JPH0463328A - 空間光変調素子 - Google Patents

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］ 本発明はデイスプレィや光通信に用いられる基本的な空
間光−光変濶素子に関する。

［従来の技術］ 高輝度の電荷注入型有機電界発光素子が最近発表されて
いる。例えば、Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｃｈｅｍ、、
　５１゜９］３　（１９８７）やＪｐｎ、　Ｊ、　Ａｐ
ｐｌ、　Ｐｈｙｓ、、　２７．１２６’１（１９８８）
などに発表され、すてに公知となっている。

これらの電荷注入型有機発光素子は面発光素子てあり、
マトリックス可動型デイスプレィなどへの応用か図られ
ている。

方、光を入力し光を出力する光〜光変調素子としては非
線形光学材料か近年開発されており、入射された光の波
長を１／２に変換した２次高調波を発生する材料なとが
にＴＰやＡＤＰとして般に使用されている。しかしなか
ら、これらの非線形光学材料は無機結晶や有機結晶を用
いたもので、材料的にその応用か限定されるばかりでな
く、位相整合なと光学的な制約や、発生する波長も入射
光によって非常に限られたものとなるなとの制約がある
。

社会における情報量の増大にともない、より高密度で高
度な情報処理が求められ、高速並列処理か可能な光コン
ピューターが概念として提案されている。しかし、その
基本となるべき光−光変換素子については一体的な提案
か少なく、その実現か望まれている。光による並列処理
素子の概念としては、図２に示されるような２次元パタ
ーンのまま演算する空間変調か考えらハでいる。図２に
おいて１は人力される２次元パターンを示し、０は変調
素子のもつ演算パターンを示し、２は出力される２次元
パターンを示す。人力された２次元パターンは空間変調
素子のもつ演算パターンによって全情報か同時に変調さ
れ、圧力されるものである。

上記のような空間変調を達成させる基本的な要素として
、人力した２次元の光信号を電気信号や光信号によって
人力光の強度や波長の変化をもたらす基本構成素子か必
要である。このような素子かあれば、それをブロック化
して上記のような情報などの並列処理素子のひとつとし
て用いることが可能である。

また、もしこのようなことか可能であれば、単に波長変
換素子として光通信などに用いられるだけではなく、レ
ーザーからの光などによる走査が行われるデイスプレィ
や特にカラーティスプレィ、イルミネーション、スクリ
ーン、信号表示などの表示材料としての用途も期待され
ている。

このような素子か切望されていた。

［発明か解決しようとする課題］ 本発明の課題は、２次元の光パターンを２次元のまま変
調できる全く新しい光−光空間変調素子を創生ずること
にある。

［課題を解決するための手段］ 木発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した
結果、光導電性半導体からなる電荷注入層と電荷注入型
有機電界発光薄膜とを組み合わせることによって光−光
変換か可能であるとの着想を得て、これを実現し本発明
を完成した。

本発明は、 透明電極上に少なくとも光導電性ｎ型半導体層、有機電
界発光層、正孔輸送層及び透明電極を順に積層した構成
からなり、光導電性ｎ型半導体側から入射する２次元光
パターンを有機電界発光層特有の変調された２次元発光
パターンとしてとりたす光−光変調素子である。

すなわち、本発明は入射した光の強度、印加電圧や発光
層材料によって出力光の強度、波長を制御できる基本的
な空間光変調素子である。

これを以下に詳細に説明する。

本発明の基本的構成例を図１に示し、これをもって詳細
に説明する。

図１において１は入射する光の２次元パターンを示して
おり、２は発光層から出力される光の２次元パターンを
示している。基本的な構成では１と２のパターンは同一
であり、２次元の信号か保持されたまま光波長および光
強度か変換され、空間変調が行われる。電極または素子
自体を分割し、素子をマトリックス集合体とすれば部分
的な２次元のパターンを保持しなから、２次元マトリッ
クスの空間変調も可能である。また、積層構造にするこ
とによって多重の変調も可能である。

図１における基本構成は概念的に２つの領域にわけて考
えることかできる。一つは透明電極４、光導電性ｎ型半
導体５の積層された領域１１１てあって、光による電荷
発生デバイス領域である。

もう一方は有機電界発光層６と正孔輸送層７からなる領
域２２２であって、有機電界発光デバイスの領域を示し
、本発明が２つの概念を融合した新規な発明であること
が示される。

