有機レーザ装置
【課題】再現性に優れた方法で作製することが可能であり、所望の波長のレーザ光が得られ、かつ、小型軽量のレーザ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の電極間に発光層を有する発光素子が形成された第１の基板と、レーザ色素を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板とを対向して配置し、一対の電極のうち、発光層とレーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有する構成とする。このような構成とすることにより、レーザ媒体と光源とが一体となっているレーザ装置を提供することができる。
【解決手段】一対の電極間に発光層を有する発光素子が形成された第１の基板と、レーザ色素を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板とを対向して配置し、一対の電極のうち、発光層とレーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有する構成とする。このような構成とすることにより、レーザ媒体と光源とが一体となっているレーザ装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信などの多様な分野でレーザ光が用いられている。レーザ光源としては、固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ、液体レーザ（例えば、色素レーザ）など、種々のレーザ光源がある。中でも半導体レーザは、小型軽量、高効率、低電圧で動作可能であり、多方面で実用化されている。ただし、媒体として無機化合物を用いている固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザなどは、発振波長が媒体固有の波長となるため、発振波長の選択肢が限られており、所望の波長のレーザ光を得ることが難しい。
【０００３】
一方、レーザ媒体として有機化合物の溶液を用いている色素レーザは、使用する色素や共振器の形状の調節によって、発振波長を自由に選択することができる。しかしながら、色素の劣化を防ぐため色素溶液を循環させるための大がかりな装置が必要なこと、及びレーザ媒体の他に光源を設けなければならず更に大がかりな装置となることから、操作性、利便性に乏しい。
【０００４】
そこで、レーザ媒体の色素を溶液ではなく薄膜とすることでこの難点を解決する提案がなされてきた。最も直接的な解決手段は、レーザ共振器構造を有機発光ダイオード（有機ＥＬ素子）の内部に設置し、直接電流励起することである。このような構成を有するレーザ光源は、可視光領域での発光波長を選択でき、且つ外付けの大がかりな励起光源装置を必要としない。また、当該有機発光ダイオードを封止することにより水分などの侵入を防止して色素薄膜の劣化を防止することができる。そのため、色素溶液の場合よりも簡便に劣化を防止することができる。しかしながら、高性能の有機ＥＬディスプレイが実用化された現在においても、電流注入型有機レーザ装置は実用化されていない。電流注入型有機レーザ装置の技術的障壁は以下の２課題である。
【０００５】
第１に、有機ＥＬ素子における有機薄膜の膜厚は１００ｎｍから５００ｎｍ程度である。そのため、有機薄膜を挟んで設置される電極間距離が短いため膜面と垂直方向に共振器構造を構成した場合、共振器の光利得が小さくなる。また、電極による光吸収が大きいため更に光利得を失うことになる。さらに、光の伝搬方向を膜面と平行にした導波路型共振器構造を採用した場合であっても、両面の電極による光吸収損失が大きい。
【０００６】
第２に、当該電流注入型有機レーザ装置は、有機ＥＬ素子の発光層をレーザ発振が行われる層とすることが必須である。また、有機ＥＬ素子を構成する全ての有機薄膜による光吸収損失を無くすことも必須である。しかしながら、このような条件に合う物質を選択して作製した有機ＥＬ素子において高輝度、高効率、高安定性動作を全て達成することは困難である。
【０００７】
このように、レーザ媒体を色素薄膜とし、且つ直接電流注入によってレーザ発振を行う電流注入型有機レーザ装置を実用化するのは困難である。そこで、光共振器を組み込んだ色素薄膜をコンパクトな外部光源で間接励起する手法が提示されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。しかしながら、いずれの例においても、光共振器付き色素薄膜のサイズに対応したコンパクトな光源を用いることには成功していないのが実情である。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子を励起光源とすることで、励起光源をコンパクトにして有機レーザ装置を完成しようと試みた提案がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０８１７３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｉ． Ｄ． Ｓａｍｕｅｌ， Ｇ． Ａ． Ｔｕｒｎｂｕｌｌ， ”Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ”， Ｃｈｅｍ． Ｒｅｖ．， ２００７， １０７， １２７２−１２９５．
【非特許文献２】Ｙ． Ｙａｎｇ， Ｇ． Ａ． Ｔｕｒｎｂｕｌｌ， Ｉ． Ｄ． Ｗ． Ｓａｍｕｅｌ， ”Ｈｙｂｒｉｄ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ： Ａ ｐｏｌｙｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｕｍｐｅｄ ｂｙ ａ ｎｉｔｒｉｄｅ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ９２， １６３３０６ （２００８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に開示されている構成は、有機ＥＬ素子と、分布帰還共振器を備えた色素薄膜とを、ガラス基板の両面に位置合わせを行って同時に形成する必要があること、基板の両側に配置された有機薄膜を両側から保護封止する必要があることなど、複雑な作業工程を要する。つまり、有機薄膜レーザ装置製作上の解決すべき課題は山積しているのが実情である。
【００１２】
よって、本発明の一態様は、再現性に優れた方法で作製することが可能であり、所望の波長のレーザ光が得られ、かつ、小型軽量の有機レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような難点を全て解決して有機ＥＬ素子励起の有機レーザを完成させるべく鋭意工夫考案の結果、以下のような有機レーザ装置を開発した。当該有機レーザ装置は、レーザ発振部を発光素子の光射出側電極の外側に近接して設置し、ガラス基板を介在させることのない間接励起方式を採用している。当該有機レーザ装置によって、上述の全ての困難は克服可能であり、外形上は直接電流励起型レーザ装置とほぼ同一の、シート状の有機レーザが実現可能であることが判明した。
【００１４】
また、当該有機レーザ装置が有する発光素子として、技術の完成度が高い有機ＥＬ素子を利用するのが好ましい。当該有機ＥＬ素子の射出光を高い光結合効率で有機ＥＬ素子の面状透明電極に近接して設置した「光共振器を組み込んだ固体薄膜レーザ媒体」に導入すれば、有機ＥＬ素子内部にレーザ媒体を組み込んだ場合とほぼ等しい電流励起効率でレーザ色素分子を励起できるからである。有機ＥＬ素子を有する有機レーザ装置において、光を射出する透明電極が露出したトップエミッション型の有機ＥＬ素子の上面位置に、あらかじめ別の基板上に作製しておいた光共振器付きの薄膜状のレーザ媒体を近接して設置することで、有機ＥＬ素子からの射出光を全て共振器内のレーザ媒体に結合させることが可能となる。当該有機レーザ装置の作製工程は、有機ＥＬ素子の作製と、光共振器を組み込んだレーザ媒体の作製とを、別々に独立して行った後、貼り合わせる工程を有する。当該工程は、技術的な困難度もはるかに少なく、再現性に優れ、安価で量産可能な工程である。また、有機ＥＬ素子の作製と、光共振器を組み込んだレーザ媒体の作製とを、別々に独立して行うことができるため、有機ＥＬ素子の作製方法について特に制限されることがなく、最も特性のよい構造および最も生産性に優れた作製方法を用いることができる。また、レーザ媒体の作製方法に関しても特に制限がなく、最も特性のよい構造および最も生産性に優れた作製方法を用いることができる。よって、最も特性のよい構造の有機ＥＬ素子と、最も特性のよい構造のレーザ媒体を用いて、有機レーザ装置を作製することができ、優れた特性の有機レーザ装置を得ることができる。
【００１５】
即ち、上記有機レーザ装置は基板上に形成された一対の電極と有機薄膜で構成され、片方の電極が透明である発光素子と、別の基板上に形成された光共振器を組み込んだレーザ媒体とを対向して設置することを特徴とする、有機レーザ装置である。
【００１６】
つまり、本発明の一態様は、一対の電極間に発光層を有する発光素子が設けられた第１の基板と、有機化合物を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板と、を対向して配置し、一対の電極のうち、発光層とレーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有することを特徴とする有機レーザ装置である。
【００１７】
上記構成において、レーザ媒体に、光共振器が組み込まれている有機レーザ装置も本発明の一態様である。なお、当該光共振器としては、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器などを適用することができる。
【００１８】
また、上記構成において、レーザ媒体の中に光を閉じこめるために、レーザ媒体と第２の基板の間に、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する誘電体の積層膜などを設けてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、第２の基板におけるレーザ媒体が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることが好ましい。
【００２０】
また、上記構成において、一対の電極のうち、発光層と第１の基板の間に位置する電極は、反射電極であることが好ましい。または、発光素子と第１の基板の間若しくは第１の基板における発光素子が設けられた面の裏面に、反射膜が設けられていることが好ましい。
【００２１】
また、上記構成において、発光素子とレーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、上記構成において、発光素子およびレーザ媒体は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板および第２の基板を貼り合わせるシール材と、によって封止されていることが好ましい。
【００２３】
なお、上記構成において、発光素子の発光波長は、レーザ媒体を高効率で励起することができる波長となるよう発光材料とレーザ媒体の材料の組み合わせを選択する。
【００２４】
