WO2000014813A1 - Dispositif dote de moyens de communication optiques - Google Patents

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WO2000014813A1
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Tatsuya Shimoda
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Seiko Epson Corporation
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus provided with a light transmitting means.
  • a predetermined element is connected to a predetermined element by electric wiring, and information is transmitted only by an electric signal to drive a circuit. I have.
  • the conventional device in Chapter 3 has a drawback that the signal is delayed due to the capacitance and electric resistance associated with the electric wiring (wiring).
  • heat is generated due to wiring resistance.
  • An object of the present invention is to provide an optical transmission means of a method different from a method of transmitting information by an electric signal, in particular, an apparatus provided with an optical transmission means capable of increasing the degree of integration and high speed.
  • the present invention provides the following devices (1) to (21).
  • a light emitting section having at least one light emitting element formed of a thin film, a light receiving section having at least one light receiving element formed of a thin film, and guiding light from the self-illuminating section to the light receiving section.
  • a device provided with a light transmitting means, wherein the light transmitting means comprises an integrated light guide.
  • An apparatus provided with the light transmitting means according to (1), wherein the tiri self-light emitting unit, the knitting self-light receiving unit, and the dni self-guide are provided in at least one dimension.
  • the three-light-emitting part, the self-light-receiving part and the mi3 guide are installed in the two-dimensional direction, and are provided with the light transmission means according to (1).
  • a device provided with the light transmitting means according to (1), wherein the three light-emitting parts, the self-light receiving part, and the Hifl self-guide are arranged in a three-dimensional direction.
  • An apparatus provided with the light transmitting means according to the above (5) which has a structure in which a layer having at least one of a self light emitting portion, a self light receiving portion, and a third light guide is laminated.
  • An apparatus comprising the light transmitting means according to any one of (1) to (10), wherein the light emitting element is an organic EL element.
  • optical filter described in (12) above, wherein the optical filter is a distributed reflection type multilayer mirror formed by laminating a plurality of thin films having different refractive indices.
  • An apparatus comprising the light transmitting means according to any one of (1) to (13), wherein at least one thin film constituting the light receiving element is formed by patterning by an ink jet method.
  • a predetermined circuit block of the plurality of circuit blocks is connected by the light guide path, and between the circuit blocks, a signal is transmitted and received by light via the light guide path.
  • An apparatus comprising the light transmitting means according to the above (20).
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a main part of an apparatus provided with an optical transmission means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of ⁇ using an organic EL element as a light-emitting element and an example of the structure of a conductor in the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of an organic EL device by inkjet printing.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example when a PIN photodiode is used as a light receiving element in the present invention, and a configuration example of a conductor.
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit according to the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the amplifier circuit according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating another configuration example of the amplifier circuit according to the present invention.
  • Fig. 8 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the sobiki in the present development.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a main part of an apparatus provided with a light transmitting means according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a light emitting element and a configuration example of a semiconductor according to the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a light receiving element and a configuration example of a light guide path according to the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a main part of an apparatus provided with a light transmitting means according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view schematically showing a main part of an apparatus provided with a light transmitting means according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a main part of a first embodiment of an apparatus provided with a light transmitting means of the present invention.
  • a light emitting element 3 and a drive circuit for driving the light emitting element 3 are provided on the substrate 2.
  • the light emitting element 3 the respective elements constituting the circuit for sending out the signal including the driving circuit and its wiring, the conductor 4, the light receiving element 5, the amplification circuit
  • the respective elements constituting the circuit for sending out the signal including the driving circuit and its wiring, the conductor 4, the light receiving element 5, the amplification circuit
  • Examples of the material include various types of glass, Si single crystal, ceramics, and quartz.
  • the light emitting element 3, the guide 4 and the light receiving element 5 are partially or entirely formed of a thin film.
  • Knitting 3 Light-emitting element is constituted by light-emitting element 3 t
  • Light-receiving section is constituted by self-light-receiving element 5
  • light transmission means is constituted by self-light-emitting element 3, conductor 4 and light-receiving element 5.
  • the light emitting element 3 in the device for example, an organic EL element can be used, and as the light receiving element 5, for example, a photodiode can be used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a configuration in which an organic EL element is used as the light emitting element 3 in the structure shown in FIG.
  • the organic EL element 3a is composed of a transparent 31, a light emitting layer (organic EL layer) 32, an SI 333, and a partition wall (bank) that also serves as a light shielding portion and a wall for preventing ink spreading. 3) It consists of 4.
  • the organic EL element T.3a is installed on a light guide 4 to be described later.
  • the structure of the organic EL element 3a will be specifically described.
  • the partition wall 34 is formed on the SiO 2 layer 43 of the conductor 4 described later. Further, the transparent tt31 and the light emitting layer 32 are formed inside the partition wall 34, respectively. In this case, a transparent layer 31 is formed on the Si 2 layer 43, and a light emitting layer 32 is formed on the transparent ⁇ layer 31. Then, a ⁇ S electrode 33 is formed on the wall 3 4 and the light emitting layer 32 of the knitting 3.
  • the transparent 1 is composed of, for example, ITO. Further, the thickness of the transparent layer 31 is preferably about 50 to 500 nm.
  • the light-emitting layer 32 uses an organic light-emitting material as a light-emitting substance, and has a high degree of freedom in selecting the emission wavelength. In fact, by selecting a specific material or by combining materials, any length can be obtained. It is possible to select the wavelength of light.
  • the energy of excitons in the light-emitting material is The one corresponding to the energy difference between HOMO (highest occupied level) and LUMO (lowest vacant level) corresponding to the width is selected.
  • a low molecular weight, a high molecular weight, particularly a conjugated polymer, a conductive high molecular weight, and a dye molecule, which have developed a pirate system in ii, are selected.
  • organic light emitting material for example, to emit blue light, anthracene, PPCP, Zn (OxZ) 2 , distilbenzene (DSB), a derivative thereof (PESB) and the like are used.
  • organic light emitting material for example, to emit blue light, anthracene, PPCP, Zn (OxZ) 2 , distilbenzene (DSB), a derivative thereof (PESB) and the like are used.
  • DSB distilbenzene
  • PESB a derivative thereof
  • green light for example, Alq 3 , coronene, or the like is used.
  • BPPC perylene, DCM, or the like is used.
  • a polymer organic light emitting material is used as the organic light emitting material.
  • PAT or the like is used for emitting red light
  • MEH-PPV or the like is used for emitting orange light
  • PDAF is used for emitting blue light.
  • FP_PPP, RO-PPP, PPP, etc. To emit purple light, PMPS etc. are used.
  • PPV poly (N-vinylcarbazole)
  • PPS poly PNPS
  • PBPS PBPS
  • PVK can change the emission wavelength (emission color) by controlling the mixing concentration and the number of ejections of a dopant ink such as a dye molecule having a poor carrier transport ability such as a u complex.
  • the emission color can be adjusted by applying a fluorescent dye to an organic light-emitting material made of PVK.
  • TPB 1,1,4,4-tetraphenyl-1,3,1-butadiene
  • coumarin 6, and DCM 1 dyes are doped into PVK
  • the emission color becomes blue, green, or orange, respectively.
  • a wide spectrum can be obtained by simultaneously doping three kinds of dyes into PVK.
  • rhodamine B or DCM is configured to be doffable in the PPV, the emission color can be arbitrarily changed from green to red.
  • the precursor itself of the conjugated polymer organic compound that mainly forms the light emitting layer 32, or the precursor and a fluorescent dye or the like for changing the light emission customization of the light emitting layer 32 are dissolved in a predetermined amount.
  • the dispersed fiber for the organic EL device composition for the light emitting layer 32
  • the precursor in the composition for the organic EL device is highly concentrated. It is formed of a daggered thin II Mo (solid thin moon Mo).
  • a soluble conjugated polymer itself organic super certain, or a ⁇ polymer, set formed of a fluorescent dye or the like for changing the emission characteristic of the light-emitting layer 3 2 is dissolved in an organic solvent It is a thin film of a polymer obtained by drying or heating a product (a thread material for the light emitting layer 32).
  • the thickness of the light emitting layer 32 is preferably about 50 to 500 nm.
  • a 1 —Li or the like is used for ⁇ J1S1133. Further, it is preferable that the thickness of 333 is about 10 to 500 nm.
  • the partition wall 34 for example, polyimide, SiO 2 or the like is used.
  • the thickness of the P 34 wall is preferably larger than the total thickness of the transparent ⁇ 31 and the light emitting layer 32.
  • a transmission-side circuit including a drive circuit (not shown) for driving the organic EL element 3a is provided on the substrate 2 shown in FIG. 1.
  • a predetermined voltage is applied between the transparent S31 and ⁇ 3 from the self-driving circuit, electrons and holes (holes) are injected into the light emitting layer 32. They move and recombine in the light-emitting layer 32 due to the electric field generated by the applied voltage.
  • Exciton is generated by this recombination, and this exciton emits energy (fluorescence or phosphorescence) when returning to the base. That is, it emits light.
  • EL emission Such a phenomenon is called EL emission.
  • the S3 ⁇ 4i method of the organic EL element 3a will be described.
  • the organic EL element 3a having the structure shown in FIG. 2 is manufactured by inkjet printing.
  • the manufacturing method by ink jet printing is a method of discharging a predetermined composition (discharge liquid) from a head by an ink jet method, thereby forming a predetermined thin film (layer) material into a pattern and solidifying it. To make a thin film.
  • a method for producing the organic EL device 3a by ink jet printing will be specifically described with reference to FIG.
  • the partition wall 34 is formed by, for example, photolithography.
  • the prepared object for the transparent HS31 is prepared by the ink jet method. It is formed in a pattern on the light guide path 4. That is, a transparent object for transparent 1 is ejected from the nozzle 90 of the inkjet head to form a predetermined pattern. Then, the composition for the transparent electrode 31 on which the pattern has been formed is added and cured to form a transparent film 31.
  • an object for the light emitting layer 32 prepared in advance is patterned by an ink jet method. That is, from the nozzle 100 of the inkjet head to the light emitting layer
  • a predetermined pattern is formed by discharging an object for 32. Then, the layer 320 of the composition for the light-emitting layer 32 on which the pattern is formed is subjected to a heat treatment, so that the precursor of the conjugated polymer ( ⁇ ) in the layer 320 is highly doped. That is, the layer 320 is solidified to form the light emitting layer 32.
  • a step 33 is formed by, for example, sputtering or vapor deposition to obtain an organic EL element 3a having a structure shown in FIG.
  • the ink jet method fine printing can be performed easily, in a short time, and accurately.
  • the film thickness can be easily and accurately adjusted by increasing or decreasing the discharge amount of the object, it is possible to easily and freely control the properties of the film, the coloring ability, and the coloring ability such as luminance. it can.
  • the organic EL element 3a having the desired characteristics and the characteristics and characteristics of the element are integrated on the fiber 2, especially a fine element such as a TFT (thin film transistor) circuit or a single crystal Si-based IC. It can be easily formed on the substrate 2 which is in use.
  • a fine element such as a TFT (thin film transistor) circuit or a single crystal Si-based IC. It can be easily formed on the substrate 2 which is in use.
  • the light guiding path 4 the Si0 2 layer 41, the Si0 2 layer 43, which consists of the ITO layer 42 provided between the Si0 2 layer 41 and the Si0 2 layer 43 .
