JP2005156871A

JP2005156871A - 露光光源

Info

Publication number: JP2005156871A
Application number: JP2003394424A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Tani; 武晴谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めた露光光源を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ素子２０は、透明基板１０上に、透明陽極２１、発光層を含む有機化合物層２２、金属陰極２３が順次積層されて形成されている。感光材料に対する感度が最も低いＲ色の多層膜構成について最適な干渉状態となるように、透明陽極２１の膜厚を最適化する。具体的には、透明陽極２１及び有機化合物層２２での往復の実効的な光路長がＲ色の発光スペクトルのピーク波長の整数倍となるときに正面方向での発光効率が最大になる。
【選択図】図５

Description

本発明は、感光材料を露光する露光光源に係り、特に、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子を用いた露光光源に関する。

蛍光性の有機物質を発光層に用いた有機ＥＬ素子は、他の発光素子に比べて製造が容易であり、薄型かつ軽量の発光素子が構成できる等の利点により、従来、薄型ディスプレイ用素子として研究開発が進められてきた。近年では、発光輝度、発光効率、耐久性等の点でも発光ダイオード（ＬＥＤ）に匹敵する高性能の有機ＥＬ素子が得られていることから、ハロゲン化銀感光材料等の感光材料を露光する露光装置への応用が検討されている。

有機ＥＬ素子を光源に用いた露光装置としては、例えば、図１３に示すように、赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）青色（Ｂ）各色に発光する発光部を備えた有機ＥＬ素子１を用いたものが提案されている（特許文献１）。この露光装置では、有機ＥＬ素子１の透明基板２の光取出し側の面に、ＲＧＢ各色に発光する発光部４Ｒ、４G、４Ｂが形成されている。

一般に、有機ＥＬ素子は、ガラス基板等の透明基板上に、発光層を含む有機化合物層とこの有機化合物層を挟持する一対の電極（金属電極及び透明電極）とを積層したものであり、透明基板側から発光光を取り出している。しかしながら、有機ＥＬ素子が拡散光源であることに加え、透明基板表面での反射により光取り出し効率が低く、十分な露光光量が得られないという問題がある。一方、十分な露光光量が得られないからといって、有機ＥＬ素子の発光輝度を高くしたのでは、有機ＥＬ素子の寿命が低下してしまう。

そこで、この問題を解決するために、透明基板と透明電極との間に多層膜ミラー層を設け、微小共振器を形成することで、正面方向に鋭い指向性を実現し光利用効率を高めたＥＬ素子が提案されている（特許文献２）。
特開２０００−１０３１１４号公報、図１等特開２０００−７１５５８号公報

しかしながら、多層膜ミラー層を設けて微小共振器を形成すると、指向性は向上するが、その反面、波長選択性が高くなる。このため、露光装置に適用する場合には、ＲＧＢ各色毎に微小共振器構造を最適化する必要があり、有機ＥＬ素子の製造プロセスが複雑化してコストアップを招いてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めた露光光源を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の第１の露光光源は、感光材料を露光する露光光源であって、透明基板と、該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、を備え、前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記透明基板と前記第１の電極層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層及び前記有機化合物層の厚さが設定されたことを特徴とする。

上記第１の露光光源では、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、透明基板を介して発光層から直接取り出される発光光と、透明基板と第１の電極層との界面で反射され且つ第２の電極層で反射された後に透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、波長λの略整数倍となるように、第１の電極層及び有機化合物層の厚さを設定するので、効率よく有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、微小共振器構造を導入した場合の様に発光波長毎に積層構造を最適化する必要がない。従って、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。

上記目的を達成するために本発明の第２の露光光源は、感光材料を露光する露光光源であって、透明基板と、該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記第１の電極層の屈折率と略同じ屈折率を備えた透明な中間層と、を備え、前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記透明基板と前記中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、前記有機化合物層及び前記中間層の厚さが設定されたことを特徴とする。

