JP2000277260A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JP2000277260A
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organic light
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Tomoko Koyama
智子 小山
Takeo Kaneko
丈夫 金子
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元のフォトニックバンドギャップを利用
し、きわめて高い効率でスペクトル幅が狭い光が得ら
れ、かつ有機発光材料を用いて製造できる発光装置を提
供する。 【解決手段】 発光装置１０００は、基板１０、陽極２
０、有機発光層４０、陰極３０、第１および第２の回折
格子（光学部材）１００，２００を有する。第１の回折
格子１００は、Ｘ方向の一次元の周期的な屈折率分布を
有し、フォトニックバンドギャップを構成しうる。第２
の回折格子２００は、Ｙ方向の一次元の周期的な屈折率
分布を有し、フォトニックバンドギャップを構成しう
る。第１および第２の回折格子１００，２００のいずれ
か一方に、欠陥部３００を有する。欠陥部３００は、欠
陥に起因するエネルギー準位が所定の発光スペクトル内
に存在するように設定されている。有機発光層４０は、
電流励起によって発光可能であり、陽極２０と陰極３０
とにより電界が印加される。有機発光層４０は、欠陥部
３００としても機能する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流励起などによ
って発光可能な有機発光層を用い、２次元のフォトニッ
クバンドギャップ構造を有する発光装置に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】近年、
フォトニクス結晶を利用した半導体発光素子が検討され
ている（例えば、特開平９−２３２６６９号公報参
照）。この種の半導体発光素子では、結晶内部に光を強
く閉じ込める共振器を作成でき、きわめて高い効率でコ
ヒーレント光が得られることが期待されている。
【０００３】しかし、半導体を用いた場合、単位媒質層
（周期構造の一単位）が結晶であるため、単位媒質層の
界面が不規則な状態になったり、あるいは、不純物の影
響を受けるために、均一な周期構造を得にくく、そのた
め、優れたフォトニクス結晶としての特性を持った良好
な性能の発光素子が得られにくい。また、半導体を用い
た場合、屈折率の異なる組合せの材料の選択に限界があ
る。
【０００４】本発明の目的は、２次元のフォトニックバ
ンドギャップを利用し、きわめて高い効率でスペクトル
幅が狭い光が得られ、かつ有機発光材料を用いて製造で
きる発光装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光装置
は、２次元の周期的な屈折率分布を有し、フォトニック
バンドギャップを構成しうる光学部材と、前記光学部材
の一部に形成され、欠陥に起因するエネルギー準位が所
定の発光スペクトル内に存在するように設定された欠陥
部と、有機発光層と、を含む。
【０００６】この発光装置は、電流励起あるいは光励起
によって発光可能な有機発光層を有する。たとえば、電
流励起を利用する場合には、一対の電極層、すなわち陰
極と陽極とからそれぞれ電子とホールとが有機発光層内
に注入され、この電子とホールとを有機発光層で再結合
させて、分子が励起状態から基底状態に戻るときに光が
発生する。このとき、前記光学部材のフォトニックバン
ドギャップに相当する波長帯域の光は、光学部材内を伝
搬できず、前記欠陥に起因するエネルギー準位に相当す
る波長帯域の光のみが光学部材内を伝搬できる。したが
って、前記欠陥に起因するエネルギー準位の幅を規定す
ることにより、２次元で自然放出が制約された発光スペ
クトル幅の非常に狭い光を高効率で得ることができる。
【０００７】本発明において、光学部材は、２次元の周
期的な屈折率分布を有し、フォトニックバンドギャップ
を構成しうるものであればよく、たとえば回折格子状の
構造、多層膜構造、円柱またはその他の柱状構造、ある
いはこれらの構造の組合せから構成することができる。
【０００８】前記有機発光層と前記光学部材の前記欠陥
部とは、以下の態様をとりうる。 （１）前記有機発光層は、前記欠陥部に形成され、欠陥
部としても機能する。 （２）前記有機発光層は、前記欠陥部の一部および前記
光学部材の１種の媒質層としても機能する。
【０００９】より具体的に、発光装置は、以下の構成を
とりうる。
【００１０】（Ａ）発光装置は、第１の方向に周期的な
屈折率分布を有し、フォトニックバンドギャップを構成
しうる第１の光学部材と、第１の方向と直交する第２の
方向に周期的な屈折率分布を有し、フォトニックバンド
ギャップを構成しうる第２の光学部材と、前記第１およ
び第２の光学部材の少なくとも一方に形成され、欠陥に
起因するエネルギー準位が所定の発光スペクトル内に存
在するように設定された欠陥部と、有機発光層と、を含
む。
【００１１】この発光装置は、第１の方向（Ｘ方向）で
の光の伝搬を規制する第１の光学部材と、第２の方向
（Ｙ方向）での光の伝搬を規制する第２の光学部材との
組合せによって、２次元で２方向の自然放出が制約され
た発光スペクトル幅の非常に狭い光を高効率で得ること
ができる。
【００１２】（Ｂ）発光装置は、第１および第２の方向
に周期的な屈折率分布を有し、２次元のフォトニックバ
ンドギャップを構成しうる光学部材と、前記光学部材に
形成され、欠陥に起因するエネルギー準位が所定の発光
スペクトル内に存在するように設定された欠陥部と、有
機発光層と、を含み、前記光学部材は、正方格子状に配
列された柱状の第１の媒質層と、該第１の媒質層の間に
形成される第２の媒質層とを有する。
【００１３】この発光装置は、正方格子状に配列された
柱状の第１の媒質層と、該第１の媒質層の間に形成され
る第２の媒質層とを有する光学部材によって、２次元で
２方向の自然放出が制約された発光スペクトル幅の非常
に狭い光を高効率で得ることができる。
【００１４】（Ｃ）発光装置は、第１、第２および第３
の方向に周期的な屈折率分布を有し、２次元のフォトニ
ックバンドギャップを構成しうる光学部材と、前記光学
部材に形成され、欠陥に起因するエネルギー準位が所定
の発光スペクトル内に存在するように設定された欠陥部
と、有機発光層と、を含む。
【００１５】この発光装置は、第１、第２および第３の
方向に周期的な屈折率分布を有し、２次元のフォトニッ
クバンドギャップを構成しうる光学部材、例えば三角格
子状、あるいは蜂の巣状に配列された柱状の第１の媒質
層と、該第１の媒質層の間に形成される第２の媒質層と
を有する光学部材によって、２次元で３方向の自然放出
が制約された発光スペクトル幅の非常に狭い光を高効率
で得ることができる。
【００１６】（Ｄ）発光装置は、同心円状で周期的な屈
折率分布を有し、２次元のフォトニックバンドギャップ
を構成しうる光学部材と、前記光学部材に形成され、欠
陥に起因するエネルギー順位が所定の発光スペクトル内
に存在するように設定された欠陥部と、有機発光層と、
を含み、前記光学部材は、所定のパターンで配置された
柱状の第１の媒質層と、該第１の媒質層の間に形成され
る第２の媒質層とを有する。
【００１７】この構造の光学部材では、２次元方向の全
てにおいて光の伝搬が規制され、さらに光の閉じ込めが
強い。
【００１８】これらの発光装置は、前記有機発光層が電
流励起によって発光可能な材料からなり、該有機発光層
に電界を印加するための一対の電極層を含むことができ
る。
【００１９】これらの態様の発光装置は、さらに、ホー
ル輸送層および電子輸送層の少なくとも一方を有するこ
とが望ましい。
【００２０】本発明によれば、有機発光層を有すること
により、半導体によってフォトニックバンドギャップを
構成する場合より以下の点で有利である。つまり、該有
機発光層を含む発光装置では、半導体を用いた場合のよ
うに発光層の界面の不規則な状態や不純物の影響を受け
やすい難点を有さず、優れたフォトニックバンドギャッ
プによる特性が得られる。さらに、有機層により媒質層
を形成する場合には、製造が容易であり、しかも良好な
屈折率の周期構造を得やすく、より優れたフォトニック
バンドギャップによる特性が得られる。
【００２１】次に、本発明に係る発光装置の各部分に用
いることができる材料の一部を例示する。これらの材料
は、公知の材料の一部を示したにすぎず、例示したもの
