有機ＥＬ素子及び光配線モジュール
【課題】光配線との結合効率を高めることが可能な有機ＥＬ素子の提供。
【解決手段】透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【解決手段】透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いた発光素子に係り、詳しくは光ファイバや光導波路などの光配線との結合効率の高い有機ＥＬ素子及び該素子と光配線を接続してなる光配線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記す）は、透明なガラスもしくは透明な樹脂基板の表面に、第一電極層（陽極）、有機層、第二電極層（陰極）が積層された基本構成を有する。また、ガラス基板上に陽極、有機層、陰極の順番に積層された構造もトップエミッションと呼ばれ、ディスプレイへの応用を目指して実用化が検討されている。
【０００３】
第一電極層（陽極）は、ＩＴＯ（スズ添加酸化インジウム）に代表される透明導電材料から形成される。有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送材料層、電子注入層など、複数層から構成される。第二電極層（陰極）はＭｇ：Ａｇ、Ａｌ、Ｃａなどの金属材料で構成される。
【０００４】
有機ＥＬ素子は、薄型でかつ自発光するという特徴を活かして、次世代のディスプレイとして多くの研究機関で研究開発が進められており、その発光特性（発光効率、最大輝度、消費電力など）は飛躍的に向上してきている。例えば、従来の蛍光材料よりも発光効率の高い燐光材料（特許文献１参照）、低い仕事関数を有する陰極材料（特許文献２参照）、電子と正孔のキャリアバランスの最適化（特許文献３参照）など多くの研究開発が行われている。
また、低コスト化が実現可能な製造方法として従来の蒸着だけでなくスクリーン印刷やグラビア印刷などを用いた脱真空プロセスが検討されている。
【特許文献１】特開２００１−２５７０７６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３２８０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の有機ＥＬ素子は指向性が悪く、光通信用の光源として使用する場合には接続する光配線（光ファイバや光導波路など）との結合効率が悪いという問題があった。無機の発光素子では、レーザ化することで指向性を向上させ、光配線との結合効率を向上させることができるが、有機材料を用いた場合には、有機材料のキャリア移動度が低いために、電流注入型のレーザは未だ実現されていない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、光配線との結合効率を高めることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【０００８】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は、前記本発明に係る有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子に光接続された光配線とを有することを特徴とする光配線モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機ＥＬ素子は、誘電体多層膜フィルタを形成した基板上に有機ＥＬ素子を作製して、誘電体多層膜フィルタと陰極が形成する共振器長の次数を４にすることで指向性を向上させることができ、光配線と接続する場合の結合効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴としている。このように誘電体多層膜フィルタを形成した基板上に有機ＥＬ素子を作製して、誘電体多層膜フィルタと陰極が形成する共振器長の次数を４にすることで指向性を向上させることができ、光配線と接続する場合の結合効率を向上させることができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の例示であり、本発明はこれらの実施例にのみ限定されない。
【実施例１】
【００１２】
図１に誘電体多層膜フィルタ上に作製した有機ＥＬ素子の断面図を示す。図中、符号１は有機ＥＬ素子、２はガラス基板、３は誘電体多層膜フィルタ、４は第一電極層（陽極）、５は有機層、６は第二電極層（陰極）である。本実施例において、誘電体多層膜フィルタ３は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を用いた。また第一電極層４はＩＴＯ膜（膜厚１００ｎｍ）を用いた。また有機層５は、第一電極層４上にα−ＮＰＤ層（膜厚２８μｍ）、coumarin６：Ａｌｑ３層（膜厚２０ｎｍ）、Ａｌｑ３層（膜厚２２ｎｍ）及びＬｉＦ層（膜厚０．４ｎｍ）を順に積層してなる有機層を用いた。また第二電極層は、有機層５上に積層されたＭｇ：Ａｇ膜（膜厚１５０ｎｍ）を用いた。
【００１３】
この有機ＥＬ素子１の作製手順は次の通りである。
まず、ガラス基板２上にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した誘電体多層膜フィルタ３を作製した。ここでＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の膜厚は、有機ＥＬ素子の発光スペクトルにおける中心波長の１／４となるように、それぞれ８６．３２ｎｍと５６．８５ｎｍとした。また、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を増やすことで、反射率を増加させることができる。
【００１４】
次に、この誘電体多層膜フィルタ３上に、ＩＴＯ（１００ｎｍ）／ａ−ＮＰＤ（２８ｎｍ）／coumarin６：Ａｌｑ３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ３（２２ｎｍ）／ＬｉＦ（０．４ｎｍ）／ＭｇＡｇ（１５０ｎｍ）の順番に成膜し、有機ＥＬ素子１を作製した。ここで、誘電体多層膜フィルタ３と陰極（ＭｇＡｇ）で構成される共振器の長さ（共振器長Ｌ）は有機ＥＬ素子の発光スペクトルにおける中心波長と次の式（１）〜（３）で関係付けられている。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
