が真空に維持され
るガラスチューブ８１の一端側に電子銃８４が配置さ
れ、図示しない偏向ヨークによって電子銃８４からの電
子ビームは走査され、当該ガラスチューブ８１の他端側
に設けられた面状部８２に到達する。この面状部８２の
ガラスチューブ８１の内壁側には、微粒子レーザーアレ
イ８５として、前述のように、３原色の発光波長を有す
るレーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂがそれぞれ複
数個並べられて赤、緑、青の順に繰り返し配置されてい
る。各レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂは、それ
ぞれ内部に複数の微粒子を面心立方格子構造または最密
六方格子構造となるように周期的に配列させ、該微粒子
におけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー
発振させる機能を有する。各レーザー構造体８３Ｒ、８
３Ｇ、８３Ｂはそれぞれ異なるブラッグ反射の回折光を
利用するため、用いられる微粒子は異なるサイズとなっ
ている。各レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂに
は、それぞれ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造を
有している。一例としてレーザー構造体８３Ｒの色素は
ローダミン１０１インナーサルトであり、その発振波長
が６２０ｎｍである。レーザー構造体８３Ｇの色素はロ
ーダミンＢであり、その発振波長が５４０ｎｍである。
レーザー構造体８３Ｂの色素はクマリン７であり、その
発振波長が４７０ｎｍである。
構造とすることも可能であるが、図２０に示すように、
陰極線管のような構造の画像表示装置を構成することも
できる。図２０に示すように、中空部が真空に維持され
るガラスチューブ８１の一端側に電子銃８４が配置さ
れ、図示しない偏向ヨークによって電子銃８４からの電
子ビームは走査され、当該ガラスチューブ８１の他端側
に設けられた面状部８２に到達する。この面状部８２の
ガラスチューブ８１の内壁側には、微粒子レーザーアレ
イ８５として、前述のように、３原色の発光波長を有す
るレーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂがそれぞれ複
数個並べられて赤、緑、青の順に繰り返し配置されてい
る。各レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂは、それ
ぞれ内部に複数の微粒子を面心立方格子構造または最密
六方格子構造となるように周期的に配列させ、該微粒子
におけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー
発振させる機能を有する。各レーザー構造体８３Ｒ、８
３Ｇ、８３Ｂはそれぞれ異なるブラッグ反射の回折光を
利用するため、用いられる微粒子は異なるサイズとなっ
ている。各レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂに
は、それぞれ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造を
有している。一例としてレーザー構造体８３Ｒの色素は
ローダミン１０１インナーサルトであり、その発振波長
が６２０ｎｍである。レーザー構造体８３Ｇの色素はロ
ーダミンＢであり、その発振波長が５４０ｎｍである。
レーザー構造体８３Ｂの色素はクマリン７であり、その
発振波長が４７０ｎｍである。
【００９９】このような構造の画像表示装置は、陰極線
管のように、レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂに
電子ビームが照射されて、ブラッグ反射を利用した励起
が生じ、各色素をレーザー媒体としてレーザー発振が発
生する。赤、青、緑色の３原色に対応した微粒子レーザ
ーを、たとえば０．２ｍｍピッチでストライプ状に形成
することでレーザーディスプレイが作成できる。
管のように、レーザー構造体８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂに
電子ビームが照射されて、ブラッグ反射を利用した励起
が生じ、各色素をレーザー媒体としてレーザー発振が発
生する。赤、青、緑色の３原色に対応した微粒子レーザ
ーを、たとえば０．２ｍｍピッチでストライプ状に形成
することでレーザーディスプレイが作成できる。
【０１００】図２１は他の画像表示装置を示す図であ
る。平板状のガラス板部材９１上に微粒子レーザーアレ
イ９５として３原色の発光波長を有するレーザー構造体
９３Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂがそれぞれ赤、緑、青の順に繰
り返し並べて配置される。各レーザー構造体９３Ｒ、９
３Ｇ、９３Ｂは、それぞれ内部に複数の微粒子を面心立
方格子構造または最密六方格子構造となるように周期的
に配列させており、該微粒子におけるブラッグ反射の回
折光を励起光としてレーザー発振させる機能を有する。
各レーザー構造体９３Ｒ、９３Ｇ、８３Ｂには、それぞ
れ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造とされ、互い