以外の材料を選択できることはもちろんである。
【００２２】（有機発光層）有機発光層の材料は、所定
の波長の光を得るために公知の化合物から選択される。
【００２３】このような有機化合物としては、例えば、
特開平１０−１５３９６７号公報に開示された、アロマ
ティックジアミン誘導体（ＴＰＤ）、オキシジアゾール
誘導体（ＰＢＤ）、オキシジアゾールダイマー（ＯＸＤ
−８）、ジスチルアリーレン誘導体（ＤＳＡ）、ベリリ
ウム−ベンゾキノリノール錯体（Ｂｅｂｑ）、トリフェ
ニルアミン誘導体（ＭＴＤＡＴＡ）、ルブレン、キナク
リドン、トリアゾール誘導体、ポリフェニレン、ポリア
ルキルフルオレン、ポリアルキルチオフェン、アゾメチ
ン亜鉛錯体、ポリフィリン亜鉛錯体、ベンゾオキサゾー
ル亜鉛錯体、フェナントロリンユウロピウム錯体などが
使用できる。
【００２４】より具体的には、有機発光層の材料として
は、特開昭６３−７０２５７号公報、同６３−１７５８
６０号公報、特開平２−１３５３６１号公報、同２−１
３５３５９号公報、同３−１５２１８４号公報、さら
に、同８−２４８２７６号公報および同１０−１５３９
６７号公報に記載されているものなど、公知のものが使
用できる。これらの化合物は単独で用いてもよく、２種
類以上を混合して用いてもよい。
【００２５】（光学部材）光学部材の媒質層としては、
公知の無機材料および有機材料を用いることができる。
【００２６】代表的な無機材料としては、例えば特開平
５−２７３４２７号公報に開示されているような、Ｔｉ
Ｏ2、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2混合物、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｓ
ｉ3Ｎ 4、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2またはＺｒＯ2などを例示す
ることができる。
【００２７】また、代表的な有機材料としては、各種の
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および光硬化性樹脂な
ど、公知の樹脂を用いることができる。これらの樹脂
は、層の形成方法などを考慮して適宜選択される。例え
ば、熱および光の少なくとも一方のエネルギーによって
硬化することができる樹脂を用いることで、汎用の露光
装置やベイク炉、ホットプレートなどが利用できる。
【００２８】このような物質としては、例えば、本願出
願人による特願平１０−２７９４３９号に開示された紫
外線硬化型樹脂がある。紫外線硬化型樹脂としては、ア
クリル系樹脂が好適である。様々な市販の樹脂や感光剤
を利用することで、透明性に優れ、また、短期間の処理
で硬化可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂を得ること
ができる。
【００２９】紫外線硬化型のアクリル系樹脂の基本構成
の具体例としては、プレポリマー、オリゴマー、または
モノマーがあげられる。
【００３０】プレポリマーまたはオリゴマーとしては、
例えば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレー
ト類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアク
リレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のア
クリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメ
タクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリ
エーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利
用できる。
【００３１】モノマーとしては、例えば、２−エチルヘ
キシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレー
ト、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキ
シエチルメタクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリド
ン、カルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリ
ルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロ
ペンテニルアクリレート、１，３−ブタンジオールアク
リレート等の単官能性モノマー、１，６−ヘキサンジオ
ールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタ
クリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、
ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エチレング
リコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジア
クリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の
二官能性モノマー、トリメチロールプロバントリアクリ
レート、トリメチロールプロバントリメタクリレート、
ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリ
スリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが
利用できる。
【００３２】以上、光学部材の媒質を構成する無機材料
あるいは有機材料を例示したが、媒質層としては、有機
発光層が媒質層として機能する場合には、この層を構成
する材料も採用し得る。
【００３３】（ホール輸送層）必要に応じて設けられる
ホール輸送層の材料としては、公知の光伝導材料のホー
ル注入材料として用いられているもの、あるいは有機発
光装置のホール注入層に使用されている公知のものの中
から選択して用いることができる。ホール輸送層の材料
は、ホールの注入あるいは電子の障壁性のいずれかの機
能を有するものであり、有機物あるいは無機物のいずれ
でもよい。その具体例としては、例えば、特開平８−２
４８２７６号公報に開示されているものを例示すること
ができる。
【００３４】（電子輸送層）必要に応じて設けられる電
子輸送層の材料としては、陰極より注入された電子を有
機発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料
は公知の物質から選択することができる。その具体例と
しては、例えば、特開平８−２４８２７６号公報に開示
されたものを例示することができる。
【００３５】（電極層）必要に応じて設ける陰極として
は、仕事関数の小さい（例えば４ｅＶ以下）電子注入性
金属、合金電気伝導性化合物およびこれらの混合物を用
いることができる。このような電極物質としては、例え
ば特開平８−２４８２７６号公報に開示されたものを用
いることができる。
【００３６】必要に応じて設ける陽極としては、仕事関
数の大きい（例えば４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導
性化合物またはこれらの混合物を用いることができる。
陽極として光学的に透明な材料を用いる場合には、Ｃｕ
Ｉ，ＩＴＯ，ＳｎＯ2，ＺｎＯなどの導電性透明材料を
用いることができ、透明性を必要としない場合には金な
どの金属を用いることができる。
【００３７】本発明において、光学部材はフォトニック
バンドギャップを構成するように、媒質層の材料（その
屈折率など）、媒質層の形状、格子や柱状部分のピッ
チ、格子や柱状部分の数、格子や柱状部分のアスペクト
比などが調整される。
【００３８】本発明において、光学部材の形成方法は特
に限定されるものではなく、公知の方法を用いることが
できる。その代表例を以下に例示する。
【００３９】リソグラフィーによる方法 ポジまたはネガレジストを紫外線やＸ線などで露光およ
び現像して、レジスト層をパターニングするこにより、
光学部材を作成する。ポリメチルメタクリレートあるい
はノボラック系樹脂などのレジストを用いたパターニン
グの技術としては、例えば特開平６−２２４１１５号公
報、同７−２０６３７号公報などがある。
【００４０】また、ポリイミドをフォトリソブラフィー
