JPH03138893A

JPH03138893A - 端面発光型ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH03138893A
Application number: JP1276272A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsumoto; 泰夫松本
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2011-06-05
Also published as: JP2505292B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は発光素子の一つである端面発光型ＥＬ素子に関
する。

従来の技術近年、電子写真方式のプリンタの発展などに伴って各種
の発光素子が開発された。このような発光素子としては
、例えば、ＥＬ（エレクトロ−ルミネセンス）素子が存
するが、これは不足しがちな発光輝度の改善が望まれて
いた。そこで、上面が発光する従来のＥＬに比して！０
０倍程０発光輝度を示す端面発光型ＥＬが開発された。

これは、活性元素を含む硫化亜鉛等からなる薄膜状の活
性層を誘電体層で囲んで先導波路を形成したもので、活
性層の端面から極扁平な光が照射されるようになってお
り、その輝度の高さからプリンタヘッドなどへの利用が
期待されている。

そこで、この端面発光型ＥＬ素子を第７図及び３、発明
の詳細な説明第８図に基づいて説明する。例示する端面発光型ＥＬ素
子１は、光導波路２を形成する薄膜状の活性層３を上下
から誘電体層４．５で囲み、これら誘電体層４，５の上
下面に電極層６．７を形成したものである。

このような構成において、この端面発光型ＥＬ素子ｌは
、電極層６，７間に交流電圧が印加されると活性層３等
の端面から極扁平な光が出射される。これは、第８図に
例示するように、交流電圧により活性層３内の各部に発
生した光が、誘電体層４，５と活性層３との境界で形成
された光導波路２の内面で反射を繰返し、活性層３内を
順次伝播されて素子端面から出射されると考えられてお
り、この出射光の光強度は上面が発光する従来のＥＬに
比して１００倍程０なる。なお、実際には活性層３内に
発生した光は他の層４〜７内にも放射されており、各層
４〜７の端面や素子外面からも光が放射されていること
が確認されている。

そこで、上記構造の端面発光型ＥＬ素子ｌを薄膜技術で
アレイ状に連設することなどで、ラインプリンタの印刷
ヘッドなどを実施可能である。

発明が解決しようとする課題上述のような端面発光型ＥＬ素子ｌは、アレイ状に連設
するなどして個々に発光させることで、ラインプリンタ
の印刷ヘッドなどに利用することができる。

だが、上述のような端面発光型ＥＬ素子１の出射光は、
活性層３内で反射を数多く繰返すことによる光減衰や、
活性層３外へ放射される光の存在、素子端面とは逆方向
に向かう発光モードの存在等のために出力が制約されて
いる。

例えば、光強度１．の光が光減衰率αの媒体内の距離Ｘ
を伝播した時の光強度Ｉは、Ｉ　＝　Ｉ、ｅ−゛となる。ここで、端面発光型ＥＬ素子ｌの光導波路２を
形成する活性層３の素材としては硫化亜鉛などが想定さ
れているが、この硫化亜鉛の光減衰率は５〜５０（ａｍ
−’）程度である。つまり、端面発光型ＥＬ素子ｌでは
、活性層３内で発生した光の強度は数胴の伝播で十分の
−はどに減衰することになる。

従って、端面発光型ＥＬ素子１は、その長さを延長して
も素子端面から出力される光量の増分は微小であり、発
光輝度の上限は０．５（Ｗ／ｄ）程度になっている。こ
れでは毎分ｌＯページ以上もの印刷を行なう高速プリン
タのラインヘッドとしては光量が不足しているため、端
面発光型ＥＬ素子ｌの光出力の向上が要望されている。

課題を解決するための手段請求項１記載の発明は、薄膜状の活性層を囲む誘電体層
の外面に相対向する電極層を形成した端面発光型ＥＬ素
子において、電極層の少なくとも一方を透明電極層とし
て形成し、この透明電極層の上に活性層より光減衰率が
小さい光導波路層を特徴する請求項２記載の発明は、各格子が素子端面と平行な回折
格子を光導波路層の少なくとも一方の外面に形成する。

請求項３記載の発明は、素子端面に向かう方向の回折効
率が逆方向より高い回折格子を形成する。

作用電極層の少なくとも一方を透明電極層として形成し、こ
の透明電極層の上に活性層より光減衰率が小さい光導波
路層を形成したことにより、活性層内で発生して各層を
透過した光が光減衰率の低い光導波路層を介して素子端
面がら出射されるので、光減衰量が低減されて光強度が
高い光が出射される。