  • the age is Si0 2 layer 41 force s formed on the substrate 2.
  • the thickness of the Si ⁇ 2 layer 41 is 50 nn! It is preferably about 10 to about 10 m. ITO layer
  • the thickness of 42 is preferably about 30 nm to 10 m.
  • the thickness of S i0 2nd layer 43 is 50 nn! It is preferable to be about 10 m.
  • the light guide path 4 includes at least the organic EL element 3 a (light emitting element It extends from 3) to a PIN photodiode 5a (light receiving element 5) described later, and guides light from the organic EL element 3a to the PIN photodiode 5a.
  • the fine wire 4 can be manufactured by using the method of 5 kinds of thinness!] Nasei method (CVD, PVD, etc.) and photolithography.
  • the conductor can also be manufactured by ink-jet printing like the organic EL element 3a described above. That is, at least one thin film (layer) constituting the light guide path 4 can be manufactured by patterning a predetermined textile by an ink jet method and solidifying the same as in the above-described organic EL element 3a. In this case, the effect of the ink jet printing described above can be obtained.
  • a PIN photodiode can be used as the light receiving element 5 in the structure shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a field treatment using a PIN photodiode as the light receiving element 5 and an example of the configuration of the light guide 4.
  • the PIN photodiode 5a has a light receiving unit window electrode 51, a p-type a_SiC layer (p-type semiconductor layer) 52, an i-type a-Si layer (semiconductor layer) 53, and an n-type a — It is composed of a SiC layer (n-type semiconducting layer) 54, an A1—Si—Cu layer 55 that also serves as an upper part of the light receiving section and wiring (electrical wiring).
  • the light-receiving window 1, the p-type a—SiC layer 52, the i-type a—Si layer 53, the n-type a—SiC layer 54, and the A 1 _Si—Cu layer 55 are arranged from the bottom in FIG. This) is stacked with one drunk.
  • the PIN photodiode 5a is installed on the light guide 4 so that the light receiving section window electrode 51 faces the ITO layer 42 of the light guide 4 described above. Note that the portions corresponding to the front 13 light receiving unit window 51 of the guide Shin 4, S i 0 2 layer 43 is not formed.
  • the light receiving section window SS51 is made of, for example, ITO.
  • the thickness of the light receiving section window 51 is preferably about 50 nm to 1 ⁇ m.
  • the thicknesses of the p-type a-SiC layer 52, the i-type a-Si layer 53, the n-type a_S iC layer 54, and the Al-S i-Cu layer 55 are 50 nm and 80 nm, respectively. 0 nm, 50 nm and
  • each layer of the knitting is not limited to the value of the knitting itself. That is, there is considerable variation in the thickness of each layer, and the thickness of each layer has a considerable degree of freedom.
  • This PIN photodiode 5a can also be manufactured by ink jet printing like the organic EL element 3a described above. That is, at least one thin film (layer) constituting the PIN photodiode 5a is formed by patterning a predetermined object by an ink jet method and fixing the same as in the above-described organic EL element 3a. Can be manufactured. In this case, the effect of the inkjet printing described above can be obtained.
  • an organic photodetecting material (organic) can be used in addition to the above-described PIN photodiode 5a.
  • organic light detecting material for example, the same material as the above-described organic EL element 3a can be used. For example,? ? And Shiano? ? Mix of ⁇ ! Etc. are used.
  • the input side of the amplifier circuit 6 is connected to the PIN photodiode 5a described above.
  • Examples of the amplifier circuit 6 include a CMOS type digital amplifier circuit 61 having P-channel and N-channel MOS-FETs (field effect transistors) shown in FIG. 5, a bipolar transistor and a MOS-FET shown in FIG. B i—CMOS type digital amplifier circuit 62, an amplifier circuit composed of an A / D converter I 6 32 and an A / D converter 63 1 shown in FIGS. 7 and 8 etc. Are mentioned.
  • the amplifying circuit 63 In the case of the amplifying circuit 63, the electric signal (analog signal) is input to the power supply 631, and its direct (signal level) power is greatly changed to A / D conversion. ⁇ ⁇ ⁇ Entered in 6 3 2. Then, the amplified signal is converted from an analog signal to a digital signal by A / D conversion ⁇ 632 and output.
  • a predetermined circuit 8 is connected to the output side of the amplifier circuit 6 via a wiring 7.
  • Circuit 8 for example, formed on Si single crystal Circuit with a built-in FET (field effect transistor) and a circuit with a TFT (thin film transistor).
  • the transmitted (generated) electric signal is input to the driving circuit, and the driving circuit generates the organic E element 3 & (light emitting element 3) based on the electric signal. ) To emit light. As a result, an optical signal (light) is generated. That is, the organic EL element 3a is driven by the drive circuit, converts the electric signal into an optical signal (light), and transmits (transmits) the signal.
  • a flow having a magnitude corresponding to the amount of received light that is, an electric signal (signal) is output (the optical signal is converted into an electric signal and output).
  • the signal from the PIN photodiode 5 a is amplified by the amplifier circuit 6; the signal is input to the circuit 8 via the wiring 7.
  • Circuit 8 operates based on this signal.
  • information (signal) is transmitted mainly by optical communication in the device 1 in which fine elements are integrated. No heat is generated between the PIN photodiode 5a and the electrical wiring due to the resistance of the electrical wiring, thereby reducing the heat generated from the device 1.
  • the organic EL element 3a, the light guide 4, the PIN photodiode 5a, etc. are formed on the substrate 2 by inkjet printing, and the productivity of the device 1 is improved. And is advantageous for mass production.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a main part of an apparatus provided with a light transmitting means according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view (planar arrangement of each member).
  • the light-emitting portion is composed of a plurality (three in the present embodiment) of light-emitting elements 30 having different light-emitting characteristics (peak wavelength of emitted light in this embodiment).
  • the light receiving section is constituted by a plurality (three in this embodiment) of light receiving elements 50 for receiving light from the corresponding light emitting element 30.
  • the device 10 has an S counter 2.
  • a plurality (three in this embodiment) of wiring (electrical wiring) 70 and a circuit 8 are provided respectively.
  • each element constituting the tiff self-driving circuit and its wiring there are three light emitting elements 30; each element constituting the tiff self-driving circuit and its wiring; a light guide 4; three light receiving elements 50; and three amplifier circuits 60
  • Each element constituting the circuit and its three west lines, three wirings 70, and each element constituting the circuit 8 and its wiring are integrated.
  • anti-reflection 2 material examples include various glasses, Si single crystals, ceramics, and quartz.
  • the light emitting element 30, the conductor 4, and the light receiving element 50 are partially or entirely formed of a thin film.
  • the optical element 30 in this device 10 has a different peak wavelength of the emitted light.
  • the peak wavelengths of the light emitted by the 33 light emitting elements 30 are ⁇ , ⁇ 2, and ⁇ 3 , respectively. It is preferable that the light input, the light input 2 and the person 3 are separated to some extent so that the light receiving element 50 can selectively receive light.
  • Each light-emitting element 30 in this device 10 is constituted by changing the material and the organic material of the organic EL layer (light-emitting layer 32), and by changing the material of the film I '. be able to.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of the light emitting element 30 and a configuration example of the waveguide S ⁇ 4.
  • the light emitting element 30 is composed of a transparent 31, a light emitting layer (organic EL layer) 32, a 3 ⁇ 4 @@ 3 3, and a partition wall which also serves as a light shielding portion and a wall for preventing ink spreading.
  • An organic EL element 3a composed of 34 and an optical filter 35.
  • the optical element 30 is provided on a guide 4 to be described later.
  • the plastic wall 34 is formed on the SiO 2 layer 43 of the light guide 4 described later.
  • the transparent layer 31, the light emitting layer 32 and the optical filter 35 are formed inside the partition wall 34.
  • ⁇ ′ 33 is formed on the mm 34 and the light emitting layer 32.
  • This ⁇ Smi level is a common electrode of each organic EL element 3a.
  • the light emitting layer 32 By using organic light-emitting materials as light-emitting substances, the degree of freedom in selecting the emission wavelength is great, and virtually any wavelength can be selected by selecting a specific material or combining materials. Is possible.
  • the energy of excitons in the light-emitting material should correspond to the energy difference between H OMO (highest occupied level) and L UMO (lowest vacant level) corresponding to the band gap of the organic substance. Is selected.
  • low molecular weight, high molecular weight, especially, high molecular weight separated polymer, conductive high molecular weight, and dye molecule are selected.
  • the materials used for the light emitting layer 32 in the organic EL device 3a having the structure shown in FIG. 2 described above can be used according to a desired wavelength.
  • the wavelength of light (peak wavelength, wavelength band, etc.) obtained from the light emitting layer can be adjusted to some extent by the optical filter 35.
  • a normal absorption-type optical color filter can be used as the optical filter 135, thereby allowing only light of a desired color (wavelength) to pass therethrough and forming an optical signal. can do.
  • a distributed anti-smoke multilayer mirror can be used as the optical filter.
  • light emitted from the organic EL element 3a usually has a wavelength band (wavelength spread) of 100 nm or more.
  • this wavelength is narrowed. It is possible to increase the bandwidth (narrow the wavelength spread).
  • a plurality of DBR mirrors are used, for example, a plurality of lights having different peak wavelengths and sharp peaks can be obtained from light having a wavelength band of about 100 nm.
  • the peak wavelength of the optical element 30 can be set to ⁇ ,,, 2 and 3 , and peak of the optical element 3 0 be cowpea to change the optical filter 3 5 - a peak wavelength it Resona lambda,, can be set to lambda 2 Oyobie 3.
  • the knitting mirror is a laminate of a plurality of thin films having different refractive indices, and in particular, a laminate having a plurality of pairs of two thin films having different refractive indices (laminated periodically).
  • the constituent components of the thin film in the tulBD BR mirror include, for example, a semiconductor material and a dielectric material. Of these, a dielectric material is preferable. These can be formed using normal vacuum techniques. In addition, as a dielectric material, an organic compound that is soluble in an organic compound can be used as a starting material, which facilitates application to the pattern formation by the above-described ink jet method.
  • the organic EL element 3a of the optical element 30 is formed by ink jet printing like the organic EL element 3a of the device 1 described above! You can do it. That is, at least one thin film (layer) constituting the organic EL element 3a of the optical element 30 is: As in the case of the organic EL element 3a of the device 1 described above, a predetermined composition can be formed into a pattern by an ink jet method, and the pattern can be formed. The effect of the ink-jet printing described above can be obtained for this ⁇ .
  • the thin film constituting the DBR mirror (optical filter 35) of the optical element 30 can be formed by a liquid phase printing method.
  • fi self-liquid sword method means that the thin film material (liquid), which dissolves or disperses the 5 constituents of the self-thin film, is used as a thin film spray (coating solution).
  • each DBR mirror is manufactured by inkjet printing like the organic EL element 3a of the device 1 described above. That is, each thin film constituting each DBR mirror can be manufactured by patterning a knitted material by an ink jet method and solidifying the same as in the organic EL element 3a of the device 1 described above. In this case, the effects of the above-described inkjet printing can be obtained.
  • Shirube ⁇ 4 is composed of a Si0 2 layer 41, and Si_ ⁇ 2 layer 43, an I TO layer 42 provided between the these Si0 2 layer 41 and the Si0 2 layer 43 Have been.