図１において３は透明基板を表し、製造上および素子の
機械的構成要素や保護の目的で用いられるが、場合によ
ってはなくとも構わない。透明基板は入射光に対して透
明であればよく、好適な例としては、ガラスやプラスチ
ック樹脂基板があげられる。これらの基板には入射させ
る信号以外の光を除去するために無機や有機の顔料や染
料などの添加物を加えてもよい。また、光学フィルター
機能をもつ膜を挿入または積層してもよい。

本発明における透明電極は図１では４及び８て示される
。透明電極に用いられる材料は、入射光あるいは出力光
に対して十分な光透過性を持つものであればよい。

光導電性ｎ型半導体層４に接する透明電極３としては、
酸化スズや酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴ
Ｏ）、スズ酸カドミウムなとの金属酸化物や金、銀、パ
ラジウムなどの金属薄膜を例としてあげることかてきる
。

正孔輸送層７と接する透明電極８には正孔輸送層に正孔
を注入しやすいものが好まれ、−数的に電子の仕事関数
の大きな金属、合金、金属酸化物などの金属化合物薄膜
や、そわらの積層された薄膜などが用いられる。例えば
、白金、金、セレン、パラジウム、ニッケル、タングス
テン、タンタル、テルルなとの金属や合金化合物または
それらの積層膜、Ｃｕｒなどの金属化合物薄膜や積層膜
か好ましい例としてあげられる。

電＄ｉｉ８の上にさらに保護層や光学フィルター層、機
械的構成要素としてのガラスやプラスチック樹脂などの
出力光に対して透明な層を設けてもよい。

図１において５は光導電性ｎ型半導体層を示す。これら
は光によって電荷を発生し、電子を有機電界発光層に注
入するものであればよく、好ましくは無機半導体か挙げ
られ、その非晶質ａ膜、微結晶薄膜、多結晶薄膜、単結
晶薄膜、または非晶質と微結晶薄膜でもよい。

光導電性ｎ型半導体層を用いて光−光変調か可能となっ
た理由としては、おそらく光導電性ｎ型半導体層か光照
射時に効率よく発光層に電子注入を行うことかできるた
めであると推定される。

好ましい例としてはＣ，Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎなどの一元系
半導体、ＳｉＣなどの二次元系ｒＶ−ＩＶ族半導体、Ａ
ｌＳｂ、　ＢＮ、＃Ｐ、　ＧａＮ、　ＧａＡｓ、　Ｇａ
Ｐ、　？ｎＳｂ、　ＩｎＡｓ。

ＩｎＰなとのｍ−ｖ族環導体、ＣｄＳ、　ＣｄＳｅ、Ｃ
ｄＴｅＺｎＯ，ＺｎＳなどの［１−Ｖｌｌ族環導体どや
さらに多元系の化合物半導体材料か挙げられる。

より具体的にＳｉについて例を挙げると、非晶質Ｓｉ、
水素化非晶質Ｓｉ、微結晶Ｓｉ、多結晶ＳＩ、単結晶Ｓ
ｉ、非晶質Ｓｉ、−ｘＮｘｔ微結晶Ｓｉ、−、Ｎｘ、単
結晶５ｉｌ−Ｊｘなどが好適に用いられる。こわらの半
導体薄膜は、その薄膜自体かｎ型の性質を有するもので
あるか、またはドーピングを行い、ｎ型にして用いられ
ろうなお、厚みに特に制限はないが、通常、Ｉｎ１ｌか
ら５μｒｎｆ１度か使用される。

半導体薄膜の製造方法としては、光ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、モレキュラービームエピタキシ
ー（ＭＢＥ）法、有機金属分解法、蒸着法、スパッタ法
などの各種の物理的または化学的な薄膜形成法などが用
いられる。

図１において６は有機電界発光層を示す。本発明におけ
る有機電界発光層に用いられる有機化合物としては、高
い発光量子収率をもち、外部摂動を受けやすいπ電子系
を有し、容易に励起されやすい有機化合物などが好適に
用いられる。