ここで、Ｌ（λ）は共振器長、ｎｅｆｆは誘電体多層膜フィルタの等価屈折率、ΔｎはＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の屈折率差、ｎｊとＬｊは共振器中に存在するＩＴＯや有機層のそれぞれの屈折率と厚さ、λは有機ＥＬ素子の発光スペクトルの中心波長、ｎｓは陰極に接している有機層の屈折率、ｎｍとｋｍは陰極の屈折率の実部と虚部、ｍはモード次数を示している。
【００１９】
実施例１の素子構造では、発光スペクトルの中心波長が５１０ｎｍであり、使用した有機層やＩＴＯ，ＭｇＡｇなどの膜厚や屈折率を代入して計算することで、モード次数ｍ＝４が得られる。
【００２０】
誘電体多層膜フィルタ３を形成しているＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を１から６に変化させて、その上に作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定し、その結果を元にＮＡ＝０．５の光配線との結合効率を計算した。結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１の結果から、誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下の条件であれば、誘電体多層膜フィルタが無い場合よりも光配線との結合効率が向上していることが分かる。
【００２３】
［参考例］
式（３）のモード次数ｍが５の場合の結果を示す。誘電体多層膜フィルタ３は実施例１と同様のものを使用して、この上にＩＴＯ（１５０ｎｍ）／α−ＮＰＤ（７５ｎｍ）／coumarin６：Ａｌｑ３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ３（５０ｎｍ）／ＬｉＦ（０．４ｎｍ）／ＭｇＡｇ（１５０ｎｍ）の順番に成膜し、図２に示す有機ＥＬ素子１を作製した。実施例１と同様にＮＡ＝０．５の光配線との結合効率を計算した結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２の結果から、モード次数ｍ＝５の場合では、誘電体多層膜フィルタの反射率が高いほど光配線との結合効率が悪くなり、全ての条件で誘電体多層膜フィルタが無い場合よりも結合効率が悪いという結果になった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る実施例１で作製した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施例２で作製した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…有機ＥＬ素子、２…基板、３…誘電体多層膜フィルタ、４…第一電極層、５…有機層、６…第二電極層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いた発光素子に係り、詳しくは光ファイバや光導波路などの光配線との結合効率の高い有機ＥＬ素子及び該素子と光配線を接続してなる光配線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記す）は、透明なガラスもしくは透明な樹脂基板の表面に、第一電極層（陽極）、有機層、第二電極層（陰極）が積層された基本構成を有する。また、ガラス基板上に陽極、有機層、陰極の順番に積層された構造もトップエミッションと呼ばれ、ディスプレイへの応用を目指して実用化が検討されている。
【０００３】
第一電極層（陽極）は、ＩＴＯ（スズ添加酸化インジウム）に代表される透明導電材料から形成される。有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送材料層、電子注入層など、複数層から構成される。第二電極層（陰極）はＭｇ：Ａｇ、Ａｌ、Ｃａなどの金属材料で構成される。
【０００４】
有機ＥＬ素子は、薄型でかつ自発光するという特徴を活かして、次世代のディスプレイとして多くの研究機関で研究開発が進められており、その発光特性（発光効率、最大輝度、消費電力など）は飛躍的に向上してきている。例えば、従来の蛍光材料よりも発光効率の高い燐光材料（特許文献１参照）、低い仕事関数を有する陰極材料（特許文献２参照）、電子と正孔のキャリアバランスの最適化（特許文献３参照）など多くの研究開発が行われている。
また、低コスト化が実現可能な製造方法として従来の蒸着だけでなくスクリーン印刷やグラビア印刷などを用いた脱真空プロセスが検討されている。
【特許文献１】特開２００１−２５７０７６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３２８０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の有機ＥＬ素子は指向性が悪く、光通信用の光源として使用する場合には接続する光配線（光ファイバや光導波路など）との結合効率が悪いという問題があった。無機の発光素子では、レーザ化することで指向性を向上させ、光配線との結合効率を向上させることができるが、有機材料を用いた場合には、有機材料のキャリア移動度が低いために、電流注入型のレーザは未だ実現されていない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、光配線との結合効率を高めることが可能な有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【０００８】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は、前記本発明に係る有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子に光接続された光配線とを有することを特徴とする光配線モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機ＥＬ素子は、誘電体多層膜フィルタを形成した基板上に有機ＥＬ素子を作製して、誘電体多層膜フィルタと陰極が形成する共振器長の次数を４にすることで指向性を向上させることができ、光配線と接続する場合の結合効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴としている。このように誘電体多層膜フィルタを形成した基板上に有機ＥＬ素子を作製して、誘電体多層膜フィルタと陰極が形成する共振器長の次数を４にすることで指向性を向上させることができ、光配線と接続する場合の結合効率を向上させることができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の例示であり、本発明はこれらの実施例にのみ限定されない。