上記第２の露光光源では、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、透明基板を介して発光層から直接取り出される発光光と、透明基板と中間層との界面で反射され且つ第２の電極層で反射された後に透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、波長λの略整数倍となるように、第１の電極層、有機化合物層及び中間層の厚さを設定するので、効率よく有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。更に、光路長差を中間層の厚さによって調整することができるので、第１の電極層の厚さを電極機能を果たすのに好適な厚さとすることができる。

上記目的を達成するために本発明の第３の露光光源は、感光材料を露光する露光光源であって、透明基板と、該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記透明基板の屈折率よりも低い屈折率を備えた透明な中間層と、を備え、前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記第１の電極層と前記中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、及び前記有機化合物層の厚さが設定されたことを特徴とする。

上記第３の露光光源では、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、透明基板を介して発光層から直接取り出される発光光と、第１の電極層と中間層との界面で反射され且つ第２の電極層で反射された後に透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、波長λの略整数倍となるように、第１の電極層、及び有機化合物層の厚さを設定するので、効率よく有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。更に、中間層の屈折率を透明基板の屈折率より低くすることで、共鳴効果が高くなり、有機ＥＬ素子の発光効率が更に向上する。この場合、中間層の光学的な厚さを波長λの１／４とすることが好ましい。

上記目的を達成するために本発明の第４の露光光源は、感光材料を露光する露光光源であって、透明基板と、該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記透明基板より高い屈折率を備えた透明な第１の中間層と、前記第１の電極層と前記第１の中間層との間に形成され、前記第１の中間層より低い屈折率を備えた透明な第２の中間層と、を備え、前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記第１の電極層と前記第１の中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、及び前記有機化合物層の厚さが設定されたことを特徴とする。

上記第４の露光光源では、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、透明基板を介して発光層から直接取り出される発光光と、第１の電極層と第１の中間層との界面で反射され且つ第２の電極層で反射された後に透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、波長λの略整数倍となるように、第１の電極層、及び有機化合物層の厚さを設定するので、効率よく有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。更に、中間層を屈折率の異なる２層構造とすることで、より高い共鳴効果を得ることができ、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。

第４の露光光源においては、第１の中間層及び第２の中間層の光学的な厚さは、各々波長λの１／４であることが好ましい。この場合に共鳴効果が高くなり、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。

なお、上記の第１〜第４の露光光源において、光路長差は波長λの略整数倍であればよい。Ｎを整数とした場合に、光路長差は波長λに対し（Ｎ−０．２）λ〜（Ｎ＋０．２）λの範囲にあることが好ましく、（Ｎ−０．１）λ〜（Ｎ＋０．１）λの範囲にあることがより好ましい。

感光材料がハロゲン化銀感光材料である場合には、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部は、赤色光で発光する発光部となる。

本発明によれば、有機ＥＬ素子の複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部からの発光効率を改善することで、有機ＥＬ素子全体の発光効率が向上する。この結果、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる、という効果が得られる。また、有機ＥＬ素子の光利用効率が高くすることで、駆動電圧を低減することができ、露光光源の信頼性の向上と長寿命化とを図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の露光光源を用いた露光装置の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る露光装置は、透明基板１０と、透明基板１０上に蒸着により形成された有機ＥＬ素子２０と、有機ＥＬ素子２０の発光光を集光して感光材料４０に照射するセルフォックレンズアレイ（以下、「ＳＬＡ」という）３０と、透明基板１０やＳＬＡ３０を支持する支持体５０とを備えている。

有機ＥＬ素子２０は、透明基板１０上に、透明陽極２１、発光層を含む有機化合物層２２、金属陰極２３が順次積層されて形成されている。発光層を含む有機化合物層２２の材料を適宜選択することで所望の色の発光光を得ることができ、透明基板１０上には、赤色（Ｒ）光を発光する発光部２０Ｒ、緑色（Ｇ）光を発光する発光部２０Ｇ、及び青色（Ｂ）光を発光する発光部２０Ｂが、後述する所定のパターンで形成されている。