に異なる径の微粒子によって周期的に配列が構成され
る。
る。平板状のガラス板部材９１上に微粒子レーザーアレ
イ９５として３原色の発光波長を有するレーザー構造体
９３Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂがそれぞれ赤、緑、青の順に繰
り返し並べて配置される。各レーザー構造体９３Ｒ、９
３Ｇ、９３Ｂは、それぞれ内部に複数の微粒子を面心立
方格子構造または最密六方格子構造となるように周期的
に配列させており、該微粒子におけるブラッグ反射の回
折光を励起光としてレーザー発振させる機能を有する。
各レーザー構造体９３Ｒ、９３Ｇ、８３Ｂには、それぞ
れ微粒子の間の隙間に色素を充填した構造とされ、互い
に異なる径の微粒子によって周期的に配列が構成され
る。
【０１０１】このような各レーザー構造体９３Ｒ、９３
Ｇ、９３Ｂには、図２０の電子銃８４の代わりにＧａＮ
系半導体レーザー９４が設けられ、このＧａＮ系半導体
レーザー９４を励起光源とし、レンズ９６とミラー９７
によってドット毎の各レーザー構造体９３Ｒ、９３Ｇ、
９３Ｂが照射される。ＧａＮ系半導体レーザー９４は画
像信号に応じてオン、オフ動作し、レーザー構造体９３
Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂの励起状態が画像情報に応じたもの
となる。なお、ガラス板部材９１の出力側に光学系を配
し、高輝度なプロジェクターなどを構成することも可能
である。
Ｇ、９３Ｂには、図２０の電子銃８４の代わりにＧａＮ
系半導体レーザー９４が設けられ、このＧａＮ系半導体
レーザー９４を励起光源とし、レンズ９６とミラー９７
によってドット毎の各レーザー構造体９３Ｒ、９３Ｇ、
９３Ｂが照射される。ＧａＮ系半導体レーザー９４は画
像信号に応じてオン、オフ動作し、レーザー構造体９３
Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂの励起状態が画像情報に応じたもの
となる。なお、ガラス板部材９１の出力側に光学系を配
し、高輝度なプロジェクターなどを構成することも可能
である。
【０１０２】図２２は、光通信への応用例を示すもので
あり、光ファイバーアンプの例を示す。光ファイバーア
ンプ１０１は、透明合成樹脂又はガラスからなる光ファ
イバーの途中にレーザー構造体１０４を形成した構造を
有する。レーザー構造体１０４の入力側には、入力側フ
ァイバー１０５が接合されており、レーザー構造体１０
４の出力側には、出力側ファイバー１０６が接合されて
いる。レーザー構造体１０４はこれら入力側ファイバー
１０５及び出力側ファイバー１０６と略同径の円筒形で
あるが、形状はこれに限定されるものではない。レーザ
ー構造体１０４の内部には、複数の微粒子１０２が周期
的に配列されてブラッグ反射を生ずるように構成されて
おり、これらの複数の微粒子１０２の間の隙間には色素
１０３が充填されている。これら微粒子１０２の径と色
素１０３は入力する入力光信号Ｉｉｎに応じて選択さ
れ、入力光信号Ｉｉｎと同じ波長で発振するようにこれ
ら微粒子１０２の径と色素１０３が選ばれる。
あり、光ファイバーアンプの例を示す。光ファイバーア
ンプ１０１は、透明合成樹脂又はガラスからなる光ファ
イバーの途中にレーザー構造体１０４を形成した構造を
有する。レーザー構造体１０４の入力側には、入力側フ
ァイバー１０５が接合されており、レーザー構造体１０
４の出力側には、出力側ファイバー１０６が接合されて
いる。レーザー構造体１０４はこれら入力側ファイバー
１０５及び出力側ファイバー１０６と略同径の円筒形で
あるが、形状はこれに限定されるものではない。レーザ
ー構造体１０４の内部には、複数の微粒子１０２が周期
的に配列されてブラッグ反射を生ずるように構成されて
おり、これらの複数の微粒子１０２の間の隙間には色素
１０３が充填されている。これら微粒子１０２の径と色
素１０３は入力する入力光信号Ｉｉｎに応じて選択さ
れ、入力光信号Ｉｉｎと同じ波長で発振するようにこれ
ら微粒子１０２の径と色素１０３が選ばれる。
【０１０３】光ファイバーアンプを作動させる場合、レ
ーザー構造体１０４には外部より励起光が照射され、レ
ーザー構造体１０４は閾値直前の状態とされる。この状
態で、入力光信号Ｉｉｎを入力側ファイバー１０５から
レーザー構造体１０４に導入すると、そのパルス光が入
射した時だけその光が増幅されることになり、入力光信
号Ｉｉｎを増幅した出力光信号Ｉｏｕｔが出力側ファイ
バー１０５から出力されることになる。
ーザー構造体１０４には外部より励起光が照射され、レ
ーザー構造体１０４は閾値直前の状態とされる。この状
態で、入力光信号Ｉｉｎを入力側ファイバー１０５から
レーザー構造体１０４に導入すると、そのパルス光が入
射した時だけその光が増幅されることになり、入力光信
号Ｉｉｎを増幅した出力光信号Ｉｏｕｔが出力側ファイ
バー１０５から出力されることになる。
【０１０４】このような機構の光ファイバーアンプ１０
１は、遠くから来ることで減衰した光信号を再び増幅さ
せることができ、遠距離の光ファイバー通信に適用でき
る。また、ファイバー中で発振させることで、信号光を
発生させる素子としても利用できる。また、外部から導
入する励起光を調整することで、非線形光学部品として
応用させることも可能である。レーザー構造体１０４自
体は極めて小型で軽量であることから、その応用分野も
広いものとなる。