また、上記構成において、発光素子の発光材料は有機化合物であることが好ましい。特に、発光材料は燐光性化合物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様を適用することにより、再現性に優れた方法で作製することが可能であり、小型軽量であり、シート状のレーザ装置を得ることができる。また、所望の波長のレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】有機レーザ装置を説明する図。
【図２】有機レーザ装置を説明する図。
【図３】発光素子を説明する図。
【図４】発光素子を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態の有機レーザ装置は、レーザ媒体と、光源とが一体となっているレーザ装置である。光源としては、発光素子を用いる。発光素子は面状光源である。また、光源に対向する領域にレーザ媒体であるレーザ色素を含む膜が形成されている。レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜が形成されている基板上には、光共振器が組み込まれていることが好ましい。レーザ媒体内の光共振器の配置は特に限定されず、レーザ媒体の内部に配置されていてもよく、レーザ媒体の基板側やレーザ媒体の表面側に配置されていてもよい。
【００２９】
このような構成のレーザ装置は、発光素子からの光により、レーザ媒体であるレーザ色素を励起し、レーザ光を発振する。
【００３０】
また、発光素子が形成されている基板とレーザ媒体が形成されている基板は、発光素子が形成されている面と、レーザ媒体が形成されている面とが内側になるよう、対向して配置されている。つまり、発光素子とレーザ媒体は、２つの基板間に位置するように配置されている。なお、発光素子とレーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下である。好ましくは、０．６ｍｍ以下である。このように発光素子とレーザ媒体の距離が短いことにより、発光素子の発光面と、レーザ媒体の受光面とを近接させることができ、光結合効率が向上する。
【００３１】
また、発光素子やレーザ媒体が形成されている領域の外周部には、基板を貼り合わせるためのシール材が設けられている。このような構成とすることにより、外部からの水分の侵入が抑制され、発光素子およびレーザ媒体の信頼性を向上させることができる。すなわち、発光素子からの光をレーザ媒体に高い光結合率で導入するため、シール材によって２枚の基板を固定すると共に、外気からの密封の効果を発現させることが、本実施の形態の有機レーザ装置の優れた特徴である。
【００３２】
本実施の形態の有機レーザ装置について、図１を用いて詳細に説明する。図１（Ａ）は有機レーザ装置の断面図、図１（Ｂ）は平面図である。
【００３３】
図１において、第１の基板１００１上には、発光素子１００２が形成されている。発光素子１００２は一対の電極（第１の電極１１１１と第２の電極１１１３）間に発光層１１１２を有している。第２の基板１００３上には、レーザ媒体１００４が形成されている。第１の基板１００１と第２の基板１００３は、発光素子１００２が形成されている面と、レーザ媒体１００４が形成されている面とが内側になるよう、対向して配置されている。つまり、発光素子１００２とレーザ媒体１００４は、第１の基板１００１と、第２の基板１００３との間に位置するように配置されている。そして、発光素子１００２やレーザ媒体１００４が形成されている領域の外周部には、第１の基板１００１と第２の基板１００３を貼り合わせるためのシール材１００５が設けられている。第１の基板１００１、第２の基板１００３、シール材１００５で囲まれた空間１００６には、充填材が充填されていることが好ましい。当該充填材としては、不活性気体（窒素やアルゴン等）やシール材を適用することが可能である。特に、空間１００６に乾燥剤が設けられ、不活性気体が充填されていることが好ましい。このような構成にすることにより、空間１００６に水分が侵入することを防止することができ、発光素子およびレーザ媒体の劣化を防止することができる。
【００３４】
発光素子１００２とレーザ媒体１００４の距離は、１ｍｍ以下である。好ましくは、０．６ｍｍ以下である。このように発光素子１００２とレーザ媒体１００４の距離が短いことにより、発光素子１００２の発光面と、レーザ媒体１００４の受光面とを近接させることができ、光結合効率が向上する。
【００３５】
また、レーザ媒体１００４が形成されている領域は、発光素子１００２が形成されている領域よりも広いことが好ましい。発光素子１００２からの光は、指向性が低く、発光素子１００２の形成された領域よりも広がる。そのため、発光素子１００２よりも広い領域にレーザ媒体１００４を形成することにより、発光素子１００２からの光を効率よくレーザ媒体１００４が吸収することができる。
【００３６】
また、第２の基板１００３上のレーザ媒体１００４には、光共振器が組み込まれていることが好ましい。図２（Ａ）の例示では、光共振器１００７は、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に設けているが、必ずしもこの配置に限られるものではない。
【００３７】
第１の基板１００１、第２の基板１００３としては、種々の基板を用いることができる。具体的には、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。特に、第２の基板１００３としては低屈性率である基板を用いることが好ましい。低屈折率の基板を用いることで、レーザ媒体１００４からの光がレーザ媒体１００４中に閉じこめられやすくなるため好ましい。
【００３８】
また、図２（Ｂ）に示すように、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する誘電体の多層膜などを設けることができる。透光性を有する誘電体材料としては、酸化珪素、酸化タンタル、酸化チタン、フッ素系ポリマーなどが挙げられる。図２（Ｂ）では、透光性を有する低誘電体膜１００８を設けた例を示す。このような構成とすることにより、レーザ媒体１００４の中に光を閉じこめることができる。
【００３９】
また、図２（Ｃ）に示すように、第２の基板１００３のレーザ媒体１００４が形成されている面の裏面に、誘電体の多層膜、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む膜などの反射膜１００９が形成されていることが好ましい。
【００４０】
また、発光素子１００２と第１の基板１００１の間、または、第１の基板１００１における発光素子１００２が設けられた面の裏面には、反射膜が形成されていることが好ましい。また、発光素子１００２の発光層１１１２と第１の基板１００１の間に位置する電極は反射電極である構成とすることが好ましい。図２（Ｄ）では、一例として、第１の基板１００１における発光素子１００２が設けられた面の裏面に反射膜１０１０を設けた例を示す。また、第１の基板１００１のみならず第２の基板１００３にも反射膜を設けることがより好ましい。
【００４１】
このように反射膜が形成されていることにより、発光素子１００２からの光が外部へ漏れることを防ぎ、レーザ媒体１００４へ、効率良く照射することができる。なお、第２の基板１００３上に光共振器が組み込まれている場合には光共振器内への光の閉じこめ効果が大きくなり好ましい。
【００４２】
図１及び図２では、第１の基板１００１および第２の基板１００３は平面として表しているが、それに限定されず、基板の一部または全面に曲面を有していてもよい。曲面を有する基板を用いる場合、レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜の膜厚を変化させないようにすることが好ましい。また、基板は、可撓性を有していてもよい。可撓性のある基板を用いる場合についてもレーザ媒体であるレーザ色素を含む膜の膜厚を変化させないようにすることが好ましい。
【００４３】
発光素子１００２の発光材料としては、無機化合物を用いても良いし、有機化合物を用いても良い。発光素子１００２は、レーザ媒体であるレーザ色素を励起することができる波長の光を発光する必要がある。よって、材料の選択肢が多く、所望の発光波長の光を得ることができる有機化合物を発光材料として用いることが好ましい。
【００４４】
発光材料として有機化合物を用いる場合、燐光を発光する化合物（以下、燐光性化合物という）や蛍光を発光する化合物（以下、蛍光性化合物という）を用いることができる。燐光性化合物は、蛍光性化合物よりも発光効率が高いため、好ましい。
【００４５】
燐光性化合物としては、有機金属錯体が挙げられる。例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、燐光性化合物として用いることができる。
【００４６】
また、蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００４７】
なお、発光素子１００２の発光層１１１２としては、上述した発光材料（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。ホスト材料としては、各種のものを用いることができ、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
【００４８】
ホスト材料としては、具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセンなどの縮合芳香族化合物、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物などを用いることができる。
【００４９】
また、ホスト材料は複数種を混合して用いることができる。例えば、上述の物質を主構成物質として、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、又はＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
【００５０】
発光材料を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層１１１２の結晶化を抑制することができる。また、発光材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００５１】
また、発光材料として高分子化合物を用いることができる。具体的には、青色系の発光材料として、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。また、橙色〜赤色系の発光材料として、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００５２】
また、発光素子１００２は、レーザ色素を励起することができる波長の光を発光する必要があるため、レーザ色素の発光波長よりも短波長の発光とすることが必要である。
【００５３】
レーザ媒体１００４に含まれるレーザ色素としては、種々の有機化合物を用いることができる。スチルベン系、クマリン系（クマリン４４０、クマリン４５０、クマリン４６０、クマリン４８０、クマリン５１５、クマリン５４０など）、ローダミン系（ローダミン５６０、ローダミン５９０、ローダミン６１０、ローダミン６４０など）、キサンテン系、シアニン系（ＤＯＣ、ＤＯＤＣ、ＤＯＴＣ、ＤＴＣ、ＤＴＤＣ、ＤＴＴＣ、ＨＩＣ、ＨＩＤＣ、ＨＩＴＣなど）、オキサジン系（オキサジン７２５など）、フルオレセイン系（フルオレセイン二ナトリウム塩など）などを用いることができる。また、オキサゾール、オキサジアゾール、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセン、キトン赤、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン、オリゴチオフェンなど、およびそれらの誘導体などを用いることができる。