  • the Si0 2 layer 41 is formed on the fiber 2.
  • the thicknesses of the SiO 2 layer 41, the ITO layer 42, and the SiO 2 layer 43 are the same as those of the device 1 described above.
  • the light guide 4 extends from at least the light element 30 to each light receiving element 50, and guides light from the light element 30 to the corresponding light receiving element 50.
  • This lead 1 ⁇ 4 can be manufactured by ink jet printing like the organic EL element 3a described above. That is, at least one thin film (layer) forming the light guide path 4 is manufactured by patterning a predetermined textile by an ink jet method and solidifying the same as in the above-described organic EL element 3a. In this case, the effect of the inkjet printing described above can be obtained.
  • the light receiving element 50 includes, for example, a PIN photodiode and a predetermined optical filter. It can be composed of an optical element and a predetermined optical filter similar to the device 1 described above.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of the light receiving element 50 and a configuration example of) 4.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • each light receiving element 50 has a light receiving unit window S ⁇ 51, a p-type a-SiC layer (p-type semiconductor layer) 52, an i-type a-Si layer (semiconductor layer) 53, and an n-type a—PIN photodiode 5 a composed of SiC layer (n-type semiconductor layer) 54, Al—Si—Cu layer 55 that also serves as upper S3 ⁇ 4 and wiring (electric wire), and optical filter It is composed of 56.
  • optical filters 56 the light receiving window 51, the p-type a-SiC layer 52, the i-type a-Si layer 53, the n-type a-SiC layer 54 and the Al-Si-Cu layer 55
  • the layers are stacked in this order from the side.
  • the optical filter 56 is formed so as to cover the light receiving unit window electrode 51.
  • Each light receiving element 50 is installed on the light guide 4 such that the light receiving portion window ⁇ 51 faces the above-described I layer 42 of the light guide 4 via the optical filter 56. Note that the SiO 2 layer 43 is not formed in a portion of the light guide 4 corresponding to the tiifS light receiving unit window electrode 51.
  • the structure and thickness of the light receiving unit window 1 are the same as those of the device 1 described above.
  • the thicknesses of the p-type a_SiC layer 52, the i-type a_Si layer 53, the n-type a_SiC layer 54, and the Al—Si—Cu layer 55 are the same as those of the device 1 described above.
  • the optical filter 56 of each light-receiving element 50 ⁇ light to selectively maximize folly only (human?, a predetermined one wavelength of lambda 2 Oyobie third light having a peak wavelength), it its optical characteristics are set.
  • optical filters 56 include, for example, the above-mentioned distribution Ml smoke multilayer film mirror.
  • DBR mirror can be used.
  • light in a narrower wavelength band can be selected than when an optical filter is used, and the resolution in the longitudinal direction of the wavelength is increased.
  • the PIN photodiode 5a of each light receiving element 50 can also be manufactured by ink-jet printing like the organic EL element 3a described above. That is, at least one thin film (layer) constituting the PIN photodiode 5a can be formed by patterning a predetermined thread material by an ink jet method and solidifying the same as in the organic EL element 3a described above. . In this case, the effects of the ink jet printing described above can be obtained.
  • the thin film forming the DBR mirror (optical filter 56) of each light receiving element 50 can be formed by the above-described liquid phase method.
  • each DBR mirror is manufactured by inkjet printing, like the organic EL element 3a described above. That is, it is preferable that each thin film constituting each DBR mirror be formed by patterning a knitted material by an ink jet method and solidifying the same as in the organic EL element 3a described above. The effect of the ink jet printing described above can be obtained for this symbol.
  • the input side of the corresponding amplifying circuit 60 is connected to the PIN photodiode 5a of each light receiving element 50 described above.
  • a predetermined circuit 8 is connected to the output side of each amplifier circuit 60 via a corresponding wiring 70.
  • amplifier circuit 60 and the circuit 8 are the same as those of the device 1 described above, and a description thereof will be omitted.
  • Such a device 10 and the above-described device 1 can be used, for example, in a wide range, from an LSI transistor using the state-of-the-art 0.18 TFTm rule to a transistor circuit having a 2-3 / m rule such as a TFT. It can correspond to the degree of integration.
  • the organic EL element 3a of the optical element 30 is not illustrated as described above. It emits light when driven by a drive circuit. That is, each organic EL element 3a transmits (transmits) an optical signal (light).
  • each organic EL element 3a transmits (transmits) an optical signal (light).
  • a typical case of signal transmission in which the peak wavelength is related will be described.
  • different wavelengths of light are emitted from the light emitting layer 32 of the organic light emitting element 3 & depending on the material and structure of each light emitting layer 32.
  • the transparent 1 is shown, and the optical filter 35 is further narrowed down to narrower band light, the light having the peak wavelength ⁇ 2 , and the light having the wavelength ⁇ 3. It is emitted from one thirty-five.
  • the light having a peak wavelength emitted from the fixed optical filter 135 and having a peak wavelength of human 1 (hereinafter referred to as “light of a specific wavelength”), that is, light having a specific wavelength obtained by passing through the optical filter 35 is S After passing through the i 0 2 layer 43, the light enters the ITO layer 42. Then, the light, after, S i 0 2 layers 4 1 and the ITO layer 4 second interface and S i 0 2 layers 4 3 and the ITO layer 4 PIN photo an ITO layer 4 within 2 while repeatedly reflected second interface Proceed towards diode 5a.
  • the other two types of light emitting elements 30 emit light having peak wavelengths of humans 2 and 3, respectively, and are guided to the light receiving element 50 by the light guide path 4.
  • the light is cut by the optical filter 56 of the light receiving element 50 and is not received.
  • the tiilEP IN photodiode 5a outputs a current corresponding to the amount of received light, that is, an electric signal (signal) (the optical signal is converted into an electric signal and output).
  • the signal from the PIN photodiode 5 a is amplified by the amplifier circuit 60 and is input to the circuit 8 via the tu-torii line 70. Circuit 8 operates based on this signal.
  • the heat generated from the device 10 can be reduced, and the signal transmission ME can be greatly improved.
  • the productivity of the device 10 is improved, which is advantageous for mass production.
  • the device 10 includes a plurality of light-emitting elements 30 having different peak wavelengths of emitted light and a plurality of light-receiving elements 50 for receiving light (light of a specific wavelength) from the corresponding light-emitting element 30. Therefore, a plurality of pieces of information can be transmitted at the same time using the same light guide path 4 (information can be transmitted by multi-channel optical communication using the same light guide path 4). For this reason, the wiring can be simplified as compared with a device using only electric wiring. Then, the area occupied by the Nishikimi line can be reduced as compared with the device using only the electric wire, so that a device having the same function can be formed smaller. That is, the degree of integration increases.
  • optical elements 30 and the respective light receiving elements 50 in the knitting 3 arrangement 10 are arranged in the horizontal direction in FIG. 9, but in the present invention, they are arranged in the vertical direction in FIG. You may.
  • optical filter 35 and the optical filter 56 in the knitting 3 arrangement 10 are not limited to the DBR mirror in the present invention, and may be configured using, for example, an optical color filter or the like. .
  • the optical filter 35 was omitted, and the emission characteristic I 'of the emission layer 32 of the organic EL element 3a (particularly, the peak wavelength of emitted light) was changed.
  • the light emitting characteristics of the light emitting element 30 may be changed.
  • the optical filter 35 is not omitted, and the light emission characteristic I ′ of the light emitting layer 32 of the organic EL element 3 a (particularly, the peak of the light to be emitted) is obtained. Wavelength).
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the device 100 having the optical transmission means of the present invention used when it is actually incorporated in a semiconductor circuit such as an LSI circuit or a TFT circuit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state (a diagram illustrating a planar arrangement of members).
  • circuit blocks 8 1 (A) and 8 2 (B) is installed (formed).
  • the circuit block 81 includes a light emitting element 301, a driving circuit 11 for driving the light emitting element 301, a light receiving element 502, and an amplifying element 62.
  • the circuit block 82 includes a light emitting element 302, a driving circuit 12 for driving the light emitting element 302, a light receiving element 501, and an amplifying element 61. ing. Knitting 3
  • the light emitting element 301 is coupled to the light receiving element 501 so that light can be transmitted to the self-receiving light receiving element 501 via the conductor 401 provided on the substrate 2. Have been.
  • the knitting light emitting element 302 is arranged so that light can be transmitted to the knitting 3 light receiving element 502 via the fine wire 402 set on the fiber 2. Connected to 502.
  • This device 100 is capable of mutually converting an electric signal into an optical signal and transmitting / receiving the signal between a circuit block 81 and a circuit block 82 installed inside. ing. That is, the optical signal transmitted from the circuit block 81 can be received by the circuit block 82, and conversely, the optical signal transmitted from the circuit block 82 can be received by the circuit block 81. It has become.
  • the same ⁇ -material as that of the device 1 described above can be used.
  • the light-emitting elements 301, 302, the light-receiving elements 501, 502, and the light guides 401, 402 of the device 100 also have the same material as the device 1 described above. Alternatively, the same process as that of the device 1 described above can be applied. Also, the drive circuits 11 and 12 of the device 100 are usually each composed of an electronic circuit using a bipolar transistor, MSFET, or the like.
  • this device 100 is substantially similar to that of device 1 described above, in that the power circuit blocks 81 and 82 can each transmit and receive (especially in parallel); Transmission from 8 1 to 8 2 and circuit block 8 2 to 8 1 Device 1 is different from the device 1 in that the transmission of the message (especially in parallel) can be performed.
  • this device 100 only one type of light is used as light for forming an optical signal as in device 1 described above.
  • the present invention is not limited to this, and as in device 100 described above. Needless to say, transmission and reception functions using a plurality of lights having different peak wavelengths may be provided. This 3 ⁇ 4 can be realized by appropriately combining the above-described device 100 and the above-described device 10.
  • the device provided with the light transmitting means of the present invention can be applied to a semiconductor chip embodying a semiconductor integrated circuit of HIS, between circuit blocks in one semiconductor chip (between a predetermined circuit block and another circuit block).
  • the device provided with the light transmitting means of the present invention can be used as a signal transmitting device between TFT circuits (between a predetermined TFT circuit and another TFT circuit) or a signal transmitting device between a TFT circuit and one semiconductor circuit. It can also be applied to transmission devices.
  • the device provided with the light transmitting means of the present invention can be applied to a device for transmitting a signal to a flat panel display such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display, for example, as the above-described configuration.
  • a flat panel display such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display, for example, as the above-described configuration.
  • the light emitting element, the light guide, and the light receiving element are installed in a one-dimensional direction.
  • the light emitting element, the light guide, and the light receiving element are installed in the two-dimensional direction (substrate). May be installed in two-dimensional directions).
  • the light transmitting means may include a plurality of sets of a light emitting unit, a light receiving unit, and a light guide path.
  • this apparatus semiconductor device 20 includes a first layer 20a, a second layer 20b, a third layer 20c, a fourth layer 20d, and a fifth layer 20e on the substrate 2 in this order. This is a multi-layered device that is laminated.
  • the relationship between the light emitting unit 213 and the light receiving unit 227 in the fifth layer 20e is the same as the relationship between the light emitting unit and the light receiving unit of the device 1 or the device 10 described above.