このような有機化合物としては、例えば、アントラセン
、コロネン、ペリレンなどの縮合多環芳香族炭化水素類
やｐ−ターフェニル、ポリ−ｐ−キシレンなとのポリフ
ェニル類、２，５−ジフェニルオキサゾール、１．４−
ビス−（２−メチルスチワル）−ベンゼンなどのジスチ
ルベンゼン類、シクロペンタジェン類、ペリノン類、キ
サンチン類、クマリン類、アクリジン類、Ｎ　Ｋ　！９
５２　（日本感光色素製品）などのシアニン色素類、ベ
ンゾフェノン類、フタロシアニン色素類、ならびに、上
記以外の複素環化合物、芳香族アミン、芳香族ポリアミ
ン、およびキノン構造を有する化合物の中て励起状態て
錯体を形成する化合物やポリアセチレン、ポリシランな
どを挙げることがてきる。

また、金属と有機物の配位子からなる金属錯体化合物か
好ましい例としてあげられる。具体的な例としては金属
種としては例えば、Ａ１．　Ｇａ、　ＩｒＺｎ、　Ｃｄ
、　Ｍｇ、　Ｐｂ、　Ｔａなとか好ましく、有機物から
なる配位子としては、例えばポルフィリン、クロロフィ
ル、８−ヒドロキシキノリン（オキシン）、フタロシア
ニン、サリチルアルテヒトオキシム、１−ニトロソ−２
−ナフトール、クフエロン、ジチゾン、アセチルアセト
ンなどが用いられる。より具体的には、例えば、オキシ
ン錯体、５．７−シブロムオキシン錯体、５．７−ジヨ
ートオキシン錯体、チオオキシン錯体、メチルオキシン
錯体があげられ、より具体的にはアルミニウムオキシン
錯体、鉛オキシン錯体、鉛ジブロムオキシン錯体、鉛（
５，７−ジヨートオキシン）錯体、鉛チオオキシン錯体
、鉛セレノオキシン錯体、ビスマスメチルオキシン錯体
なとか好ましい例としてあげられる。代表例として式（
１）に示されるトリス（８−ヒドロキシキノリン）アル
ミニウムや式（２）から式（６）に示されるような多環
系の化合物かあげられる。

また、これらの化合物の混合物を用いてもかまわない。

これらの発光層にドーパントと呼ばれる添加剤を０．０
１ｗｔ％から３０Ｗ［％の量て添加することにより発光
色を変えることかできる。例えば式（１）に示されてい
るトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムにク
マリンを添加することによってもとの緑色の発光から青
緑色の発光となる。また、スチリル系色素の添加では橙
色の発光色が得られる。添加剤をいれた場合の発光は添
加剤からの発光であり、添加剤を変えることによって発
光を変えることができることを示している。

したがって、同一の素子上でもドーパントや発光材料混
合比の分布を変えてやれば同一の入射光に対して空間固
有の波長変換を行うことができる。これを利用したカラ
ー画像形成の可能性もある。例えば、同一面上に３原色
を発光する成分分布を形成すれば、レーザービームて走
査するカラーティスプレィやスクリーンか可能である。

本発明における有機電界発光層はこれらの打機化合物の
非晶質、微結晶または微結晶を含む非晶質、多結晶、単
結晶層である。層の厚さは特に限定されないか通常５ｎ
ｔｎから２μ口か採用される。

本発明における有機電界発光層の製造方法としては、真
空蒸着法や昇華法、モレキュラービームエピタキシー法
、ＬＢ法、ディッピングやスピンコードなどの塗布法な
どの物理的または化学的な薄膜形成方法をとることがで
きる。

本発明における正孔輸送層７は正孔輸送性の化合物から
なり、正孔輸送層の材料としては、例えば、式（１１）
て示されるＰＤＡなどのジアミン類や式（１２）などの
トリフェニルアミン誘導体やオキサチアゾール誘導体、
フタロシアニン誘導体、シリコンポリマー、ポリチオフ
ェンなどが好適な例としてあげることかできる。これら
の代表的な例を式（１１）から式（１５）に示す。

また、光導電性ｎ型半導体５と有機電界発光層６の間に
電子輸送性の化合物からなる電子輸送層を設けてもよい
。

電子輸送層に用いられる材料としては、例えば、式（２
１）や式（２２）に示されるようなジフェノキノン類な
どの交差共役系化合物やヘンシフエノン系、ヒドラゾン
系の化合物や２，４．７−　トリニトロ−９−フルオレ
ノンや式（２３）に示される化合物などのフルオレン系
化合物などが好適な例としてあげることがてきる。