【００５４】
なお、光源として用いる発光素子１００２は一つのレーザ媒体について一つとは限らず、複数の発光素子を設置してもよい。
【００５５】
レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜は、レーザ色素を他の材料に分散させた構成としてもよい。その場合、分散させるための材料（ホスト材料）としては、レーザ発振波長の光を吸収しない材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチルなどのようなレーザ色素と相互作用しない材料を用いることができる。また、例えば、ポリビニルカルバゾールやビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル］ベンジジンなどのようなレーザ色素へエネルギー移動できる材料を用いることができる。
【００５６】
また、レーザ色素を含む膜は、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いて形成することができる。例えば、真空蒸着法などの乾式法や、インクジェット法、スピンコート法などの湿式法を用いて形成することができる。
【００５７】
また、レーザ媒体１００４が形成されている第２の基板１００３上に、光共振器を組み込むことが好ましい。図２（Ａ）の例示では、光共振器１００７は、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に設けているが、必ずしもこの配置に限られるものではない。
【００５８】
光共振器１００７の構造としては、種々の構造のものを用いることができる。例えば、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器などが挙げられる。
【００５９】
光共振器１００７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器などの回折格子型共振器を用いる場合、図２（Ａ）に示すように、予め形成した誘電体の回折格子上にレーザ媒体１００４を形成してもよい。また、他の回折格子型共振器の形成方法としては、メタルマスクなどを利用してレーザ色素を含む膜を所望の領域に成膜する方法、一面に成膜したレーザ色素を含む膜の一部をフォトリソグラフィなどで除去する方法、予め所望のパターンに形成したレーザ色素を含む膜をナノインプリント法を用いて転写する方法、光の干渉縞を利用したフォトリソグラフィ法などが挙げられる。
【００６０】
本実施の形態の有機レーザ装置は、薄膜状であり、小型軽量である。よって、様々な用途に使用することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、レーザ媒体として有機化合物を用いているため、所望の波長のレーザ光を得ることができる。
【００６２】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、光源である発光素子と、レーザ媒体とが、第１の基板、第２の基板、およびシール材に囲まれた領域の中に設けられた構成となっている。このような構成とすることにより、外部からの水分の侵入が抑制され、発光素子およびレーザ媒体の信頼性を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、外見上は通常用いられる封止された有機ＥＬ素子と形状が同様である。これは、レーザ発振の容易さを格段に向上させることとともに、２枚の基板上に形成した部分構造を貼り合わせると同時に封止を実現するという、製造技術上の極めて大きな進歩性を有している。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光素子の一態様について、図３を用いて詳細に説明する。
【００６５】
本実施の形態の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されている。つまり、電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００６６】
本実施の形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第２の電極１０４と、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に設けられたＥＬ層１０３と、から構成されている。なお、本実施の形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとして、以下、説明をする。つまり、第１の電極１０２の方が第２の電極１０４よりも電位が高くなるように、第１の電極１０２と第２の電極１０４間に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下、説明をする。
【００６７】
第１の基板１００１は、発光素子の支持体として用いられる。第１の基板１００１としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００６８】
第１の電極１０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリング法により成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【００６９】
また、第１の電極１０２と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極１０２として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【００７０】
本実施の形態で示すＥＬ層１０３は、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５を有している。なお、ＥＬ層１０３は、発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。つまり、ＥＬ層１０３は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質、発光性の高い物質（発光材料）等を含む層を適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
【００７１】
正孔注入層１１１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
【００７２】
また、正孔注入層１１１として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極１０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質と、アクセプター性物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【００７３】
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
【００７４】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【００７５】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００７６】
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００７７】
また、正孔注入層１１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【００７８】
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層１１１として用いてもよい。
【００７９】
正孔輸送層１１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物として、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００８０】
また、上述した正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を正孔輸送層１１２として用いても良い。
【００８１】
また、正孔輸送層１１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【００８２】
発光層１１３は、発光性の高い物質（発光材料）を含む層であり、実施の形態１で示したように種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。特に、燐光性化合物は、蛍光性化合物よりも発光効率が高いため、好ましい。
【００８３】
また、発光層１１３は、発光材料（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。また、発光材料を分散させるための物質は複数種を混合して用いてもよい。発光材料を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層１１３の結晶化を抑制することができる。また、発光材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００８４】
また、発光層１１３として高分子化合物を用いてもよい。
【００８５】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体が挙げられる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００８６】
また、電子輸送層１１４として、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００８７】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性の高い物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性の高い物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極１０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
【００８８】
第２の電極１０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【００８９】
また、第２の電極１０４と電子輸送層１１４の間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第２の電極１０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
【００９０】
また、ＥＬ層１０３の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００９１】