１は、遠くから来ることで減衰した光信号を再び増幅さ
せることができ、遠距離の光ファイバー通信に適用でき
る。また、ファイバー中で発振させることで、信号光を
発生させる素子としても利用できる。また、外部から導
入する励起光を調整することで、非線形光学部品として
応用させることも可能である。レーザー構造体１０４自
体は極めて小型で軽量であることから、その応用分野も
広いものとなる。
【０１０５】
【発明の効果】本発明のレーザー構造体によれば、複数
の微粒子を周期的に配列させ該微粒子におけるブラッグ
反射によってレーザー発振させることから、軽量で微細
な構造から先鋭性のあるレーザー発振を取り出すことが
できる。そのレーザー発振の応用分野は広く、発光装
置、画像表示装置、光増幅器などの種々の機器に適用で
きる。特に、微粒子の周期的配列は、その形成場所を自
由に選ぶことができ、さらに微粒子のサイズを選択する
ことで、広範囲の波長の光に適用可能となる。
の微粒子を周期的に配列させ該微粒子におけるブラッグ
反射によってレーザー発振させることから、軽量で微細
な構造から先鋭性のあるレーザー発振を取り出すことが
できる。そのレーザー発振の応用分野は広く、発光装
置、画像表示装置、光増幅器などの種々の機器に適用で
きる。特に、微粒子の周期的配列は、その形成場所を自
由に選ぶことができ、さらに微粒子のサイズを選択する
ことで、広範囲の波長の光に適用可能となる。
【０１０６】本発明の発光装置、表示装置によれば、前
述のレーザー構造体によるレーザー発振を利用して、高
輝度で軽量な装置を作成することが可能となる。
述のレーザー構造体によるレーザー発振を利用して、高
輝度で軽量な装置を作成することが可能となる。
【０１０７】また、このレーザー構造体は、液体中での
堆積によって自己組織的に合成することができ、量産な
ども比較的に簡単に進めることができるものであり、低
コストでのレーザー構造体の量産も可能である。
堆積によって自己組織的に合成することができ、量産な
ども比較的に簡単に進めることができるものであり、低
コストでのレーザー構造体の量産も可能である。
【図１】本発明にかかるレーザー構造体の微粒子の周期
的配列の一例を示す模式図である。
的配列の一例を示す模式図である。
【図２】本発明にかかるレーザー構造体の微粒子の層構
造を示す模式図である。
造を示す模式図である。
【図３】本発明のレーザー構造体の製造方法における微
粒子の堆積工程を示す工程図である。
粒子の堆積工程を示す工程図である。
【図４】本発明のレーザー構造体の製造方法を用いて微
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図である。
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図である。
【図５】本発明のレーザー構造体の製造方法を用いて微
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図であって、図４の拡大図である。
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図であって、図４の拡大図である。
【図６】本発明のレーザー構造体の製造方法を用いて微
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図であって、低倍率で観察した場合の構造
図である。
粒子の周期的な配列構造を形成した際の電子顕微鏡写真
に基づく構造図であって、低倍率で観察した場合の構造
図である。
【図７】本発明にかかるレーザー構造体において、色素
などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填した構造の
模式断面図である。
などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填した構造の
模式断面図である。
【図８】本発明のレーザー構造体による堆積された膜の
反射スペクトルである。
反射スペクトルである。
【図９】本発明のレーザー構造体による堆積された膜の
反射スペクトルであり、該レーザー構造体を２０°傾け
た場合の反射スペクトルである。
反射スペクトルであり、該レーザー構造体を２０°傾け
た場合の反射スペクトルである。
【図１０】本発明のレーザー構造体による色素充填時の
反射スペクトルである。
反射スペクトルである。
【図１１】本発明のレーザー構造体による励起強度に対
する発光強度を示す特性図である。
する発光強度を示す特性図である。
【図１２】本発明のレーザー構造体による励起強度に対
する発光強度を示す特性図である。
する発光強度を示す特性図である。
【図１３】本発明の発光装置の一例を示す模式図であ
る。
る。
【図１４】前記発光装置の光場と出力を計算する場合の
基礎となるエレメントとして導波路のサイズを示す図で
ある。
基礎となるエレメントとして導波路のサイズを示す図で
ある。
【図１５】前記発光装置の光場と出力を計算した結果と
しての前記発光装置の各部位置と光強度の関係を示す図
である。
しての前記発光装置の各部位置と光強度の関係を示す図
である。
【図１６】本発明の発光装置の他の一例を示す模式図で
ある。
ある。
【図１７】図１３の発光装置の具体例としての模式的な
斜視図である。
斜視図である。
【図１８】本発明の画像表示装置の一例を示す概略構造
斜視図である。
斜視図である。
