JPH0463330A

JPH0463330A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH0463330A
Application number: JP17444690A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Momotake; 宏之百武; Shigeru Takahara; 茂高原; Masaaki Yokoyama; 正明横山; Masahiro Hiramoto; 昌宏平本
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1990-07-03
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1992-02-28

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−光変調素子に関する。

［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、　Ｃｈｅｗ、、
　５１゜９１３　＋１９８７１やＪｐｎ、　Ｊ、　Ａｐ
ｐｌ、　Ｐｈｙｓ、、　２７．１２６９ｔ１９８８ｉな
どに発表され、すで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であり、
マトリックス可動型デイスプレィなどへの応用が図られ
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
線形光学材料が近年開発されており、入射された光の波
長を１７２に変換した２次高調波を発生する材料などが
ＫＴＰやＡＤＰとし、て−般に使用されている。しかし
ながら、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、材料的にその応用が限定されるばかり
でなく、位相整合など光学的な制約や、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どの制約が
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、高速並列処理が可能な光ボン
ピユータ−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具体的な提案
が少なく、その実現が望まれている。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が考えられている。図２に
おいて１は入力される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が同時に変調さ
れ、出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
、入力した２次元の光信号を電気信号や光信号によって
入力光の強度や波長の変化をもたらす基本構成素子が必
要である。このような素子があれば、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が可能であれば、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
や特にカラーデイスプレィ、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。

このような素子が切望されていた。

Ｕ発明が解決しようとする課！］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］本発明者らは、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、１膜とを組み合わせることによって光−
光変換が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ｐ型半導体層、有機電
界発光層及び透明電極を順に積層した構成からなり、光
導電性ｐ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すした２次元発光パターンとし
てとりだす光−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ｌと２のパターンは同一
であり、２次元の信号が保持されたまま光波長および光
強度が変換され、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がら、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ｐ型半
導体５の積層された領域１１１てあって、光による電荷
発生テバイス領域である。

もう一方は有機電界発光層６と透明電極７からなる領域
２２２てあって、有機電界発光デバイスの領域を示し、
本発明か２つの概念を融合した新規な発明であることか
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か、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
ック樹脂基板かあげられる。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および７でボされ
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ｐ型半導体層５に接する電極４は、ｐ型半導体
層へ正孔注入効率のよい電極材料を用いることが好まし
く、−船釣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や、それらの積層した薄膜など
が用いられ、例えば、酸化スズや酸化インジウム、酸化
インジウムスズ（ＩＴＯ）、スズ酸カドミウムなどの金
属酸化物やそれらの積層膜、金、銀、パラジウム、セレ
ン、ニッケル、タングステン、テルル、タンタルなどの
金属や合金薄膜、またはそれらの積層膜、ＣｕＩなとの
金属化合物およびその積層膜などが好ましい。

有機電界発光層に６に接する電極７は有機電界発光層に
電子を注入しやすいものが好ましく、殻に電子の仕事関
数の小さな金属や合金薄膜、その積層膜が用いられ、例
えば、マグネシウム、リチウム、カリウム、カルシウム
、ルビジウム、ストロンチウム、セリウムなどの金１１
Ｅ薄膜やマグネシウム−銀などの合金や（，３−Ｑ　−
Ａｇ、　Ｃ５３ＳｂＮａＪＳｂ、　　（Ｃｓ）ＮａＪＳ
ｂなどの金属化合物７ｉＪＩｌｌ！、またはそれらの積
層薄膜があげられる。

電極７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ｐ型半導体層を示す。これら
は光によって電荷を発生し、正孔を発光層に注入するも
のであればよ（、好ましくは無機半導体が挙げられ、そ
の非晶質薄膜、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ｐ型半導体層を用いて光−光変調が可能となっ
た理由としては、おそらく光導電性ｐ型半導体層が光照
射時に効率よ（発光層に正孔注入を行うことができるた
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なとの二次元系ＩＶ−ＩＶ族半導体
、ＡｌＳｂ、　ＢＮ、　ＢＰ、　ＧａＮ、　ＧａＡｓ、
　ＧａＰ、　ＩｎＳｂ、　ＩｎＡｓ。

ＩｎＰなどのｍ−■族生導体、ＣｄＳ、　ＣｄＳｅ、　
ＣｄＴｅＺｎＯ，２ｎＳなどのＩｔ−ＶＪ族半導体など
やさらに多元系の化合物半導体材料が挙げられる。

より具体的に５１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
１、非晶質Ｓｔ＋−ｘｃｘ＊微結晶５ｉｔ−ｘｃｘ＋単
結晶Ｓ＋＋−ｘＣｘ、非晶質５ｌｌ−ＸＮＸ＋微結晶５
ｌｌ−ＸＮＸＩ単結晶Ｓ１＋−ｘＮｘなどが好適に用い
られる。これらの半導体薄膜は、その薄膜自体がｐ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、
ｐ型にして用いられる。なお、厚みに特に制限はないが
、通常、ｌｎｍから５μｍ程度が使用される。

