発光デバイス
【課題】簡明な構造により、光の照射方向を制御可能とした発光デバイスを提供する。
【解決手段】図２．Ａの発光デバイス１００は、ガラス基板１０ａとガラス基板１０ｂの間に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４ａ、フォトポリマー層５、ＩＴＯ電極４ｂ、並びに、ＳｉＯ2層６１１〜６１４とＴｉＯ2層６２１〜６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を有する。紫外線硬化樹脂７で積層部側面を被膜した。フォトポリマー層５は、電圧を印加しない場合に屈折率が１．６２、電圧を印加した場合に屈折率が１．５２と変化する。フォトポリマー層５の屈折率が１．６２である場合、光放射方向は２０度傾く。屈折率が１．５２である場合、ガラス基板面の垂直方向に光が照射される。
【解決手段】図２．Ａの発光デバイス１００は、ガラス基板１０ａとガラス基板１０ｂの間に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４ａ、フォトポリマー層５、ＩＴＯ電極４ｂ、並びに、ＳｉＯ2層６１１〜６１４とＴｉＯ2層６２１〜６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を有する。紫外線硬化樹脂７で積層部側面を被膜した。フォトポリマー層５は、電圧を印加しない場合に屈折率が１．６２、電圧を印加した場合に屈折率が１．５２と変化する。フォトポリマー層５の屈折率が１．６２である場合、光放射方向は２０度傾く。屈折率が１．５２である場合、ガラス基板面の垂直方向に光が照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光部を有し、当該発光部（発光層）の発する光の照射方向を制御可能な発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体レーザの出力する光ビームを、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いて広角にスキャンする方法が知られている。また、フォトニック結晶を用いて出射ビームの偏向位置を制御する技術も公表されている。
【特許文献１】特開平８−２５４６６４号公報
【特許文献２】特開平６−６６９５１号公報
【特許文献３】特開２００６−２８５１９号公報
【特許文献４】特開２００６−２２７５４５号公報
【特許文献５】特開２００５−２７７２１９号公報
【特許文献６】特開２００１−１３４３９号公報
【０００３】
特許文献１に記載された技術は、弾性変形可能なはりを用いて光をスキャンするものである。
特許文献２に記載された技術は、圧電素子の振動によって弾性変形部を共鳴振動させ、光ビームを走査させるものである。
特許文献３及び４に記載された技術は、強誘電体で作製した２次元フォトニック結晶に電圧を印加し、屈折率を変化させることで、光ビームを偏向させるものである。
特許文献５に記載された技術は、２次元フォトニック結晶レーザの発光位置を電気的に変化させ、発光する位置で回折状態が異なることを利用したレーザ光の偏向手法である。
特許文献６に記載された技術は、２次元フォトニック結晶に入射する光の波長を変えることで、フォトニック結晶内での波長分散性を利用して、出射ビームの偏向位置を制御するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２のような、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いた手法では，光学系が複雑になり、小型化することが困難である。
特許文献３及び４のような、強誘電体などの屈折率を変化させてフォトニック結晶の状態を変える方法では、その屈折率変化が非常に小さいため、広角にビームを偏向させることが困難である。そのため、もう一段スーパープリズムといった光学部品が必要となる。
特許文献５及び６のような、２次元のレーザアレイを用いることは、原理的には可能であるが、安価で安定性のよいフォトニック結晶レーザの作製が困難である。また、波長分散を利用すると出射される光の波長が変化してしまい、波長を固定するのが必要なデバイスへの応用ができない。
【０００５】
そこで本発明は、簡明な構造により、発光層の発する光の照射方向を制御可能とした発光デバイス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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、発光層を含む発光部が、互いに平行な反射面を有する反射鏡及び半透過鏡で挟まれた構造の発光デバイスであって、反射鏡の反射面と、半透過鏡の反射面との距離に基づく光学長を可変とする手段を有し、発光層が発する特定波長の光の放射方向を制御可能としたことを特徴とする発光デバイスである。尚、本発明における反射鏡は、例えばＤＢＲを含みうるものであり、その反射率は、必ずしも理想的な１００％でなくても良く、９０％以上、好ましくは９５％以上のものを言う。また、本発明における半透過鏡とは、例えば誘電体多層膜を含みうるものであり、その反射率と透過率が丁度５０％ずつで有るものに限定されない。反射率は５〜８０％、透過率が９５〜２０％で良い。
【０００７】
光学長を可変とする手段は、請求項２に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間に形成された、印加電圧により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への電圧印加手段である。請求項３に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間に形成された、光励起により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への励起光導入手段である。請求項４に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間には間隙が存在し、間隙の距離を変化させることで反射鏡と半透過鏡との距離を変化させる手段である。
【０００８】
請求項５に係る発明は、半透過鏡が誘電体多層膜であることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、発光部は、有機ＥＬ、面発光レーザ或いは無機ＬＥＤであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の原理を図１で示す。図１で、実線ＨＭは半透過鏡の反射面を示し、実線Ｍは反射鏡の反射面を示す。半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍは距離ｈ隔てた平行な二平面であるとする。今、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間に発光点ＥＬ−Ｐがあり、ここから半透過鏡の反射面ＨＭ上の点Ｐに光が発せられたとする。この光の入射角をθ、半透過鏡を通過した光の屈折角をθ’とする。半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間が一様な屈折率ｎの物質であり、半透過鏡の反射面ＨＭを通過すると屈折率１の領域であるとする。ここにおいて、スネルの法則によりｓｉｎθ’＝ｎｓｉｎθである。
【００１０】
一方、点Ｐで一部の光は反射され、反射鏡の反射面Ｍ上の点Ｑに達し、それは再び反射されて半透過鏡の反射面ＨＭ上の点Ｒに達し、一部は透過する。尚、点Ｒで反射された光も以下同様であるので、図１では省略している。
