JP2008258058A - 有機ｅｌ素子及び光配線モジュール - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。
特開２００１−２５７０７６号公報 特開２０００−２２３２８０号公報 特開２００１−２３７０７９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５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：Ａｌｑ_３層（膜厚２０ｎｍ）、Ａｌｑ_３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。

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ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５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ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５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、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５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。

次に、この誘電体多層膜フィルタ３上に、ＩＴＯ（１００ｎｍ）／ａ−ＮＰＤ（２８ｎｍ）／coumarin６：Ａｌｑ_３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ_３（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。

ここで、Ｌ（λ）は共振器長、ｎ_ｅｆｆは誘電体多層膜フィルタの等価屈折率、ΔｎはＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の屈折率差、ｎ_ｊとＬ_ｊ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、ｎ_ｓは陰極に接している有機層の屈折率、ｎ_ｍとｋ_ｍ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。

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。

誘電体多層膜フィルタ３を形成しているＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５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。

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。

［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：Ａｌｑ_３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ_３（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。

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。

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。 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

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。

Claims (3)

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。
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。
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。

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