JP3009431B2 - 端面発光型ｅｌ素子 - Google Patents
端面発光型ｅｌ素子Info
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- JP3009431B2 JP3009431B2 JP2182266A JP18226690A JP3009431B2 JP 3009431 B2 JP3009431 B2 JP 3009431B2 JP 2182266 A JP2182266 A JP 2182266A JP 18226690 A JP18226690 A JP 18226690A JP 3009431 B2 JP3009431 B2 JP 3009431B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ファクシミリ等に用いられるイメージスキ
ャナー用光源の高輝度化に関する。
ャナー用光源の高輝度化に関する。
ファクシミリ等の普及に伴い、細かい図面や写真等を
鮮明な画像で送れることが要求される。画質を決める大
きな要因に、イメージスキャナーの分解能があり、高い
分解能を有するスキャナーを用いれば高画質の図面や写
真等を電送できる。
鮮明な画像で送れることが要求される。画質を決める大
きな要因に、イメージスキャナーの分解能があり、高い
分解能を有するスキャナーを用いれば高画質の図面や写
真等を電送できる。
通常、ファクシミリ等の場合、原稿の読み取りは、光
電変換素子を一次元的に並べたセンサーアレーを掃引し
て行なうが、センサーの素子が対峙する原稿面の領域が
小さければ小さいほど分解能が高くなる。しかし、原稿
面に対峙するセンサーの受光面積はそれに伴い小さくす
る必要があり、受光量が減少してしまい、S/Nの低下を
招く。
電変換素子を一次元的に並べたセンサーアレーを掃引し
て行なうが、センサーの素子が対峙する原稿面の領域が
小さければ小さいほど分解能が高くなる。しかし、原稿
面に対峙するセンサーの受光面積はそれに伴い小さくす
る必要があり、受光量が減少してしまい、S/Nの低下を
招く。
これを解決する方法として、電気ノイズを減少させる
こと、センサー自体の光感度を向上させること等も挙げ
られるが、原稿面を照射する光源の輝度を向上させるこ
とが、最も直接的な解決策となる。
こと、センサー自体の光感度を向上させること等も挙げ
られるが、原稿面を照射する光源の輝度を向上させるこ
とが、最も直接的な解決策となる。
ファクシミリ等の光源としては、キセノンランプ、LE
Dアレイ等が用いられているが、これらの光源の最大の
欠点は、光の集光性の悪さにある。例えば16本/mmや32
本/mmの分解能を有するイメージスキャナーの場合、必
要とされる光源の原稿面への照射領域はスキャナーの掃
引方向に対して30μｍ〜50μｍ程度であるのに対し、キ
セノンランプにおいてはランプの管径が細くても1mmφ
以上あるため、レンズを用いても0.5mm巾以下の領域に
集光することは困難であり、又LEDアレイの場合はあま
り光を集光すると、LEDが離散的に並べてあるため光源
の強度ムラが出てきてしまうという欠点を有する。発光
素子として実用化されているものには、上述したキセノ
ンランプやLEDの他にEL素子があるが、EL素子はLED等に
比べて、大面積化はし易い反面、単位面積当りの発光輝
度が小さいため、ファクシミリ等の光源としては実用化
されていない。
Dアレイ等が用いられているが、これらの光源の最大の
欠点は、光の集光性の悪さにある。例えば16本/mmや32
本/mmの分解能を有するイメージスキャナーの場合、必
要とされる光源の原稿面への照射領域はスキャナーの掃
引方向に対して30μｍ〜50μｍ程度であるのに対し、キ
セノンランプにおいてはランプの管径が細くても1mmφ
以上あるため、レンズを用いても0.5mm巾以下の領域に
集光することは困難であり、又LEDアレイの場合はあま
り光を集光すると、LEDが離散的に並べてあるため光源
の強度ムラが出てきてしまうという欠点を有する。発光
素子として実用化されているものには、上述したキセノ
ンランプやLEDの他にEL素子があるが、EL素子はLED等に
比べて、大面積化はし易い反面、単位面積当りの発光輝
度が小さいため、ファクシミリ等の光源としては実用化
されていない。
最近になって、EL素子が大面積化しやすいというメリ
ットを利かしてEL素子から発光される光を基板端面から
取り出すことにより、光源として利用する提案がされて
おり、薄膜EL素子を透明基板上に形成したEL光源（特開
昭57−7087号）、薄膜EL素子をアレイ状に形成し、薄膜
端面から光を取り出すことによって光プリンタ用の光源
として用いる提案（ウエスチングハウス約、SID86 DIGE
ST p270〜272）、EL素子の上部又は下部に導波路層を設
けるEL光源（特開昭64−89280号）、EL素子の発光層の
両側にクラッド層を設けたEL素子（特開平１−109694
号）等が提案されている。特開昭57−7087号で開示され
ているEL素子を用いた光源においては、透明基板の厚み
によって出射される光の巾が決まるが、出射する光の巾
を30μｍとしたい場合には透明基板の厚みを30μｍと非
常に薄くする必要があり、長尺の光源を作成する場合、
基板とEL素子との間の応力により基板のソリが生じた
り、基板の保持やフォトリソグラフィーの工程等で基板
が薄いことによるハンドリングの難かしさが生じる。
又、光の閉じ込めに金属反射膜を使っている。金属反射
膜の反射率は、全反射と違い、反射率が100％にはなら