ここで、点Ｐから、直接屈折率１の領域に透過した光と、点Ｐ−点Ｑ−点Ｒと伝搬して点Ｒから屈折率１の領域に透過した光の光路差を考えると、図のように、ＰＱ＋ＱＲ−ＰＳであることは明かである。これは、ｓｉｎθ’＝ｎｓｉｎθを用いると、簡単な計算により、２ｎｈｃｏｓθであることがわかる。
【００１１】
即ち、発光点ＥＬ−Ｐから入射角θで半透過鏡ＨＭに達した光は、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍによる多重反射により、隣り合う光は光路差２ｎｈｃｏｓθで干渉することとなる。発光点ＥＬ−Ｐの発する光の波長がλであれば、隣り合う光の位相差は４πｎｈｃｏｓθ／λラジアンとなる。干渉により、位相差が２π及びその整数倍となる方向で光の強度が強くなるので、２ｎｈｃｏｓθ／λが２π及びその整数倍である方向に強度が強くなる。ここで発光層の発する光の真空中での波長λを一定とし、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間の物質の屈折率ｎ又はそれら反射面の間隔ｈを大きくすると、２ｎｈｃｏｓθ／λが２π及びその整数倍となる発光点ＥＬ−Ｐから半透過鏡の反射面ＨＭへの入射角θが大きくなる。これに伴い、屈折率１の領域での屈折角θ’も大きくなるので、結局、２つの反射面Ｍ及びＨＭ間の屈折率ｎ又は距離ｈを大きくすることで、外部に照射される光強度が強くなる角度θ’を大きくすることができる。
【００１２】
外部要因により屈折率が変化する物質は広く知られている。その１つは、電圧印加により屈折率が変化するフォトポリマー等の電気光学効果のある物質であり、他の１つは、光励起により屈折率が変化するフォトリフラクティブ効果のある物質である。
電気光学効果のある物質としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶等の液晶の他、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等の光学結晶、ＳｔＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＰＬＺＴ（Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの混合酸化物）等の強誘電体を用いることができる。これらは例えば「光エレクトロニクス」（末田正著、昭晃堂、１９８５年）の第７章やＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２（２００３）３１７６に記載されている。また、これらの材料を成膜する方法は、ゾルゲル法が好適である。材料金属のアルコキシドから成るゾルを加水分解し、脱水縮合することで流動性を失ったゲルに変えたのち、加熱して脱水を十分に行い、酸化物膜とする。
フォトリフラクティブ効果のある物質としては、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等の光学結晶、リラクサー系の強誘電体等の酸化物や、有機ポリマーが利用可能である。酸化物膜はゾルゲル法で好適に形成可能である。また、有機ポリマーは有機溶媒に溶解させたのち、スピンコート法やインクジエット法で塗布後に乾燥させれば良い。代表的な文献として、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９６（２００４）４８５２とＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（２００３）２６９９を挙げておく。
【００１３】
半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの距離は、容易に調整できる。即ち、ＭＥＭＳ技術により、微細な機械構造を形成可能である。即ち、例えば有機ＥＬや半導体レーザ或いは無機ＬＥＤ等の発光素子を挟んだ両側に半透過鏡と反射鏡を形成する際、半透過鏡と反射鏡の一方を当該発光素子に固定して他方をＭＥＭＳ機構により変位可能とすれば良い。或いはその逆に、半透過鏡と反射鏡の一方を当該発光素子に固定してＭＥＭＳ機構により変位可能とした上、他方を固定すれば良い。
半透過鏡は誘電体多層膜で形成すると製造が容易である。
このように本発明によれば、極めて小型の、放射方向を制御可能な発光デバイスを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は本願出願時点で入手可能な任意の材料と、公知の任意の手法を用いて実現可能である。以下では、主としてシミュレーションに基づくデータを示すが、各シミュレーションが想定している発光デバイスが直ちに容易に構成可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００１５】
本実施例では、緑色有機ＥＬ素子を発光部として有し、電圧印加Ｖｃにより屈折率が変化する物質を用いた発光デバイス１００を想定した。図２．Ａは発光デバイス１００の構成を示す断面図である。図２．Ａの発光デバイス１００は、ガラス基板１０ａとガラス基板１０ｂの間に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４ａ、フォトポリマー層５、ＩＴＯ電極４ｂ、並びに、ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４とＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を有する。尚、積層部分を保護するため、紫外線硬化樹脂７で積層部側面を被膜する。また、誘電体多層膜６は、ＩＴＯ電極４ｂにＳｉＯ2層６１１が接し、ガラス基板１０ｂにＴｉＯ2層６２４が接するものである。
ここでフォトポリマー層５としては、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００２，１４（７）５１４に示された、電圧を印加しない場合（Ｖｃ＝０）に屈折率が１．６２、電圧を印加した場合（Ｖｃ≠０）に屈折率が１．５２と変化するものを想定した。
また、誘電体多層膜６が半透過鏡の作用をし、アルミニウム電極１が反射鏡の作用をする。
【００１６】
シミュレーションにおいて重要となる各層の膜厚は以下の通りである。
発光部２においては、アルミニウム電極１に接するＬｉＦ層の膜厚が０．５ｎｍ、その次にアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が５６．４ｎｍ、キナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が２０ｎｍである。
正孔輸送層３においては、発光部２に接するトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層の膜厚が５６．４ｎｍ、銅フタロシアニン層の膜厚が２０ｎｍである。
ＩＴＯ電極４ａの膜厚は３０ｎｍ、フォトポリマー層５の膜厚は１６６ｎｍ、ＩＴＯ電極４ｂの膜厚は３０ｎｍである。
ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４の膜厚はいずれも８９ｎｍ、ＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４の膜厚はいずれも５７．６ｎｍである。
上記の各膜厚は、発光部２の発する光の真空中の波長を５２０ｎｍ、半値幅を０と想定し、発光部２、正孔輸送層３、ＳｉＯ2層６１１内部での伝搬波長の１／４の厚さとなるようにしたものである。
【００１７】