  • the relationship between the light emitting portion between different layers (in the direction perpendicular to the substrate 2) and the light receiving portion connected via the light emitting portion (not shown) ⁇ that is, the light emitting portion 211 and the light receiving portion 223
  • This device 20 is preferably manufactured, for example, as follows.
  • the first layer 20a, the second layer 20b, the third layer 20c, the fourth layer 20d, and the fifth layer 20e are respectively formed on a predetermined substrate (not shown).
  • the first layer 20 a is peeled off from the BS plate by a predetermined method, and is transferred onto the substrate 2.
  • the second layer 20b, the third layer 20c, the fourth layer 20d, and the fifth layer 20e are peeled off from each other, and are sequentially overlapped (transferred) while performing alignment by a predetermined method.
  • a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-125930 by the applicant can be adopted.
  • the same effects as those of the device 1 and the device 10 described above can be obtained, and high integration can be easily achieved.
  • the number of layers constituting the device is not limited to five, and may be, for example, two to four, or six or more.
  • the light emitting element is configured by an organic EL element.
  • the light emitting element is not limited to this, and may be, for example, an EL element, a light emitting diode (LED), or a semiconductor. It may be composed of a laser (laser diode) or the like.
  • the light receiving element is configured by a PIN photodiode.
  • the light receiving element is not limited to this, and is constituted by, for example, various photodiodes such as PN photodiodes, avalanche photodiodes, phototransistors, photoluminescence (organic photoluminescence), and the like. It may be done.
  • information is transmitted mainly by optical communication in a device in which fine elements are integrated. This makes it possible to reduce the amount of heat generated, and to realize a device (circuit) with a high responsiveness and a large delay in signal.
  • the thin film constituting the element is formed by patterning using an ink jet method
  • fine patterning can be performed easily, in a short time, and accurately.
  • the thickness can be easily and accurately adjusted by increasing or decreasing the discharge amount of the composition, it is possible to easily and freely control the properties of the film.
  • the ink jet method can easily achieve a high light emitting / receiving element and a semiconductor element.
  • an element having desired characteristics, characteristics, and a pattern can be easily formed on a substrate (for example, a substrate on which an element such as a TFT having a single junction or a TFT circuit is integrated).
  • a substrate for example, a substrate on which an element such as a TFT having a single junction or a TFT circuit is integrated.
  • the same light guide path is used. Multiple pieces of information can be transmitted.
  • the wiring can be simplified compared to a device using only an electric wire.
  • the area occupied by the wiring can be reduced as compared with the device using only the electric wiring, and the generation of heat can be suppressed, whereby high integration can be achieved.

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Description

明 細 書 光伝達手段を備えた装置 技術分野
本発明は、 光伝達手段を備えた装置に関する。 背景技術
従来の半導体デバイス (例えば、 T F T素子を備えた液晶表示素子) 等の装置 では、 所定の素子と所定の素子とを電気配線で接続し、 電気信号のみで情報を伝 達して回路を駆動している。
しかしながら、 編 3従来の装置では、 電気配線 (配線) に付随する容量および 酉 ¾線抵抗のために、 信号が遅延するという欠点がある。 半導体デバイスの高密度 化が進めば進む程、 この信号の は大きくなり、 それが半導体デノ イスの高速 化の大きな障害になっている。また、配線抵抗により発熱するという欠点がある。 光ファイバ一による光による情報の伝達手段が知られている力 その用途は、 比較的大型の装置に限られている。 発明の開示
本発明の課題は、電気信号による情報の伝達方式とは異なる方式の光伝達手段、 特に、 集積度と高速性を高めることができる光伝達手段を備えた装置を提供する ことにある。
このような課題を角军決するために、 本発明では下記 (1 ) 〜 (2 1 ) の装置が される。
( 1 ) 薄膜で構成された少なくとも 1つの発光素子を有する発光部と、 薄膜で構 成された少なくとも 1つの受光素子を有する受光部と、 編己発光部からの光を前 記受光部へ導く導 «とを集積してなる光伝達手段を備えて L、ることを特徴とす る光伝達手段を備えた装置。 (2) tiri己発光部、 編己受光部および dni己導舰は、 少なくとも 1次元方向に設 置されている上記 (1)記載の光伝達手段を備えた装置。
(3)編己発光部、 ir記受光部および編己導舰は、 同一-基板上に設置されてい る上言己 (1)または (2)記載の光伝達手段を備えた装置。
(4)編 3発光部、 編己受光部および mi3導細は、 2次元方向に設置されてい る上言己 (1)記載の光伝達手段を備えた装置。
(5)編 3発光部、 編己受光部およひ Hifl己導 は、 3次元方向に設置されてい る上記 (1)記載の光伝達手段を備えた装置。
(6) ΙίΠ己発光部、 己受光部および ϋίίΙ3導光路の少なくとも一つを有する層が 積層された構造である上記 (5)記載の光伝達手段を備えた装置。
(7) lifl己発光部は、 発光特〖生の異なる複数の発光素子を有する上記 (1)乃至 (6)のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(8) til己発光部は、 発光する光のピーク波長が異なる複数の発光素子を有する 上記 (1)乃至 (6)のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(9) fri己受光部は、 対応する fins発光素子からの光を受光する複数の受光素子 を有する上記 (7)または (8)記載の光伝達手段を備えた装置。
(10)漏己発光素子を構成する少なくとも 1つの薄膜が、 ィンクジエツト方式 によりパターン形成されたものである上言 3 (1)乃至 (9)のいずれかに記載の 光伝達手段を備えた装置。
(11) 発光素子は、 有機 E L素子で構成されている上記( 1 )乃至( 10 ) のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(12) ΙΐΠ己発光素子は、 有機 EL素子と光学フィル夕一とで構成されている上 記 (1)乃至 (10)のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(13)前記光学フィル夕一は、 屈折率の異なる複数の薄膜を積層してなる分布 反射型多層膜ミラ一である上記 (12)言己載の光伝達手段を備えた装置。
(14)前記受光素子を構成する少なくとも 1つの薄膜が、 インクジェット方式 によりパターン形成されたものである上言己 (1)乃至 (13)のいずれかに記載 の光伝達手段を備えた装置。 (15)前記受光素子は、 有機素子で構成されている上記 (1)乃至 (14)の いずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(16)前記受光素子は、 有機素子と光学フィル夕一とで構成されている上記 (1)乃至 (14)のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(17)編己導光路は、 薄膜で構成されている上記 (1)乃至 (16)のいずれ かに記載の光伝達手段を備えた装置。
(18) tins導 を構成する少なくとも 1つの薄莫が、 ィンクジエツト方式に よりパターン形成されたものである上記 (1)乃至 (17)のいずれかに記載の 光伝達手段を備えた装置。
(19)薄膜トランジスタを有する上記 (1)乃至 (18)のいずれかに記載の 光伝達手段を備えた装置。
(20)同一基板上に複数の回路ブロックを有し、 該複数の回路ブロックのそれ それが] 己発光部と編3受光部とを備えている上記 (1)乃至 (18)のいずれ かに記載の光伝達手段を備えた装置。