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層１０３を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層１０３を形成してもよい。
【００９２】
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
【００９３】
以上のような構成を有する本実施の形態に係る発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０３において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。
【００９４】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。
【００９５】
例えば、図３（Ａ）に示すように、第１の基板１００１上に、陽極として機能する第１の電極１０２、ＥＬ層１０３、陰極として機能する第２の電極１０４を積層した構成の場合、発光は第２の電極１０４を通って取り出されるため、第２の電極１０４は透光性を有する電極である必要がある。
【００９６】
また、図３（Ｂ）に示すように、第１の基板１００１上に、陰極として機能する第２の電極１０４、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０２を積層した構成の場合、発光は第１の電極１０２を通って取り出されるため、第１の電極１０２は透光性を有する電極である必要がある。
【００９７】
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０２および第２の電極１０４から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば、上記以外のものでもよい。
【００９８】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等からなる層と、発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。
【００９９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０１００】
（実施の形態３）
本実施の形態では、発光素子の一態様について、図４を用いて詳細に説明する。本実施の形態では、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）について説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極の間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態２で示したＥＬ層の構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態２で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
【０１０１】
図４において、第１の電極５０１と第２の電極５０２の間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が電荷発生層５１３を介して積層されている。
【０１０２】
第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態２と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態２で示したＥＬ層の構成と同様なものを適用することができる。
【０１０３】
電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２間に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入する層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。複数の層を積層した構成としては、正孔を注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
【０１０４】
正孔を注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質が添加された構成であってもよい。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態２で示した複合材料で構成されており、アクセプター性物質として、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、オリゴマー、デンドリマー、ポリマーなど、種々の化合物を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質としては、正孔移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０１０５】
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態２で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０１０６】
また、電荷発生層５１３として、実施の形態２で示した電極材料を用いることもできる。例えば、正孔輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層５１３は透光性の高い層とすることが好ましい。
【０１０７】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２間に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、第１の電極５０１の電位の方が第２の電極５０２の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２に正孔を注入するものであればいかなる構成でもよい。
【０１０８】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層５１３で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能である。よって、本実施の形態で示す積層型発光素子を光源として用いることにより、レーザ媒体を励起するための高輝度の光を発光することができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。よって、レーザ媒体に均一に光を照射することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００１ 第１の基板
１００２ 発光素子
１００３ 第２の基板
１００４ レーザ媒体
１００５ シール材
１００６ 空間
１００７ 光共振器
１００８ 低誘電体膜
１００９ 反射膜
１０１０ 反射膜
１１１１ 第１の電極
１１１２ 発光層
１１１３ 第２の電極
１０２ 第１の電極
１０３ ＥＬ層
１０４ 第２の電極
１１１ 正孔注入層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信などの多様な分野でレーザ光が用いられている。レーザ光源としては、固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ、液体レーザ（例えば、色素レーザ）など、種々のレーザ光源がある。中でも半導体レーザは、小型軽量、高効率、低電圧で動作可能であり、多方面で実用化されている。ただし、媒体として無機化合物を用いている固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザなどは、発振波長が媒体固有の波長となるため、発振波長の選択肢が限られており、所望の波長のレーザ光を得ることが難しい。
【０００３】
一方、レーザ媒体として有機化合物の溶液を用いている色素レーザは、使用する色素や共振器の形状の調節によって、発振波長を自由に選択することができる。しかしながら、色素の劣化を防ぐため色素溶液を循環させるための大がかりな装置が必要なこと、及びレーザ媒体の他に光源を設けなければならず更に大がかりな装置となることから、操作性、利便性に乏しい。
【０００４】
そこで、レーザ媒体の色素を溶液ではなく薄膜とすることでこの難点を解決する提案がなされてきた。最も直接的な解決手段は、レーザ共振器構造を有機発光ダイオード（有機ＥＬ素子）の内部に設置し、直接電流励起することである。このような構成を有するレーザ光源は、可視光領域での発光波長を選択でき、且つ外付けの大がかりな励起光源装置を必要としない。また、当該有機発光ダイオードを封止することにより水分などの侵入を防止して色素薄膜の劣化を防止することができる。そのため、色素溶液の場合よりも簡便に劣化を防止することができる。しかしながら、高性能の有機ＥＬディスプレイが実用化された現在においても、電流注入型有機レーザ装置は実用化されていない。電流注入型有機レーザ装置の技術的障壁は以下の２課題である。
【０００５】
第１に、有機ＥＬ素子における有機薄膜の膜厚は１００ｎｍから５００ｎｍ程度である。そのため、有機薄膜を挟んで設置される電極間距離が短いため膜面と垂直方向に共振器構造を構成した場合、共振器の光利得が小さくなる。また、電極による光吸収が大きいため更に光利得を失うことになる。さらに、光の伝搬方向を膜面と平行にした導波路型共振器構造を採用した場合であっても、両面の電極による光吸収損失が大きい。
【０００６】
第２に、当該電流注入型有機レーザ装置は、有機ＥＬ素子の発光層をレーザ発振が行われる層とすることが必須である。また、有機ＥＬ素子を構成する全ての有機薄膜による光吸収損失を無くすことも必須である。しかしながら、このような条件に合う物質を選択して作製した有機ＥＬ素子において高輝度、高効率、高安定性動作を全て達成することは困難である。
【０００７】
このように、レーザ媒体を色素薄膜とし、且つ直接電流注入によってレーザ発振を行う電流注入型有機レーザ装置を実用化するのは困難である。そこで、光共振器を組み込んだ色素薄膜をコンパクトな外部光源で間接励起する手法が提示されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。しかしながら、いずれの例においても、光共振器付き色素薄膜のサイズに対応したコンパクトな光源を用いることには成功していないのが実情である。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子を励起光源とすることで、励起光源をコンパクトにして有機レーザ装置を完成しようと試みた提案がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０８１７３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｉ． Ｄ． Ｓａｍｕｅｌ， Ｇ． Ａ． Ｔｕｒｎｂｕｌｌ， ”Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ”， Ｃｈｅｍ． Ｒｅｖ．， ２００７， １０７， １２７２−１２９５．