上記の発光デバイス１００を具体的に構成するには次のようにすれば可能である。即ち、光学研磨したガラス基板１０ｂを有機溶媒で洗浄後，クリーンオーブン中で乾燥させる。このガラス基板１０ｂを高周波マグネトロンスパッタ装置にセットし、３００℃に加熱して、Ａｒ−３０％Ｏ2の混合ガスを導入してＴｉＯ2層６２４とＳｉＯ2層６１４を順にスパッタ成膜する。ＴｉＯ2層の形成には、ＴｉＯ2の焼結体ターゲットを用いる。ＳｉＯ2層の形成には、石英ガラスをターゲットとして用いる。この成膜工程を繰り返し，ＴｉＯ2／ＳｉＯ2のペアを合計４回積層して誘電体多層膜６を形成する。
この後、電極パターンが加工されているステンレスマスクを誘電体多層膜６に取り付け、ＩＴＯ焼結体（５ｗｔ％−ＳｎＯ2）ターゲットを用い、Ａｒ＋１％Ｏ2ガスを導入して、ＩＴＯ電極４ｂをスパッタ成膜する。
【００１８】
次に同様に洗浄したガラス基板１０ａに対して，ステンレスマスクを用いて１００ｎｍのアルミニウム電極１をルツボを用いて真空蒸着する。この基板を有機電界発光素子作製装置にセットし、有機膜用のマスクを装着後、ＬｉＦ、アルミニウムのキノリノール錯体、キナクリドンドープのアルミニウムのキノリノール錯体、トリフェニルアミンの４量体（ＴＰＴＥ）、銅フタロシアニンの順に成膜する。
次に、陽極電極パターンが加工されているステンレスマスクをこの有機ＥＬ素子に取り付け、ＩＴＯ焼結体（５ｗｔ％−ＳｎＯ2）ターゲットを用い、Ａｒ＋１％Ｏ2ガスを導入して、ＩＴＯ電極４ａをスパッタ成膜する。
２つのガラス基板１０ａと１０ｂのＩＴＯ電極４ａと４ｂの間に，直径１５０ｎｍのビーズを混合したフォトポリマーを注入し、フォトポリマー層５の厚さが１６６ｎｍとする。素子作製後、露点が６０℃以下の乾燥窒素雰囲気中で、素子の側面を紫外線硬化樹脂７で接着し，大気中の水分が素子に浸入しないようにする。
【００１９】
上述の図２．Ａの構成の発光デバイス１００の特性を次のようにシミュレーションした。また、比較例として図２．Ｂの構成の発光デバイス９００の特性もシミュレーションした。尚、図２．Ｂの構成の発光デバイス９００の構成は、図２．Ａの発光デバイスからフォトポリマー層５とガラス基板１０ａを除き、ＩＴＯ電極４ａと４ｂを一体化して厚さ１８６ｎｍのＩＴＯ電極４としたものである。
【００２０】
図２．Ａの構成の発光デバイス１００は、フォトポリマー層５に電圧を印加せず（Ｖｃ＝０）、フォトポリマー層５の屈折率が１．６２である場合に、ＩＴＯ電極４ａとアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面に垂直方向から２０度傾いた円錐面状に波長５２０ｎｍの光が照射された。一方、フォトポリマー層５に電圧を印加し（Ｖｃ≠０）、フォトポリマー層５の屈折率が１．５２である場合に、ＩＴＯ電極４ａとアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状に波長５２０ｎｍの光が照射された。この際、全放射束は、フォトポリマー層５に電圧を印加（屈折率１．５２）し、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、フォトポリマー層５に電圧を印加しない（屈折率１．６２）、ガラス基板面に垂直方向から２０度傾いた円錐面状の場合でも６２％となる結果が得られた。これを図３に示す。
図２．Ｂの構成の比較例に係る発光デバイス９００は、ＩＴＯ電極４とアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状に波長５２０ｎｍの光が照射されるが、放射方向を変化させられない。
このように、本願発明によれば、電圧変化により屈折率を変化させることができる物質の層を介することで、発光層の発する光の照射方向を連続的に制御可能である。
【実施例２】
【００２１】
本実施例では、実施例１同様の緑色有機ＥＬ素子を発光部として有し、マイクロアクチュエータにより誘電体多層膜６とアルミニウム電極１の間隔を変位できる発光デバイス２００を想定した。図４は発光デバイス２００の構成を示す断面図である。
図４の発光デバイス２００は、ガラス基板１０ａ上に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４を積層したものが、枠体８にマイクロアクチュエータ９を介して配置されている。また、ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４とＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を形成したガラス基板１０ｂが枠体８に固定されている。ＩＴＯ電極４と対向しているのはＳｉＯ2層６１１である。枠体８は、少なくともガラス基板１０ｂに接合した面の上方に、５２０ｎｍの光を透過可能であるものとする。
また、誘電体多層膜６が半透過鏡の作用をし、アルミニウム電極１が反射鏡の作用をする。
【００２２】
シミュレーションにおいて重要となる各層の膜厚は以下の通りである。
発光部２においては、アルミニウム電極１に接するＬｉＦ層の膜厚が０．５ｎｍ、その次にアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が５６．４ｎｍ、キナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が２０ｎｍである。
正孔輸送層３においては、発光部２に接するトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層の膜厚が５６．４ｎｍ、銅フタロシアニン層の膜厚が２０ｎｍである。
ＩＴＯ電極４の膜厚は１００ｎｍである。
ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４の膜厚はいずれも８９ｎｍ、ＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４の膜厚はいずれも５７．６ｎｍである。
上記の各膜厚は、発光部２の発する光の真空中の波長を５２０ｎｍ、半値幅を０と想定し、発光部２、正孔輸送層３、ＳｉＯ2層６１１内部での伝搬波長の１／４の厚さとなるようにしたものである。また、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を１５７ｎｍとした場合に、発光部２、正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４、間隙である空気層、ＳｉＯ2層６１１の総膜厚が、屈折率を考慮した光学長として、真空中の波長が５２０ｎｍの光の３／２波長となるようにしたものである。
【００２３】
図４の構成の発光デバイス２００は、マイクロアクチュエータ９により、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を１５７ｎｍ、１７３ｎｍ、２２５ｎｍ、３３４ｎｍと変化させると、ＩＴＯ電極４とアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加した場合に、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状、１５度傾いた円錐面状、３０度傾いた円錐面状、４５度傾いた円錐面状に波長５２０ｎｍの光が照射される結果となった。この際、全放射束は、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、順に、９９％、８７％、６４％であった。
即ち、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状の光放射を与える間隙から、１７７ｎｍ以下の間隙の変化で、４５度まで照射方向を連続的に変化させることができる。