さらに、各格子が素子端面と平行な回折格子を光導波路
層の少なくとも一方の外面に形成することにより、活性
層内で発生して各層を透過した光が回折格子で反射や透
過等される際に伝播方向が薄膜積層方向と直角に近い光
が生成され、光導波路層内を伝播される光量が増大する
と共に素子端面から出射される光は反射回数が減少して
光減衰量が低減される。

また、素子端面に向かう方向の回折効率が逆方向より高
い回折格子を形成することにより、回折格子で反射や透
過等された光は伝播方向が薄膜積層方向と直角に近くな
ると共に、素子端面とは逆方向に向かう発光モードが減
少する。

実施例請求項１記載の発明の実施例を第１図に基づいて説明す
る。なお、前述の従来例に例示した端面発光型ＥＬ素子
ｌと同一の部分は同一の名称及び符号を用いて説明も省
略する。この端面発゛光型ＥＬ素子８は、誘電体層４，
５の上下面に透明電極層９．１０が形成され、これらの
透明電極層９゜１０の上に活性層３より光減衰率が小さ
い光導波路層１１．１２が形成されている。

この端面発光型ＥＬ素子８の各層３〜５，９〜１２の実
際的な構造としては、前記光導波路層１１．１２は層厚
１，０（μｍ）程度のＳ　ｉＯ＊　（酸化ケイ素）、前
記透明電極層９．ｌＯは層厚０．ｌ（μｍ）程度のＴｉ
ｅ、（酸化チタン）、誘電体層４，５は層厚０．２５（
ｐ　ｍ）程度のＹ、Ｏ，（酸化イツトリウム）、活性層
３は層厚１．０（μｍ）程度の活性元素としてＭｎ（マ
ンガン）を添加したＺｎ５（硫化亜鉛）などからなり、
各々金属蒸着やスパッタリング及び電子ビーム蒸着等の
薄膜技術で形成される。

このような構成において、端面発光型ＥＬ素子８の活性
層３内で発生した光は、各種の層間面で反射や透過等さ
れて各層３〜５，９〜１２内を伝播する。この時、この
端面発光型ＥＬ素子８では、誘電体層４．５の外部に放
射された光は透明電極層９．ｔｏを透過して光減衰率が
極めて小さい光導波路層１１．１２内を伝播することに
なる。

つまり、この端面発光型ＥＬ素子８は、従来素子では外
部に放射されていた光が、極めて光減衰率が低い光導波
路層１１．１２内を介して素子端面まで伝播されるので
、その光出力が増大することになる。しかも、この場合
、活性層３の端面以外に上下の光導波路層１１．１２の
端面からも光が出射されるので、従来は縦横比が１１５
０程度と極扁平であった出射光のビーム形状が改善され
ることにもなる。

つぎに、請求項２記載の発明の実施例を第２図に基づい
て説明する。この端面発光型ＥＬ素子１３は、光導波路
層１１．１２の素子内方の外面に相当する透明電極層９
．ｔｏの外面に、各格子が素子端面と平行な回折格子１
４．１５が形成されている。なお、この他の構造は上述
の端面発光型ＥＬ素子８と同様になっている。

また、前記回折格子１４．１５の製作は、レーザ光の干
渉等を利用した既存のフォトリソグラフィ技術で透明電
極層９．１０の外面に凹凸を形成することで容易に実施
される。そして、ここで云う素子端面と平行な回折格子
１４．１５の格子とは、連続する長溝状の凹凸として考
えられる回折格子１４．１５の干渉縞のことを意味し、
例えば、第２図では左右方向に連設された各格子が紙面
を貢通ずる方向の長溝状に形成されていることになる。

このような構成において、この端面発光型ＥＬ素子１３
も、電極層６．７間に交流電圧を印加することで素子端
面から光が出射される。

この時、この端面発光型ＥＬ素子１３では、活性層３か
ら各層を透過するなどして光導波路層１１．１２内に至
る光は、回折格子１４．１５を透過する際に複数の回折
光となる。この場合、この回折光には通常の透過屈折の
他にも屈折率が大きい回折光が発生し、さらに、光導波
路層１１．１２内を伝播する光は回折格子１４．１５で
反射される際に反射角が小さい回折光が発生する。この
場合、回折格子１４．１５により光導波路層１１゜１２
内に伝播方向が薄膜積層方向と直角に近い光が生成され
るので、この光は外部に放射されたり光減衰率が高い活
性層３等に帰還する確率が低くなる。

つまり、活性層３内で発生した光が回折格子１４．１５
を透過したり反射することで、光導波路層１１．１２内
を伝播される光量が増大することになり、この光は内部
で反射される回数も減少しているので、この端面発光型
ＥＬ素子１３は光出力が極めて大きいことになる。