【非特許文献２】Ｙ． Ｙａｎｇ， Ｇ． Ａ． Ｔｕｒｎｂｕｌｌ， Ｉ． Ｄ． Ｗ． Ｓａｍｕｅｌ， ”Ｈｙｂｒｉｄ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ： Ａ ｐｏｌｙｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｕｍｐｅｄ ｂｙ ａ ｎｉｔｒｉｄｅ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ９２， １６３３０６ （２００８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に開示されている構成は、有機ＥＬ素子と、分布帰還共振器を備えた色素薄膜とを、ガラス基板の両面に位置合わせを行って同時に形成する必要があること、基板の両側に配置された有機薄膜を両側から保護封止する必要があることなど、複雑な作業工程を要する。つまり、有機薄膜レーザ装置製作上の解決すべき課題は山積しているのが実情である。
【００１２】
よって、本発明の一態様は、再現性に優れた方法で作製することが可能であり、所望の波長のレーザ光が得られ、かつ、小型軽量の有機レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような難点を全て解決して有機ＥＬ素子励起の有機レーザを完成させるべく鋭意工夫考案の結果、以下のような有機レーザ装置を開発した。当該有機レーザ装置は、レーザ発振部を発光素子の光射出側電極の外側に近接して設置し、ガラス基板を介在させることのない間接励起方式を採用している。当該有機レーザ装置によって、上述の全ての困難は克服可能であり、外形上は直接電流励起型レーザ装置とほぼ同一の、シート状の有機レーザが実現可能であることが判明した。
【００１４】
また、当該有機レーザ装置が有する発光素子として、技術の完成度が高い有機ＥＬ素子を利用するのが好ましい。当該有機ＥＬ素子の射出光を高い光結合効率で有機ＥＬ素子の面状透明電極に近接して設置した「光共振器を組み込んだ固体薄膜レーザ媒体」に導入すれば、有機ＥＬ素子内部にレーザ媒体を組み込んだ場合とほぼ等しい電流励起効率でレーザ色素分子を励起できるからである。有機ＥＬ素子を有する有機レーザ装置において、光を射出する透明電極が露出したトップエミッション型の有機ＥＬ素子の上面位置に、あらかじめ別の基板上に作製しておいた光共振器付きの薄膜状のレーザ媒体を近接して設置することで、有機ＥＬ素子からの射出光を全て共振器内のレーザ媒体に結合させることが可能となる。当該有機レーザ装置の作製工程は、有機ＥＬ素子の作製と、光共振器を組み込んだレーザ媒体の作製とを、別々に独立して行った後、貼り合わせる工程を有する。当該工程は、技術的な困難度もはるかに少なく、再現性に優れ、安価で量産可能な工程である。また、有機ＥＬ素子の作製と、光共振器を組み込んだレーザ媒体の作製とを、別々に独立して行うことができるため、有機ＥＬ素子の作製方法について特に制限されることがなく、最も特性のよい構造および最も生産性に優れた作製方法を用いることができる。また、レーザ媒体の作製方法に関しても特に制限がなく、最も特性のよい構造および最も生産性に優れた作製方法を用いることができる。よって、最も特性のよい構造の有機ＥＬ素子と、最も特性のよい構造のレーザ媒体を用いて、有機レーザ装置を作製することができ、優れた特性の有機レーザ装置を得ることができる。
【００１５】
即ち、上記有機レーザ装置は基板上に形成された一対の電極と有機薄膜で構成され、片方の電極が透明である発光素子と、別の基板上に形成された光共振器を組み込んだレーザ媒体とを対向して設置することを特徴とする、有機レーザ装置である。
【００１６】
つまり、本発明の一態様は、一対の電極間に発光層を有する発光素子が設けられた第１の基板と、有機化合物を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板と、を対向して配置し、一対の電極のうち、発光層とレーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有することを特徴とする有機レーザ装置である。
【００１７】
上記構成において、レーザ媒体に、光共振器が組み込まれている有機レーザ装置も本発明の一態様である。なお、当該光共振器としては、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器などを適用することができる。
【００１８】
また、上記構成において、レーザ媒体の中に光を閉じこめるために、レーザ媒体と第２の基板の間に、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する誘電体の積層膜などを設けてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、第２の基板におけるレーザ媒体が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることが好ましい。
【００２０】
また、上記構成において、一対の電極のうち、発光層と第１の基板の間に位置する電極は、反射電極であることが好ましい。または、発光素子と第１の基板の間若しくは第１の基板における発光素子が設けられた面の裏面に、反射膜が設けられていることが好ましい。
【００２１】
また、上記構成において、発光素子とレーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、上記構成において、発光素子およびレーザ媒体は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板および第２の基板を貼り合わせるシール材と、によって封止されていることが好ましい。
【００２３】
なお、上記構成において、発光素子の発光波長は、レーザ媒体を高効率で励起することができる波長となるよう発光材料とレーザ媒体の材料の組み合わせを選択する。
【００２４】
また、上記構成において、発光素子の発光材料は有機化合物であることが好ましい。特に、発光材料は燐光性化合物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様を適用することにより、再現性に優れた方法で作製することが可能であり、小型軽量であり、シート状のレーザ装置を得ることができる。また、所望の波長のレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】有機レーザ装置を説明する図。
【図２】有機レーザ装置を説明する図。
【図３】発光素子を説明する図。
【図４】発光素子を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態の有機レーザ装置は、レーザ媒体と、光源とが一体となっているレーザ装置である。光源としては、発光素子を用いる。発光素子は面状光源である。また、光源に対向する領域にレーザ媒体であるレーザ色素を含む膜が形成されている。レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜が形成されている基板上には、光共振器が組み込まれていることが好ましい。レーザ媒体内の光共振器の配置は特に限定されず、レーザ媒体の内部に配置されていてもよく、レーザ媒体の基板側やレーザ媒体の表面側に配置されていてもよい。
【００２９】
このような構成のレーザ装置は、発光素子からの光により、レーザ媒体であるレーザ色素を励起し、レーザ光を発振する。
【００３０】
また、発光素子が形成されている基板とレーザ媒体が形成されている基板は、発光素子が形成されている面と、レーザ媒体が形成されている面とが内側になるよう、対向して配置されている。つまり、発光素子とレーザ媒体は、２つの基板間に位置するように配置されている。なお、発光素子とレーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下である。好ましくは、０．６ｍｍ以下である。このように発光素子とレーザ媒体の距離が短いことにより、発光素子の発光面と、レーザ媒体の受光面とを近接させることができ、光結合効率が向上する。
【００３１】
また、発光素子やレーザ媒体が形成されている領域の外周部には、基板を貼り合わせるためのシール材が設けられている。このような構成とすることにより、外部からの水分の侵入が抑制され、発光素子およびレーザ媒体の信頼性を向上させることができる。すなわち、発光素子からの光をレーザ媒体に高い光結合率で導入するため、シール材によって２枚の基板を固定すると共に、外気からの密封の効果を発現させることが、本実施の形態の有機レーザ装置の優れた特徴である。
【００３２】
本実施の形態の有機レーザ装置について、図１を用いて詳細に説明する。図１（Ａ）は有機レーザ装置の断面図、図１（Ｂ）は平面図である。
【００３３】
図１において、第１の基板１００１上には、発光素子１００２が形成されている。発光素子１００２は一対の電極（第１の電極１１１１と第２の電極１１１３）間に発光層１１１２を有している。第２の基板１００３上には、レーザ媒体１００４が形成されている。第１の基板１００１と第２の基板１００３は、発光素子１００２が形成されている面と、レーザ媒体１００４が形成されている面とが内側になるよう、対向して配置されている。つまり、発光素子１００２とレーザ媒体１００４は、第１の基板１００１と、第２の基板１００３との間に位置するように配置されている。そして、発光素子１００２やレーザ媒体１００４が形成されている領域の外周部には、第１の基板１００１と第２の基板１００３を貼り合わせるためのシール材１００５が設けられている。第１の基板１００１、第２の基板１００３、シール材１００５で囲まれた空間１００６には、充填材が充填されていることが好ましい。当該充填材としては、不活性気体（窒素やアルゴン等）やシール材を適用することが可能である。特に、空間１００６に乾燥剤が設けられ、不活性気体が充填されていることが好ましい。このような構成にすることにより、空間１００６に水分が侵入することを防止することができ、発光素子およびレーザ媒体の劣化を防止することができる。
【００３４】
発光素子１００２とレーザ媒体１００４の距離は、１ｍｍ以下である。好ましくは、０．６ｍｍ以下である。このように発光素子１００２とレーザ媒体１００４の距離が短いことにより、発光素子１００２の発光面と、レーザ媒体１００４の受光面とを近接させることができ、光結合効率が向上する。
【００３５】
また、レーザ媒体１００４が形成されている領域は、発光素子１００２が形成されている領域よりも広いことが好ましい。発光素子１００２からの光は、指向性が低く、発光素子１００２の形成された領域よりも広がる。そのため、発光素子１００２よりも広い領域にレーザ媒体１００４を形成することにより、発光素子１００２からの光を効率よくレーザ媒体１００４が吸収することができる。
【００３６】
また、第２の基板１００３上のレーザ媒体１００４には、光共振器が組み込まれていることが好ましい。図２（Ａ）の例示では、光共振器１００７は、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に設けているが、必ずしもこの配置に限られるものではない。
【００３７】
第１の基板１００１、第２の基板１００３としては、種々の基板を用いることができる。具体的には、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。特に、第２の基板１００３としては低屈性率である基板を用いることが好ましい。低屈折率の基板を用いることで、レーザ媒体１００４からの光がレーザ媒体１００４中に閉じこめられやすくなるため好ましい。
【００３８】