詳細を図５に示す。図５は、５度刻みで、０度から７５度までの方位における光強度を、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を変化させてシミュレーションしたものである。ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙が１５７ｎｍ以上約４００ｎｍ以下の範囲では、光強度を最大とするピークの角度が１つであると言える。
【実施例３】
【００２４】
本実施例では、面発光レーザを発光部として有し、マイクロアクチュエータにより誘電体多層膜６０との間隔を変位できる発光デバイス３００を想定した。図６は発光デバイス３００の構成を示す断面図である。
図６の発光デバイス３００は、各々１０層のＳｉＯ2層６０１０〜６０１９とＴｉＯ2層６０２０〜６０２９とを交互に形成した誘電体多層膜６０を形成したガラス基板１０ｂが枠体８に固定されている。
また発光部及び反射鏡として、ｐ型ＧａＡｓ基板３１に、ＤＢＲ層３２、多重量子井戸活性層３３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４を積層したものが、枠体８にマイクロアクチュエータ９を介して配置されている。ＤＢＲ層３２はｐ型ＡｌＡｓ層３２１とｐ型ＡｌＧａＡｓ層３２２を３０組積層したものであり、多重量子井戸活性層３３はＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層を３組積層したものである。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４と対向しているのはＳｉＯ2層６０１０である。枠体８は、少なくともガラス基板１０ｂに接合した面の上方に、８５０ｎｍの光を透過可能であるものとする。
また、誘電体多層膜６０が半透過鏡の作用をし、ＤＢＲ層３２が反射鏡の作用をする。
【００２５】
シミュレーションにおける設定は以下の通りである。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４の膜厚は１２１．４４ｎｍである。
多重量子井戸活性層３３は５ｎｍであり、発光波長は８５０ｎｍを想定した。
ＤＢＲ層３２は、ｐ型ＡｌＡｓ層３２１とｐ型ＡｌＧａＡｓ層３２２の各々の膜厚を、真空中の波長８５０ｎｍの光の伝搬波長の１／４の厚さに形成した。多重量子井戸活性層３３に接するのはｐ型ＡｌＡｓ層３２１とし、膜厚は５５．７２ｎｍとした。
誘電体多層膜６０は、ＳｉＯ2層６０１０〜６０１９とＴｉＯ2層６０２０〜６０２９の膜厚を、真空中の波長８５０ｎｍの光の伝搬波長の１／４の厚さに形成した。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４と対向するのはＳｉＯ2層６０１０であり、その膜厚は１４５．５４ｎｍとした。
また、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を２８６ｎｍとした場合に、ＤＢＲ層３２の最上層であるｐ型ＡｌＡｓ層３２１、多重量子井戸活性層３３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４、間隙である空気層、ＳｉＯ2層６０１０の総膜厚が、屈折率を考慮した光学長として、真空中の波長が８５０ｎｍの光の３／２波長となるようにしたものである。
【００２６】
図６の構成の発光デバイス３００は、マイクロアクチュエータ９により、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を２８６ｎｍ、３０８ｎｍ、３８０ｎｍ、５２０ｎｍと変化させると、ｐ型ＧａＡｓ基板３１とｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４との間に所定電圧Ｖを印加した場合に、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状、１５度傾いた円錐面状、３０度傾いた円錐面状、４５度傾いた円錐面状に波長８５０ｎｍの光が照射される結果となった。この際、全放射束は、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、順に、９６％、７７％、５２％であった。
即ち、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状の光放射を与える間隙から、２３４ｎｍ以下の間隙の変化で、４５度まで照射方向を連続的に変化させることができる。
詳細を図７に示す。図７は、５度刻みで、０度から７５度までの方位における光強度を、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を変化させてシミュレーションしたものである。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙が２８６ｎｍ以上約６００ｎｍ以下の範囲では、光強度を最大とするピークの角度が１つであると言える。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
レーザスキャナその他の分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の作用の説明図。
【図２】本発明の具体的な第１の実施例に係る発光デバイス１００の構成を示す断面図。
【図３】第１の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図４】本発明の具体的な第２の実施例に係る発光デバイス２００の構成を示す断面図。
【図５】第２の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図６】本発明の具体的な第３の実施例に係る発光デバイス３００の構成を示す断面図。
【図７】第３の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２００、３００：発光デバイス
１０ａ、１０ｂ：ガラス基板
１：アルミニウム電極
２：ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部
３：トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層
４、４ａ、４ｂ：ＩＴＯ電極
５：電圧印加により屈折率が変化する物質から成る層（フォトポリマー層）
６、６０：誘電体多層膜
６１１〜６１４、６０１０〜６０１９：ＳｉＯ2層
６２１〜６２４、６０２０〜６０２９：ＴｉＯ2層
７：紫外線硬化樹脂
８：枠体
９：マイクロアクチュエータ
３１：ｐ型ＧａＡｓ基板
３２：ＤＢＲ層
３２１：ＤＢＲ層を形成するｐ型ＡｌＡｓ層
３２２：ＤＢＲ層を形成するｐ型ＡｌＧａＡｓ層
３３：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
３４：ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光部を有し、当該発光部（発光層）の発する光の照射方向を制御可能な発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体レーザの出力する光ビームを、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いて広角にスキャンする方法が知られている。また、フォトニック結晶を用いて出射ビームの偏向位置を制御する技術も公表されている。
【特許文献１】特開平８−２５４６６４号公報
【特許文献２】特開平６−６６９５１号公報
【特許文献３】特開２００６−２８５１９号公報
【特許文献４】特開２００６−２２７５４５号公報
【特許文献５】特開２００５−２７７２１９号公報
【特許文献６】特開２００１−１３４３９号公報
【０００３】
特許文献１に記載された技術は、弾性変形可能なはりを用いて光をスキャンするものである。