【実施例１】
【００１２】
図１に誘電体多層膜フィルタ上に作製した有機ＥＬ素子の断面図を示す。図中、符号１は有機ＥＬ素子、２はガラス基板、３は誘電体多層膜フィルタ、４は第一電極層（陽極）、５は有機層、６は第二電極層（陰極）である。本実施例において、誘電体多層膜フィルタ３は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を用いた。また第一電極層４はＩＴＯ膜（膜厚１００ｎｍ）を用いた。また有機層５は、第一電極層４上にα−ＮＰＤ層（膜厚２８μｍ）、coumarin６：Ａｌｑ３層（膜厚２０ｎｍ）、Ａｌｑ３層（膜厚２２ｎｍ）及びＬｉＦ層（膜厚０．４ｎｍ）を順に積層してなる有機層を用いた。また第二電極層は、有機層５上に積層されたＭｇ：Ａｇ膜（膜厚１５０ｎｍ）を用いた。
【００１３】
この有機ＥＬ素子１の作製手順は次の通りである。
まず、ガラス基板２上にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した誘電体多層膜フィルタ３を作製した。ここでＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の膜厚は、有機ＥＬ素子の発光スペクトルにおける中心波長の１／４となるように、それぞれ８６．３２ｎｍと５６．８５ｎｍとした。また、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を増やすことで、反射率を増加させることができる。
【００１４】
次に、この誘電体多層膜フィルタ３上に、ＩＴＯ（１００ｎｍ）／ａ−ＮＰＤ（２８ｎｍ）／coumarin６：Ａｌｑ３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ３（２２ｎｍ）／ＬｉＦ（０．４ｎｍ）／ＭｇＡｇ（１５０ｎｍ）の順番に成膜し、有機ＥＬ素子１を作製した。ここで、誘電体多層膜フィルタ３と陰極（ＭｇＡｇ）で構成される共振器の長さ（共振器長Ｌ）は有機ＥＬ素子の発光スペクトルにおける中心波長と次の式（１）〜（３）で関係付けられている。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
ここで、Ｌ（λ）は共振器長、ｎｅｆｆは誘電体多層膜フィルタの等価屈折率、ΔｎはＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の屈折率差、ｎｊとＬｊは共振器中に存在するＩＴＯや有機層のそれぞれの屈折率と厚さ、λは有機ＥＬ素子の発光スペクトルの中心波長、ｎｓは陰極に接している有機層の屈折率、ｎｍとｋｍは陰極の屈折率の実部と虚部、ｍはモード次数を示している。
【００１９】
実施例１の素子構造では、発光スペクトルの中心波長が５１０ｎｍであり、使用した有機層やＩＴＯ，ＭｇＡｇなどの膜厚や屈折率を代入して計算することで、モード次数ｍ＝４が得られる。
【００２０】
誘電体多層膜フィルタ３を形成しているＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を１から６に変化させて、その上に作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定し、その結果を元にＮＡ＝０．５の光配線との結合効率を計算した。結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１の結果から、誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下の条件であれば、誘電体多層膜フィルタが無い場合よりも光配線との結合効率が向上していることが分かる。
【００２３】
［参考例］
式（３）のモード次数ｍが５の場合の結果を示す。誘電体多層膜フィルタ３は実施例１と同様のものを使用して、この上にＩＴＯ（１５０ｎｍ）／α−ＮＰＤ（７５ｎｍ）／coumarin６：Ａｌｑ３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ３（５０ｎｍ）／ＬｉＦ（０．４ｎｍ）／ＭｇＡｇ（１５０ｎｍ）の順番に成膜し、図２に示す有機ＥＬ素子１を作製した。実施例１と同様にＮＡ＝０．５の光配線との結合効率を計算した結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２の結果から、モード次数ｍ＝５の場合では、誘電体多層膜フィルタの反射率が高いほど光配線との結合効率が悪くなり、全ての条件で誘電体多層膜フィルタが無い場合よりも結合効率が悪いという結果になった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る実施例１で作製した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施例２で作製した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…有機ＥＬ素子、２…基板、３…誘電体多層膜フィルタ、４…第一電極層、５…有機層、６…第二電極層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、
前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子に光接続された光配線とを有することを特徴とする光配線モジュール。
【請求項１】
透明基板上に第一電極層、有機層及び第二電極層を順に積層してなる有機ＥＬ素子において、
前記透明基板と前記第一電極層との間に誘電体多層膜フィルタが設けられ、且つ前記誘電体多層膜フィルタと前記第二電極層とで構成される共振器長のモード次数が４であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記誘電体多層膜フィルタの反射率が９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子に光接続された光配線とを有することを特徴とする光配線モジュール。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２５８０５８（Ｐ２００８−２５８０５８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１００３３６（Ｐ２００７−１００３３６）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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