また、図２（Ｂ）に示すように、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する誘電体の多層膜などを設けることができる。透光性を有する誘電体材料としては、酸化珪素、酸化タンタル、酸化チタン、フッ素系ポリマーなどが挙げられる。図２（Ｂ）では、透光性を有する低誘電体膜１００８を設けた例を示す。このような構成とすることにより、レーザ媒体１００４の中に光を閉じこめることができる。
【００３９】
また、図２（Ｃ）に示すように、第２の基板１００３のレーザ媒体１００４が形成されている面の裏面に、誘電体の多層膜、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む膜などの反射膜１００９が形成されていることが好ましい。
【００４０】
また、発光素子１００２と第１の基板１００１の間、または、第１の基板１００１における発光素子１００２が設けられた面の裏面には、反射膜が形成されていることが好ましい。また、発光素子１００２の発光層１１１２と第１の基板１００１の間に位置する電極は反射電極である構成とすることが好ましい。図２（Ｄ）では、一例として、第１の基板１００１における発光素子１００２が設けられた面の裏面に反射膜１０１０を設けた例を示す。また、第１の基板１００１のみならず第２の基板１００３にも反射膜を設けることがより好ましい。
【００４１】
このように反射膜が形成されていることにより、発光素子１００２からの光が外部へ漏れることを防ぎ、レーザ媒体１００４へ、効率良く照射することができる。なお、第２の基板１００３上に光共振器が組み込まれている場合には光共振器内への光の閉じこめ効果が大きくなり好ましい。
【００４２】
図１及び図２では、第１の基板１００１および第２の基板１００３は平面として表しているが、それに限定されず、基板の一部または全面に曲面を有していてもよい。曲面を有する基板を用いる場合、レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜の膜厚を変化させないようにすることが好ましい。また、基板は、可撓性を有していてもよい。可撓性のある基板を用いる場合についてもレーザ媒体であるレーザ色素を含む膜の膜厚を変化させないようにすることが好ましい。
【００４３】
発光素子１００２の発光材料としては、無機化合物を用いても良いし、有機化合物を用いても良い。発光素子１００２は、レーザ媒体であるレーザ色素を励起することができる波長の光を発光する必要がある。よって、材料の選択肢が多く、所望の発光波長の光を得ることができる有機化合物を発光材料として用いることが好ましい。
【００４４】
発光材料として有機化合物を用いる場合、燐光を発光する化合物（以下、燐光性化合物という）や蛍光を発光する化合物（以下、蛍光性化合物という）を用いることができる。燐光性化合物は、蛍光性化合物よりも発光効率が高いため、好ましい。
【００４５】
燐光性化合物としては、有機金属錯体が挙げられる。例えば、青色系の発光材料として、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス［２−（３’，５’ビストリフルオロメチルフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒａｃａｃ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（１，２−ジフェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｂｉ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス［２−（４’−パーフルオロフェニルフェニル）ピリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）等が挙げられる。また、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光（異なる多重度間の電子遷移）であるため、燐光性化合物として用いることができる。
【００４６】
また、蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００４７】
なお、発光素子１００２の発光層１１１２としては、上述した発光材料（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。ホスト材料としては、各種のものを用いることができ、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が高いとは、そのエネルギーレベルが大きいことを意味し、ＨＯＭＯ準位又はＬＵＭＯ準位が低いとは、そのエネルギーレベルが小さいことを意味する。例えば、−５．５ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質Ａは、−５．２ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＢよりＨＯＭＯ準位が０．３ｅＶ低く、−５．７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する物質ＣよりＨＯＭＯ準位が０．２ｅＶ高いと言うことができる。
【００４８】
ホスト材料としては、具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフェニルクリセンなどの縮合芳香族化合物、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１ＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化合物などを用いることができる。
【００４９】
また、ホスト材料は複数種を混合して用いることができる。例えば、上述の物質を主構成物質として、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、又はＡｌｑ等をさらに添加してもよい。
【００５０】
発光材料を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層１１１２の結晶化を抑制することができる。また、発光材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００５１】
また、発光材料として高分子化合物を用いることができる。具体的には、青色系の発光材料として、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。また、橙色〜赤色系の発光材料として、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００５２】
また、発光素子１００２は、レーザ色素を励起することができる波長の光を発光する必要があるため、レーザ色素の発光波長よりも短波長の発光とすることが必要である。
【００５３】
レーザ媒体１００４に含まれるレーザ色素としては、種々の有機化合物を用いることができる。スチルベン系、クマリン系（クマリン４４０、クマリン４５０、クマリン４６０、クマリン４８０、クマリン５１５、クマリン５４０など）、ローダミン系（ローダミン５６０、ローダミン５９０、ローダミン６１０、ローダミン６４０など）、キサンテン系、シアニン系（ＤＯＣ、ＤＯＤＣ、ＤＯＴＣ、ＤＴＣ、ＤＴＤＣ、ＤＴＴＣ、ＨＩＣ、ＨＩＤＣ、ＨＩＴＣなど）、オキサジン系（オキサジン７２５など）、フルオレセイン系（フルオレセイン二ナトリウム塩など）などを用いることができる。また、オキサゾール、オキサジアゾール、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセン、キトン赤、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン、オリゴチオフェンなど、およびそれらの誘導体などを用いることができる。
【００５４】
なお、光源として用いる発光素子１００２は一つのレーザ媒体について一つとは限らず、複数の発光素子を設置してもよい。
【００５５】
レーザ媒体であるレーザ色素を含む膜は、レーザ色素を他の材料に分散させた構成としてもよい。その場合、分散させるための材料（ホスト材料）としては、レーザ発振波長の光を吸収しない材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチルなどのようなレーザ色素と相互作用しない材料を用いることができる。また、例えば、ポリビニルカルバゾールやビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル］ベンジジンなどのようなレーザ色素へエネルギー移動できる材料を用いることができる。
【００５６】
また、レーザ色素を含む膜は、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いて形成することができる。例えば、真空蒸着法などの乾式法や、インクジェット法、スピンコート法などの湿式法を用いて形成することができる。
【００５７】
また、レーザ媒体１００４が形成されている第２の基板１００３上に、光共振器を組み込むことが好ましい。図２（Ａ）の例示では、光共振器１００７は、第２の基板１００３とレーザ媒体１００４の間に設けているが、必ずしもこの配置に限られるものではない。
【００５８】
光共振器１００７の構造としては、種々の構造のものを用いることができる。例えば、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器などが挙げられる。
【００５９】
光共振器１００７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器などの回折格子型共振器を用いる場合、図２（Ａ）に示すように、予め形成した誘電体の回折格子上にレーザ媒体１００４を形成してもよい。また、他の回折格子型共振器の形成方法としては、メタルマスクなどを利用してレーザ色素を含む膜を所望の領域に成膜する方法、一面に成膜したレーザ色素を含む膜の一部をフォトリソグラフィなどで除去する方法、予め所望のパターンに形成したレーザ色素を含む膜をナノインプリント法を用いて転写する方法、光の干渉縞を利用したフォトリソグラフィ法などが挙げられる。
【００６０】
本実施の形態の有機レーザ装置は、薄膜状であり、小型軽量である。よって、様々な用途に使用することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、レーザ媒体として有機化合物を用いているため、所望の波長のレーザ光を得ることができる。
【００６２】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、光源である発光素子と、レーザ媒体とが、第１の基板、第２の基板、およびシール材に囲まれた領域の中に設けられた構成となっている。このような構成とすることにより、外部からの水分の侵入が抑制され、発光素子およびレーザ媒体の信頼性を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態の有機レーザ装置は、外見上は通常用いられる封止された有機ＥＬ素子と形状が同様である。これは、レーザ発振の容易さを格段に向上させることとともに、２枚の基板上に形成した部分構造を貼り合わせると同時に封止を実現するという、製造技術上の極めて大きな進歩性を有している。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光素子の一態様について、図３を用いて詳細に説明する。