この有機ＥＬ素子２０は、例えば、図１に示すステンレス製缶等の封止部材６０により覆われている。封止部材６０の縁部と透明基板１０とは接着されて、乾燥窒素ガスで置換された封止部材６０内に有機ＥＬ素子２０が封止されている。この有機ＥＬ素子２０の透明陽極２１と金属陰極２３との間に所定電圧が印加されると、有機化合物層２２に含まれる発光層が発光し、発光光が透明陽極２１及び透明基板１０を介して取り出される。なお、有機ＥＬ素子２０は、波長安定性に優れる特性がある。

透明基板１０は、発光光に対して透明な基板であり、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。また、透明基板１０には、一般的な基板特性として、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等が要求される。

透明陽極２１は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長領域において、少なくとも５０パーセント以上、好ましくは７０パーセント以上の光透過率を有するものが好ましい。透明陽極２１を構成するための材料としては、酸化錫、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウムなどの透明電極材料として公知の化合物のほか、金や白金など仕事関数が大きい金属からなる薄膜を用いてもよい。また、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールまたはこれらの誘導体などの有機化合物でもよい。透明導電膜については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」シーエムシー刊（１９９９年）に詳細に記載されており、本発明に適用することができる。また、透明陽極２１は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより、透明基板１０上に形成することができる。なお、透明陽極２１の膜厚については後述する。

有機化合物層２２は、発光層のみからなる単層構造であってもよいし、発光層の外に、ホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層等のその他の層を適宜有する積層構造であってもよい。有機化合物層２２の具体的な構成（電極を含む）としては、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極などが挙げられる。また、発光層、ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層を複数設けてもよい。

有機化合物層２２の各層は、透明電極２１側の層から低分子系の各有機材料を蒸着によって順次薄膜形成して積層させることで形成することができる。この際、蒸着マスクを用いることで、簡単にパターンニングすることができる。

金属陰極２３は、仕事関数の低いＬｉ、Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属、及びこれらの金属とＡｇやＡｌなどとの合金や混合物等の金属材料から形成されるのが好ましい。陰極における保存安定性と電子注入性とを両立させるために、上記材料で形成した電極を仕事関数が大きく導電性の高いＡｇ、Ａｌ、Ａｕなどで更に被覆してもよい。なお、金属陰極２３も透明陽極２１と同様に、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの公知の方法で形成することができる。

ＳＬＡ３０は、複数のセルフォックレンズ３１で構成されている。セルフォックレンズ３１は、断面の半径方向に屈折率分布をもつ棒状の厚肉レンズである。セルフォックレンズ３１に入射された光は、光軸に対して正弦波状に蛇行しながら進行し、感光材料４０表面上で結像して露光スポット７０を結ぶように感光材料４０に向けて出力される。

また、露光スポットを絞り、光学的クロストークを抑制するために、このセルフォックレンズ３１の開口部は有機ＥＬ素子２０の各発光部の発光領域よりも大きく形成され、且つ隣り合うセルフォックレンズ３１同士は互いに接するように配列されてされている。なお、セルフォックレンズ３１は発光部と１対１で対応するように設けてもよいし、副走査方向に並んだ１組の発光部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに１つ又は２つというように、個々のセルフォックレンズ３１が複数の発光部に対応するように設けてもよい。

次に、有機ＥＬ素子２０の発光部の配置について説明する。

図２に示すように、透明基板１０上には、発光部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂが形成されている。より詳しくは、複数の発光部２０Ｒを主走査方向に所定間隔ずつ隔てて配列した発光部列Ｒ、複数の発光部２０Ｇを主走査方向に所定間隔ずつ隔てて配列した発光部列Ｇ、複数の発光部２０Ｂを主走査方向に所定間隔ずつ隔てて配列した発光部列Ｂが、発光部列Ｒを真中にして、副走査方向に所定間隔ずつ隔ててＧ、Ｒ、Ｂの順で配置されている。また、各発光部列Ｒ、Ｇ、Ｂを構成する発光部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの主走査方向の配置位置は同一とされている。