によりパターニングする技術としては、例えば特開平７
−１８１６８９号公報および同１−２２１７４１号公報
などがある。さらに、レーザアブレーションを利用し
て、ガラス基板上にポリメチルメタクリレートあるいは
酸化チタンの光学部材を形成する技術として、例えば特
開平１０−５９７４３号公報がある。
【００４１】光照射による屈折率分布の形成による方
法 光導波路の光導波部に屈折率変化を生じさせる波長の光
を照射して、光導波部に屈折率の異なる部分を周期的に
形成することにより光学部材を形成する。このような方
法としては、特に、ポリマーあるいはポリマー前駆体の
層を形成し、光照射などにより部分的に重合を行い、屈
折率の異なる領域を周期的に形成させて光学部材とする
ことが好ましい。この種の技術として、例えば、特開平
９−３１１２３８号公報、同９−１７８９０１号公報、
同８−１５５０６号公報、同５−２９７２０２号公報、
同５−３２５２３号公報、同５−３９４８０号公報、同
９−２１１７２８号公報、同１０−２６７０２号公報、
同１０−８３００号公報、および同２−５１１０１号公
報などがある。
【００４２】スタンピングによる方法 熱可塑性樹脂を用いたホットスタンピング（特開平６−
２０１９０７号公報）、紫外線硬化型樹脂を用いたスタ
ンピング（特願平１０−２７９４３９号）、電子線硬化
型樹脂を用いたスタンピング（特開平７−２３５０７５
号公報）などのスタンピングによって光学部材を形成す
る。
【００４３】エッチングによる方法 リソグラフィーおよびエッチング技術を用いて、薄膜を
選択的に除去してパターニングし、光学部材を形成す
る。
【００４４】以上、光学部材の形成方法について述べた
が、要するに、光学部材は互いに異なる屈折率を有する
少なくとも２領域の周期構造を有すればよく、例えば、
屈折率の異なる２種の材料により２領域を形成する方
法、一種の材料を部分的に変性させるなどして、屈折率
の異なる２領域を形成する方法、などにより形成するこ
とができる。
【００４５】また、発光装置の各層は、公知の方法で形
成することができる。たとえば、有機発光層は、その材
質によって好適な成膜方法が選択され、具体的には、蒸
着法、スピンコート法、ＬＢ法、インクジェット法など
を例示できる。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下に例示する実施の形態のう
ち、第１〜第４の実施の形態は、直交する２つの回折格
子を含む光学部材を有する例である。第５および第６の
実施の形態は、格子点を構成する柱状部を含む光学部材
を有する例である。
【００４７】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態に係る発光装置１０００を模式的に示す、断面を有す
る斜視図である。発光装置１０００は、基板１０、陽極
２０、有機発光層４０、陰極３０、第１の光学部材（回
折格子）１００および第２の光学部材（回折格子）２０
０を有する。
【００４８】第１の回折格子１００は、その形状（寸
法）や媒質の組合せに基づいて、第１の方向（Ｘ方向）
に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対して
フォトニックバンドギャップを構成する。第２の回折格
子２００は、その形状（寸法）や媒質の組合せに基づい
て、Ｘ方向と直交するＹ方向に周期的な屈折率分布を有
し、所定の波長帯域に対してフォトニックバンドギャッ
プを構成する。そして、第１の回折格子１００は、第２
の回折格子２００の周期方向（異なる媒質層が周期的に
繰り返される方向）の中間に形成され、第１の回折格子
１００の上側および下側にそれぞれ第２の回折格子が連
続する状態で形成されている。
【００４９】第１の回折格子１００は、屈折率の異なる
第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０とが、交互に
配列されている。第２の回折格子２００は、屈折率の異
なる第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０とが交互
に配列されている。
【００５０】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２
０、および第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０と
は、それぞれ周期的な分布によってフォトニックバンド
ギャップを形成しうる物質であればよく、その材質は特
に限定されない。たとえば、第１の回折格子１００にお
いては、一方の媒質層として空気などの気体であっても
よい。このように、気体の層でいわゆるエアギャップ構
造の回折格子を形成する場合には、発光装置に用いる一
般的な材料の選択範囲で、回折格子を構成する２媒質層
の屈折率差を大きくすることができる。
【００５１】第１の回折格子１００の下面には陽極２０
が形成され、第１の回折格子１００の上面には陰極３０
が形成されている。これらの陽極２０および陰極３０
は、出射光に対して光学的に透明である。陰極２０と陰
極３０の位置は逆でもよい。このことは、他の実施の形
態でも同様である。
【００５２】第１の回折格子１００は、欠陥部３００を
有し、この欠陥部３００は有機発光層４０によって構成
されている。つまり、本実施の形態では、第１の回折格
子１００の欠陥部３００は、発光層４０としても機能し
ている。欠陥部３００は、その欠陥に起因するエネルギ
ー準位が、有機発光層４０の電流励起による発光スペク
トル内に存在するように形成される。これに対し、第２
の回折格子２００のフォトニックバンドギャップは、少
なくとも有機発光層４０の電流励起による発光スペクト
ルの波長帯域を含み、有機発光層４０で発生した光が第
２の回折格子２００を伝搬しないように設定される。つ
まり、第１の回折格子１００、陽極２０および陰極３０
から構成される積層部４００は、第２の回折格子２００
の欠陥部として機能しないように、第２の回折格子２０
０の少なくとも１ペアの格子を構成する。
【００５３】本実施の形態では、第１の回折格子１００
を構成する、欠陥部３００より一方の側の回折格子１０
０ａと他方の側の回折格子１００ｂとの光の閉じ込め状
態に差を設けることにより、出射光の方向を規定でき
る。たとえば、図１に示すように、Ｘ方向において、欠
陥部３００の左側より光を出射させたい場合には、一方
の回折格子１００ａの光の閉じ込め状態を他方の回折格
子１００ｂの光の閉じ込め状態より弱くすればよい。回
折格子の光の閉じ込めの強弱は、回折格子のペア数、光
学部材を構成する媒質層の屈折率差などを考慮すること
によって、好ましくは回折格子のペア数によってコント
ロールできる。また、両者の回折格子１００ａおよび１
００ｂの光の閉じ込めを同程度にすれば、第１の回折格
子１００の両サイドから同じ程度の強弱で光を出射させ
ることもできる。Ｙ方向においては、第２の回折格子２
００を構成する、積層部４００の上下の回折格子２００
ａおよび２００ｂによって光の閉じ込めがなされる。
【００５４】本実施の形態の発光装置１０００は、Ｘ方
向のフォトニックバンドギャップを有する第１の回折格
子１００およびＹ方向のフォトニックバンドギャップを
有する第２の回折格子２００によって、光を閉じ込める
ので、Ｘ方向およびＹ方向の２次元での光伝搬が制御さ
れる。そして、その他の方向には漏れモードの光の伝搬
が許容される。これらの漏れモードの光の伝搬を抑制す
るために、必要に応じて、光の閉じ込めを目的として、
図示しないクラッド層や誘電体多層ミラーを設けること
もできる。このことは、他の実施の形態でも同様であ
る。
【００５５】次に、この発光装置１０００の動作および
作用について説明する。
【００５６】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、Ｘ方向の第
１の回折格子１００では、欠陥部３００（有機発光層４
０）の欠陥に起因するエネルギー準位の光が伝搬し、Ｙ
方向の第２の回折格子２００では光の伝搬がない。すな
わち、第１の回折格子１００のフォトニックバンドギャ
ップに相当する波長帯域の光は、第１の回折格子１００
内を伝搬できないが、有機発光層４０で発生した励起子
は、欠陥に起因するエネルギー準位で基底状態に戻り、
このエネルギー準位に相当する波長帯域の光のみが発生
する。したがって、前記欠陥に起因するエネルギー準位
によって規定された波長の光は、Ｘ方向で光の閉じ込め
の弱い方向に優先的に出射される。この光は、発光スペ
クトル幅が非常に狭く高い効率を有する。