(21)前記複数の回路ブロックのうちの所定の回路ブロック間が、 前記導光路 で結合され、 該回路ブロック間において、 該導光路を介して信号を光により送 信-受信するよう構成されている上記 (20)記載の光伝達手段を備えた装置。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一 ¾f«態の光伝達手段を備えた装置の主要部を模式的に示 す図である。
図 2は、 本発明において、 発光素子として有機 EL素子を用いた ϋ^τのその構 成例と、 導舰の構成例とを示す断面図である。
図 3は、 インクジェヅトプリンティングによる有機 EL素子の 方法を説明 するための図である。
図 4は、 本発明において、 受光素子として PINフォトダイオードを用いた場 合のその構成例と、 導规の構成例とを示す断面図である。
図 5は、 本発明における増幅回路の構成例を示す回路図である。 図 6は、 本発明における増幅回路の他の構成例を示す回路図である。
図 7は、 本発明における増幅回路の他の構成例を示すプロック図である。
図 8は、 本発叨における 曽幅器の構成例を示す回路図である。
図 9は、 本発明の他の実 5¾ 態の光伝達手段を備えた装置の主要部を模式的に 示す図である。
図 1 0は、 本発明における発光素子の構成例と、 導 の構成例とを示す断面 図である。
図 1 1は、 本発明における受光素子の構成例と、 導光路の構成例とを示す断面 図である。
図 1 2は、 図 1 1中の A— A線での断面図である。
図 1 3は、 本発明の更に他の実 態の光伝達手段を備えた装置の主要部を模 式的に示す図である。
図 1 4は、 本発明の更に他の実 5¾¾態の光伝達手段を備えた装置の主要部を模 式的に示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の光伝達手段を備えた装置を添付図面に示す好適な実 5¾¾態に基 づいて詳細に説明する。
図 1は、 本発明の光伝達手段を備えた装置のー¾»態の主要部を模式的に示 す図である。
同図に示す装置 (半導体デバイス) 1は、 基板 2を有している。 この基板 2上 には、 発光素子 3と、 この発光素子 3を駆動する駆動回路が設けられており、 発 光素子 3に信号を送り出す図示しない回路 (送信側の回路) と、 受光素子 (光検 出素子) 5と、認己発光素子 3からの光を編己受光素子 5へ導く導) ^ (導«) 4と、 増幅回路 6と、 ffi線 (電気配線) 7と、 回路 8と力、 それぞれ設置されて いる。
すなわち、 基板 2上には、 発光素子 3と、 前記駆動回路を備えた信号を送り出 す回路を構成する各素子およびその配線と、 導 4と、 受光素子 5と、 増幅回 路 6を構成する各素子およびその配線と、 配線 7と、 回路 8を構成する各素子お よびその配線とが集積されている。
¾1反 2の構!^ォ料としては、例えば、各種-ガラス、 S i単結晶、 セラミックス、 石英等が挙げられる。
また、 発光素子 3、 導雄 4および受光素子 5は、 それそ^ 一部分または全 部が薄膜で構成されている。
編 3発光素子 3により発光部が構成さ t 編己受光素子 5により受光部が構成 さ また til己発光素子 3、 導舰 4および受光素子 5により、 光伝達手段が構 成される。
この装置 1における発光素子 3としては、 例えば、 有機 E L素子を、 受光素 子 5としては、 例えば、 フォトダイオード用いることができる。
図 2は、 図 1に示す構造における発光素子 3として有機 E L素子を用いた場合 のその構成例と、 導光路 4の構成例とを示す断面図である。
同図に示すように、 有機 E L素子 3 aは、 透明 3 1と、 発光層 (有機 E L 層) 3 2と、 SI¾3 3と、遮光部とィンク拡がり防止用壁とを兼ねた隔壁(バ ンク) 3 4とで構成されている。 この有機 E L素 T.3 aは、 後述する導光路 4上 に設置されている。 以下、 具体的に有機 E L素子 3 aの構造を説明する。
隔壁 3 4は、 後述する導规 4の S i 02 層 4 3上に形成されている。 また、 透明 tt3 1および発光層 3 2は、それそ 隔壁 3 4の内側に形成されている。 この 、 S i〇2 層 4 3上に透明 3 1が形成さ^ 該透明 β3 1上に発 光層 3 2が形成されている。 そして、 編 3 壁 3 4および発光層 3 2上に^ S電 極 3 3が形成されている。
透明 1は、 例えば、 I T O等で構成される。 また、 透明 m¾3 1の厚さ は、 5 0〜5 0 0 nm程度とするのが好ましい。
発光層 3 2には、 発光物質として有機発光材料を用いるカ、 この^発光波長 の選択の自由度が大きく、 事実上、 特定の材料を選択したり、 材料を複合化する ことで、 あらゆる長さの波長の選択が可能である。
有機発光材料としては、 発光材料中の励起子のエネルギーが有機物質の禁止帯 幅に対応する HOMO (最高被占準位) -LUMO (最低空準位) 間のエネルギ 一差に相当するようなものが選択される。 例えば、 低分子、 高分子、 特に iiに 殳系の発達した共役高分子、 導電性高分子や色素分子が選択される。
有機発光材料として、 低分子有■料を用いる場 、 例えば青色発光させるに は、 アントラセン、 PPCP、 Zn (Ox Z) 2 、 ジスチルベンゼン (DSB)、 その誘導体 (PESB)等が用いられる。 また、 例えば緑色発光させるには、 A lq3 、 コロネン等が用いられる。また、例えば赤色発光させるには、 BPPC、 ペリレン、 D CM等が用いられる。
また、 有機発光材料として、 高分子有機発) ¾ ί料を用いる 、 例えば、 赤色 発光をさせるためには PAT等、オレンジ色発光をさせるには ME H— PPV等、 青色発光をさせるには PDAF、 FP_PPP、 RO— PPP、 PPP等、 紫色 発光をさせるには PMP S等が用いられる。
その他、 有機発光材料として、 PPV、 RO— PPV、 CN_PPV、 PdP hQx、 PQx 、 PVK (ポリ (N—ビニルカルバゾ一ル) ) 、 PPS、 PN PS、 PBPS等が用いられる。
特に、 P V Kは、 Ε u錯体等キャリァ輸送能力の劣る色素分子等のド一パント インクの混合濃度や吐出回数を制御することで発光波長 (発光色) を変えること ができる。 例えば、 PVKからなる有機発光材料に蛍光色素をド一プすると発光 色を調節することができる。 PVKに、 1, 1, 4, 4—テトラフエニル一 1, 3, 一ブタジエン (TPB)、 クマリン 6、 D CM 1の色素をドープすると、 そ れそ 発光色を青色、 緑色、 オレンジ色にすることができる。 また、 PVKに 3種類の色素を同時にドープすると幅広いスペクトルが得られる。 また、 PP Vにローダミン Bや D CMをドーフ可能に構成する場合には、 発光色を緑から赤 まで任意に変えることができる。
好ましくは、 主として発光層 32を形成する共役系高分子有機化合物の前駆体 そのものを、 あるいは該前駆体と、 発光層 32の発光特注を変化させるための蛍 光色素等を所定の激某に溶解または分散させた有機 E L素子用繊物 (発光層 3 2用の組成物) を加熱娜里し、 その有機 EL素子用組成物中の前記前駆体を高分 匕した薄 II莫 (固体薄月莫) で形成される。 あるいは、 他の例として、 I己発光層
3 2は、有機激某に可溶な共役系高分子そのものを、あるいは該赌系高分子と、 発光層3 2の発光特性を変化させるための蛍光色素等を有機溶媒に溶解させた組 成物 (発光層 3 2用の糸誠物) を乾燥あるいは加齊»里して得た高分子の薄膜で 开城される。 かかる発光層 3 2の厚さは、 5 0 ~ 5 0 0 nm程度とすることが好 ましい。
^J1S113 3には、 例えば、 A 1— L i等が用いられる。 また、 麵 3 3 の厚さは、 1 0〜5 0 0 nm程度とするのが好ましい。
隔壁 3 4には、 例えば、 ポリイミド、 S i 02 等が用いられる。 また、 P鬲壁 3 4の厚さは、 透明 β3 1と発光層 3 2の合計の厚さより大きくするのが好まし い。
前述したように 図 1に示す基板 2上には、 有機 E L素子 3 aを駆動する図示 しない駆動回路を備えた送信側の回路が設置されている。 そして、 この有機 E L 素子 3 aでは、 編己駆動回路から透明 «S3 1と^ 3との間に所定の電 圧が印加されると、 発光層 3 2に電子および正孔 (ホール) 力注入さ^ それら は印加された電圧によって生じる電場により発光層 3 2中を移動し再結合する。 この再結合に際しエキシトン (励起子) が生成し、 このエキシトンが基献態へ 戻る際にエネルギー (蛍光' リン光) を放出する。 すなわち、 発光する。 このよ うな現象を E L発光と言う。
次に、 有機 E L素子 3 aの S¾i方法を説明する。 本例では、 インクジェットプ リンティングにより、 図 2に示す構造の有機 E L素子 3 aを製造する。
このインクジエツトプリンティングによる製造方法とは、 インクジヱット方式 により、 すなわち所定の組成物 (吐出液) をヘッドから吐出 (噴出) させて、 所 定の薄膜(層)材料をパターン形成し、 それを固化して薄膜とする方法を言う。 以下、 図 3を参照して具体的にィンクジエツトプリンティングによる有機 E L素 子 3 aの製造方法を説明する。
同図に示すように、 まず、 隔壁 3 4を例えば、 フォトリソグラフィ一により形 成する。 次いで、 予め用意した透明 HS3 1用の«物をインクジエツ卜方式に より導光路 4上にパターン状に形成する。 すなわち、 インクジェット用のヘッド のノズル 90から透明 1用の«物を噴出させて所定のパターンを形成す る。 そして、 このパターン形成された透明電極 31用の組成物を加 拠理し、 固 ィ匕させ、 透明 S¾31を形成する。
次いで、 予め用意した発光層 32用の«物をインクジエツト方式によりパ夕 ーン形成する。 すなわち、 インクジェット用のヘッドのノズル 100から発光層
32用の ¾¾¾物を吐出させて所定のパターンを形成する。 そして、 このパターン 形成された発光層 32用の組成物の層 320を加熱処理し、 該層 320中の共役 系高分子有樹匕^)の前駆体を高分 匕させる。すなわち、層 320を固化させ、 発光層 32を形成する。
最後に、 動 33を例えば、 スパッ夕一あるいは蒸着法により形成し、 図 2に 示す構造の有機 E L素子 3 aが得られる。
かかるィンクジェットプリンティング、すなわちィンクジェット方式によれば、 微細なパ夕一ニングを容易に、 短時間で、 かつ正確に行うことができる。 また、 物の吐出量の増減により膜厚の調整を容易かつ正確に行うことができるので、 それによつて膜の性状や発色ノ ランス、 輝度等の発色能を容易かつ自由に制御す ることができる。
従って、 所望の特性、 去、 ノ^ーンを有する有機 EL素子 3 aを纖 2上、 特に TFT (薄膜トランジスタ) 回路、 あるいは の単結晶 S iベースの I C 等のように微細な素子が集積されている基板 2上に、 容易に形成することができ る。
図 2に示す構造における、 導光路 4は、 Si02 層 41と、 Si02 層 43と、 これら Si02 層 41と Si02 層 43の間に設けられた ITO層 42とで構 成されている。 この齢、 基板 2上に Si02 層 41力 s形成されている。 Si 〇2層 41の厚さは、 50 nn!〜 10〃m程度とすることが好ましい。 ITO層
42の厚さは、 30 nm〜l 0〃m程度とすることが好ましい。 S i02層 43 の厚さは、 50 nn!〜 10 m程度とすることが好まし 、。
図 1に示すように、 この導光路 4は、 少なくとも有機 EL素子 3 a (発光素子 3)から後述する PINフォトダイオード 5 a (受光素子 5)まで延在しており、 有機 E L素子 3 aからの光を P I Nフォトダイオード 5 aへ導く。
この導細 4は、 5¾存の薄!]娜成法 (CVD、 PVD等) とフォトリソグラフ ィ一とを用いて製造することができる。
さらに、 導^ は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 インクジェットプ リンティングにより製造することもできる。 すなわち、 導光路 4を構成する少な くとも 1つの薄膜(層) は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 所定の繊物 をインクジェット方式によりパターン形成し、 それを固化させて製造できる。 こ の^には、 前述したインクジエツトプリンティングによる効果が得られる。 一方、 図 1に示す構造における受光素子 5としては、 例えば、 P I Nフォトダ ィオードを用いることができる。