以上の通り構成された露光装置では、有機ＥＬ素子２０の副走査方向に配列されたＲ、Ｇ、Ｂ３色１組の発光部（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）からの発光光は、ＳＬＡ３０により集光されて、感光材料４０の同一位置が露光され、露光スポット７０が形成される。また、この露光装置が、感光材料４０に対して副走査方向に相対移動されることで、感光材料４０が走査露光される。

図３に、本実施の形態で使用する感光材料４０の分光感度特性を示す。この感光材料はハロゲン化銀カラー感光材料（以下、「カラーペーパ」という。）であり、Ｒ光で感光する赤感光層、Ｇ光で感光する緑感光層、及びＢ光で感光する青感光層を備え、ＢＧＲの順に略１桁ずつ感度が低下する感度分布を有している。一方、本実施の形態で使用する有機ＥＬ素子２０は、ＲＧＢ各色について、図４に示す発光スペクトル特性を有している。図４から分かるように、同じ駆動電流で駆動した場合、発光部２０Ｒから発光されるＲ光の発光輝度は、他色の発光輝度に比べて小さい。

次に、透明陽極２１の膜厚の最適化について説明する。図５に、透明基板１０及び有機ＥＬ素子２０の層構成の一例を示す。この例では、透明基板１０としてガラス基板を使用すると共に、この透明基板１０上に透明陽極２１として膜厚２００ｎｍのＩＴＯ電極を形成した。また、有機化合物層２２は、ホール輸送層／発光層／電子輸送層を陽極側からこの順に積層したものである。下記表１に、ＲＧＢ各色の発光部毎に各層の屈折率及び厚さを示す。

図６（Ａ）及び（Ｂ）に、表１に示す多層膜構成について、正面方向（多層膜の積層方向）での発光効率を計算した結果を示す。計算は、多層膜の反射を考慮した干渉計算により行った。縦軸の発光効率は、多層膜構造が無い場合に、そのまま取り出される光と陰極２３で１００％完全に反射した光とが理想的に正面方向で同位相で重なる状態での、正面方向の発光強度を１として規格化した値である。従って、正面方向での指向性が高くなれば、正面方向での発光効率は１以上になる。

図６（Ａ）はＲ色の多層膜構成についての計算結果であり、図６（Ｂ）はＧ色とＢ色の多層膜構成についての計算結果である。各図には、多層膜を構成する材料に基づく発光スペクトル（例えば、赤材料に基づくＲ発光スペクトル）が併記されている。実際に正面方向で観察される発光スペクトルは、多層膜を構成する材料に基づく発光スペクトルと上記した正面方向での発光効率との積で表される。従って、発光効率の増減から光取り出し効率の増減を予想することができる。これらの結果から分かるように、波長０．５μｍ付近のＧＢ光領域では、発光効率が比較的高いが、波長０．６μｍ付近のＲ光領域では、発光効率が約６０％と低くなる。

次に、図７（Ａ）及び（Ｂ）に、透明陽極２１の膜厚を０．１２μｍ又は０．２７５μｍに変更した場合の計算結果を示す。図７（Ａ）はＲ色の多層膜構成についての計算結果であり、図７（Ｂ）はＧ色とＢ色の多層膜構成についての計算結果である。

図示した通り、Ｒ光領域で発光効率が向上しており、全体として見れば、約１．５倍の発光効率の向上となる。このように発光効率が向上したのは、金属陰極２３と透明陽極２１との間での光の反射による干渉状態がＲ色の多層膜構成について最適な状態となるためであると推測される。なお、ＧＢ光領域では発光効率が若干低下するが、カラーペーパを露光する場合には、ＧＢ光に対する感光材料の感度が高いので、この領域での発光効率の低下は問題にならない。