【図１９】本発明の画像表示装置の他の一例を示す概略
構造斜視図である。
構造斜視図である。
【図２０】本発明の画像表示装置のさらに他の一例を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図２１】本発明の画像表示装置のまたさらに他の一例
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図２２】本発明の光ファイバーアンプの一例を示す概
略図であって、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は概
略斜視図である。
略図であって、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は概
略斜視図である。
１０ レーザー構造体 １１ 微粒子 ２０ 水 ２１ 微粒子 ２２ 底部 ２３ 容器 ３１ 基板 ３２ 微粒子 ３３ 色素 ４２ 微粒子 ４３ 色素 ４４ 第１導波路 ４５ 第2導波路 ５２ 微粒子 ５３ ｐ型有機エレクトロクロミック材料 ５４ ｎ型有機エレクトロクロミック材料 ５５ ｐ型電極 ５６ ｎ型電極 ６１ 第１導波路 ６２ 第２導波路 ６３ レーザー構造体 ６５、６６ 半導体レーザー ６７、６８ 導波路 ６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂ レーザー構造体 ７１ ＩＴＯ電極 ７２ Ａｌ−Ｌｉ電極 ７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂ レーザー構造体 ８１ ガラスチューブ ８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂ レーザー構造体 ８４ 電子銃 ９１ ガラス部材 ９３Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂ レーザー構造体 ９４ 半導体レーザー ９６ レンズ ９７ ミラー １０１ 光ファイバーアンプ １０２ 微粒子 １０３ 色素 １０４ レーザー構造体 １０５ 入力側ファイバー １０６ 出力側ファイバー
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月５日（２００２．６．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】このような希土類元素イオンを含むガラス
からなる無機物は、例えばケイ酸ガラス（ＳｉＯ２）、
リン酸ガラス（Ｐ２Ｏ５）、フッ化リン酸ガラス（Ｌｉ
Ｆ，Ａｌ（ＰＯ３）２）等のガラスに例えば１０重量％
以下、通常約３重量％の前記希土類元素酸化物を含むも
のである。これらのガラスは原料組成物を１５００℃程
度で、一般的には溶融促進剤を加えることにより７００
〜１０００℃で溶融してガラスカレットとした後、粉
砕，分級をへてガラス破片を火焔フレーム中で再溶融す
る吹上法で球形化し、ガラスからなる透明微粒子とする
ことができる。
からなる無機物は、例えばケイ酸ガラス（ＳｉＯ２）、
リン酸ガラス（Ｐ２Ｏ５）、フッ化リン酸ガラス（Ｌｉ
Ｆ，Ａｌ（ＰＯ３）２）等のガラスに例えば１０重量％
以下、通常約３重量％の前記希土類元素酸化物を含むも
のである。これらのガラスは原料組成物を１５００℃程
度で、一般的には溶融促進剤を加えることにより７００
〜１０００℃で溶融してガラスカレットとした後、粉
砕，分級をへてガラス破片を火焔フレーム中で再溶融す
る吹上法で球形化し、ガラスからなる透明微粒子とする
ことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】この数１の式中、λは光の波長、ｎはモー
ド屈折率（ｎ〜１．３）であり、Λは回折格子の周期、
ｍは次数である。このようなブラッグ条件を満たすよう
な波長の光が励起光として、本実施形態のレーザー構造
体に利用される。
ド屈折率（ｎ〜１．３）であり、Λは回折格子の周期、
ｍは次数である。このようなブラッグ条件を満たすよう
な波長の光が励起光として、本実施形態のレーザー構造
体に利用される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３５】図３は微粒子の堆積によってレーザー構造
体を形成する方法を説明するための図であり、容器２３
に入れられる液体としては水２０が使用され、この中に
多数の微粒子２１が導入され分散される。微粒子２１は
シリカからなり例えばその径が２８０ｎｍ程度である。
当初、水２０中で微粒子２１はブラウン運動で分散され
るが、微粒子２１はその水２０に対する比重からゆっく
りと容器２３の底部２２に堆積する。上述のような面心
立方格子構造と最密六方格子構造は安定な構造であるこ
とから、時間をかけた堆積により特に特殊な制御を必要
とせずに最密構造が得られることになる。
体を形成する方法を説明するための図であり、容器２３
に入れられる液体としては水２０が使用され、この中に
多数の微粒子２１が導入され分散される。微粒子２１は
シリカからなり例えばその径が２８０ｎｍ程度である。
当初、水２０中で微粒子２１はブラウン運動で分散され
るが、微粒子２１はその水２０に対する比重からゆっく
りと容器２３の底部２２に堆積する。上述のような面心
立方格子構造と最密六方格子構造は安定な構造であるこ
とから、時間をかけた堆積により特に特殊な制御を必要