図 4は、 受光素子 5として P I Nフォトダイオードを用いた場治のその構成例 と、 導光路 4の構成例とを示す断面図である。
同図に示すように、 P I Nフォトダイオード 5 aは、 受光部窓電極 51と、 p 型 a_SiC層 (p型半導体層) 52と、 i型 a— Si層 (半導体層) 53と、 n型 a— SiC層 (n型半導 ί本層) 54と、 受光部上部!^と配線 (電気配線) を兼ねた A1— S i— Cu層 55とで構成されている。
これら受光部窓 1、 p型 a— SiC層 52、 i型 a— Si層 53、 n型 a— S i C層 54および A 1 _ S i— C u層 55は、 図 4中下側からこの )1醉で 積層されている。
この P I Nフォトダイオード 5 aは、 その受光部窓電極 51が前述した導光路 4の I TO層 42と対面するように、 該導光路 4上に設置されている。 なお、 導 震 4の前 13受光部窓 51と対応する部分には、 S i 02 層 43は形成され ていない。
受光部窓 SS 51は、 例えば、 I TO等で構成されている。 この受光部窓 ¾® 51の厚さは、 50 nm〜l〃m程度とすることが好ましい。
また、 一例として、 p型 a— SiC層 52、 i型 a— Si層 53、 n型 a_S i C層 54および Al— S i— Cu層 55の厚さは、 それそ 50 nm、 80 0 nm、 5 0 nmおよび とすることができる。
但し、 編己各層の厚さは、 それそ 編己の値に限定されない。 すなわち、 各 層の厚さに関しては、相当なバリエーションが存在し、各層の厚さは、 それそ かなりの自由度を有する。
この P I Nフォトダイオード 5 aは、 前述した有機 E L素子 3 aのように、 ィ ンクジェットプリンティングにより製 することもできる。 すなわち、 P I Nフ ォトダイォ一ド 5 aを構成する少なくとも 1つの薄膜(層) は、 前述した有機 E L素子 3 aのように、所定の 物をインクジエツト方式によりパターン形成し、 それを固ィ匕させて製造できる。 この場合には、 前述したインクジヱットプリンテ ィングによる効果が得られる。
また、 本発明では、 受光素子 5としては、 前述した P I Nフォトダイオード 5 aの他に、 有機系の光検出材料 (有 «子) を用いることができる。 この有機系 の光検出材料としては、 例えは、 前述した有機 E L素子 3 aと同様のものを用い ることができる。 例えば、 ?? とシァノ一?? の混^!等が使用される。 図 1に示すように、 前述した P I Nフォトダイオード 5 aには、 増幅回路 6の 入力側が接続されている。
増幅回路 6としては、 例えば、 図 5に示す Pチャネルおよび Nチャネルの MO S - F E T (電解効果トランジスタ) を有する CMO S型のデジタル増幅回路 6 1、 図 6に示すバイポーラトランジスタおよび MO S— F E Tを有する B i— C M O S型のデジタル増幅回路 6 2、 図 7および図 8に示す 曽幅器(アナログ 増幅回路) 6 3 1と A/D変 I6 3 2とで構成された増幅回路 6 3等が挙げら れる。
なお、 増幅回路 6 3の場合には、 電気信号 (アナログ信号) は、 電¾±曽幅器 6 3 1に入力さ^ その ¾ί 直 (信号のレベル) 力 曾幅されて、 A/D変 ί 6 3 2に入力される。 そして、 この増幅された信号は、 A/D変 β6 3 2でアナ口 グ信号からデジタル信号に変換さ 出力される。
一方、 図 1に示すように、 前述した増幅回路 6の出力側には、 配線 7を介して 所定の回路 8が接続されている。 回路 8としては、 例えば、 S i単結晶上に形成 された FET (電界効果トランジスタ) を有する回路や、 TFT (薄膜トランジ ス夕) を有する回路等が挙げられる。
次に、 装置 1の作用を説明する。
前述したように、 図 1に示しない送信側の回路では、 発信 (生成) された電気 信号が駆動回路に入力さ この駆動回路は、 その電気信号に基づいて、 有機 E 素子3& (発光素子 3) を駆動し、 発光させる。 これにより、 光信号 (光) が 生成される。 すなわち、 有機 EL素子 3 aは、 駆動回路により駆動されて、 前記 電気信号を光信号 (光) に変換し、 それを送出 (送信) する。
この場合、 図 2に示すように、 有機 EL素子 3 aの発光層 32からの光は、 図 2中の矢印で示すように、 透明 31および Si02 層 43を iSlし、 ITO 層 42に入射する。 そして、 その光は、 以降、 S i〇2層 41と I TO層 42の 界面および S i02 層 43と I TO層 42の界面で反射を繰り返しつつ I T〇 層 42内を PINフォトダイオード 5 a (受光素子 5)に向って進む。
図 4に示すように、有機 EL素子 3 aからの光は、図 4中の矢印で示すように、 受光部窓 51から入射する。 すなわち、 P I Nフォトダイオード 5 aで受光 される。
そして、 P I Nフォトダイォード 5 aからは、受光光量に応じた大きさの 流、 すなわち電気信号 (信号) が出力される (光信号が電気信号に変換され出力され る) 。 PINフォトダイオード 5 aからの信号は、 増幅回路 6で増幅さ; 配線 7を介して回路 8に入力される。 回路 8は、 この信号に基づいて作動する。 以上説明したように、 この装置 1によれば、 微細な素子を集積した装置 1内に おいて主に光通信により情報 (信号) を伝達するようになっているので、 有機 E L素子 3 aと P I Nフォトダイォード 5 aとの間では電気配線の抵抗による発熱 がなく、 これにより、 装置 1からの発熱を低減することができる。
また、 有機 E L素子 3 aと P I Nフォトダイオード 5 aとの間では信号の遅延 がないので、 応答 I'生の良い装置 (回路) を実現することができる。
また、 有機 EL素子 3a、 導光路 4、 PINフォトダイオード 5 a等は、 イン クジエツトプリンティングにより基板 2上に形成した^、 装置 1の生産性が向 上し、 量産に有利である。
次に、 本発明の光伝達手段を備えた装置の他の 態を説明する。
図 9は、 本発明の他の実 «態の光伝達手段を備えた装置の主要部を模式的に 示す図である。 なお、 図 9は、 平面図 (各部材の平面的な配置) である。
図 9に示す装置 (半導体デバイス) 1 0では、 発光部が発光特性 (本実 «態 では発光する光のピーク波長) の異なる複数 (本実 I»態では 3つ) の発光素子 3 0で構成され、 受光部が対応する前記発光素子 3 0からの光を受光する複数 (本 態では 3つ) の受光素子 5 0で構成されている。 このような構成によ り、 同一の導光路 4を用いて複数 (本実請態では 3種) の情報 (信号) を同時 に通信することができる。 以下、 この装置 1 0を具体的に説明する。
図 9に示すように、 装置 1 0は、 S反 2を有している。 この St反 2上には、 複 数 (本 態では 3つ) の発光素子 3 0と、 铺光素子 3 0を駆動する図示し ない駆動回路と、複数(本 ¾¾¾態では 3つ)の受光素子(光検出素子) 5 0と、 編己発光素子 3 0からの光を ΙΪΙ3受光素子 5 0へ導く導舰 (導 4と、 複 数 (本 態では 3つ) の増幅回路 6 0と、 複数 (本势«態では 3つ) の配 線 (電気配線) 7 0と、 回路 8とが、 それそれ設置されている。
すなわち、 纖反 2上には、 3つの発光素子 3 0と、 tiff己駆動回路を構成する各 素子およびその配線と、 導光路 4と、 3つの受光素子 5 0と、 3つの増幅回路 6 0を構成する各素子およびその西 3線と、 3つの配線 7 0と、 回路 8を構成する各 素子およびその配線とが集積されている。
¾反 2の構 料としては、例えば、各種ガラス、 S i単結晶、 セラミックス、 石英等が挙げられる。
また、 発光素子 3 0、 導舰 4および受光素子 5 0は、 それそ 一部分また は全部が薄膜で構成されている。
前述したように、 この装置 1 0における 光素子 3 0は、 発光する光のピ一 ク波長が異なる。 ここで、 編 33つの発光素子 3 0が発光する光のピーク波長を それそ λ , 、 λ2 およびえ 3 とする。 これら入 , 、 ぇ2および人3 は、 受光 素子 5 0側で選択的に受光できるように、 ある程度乖離しているのが好ま Ι 、。 この装置 1 0における各発光素子 3 0は、 有機 E L層 (発光層 3 2 ) の材料や 糸誠をそれそれ変えたり、 また、 フィル夕一特 I'生をそれそれ変えることで構成す ることができる。
図 1 0は、発光素子 3 0の構成例と、導 ¾S§4の構成例とを示す断面図である。 同図に示すように、 錢光素子 3 0は、 透明 3 1と、 発光層 (有機 E L層) 3 2と、 麵 ¾@3 3と、 遮光部とインク拡がり防止用壁とを兼ねた隔壁 (バン ク) 3 4とで構成された有機 E L素子 3 aと、 光学フィル夕一 3 5とで構成され ている。 光素子 3 0は、 後述する導細 4上に設置されている。
以下、 具^に発光素子 3 0部分の構造を説明する。 P鬲壁 3 4は、 後述する導 光路 4の S i 02 層 4 3上に形成されている。
また、 透明 ¾¾3 1、 発光層 3 2および光学フィルター 3 5は、 それそ 隔 壁 3 4の内側に形成されている。 この^、 S i 02 層 4 3上に、 光学フィル夕 —3 5が形成さ 該光学フィル夕一 3 5上に透明 «¾3 1が形成さ 該透明 電極 3 1上に発光層 3 2が形成されている。
そして、 mm 3 4および発光層 3 2上に麵' ¾¾3 3が形成されている。 この^ Smi亟は、 各有機 E L素子 3 aの共通電極となっている。
次に、 発光層 3 2について述べる。 発光物質として、 有機発光材料を用いるこ とで、 発光波長の選択の自由度が大きく、 事実上、 特定の材料を選択したり、 材 料を複合化することで、 あらゆる長さの波長の選択が可能である。 有機発光材料 としては、 発光材料中の励起子のエネルギーが有機物質の禁止帯幅に対応する H OMO (最高被占準位) - L UMO (最低空準位) 間のエネルギー差に相当する ようなものが選択される。例えば、 低分子、 高分子、 特に主鎖に 殳系の発達し た離高分子、 導電性高分子や色素分子が選択される。 具体的には、 前述の図 2 に示す構造の有機 E L素子 3 aにおける発光層 3 2で例示した用いた材料を所望 の波長に応じて ¾ 用いることができる。
また、 発光層から得られる光の波長 (ピーク波長や波長帯域等) は、 光学フィ ル夕一 3 5によってもある程度調節可能である。
白色光のような波長帯域 (帯域) の広い光が発光さ その波長を調節する場 合には、 光学フィルタ一 3 5として、 通常の吸収型の光学カラ一フィルター (色 フィル夕一) を用いることができ、 これにより所望の色 (波長) の光のみを通過 させて光信号にすることができる。
光学フィル夕一 3 5としては、 例えば、 分布反身煙多層莫ミラー (D B Rミラ ―) を用いることもできる。 例えば、 有機 E L素子 3 aから発光した光は、 通常 1 0 0 nm以上の波長帯域(波長の広がり) を有するが、 光学フィル夕一 3 5と して D B Rミラーを用いると、 この波長を狭帯域化 (波長の広がりを狭く) する ことができる。 そして、 複数の D B Rミラ一を用いると、 例えば、 l O O nm程 度の波長帯域を有する光から、 異なるピーク波長を有し、 鋭いピークを持つ複数 の光を得ることができる。
このように有機 E L素子 3 aの発光層 3 2の材料を変えることによつても 光素子 3 0のピーク波長を れそ; λ , 、 人 2 およびえ 3 に設定すること ができ、 また、 光学フィルター 3 5を変えることによつても 光素子 3 0のピ —ク波長をそれそ λ , , λ2 およびえ 3 に設定することができる。
但し、 有機 E L素子 3 aの発光層 3 2の材料を変え、 かつ、 光学フィル夕一 3 5を変えることにより、 光素子 3 0のピーク波^をそれそ え , 、 人2 お よびえ 3 に設定するのが好ましい。
編己 D B Rミラ一は、 屈折率の異なる複数の薄膜を積層したもの、 特に、 屈折 率の異なる 2種の薄膜で構成されたペアを複数有するもの (周期的に積層したも の) である。