以上の知見に基づいて、感光材料に対する感度が最も低いＲ色の多層膜構成について最適な干渉状態となるように、透明陽極２１の膜厚を最適化する。表１に例示した通り、透明基板１０と透明陽極２１との間の屈折率差は大きく、両者の界面での反射率は高くなる。従って、正面方向での発光効率を高めるためには、図５において、透明基板１０と透明陽極２１との界面で反射され且つ金属陰極２３で再反射されて外部に取り出されるＲ光Ｌ₂の位相が、そのまま外部に取り出されるＲ光Ｌ₁の位相と一致し、Ｒ光Ｌ₁とＲ光Ｌ₂とが互いに強め合うように、透明陽極２１の膜厚を最適化すればよい。具体的には、下記式の関係を満たし、透明陽極２１及び有機化合物層２２での往復の実効的な光路長がＲ色の発光スペクトルのピーク波長の整数倍となるときに、Ｒ光Ｌ₁とＲ光Ｌ₂の位相が一致し正面方向での発光効率が最大になる。なお、下記式（１）において、左辺の最後の項は、金属陰極２３での位相反転効果を表している。また、有機化合物層２２が複数の層から構成されている場合は（n_ORG×d_ORG）は各層の屈折率と膜厚との積の総和とする。

図７（Ａ）の例では、Ｒ光の発光スペクトルのピーク波長λを０．６３μｍとすると、下記計算式に示す通り、透明陽極２１の膜厚ｄ_POSIが０．１２μｍの場合は波長λの約２倍、透明陽極２１の膜厚ｄ_POSIが０．２７５μｍの場合は波長λの約３倍になっていることが分かる。

この通り、実効的な光路長が正確に上記ピーク波長の整数倍とならなくても、正面方向での発光効率はある程度増加する。従って、実効的な光路長は、(N-0.2)λ〜(N+0.2)λの範囲にあることが好ましく、(N-0.1)λ〜(N+0.1)λの範囲にあることがより好ましい。

以上説明した通り、本実施の形態では、感光材料の感度が最も低いＲ光で発光する発光部の多層膜構成について最適な干渉状態となるように透明陽極の膜厚を最適化することで、Ｒ光で発光する発光部からの発光効率を改善することができ、ひいては有機ＥＬ素子全体の発光効率を向上させることができる。この通り、透明陽極の膜厚を最適化するだけでよく、微小共振器構造を導入した場合の様にＲＧＢ各色毎に積層構造を最適化する必要がない。従って、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る露光装置は、図８に示すように、透明基板１０と透明陽極２１との間に透明な中間層１００が形成された以外は、第１の実施の形態に係る露光装置と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。

中間層１００は、透明電極２１と略同等の屈折率を備えた材料で構成されている。透明陽極２１としてＩＴＯ電極を使用する場合には、ＩＴＯの屈折率が２であることから、中間層の材料としては、屈折率２．１のジルコニア（ＺｒＯ₂）、屈折率２．１６の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）等を用いることができる。

この場合は、感光材料に対する感度が最も低いＲ色の多層膜構成について最適な干渉状態となるように、中間層１００の膜厚を最適化する。透明電極２１は、その膜厚が厚過ぎると表面性が悪化し、ダークスポットの発生や寿命の低下を招き、好ましくない。一方、膜厚が薄過ぎても抵抗率が上昇し、ジュール熱が発生する等の不都合がある。透明電極２１の膜厚を変化させる代わりに、略同等の屈折率を有する中間層１００を設けその膜厚を最適化することで、これらの問題を避けつつ有機ＥＬ素子全体の発光効率を向上させることができる。

図９において、透明基板１０と中間層１００との界面で反射され且つ金属陰極２３で再反射されて外部に取り出されるＲ光Ｌ₃の位相が、そのまま外部に取り出されるＲ光Ｌ₁の位相と一致し、Ｒ光Ｌ₁とＲ光Ｌ₃とが互いに強め合うように、中間層１００の膜厚を最適化すればよい。具体的には、下記式の関係を満たし、中間層１００、透明陽極２１及び有機化合物層２２での往復の実効的な光路長がＲ光の発光スペクトルのピーク波長の整数倍となるときに、Ｒ光Ｌ₁とＲ光Ｌ₃の位相が一致し正面方向での発光効率が最大になる。