【００６５】
本実施の形態の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されている。つまり、電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００６６】
本実施の形態において、発光素子は、第１の電極１０２と、第２の電極１０４と、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に設けられたＥＬ層１０３と、から構成されている。なお、本実施の形態では第１の電極１０２は陽極として機能し、第２の電極１０４は陰極として機能するものとして、以下、説明をする。つまり、第１の電極１０２の方が第２の電極１０４よりも電位が高くなるように、第１の電極１０２と第２の電極１０４間に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下、説明をする。
【００６７】
第１の基板１００１は、発光素子の支持体として用いられる。第１の基板１００１としては、例えばガラス、またはプラスチック、金属などを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
【００６８】
第１の電極１０２としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上であることが好ましい）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリング法により成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。
【００６９】
また、第１の電極１０２と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第１の電極１０２として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉ）等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【００７０】
本実施の形態で示すＥＬ層１０３は、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、電子輸送層１１４、電子注入層１１５を有している。なお、ＥＬ層１０３は、発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。つまり、ＥＬ層１０３は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質、発光性の高い物質（発光材料）等を含む層を適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
【００７１】
正孔注入層１１１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
【００７２】
また、正孔注入層１１１として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第１の電極１０２として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質と、アクセプター性物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【００７３】
なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
【００７４】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【００７５】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、ＭＴＤＡＴＡ、ＴＤＡＴＡ、ＤＰＡＢ、ＤＮＴＰＤ、ＤＰＡ３Ｂ、ＰＣｚＰＣＡ１、ＰＣｚＰＣＡ２、ＰＣｚＰＣＮ１、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体や、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００７６】
また、アクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００７７】
また、正孔注入層１１１としては、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることができる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【００７８】
また、上述したＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層１１１として用いてもよい。
【００７９】
正孔輸送層１１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物として、ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００８０】
また、上述した正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を正孔輸送層１１２として用いても良い。
【００８１】
また、正孔輸送層１１２として、ＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤなどの高分子化合物を用いることもできる。
【００８２】
発光層１１３は、発光性の高い物質（発光材料）を含む層であり、実施の形態１で示したように種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。特に、燐光性化合物は、蛍光性化合物よりも発光効率が高いため、好ましい。
【００８３】
また、発光層１１３は、発光材料（ゲスト材料）を他の物質（ホスト材料）に分散させた構成としてもよい。また、発光材料を分散させるための物質は複数種を混合して用いてもよい。発光材料を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層１１３の結晶化を抑制することができる。また、発光材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００８４】
また、発光層１１３として高分子化合物を用いてもよい。
【００８５】
電子輸送層１１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体が挙げられる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ０１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物も用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００８６】
また、電子輸送層１１４として、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００８７】
電子注入層１１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性の高い物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性の高い物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第２の電極１０４からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
【００８８】
第２の電極１０４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ましい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
【００８９】
また、第２の電極１０４と電子輸送層１１４の間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層１１５を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第２の電極１０４として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
【００９０】
また、ＥＬ層１０３の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
【００９１】
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でＥＬ層１０３を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてＥＬ層１０３を形成してもよい。
【００９２】
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
【００９３】
以上のような構成を有する本実施の形態に係る発光素子は、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１０３において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。
【００９４】
発光は、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第１の電極１０２または第２の電極１０４のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。
【００９５】
例えば、図３（Ａ）に示すように、第１の基板１００１上に、陽極として機能する第１の電極１０２、ＥＬ層１０３、陰極として機能する第２の電極１０４を積層した構成の場合、発光は第２の電極１０４を通って取り出されるため、第２の電極１０４は透光性を有する電極である必要がある。
【００９６】
また、図３（Ｂ）に示すように、第１の基板１００１上に、陰極として機能する第２の電極１０４、ＥＬ層１０３、陽極として機能する第１の電極１０２を積層した構成の場合、発光は第１の電極１０２を通って取り出されるため、第１の電極１０２は透光性を有する電極である必要がある。
【００９７】
なお、第１の電極１０２と第２の電極１０４の間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第１の電極１０２および第２の電極１０４から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば、上記以外のものでもよい。
【００９８】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等からなる層と、発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。
【００９９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０１００】
（実施の形態３）