ないため、多数回の反射を繰り返すと光量が減衰しま
い、出射端から遠い所で発光した光は、出射端面での輝
度が小さくなってしまうという欠点を有する。
ットを利かしてEL素子から発光される光を基板端面から
取り出すことにより、光源として利用する提案がされて
おり、薄膜EL素子を透明基板上に形成したEL光源（特開
昭57−7087号）、薄膜EL素子をアレイ状に形成し、薄膜
端面から光を取り出すことによって光プリンタ用の光源
として用いる提案（ウエスチングハウス約、SID86 DIGE
ST p270〜272）、EL素子の上部又は下部に導波路層を設
けるEL光源（特開昭64−89280号）、EL素子の発光層の
両側にクラッド層を設けたEL素子（特開平１−109694
号）等が提案されている。特開昭57−7087号で開示され
ているEL素子を用いた光源においては、透明基板の厚み
によって出射される光の巾が決まるが、出射する光の巾
を30μｍとしたい場合には透明基板の厚みを30μｍと非
常に薄くする必要があり、長尺の光源を作成する場合、
基板とEL素子との間の応力により基板のソリが生じた
り、基板の保持やフォトリソグラフィーの工程等で基板
が薄いことによるハンドリングの難かしさが生じる。
又、光の閉じ込めに金属反射膜を使っている。金属反射
膜の反射率は、全反射と違い、反射率が100％にはなら
ないため、多数回の反射を繰り返すと光量が減衰しま
い、出射端から遠い所で発光した光は、出射端面での輝
度が小さくなってしまうという欠点を有する。
又、ウエスチングハウス社がSID 86 DIGESTP270〜272
で開示しているEL素子においては発光層の巾は１μｍ程
度であり、センサー用の光源としては薄すぎる。仮に発
光層の厚みを数10μｍにするとEL素子の駆動電圧を数Ｋ
〜数＋KVに上げなければならず、素子の信頼性が劣化す
る。
で開示しているEL素子においては発光層の巾は１μｍ程
度であり、センサー用の光源としては薄すぎる。仮に発
光層の厚みを数10μｍにするとEL素子の駆動電圧を数Ｋ
〜数＋KVに上げなければならず、素子の信頼性が劣化す
る。
EL素子を導波路と組み合わせた従来技術としては、例
えば特開昭64−89280号に示されているように導光層をE
L素子の上部又は下部に形成された例があるが、この構
成においては、発光層が導波路内に形成されていないた
め、発光した光が全反射条件を満たしながら基板端面に
到着することはできず、光強度は発光素子を導波路内に
形成する本発明より原理的に弱くなる。
えば特開昭64−89280号に示されているように導光層をE
L素子の上部又は下部に形成された例があるが、この構
成においては、発光層が導波路内に形成されていないた
め、発光した光が全反射条件を満たしながら基板端面に
到着することはできず、光強度は発光素子を導波路内に
形成する本発明より原理的に弱くなる。
また特開平１−109694号に示されているような発光層
の両側にクラッド層を設ける構成においては、発光層外
への光のもれは妨げても発光層中での光の再吸収の発生
に起因する端面発光輝度の低下という問題点は全く解消
されていない。
の両側にクラッド層を設ける構成においては、発光層外
への光のもれは妨げても発光層中での光の再吸収の発生
に起因する端面発光輝度の低下という問題点は全く解消
されていない。
以上に述べたこれまでに提案されている端面型EL素子
においては、いずれもEL素子の上部又は下部絶縁層に、
直接金属電極が形成されており、EL素子からの発光を端
面から取り出す場合、先に述べたように、金属反射膜の
反射率は、全反射と違い、反射率が100％にはならない
ため多数回の反射を繰り返すと、光量が減衰してしま
い、出射端面から遠い所で発光した光は、出射端面での
輝度が小さくなってしまうという欠点を有する。
においては、いずれもEL素子の上部又は下部絶縁層に、
直接金属電極が形成されており、EL素子からの発光を端
面から取り出す場合、先に述べたように、金属反射膜の
反射率は、全反射と違い、反射率が100％にはならない
ため多数回の反射を繰り返すと、光量が減衰してしま
い、出射端面から遠い所で発光した光は、出射端面での
輝度が小さくなってしまうという欠点を有する。
本発明の目的は、以上の従来技術の持つ欠点を解決
し、数μｍ〜数10μｍの発光巾を持ち、極めて高発光量
の端面発光型EL素子の新しい構成を提供する点にある。
し、数μｍ〜数10μｍの発光巾を持ち、極めて高発光量
の端面発光型EL素子の新しい構成を提供する点にある。
本発明は、発光素子部、および光導波路より構成され
る端面発光型EL素子において、光導波路が外側から断面
中心に向いその屈折率を増大させるとともに前記発光素
子部を構成する発光層、絶縁層、上部電極および下部電
極が前記光導波路内に位置していることを特徴とする端
面発光型EL素子に関する。
る端面発光型EL素子において、光導波路が外側から断面
中心に向いその屈折率を増大させるとともに前記発光素
子部を構成する発光層、絶縁層、上部電極および下部電
極が前記光導波路内に位置していることを特徴とする端
面発光型EL素子に関する。
屈折率の変化のさせかたは、連続的でも非連続的であ
ってもよい。
ってもよい。
非連続的である場合には、光導波路断面の中心部に位
置する層をコア層とし、外側に位置する層をクラッド層
と呼ぶが、クラッド層として空気あるいは透明基板を使
用することができる。
置する層をコア層とし、外側に位置する層をクラッド層
と呼ぶが、クラッド層として空気あるいは透明基板を使
用することができる。