以上説明した通り、本実施の形態では、感光材料の感度が最も低いＲ光で発光する発光部の多層膜構成について最適な干渉状態となるように中間層の膜厚を最適化することで、Ｒ光で発光する発光部からの発光効率を改善することができ、ひいては有機ＥＬ素子全体の発光効率を向上させることができる。この結果、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。

また、発光効率に関係なく透明陽極の膜厚を最適化することができるので、透明陽極が厚過ぎることにより発生する不都合や、透明陽極が薄過ぎることにより発生する不都合を避けることができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る露光装置は、第２の実施の形態と同様に、透明基板１０と透明陽極２１との間に透明な中間層１００を形成したものである。但し、中間層１００は、透明基板１０より低い屈折率を備えた材料で構成する。透明基板１０としてガラス基板を使用する場合には、ガラスの屈折率が１．５であることから、中間層の材料としては、屈折率１．３８のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等を用いることができる。

透明基板１０より低屈折率の中間層１００を設けることで、透明陽極２１と中間層１００との間の屈折率差が、透明基板１０と透明陽極２１との間の屈折率差よりも大きくなり、透明陽極２１と中間層１００との界面での反射率が、中間層１００を設けない場合の透明基板１０と透明陽極２１との界面での反射率より高くなる。従って、発光層から発光された光の一部は、透明陽極２１と中間層１００との界面で反射された後、金属陰極２３で再反射されて外部に取り出される。既に述べた通り、本実施の形態では、透明陽極２１と中間層１００との界面での反射率が高くなっているので、より高い共鳴効果を得ることができ、発光効率が向上する。

透明陽極２１と中間層１００との界面で反射され且つ金属陰極２３で再反射されて外部に取り出されるＲ光の位相が、そのまま外部に取り出されるＲ光の位相と一致し、互いに強め合う場合に、最適な干渉状態が達成され正面方向での発光効率が大きくなる。具体的には、下記式の関係を満たし、透明陽極２１及び有機化合物層２２での往復の実効的な光路長がＲ光の発光スペクトルのピーク波長の整数倍となるときに、２つのＲ光の位相が一致し正面方向での発光効率が大きくなる。

また、最大の共鳴効果を得る観点から、中間層１００の膜厚は、感光材料に対する感度が最も低いＲ色の発光スペクトルのピーク波長λに対し、その光学的膜厚がλ／４ｎとなるように設定することが好ましい。中間層１００の光学的膜厚をλ／４ｎとすることで、更に高い共鳴効果を得ることができ、発光効率が向上する。例えば、Ｒ色の発光スペクトルのピーク波長λを０．６３μｍとすると、屈折率１．３８のＭｇＦ₂を用いた中間層１００の膜厚は１１４ｎｍ（＝６３０ｎｍ／（１．３８×４））とすることが好ましい。

また、透明陽極２１の膜厚は、第１の実施の形態と同様にして、感光材料に対する感度が最も低いＲ色の多層膜構成について最適な干渉状態となるように最適化する。

図１０に、ＭｇＦ₂からなる中間層１００が設けられたＲ色の多層膜構成について、正面方向での発光効率を計算した結果を実線で示す。この例では、透明基板１０としてガラス基板を使用すると共に、この透明基板１０上に、ＭｇＦ₂からなる膜厚１１４ｎｍの中間層１００を介して、透明陽極２１として膜厚２７５ｎｍのＩＴＯ電極が形成されている。また、有機化合物層２２は、ホール輸送層／発光層／電子輸送層を陽極側からこの順に積層したものである。下記表２に、ＲＧＢ各色の発光部毎に各層の屈折率及び厚さを示す。

比較のために、図１０には、中間層１００を設けなかった以外は同様の構成の多層膜構成について、正面方向での発光効率を計算した結果を点線で示している。図１０から分かるように、中間層を設けることにより、中間層を設けない場合に比べて、Ｒ光領域で発光効率が約１６％向上する。