特許文献２に記載された技術は、圧電素子の振動によって弾性変形部を共鳴振動させ、光ビームを走査させるものである。
特許文献３及び４に記載された技術は、強誘電体で作製した２次元フォトニック結晶に電圧を印加し、屈折率を変化させることで、光ビームを偏向させるものである。
特許文献５に記載された技術は、２次元フォトニック結晶レーザの発光位置を電気的に変化させ、発光する位置で回折状態が異なることを利用したレーザ光の偏向手法である。
特許文献６に記載された技術は、２次元フォトニック結晶に入射する光の波長を変えることで、フォトニック結晶内での波長分散性を利用して、出射ビームの偏向位置を制御するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２のような、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いた手法では，光学系が複雑になり、小型化することが困難である。
特許文献３及び４のような、強誘電体などの屈折率を変化させてフォトニック結晶の状態を変える方法では、その屈折率変化が非常に小さいため、広角にビームを偏向させることが困難である。そのため、もう一段スーパープリズムといった光学部品が必要となる。
特許文献５及び６のような、２次元のレーザアレイを用いることは、原理的には可能であるが、安価で安定性のよいフォトニック結晶レーザの作製が困難である。また、波長分散を利用すると出射される光の波長が変化してしまい、波長を固定するのが必要なデバイスへの応用ができない。
【０００５】
そこで本発明は、簡明な構造により、発光層の発する光の照射方向を制御可能とした発光デバイス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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、発光層を含む発光部が、互いに平行な反射面を有する反射鏡及び半透過鏡で挟まれた構造の発光デバイスであって、反射鏡の反射面と、半透過鏡の反射面との距離に基づく光学長を可変とする手段を有し、発光層が発する特定波長の光の放射方向を制御可能としたことを特徴とする発光デバイスである。尚、本発明における反射鏡は、例えばＤＢＲを含みうるものであり、その反射率は、必ずしも理想的な１００％でなくても良く、９０％以上、好ましくは９５％以上のものを言う。また、本発明における半透過鏡とは、例えば誘電体多層膜を含みうるものであり、その反射率と透過率が丁度５０％ずつで有るものに限定されない。反射率は５〜８０％、透過率が９５〜２０％で良い。
【０００７】
光学長を可変とする手段は、請求項２に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間に形成された、印加電圧により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への電圧印加手段である。請求項３に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間に形成された、光励起により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への励起光導入手段である。請求項４に係る発明においては、発光部と半透過鏡の間には間隙が存在し、間隙の距離を変化させることで反射鏡と半透過鏡との距離を変化させる手段である。
【０００８】
請求項５に係る発明は、半透過鏡が誘電体多層膜であることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、発光部は、有機ＥＬ、面発光レーザ或いは無機ＬＥＤであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の原理を図１で示す。図１で、実線ＨＭは半透過鏡の反射面を示し、実線Ｍは反射鏡の反射面を示す。半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍは距離ｈ隔てた平行な二平面であるとする。今、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間に発光点ＥＬ−Ｐがあり、ここから半透過鏡の反射面ＨＭ上の点Ｐに光が発せられたとする。この光の入射角をθ、半透過鏡を通過した光の屈折角をθ’とする。半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間が一様な屈折率ｎの物質であり、半透過鏡の反射面ＨＭを通過すると屈折率１の領域であるとする。ここにおいて、スネルの法則によりｓｉｎθ’＝ｎｓｉｎθである。
【００１０】
一方、点Ｐで一部の光は反射され、反射鏡の反射面Ｍ上の点Ｑに達し、それは再び反射されて半透過鏡の反射面ＨＭ上の点Ｒに達し、一部は透過する。尚、点Ｒで反射された光も以下同様であるので、図１では省略している。
ここで、点Ｐから、直接屈折率１の領域に透過した光と、点Ｐ−点Ｑ−点Ｒと伝搬して点Ｒから屈折率１の領域に透過した光の光路差を考えると、図のように、ＰＱ＋ＱＲ−ＰＳであることは明かである。これは、ｓｉｎθ’＝ｎｓｉｎθを用いると、簡単な計算により、２ｎｈｃｏｓθであることがわかる。
【００１１】
即ち、発光点ＥＬ−Ｐから入射角θで半透過鏡ＨＭに達した光は、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍによる多重反射により、隣り合う光は光路差２ｎｈｃｏｓθで干渉することとなる。発光点ＥＬ−Ｐの発する光の波長がλであれば、隣り合う光の位相差は４πｎｈｃｏｓθ／λラジアンとなる。干渉により、位相差が２π及びその整数倍となる方向で光の強度が強くなるので、２ｎｈｃｏｓθ／λが２π及びその整数倍である方向に強度が強くなる。ここで発光層の発する光の真空中での波長λを一定とし、半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの間の物質の屈折率ｎ又はそれら反射面の間隔ｈを大きくすると、２ｎｈｃｏｓθ／λが２π及びその整数倍となる発光点ＥＬ−Ｐから半透過鏡の反射面ＨＭへの入射角θが大きくなる。これに伴い、屈折率１の領域での屈折角θ’も大きくなるので、結局、２つの反射面Ｍ及びＨＭ間の屈折率ｎ又は距離ｈを大きくすることで、外部に照射される光強度が強くなる角度θ’を大きくすることができる。
【００１２】
外部要因により屈折率が変化する物質は広く知られている。その１つは、電圧印加により屈折率が変化するフォトポリマー等の電気光学効果のある物質であり、他の１つは、光励起により屈折率が変化するフォトリフラクティブ効果のある物質である。
電気光学効果のある物質としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶等の液晶の他、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等の光学結晶、ＳｔＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＰＬＺＴ（Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの混合酸化物）等の強誘電体を用いることができる。これらは例えば「光エレクトロニクス」（末田正著、昭晃堂、１９８５年）の第７章やＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２（２００３）３１７６に記載されている。また、これらの材料を成膜する方法は、ゾルゲル法が好適である。材料金属のアルコキシドから成るゾルを加水分解し、脱水縮合することで流動性を失ったゲルに変えたのち、加熱して脱水を十分に行い、酸化物膜とする。