光導波路の出射端面と反対側の端面には、照射効率を
上げるため反射膜を形成しておくことが好ましい。
上げるため反射膜を形成しておくことが好ましい。
本発明においては、導波路内に形成したEL素子の絶縁
層と直接接する電極として、上部電極、下部電極ともに
発光波長に対して透明な電極を用いることが好ましい。
導波路内にEL素子を形成し、且つ電極材として上部、下
部電極共に透明電極を用いることにより、EL素子から発
光した光の内導波路とEL素子発光層の屈折率で決まる臨
界角以上の角度を有する光は、導波路内に閉じ込めら
れ、全反射を繰り返しながら、導波路端面まで導かれ
る。
層と直接接する電極として、上部電極、下部電極ともに
発光波長に対して透明な電極を用いることが好ましい。
導波路内にEL素子を形成し、且つ電極材として上部、下
部電極共に透明電極を用いることにより、EL素子から発
光した光の内導波路とEL素子発光層の屈折率で決まる臨
界角以上の角度を有する光は、導波路内に閉じ込めら
れ、全反射を繰り返しながら、導波路端面まで導かれ
る。
また、本発明においては、発光波長の異る発光部を複
数使用する場合には、光導波路内に光出射方向に対して
順次複数個形成しておくことができる（第６図参照）。
数使用する場合には、光導波路内に光出射方向に対して
順次複数個形成しておくことができる（第６図参照）。
本発明で使われるEL発光層の母材としては、ZnS,ZnS
e,CaS,SrS等が用いられ、発光層のドーパントとしてはM
n,TbF3,TbOF,EuS,SmCl3,TmF3,Cu,CeCl3等が用いられ
る。又、絶縁層材料としてはY2O3,Al2O3,SiO2,Si3N4,Al
N,Ta2O3,PbTiO3やこれらの混合物積層膜等が用いられ
る。又、電極材料としてはAl,Au,AgやCr等も用いられる
が、電極材料が発光する光に対して透明であることが望
ましいため、SnO2,In2O3,ZnO,CdO,Cd2SnO4等が用いられ
る。又、第4,5図に示したような反射膜、好ましくは高
反射率薄膜としてはAg,Au,Al,Cr等の金属薄膜や誘電体
多層反射膜等が用いられる。
e,CaS,SrS等が用いられ、発光層のドーパントとしてはM
n,TbF3,TbOF,EuS,SmCl3,TmF3,Cu,CeCl3等が用いられ
る。又、絶縁層材料としてはY2O3,Al2O3,SiO2,Si3N4,Al
N,Ta2O3,PbTiO3やこれらの混合物積層膜等が用いられ
る。又、電極材料としてはAl,Au,AgやCr等も用いられる
が、電極材料が発光する光に対して透明であることが望
ましいため、SnO2,In2O3,ZnO,CdO,Cd2SnO4等が用いられ
る。又、第4,5図に示したような反射膜、好ましくは高
反射率薄膜としてはAg,Au,Al,Cr等の金属薄膜や誘電体
多層反射膜等が用いられる。
又、クラッド層やコア層に用いられる導波路薄膜とし
てはMgO,SiO2−Al−N,Al2O3,SiO2,Si3N4,SiON膜等が挙
げられる。又、基板材料としては石英ガラス、パイレッ
クスガラス、結晶化ガラス、ソーダーガラス、アルミ
ナ、AlN、BN等が挙げられる。
てはMgO,SiO2−Al−N,Al2O3,SiO2,Si3N4,SiON膜等が挙
げられる。又、基板材料としては石英ガラス、パイレッ
クスガラス、結晶化ガラス、ソーダーガラス、アルミ
ナ、AlN、BN等が挙げられる。
なお、基板材としては発光波長に対して透明で、かつ
コア層の屈折率よりも屈折率が低い基板を用いれば基板
自体を第１クラッド層として用いることができる。第１
〜７図で示した図中の第１クラッド層は、この場合にお
いては省いても良い。又、第２クラッド層の上部が直接
空間の場合には、同じ理由で空間を第２クラッド層とし
て用いることができる。
コア層の屈折率よりも屈折率が低い基板を用いれば基板
自体を第１クラッド層として用いることができる。第１
〜７図で示した図中の第１クラッド層は、この場合にお
いては省いても良い。又、第２クラッド層の上部が直接
空間の場合には、同じ理由で空間を第２クラッド層とし
て用いることができる。
今まで述べた光導波路は、コア層及びクラッド層から
形成されるものについてであったが、本発明には光ファ
イバー等ですでに実現されているような光導波路層の屈
折率を導波路中心から外側に向って連続的に減少させる
ようにした、いわゆる屈折率分布型導波路も含まれる。
この場合、発光層は屈折率分布型導路内部に形成すれば
良い。屈折率分布型光導波路の形成方法としてはイオン
交換法やCVD法による導波路形成中に、ガス組成を連続
的に変化させる公知の手段により実現できる。
形成されるものについてであったが、本発明には光ファ
イバー等ですでに実現されているような光導波路層の屈
折率を導波路中心から外側に向って連続的に減少させる
ようにした、いわゆる屈折率分布型導波路も含まれる。
この場合、発光層は屈折率分布型導路内部に形成すれば
良い。屈折率分布型光導波路の形成方法としてはイオン
交換法やCVD法による導波路形成中に、ガス組成を連続
的に変化させる公知の手段により実現できる。
コア層の膜厚は、好ましくは２μｍ〜100μｍ、より
好ましくは10μｍ〜50μｍであり、第１、第２クラッド
層の膜厚は好ましくは0.3μｍ以上、より好ましくは２
μｍ以上である。コア層の膜厚を１μｍ以下にすると、
発光層の膜厚とあまり変らなくなってしまい第７図で示
した導波路を用いた効果はあまり期待できない。又、コ
ア層の膜厚を100μｍ以上とすると、出射される光量全
体は大きくなるが出射断面積が広くなりすぎ、あまり高