なお、本実施例の端面発光型ＥＬ素子１３では、透明電
極層９．１０と光導波路層１１．１２との層間面に回折
格子１４．１５を形成したものを例示したが、本発明は
上記構造に限定されるものではなく、第３図に例示する
ように、光導波路層ｌｌ、１２の素子外方に相当する外
面に回折格子１６．１７を形成した端面発光型ＥＬ素子
１８なども実施可能である。この場合、光導波路層１１
゜１２内から素子外部に向かう光が回折格子１６゜１７
で反射されることで素子端面に向かう光が生成されるの
で、端面発光型ＥＬ素子１８の光出力は増大することに
なる。

さらに、第４図に例示するように、各光導波路層１１．
１２の各外面に回折格子１４〜１７を形成した端面発光
型ＥＬ素子１９も実施可能であり、この場合は極めて光
出力が大きい端面発光型ＥＬ素子１９を製作することが
できる。

つぎに、請求項３記載の発明の実施例を第５図及び第６
図に基づいて説明する。この端面発光型Ｅ　Ｌ、素子２
０では、光導波路層１１．１２の素子外方にブレーズ角
を備えた回折格子２１．２２が形成されている。

このような構成において、この端面発光型ＥＬ素子２０
は、回折格子２１．２２の回折効率が素子端面に向かう
方向が逆方向より高いので、活性層３内に発生して回折
格子２１．２２で反射された光は各回折光とも伝播方向
が薄膜積層方向と直角に近くなって素子端面に向かうこ
とになり、同時に、素子端面とは逆方向に向かう発光モ
ードも減少するので、さらに出射光の出力が向上するこ
とが期待される。

発明の効果請求項１記載の発明は、薄膜状の活性層を囲む誘電体層
の外面に相対向する電極層を形成した端面発光型ＥＬ素
子において、電極層の少なくとも一方を透明電極層とし
て形成し、この透明電極層の上に活性層より光減衰率が
小さい光導波路層を形成したことにより、活性層内で発
生して各“層を透過した光が光減衰率の低い光導波路層
を介して素子端面から出射されるので、光減衰量が低減
されて光強度が高い光が出射されることになり、先出力
が大きい端面発光型ＥＬ素子を得ることができ、さらに
、請−求項２記載の発明は、各格子が素子端面と平行な
回折格子を光導波路層の少なくとも一方の外面に形成す
ることにより、活性層内で発生して各層を透過した光が
回折格子で反射や透過等される際に伝播方向が薄膜積層
方向と直角に近い光が生成され、光導波路層内を伝播さ
れる光量が増大すると共に素子端面から出射される光は
反射回数が減少して光減衰量が低減されるので、端面発
光型ＥＬ素子の光出力を向上させることができ、また、
請求項３記載の発明は、素子端面に向かう方向の回折効
率が逆方向より高い回折格子を形成することにより、回
折格子で反射や透過等された光は伝播方向が簿膜積層方
向と直角に近くなると共に、素子端面とは逆方向に向か
う発光モードが減少するので、さらに端面発光型ＥＬ素
子の光出力を向上させることが可能である等の効果を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の実施例を示す縦断側面図
、第２図ないし第４図は請求項２記載の発明の実施例を
示す縦断側面図、第５図は請求項３記載の発明の実施例
を示す縦断側面図、第６図は要部を拡大した縦断側面図
、第７図は従来例を示す斜視図、第８図は縦断側面図で
ある。２・・・先導波路、３・・・活性層、４，５・・・誘電
体層、８．１３，１８，１９．２０・・・端面発光型Ｅ
Ｌ素子、９．１０・・・透明電極層、１１．１２・・・
光導波路層、１４〜１７，２１．２２・・・回折格子出願人東京電気株式会社一篇医図

Claims

【特許請求の範囲】１　薄膜状の活性層を囲む誘電体層の外面に相対向する
電極層を形成した端面発光型ＥＬ素子において、前記電
極層の少なくとも一方を透明電極層として形成し、この
透明電極層の上に前記活性層より光減衰率が小さい光導
波路層を形成したことを特徴とする端面発光型ＥＬ素子
。２　各格子が素子端面と平行な回折格子を光導波路層の
少なくとも一方の外面に形成したことを特徴とする請求
項１記載の端面発光型ＥＬ素子。３　素子端面に向かう方向の回折効率が逆方向より高い
回折格子を形成したことを特徴とする請求項２記載の端
面発光型ＥＬ素子。