正孔輸送層や電子輸送層などの電荷輸送層の製造方法と
しては、真空蒸着法や昇華法、モレキュラービームエピ
タキシー法、ＬＢ法、ディッピングやスピンコードなど
の塗布法などの物理的または化学的な？Ｉ膜形成方法を
とることができる。膜厚としては特に制限はないが、１
０ｒ＋ｍから２μｍ程度か使用される。

［作用及び効果］ 本発明の空間光変：Ａ素子は積層一体型の素子であり、
面発光を利用して入射光パターンに対応し、変調された
出力光が得られるばかりでなく、出力光は入力光強度、
印加電圧により外部制御でき、基本的な光２次元情報処
理が可能である。

また、印加電圧によっては発光源として作用し、イス号
の発信源として同時に用いられる可能性もある。

さらに、非線形材料などに比へて位相のマツチングなど
の制約が少ないたけてなく、量産性に富み大面積化か可
能であり作成も容易である。

式（１） ｎ 式（２） 式（３） 式 式 式 式（４） 式（５） 式（６） 式 式（２１） 式（２２） 式（２３） ［実施例コ 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これ
により本発明の実施の形態か限定されるものではない。

実施例 厚さ０．１ｍ＋ｎのカラス基板上にＩＴＯを透明電極と
して蒸着法によって厚さ１μｍの膜を作成した。さらに
、グロー放電法によって、この透明基板上にｎ型アモル
ファスシリコン窒素（α−５ｉＮＨ）層を１μｍの厚さ
て成膜しｎ型の無機半導体薄膜層とした。さらにこのｎ
型アモルファスシリコン窒素層上に（１）で表されるア
ルミニウム錯体の有機発光層、（１１）で表されるＰＤ
Ａからなる正孔輸送層を真空蒸着法によって、この順序
てそれぞれ５０ｎｍの厚さて成膜した。最後に金を電極
として１５ｎｍの厚さで蒸着した。

このように作成した薄膜積層体に電圧印加下、アルゴン
イオンレーサーの波長４８８ｎｍの光をカラス基板側か
ら入射した。人力光照射下、アモルファスシリコンカー
ボネートを負側に電圧印加した状態、すなわちＩＴＯ電
極側を負側にした時のみ出力光か観測された。これを図
３に示す。図３はアルゴンイオンレーザ−による光照射
中において、２５Ｖの電圧を一分間印加したときの出力
強度の測定結果である。　２５Ｖの電圧を印加しながら
、アルゴンイオンレーザ−を照射したときの発光スペク
トルを図４に示す。発光幅は４５０ｒ＋ｍから６００ｒ
＋ｍ付近まであり、波長が変換されうることを示してい
る。　したがって、出力光はアモルファスシリコンカー
バイト層に光生成した電子かアルミニウム錯体に電場に
よって注入されることによって発光層特有の発光をして
いることが明らかである。　光−光変換の量子収率は約
００６％であった。図３の出力光曲線ａとｂの比較に示
されるように出力光強度は人力強度により制御ができた
。また、印加電圧によっても制御できることがわかった
。

さらに、人力光パターンは出力光でも保持されており、
この素子が２次元の光情報処理に利用できることを示し
ている。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の基本的構成を表す図である。 図２は本発明のＨＩ３念を表す図である。 図３は本発明の空間光変調素子の実施例において、入射
光照射下、光導電性ｎ型半導体層に接する透明電極側を
負側に、正孔輸送層に接する透明電極側を正側に一定の
電圧を印加したときの出力強度の変化を示す図であり、
図４は電圧の印加による出力光の発光スペクトルの変化
を示す。 Ｏコ変調素子の２次元変調パターン １：入射する光の２次元パターン ２：発光層から出力された光の２次元パターン３：透明
基板 ４・透明電極 ５：光電導性ｎ型半導体層 ６：有機電界発光層 ７：正孔輸送層 ８：透明電極 特許出願人　　三井東圧化学株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明電極上に少なくとも光導電性ｎ型半導体層、有
   機電界発光層、正孔輸送層及び透明電極を順に積層した
   構成からなり、光導電性ｎ型半導体側から入射する２次
   元光パターンを有機電界発光層特有の変調された２次元
   発光パターンとしてとりだす空間光変調素子。 ２、光導電性ｎ型半導体層と有機電界発光層との間に電
   子輸送層が積層されている請求項１記載の空間光変調素
   子。