以上説明した通り、本実施の形態では、感光材料の感度が最も低いＲ光で発光する発光部の多層膜構成について最適な干渉状態となるように透明陽極の膜厚を最適化することで、Ｒ光で発光する発光部からの発光効率を改善することができ、ひいては有機ＥＬ素子全体の発光効率を向上させることができる。この結果、製造プロセスを複雑化させることなく、有機ＥＬ素子の光利用効率を高めることができる。

また、Ｒ色の多層膜構成について高い共鳴効果が得られるように中間層の材料を最適化することで、発光効率を更に向上させることができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る露光装置は、図１１に示すように、透明基板１０と透明陽極２１との間に、透明な第１中間層１０２と透明な第２中間層１０４とが透明基板１０の側からこの順で形成された以外は、第１の実施の形態に係る露光装置と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。

第１中間層１０２は、透明基板１０より高い屈折率を備えた材料で構成する。透明基板１０としてガラス基板を使用する場合には、ガラスの屈折率が１．５であることから、中間層の材料としては、屈折率２．１のジルコニア（ＺｒＯ₂）、屈折率２．１６の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）等を用いることができる。

一方、第２中間層１０４は、透明基板１０より低い屈折率を備えた材料で構成する。透明基板１０としてガラス基板を使用する場合には、屈折率１．３８のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、屈折率１．４６の酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等を用いることができる。

透明基板１０より低屈折率の第２中間層１０４を設けることで、第３の実施に形態と同様に、発光層から発光された光の一部は、透明陽極２１と第２中間層１０４との界面で反射された後、金属陰極２３で再反射されて外部に取り出される。また、第３の実施に形態と同様に、透明陽極２１と第２中間層１０４との界面での反射率が高くなっているので、より高い共鳴効果を得ることができ、発光効率が向上する。

透明陽極２１及び有機化合物層２２での往復の実効的な光路長がＲ光の発光スペクトルのピーク波長の整数倍となるときに、最適な干渉状態が達成され正面方向での発光効率が大きくなる点は、第３の実施の形態と同様である。

最大の共鳴効果を得るために、第１中間層１０２、第２中間層１０４の膜厚は、感光材料に対する感度が最も低いＲ色の発光スペクトルのピーク波長λに対し、各々その光学的膜厚がλ／４となるように設定する。互いに屈折率の異なる第１中間層１０２と第２中間層１０４とを積層すると共に、各層の光学的膜厚をλ／４とすることで、更に高い共鳴効果を得ることができ、発光効率が更に向上する。

図１２に、ＺｒＯ₂からなる第１中間層１０２とＳｉＯ₂からなる第２中間層１０４とが設けられたＲ色の多層膜構成について、正面方向での発光効率を計算した結果を実線で示す。この例では、透明基板１０としてガラス基板を使用すると共に、この透明基板１０上に、ＺｒＯ₂からなる膜厚７５ｎｍの第１中間層１０２とＳｉＯ₂からなる膜厚１０８ｎｍの第２中間層１０４とを介して、透明陽極２１として膜厚２７５ｎｍのＩＴＯ電極が形成されている。また、有機化合物層２２は、ホール輸送層／発光層／電子輸送層を陽極側からこの順に積層したものである。下記表３に、ＲＧＢ各色の発光部毎に各層の屈折率及び厚さを示す。

比較のために、図１２には、中間層１０２、１０４を設けなかった以外は同様の構成の多層膜構成について、正面方向での発光効率を計算した結果を点線で示している。図１２から分かるように、中間層を設けることにより、中間層を設けない場合に比べて、Ｒ光領域で発光効率が約１．８倍まで向上する。

また、Ｒ色の多層膜構成について高い共鳴効果が得られるように中間層を屈折率の異なる２層構造とすることで、発光効率を更に向上させることができる。

なお、上記の第１乃至第４の実施の形態では、感光材料として、カラーペーパを用いる例について説明したが、ＲＧＢ各色について略等しい感度分布を有するインスタントカラーフィルム等、他の感光材料を用いることもできる。