い輝度は期待できない。
好ましくは10μｍ〜50μｍであり、第１、第２クラッド
層の膜厚は好ましくは0.3μｍ以上、より好ましくは２
μｍ以上である。コア層の膜厚を１μｍ以下にすると、
発光層の膜厚とあまり変らなくなってしまい第７図で示
した導波路を用いた効果はあまり期待できない。又、コ
ア層の膜厚を100μｍ以上とすると、出射される光量全
体は大きくなるが出射断面積が広くなりすぎ、あまり高
い輝度は期待できない。
又、クラッド層の膜厚を0.3μｍ以下にすると、クラ
ッド層を通して外部への光のしみ出しが行なわれ、光の
閉じ込めが十分できなくなる。
ッド層を通して外部への光のしみ出しが行なわれ、光の
閉じ込めが十分できなくなる。
又、発光層の発光波長に対する屈折率をnEL、クラッ
ド層の屈折率をncIとした場合ncI/nELは好ましくは0.9
以下、より好ましくは0.7以下が良い。理由は、後述の
式（１）で示したようにncI/nELの値が１に近づけば近
づくほど、端面まで伝達する光の量は少なくなるからで
ある。又、コア層の屈折率をncoreとした時、ncore/nEL
は好ましくは0.5以上、より好ましくは0.75以上が良
い。理由はncore/nELがあまり小さいと発光層から出射
された光がコア層との界面で全反射され、コア層内に入
射する光の割合が少くなるためである。又、コア層とし
ては薄膜プロセスで形成する場合の他に、薄板ガラスを
基板に貼り合せて用いる等の作成方法もある。
ド層の屈折率をncIとした場合ncI/nELは好ましくは0.9
以下、より好ましくは0.7以下が良い。理由は、後述の
式（１）で示したようにncI/nELの値が１に近づけば近
づくほど、端面まで伝達する光の量は少なくなるからで
ある。又、コア層の屈折率をncoreとした時、ncore/nEL
は好ましくは0.5以上、より好ましくは0.75以上が良
い。理由はncore/nELがあまり小さいと発光層から出射
された光がコア層との界面で全反射され、コア層内に入
射する光の割合が少くなるためである。又、コア層とし
ては薄膜プロセスで形成する場合の他に、薄板ガラスを
基板に貼り合せて用いる等の作成方法もある。
本発明の１つの実施態様を第１図に示す。
基板１上に第１クラッド層３、下部電極４、下部絶縁
層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８が順次形成
され、その上にコア層２、第２クラッド層３′が形成さ
れる。発光層６から出射された光はコア層２を経由して
コア層２とクラッド層3,3′の界面まで到達する。コア
層２の屈折率をクラッド層3,3′の屈折率よりも大きく
すると、到達した光の内、全反射条件を満たす光は、界
面で反射され再びコア層２を伝達する。以下光はクラッ
ド層3,3′とコア層２の界面で全反射を繰り返し、コア
層２端面10から光が出射される。光導波路として屈折率
分布型光導波路を用いた場合にも同様である。
層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８が順次形成
され、その上にコア層２、第２クラッド層３′が形成さ
れる。発光層６から出射された光はコア層２を経由して
コア層２とクラッド層3,3′の界面まで到達する。コア
層２の屈折率をクラッド層3,3′の屈折率よりも大きく
すると、到達した光の内、全反射条件を満たす光は、界
面で反射され再びコア層２を伝達する。以下光はクラッ
ド層3,3′とコア層２の界面で全反射を繰り返し、コア
層２端面10から光が出射される。光導波路として屈折率
分布型光導波路を用いた場合にも同様である。
第２図に本発明の別の実施態様を示す。基板１上に第
１クラッド層３、コア層２を形成した後、下部電極４、
下部絶縁層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８、
第２クラッド層３′を順次形成する。第１図に比べ第２
図においては、発光層６がコア層２形成後に成膜される
ため、第１図に比べてコア層２と発光層６の間にひずみ
が生じにくいというメリットを有する。
１クラッド層３、コア層２を形成した後、下部電極４、
下部絶縁層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８、
第２クラッド層３′を順次形成する。第１図に比べ第２
図においては、発光層６がコア層２形成後に成膜される
ため、第１図に比べてコア層２と発光層６の間にひずみ
が生じにくいというメリットを有する。
第３図に本発明の第３の実施態様を示す。
コア層を第１コア層２と第２コア層２′と２つで構成
し、第１コア層２形成後にEL素子部（下部電極４、下部
絶縁層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８）を形
成し、さらにその後に第２コア層２′、第２クラッド層
３′を形成する。この構成においては、発光層の上下が
厚いコア層で覆われるため、発光層６に対する基板や空
気からの汚染が少なくすることができる。
し、第１コア層２形成後にEL素子部（下部電極４、下部
絶縁層５、発光層６、上部絶縁層７、上部電極８）を形
成し、さらにその後に第２コア層２′、第２クラッド層
３′を形成する。この構成においては、発光層の上下が
厚いコア層で覆われるため、発光層６に対する基板や空
気からの汚染が少なくすることができる。
第２図および第３図で示した構成においても第１図の
それと同様に発光層６から出射された光の内、全反射条
件を満たす光はクラッド層3,3′にはさまれたコア層2,