フォトリフラクティブ効果のある物質としては、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等の光学結晶、リラクサー系の強誘電体等の酸化物や、有機ポリマーが利用可能である。酸化物膜はゾルゲル法で好適に形成可能である。また、有機ポリマーは有機溶媒に溶解させたのち、スピンコート法やインクジエット法で塗布後に乾燥させれば良い。代表的な文献として、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９６（２００４）４８５２とＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（２００３）２６９９を挙げておく。
【００１３】
半透過鏡の反射面ＨＭと反射鏡の反射面Ｍの距離は、容易に調整できる。即ち、ＭＥＭＳ技術により、微細な機械構造を形成可能である。即ち、例えば有機ＥＬや半導体レーザ或いは無機ＬＥＤ等の発光素子を挟んだ両側に半透過鏡と反射鏡を形成する際、半透過鏡と反射鏡の一方を当該発光素子に固定して他方をＭＥＭＳ機構により変位可能とすれば良い。或いはその逆に、半透過鏡と反射鏡の一方を当該発光素子に固定してＭＥＭＳ機構により変位可能とした上、他方を固定すれば良い。
半透過鏡は誘電体多層膜で形成すると製造が容易である。
このように本発明によれば、極めて小型の、放射方向を制御可能な発光デバイスを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は本願出願時点で入手可能な任意の材料と、公知の任意の手法を用いて実現可能である。以下では、主としてシミュレーションに基づくデータを示すが、各シミュレーションが想定している発光デバイスが直ちに容易に構成可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００１５】
本実施例では、緑色有機ＥＬ素子を発光部として有し、電圧印加Ｖｃにより屈折率が変化する物質を用いた発光デバイス１００を想定した。図２．Ａは発光デバイス１００の構成を示す断面図である。図２．Ａの発光デバイス１００は、ガラス基板１０ａとガラス基板１０ｂの間に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４ａ、フォトポリマー層５、ＩＴＯ電極４ｂ、並びに、ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４とＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を有する。尚、積層部分を保護するため、紫外線硬化樹脂７で積層部側面を被膜する。また、誘電体多層膜６は、ＩＴＯ電極４ｂにＳｉＯ2層６１１が接し、ガラス基板１０ｂにＴｉＯ2層６２４が接するものである。
ここでフォトポリマー層５としては、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００２，１４（７）５１４に示された、電圧を印加しない場合（Ｖｃ＝０）に屈折率が１．６２、電圧を印加した場合（Ｖｃ≠０）に屈折率が１．５２と変化するものを想定した。
また、誘電体多層膜６が半透過鏡の作用をし、アルミニウム電極１が反射鏡の作用をする。
【００１６】
シミュレーションにおいて重要となる各層の膜厚は以下の通りである。
発光部２においては、アルミニウム電極１に接するＬｉＦ層の膜厚が０．５ｎｍ、その次にアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が５６．４ｎｍ、キナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が２０ｎｍである。
正孔輸送層３においては、発光部２に接するトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層の膜厚が５６．４ｎｍ、銅フタロシアニン層の膜厚が２０ｎｍである。
ＩＴＯ電極４ａの膜厚は３０ｎｍ、フォトポリマー層５の膜厚は１６６ｎｍ、ＩＴＯ電極４ｂの膜厚は３０ｎｍである。
ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４の膜厚はいずれも８９ｎｍ、ＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４の膜厚はいずれも５７．６ｎｍである。
上記の各膜厚は、発光部２の発する光の真空中の波長を５２０ｎｍ、半値幅を０と想定し、発光部２、正孔輸送層３、ＳｉＯ2層６１１内部での伝搬波長の１／４の厚さとなるようにしたものである。
【００１７】
上記の発光デバイス１００を具体的に構成するには次のようにすれば可能である。即ち、光学研磨したガラス基板１０ｂを有機溶媒で洗浄後，クリーンオーブン中で乾燥させる。このガラス基板１０ｂを高周波マグネトロンスパッタ装置にセットし、３００℃に加熱して、Ａｒ−３０％Ｏ2の混合ガスを導入してＴｉＯ2層６２４とＳｉＯ2層６１４を順にスパッタ成膜する。ＴｉＯ2層の形成には、ＴｉＯ2の焼結体ターゲットを用いる。ＳｉＯ2層の形成には、石英ガラスをターゲットとして用いる。この成膜工程を繰り返し，ＴｉＯ2／ＳｉＯ2のペアを合計４回積層して誘電体多層膜６を形成する。
この後、電極パターンが加工されているステンレスマスクを誘電体多層膜６に取り付け、ＩＴＯ焼結体（５ｗｔ％−ＳｎＯ2）ターゲットを用い、Ａｒ＋１％Ｏ2ガスを導入して、ＩＴＯ電極４ｂをスパッタ成膜する。
【００１８】
次に同様に洗浄したガラス基板１０ａに対して，ステンレスマスクを用いて１００ｎｍのアルミニウム電極１をルツボを用いて真空蒸着する。この基板を有機電界発光素子作製装置にセットし、有機膜用のマスクを装着後、ＬｉＦ、アルミニウムのキノリノール錯体、キナクリドンドープのアルミニウムのキノリノール錯体、トリフェニルアミンの４量体（ＴＰＴＥ）、銅フタロシアニンの順に成膜する。
次に、陽極電極パターンが加工されているステンレスマスクをこの有機ＥＬ素子に取り付け、ＩＴＯ焼結体（５ｗｔ％−ＳｎＯ2）ターゲットを用い、Ａｒ＋１％Ｏ2ガスを導入して、ＩＴＯ電極４ａをスパッタ成膜する。
２つのガラス基板１０ａと１０ｂのＩＴＯ電極４ａと４ｂの間に，直径１５０ｎｍのビーズを混合したフォトポリマーを注入し、フォトポリマー層５の厚さが１６６ｎｍとする。素子作製後、露点が６０℃以下の乾燥窒素雰囲気中で、素子の側面を紫外線硬化樹脂７で接着し，大気中の水分が素子に浸入しないようにする。
【００１９】
上述の図２．Ａの構成の発光デバイス１００の特性を次のようにシミュレーションした。また、比較例として図２．Ｂの構成の発光デバイス９００の特性もシミュレーションした。尚、図２．Ｂの構成の発光デバイス９００の構成は、図２．Ａの発光デバイスからフォトポリマー層５とガラス基板１０ａを除き、ＩＴＯ電極４ａと４ｂを一体化して厚さ１８６ｎｍのＩＴＯ電極４としたものである。
【００２０】
図２．Ａの構成の発光デバイス１００は、フォトポリマー層５に電圧を印加せず（Ｖｃ＝０）、フォトポリマー層５の屈折率が１．６２である場合に、ＩＴＯ電極４ａとアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面に垂直方向から２０度傾いた円錐面状に波長５２０ｎｍの光が照射された。一方、フォトポリマー層５に電圧を印加し（Ｖｃ≠０）、フォトポリマー層５の屈折率が１．５２である場合に、ＩＴＯ電極４ａとアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状に波長５２０ｎｍの光が照射された。この際、全放射束は、フォトポリマー層５に電圧を印加（屈折率１．５２）し、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、フォトポリマー層５に電圧を印加しない（屈折率１．６２）、ガラス基板面に垂直方向から２０度傾いた円錐面状の場合でも６２％となる結果が得られた。これを図３に示す。