【００５７】なお、本実施の形態では、Ｙ方向で発光層
４０が欠陥となるように形成することで、Ｙ方向での光
の出射を行うこともできる。
【００５８】特に、本実施の形態では、有機発光層を有
しており、この発光装置１０００は、半導体を用いた場
合のように、発光層の界面が不規則な状態になったり、
あるいは、不純物の影響を受けやすい難点を有さないた
め、優れたフォトニックバンドギャップによる特性が得
られる。このことは、以下に述べる他の実施の形態でも
同様である。
【００５９】発光装置１０００の回折格子１００，２０
０の製造方法および各層を構成する材料などについて
は、前述した方法あるいは材料などを適宜用いることが
できる。また、ホール輸送層および電子輸送層を必要に
応じて、有機発光層と電極との間に設けることができ
る。これらの製造方法、材料および構成については、以
下に述べる他の実施の形態でも同様である。
【００６０】（第２の実施の形態）図２は、本実施の形
態に係る発光装置２０００を模式的に示す断面図であ
る。発光装置２０００は、第１の実施の形態に係る発光
装置１０００と、基本的構造は似ているが、第１の回折
格子１００の構成および出射光の方向において発光装置
１０００と異なる。発光装置２０００は、基板１０、陽
極２０、有機発光層４０、陰極３０、第１の回折格子１
００および第２の回折格子２００を有する。
【００６１】第１の回折格子１００は、第１の方向（Ｘ
方向）に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に
対してフォトニックバンドギャップを構成する。第２の
回折格子２００は、Ｘ方向と直交するＹ方向に周期的な
屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対してフォトニッ
クバンドギャップを構成する。そして、第１の回折格子
１００は、第２の回折格子２００の周期方向の中間に形
成され、第１の回折格子１００の上側および下側にそれ
ぞれ第２の回折格子が連続する状態で形成されている。
【００６２】第１の回折格子１００は、屈折率の異なる
第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０とが、交互に
配列されている。そして、第２の媒質層１２０は、有機
発光層４０によって形成されている。第２の回折格子２
００は、屈折率の異なる第１の媒質層２１０と第２の媒
質層２２０とが交互に配列されている。
【００６３】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２
０、および第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０と
は、それぞれ周期的な分布によってフォトニックバンド
ギャップを形成しうる物質であればよく、その材質は特
に限定されない。たとえば、第１の回折格子１００にお
いては、第１の媒質層１１０は空気などの気体であって
もよい。このように、気体の層でいわゆるエアギャップ
構造の回折格子を形成する場合には、発光装置に用いる
一般的な材料の選択範囲で、回折格子を構成する２媒質
層の屈折率差を大きくすることができる。
【００６４】第１の回折格子１００の下面には陽極２０
が形成され、第１の回折格子１００の上面には陰極３０
が形成されている。これらの陽極２０および陰極３０
は、出射光に対して光学的に透明である。
【００６５】第１の回折格子１００、陽極２０および陰
極３０から構成される積層部４００は、第２の回折格子
２００の欠陥部として機能している。そして、第１の回
折格子１００は、有機発光層４０（第２の媒質層１２
０）を有し、発光層としても機能している。欠陥部（積
層部４００）は、その欠陥に起因するエネルギー準位
が、有機発光層４０の電流励起による発光スペクトル内
に存在するように形成される。これに対し、第１の回折
格子１００のフォトニックバンドギャップは、有機発光
層４０の電流励起による発光スペクトル内に欠陥が存在
しないように設定される。
【００６６】本実施の形態では、第２の回折格子２００
を構成する、欠陥部（積層部４００）より一方の側の回
折格子２００ａと他方の側の回折格子２００ｂとの光の
閉じ込め状態に差を設けることにより、出射光の方向を
規定できる。たとえば、図２に示すように、欠陥部４０
０の下側より光を出射させたい場合には、一方の回折格
子２００ａの光の閉じ込め状態を他方の回折格子２００
ｂの光の閉じ込め状態より弱くすればよい。回折格子の
光の閉じ込めの強弱は、回折格子のペア数、光学部材を
構成する媒質層の屈折率差などを考慮することによって
コントロールできる。また、両者の回折格子２００ａお
よび２００ｂの光の閉じ込めを同程度にすれば、第２の
回折格子２００の両サイドから同様の強度で光を出射さ
せることもできる。
【００６７】本実施の形態の発光装置２０００は、第１
の実施の形態と同様に、Ｘ方向のフォトニックバンドギ
ャップを有する第１の回折格子１００およびＹ方向のフ
ォトニックバンドギャップを有する第２の回折格子２０
０によって、光を閉じ込めるので、Ｘ方向およびＹ方向
の２次元での光伝搬が制御される。そして、その他の方
向には漏れモードの光の伝搬が許容される。
【００６８】次に、この発光装置２０００の動作および
作用について説明する。
【００６９】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、Ｙ方向の第
２の回折格子２００では、欠陥部（積層部４００）の欠
陥に起因するエネルギー準位の光が伝搬し、Ｘ方向の第
１の回折格子１００では光の伝搬がない。すなわち、第
２の回折格子２００のフォトニックバンドギャップに相
当する波長帯域の光は、第２の回折格子２００内を伝搬
できないが、欠陥部（積層部４００）の有機発光層４０
で発生した励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位で
基底状態に戻り、このエネルギー準位に相当する波長帯
域の光のみが発生する。したがって、前記欠陥に起因す
るエネルギー準位によって規定された波長の光は、Ｙ方
向で光の閉じ込めの弱い方向に優先的に出射される。こ
の光は、発光スペクトル幅が非常に狭く高い効率を有す
る。
【００７０】（第３の実施の形態）図３は、本実施の形
態に係る発光装置３０００を模式的に示す断面図であ
る。発光装置３０００は、基板１０、陽極２０、有機発
光層４０、陰極３０、第１の光学部材（回折格子）１０
０および第２の光学部材（回折格子）２００を有する。
【００７１】第１の回折格子１００は、第１の方向（Ｘ
方向）に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に
対してフォトニックバンドギャップを構成する。第２の
回折格子２００は、Ｘ方向と直交するＹ方向に周期的な
屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対してフォトニッ
クバンドギャップを構成する。そして、第１の回折格子
１００は、第２の回折格子２００の周期方向の中間に形
成され、第１の回折格子１００の上側および下側にそれ
ぞれ第２の回折格子が連続する状態で形成されている。
【００７２】第１の回折格子１００は、屈折率の異なる
第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０とが、交互に
配列されている。そして、第２の媒質層１２０は、有機
発光層４０によって形成されている。第１の媒質層１１
０は、第２の回折格子２００の周期方向にも連続して形
成されている。第２の回折格子２００は、屈折率の異な
る第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０とが交互に
配列されている。
【００７３】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２
０、および第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０と
は、それぞれ周期的な分布によってフォトニックバンド
ギャップを形成しうる物質であればよく、その材質は特
に限定されない。たとえば、第１の回折格子１００にお
いては、第１の媒質層１１０は空気などの気体であって
もよい。このように、気体の層でいわゆるエアギャップ
構造の回折格子を形成する場合には、発光装置に用いる
一般的な材料の選択範囲で、回折格子を構成する２媒質
層の屈折率差を大きくすることができる。また、第２の