2′内部を全反射を繰り返しながらコア層端部10まで伝
達し、コア層端部10で出射される。
それと同様に発光層６から出射された光の内、全反射条
件を満たす光はクラッド層3,3′にはさまれたコア層2,
2′内部を全反射を繰り返しながらコア層端部10まで伝
達し、コア層端部10で出射される。
発光層から出射される光の内、コア層端部まで伝達さ
れる光の割合は、主として発光層とクラッド層の屈折率
の比で決まり、発光層の屈折率をnEL、クラッド層の屈
折率をncIとした時、近似的に で表わされる。つまり発光層とクラッド層の屈折率の比
が大きい程、コア層端部から出射される光の割合は大き
くなる。
れる光の割合は、主として発光層とクラッド層の屈折率
の比で決まり、発光層の屈折率をnEL、クラッド層の屈
折率をncIとした時、近似的に で表わされる。つまり発光層とクラッド層の屈折率の比
が大きい程、コア層端部から出射される光の割合は大き
くなる。
つぎに本発明の第４の実施態様について説明する。
第１図から第３図で示した実施態様においては、発光
層６とクラッド層3,3′の屈折率の比で決まる全反射条
件を満たす光以外の光は、基板１側又は表面自由空間側
に逃げてしまうが、このような光もコア層端部10まで伝
達させる目的で第４図に示したように、基板１と第１ク
ラッド層３の間および／または第２クラッド３′の上部
に発光波長に対して高い反射率を持つ薄膜９を形成すれ
ば、より多くの光がコア層端面10まで導かれる。第４図
において、基板１自体に発光波長に対して高い反射率を
有する材料を用いても同様の効果が得られる。
層６とクラッド層3,3′の屈折率の比で決まる全反射条
件を満たす光以外の光は、基板１側又は表面自由空間側
に逃げてしまうが、このような光もコア層端部10まで伝
達させる目的で第４図に示したように、基板１と第１ク
ラッド層３の間および／または第２クラッド３′の上部
に発光波長に対して高い反射率を持つ薄膜９を形成すれ
ば、より多くの光がコア層端面10まで導かれる。第４図
において、基板１自体に発光波長に対して高い反射率を
有する材料を用いても同様の効果が得られる。
第５図は本発明の第５の実施態様を示すものである。
第５図は第２図において、光の出射が必要とされる側
のコア端面10の反対側の端面に高い反射率を有する薄膜
９を形成した構成で、このような構成を取ることによ
り、より多くの光がコア層端面10まで導かれる。
のコア端面10の反対側の端面に高い反射率を有する薄膜
９を形成した構成で、このような構成を取ることによ
り、より多くの光がコア層端面10まで導かれる。
つぎに、本発明の第６の実施態様を第６図を参照して
説明する。
説明する。
従来、EL素子は、通常ある狭い波長領域での発光しか
しないため、EL素子を用いた光源の白色化のためには、
特開昭60−264096号等で示されているように発光層の積
層化が行なわれる。しかしながら、積層化を行うことに
よりEL素子駆動のための電極の多層配線、積層化に伴う
発光層の膜質の劣化等がおこり、製造工程上の困難さが
伴う。しかしながら、本発明を用いれば第６図に示すよ
うに赤、青、緑のEL発光層を積層化すること無く下部絶
縁層５上の同一面上に順次並べて配置することができ、
これにより端面から白色の光を取り出すことができる。
この場合、青色発光層としては、TmF3ドープZnS、赤色
発光層としてはSmCl3ドープZnS、緑色発光層としてはTb
F3ドープZnS等公知の発光材料を使用することができ
る。三原色の輝度の調整は、ドーパント濃度のコントロ
ール、発光層膜厚の制御、各発光層の発光面積の制御等
によって行なわれる。
しないため、EL素子を用いた光源の白色化のためには、
特開昭60−264096号等で示されているように発光層の積
層化が行なわれる。しかしながら、積層化を行うことに
よりEL素子駆動のための電極の多層配線、積層化に伴う
発光層の膜質の劣化等がおこり、製造工程上の困難さが
伴う。しかしながら、本発明を用いれば第６図に示すよ
うに赤、青、緑のEL発光層を積層化すること無く下部絶
縁層５上の同一面上に順次並べて配置することができ、
これにより端面から白色の光を取り出すことができる。
この場合、青色発光層としては、TmF3ドープZnS、赤色
発光層としてはSmCl3ドープZnS、緑色発光層としてはTb
F3ドープZnS等公知の発光材料を使用することができ
る。三原色の輝度の調整は、ドーパント濃度のコントロ
ール、発光層膜厚の制御、各発光層の発光面積の制御等
によって行なわれる。
このような白色光源を用いれば、フルカラー画像読み
取り素子用の高輝度光源が得られる。
取り素子用の高輝度光源が得られる。
以下、本発明の具体的な実施例を示す。
第２図で示した素子構成のものを製作した。
基板１としてはアルミナ基板を用いた。成膜前に基板
１表面をRa＜100Å以下となるよう研摩した。次に第１
クラッド層３としてSiO2膜をプラズマCVD法を用いて作
成した。
１表面をRa＜100Å以下となるよう研摩した。次に第１
クラッド層３としてSiO2膜をプラズマCVD法を用いて作
成した。
基板温度250℃、原料ガスとして、SiH4,N2O,N2を用い
た。膜厚は１μm,3μｍの２種類のものを作成した。成
膜条件は、RFパワー1W/cm2、ガス圧1Torrとし、SiH4,N2
O,N2の流量をそれぞれ5SCCM,40SCCM,20SCCMとした。次
にコア層２としてSi3N4膜をプラズマCVD法を用いて作成
した。基板温度300℃、原料ガスとして、SiH4,NH3,N2、
それぞれの流量を5SCCM,40SCCM,10SCCM、RFパワー1W/cm