第１の実施の形態に係る露光装置の構成を示す断面図である。有機ＥＬ素子の発光部の形成パターンを示す平面図である。感光材料の分光感度特性を示す線図である。有機ＥＬ素子の発光スペクトル特性を示す線図である。透明基板及び有機ＥＬ素子の層構成の一例を示す断面図である。表１に示す多層膜構成について正面方向での光透過率を計算した結果を示すグラフであり、（Ａ）はＲ色の多層膜構成についての計算結果を示し、（Ｂ）はＧ色とＢ色の多層膜構成についての計算結果を示す。（Ａ）及び（Ｂ）は、透明陽極の膜厚を変更した場合の正面方向での光透過率の計算結果を示すグラフである。第２の実施の形態に係る露光装置の構成を示す断面図である。第２の実施の形態に係る露光装置の透明基板及び有機ＥＬ素子の層構成を示す断面図である。表２に示す多層膜構成について正面方向での光透過率を計算した結果を示すグラフである。第４の実施の形態に係る露光装置の構成を示す断面図である。表３に示す多層膜構成について正面方向での光透過率を計算した結果を示すグラフである。有機ＥＬ素子を用いた従来の露光装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０透明基板
２０有機ＥＬ素子
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ発光部
２１透明陽極
２２有機化合物層
２３金属陰極
３０ＳＬＡ
３１セルフォックレンズ
４０感光材料
１００中間層
１０２第１中間層
１０４第２中間層

Claims

感光材料を露光する露光光源であって、
透明基板と、
該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、
を備え、
前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記透明基板と前記第１の電極層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層及び前記有機化合物層の厚さが設定された露光光源。
感光材料を露光する露光光源であって、
透明基板と、
該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、
前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記第１の電極層の屈折率と略同じ屈折率を備えた透明な中間層と、
を備え、
前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記透明基板と前記中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、前記有機化合物層及び前記中間層の厚さが設定された露光光源。
感光材料を露光する露光光源であって、
透明基板と、
該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、
前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記透明基板の屈折率よりも低い屈折率を備えた透明な中間層と、
を備え、
前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記第１の電極層と前記中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、及び前記有機化合物層の厚さが設定された露光光源。
前記中間層の光学的な厚さが、前記波長λの１／４である請求項３に記載の露光光源。
感光材料を露光する露光光源であって、
透明基板と、
該透明基板上に、陽極として作用する透明な第１の電極層、発光層を含む有機化合物層、及び陰極として作用する第２の電極層を透明基板側から順次積層して形成されると共に、異なる発光スペクトルで発光する複数種類の発光部が配列された有機ＥＬ素子と、
前記透明基板と前記第１の電極層との間に形成され、前記透明基板より高い屈折率を備えた透明な第１の中間層と、
前記第１の電極層と前記第１の中間層との間に形成され、前記第１の中間層より低い屈折率を備えた透明な第２の中間層と、
を備え、
前記複数種類の発光部の中で、発光スペクトルのピーク波長をλとした場合に、該波長λの光に対する前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部において、前記透明基板を介して前記発光層から直接取り出される発光光と、前記第１の電極層と前記第１の中間層との界面で反射され且つ前記第２の電極層で反射された後に前記透明基板を介して取り出される反射光との光路長差が、前記波長λの略整数倍となるように、前記第１の電極層、及び前記有機化合物層の厚さが設定された露光光源。
前記第１の中間層及び前記第２の中間層の光学的な厚さが、各々前記波長λの１／４である請求項５に記載の露光光源。
前記光路長差が、Ｎを整数とした場合に、前記波長λに対し（Ｎ−０．２）λ〜（Ｎ＋０．２）λの範囲にある請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光光源。
前記光路長差が、Ｎを整数とした場合に、前記波長λに対し（Ｎ−０．１）λ〜（Ｎ＋０．１）λの範囲にある請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光光源。
前記感光材料がハロゲン化銀感光材料である場合に、前記感光材料の感度が最も低い発光スペクトルで発光する発光部を、赤色光で発光する発光部とした請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光光源。