とせずに最密構造が得られることになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】微粒子そのものが発光性でない場合、レー
ザー媒体を微粒子間の隙間に充填することもできる。図
７は色素などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填し
た構造の模式断面図である。基板３１上に周期的に配列
された複数の微粒子３２が形成され、これら微粒子３２
の隙間に色素３３が充填される。微粒子３２は面心立方
格子構造又は最密六方格子構造などの最密構造とされ、
この最密構造でブラッグ反射の回折光が生成される。微
粒子のバンドギャップを発振波長に対応したエネルギー
より大きくすることで、光の吸収が避けられることにな
る。この場合、レーザー媒体の励起源として光や電子線
が使用される。
ザー媒体を微粒子間の隙間に充填することもできる。図
７は色素などのレーザー媒体を微粒子間の隙間に充填し
た構造の模式断面図である。基板３１上に周期的に配列
された複数の微粒子３２が形成され、これら微粒子３２
の隙間に色素３３が充填される。微粒子３２は面心立方
格子構造又は最密六方格子構造などの最密構造とされ、
この最密構造でブラッグ反射の回折光が生成される。微
粒子のバンドギャップを発振波長に対応したエネルギー
より大きくすることで、光の吸収が避けられることにな
る。この場合、レーザー媒体の励起源として光や電子線
が使用される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】次に、基板３１を約２０°傾けて測定した
結果が図９の反射スペクトルである。この結果から、ス
ペクトル全体の反射率そのものが垂直のときのスペクト
ルに比べて低下しているが、逆に６２０ｎｍ付近で反射
率が最も低いことが示される。この図９のように、レー
ザー構造体のサンプルを傾斜させて配置して測定する
と、図９の右側に描かれている様に主に散乱光を測定し
ていることになるので、６２０ｎｍの波長付近でスペク
トルが逆に落ち込んでいるのは、強いブラッグ反射のた
めに散乱光が抑えられているためと考えられる。
結果が図９の反射スペクトルである。この結果から、ス
ペクトル全体の反射率そのものが垂直のときのスペクト
ルに比べて低下しているが、逆に６２０ｎｍ付近で反射
率が最も低いことが示される。この図９のように、レー
ザー構造体のサンプルを傾斜させて配置して測定する
と、図９の右側に描かれている様に主に散乱光を測定し
ていることになるので、６２０ｎｍの波長付近でスペク
トルが逆に落ち込んでいるのは、強いブラッグ反射のた
めに散乱光が抑えられているためと考えられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】図１６は有機エレクトロルミネセンス材料
を微粒子間の隙間に配した発光装置の例である。この発
光装置は、一対の対向電極としてｐ型電極５５とｎ型電
極５６を有し、それら電極５５、５６の中間部分に複数
の微粒子５２を面心立方格子構造または最密六方格子構
造となるように周期的に配列させて該微粒子５２におけ
るブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発振さ
せるレーザー構造体を有しており、複数の微粒子５２間
の隙間には有機蛍光色素の代わりに、有機エレクトロル
ミネセンス材料が充填されている。有機エレクトロルミ
ネセンス材料は２種類からなり、ｐ型電極５５側の微粒
子５２間の隙間にｐ型有機エレクトロルミネセンス材料
５３が充填され、ｎ型電極５６側の微粒子５２間の隙間
にｎ型有機エレクトロルミネセンス材料５４が充填され
る。ｐ型有機エレクトロルミネセンス材料５３はジアミ
ン、ＴＰＤ、ＰＰＶなどの正孔輸送材料であり、ｎ型有
機エレクトロルミネセンス材料５４はアルミニウム錯体
Alｑ３やＣＮ−ＰＰＶなどの電子輸送材料である。この
場合は２層型（シングルへテロ）構造となるが、３層型
（ダブルへテロ）構造となるように構成することも可能
である。２層型構造の場合、電子輸送材料層が発光層と
なり、３層型構造の場合、発光層が正孔輸送材料層と電
子輸送材料層の間に形成され、その発光層としては白金
ポリオレフィン錯体やＩｒ錯体などをドープした有機材
料（ＣＢＰ）などが使用される。前記微粒子５２は、前
述の微粒子と同様に、有機高分子材料または無機材料か
らなり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子
が用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなど
の無機系光学材料が用いられる。発光性色素を正孔輸送
材料層や電子輸送材料層にドーピングすることで、発光
効率の向上も可能である。このような構造とすること
で、半導体レーザーと同じようにバイアスを電極間にか
けることでキャリア注入され、反転分布が生じてレーザ
ー発振が可能となる。
を微粒子間の隙間に配した発光装置の例である。この発
光装置は、一対の対向電極としてｐ型電極５５とｎ型電
極５６を有し、それら電極５５、５６の中間部分に複数
の微粒子５２を面心立方格子構造または最密六方格子構
造となるように周期的に配列させて該微粒子５２におけ
るブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザー発振さ