tulBD B Rミラーにおける薄膜を構成する構戯分としては、 例えば、 半導体 材料や誘電ィ * 料等が挙げら これらのうちでは誘電ィ * 料が好ましい。 これ らは、通常の真空媚莫法を用いて、形成することができる。 また、誘電 ί树料は、 有機激某に可溶な有機化合吻を出発原料として用いることができ、 前述したィン クジェット方式によるパターン形成への適用が容易となる。
光素子 3 0の有機 E L素子 3 aは、 前述した装置 1の有機 E L素子 3 aの ように、インクジエツトプリンティングにより!^することもできる。すなわち、 光素子 3 0の有機 E L素子 3 aを構成する少なくとも 1つの薄膜 (層) は、 前述した装置 1の有機 EL素子 3 aのように、 所定の組成物をインクジエツト方 式によりパターン形成し、 それを固ィ匕させて できる。 この^には、 前述し たインクジェットプリンティングによる効果が得られる。
また、 光素子 30の DBRミラ一 (光学フィルター 35) を構成する薄膜 は、 液相刷莫法により形成されることもできる。
fi己液相劍莫法とは、 ΙίίΙ己薄膜を構成する構 ¾5减分を翻某に溶解または分散さ せた糸誠物 (液体) を薄膜射料 (塗布液) とし、 該薄月謝料を気化させないで薄 膜を形成する方法を言う。
さらに好ましくは、 各 DBRミラ一は、 前述した装置 1の有機 EL素子 3 aの ように、 インクジェットプリンティングにより製造するのがよい。 すなわち、 各 D B Rミラーを構成する各薄膜は、前述した装置 1の有機 E L素子 3 aのように、 編 誠物をインクジエツト方式によりパターン形成し、 それを固化させて製造 できる。 この には、 前述したインクジェットプリンティングによる効果が得 られる。
図 10に示すように、 導舰 4は、 Si02 層 41と、 Si〇2層 43と、 こ れら Si02 層 41と Si02 層 43の間に設けられた I TO層 42とで構成 されている。この場洽、繊 2上に S i02 層 41が形成されている。 S i02 層 41、 ITO層 42および Si02 層 43の厚さは、 それそ 前述した装置 1 のそれと同様である。
図 9に示すように、 この導 ¾¾4は、 少なくとも^ §光素子 30から各受光素 子 50まで延在しており、 光素子 30からの光をそれそれ対応する受光素子 50へ導く。
この導)1^ 4は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 インクジェットプリン ティングにより製造できる。 すなわち、 導光路 4を構成する少なくとも 1つの薄 膜(層) は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 所定の繊物をインクジエツ ト方式によりパターン形成し、 それを固化させて製造する。 この場合には、 前述 したインクジェヅ卜プリンティングによる効果が得られる。
受光素子 50としては、 例えば、 PINフォトダイオードと所定の光学フィル 夕一とで構成することができ、 また、 前述した装置 1と同様の有 «子と所定の 光学フィル夕一とで構成することができる。
図 11は、 受光素子 50の構成例と、 導) ^4の構成例とを示す断面図、 図 1 2は、 図 11中の A— A線での断面図である。
これらの図に示すように、 各受光素子 50は、 受光部窓 S¾51と、 p型 a— SiC層 (p型半導体層) 52と、 i型 a— Si層 (半導体層) 53と、 n型 a — SiC層 (n型半導体層) 54と、 受«上部 S¾と配線 (電気酉 ¾線) を兼ね た Al— Si— Cu層 55とで構成された P I Nフォトダイオード 5 aと、 光学 フィル夕一 56とで構成されている。
これら光学フィル夕一 56、 受光部窓 51、 p型 a— SiC層 52、 i型 a— Si層 53、 n型 a— SiC層 54および Al— Si— Cu層 55は、 図 1 1中下側からこの順序で積層されている。 この 、 光学フィルタ一 56は、 受 光部窓電極 51を覆うように形成されている。
各受光素子 50は、 その受光部窓 β 51が光学フィル夕一 56を介して前述 した導幾 4の I Τ〇層 42と対面するように、該導舰 4上に設置されている。 なお、 導光路 4の tiifS受光部窓電極 51と対応する部分には、 S i 02 層 43は 形成されていない。
受光部窓 1の構 料およびその厚さは、 それそ 前述した装置 1の それと同様である。
また、 p型 a_SiC層 52、 i型 a_Si層 53、 n型 a_SiC層 54お よび Al— S i— Cu層 55の厚さについても、 それそ 前述した装置 1のそ れと同様である。
各受光素子 50の光学フィル夕一 56は、 対応する発光素子 30からの光のピ —ク波長が、 それそ λ)、 え 2およびえ 3 であるとき、 Ι 己対応する発光素 子 30からの光 (人! 、 λ2 およびえ 3のうちの所定の 1つの波長をピーク波長 とする光) のみを選択的に最大限 愚させるように、 それそ 光学特性が設定 されている。
これら光学フィル夕一 56としては、 例えば、 前述した分布 Ml煙多層膜ミラ 一 (DBRミラー) を用いることができる。 光学フィル夕一 56として DBRミ ラーを用いると、 光学カラ一フィル夕一を用いるよりも、 より狭い波長帯域の光 を選択でき、 波長の長さ方向の分解能が高まる。
各受光素子 50の P I Nフォトダイオード 5 aは、 前述した有機 E L素子 3 a のように、 インクジェットプリンティングによっても製造できる。 すなわち、 P INフォトダイォ一ド 5aを構成する少なくとも 1つの薄膜(層) は、 前述した 有機 EL素子 3 aのように、 所定の糸誠物をインクジエツト方式によりパターン 形成し、 それを固化させて できる。 この には、 前述したインクジェット プリンティングによる効果が得られる。
また、 各受光素子 50の DBRミラ一 (光学フィルター 56) を構成する薄膜 は、 前述した液相瓛莫法によっても形成することができる。
さらに好ましくは、 各 DBRミラ一は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 インクジェットプリンティングにより製造するのがよい。 すなわち、 各 DBRミ ラーを構成する各薄膜は、 前述した有機 EL素子 3 aのように、 編 誠物をィ ンクジエツト方式によりパターン形成し、 それを固化させて ¾itするのが好まし い。 この^には、 前述したインクジェットプリンティングによる効果が得られ る。
図 9に示すように、 前述した各受光素子 50の P I Nフォトダイオード 5 aに は、 それそ 対応する増幅回路 60の入力側が接続されている。
そして、 各増幅回路 60の出力側には、 それそ^ 対応する配線 70を介して 所定の回路 8が接続されている。
なお、 増幅回路 60および回路 8については、 それそ 前述した装置 1のそ れと同様であるので説明を省略する。
このような装置 10および前述した装置 1は、 例えば、 最先端の 0. 18〃m ルールを用いた LSIトランジスタから、 TFTのような 2〜3 / mルールの トランジスタ回路まで、 幅広レ、範囲の集積度に対応できる。
次に、 装置 10の作用を説明する。
光素子 30の有機 EL素子 3 aは、 それそ^ 前述したように、 図示しな い駆動回路により駆動されて発光する。 すなわち、 各有機 E L素子 3 aは、 それ そ 光信号 (光) を送出 (送信) する。 以下、 代表的に、 ピーク波長が に 関する信号伝達の場合を説明する。
図 1 0に示すように、 有機£ 素子3 &の^¾光層3 2からは、 各々の発光層 3 2の材質や構造に応じて異なる波長の光が発せら それそ 図 1 0中の矢 印で示すように、 透明 1を ϋ¾し、 光学フィル夕一 3 5でさらに狭帯域ィ匕 さ ピーク波長がえ の光、 λ2 の光およびえ 3 の光とされて、 該光学フィル 夕一 3 5から出射される。
ΙίΠΒϊ^定の光学フィルタ一 3 5から出射されたピーク波長が人 1 の光 (以下、 「特定波長の光」 と言う) 、 すなわち光学フィル夕一 3 5を i¾ した特定波長の 光は、 S i 02層 4 3を し、 I T O層 4 2に入射する。 そして、 その光は、 以降、 S i 02 層 4 1と I T O層 4 2の界面および S i 02層 4 3と I T O層 4 2の界面で反射を繰り返しつつ I T O層 4 2内を P I Nフォトダイオード 5 aに 向って進む。
図 1 1および図 1 2に示すように、 有機 E L素子 3 aからの特定波長の光は、 図 1 1および図 1 2中の矢印で示すように、 対応する受光素子 5 0の光学フィル 夕一 5 6のみを i¾iし、 対応する受光素子 5 0の P I Nフォトダイオード 5 aの 受光部窓 5 1から入射する。 すなわち、 対応する P I Nフォトダイオード 5 aのみで受光される。
なお、他の 2種の発光素子 3 0からは、 それそ ピーク波長が人 2 およびえ 3 の光が発せら 導光路 4によりこの受光素子 5 0へ導かれるが、 tiri己両光は、 それそ この受光素子 5 0の光学フィル夕一 5 6でカツ卜され受光されない。 tiilEP I Nフォトダイォード 5 aからは、 受光光量に応じた大きさの電流、 す なわち電気信号(信号)が出力される(光信号が電気信号に変換され出力される)。
P I Nフォトダイォード 5 aからの信号は、 増幅回路 6 0で増幅さ tu 酉己線 7 0を介して回路 8に入力される。 回路 8は、 この信号に基づいて作動する。
なお、 ピーク波長が および人 3 に関する信号伝達の場合もそれそれ編己と 同様である。 この装置 1 0によれば、 前述した装置 1と同様に、 装置 1 0からの発熱を低減 することができ、さらに信号の伝 MEが大幅に改善さ 応答〖生の良レヽ装置(回 路) を実現することができ、 また、 装置 1 0の生産性が向上し、 量産に有利であ る。
そして、 この装置 1 0では、 発光する光のピーク波長が異なる複数の発光素子 3 0と、 対応する Ιϊ¾発光素子 3 0からの光 (特定波長の光) を受光する複数の 受光素子 5 0を有しているので、 同一の導光路 4を使用して同時に複数の情報を 伝達することができる (同一の導光路 4を使用した多チヤンネルの光通信による 情報伝達が可能となる) 。 このため、 電気配線のみの装置に比べ、 配線の簡素化 を図ることができる。 そして、 電気 ¾線のみの装置に比べ、 西己線の占める領域を 減少させることができ、 これにより、 同一機能を有する装置を小さく形成するこ とができる。 すなわち、 集積度が高まる。
なお、 編 3¾置 1 0における 光素子 3 0や各受光素子 5 0は、 図 9中横方 向に並んでいるが、 本発明では、 それらが、 それそ 図 9中縦方向に並んでい てもよい。
また、 編3¾置 1 0における光学フィル夕一 3 5や光学フィルター 5 6は、 本 発明では、 D B Rミラーに限らず、 この他、 例えば、 光学カラーフィル夕一等を 用いて構成してもよい。
また、 前¾¾置 1 0において、 光学フィル夕一 3 5を省略し、 有機 E L素子 3 aの発光層 3 2の発光特 I'生 (特に、 発光する光のピーク波長) を変えることで、 発光素子 3 0の発光特性 (特に、 発光する光のピーク波長) を変えてもよい。 また、 本発明では、擺3装置 1 0において、光学フィル夕一 3 5を省略せずに、 かつ有機 E L素子 3 aの発光層 3 2の発光特 I'生(特に、発光する光のピーク波長) を変えてもよい。
図 1 3は、 前述した装置 1または 1 0力 実際に、 L S I回路や T F T回路の ような半導体回路に組み込まれる場合に利用される本発明の光伝送手段を備えた 装置 1 0 0の実 5©¾態を示す図 (部材の平面配置を示す図) である。
同図に示すように、 同一基板上 2には、 2つの回路ブロック 8 1 (A) および 8 2 (B) が設置 (形成) されている。
回路プロック 8 1は、 発光素子 3 0 1と、 この発光素子 3 0 1を駆動する駆動 回路 1 1と、 受光素子 5 0 2と、 増幅素子 6 0 2とをそれそ している。 また、 回路プロヅク 8 2は、 発光素子 3 0 2と、 この発光素子 3 0 2を駆動す る駆動回路 1 2と、受光素子 5 0 1と、増幅素子 6 0 1とをそれそ; ^している。 編 3発光素子 3 0 1は、 基板 2上に設置された導舰 4 0 1を介して、 編己受 光素子 5 0 1に光を伝達し得るように、 該受光素子 5 0 1に結合されている。 こ れと同様に、 編己発光素子 3 0 2は、 纖 2上に設置された導細 4 0 2を介し て、 編 3受光素子 5 0 2に光を伝達し得るように、 該受光素子 5 0 2に結合され ている。