半導体薄膜の製造方法としては、光ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法、ｇｃｖＤ法、モレキュラ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−キシレンなどのポリフ
ェニル類、２．５−ジフェニルオキサゾール、１４−ビ
ス−（２−メチルスチリル）−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　１９５
２　（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で励起状態で錯
体を形成する化合物やポリアセチレン、ポリシランなど
を挙げることができる。

また、金属と有機物の配位子からなる金属錯体化合物が
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、Ａｌ、　Ｇａ、　Ｉｒ。

Ｚｎ、　Ｃｄ、　Ｍｇ、　Ｐｂ、　Ｔａなどが好ましく
、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、サリチルアルデヒドオキシム、１−
ニトロソ−２−ナフトール、クフェロン、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−ジブロムオキシン錯体、
５，７−ショートオキシン錯体、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−ショートオキシン）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
オキシン錯体などが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があげられる。

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３０ｗｔ％の量で添加することにより発光
色を変えることができる。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榎
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、レーザービームで走
査するカラーデイスプレィやスクリーンが可能である。

本発明における有機電界発光層はこれらの有機化合物の
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が通常５ｎ
ｍから２μｍが採用される。

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て
きる。

光導電性Ｐ型半導体層５と有機電界発光層６の間に正孔
輸送層を設けてもよい。

正孔輸送層の材料としては、例えば、式（１１）で示さ
れるＰＤＡなとのジアミン類や式（１２）なとのトリフ
ェニルアミン誘導体やオキサチアゾール銹導体、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
どか好適な例として挙げることができる。これらの代表
的な例を式（１１）から式（１５）に示す。

透明電極７と有機電界発光層６の間に電子輸送層を設け
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ベンゾフェノン系、ヒドラゾン
系の化合物や２，４．７−ドリニトロー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かできる。

本発明に用いてもよい正孔輸送層や電子輸送層なとの電
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
的な薄膜形成方法をとることかできる。膜厚としては特
に制限はないか、１０ｎｍから２μｍ程度か使用される
。

［作用及び効果］本発明の空間光変調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、信号の
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との制約か少ないだけでなく、量産性に冨み大面積化か可能てあり作成も容易である。

（以下余白）式（４）式（５）式式（１）式（２）式（３）式式式式（２１）式（２２）式（１５）式（２３）［］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０．１ｍｍのガラス基板上に蒸着法によって厚さ０
．９μ■のＩＴＯの透明電極膜を作成した。

この透明電極膜上にグロー放電法によって、膜厚０．８
μＩのアモルファスシリコンカーバイト層（ｐ型α−５
ｉＣ：Ｈ）を堆積させｐ型の無機半導体薄膜層とした。

さらに、この薄膜上に（１）で表されるアルミニウム錯
体の有機発光層を真空抵抗加熱蒸着法により５０ｎａ＋
の厚さで成膜した。

さらに、この層の上に、マグネシウム−銀を電極として
１５ｎｍの厚さで蒸着した。なお、マグネシウム金属の
蒸着膜は５ｍｍ角で作成した。

このように作成した薄膜積層体に電圧印加下、半導体レ
ーザーの波長７８０　ｎｍの光をガラス基板側から入射
した。ＩＴＯ電極側を正側に電圧印加した時のみ出力光
か観測された。これを図３に示す。図３は半導体レーザ
ーによる光照射中において、８■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。

したがって、出力光はアモルファスシリコンカーバイト
層に光生成した正孔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していることか明らかであ
る。

光−光変換の量子収率は約０．１％てあった。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
力強度により制御かてきた。また、印加電圧によっても
制御てきることかねかりた。

さらに、人力光パターンは出力光ても保持されており、
この素子が２次元の光情報処理に利用できることをボし
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は本発明の概念を表す図である。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、光電導性Ｐ型半導体層に接する透明電極側を
負側に、有機電界発光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
る。０・−・変調素子の２次元変調パターント・・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・
・・透明基数４・・・透明電極５・・・光電導性ｐ型半導体層６・・・有機電界発光層７・・・透明電極特許出願人　　三井東圧化学株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、透明電極上に少なくとも光導電性ｐ型半導体層、有
機電界発光層及び透明電極を順に積層した構成からなり
、光導電性ｐ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ｐ型半導体層と有機電界発光層との間に正
孔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。３、有機電界発光層と透明電極との間に電子輸送層が積
層されている請求項１または２記載の空間光変調素子。