せるレーザー構造体を有しており、複数の微粒子５２間
の隙間には有機蛍光色素の代わりに、有機エレクトロル
ミネセンス材料が充填されている。有機エレクトロルミ
ネセンス材料は２種類からなり、ｐ型電極５５側の微粒
子５２間の隙間にｐ型有機エレクトロルミネセンス材料
５３が充填され、ｎ型電極５６側の微粒子５２間の隙間
にｎ型有機エレクトロルミネセンス材料５４が充填され
る。ｐ型有機エレクトロルミネセンス材料５３はジアミ
ン、ＴＰＤ、ＰＰＶなどの正孔輸送材料であり、ｎ型有
機エレクトロルミネセンス材料５４はアルミニウム錯体
Alｑ３やＣＮ−ＰＰＶなどの電子輸送材料である。この
場合は２層型（シングルへテロ）構造となるが、３層型
（ダブルへテロ）構造となるように構成することも可能
である。２層型構造の場合、電子輸送材料層が発光層と
なり、３層型構造の場合、発光層が正孔輸送材料層と電
子輸送材料層の間に形成され、その発光層としては白金
ポリオレフィン錯体やＩｒ錯体などをドープした有機材
料（ＣＢＰ）などが使用される。前記微粒子５２は、前
述の微粒子と同様に、有機高分子材料または無機材料か
らなり、有機高分子としてはスチレンなどの透明微粒子
が用いられ、無機材料としては各種ガラス、シリカなど
の無機系光学材料が用いられる。発光性色素を正孔輸送
材料層や電子輸送材料層にドーピングすることで、発光
効率の向上も可能である。このような構造とすること
で、半導体レーザーと同じようにバイアスを電極間にか
けることでキャリア注入され、反転分布が生じてレーザ
ー発振が可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６１】
【化２】 ローダミンＢを用いたレーザー構造体６９Ｇは、その発
振波長が５４０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。レーザ
ー構造体６９Ｂの色素はクマリン７（Ｃ２０Ｈ １９Ｎ３
Ｏ２）であり、クマリン７の化学構造式を化３として次
に示す。
振波長が５４０ｎｍであり、緑色発光を生ずる。レーザ
ー構造体６９Ｂの色素はクマリン７（Ｃ２０Ｈ １９Ｎ３
Ｏ２）であり、クマリン７の化学構造式を化３として次
に示す。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】
【化３】 クマリン７を用いたレーザー構造体６９Ｂは、その発振
波長が４７０ｎｍであり、青色発光を生ずる。このよう
に図１８の画像表示装置は、３原色の発光波長を有する
レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが並べて配置さ
れた構造とされ、垂直方向に延在される導波路６７で
は、それぞれ共通の発光色を呈するように構成される。
従って、一例として水平方向に並んだ３本の導波路６
７、６８の３つの交差部６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂが１つ
の画素を構成するように制御される。
波長が４７０ｎｍであり、青色発光を生ずる。このよう
に図１８の画像表示装置は、３原色の発光波長を有する
レーザー構造体６９Ｒ、６９Ｇ、６９Ｂが並べて配置さ
れた構造とされ、垂直方向に延在される導波路６７で
は、それぞれ共通の発光色を呈するように構成される。
従って、一例として水平方向に並んだ３本の導波路６
７、６８の３つの交差部６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂが１つ
の画素を構成するように制御される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】本発明のレーザー構造体による励起強度に対
する光強度を示す特性図である。
する光強度を示す特性図である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
Claims (20)
- 【請求項１】 複数の微粒子を周期的に配列させ、該微
粒子におけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレー
ザー発振させることを特徴とするレーザー構造体。 - 【請求項２】 前記微粒子間の隙間には該微粒子におけ
るブラッグ条件を満たす波長で発光する発光性材料を充
填してなることを特徴とする請求項１記載のレーザー構
造体。 - 【請求項３】 前記発光性材料は色素材料であることを
特徴とする請求項２記載のレーザー構造体。 - 【請求項４】 前記発光性材料は有機エレクトロルミネ
センス材料であり、前記有機エレクトロルミネセンス材
料に電場を与える電極を有することを特徴とする請求項
２記載のレーザー構造体。 - 【請求項５】 前記微粒子は発光性材料を含み、前記発
光性材料は該微粒子におけるブラッグ条件を満たす波長
で発光することを特徴とする請求項１記載のレーザー構
造体。 - 【請求項６】 前記微粒子は前記波長に対応したバンド
ギャップを有する半導体微粒子であることを特徴とする
請求項１記載のレーザー構造体。 - 【請求項７】 前記微粒子は有機高分子材料と無機材料
のうちのどちらか一方若しくはこれらの複合材からなる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザー構造体。 - 【請求項８】 複数の微粒子を周期的に配列させ該微粒