2、ガス圧1Torrとし、コア層の膜厚を２μm,20μｍの２
種類のものを作成した。
た。膜厚は１μm,3μｍの２種類のものを作成した。成
膜条件は、RFパワー1W/cm2、ガス圧1Torrとし、SiH4,N2
O,N2の流量をそれぞれ5SCCM,40SCCM,20SCCMとした。次
にコア層２としてSi3N4膜をプラズマCVD法を用いて作成
した。基板温度300℃、原料ガスとして、SiH4,NH3,N2、
それぞれの流量を5SCCM,40SCCM,10SCCM、RFパワー1W/cm
2、ガス圧1Torrとし、コア層の膜厚を２μm,20μｍの２
種類のものを作成した。
次に、RFスパッタリング法を用いて、下部電極４とし
てITO透明導電膜を作成した。スパッタガスとしては、A
rとO2の混合ガスを用い、ArとO2のガス流量をそれぞれ3
0SCCM,20SCCMとし、ガス圧5mTorr、基板温度150℃、RF
電力2W/cm2で、膜厚1000Åになるように作成した。
てITO透明導電膜を作成した。スパッタガスとしては、A
rとO2の混合ガスを用い、ArとO2のガス流量をそれぞれ3
0SCCM,20SCCMとし、ガス圧5mTorr、基板温度150℃、RF
電力2W/cm2で、膜厚1000Åになるように作成した。
次に、下部絶縁層５としてTa2O3膜をスパッタリング
法を用いて作成した。ターゲットとしてはTa2O3焼結体
を用いた。スパッタ条件はITO作成条件と同じである。
膜厚は3000Åとした。次に発光層６としてTbOFドープZn
S薄膜を作成した。ターゲットとしては、ZnS粉末とTbOF
粉末を混合した焼結体を用いた。スパッタガスはArとHe
の混合ガスを用い、ArとHeのガス流量をそれぞれ30SCC
M,20SCCMとし、スパッタガス圧２×10-2Torr、RFパワー
0.5W/cm2、基板温度350℃で成膜した。膜厚は7000Åと
した。次に上部絶縁層７と上部電極８を下部絶縁層５、
下部電極４と同じ成膜条件で同じ膜厚だけ成膜した。次
に第２クラッド層３′を第１クラッド層３と同じ条件で
同じ膜厚だけ成膜し、最後に電極取り出し用配線とし
て、Alを真空蒸着法によって１μｍ成膜した。
法を用いて作成した。ターゲットとしてはTa2O3焼結体
を用いた。スパッタ条件はITO作成条件と同じである。
膜厚は3000Åとした。次に発光層６としてTbOFドープZn
S薄膜を作成した。ターゲットとしては、ZnS粉末とTbOF
粉末を混合した焼結体を用いた。スパッタガスはArとHe
の混合ガスを用い、ArとHeのガス流量をそれぞれ30SCC
M,20SCCMとし、スパッタガス圧２×10-2Torr、RFパワー
0.5W/cm2、基板温度350℃で成膜した。膜厚は7000Åと
した。次に上部絶縁層７と上部電極８を下部絶縁層５、
下部電極４と同じ成膜条件で同じ膜厚だけ成膜した。次
に第２クラッド層３′を第１クラッド層３と同じ条件で
同じ膜厚だけ成膜し、最後に電極取り出し用配線とし
て、Alを真空蒸着法によって１μｍ成膜した。
ここで用いた発光層の屈折率は、発光波長が約550nm
の時、nEL≒2.4、コア層の屈折率ncore≒2.0、クラッド
層の屈折率ncI≒1.45であった。コア層の屈折率の影響
を調べるために、コア層としてSiON膜を用いたサンプル
も作成し、コア層の屈折率を1.5,1.7とした。この場合
のコア層もプラズマCVD法を用いて作成し、原料ガスと
しては、SiH4,N2O,NH3を用いた。成膜条件はSi3N4作成
の場合と同じで、ガス流量は屈折率が1.5の時SiH45SCC
M,N2O40SCCM,NH310SCCM,屈折率が1.7の時SiH45SCCN,N2O
20SCCM,NH330SCCMとした。膜厚は20μｍとした。
の時、nEL≒2.4、コア層の屈折率ncore≒2.0、クラッド
層の屈折率ncI≒1.45であった。コア層の屈折率の影響
を調べるために、コア層としてSiON膜を用いたサンプル
も作成し、コア層の屈折率を1.5,1.7とした。この場合
のコア層もプラズマCVD法を用いて作成し、原料ガスと
しては、SiH4,N2O,NH3を用いた。成膜条件はSi3N4作成
の場合と同じで、ガス流量は屈折率が1.5の時SiH45SCC
M,N2O40SCCM,NH310SCCM,屈折率が1.7の時SiH45SCCN,N2O
20SCCM,NH330SCCMとした。膜厚は20μｍとした。
又、クラッド層の屈折率の影響を調べるために、やは
りSiON膜でクラッド層の屈折率がncI＝1.8のサンプルを
作成した。この膜も上記SiON膜と同じ条件で作成し、但
しSiH4,N2O,NH3のガス流量は、それぞれ5SCCM,10SCCM,4
0SCCMとした。膜厚は３μｍとした。
りSiON膜でクラッド層の屈折率がncI＝1.8のサンプルを
作成した。この膜も上記SiON膜と同じ条件で作成し、但
しSiH4,N2O,NH3のガス流量は、それぞれ5SCCM,10SCCM,4
0SCCMとした。膜厚は３μｍとした。
最後に導波路層を形成せず、基板上に下部電極、下部
絶縁層、発光層、上部絶縁層、上部電極及び電極取り出
し用配線のみを成膜した比較サンプル１及びコア層上に
金属反射膜（Al、厚さ１μｍ）を形成した比較サンプル
２を作成した。
絶縁層、発光層、上部絶縁層、上部電極及び電極取り出
し用配線のみを成膜した比較サンプル１及びコア層上に
金属反射膜（Al、厚さ１μｍ）を形成した比較サンプル
２を作成した。
作成したサンプルの作成条件及び得られた端面発光光