回折格子２００を構成する第１の媒質層２１０および第
２の媒質層２２０のいずれかは、第１の回折格子１００
の第１の媒質層１１０と同じ材質であってもよい。
【００７４】第１の回折格子１００の第２の媒質層１２
０（有機発光層４０）の下面には陽極２０が形成され、
第２の媒質層１２０（有機発光層４０）の上面には陰極
３０が形成されている。これらの陽極２０および陰極３
０は、出射光に対して光学的に透明である。
【００７５】第１の回折格子１００の第２の媒質層１２
０、陽極２０および陰極３０から構成される積層部４０
０は、第２の回折格子２００の欠陥部として機能してい
る。そして、積層部４００は、第１の回折格子１００の
有機発光層４０（第２の媒質層１２０）を有し、発光層
としても機能している。欠陥部（積層部４００）は、そ
の欠陥に起因するエネルギー準位が、有機発光層４０の
電流励起による発光スペクトル内に存在するように形成
される。これに対し、第１の回折格子１００のフォトニ
ックバンドギャップは、有機発光層４０の電流励起によ
る発光スペクトル内に欠陥が存在しないように設定され
る。
【００７６】本実施の形態では、第２の回折格子２００
を構成する、欠陥部（積層部４００）より一方の側の回
折格子２００ａと他方の側の回折格子２００ｂとの光の
閉じ込め状態に差を設けることにより、出射光の方向を
規定できる。たとえば、図２に示すように、欠陥部４０
０の下側より光を出射させたい場合には、一方の回折格
子２００ａの光の閉じ込め状態を他方の回折格子２００
ｂの光の閉じ込め状態より弱くすればよい。回折格子の
光の閉じ込めの強弱は、回折格子のペア数、回折格子を
構成する媒質層の屈折率差などを考慮することによって
コントロールできる。また、両者の回折格子２００ａお
よび２００ｂの光の閉じ込めを同程度にすれば、第２の
回折格子２００の両サイドから同様の強度で光を出射さ
せることもできる。
【００７７】本実施の形態の発光装置３０００は、第１
の実施の形態と同様に、Ｘ方向のフォトニックバンドギ
ャップを有する第１の回折格子１００およびＹ方向のフ
ォトニックバンドギャップを有する第２の回折格子２０
０によって、光を閉じ込めるので、Ｘ方向およびＹ方向
の２次元での光伝搬が制御される。そして、その他の方
向には漏れモードの光の伝搬が許容される。
【００７８】次に、この発光装置３０００の動作および
作用について説明する。
【００７９】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、Ｙ方向の第
２の回折格子２００では、欠陥部（積層部４００）の欠
陥に起因するエネルギー準位の光が伝搬し、Ｘ方向の第
１の回折格子１００では光の伝搬がない。すなわち、第
２の回折格子２００のフォトニックバンドギャップに相
当する波長帯域の光は、第２の回折格子２００内を伝搬
できないが、欠陥部（積層部４００）の有機発光層４０
で発生した励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位で
基底状態に戻り、このエネルギー準位に相当する波長帯
域の光のみが発生する。したがって、前記欠陥に起因す
るエネルギー準位によって規定された波長の光は、Ｙ方
向で光の閉じ込めの弱い方向に優先的に出射される。こ
の光は、発光スペクトル幅が非常に狭く高い効率を有す
る。
【００８０】本実施の形態では、回折格子１００，２０
０を構成する媒質層（有機発光層を含む）、陽極２０、
陰極３０などを基板１０上に堆積した後、基板１０に垂
直方向に溝を形成し、この溝内に第１の媒質層１１０を
埋め込むことにより、あるいはエアギャップの場合は、
溝を利用して、比較的容易に発光装置を形成することが
できる。
【００８１】（第４の実施の形態）図４は、本実施の形
態に係る発光装置４０００を模式的に示す断面図であ
る。発光装置４０００は、基板１０、陽極２０、有機発
光層４０、陰極６０、第１の光学部材（回折格子）１０
０および第２の光学部材（回折格子）２００を有する。
【００８２】第１の回折格子１００は、第１の方向（Ｘ
方向）に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に
対してフォトニックバンドギャップを構成する。第２の
回折格子２００は、Ｘ方向と直交するＹ方向に周期的な
屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対してフォトニッ
クバンドギャップを構成する。そして、第１の回折格子
１００は、第２の回折格子２００の周期方向の中間に形
成され、第１の回折格子１００の上側および下側にそれ
ぞれ第２の回折格子が連続する状態で形成されている。
【００８３】第１の回折格子１００は、屈折率の異なる
第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０とが、交互に
配列されている。そして、第１の媒質層１１０のひとつ
は、有機発光層４０によって形成されている。第２の回
折格子２００は、屈折率の異なる第１の媒質層２１０と
第２の媒質層２２０とが交互に配列されている。そし
て、第３の媒質層２３０は、第２の回折格子２００の周
期方向に連続して形成されている。
【００８４】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２
０、および第１の媒質層２１０と第２の媒質層２２０と
は、それぞれ周期的な分布によってフォトニックバンド
ギャップを形成しうる物質であればよく、その材質は特
に限定されない。たとえば、第１の回折格子１００の第
２の媒質層１２０および第２の回折格子２００の第３の
媒質層２３０は空気などの気体であってもよい。このよ
うに、気体の層でいわゆるエアギャップ構造の回折格子
を形成する場合には、発光装置に用いる一般的な材料の
選択範囲で、回折格子を構成する２媒質層の屈折率差を
大きくすることができる。また、第２の回折格子２００
を構成する第１の媒質層２１０および第２の媒質層２２
０のいずれかは、第３の媒質層２３０と同じ材質であっ
てもよい。さらに、第３の媒質層２３０は、第１の回折
格子１００の第２の媒質層１２０と同じ材料で形成する
ことができる。
【００８５】第１の回折格子１００の下面には陽極２０
が形成され、第１の回折格子１００の上面には陰極３０
が形成されている。これらの陽極２０および陰極３０
は、出射光に対して光学的に透明である。
【００８６】有機発光層４０は、第１の回折格子１００
の欠陥部３００として機能をしている。さらに、第１の
回折格子１００、陽極２０および陰極３０から構成され
る積層部４００は、第２の回折格子２００の欠陥部とし
て機能している。そして、積層部４００は、第１の回折
格子１００の有機発光層４０を有し、発光層としても機
能している。第１の回折格子１００のフォトニックバン
ドギャップは、有機発光層４０の電流励起による発光ス
ペクトル内に存在するように設定される。さらに、欠陥
部（積層部４００）は、その欠陥に起因するエネルギー
準位が、有機発光層４０の電流励起による発光スペクト
ル内に存在するように形成される。
【００８７】本実施の形態では、第１および第２の回折
格子１００および２００の両者より光を出射できる。例
えば、第１の回折格子１００を構成する、欠陥部３００
より一方の側の回折格子１００ａと他方の側の回折格子
１００ｂとの光の閉じ込め状態に差を設けることによ
り、第１の回折格子１００の出射光の方向を規定でき
る。たとえば、図４に示すように、欠陥部３００の左側
より光を出射させたい場合には、一方の回折格子１００
ａの光の閉じ込め状態を他方の回折格子１００ｂの光の
閉じ込め状態より弱くすればよい。さらに、第２の回折
格子２００を構成する、欠陥部（積層部４００）より一
方の側の回折格子２００ａと他方の側の回折格子２００
ｂとの光の閉じ込め状態に差を設けることにより、出射
光の方向を規定できる。たとえば、図４に示すように、
欠陥部４００の下側より光を出射させたい場合には、一
方の回折格子２００ａの光の閉じ込め状態を他方の回折
格子２００ｂの光の閉じ込め状態より弱くすればよい。
回折格子の光の閉じ込めの強弱は、回折格子のペア数、
回折格子を構成する媒質層の屈折率差などを考慮するこ
とによってコントロールできる。
【００８８】また、両者の回折格子１００および２００
の各回折格子１００ａ、１００ｂ、２００ａおよび２０
０ｂの光の閉じ込めを同程度にすれば、第１および第２
の各回折格子１００，２００の両サイド（４方向）から
同様の強度で光を出射させることもできる。もちろん、
欠陥部に起因するエネルギー準位と各回折格子のフォト