この装置 1 0 0は、 内部に設置された回路プロック 8 1と回路プロック 8 2と の間で、 互いに、 電気信号を光信号に変換してその信号を送信'受信することが できるようになつている。 すなわち、 回路ブロック 8 1から送信された光信号を 回路プロック 8 2で受信することができ、 逆に、 回路プロック 8 2から送信され た光信号を回路プロック 8 1で受 ί言することができるようになっている。
装置 1 0 0の基板 2の構 β¾ 料には、 前述した装置 1と同様の構 β¾ 料を用い ることができる。
また、 装置 1 0 0の発光素子 3 0 1、 3 0 2、 受光素子 5 0 1、 5 0 2、 導光 路 4 0 1および 4 0 2についても、 それそ 前述した装置 1と同様の材料、 構 造でよく、 また、前述した装置 1と同様の プ口セスを適用することができる。 また、 装置 1 0 0の駆動回路 1 1および 1 2は、 それそ 通常、 バイポーラ トランジスタや M〇S— F E T等を用 、た電子回路で構成される。
そして、 装置 1 0 0の増幅回路 6 0 1および 6 0 2としては、 それそ 前述 した装置 1と同様に、 図 5、 図 6、 図 7および図 8に示すような電子回路を使用 することができる。
この装置 1 0 0の作用は、 前述した装置 1とほぼ同様である力 回路プロック 8 1および 8 2がそれそれ送信と受信とを(特に平行して)行うことができる点、 すなわち、 回路プロック 8 1から 8 2への送信と、 回路プロック 8 2から 8 1へ の送信とを (特に平行して) 行うことができる点が、 装置 1と異なる。
なお、 この装置 1 0 0では、 前述した装置 1のように、 光信号を形成する光と して 1種類の光のみを使用しているが、 これに限らず、 前述した装置 1 0のよう に、 ピーク波長の異なる複数の光を使用した送受 ί 能を持たせてもよいことは 言うまでもない。 この ¾ ^は、 前述した装置 1 0 0と、 前述した装置 1 0とを適 宜組み合わせることにより実現することができる。
本発明の光伝達手段を備えた装置は、 HISの半導体集積回路を具現化している 半導体チップにおレヽて、 1つの半導体チヅプ内における回路プロック間 (所定の 回路ブロックと他の回路ブロックとの間) の信号伝達装置、 所定の半導体チップ と他の半導体チップとの間の信号伝達装置、 半導体チップを実装した回路ボード と被実装チップとの間の信号伝達装置、 所定の fiiri己回路ボードと他の回路ボ一ド との間の信号伝達装置等に適用される。
さらに、 本発明の光伝達手段を備えた装置は、 T F T回路間 (所定の T F T回 路と他の T F T回路との間) の信号伝達装置や、 T F T回路と一 の半導体回路 との間の信号伝達装置にも適用できる。
本発明の光伝達手段を備えた装置は、 特に上記の鐘 態として、 例えば、 液 晶ディスプレイ、 プラズマディスプレイ、 有機 E Lディスプレイ等のフラットパ ネルディスプレイに信号を送る装置にも適用できる。
以上、 本発明の光伝達手段を備えた装置を、 図示の各 «態に基づいて説明 したが、 本発明はこれらに限定されるものではなく、 各部の構成は、 同様の機能 を有する任意の構成のものに置換することができる。
例えば、 tins各 態では、 発光素子、 導舰および受光素子が、 1次元方 向に設置されているが、 本発明では、 発光素子、 導光路および受光素子が、 2次 元方向に設置 (基板上に 2次元方向に設置) されていてもよい。
また、 本発明では、 光伝達手段が、 複数組の発光部、 受光部および導光路を有 していてもよい。
更に、 本発明では、 発光素子、 導光路および受光素子が、 3次元方向に設置さ れていてもよい。以下、 この実«態について図 1 4に基づいて簡単に説明する。 図 14に示すように、 この装置 (半導体デバイス) 20は、 第 1層 20a、 第 2層 20b、 第 3層 20c、 第 4層 20 dおよび第 5層 20 eをこの順序で基板 2上に積層してなる多層の装置である。
この 、 第 5層 20 eにおける発光部 213と受光部 227の関係は、 前述 した装置 1や装置 10の発光部と受光部の関係と同様である。
また、 異なる層間における (基板 2に対して垂直な方向における) 発光部と該 発光部に図示しない導) ^を介して接続されている受光部の関係、 すなわち、 発 光部 211と受光部 223の関係、 発光部 212と受光部 221の関係、 発光部 213と受光部 224の関係、 発光部 214と受光部 222、 225および 22 64の関係も、 それそ;^ 前述した装置 1や装置 10の発光部と受光部の関係と 同様である。
この装置 20は、 例えば、 下記のように製造するのが好ましい。
まず、 第 1層 20a、 第 2層 20b、 第 3層 20c、 第 4層 20dおよび第 5 層 20 eをそれそれ図示しない所定の基板上に形成する。
次いで、 第 1層 20 aを前言 BS板から所定の方法で剥離し、 基板 2上に転写す る。 以下、 これと同様に、 第 2層 20b、 第 3層 20c、 第 4層 20 dおよび第 5層 20 eを から剥離し、 所定の方法で位置合わせを行いつつ、 順次、 重ねる (転写する) 。 この方法の詳細は、 出願人による特開平 10—125 930号記載の方法を採用することができる。
この装置 20によれば、 前述した装置 1や装置 10と同様の効果が得られると ともに、 容易に、 高集積ィ匕を図ることができる。
なお、 本発明では、 装置を構成する層の数は、 5層に限らず、 例えば、 2〜4 層、 または 6層以上であってもよい。
上述したような各^^態では、 発光素子が、 有機 EL素子で構成されている が、 本発明では、 発光素子は、 これに限らず、 例えば、 EL素子、 発光ダイ オード (LED)、 半導体レーザ (レーザダイオード) 等で構成されていてもよ い。
また、 上述した各実施形態では、 受光素子が、 PINフォトダイオードで構成 されているが、 本発明では、 受光素子は、 これに限らず、 例えば、 PNフォトダ ィオード、 アバランシェフオトダイォ一ド等の各種フオトダイオード、 フォトト ランジス夕、 フォトルミネッセンス (有機フォトルミネッセンス) 等で構成され ていてもよい。
また、 本発明では、 上述した各実!^態の所定の構成要件を ϋ :組み合わせて もよい。
以上説明したように、 本発明の光伝達手段を備えた装置によれば、 微細な素子 を集積した装置内において主に光通信により情報 (信号) を伝達するようになつ ているので、 装置からの発熱を «することができ、 また、 信号の遅延が大幅に 麵さ 応答性の良い装置 (回路) を実現することができる。
また、 素子を構成する薄膜をインクジェット方式によりパターン形成した場合 には、 微細なパ夕一ニングを容易に、 短時間で、 かつ正確に行うことができる。 そして、 組成物の吐出量の増減により莫厚の調整を容易かつ正確に行うことがで きるので、 それによって膜の性状等を容易かつ自由に制御することができる。 このようにインクジヱヅト方式により、 容易に発光および受光素子と半導体素 子とのハイプリヅド化が達成できる。
従って、 所望の特性、 il去、 パターンを有する素子を基板 (例えば、 S i単結 s¾t反や、 T F T回路等のように翻な素子が集積されている基板) 上に、 容易 に形成することができ、 これにより装置の生産性が向上し、 量産に有利である。 また、 発光部が、 発光特性の異なる複数の発光素子を有する場合、 特に、 発光 部が、 発光する光のピーク波長の異なる複数の発光素子を有する には、 同一 の導光路を使用して同時に複数の情報を伝達することができる。 このため、 電気 酉線のみの装置に比べ、 配線の簡素化を図ることができる。 そして、 電気配線の みの装置に比べ、 配線の占める領域を減少されることができ、 また、 熱の発生を 抑制することができ、 これにより高集積化を図ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
( 1 ) 薄膜で構成された少なくとも 1つの発光素子を有する発光部と、 薄膜で構 成された少なくとも 1つの受光素子を有する受光部と、 Ιίϋ己発光部からの光を前 記受光部へ導く導«とを集積してなる光伝達手段を備えていることを! TOとす る光伝達手段を備えた装置。
(2)編3発光部、 編己受光部および 己導舰は、 少なくとも 1次元方向に設 置されている請求の範囲第 1項記載の光伝達手段を備えた装置。
(3)編 3発光部、 編己受光部および mi己導舰は、 同一基板上に設置されてい る請求の範囲第 1項または第 2項記載の光伝達手段を備えた装置。
(4) 編 3発光部、 編己受光部および Iil己導細は、 2次元方向に設置されてい る請求の範囲第 1項記載の光伝達手段を備えた装置。
(5) ns発光部、 擺己受光部および mi己導舰は、 3次元方向に設置されてい る請求の範囲第 1項記載の光伝達手段を備えた装置。
(6)編己発光部、 編己受光部およひ il己導舰の少なくとも一つを有する層が 積層された構造である請求の範囲第 5項記載の光伝達手段を備えた装置。
(7) tiff己発光部は、 発光特注の異なる複数の発光素子を有する請求の範囲第 1 項乃至第 6項のレヽずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
( 8 ) tins発光部は、 発光する光のピーク波長が異なる複数の発光素子を有する 請求の範囲第 1項乃至第 6項のレヽずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
( 9 ) ΙΪ 受光部は、 対応する tins発光素子からの光を受光する複数の受光素子 を有する請求の範囲第 7項または第 8項記載の光伝達手段を備えた装置。
( 1 0) 前記発光素子を構成する少なくとも 1つの薄膜が、 ィンクジエツト方式 によりパターン形成されたものである請求の範囲第 1項乃至第 9項のいずれかに 記載の光伝達手段を備えた装置。
( 1 1) 編3発光素子は、 有機 E L素子で構成されている請求の範囲第 1項乃至 第 1 0項のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
( 1 2) tiff己発光素子は、 有機 E L素子と光学フィル夕一とで構成されている請 求の範囲第 1項乃至第 10項のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(13)編己光学フィル夕一は、 屈折率の異なる複数の薄膜を積層してなる分布 多層膜ミラーである請求の範囲第 12項記載の光伝達手段を備えた装置。
( 14)編己受光素子を構成する少なくとも 1つの薄膜が、 ィンクジエツト方式 によりパターン形成されたものである請求の範囲第 1項乃至第 13項のいずれか に記載の光伝達手段を備えた装置。
(15)編己受光素子は、 有機素子で構成されている請求の範囲第 1項乃至第 1 4項のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(16) 受光素子は、 有漏子と光学フィル夕一とで構成されている請求の 範囲第 1項乃至第 14項のいずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(17)編3導細は、 薄膜で構成されている請求の範囲第 1項乃至第 16項の いずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(18) 導 «を構成する少なくとも 1つの薄膜が、 ィンクジエツト方式に よりパターン形成されたものである請求の範囲第 1項乃至第 17項のいずれかに 記載の光伝達手段を備えた装置。
( 19 )薄莫トランジス夕を有する請求の範囲第 1項乃至第 18項のいずれかに 記載の光伝達手段を備えた装置。
(20)同一基板上に複数の回路ブロックを有し、 該複数の回路ブロックのそれ それが 己発光部と前記受光部とを備えている請求の範囲第 1項乃至第 18項の いずれかに記載の光伝達手段を備えた装置。
(21)編己複数の回路ブロックのうちの所定の回路ブロック間が、 till己導光路 で結合され、 該回路ブロック間において、 該導光路を介して信号を光により送 信 ·受信するよう構成されている請求の範囲第 20項記載の光伝達手段を備えた
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