図２．Ｂの構成の比較例に係る発光デバイス９００は、ＩＴＯ電極４とアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加すると、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状に波長５２０ｎｍの光が照射されるが、放射方向を変化させられない。
このように、本願発明によれば、電圧変化により屈折率を変化させることができる物質の層を介することで、発光層の発する光の照射方向を連続的に制御可能である。
【実施例２】
【００２１】
本実施例では、実施例１同様の緑色有機ＥＬ素子を発光部として有し、マイクロアクチュエータにより誘電体多層膜６とアルミニウム電極１の間隔を変位できる発光デバイス２００を想定した。図４は発光デバイス２００の構成を示す断面図である。
図４の発光デバイス２００は、ガラス基板１０ａ上に、アルミニウム電極１、ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部２、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４を積層したものが、枠体８にマイクロアクチュエータ９を介して配置されている。また、ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４とＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４とを交互に形成した誘電体多層膜６を形成したガラス基板１０ｂが枠体８に固定されている。ＩＴＯ電極４と対向しているのはＳｉＯ2層６１１である。枠体８は、少なくともガラス基板１０ｂに接合した面の上方に、５２０ｎｍの光を透過可能であるものとする。
また、誘電体多層膜６が半透過鏡の作用をし、アルミニウム電極１が反射鏡の作用をする。
【００２２】
シミュレーションにおいて重要となる各層の膜厚は以下の通りである。
発光部２においては、アルミニウム電極１に接するＬｉＦ層の膜厚が０．５ｎｍ、その次にアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が５６．４ｎｍ、キナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層の膜厚が２０ｎｍである。
正孔輸送層３においては、発光部２に接するトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層の膜厚が５６．４ｎｍ、銅フタロシアニン層の膜厚が２０ｎｍである。
ＩＴＯ電極４の膜厚は１００ｎｍである。
ＳｉＯ2層６１１、６１２、６１３及び６１４の膜厚はいずれも８９ｎｍ、ＴｉＯ2層６２１、６２２、６２３及び６２４の膜厚はいずれも５７．６ｎｍである。
上記の各膜厚は、発光部２の発する光の真空中の波長を５２０ｎｍ、半値幅を０と想定し、発光部２、正孔輸送層３、ＳｉＯ2層６１１内部での伝搬波長の１／４の厚さとなるようにしたものである。また、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を１５７ｎｍとした場合に、発光部２、正孔輸送層３、ＩＴＯ電極４、間隙である空気層、ＳｉＯ2層６１１の総膜厚が、屈折率を考慮した光学長として、真空中の波長が５２０ｎｍの光の３／２波長となるようにしたものである。
【００２３】
図４の構成の発光デバイス２００は、マイクロアクチュエータ９により、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を１５７ｎｍ、１７３ｎｍ、２２５ｎｍ、３３４ｎｍと変化させると、ＩＴＯ電極４とアルミニウム電極１との間に所定電圧Ｖを印加した場合に、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状、１５度傾いた円錐面状、３０度傾いた円錐面状、４５度傾いた円錐面状に波長５２０ｎｍの光が照射される結果となった。この際、全放射束は、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、順に、９９％、８７％、６４％であった。
即ち、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状の光放射を与える間隙から、１７７ｎｍ以下の間隙の変化で、４５度まで照射方向を連続的に変化させることができる。
詳細を図５に示す。図５は、５度刻みで、０度から７５度までの方位における光強度を、ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙を変化させてシミュレーションしたものである。ＩＴＯ電極４とＳｉＯ2層６１１の間隙が１５７ｎｍ以上約４００ｎｍ以下の範囲では、光強度を最大とするピークの角度が１つであると言える。
【実施例３】
【００２４】
本実施例では、面発光レーザを発光部として有し、マイクロアクチュエータにより誘電体多層膜６０との間隔を変位できる発光デバイス３００を想定した。図６は発光デバイス３００の構成を示す断面図である。
図６の発光デバイス３００は、各々１０層のＳｉＯ2層６０１０〜６０１９とＴｉＯ2層６０２０〜６０２９とを交互に形成した誘電体多層膜６０を形成したガラス基板１０ｂが枠体８に固定されている。
また発光部及び反射鏡として、ｐ型ＧａＡｓ基板３１に、ＤＢＲ層３２、多重量子井戸活性層３３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４を積層したものが、枠体８にマイクロアクチュエータ９を介して配置されている。ＤＢＲ層３２はｐ型ＡｌＡｓ層３２１とｐ型ＡｌＧａＡｓ層３２２を３０組積層したものであり、多重量子井戸活性層３３はＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層を３組積層したものである。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４と対向しているのはＳｉＯ2層６０１０である。枠体８は、少なくともガラス基板１０ｂに接合した面の上方に、８５０ｎｍの光を透過可能であるものとする。
また、誘電体多層膜６０が半透過鏡の作用をし、ＤＢＲ層３２が反射鏡の作用をする。
【００２５】
シミュレーションにおける設定は以下の通りである。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４の膜厚は１２１．４４ｎｍである。
多重量子井戸活性層３３は５ｎｍであり、発光波長は８５０ｎｍを想定した。
ＤＢＲ層３２は、ｐ型ＡｌＡｓ層３２１とｐ型ＡｌＧａＡｓ層３２２の各々の膜厚を、真空中の波長８５０ｎｍの光の伝搬波長の１／４の厚さに形成した。多重量子井戸活性層３３に接するのはｐ型ＡｌＡｓ層３２１とし、膜厚は５５．７２ｎｍとした。
誘電体多層膜６０は、ＳｉＯ2層６０１０〜６０１９とＴｉＯ2層６０２０〜６０２９の膜厚を、真空中の波長８５０ｎｍの光の伝搬波長の１／４の厚さに形成した。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４と対向するのはＳｉＯ2層６０１０であり、その膜厚は１４５．５４ｎｍとした。