子におけるブラッグ反射の回折光を励起光としてレーザ
ー発振させるレーザー構造体と、該レーザー構造体に接
する一対の導波路とを配設してなることを特徴とする請
求項８記載の発光装置。 - 【請求項９】 前記レーザー構造体は、レーザー媒体を
前記微粒子間の隙間若しくは前記微粒子内に有すること
を特徴とする発光装置。 - 【請求項１０】 マトリクス状に配列される導波路と、
前記導波路の各交差部に設けられ、複数の微粒子を周期
的に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を
励起光としてレーザー発振させるレーザー構造体とを有
することを特徴とする表示装置。 - 【請求項１１】 前記レーザー構造体はそれぞれ三原色
のいずれかの色で発光をする装置であり、互いに異なる
発光をする前記レーザー構造体の組が画素を構成するこ
とを特徴とする請求項１０記載の表示装置。 - 【請求項１２】 前記三原色の発光は前記微粒子にドー
プされ若しくは前記微粒子の周囲に充填される色素を異
ならせて行われることを特徴とする請求項１０記載の表
示装置。 - 【請求項１３】 マトリクス状に配列される電極と、前
記電極の各交差部に設けられ、複数の微粒子を周期的に
配列させ且つ該微粒子間の隙間には前記ブラッグ反射の
ブラッグ条件を満たす波長で発光する有機エレクトロル
ミネセンス材料が充填される複数のレーザー構造体とを
有することを特徴とする表示装置。 - 【請求項１４】 前記レーザー構造体はそれぞれ三原色
のいずれかの色で発光をする装置であり、互いに異なる
発光をする前記レーザー構造体の組が画素を構成するこ
とを特徴とする請求項１３記載の表示装置。 - 【請求項１５】 透明支持面上に複数の微粒子を周期的
に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を励
起光としてレーザー発振させるレーザー構造体を複数個
形成し、前記透明支持面上の前記レーザー構造体に電子
線を走査しながら照射することを特徴とする表示装置。 - 【請求項１６】 透明支持面上に複数の微粒子を周期的
に配列させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を励
起光としてレーザー発振させるレーザー構造体と、前記
透明支持面上の前記レーザー構造体にレーザー光が照射
されることを特徴とする表示装置。 - 【請求項１７】 導波路に複数の微粒子を周期的に配列
させ該微粒子におけるブラッグ反射の回折光を励起光と
してレーザー発振させるレーザー構造体を配設し、該レ
ーザー構造体によって前記導波路を通過する光を増幅さ
せることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１８】 前記導波路は光ファイバーからなるこ
とを特徴とする請求項１７記載の光増幅器。 - 【請求項１９】 液体中に複数の微粒子を分散させ、前
記液体の底部に前記複数の微粒子を堆積させて周期的に
配列させたレーザー構造体を形成することを特徴とする
レーザー構造体の製造方法。 - 【請求項２０】 液体中に帯電した複数の微粒子を分散
させ、前記帯電した微粒子を電気泳動させることで該微
粒子を前記液体の底部に堆積させ周期的に配列させたレ
ーザー構造体を形成することを特徴とするレーザー構造
体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150069A JP2002344047A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | レーザー構造体、発光装置、表示装置、光増幅器及びレーザー構造体の製造方法 |
| US10/145,361 US20030016718A1 (en) | 2001-05-18 | 2002-05-14 | Laser structure, light emitting device, display unit, optical amplifier, and method of producing laser structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150069A JP2002344047A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | レーザー構造体、発光装置、表示装置、光増幅器及びレーザー構造体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002344047A true JP2002344047A (ja) | 2002-11-29 |
Family
ID=18995152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150069A Pending JP2002344047A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | レーザー構造体、発光装置、表示装置、光増幅器及びレーザー構造体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030016718A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002344047A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049583A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Seiko Electric Co Ltd | 固体色素レーザーチップ |