ニックバンドギャップの関係を規定することにより、Ｘ
方向またはＹ方向のいずれか一方からのみ、光を出射さ
せることもできる。
【００８９】本実施の形態の発光装置４０００は、第１
の実施の形態と同様に、Ｘ方向のフォトニックバンドギ
ャップを有する第１の回折格子１００およびＹ方向のフ
ォトニックバンドギャップを有する第２の回折格子２０
０によって、光を閉じ込めるので、Ｘ方向およびＹ方向
の２次元での光伝搬が制御される。そして、その他の方
向には漏れモードの光の伝搬が許容される。
【００９０】次に、この発光装置４０００の動作および
作用について説明する。
【００９１】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、Ｙ方向の第
２の回折格子２００では、欠陥部（積層部４００）の欠
陥に起因するエネルギー準位の光が伝搬し、Ｘ方向の第
１の回折格子１００でも同様に光の伝搬がある。すなわ
ち、第１および第２の回折格子１００および２００のフ
ォトニックバンドギャップに相当する波長帯域の光は、
これらの回折格子内を伝搬できないが、欠陥部（３００
および積層部４００）の有機発光層４０で発生した励起
子は、欠陥に起因するエネルギー準位で基底状態に戻
り、このエネルギー準位に相当する波長帯域の光のみが
発生する。したがって、前記欠陥に起因するエネルギー
準位によって規定された波長の光は、Ｘ方向およびＹ方
向で、光の閉じ込めの弱い方向に優先的に出射される。
この光は、発光スペクトル幅が非常に狭く高い効率を有
する。
【００９２】本実施の形態では、第２の回折格子２００
を構成する媒質層２１０，２２０を堆積した後、基板１
０に垂直方向に溝を形成し、この溝内に媒質層２３０を
埋め込んで下側の第２の回折格子２００ａを形成する。
ついで、陰極２０、第１の回折格子１００を構成する媒
質層１１０，１２０（有機発光層４０を含む）、陰極３
０を堆積して第１の回折格子１００を形成する。さら
に、下側の第２の回折格子２００ａと同様にして上側の
第２の回折格子２００ｂを形成することにより、比較的
容易に発光装置を形成することができる。エアギャップ
を有する場合は、上記の溝を利用して発光素子を形成で
きる。
【００９３】（第５の実施の形態）図５は、本実施の形
態に係る発光装置５０００を模式的に示す断面図であ
り、図６は、図５での陰極３０を除いた状態の平面図で
ある。発光装置５０００は、基板１０、陽極２０、有機
発光層４０、陰極３０、光学部材１００を有する。
【００９４】光学部材１００は、基板１０上に所定の配
列パターンで形成された円柱からなる第１の媒質層１１
０と、これらの第１の媒質層１１０と屈折率が異なり、
かつ第１の媒質層１１０の相互間を埋める第２の媒質層
１２０とから構成されている。第１の媒質層１１０は、
正方格子状のパターンを有している。したがって、この
光学部材１００は、第１の方向（Ｘ方向）に周期的な屈
折率分布を有し、所定の波長帯域に対してフォトニック
バンドギャップを構成し、かつ、Ｘ方向と直交するＹ方
向に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対し
てフォトニックバンドギャップを構成する。
【００９５】また、本実施の形態では、媒質層１１０お
よび１２０の屈折率の組合せ、寸法（ピッチ）などを調
整して、図６におけるＸ軸とＹ軸に対して４５゜方向で
周期的な屈折率分布を形成し、２次元のフォトニックバ
ンドギャップを構成することもできる。
【００９６】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０
とは、周期的な分布によってフォトニックバンドギャッ
プを形成しうる物質であればよく、その材質は特に限定
されない。たとえば、光学部材１００においては、第１
の媒質層１１０と第２の媒質層１２０のいずれか一方は
空気などの気体であってもよい。このように、気体の層
でいわゆるエアギャップ構造の光学部材を形成する場合
には、発光装置に用いる一般的な材料の選択範囲で、光
学部材を構成する２媒質層の屈折率差を大きくすること
ができる。
【００９７】光学部材１００の下面には陽極２０が形成
され、光学部材１００の上面には陰極３０が形成されて
いる。
【００９８】光学部材１００を構成する第１の媒質層の
ひとつは、有機発光層４０によって形成されて、この有
機発光層４０によって欠陥部３００が構成されている。
欠陥部３００は、その欠陥に起因するエネルギー準位
が、有機発光層４０の電流励起による発光スペクトル内
に存在するように形成される。そして、欠陥部３００の
位置および形状などを特定することにより、光の出射方
向を規定することができる。つまり、１方向から光を出
射させる場合には、光学部材１００のフォトニックバン
ドギャップは、Ｘ方向あるいはＹ方向のいずれかについ
ては、有機発光層４０の電流励起による発光スペクトル
内に欠陥が存在しないように設定される。また、例え
ば、光学部材１００を構成する、欠陥部３００の位置お
よび形状などによっては、Ｘ方向およびＹ方向の両者か
ら光を出射させることもできる。
【００９９】本実施の形態の発光装置５０００は、正方
格子を有する光学部材１００によって、Ｘ方向およびＹ
方向の２次元での光伝搬が制御される。そして、その他
の方向には漏れモードの光の伝搬が許容される。
【０１００】次に、この発光装置５０００の動作および
作用について説明する。
【０１０１】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、光学部材１
００では、Ｘ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方の方
向で、欠陥部３００（有機発光層４０）の欠陥に起因す
るエネルギー準位の光が伝搬し、それ以外の方向で、光
の伝搬がない。すなわち、光学部材１００のフォトニッ
クバンドギャップに相当する波長帯域の光は、光学部材
１００内を伝搬できないが、欠陥部３００の有機発光層
４０で発生した励起子は、欠陥に起因するエネルギー準
位で基底状態に戻り、このエネルギー準位に相当する波
長帯域の光のみが発生する。したがって、前記欠陥に起
因するエネルギー準位によって規定された波長の光は、
Ｘ方向あるいはＹ方向での光の閉じ込めの弱い方向に出
射される。この光は、発光スペクトル幅が非常に狭く高
い効率を有する。
【０１０２】本実施の形態では、光学部材１００は、基
板１０上に陽極２０を形成した後、第１の媒質層（円
柱）１１０を形成し、その後、第２の媒質層１２０を第
１の媒質層１１０の間に堆積させることにより形成する
ことができる。第２の媒質層１２０をエアギャップにす
る場合は、第２の媒質層１２０を埋め込まないことによ
って発光装置を形成することができる。
【０１０３】（光学部材の変形例）第５の実施の形態で
は、光学部材として、図７、図８および図１３（ａ）〜
（ｃ）に例示する構造を採用することもできる。これら
の図において、図５および図６に示す部材と同様な部材
には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１０４】（Ａ） 図７は、光学部材を三角格子状に
形成した例を示す。この光学部材の場合、２次元におい
て、３方向（ａ，ｂおよびｃ方向）において、光の伝搬
が規制されるので、Ｘ方向およびＹ方向の２方向に比べ
てさらに光の閉じ込めが大きく、出射光の効率をさらに
高めることができる。
【０１０５】（Ｂ） 図８は、光学部材を蜂の巣状に形
成した例を示す。この光学部材の場合も、２次元におい
て、３方向（ａ，ｂおよびｃ方向）において、光の伝搬
が規制されるので、Ｘ方向およびＹ方向の２方向に比べ
てさらに光の閉じ込めが大きく、出射光の効率をさらに
高めることができる。特に、図８に示す蜂の巣状の光学
部材の場合には、任意の偏波での閉じ込めが可能であ
る。
【０１０６】（Ｃ） 図１３（ａ）〜（ｃ）は、光学部
材を三角格子状に形成した他の例を示めす。同図（ａ）
に示す光学部材は、欠陥部３００を有機発光層４０で形
成し、さらに、欠陥部４００を第２の媒質層１２０の一
部に形成した構造を有する。同図（ｂ）に示す光学部材
は、第２の媒質層１２０として有機発光層４０を用いた
構造を有する。そして、第１の媒質層１１０の一部を不
規則にして、たとえば第１の媒質層を一部形成しないこ
となどで、欠陥部を構成する。同図（ｃ）の光学部材
は、第１の媒質層１１０の一部を不規則にして、たとえ
ば第１の媒質層を一部形成しないことなどで、欠陥部を
構成する構造を有する。また、第１の媒質層１１０は有
機発光層４０によって形成された構造を有する。