量を表１に示す。測定はEL素子電極に交流300V,5KHzを
印加した状態でフォトマルを用いて測定した。なお、作
成した素子のサイズは、1cm×1cm□で、発光量は１つの
端面からの発光量を測定した。
量を表１に示す。測定はEL素子電極に交流300V,5KHzを
印加した状態でフォトマルを用いて測定した。なお、作
成した素子のサイズは、1cm×1cm□で、発光量は１つの
端面からの発光量を測定した。
以上のことから本発明により高輝度で、且、出射巾の
狭い光源が実現でき、光センサー用の光源、又は光プリ
ンタ用の光源として好適であることがわかる。
狭い光源が実現でき、光センサー用の光源、又は光プリ
ンタ用の光源として好適であることがわかる。
本発明において、導波路中にEL素子を作り込む効果
は、EL素子から出射した光が、全反射条件を繰り返しな
がらコア層端面まで導かれることにある。本発明で提案
する端面出射型光源の場合、発光点からコア層端面まで
光が伝達する際の光の減衰量が小さい程、端面での発光
輝度が高くなる。例えば特開昭57−7087号で開示されて
いるように、光の閉じ込めに単に金属膜を用いた場合、
金属の反射率は高くても95％程度が限度であるため、20
回程度の反射で光量は４割以下に減少してしまう。従っ
てEL素子の発光層の巾を長くすることにより、端面から
の光の出射量を多くしようとしても、出射端面から離れ
た位置での寄与の割合は非常に小さくなり、EL素子の発
光層の巾を長くする効果はあまりない。一方、光の閉じ
込めをコア層とクラッド層を有する導波路構造を用いて
行う場合、コア層とクラッド層との界面で全反射条件を
満たす光の反射率は通常99.9％以上であることが知られ
ており、100回程度の反射を繰り返しても光量は約９割
程度まで減少するだけである。従って、EL素子の巾を長
くすることにより端面からの発光輝度を、それに比例し
て高くすることができる。
は、EL素子から出射した光が、全反射条件を繰り返しな
がらコア層端面まで導かれることにある。本発明で提案
する端面出射型光源の場合、発光点からコア層端面まで
光が伝達する際の光の減衰量が小さい程、端面での発光
輝度が高くなる。例えば特開昭57−7087号で開示されて
いるように、光の閉じ込めに単に金属膜を用いた場合、
金属の反射率は高くても95％程度が限度であるため、20
回程度の反射で光量は４割以下に減少してしまう。従っ
てEL素子の発光層の巾を長くすることにより、端面から
の光の出射量を多くしようとしても、出射端面から離れ
た位置での寄与の割合は非常に小さくなり、EL素子の発
光層の巾を長くする効果はあまりない。一方、光の閉じ
込めをコア層とクラッド層を有する導波路構造を用いて
行う場合、コア層とクラッド層との界面で全反射条件を
満たす光の反射率は通常99.9％以上であることが知られ
ており、100回程度の反射を繰り返しても光量は約９割
程度まで減少するだけである。従って、EL素子の巾を長
くすることにより端面からの発光輝度を、それに比例し
て高くすることができる。
次に導波路コア層の膜厚を発光層や絶縁層の膜厚に比
べて十分に大きくすることによる効果について述べる。
先に示した文献〔SID 86 DIGEST P270〜272（ウエスチ
ングハウス社）〕に示されているように、導波路構造を
持たない端面発光型EL素子の場合、発光点から出射端面
までの距離が数mm以上離れると、端面まで到達する光の
割合は急激に減少してしまう。この理由は、発光層の膜
厚が5000Å〜15000Åと薄いため端面まで光が到達する
間に多数回反射を繰り返すことになり、それによる減衰
が大きいこと、及び発光層及び絶縁層中で発光した光の
再吸収が存在するためである（第７図Ａ参照）。
べて十分に大きくすることによる効果について述べる。
先に示した文献〔SID 86 DIGEST P270〜272（ウエスチ
ングハウス社）〕に示されているように、導波路構造を
持たない端面発光型EL素子の場合、発光点から出射端面
までの距離が数mm以上離れると、端面まで到達する光の
割合は急激に減少してしまう。この理由は、発光層の膜
厚が5000Å〜15000Åと薄いため端面まで光が到達する
間に多数回反射を繰り返すことになり、それによる減衰
が大きいこと、及び発光層及び絶縁層中で発光した光の
再吸収が存在するためである（第７図Ａ参照）。
一方、EL素子から発光した光を導波路中に導くことの
できる本発明においては第７図Ｂで示すように、出射端
面まで到達する間の反射回数が少くなり、又、発光層を
通過する距離も少なくなるため、発光点が出射端面から
離れている場合においても光の減衰量は小さくなる。
できる本発明においては第７図Ｂで示すように、出射端
面まで到達する間の反射回数が少くなり、又、発光層を
通過する距離も少なくなるため、発光点が出射端面から
離れている場合においても光の減衰量は小さくなる。
かくして、本発明は従来の光導波部を持たない端面発
光型EL素子に比べ約10倍以上発光量が多い端面出力型光
源が実現でき、ファクシミリ等の高品位化、小型化が実
現できた。
光型EL素子に比べ約10倍以上発光量が多い端面出力型光
源が実現でき、ファクシミリ等の高品位化、小型化が実
現できた。
第１〜６図は、本発明端面発光型EL素子の具体例を示す
断面図であり、第７図Ａは従来型端面発光型EL素子の原
理図を、第７図Ｂは本発明の端面発光型EL素子の原理図
を示す。 １……基板、２……第１コア層 ２′……第２コア層、３……第１クラッド層 ３′……第２クラッド層、４……下部電極 ５……下部絶縁層、６……発光層 ７……上部絶縁層、８……上部電極 ９……高反射率薄膜、10……コア層出射端面 11……下部電極取り出し 12……上部電極取り出し Ｌ……発光点