| JP2006287024A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | National Institute For Materials Science | 微小レーザー発振装置 |
| JP2007096070A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | National Institute For Materials Science | 高効率レーザー発振装置 |
| JP2010087489A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-04-15 | Toyota Central R&D Labs Inc | コロイド結晶及びこれを用いた発光増幅器 |
| US9327538B2 (en) | 2006-01-05 | 2016-05-03 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Bragg diffracting security markers |
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| EP1999797A4 (en) * | 2006-02-09 | 2010-11-24 | Qd Vision Inc | DEVICE COMPRISING SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS AND A LAYER COMPRISING A DOPE ORGANIC MATERIAL AND METHODS THEREOF |
| ITVA20070085A1 (it) * | 2007-11-21 | 2009-05-22 | Lamberti Spa | Inibitori di rigonfiamento di argille |
| US10454040B2 (en) * | 2012-09-18 | 2019-10-22 | Merck Patent Gmbh | Materials for electronic devices |
| CN111240096B (zh) * | 2020-03-13 | 2021-07-06 | Tcl华星光电技术有限公司 | 背光模组及具有该背光模组的显示装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4803688A (en) * | 1988-03-28 | 1989-02-07 | Lawandy Nabil M | Ordered colloidal suspension optical devices |
-
2001
- 2001-05-18 JP JP2001150069A patent/JP2002344047A/ja active Pending
-
2002
- 2002-05-14 US US10/145,361 patent/US20030016718A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049583A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Seiko Electric Co Ltd | 固体色素レーザーチップ |
| JP4620406B2 (ja) * | 2004-08-04 | 2011-01-26 | 株式会社正興電機製作所 | 固体色素レーザーチップ |
| JP2006287024A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | National Institute For Materials Science | 微小レーザー発振装置 |
| JP2007096070A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | National Institute For Materials Science | 高効率レーザー発振装置 |
| US9327538B2 (en) | 2006-01-05 | 2016-05-03 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Bragg diffracting security markers |
| JP2010087489A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-04-15 | Toyota Central R&D Labs Inc | コロイド結晶及びこれを用いた発光増幅器 |
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|---|---|
| US20030016718A1 (en) | 2003-01-23 |
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