【０１０７】（第６の実施の形態）図９は、本実施の形
態に係る発光装置６０００を模式的に示す、断面図を有
する斜視図である。発光装置６０００は、基板１０、陽
極２０、有機発光層４０、陰極３０、光学部材１００を
有する。本実施の形態の光学部材１００は、正方格子状
である点で第５の実施の形態と類似するが、基板１０に
対する格子の方向が異なる。
【０１０８】光学部材１００は、基板１０に対して垂直
な面において所定パターンを有する、角柱状の第１の媒
質層１１０と、この第１の媒質層１１０と屈折率が異な
り、かつ第１の媒質層１１０の相互間を埋める角柱状の
第２の媒質層１２０とから構成されている。第１の媒質
層１１０と第２の媒質層１２０とは、基板１０に対して
直交する面において、モザイク状をなしている。したが
って、この光学部材１００は、第１の方向（Ｘ方向）に
周期的な屈折率分布を有し、所定の波長帯域に対してフ
ォトニックバンドギャップを構成し、かつ、Ｘ方向と直
交するＹ方向に周期的な屈折率分布を有し、所定の波長
帯域に対してフォトニックバンドギャップを構成する。
【０１０９】第１の媒質層１１０と第２の媒質層１２０
とは、周期的な分布によってフォトニックバンドギャッ
プを形成しうる物質であればよく、その材質は特に限定
されない。
【０１１０】光学部材１００の前面（図９において、基
板１０に対して垂直な手前の面）には陽極２０が形成さ
れ、光学部材１００の後面（図９において、基板１０に
対して垂直な後方の面）には陰極３０が形成されてい
る。
【０１１１】光学部材１００を構成する第１の媒質層の
ひとつは、有機発光層４０によって形成されて、この有
機発光層４０によって欠陥部３００が構成されている。
欠陥部３００は、その欠陥に起因するエネルギー準位
が、有機発光層４０の電流励起による発光スペクトル内
に存在するように形成される。そして、欠陥部３００の
位置や形成などを特定することにより、光の出射方向を
規定することができる。つまり、光学部材１００のフォ
トニックバンドギャップは、Ｘ方向あるいはＹ方向のい
ずれかについては、有機発光層４０の電流励起による発
光スペクトル内に欠陥が存在しないように設定される。
また、光学部材１００は、例えば、光学部材１００を構
成する、欠陥部３００の位置や形成によっては、Ｘ方向
およびＹ方向の両者から光を出射させることもできる。
【０１１２】本実施の形態の発光装置６０００は、正方
格子を有する光学部材１００によって、Ｘ方向およびＹ
方向の２次元での光伝搬が制御される。そして、その他
の方向には漏れモードの光の伝搬が許容される。
【０１１３】次に、この発光装置６０００の動作および
作用について説明する。
【０１１４】陽極２０と陰極３０とに所定の電圧が印加
されることにより、陰極３０から電子が、陽極２０から
ホールが、それぞれ有機発光層４０内に注入される。有
機発光層４０内では、この電子とホールとが再結合され
ることにより励起子が生成される。そして、Ｘ方向ある
いはＹ方向の一方の方向で、欠陥部３００（有機発光層
４０）の欠陥に起因するエネルギー準位の光が伝搬し、
Ｘ方向あるいはＹ方向の他方の方向で光学部材１００で
は光の伝搬がない。すなわち、光学部材１００のフォト
ニックバンドギャップに相当する波長帯域の光は、光学
部材１００内を伝搬できないが、欠陥部３００の有機発
光層４０で発生した励起子は、欠陥に起因するエネルギ
ー準位で基底状態に戻り、このエネルギー準位に相当す
る波長帯域の光のみが発生する。したがって、前記欠陥
に起因するエネルギー準位によって規定された波長の光
は、Ｘ方向あるいはＹ方向でのエネルギー準位の存在す
る方向であって光の閉じ込めの弱い方向に出射される。
この光は、発光スペクトル幅の非常が狭く高い効率を有
する。
【０１１５】本実施の形態では、光学部材１００は、基
板１０上に第１層目の媒質層、すなわち第１の媒質層１
１０と第２の媒質層１２０とが交互に並ぶ層を形成し、
第２層目の媒質層として、第１層目の媒質層の第１の媒
質層１１０の上に第２の媒質層１２０が位置し、第２の
媒質層１２０の上に第１の媒質層１１０が位置するよう
に、各媒質層を形成する。そして、順次これを繰り返
し、Ｘ−Ｙ平面においてモザイク状の媒質層を形成す
る。いずれかの媒質層を形成する際に、欠陥部３００
（有機発光層４０）を形成する。
【０１１６】（光学部材の変形例）図１０および図１１
は、第６の実施の形態の光学部材の変形例を示す。これ
らの図において、図９に示す部材と同様な部材には、同
一符号を付し、詳細な説明は省略する。図１０は、光学
部材を三角格子状に形成した例を示す。図１１は、光学
部材を蜂の巣状に形成した例を示す。いずれの場合も、
２次元において、３方向（ａ，ｂおよびｃ方向）におい
て、光の伝搬が規制されるので、Ｘ方向およびＹ方向の
２方向に比べてさらに光の閉じ込めが強く、出射光の効
率をさらに高めることができる。特に、図１１に示す蜂
の巣状の光学部材の場合には、任意の偏波での閉じ込め
が可能である。
【０１１７】（第７の実施の形態）図１２は、本実施の
形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。この
発光装置では、欠陥部３００を構成する有機発光層４０
を中心にして、その周りに第１の媒質層１１０と第２の
媒質層１２０とが交互に同心円状に配置されている。こ
の構造の発光装置では、２次元方向の全てにおいて光の
伝搬が規制され、さらに光の閉じ込めが強い。この例の
場合、欠陥部を構成する有機発光層４０は、平面形状が
楕円形をなしているが、そのほかにも欠陥として機能す
ればその形状は特定されない。この構造の発光装置にお
いても、有機発光層や媒質層の配置および形状などを規
定することにより、少なくとも一方向から光を出射させ
ることができる。
【０１１８】また、図１２に示す同心円状の屈折率分布
を有する光学部材を、異なる媒質層が同心円形状をなす
端面を基板に対して垂直となるように設けることもでき
る。
【０１１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
有機発光層を用い、２次元のフォトニックバンドギャッ
プとしての特性を持った、発光スペクトル幅の非常に狭
い高性能の発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す発光装置を模式的に示す平面図であ
る。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る発光装置の変
形例を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る発光装置の変
形例を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る発光装置を模
式的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る発光装置の
変形例を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係る発光装置の
変形例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る発光装置の
変形例を模式的に示す図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施の形
態に係る発光装置の変形例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板 ２０ 陽極 ３０ 陰極 ４０ 有機発光層 １００，２００ 光学部材（回折格子） １１０，１２０，２１０，２２０ 媒質層 ３００，４００ 欠陥部

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元の周期的な屈折率分布を有し、フ
    ォトニックバンドギャップを構成しうる光学部材と、 前記光学部材の一部に形成され、欠陥に起因するエネル
    ギー準位が所定の発光スペクトル内に存在するように設
    定された欠陥部と、 有機発光層と、を含む、発光装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記有機発光層は、前記欠陥部としても機能する、発光
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記有機発光層は、前記光学部材の１種の媒質層として
    も機能する、発光装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記有機発光層は、電流励起によって発光可能な材料か