本実施の形態では、発光素子の一態様について、図４を用いて詳細に説明する。本実施の形態では、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子（以下、積層型素子という）について説明する。この発光素子は、第１の電極と第２の電極の間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態２で示したＥＬ層の構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態２で示した発光素子は、１つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
【０１０１】
図４において、第１の電極５０１と第２の電極５０２の間には、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２が電荷発生層５１３を介して積層されている。
【０１０２】
第１の電極５０１と第２の電極５０２は実施の形態２と同様なものを適用することができる。また、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態２で示したＥＬ層の構成と同様なものを適用することができる。
【０１０３】
電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２間に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入する層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。複数の層を積層した構成としては、正孔を注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
【０１０４】
正孔を注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、正孔輸送性の高い物質に、アクセプター性物質が添加された構成であってもよい。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態２で示した複合材料で構成されており、アクセプター性物質として、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、オリゴマー、デンドリマー、ポリマーなど、種々の化合物を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質としては、正孔移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０１０５】
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第１３族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態２で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
【０１０６】
また、電荷発生層５１３として、実施の形態２で示した電極材料を用いることもできる。例えば、正孔輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層５１３は透光性の高い層とすることが好ましい。
【０１０７】
いずれにしても、第１の発光ユニット５１１と第２の発光ユニット５１２に挟まれる電荷発生層５１３は、第１の電極５０１と第２の電極５０２間に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、第１の電極５０１の電位の方が第２の電極５０２の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層５１３は、第１の発光ユニット５１１に電子を注入し、第２の発光ユニット５１２に正孔を注入するものであればいかなる構成でもよい。
【０１０８】
本実施の形態では、２つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、３つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層５１３で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能である。よって、本実施の形態で示す積層型発光素子を光源として用いることにより、レーザ媒体を励起するための高輝度の光を発光することができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。よって、レーザ媒体に均一に光を照射することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００１ 第１の基板
１００２ 発光素子
１００３ 第２の基板
１００４ レーザ媒体
１００５ シール材
１００６ 空間
１００７ 光共振器
１００８ 低誘電体膜
１００９ 反射膜
１０１０ 反射膜
１１１１ 第１の電極
１１１２ 発光層
１１１３ 第２の電極
１０２ 第１の電極
１０３ ＥＬ層
１０４ 第２の電極
１１１ 正孔注入層
１１２ 正孔輸送層
１１３ 発光層
１１４ 電子輸送層
１１５ 電子注入層
５０１ 第１の電極
５０２ 第２の電極
５１１ 第１の発光ユニット
５１２ 第２の発光ユニット
５１３ 電荷発生層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に発光層を有する発光素子が設けられた第１の基板と、
有機化合物を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板と、を対向して配置し、
前記一対の電極のうち、前記発光層と前記レーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有することを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ媒体は、光共振器が組み込まれていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記光共振器は、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器のいずれか一であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記レーザ媒体と前記第２の基板の間には、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する低誘電体膜の積層膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第２の基板における前記レーザ媒体が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記一対の電極のうち、前記発光層と前記第１の基板の間に位置する電極は、反射電極であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記発光素子と前記第１の基板の間には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１の基板における前記発光素子が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記発光素子と前記レーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記発光素子および前記レーザ媒体は、前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせるシール材と、によって封止されていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記発光素子の発光材料は、有機化合物であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記発光材料は、燐光性化合物であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１】
一対の電極間に発光層を有する発光素子が設けられた第１の基板と、
有機化合物を含むレーザ媒体が設けられた第２の基板と、を対向して配置し、
前記一対の電極のうち、前記発光層と前記レーザ媒体の間に位置する電極は透光性を有することを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ媒体は、光共振器が組み込まれていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記光共振器は、ファブリーペロー型共振器、分布帰還型（ＤＦＢ）共振器、ブラッグ反射型（ＤＢＲ）共振器、ウイスパーギャラリーモード型共振器、円環型共振器、フォトニック結晶型共振器、およびこれらの共振器を連結して構成される共振器のいずれか一であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記レーザ媒体と前記第２の基板の間には、透光性を有する低誘電体膜、または、透光性を有する低誘電体膜の積層膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第２の基板における前記レーザ媒体が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記一対の電極のうち、前記発光層と前記第１の基板の間に位置する電極は、反射電極であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記発光素子と前記第１の基板の間には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１の基板における前記発光素子が設けられた面の裏面には、反射膜が設けられていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記発光素子と前記レーザ媒体の距離は、１ｍｍ以下であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記発光素子および前記レーザ媒体は、前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記第１の基板および前記第２の基板を貼り合わせるシール材と、によって封止されていることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記発光素子の発光材料は、有機化合物であることを特徴とする有機レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記発光材料は、燐光性化合物であることを特徴とする有機レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−８０９４８（Ｐ２０１０−８０９４８Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６３４０（Ｐ２００９−１９６３４０）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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