断面図であり、第７図Ａは従来型端面発光型EL素子の原
理図を、第７図Ｂは本発明の端面発光型EL素子の原理図
を示す。 １……基板、２……第１コア層 ２′……第２コア層、３……第１クラッド層 ３′……第２クラッド層、４……下部電極 ５……下部絶縁層、６……発光層 ７……上部絶縁層、８……上部電極 ９……高反射率薄膜、10……コア層出射端面 11……下部電極取り出し 12……上部電極取り出し Ｌ……発光点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−89280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65796（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109694（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−48965（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−144097（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 33/00 - 33/28 G02B 6/12
Claims (3)
- 【請求項１】発光素子部、および光導波路より構成され
る端面発光型EL素子において、光導波路が外側から断面
中心に向いその屈折率を増大させるとともに前記発光素
子部を構成する発光層、絶縁層、上部電極および下部電
極が前記光導波路内に位置していることを特徴とする端
面発光型EL素子。 - 【請求項２】該上部電極および下部電極が共に発光波長
に対して透明である請求項１記載の端面発光型EL素子。 - 【請求項３】発光波長の異なる発光層が導波路光出射方
向に対して、順次光導波路内に形成されている請求項１
記載の端面発光型EL素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182266A JP3009431B2 (ja) | 1989-10-13 | 1990-07-10 | 端面発光型ｅｌ素子 |
| US07/564,078 US5124543A (en) | 1989-08-09 | 1990-08-08 | Light emitting element, image sensor and light receiving element with linearly varying waveguide index |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-267264 | 1989-10-13 | ||
| JP26726489 | 1989-10-13 | ||
| JP2182266A JP3009431B2 (ja) | 1989-10-13 | 1990-07-10 | 端面発光型ｅｌ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03205783A JPH03205783A (ja) | 1991-09-09 |
| JP3009431B2 true JP3009431B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=26501128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2182266A Expired - Fee Related JP3009431B2 (ja) | 1989-08-09 | 1990-07-10 | 端面発光型ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3009431B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH027204A (ja) * | 1988-06-27 | 1990-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気ヘッド |
| JP2823990B2 (ja) * | 1992-06-18 | 1998-11-11 | 株式会社テック | 端面発光型ｅｌ素子 |
| JP4748835B2 (ja) * | 2000-07-31 | 2011-08-17 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 照明器具 |
| JP4671494B2 (ja) * | 2000-12-12 | 2011-04-20 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 情報装置の駆動方法 |
| JP5704290B1 (ja) * | 2013-06-24 | 2015-04-22 | コニカミノルタ株式会社 | 発光装置 |
-
1990
- 1990-07-10 JP JP2182266A patent/JP3009431B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03205783A (ja) | 1991-09-09 |
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