    らなり、該有機発光層に電界を印加するための一対の電
    極層を含む、発光装置。
  5. 【請求項５】 第１の方向に周期的な屈折率分布を有
    し、フォトニックバンドギャップを構成しうる第１の光
    学部材と、 第１の方向と直交する第２の方向に周期的な屈折率分布
    を有し、フォトニックバンドギャップを構成しうる第２
    の光学部材と、 前記第１および第２の光学部材の少なくとも一方に形成
    され、欠陥に起因するエネルギー準位が所定の発光スペ
    クトル内に存在するように設定された欠陥部と、 有機発光層と、を含む、発光装置。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記有機発光層は、前記欠陥部としても機能する、発光
    装置。
  7. 【請求項７】 請求項５または６において、 前記有機発光層は、前記光学部材の１種の媒質層として
    も機能する、発光装置。
  8. 【請求項８】 請求項５において、 前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材の部分を構
    成し、 前記欠陥部は、前記第１の光学部材に形成された有機発
    光層からなり、 前記第１の光学部材の周期方向に光が出射される、発光
    装置。
  9. 【請求項９】 請求項５において、 前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材の部分を構
    成し、 前記第１の光学部材では、該光学部材を構成する１種の
    媒質層が有機発光層からなり、 前記欠陥部は、前記第１の光学部材を含み、 前記第２の光学部材の周期方向に光が出射される、発光
    装置。
  10. 【請求項１０】 請求項５において、 前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材の部分を構
    成し、 前記第１の光学部材では、該光学部材を構成する１種の
    媒質層が有機発光層からなり、該光学部材を構成する他
    の媒質層が前記第２の光学部材の周期方向に連続して形
    成され、 前記欠陥部は、前記第１の光学部材を含み、 前記第２の光学部材の周期方向に光が出射される、発光
    装置。
  11. 【請求項１１】 請求項５において、 前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材の部分を構
    成し、 前記欠陥部は、前記第１の光学部材および前記第２の光
    学部材の少なくとも一方に形成され、 前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の少なく
    とも一方の周期方向に光が出射される、発光装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記欠陥部は、前記第１の光学部材および前記第２の光
    学部材に形成され、 前記第１の光学部材に形成される欠陥部は、有機発光層
    からなり、 前記第２の光学部材に形成される欠陥部は、前記第１の
    光学部材を含み、 前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の周期方
    向にそれぞれ光が出射される、発光装置。
  13. 【請求項１３】 請求項５〜１２のいずれかにおいて、 前記有機発光層は、電流励起によって発光可能な材料か
    らなり、該有機発光層に電界を印加するための一対の電
    極層を含む、発光装置。
  14. 【請求項１４】 第１および第２の方向に周期的な屈折
    率分布を有し、２次元のフォトニックバンドギャップを
    構成しうる光学部材と、 前記光学部材に形成され、欠陥に起因するエネルギー準
    位が所定の発光スペクトル内に存在するように設定され
    た欠陥部と、 有機発光層と、を含み、 前記光学部材は、正方格子状に配列された柱状の第１の
    媒質層と、該第１の媒質層の間に形成される第２の媒質
    層とを有する、発光装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において、 前記欠陥部は、前記有機発光層からなる、発光装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４または１５において、 前記光学部材を構成する第１の媒質層は、基板に対して
    垂直に形成された、発光装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１４または１５において、 前記光学部材を構成する前記第１の媒質層は、基板に対
    して平行に形成された、発光装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１４〜１７のいずれかにおい
    て、 前記有機発光層は、電流励起によって発光可能な材料か
    らなり、該有機発光層に電界を印加するための一対の電
    極層を含む、発光装置。
  19. 【請求項１９】 第１、第２および第３の方向に周期的
    な屈折率分布を有し、２次元のフォトニックバンドギャ
    ップを構成しうる光学部材と、 前記光学部材に形成され、欠陥に起因するエネルギー準
    位が所定の発光スペクトル内に存在するように設定され
    た欠陥部と、 有機発光層と、を含む、発光装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１９において、 前記光学部材は、格子状に配列された柱状の第１の媒質
    層と、該第１の媒質層の間に形成される第２の媒質層と
    を有する、発光装置。
  21. 【請求項２１】 請求項２０において、 前記光学部材を構成する前記第１の媒質層は、基板に対
    して垂直に形成された、発光装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２０において、 前記光学部材を構成する前記第１の媒質層は、基板に対
    して平行に形成された、発光装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２１または２２において、 前記光学部材の前記第１の媒質層は、三角格子状に配列
    された、発光装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２１または２２において、 前記光学部材の前記第１の媒質層は、蜂の巣状に配列さ
    れた、発光装置。
  25. 【請求項２５】 請求項１９〜２４のいずれかにおい
    て、 前記有機発光層は、電流励起によって発光可能な材料か
    らなり、該有機発光層に電界を印加するための一対の電
    極層を含む、発光装置。
  26. 【請求項２６】 同心円状で周期的な屈折率分布を有
    し、２次元のフォトニックバンドギャップを構成しうる
    光学部材と、 前記光学部材に形成され、欠陥に起因するエネルギー順
    位が所定の発光スペクトル内に存在するように設定され
    た欠陥部と、 有機発光層と、 を含み、 前記光学部材は、所定のパターンで配置された柱状の第
    １の媒質層と、該第１の媒質層の間に形成される第２の
    媒質層とを有する、発光装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２６において、 前記欠陥部は、前記屈折率分布の同心円構造の中心に設
    けられ、該欠陥部は有機発光層からなる発光装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２６または２７において、 前記光学部材は、屈折率の異なる第１の媒質層と第２の
    媒質層から構成され、該第１および第２の媒質層が前記
    有機発光層を中心に同心円状に交互に配置される、発光
    装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２６〜２８のいずれかにおい
    て、 前記有機発光層は、電流励起によって発光可能な材料か
    らなり、該有機発光層に電界を印加するための一対の電
    極層を含む、発光装置。
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