また、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を２８６ｎｍとした場合に、ＤＢＲ層３２の最上層であるｐ型ＡｌＡｓ層３２１、多重量子井戸活性層３３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４、間隙である空気層、ＳｉＯ2層６０１０の総膜厚が、屈折率を考慮した光学長として、真空中の波長が８５０ｎｍの光の３／２波長となるようにしたものである。
【００２６】
図６の構成の発光デバイス３００は、マイクロアクチュエータ９により、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を２８６ｎｍ、３０８ｎｍ、３８０ｎｍ、５２０ｎｍと変化させると、ｐ型ＧａＡｓ基板３１とｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４との間に所定電圧Ｖを印加した場合に、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状、１５度傾いた円錐面状、３０度傾いた円錐面状、４５度傾いた円錐面状に波長８５０ｎｍの光が照射される結果となった。この際、全放射束は、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状を１００％とすると、順に、９６％、７７％、５２％であった。
即ち、ガラス基板面の垂直方向に一致したビーム状の光放射を与える間隙から、２３４ｎｍ以下の間隙の変化で、４５度まで照射方向を連続的に変化させることができる。
詳細を図７に示す。図７は、５度刻みで、０度から７５度までの方位における光強度を、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙を変化させてシミュレーションしたものである。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３４とＳｉＯ2層６０１０の間隙が２８６ｎｍ以上約６００ｎｍ以下の範囲では、光強度を最大とするピークの角度が１つであると言える。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
レーザスキャナその他の分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の作用の説明図。
【図２】本発明の具体的な第１の実施例に係る発光デバイス１００の構成を示す断面図。
【図３】第１の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図４】本発明の具体的な第２の実施例に係る発光デバイス２００の構成を示す断面図。
【図５】第２の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図６】本発明の具体的な第３の実施例に係る発光デバイス３００の構成を示す断面図。
【図７】第３の実施例におけるシミュレーション結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２００、３００：発光デバイス
１０ａ、１０ｂ：ガラス基板
１：アルミニウム電極
２：ＬｉＦ層と一部にキナクリドンがドープされたアルミニウムキノリノール錯体層から成る発光部
３：トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）層と銅フタロシアニン層から成る正孔輸送層
４、４ａ、４ｂ：ＩＴＯ電極
５：電圧印加により屈折率が変化する物質から成る層（フォトポリマー層）
６、６０：誘電体多層膜
６１１〜６１４、６０１０〜６０１９：ＳｉＯ2層
６２１〜６２４、６０２０〜６０２９：ＴｉＯ2層
７：紫外線硬化樹脂
８：枠体
９：マイクロアクチュエータ
３１：ｐ型ＧａＡｓ基板
３２：ＤＢＲ層
３２１：ＤＢＲ層を形成するｐ型ＡｌＡｓ層
３２２：ＤＢＲ層を形成するｐ型ＡｌＧａＡｓ層
３３：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
３４：ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む発光部が、互いに平行な反射面を有する反射鏡及び半透過鏡で挟まれた構造の発光デバイスであって、
前記反射鏡の反射面と、前記半透過鏡の反射面との距離に基づく光学長を可変とする手段を有し、前記発光層が発する特定波長の光の放射方向を制御可能としたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記光学長を可変とする手段は前記発光部と前記半透過鏡の間に形成された、印加電圧により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への電圧印加手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記光学長を可変とする手段は前記発光部と前記半透過鏡の間に形成された、光励起により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への励起光導入手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光部と前記半透過鏡の間には間隙が存在し、
前記光学長を可変とする手段は、前記間隙の距離を変化させることで前記反射鏡と前記半透過鏡との距離を変化させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記半透過鏡が誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光部は、有機ＥＬ、面発光レーザ或いは無機ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【請求項１】
発光層を含む発光部が、互いに平行な反射面を有する反射鏡及び半透過鏡で挟まれた構造の発光デバイスであって、
前記反射鏡の反射面と、前記半透過鏡の反射面との距離に基づく光学長を可変とする手段を有し、前記発光層が発する特定波長の光の放射方向を制御可能としたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記光学長を可変とする手段は前記発光部と前記半透過鏡の間に形成された、印加電圧により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への電圧印加手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記光学長を可変とする手段は前記発光部と前記半透過鏡の間に形成された、光励起により屈折率が変化する物質から成る層と、その層への励起光導入手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光部と前記半透過鏡の間には間隙が存在し、
前記光学長を可変とする手段は、前記間隙の距離を変化させることで前記反射鏡と前記半透過鏡との距離を変化させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記半透過鏡が誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光部は、有機ＥＬ、面発光レーザ或いは無機ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１５２０４０（Ｐ２００９−１５２０４０Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８５６１（Ｐ２００７−３２８５６１）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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