JP3800284B2

JP3800284B2 - 発光装置

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Publication number: JP3800284B2
Application number: JP37715098A
Authority: JP
Inventors: 智子小山; 丈夫金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: JP2000200688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流励起によって発光可能な有機発光層を用い、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（周期構造の一単位）が結晶であるため、単位媒質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、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、
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回折格子と、
前記回折格子の一部に形成され、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形成された欠陥部と、
電流励起によって発光可能な有機発光層と、
前記有機発光層に電界を印加するための一対の電極層と、を含む。
【０００６】
この発光装置においては、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、前記回折格子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、回折格子内を伝搬できず、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回折格子内を伝搬できる。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、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】
前記有機発光層と前記回折格子の前記欠陥部とは、以下の態様をとりうる。
【０００８】
（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。
【０００９】
（２）前記有機発光層は、前記欠陥部および前記回折格子の少なくとも一部としても機能する。
【００１０】
（３）前記有機発光層は、前記欠陥部と異なる領域に形成される。
【００１１】
より具体的に、発光装置は、以下の構成をとりうる。
【００１２】
（Ａ）発光装置は、基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された回折格子と、
前記回折格子上に形成された第２の電極と、を含み、
前記回折格子は、
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する第１の回折格子および第２の回折格子と、
前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間に形成され、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、
前記欠陥部に形成された有機発光層と、を含む。
【００１３】
前記第２の電極は、前記有機発光層の形成領域に対応した領域に局所的に形成することができる。この場合、前記回折格子は、エアギャップ構造を有することもできる。
【００１４】
こ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。
【００１５】
前記回折格子は、多くの態様をとることができる。例えば、ホール輸送層または電子輸送層を有する場合には、前記回折格子は、それぞれ、ホール輸送層または電子輸送層がひとつの媒質を構成することができる。前記回折格子は、ホール輸送層や電子輸送層ではなく、絶縁性の第１の媒質と第２の媒質とが周期的に配列された構造を有してもよい。さらに、前記回折格子は、有機発光層がひとつの媒質を構成してもよい。
【００１６】
（Ｂ）発光装置は、基板と、
前記基板と平行方向に形成され、かつ、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する回折格子と、
前記回折格子の一部に形成され、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、
電流励起によって発光可能な有機発光層と、
前記有機発光層に電界を印加するための第１の電極および第２の電極と、
を含み、
前記有機発光層は前記欠陥部と異なる領域に形成されている。
【００１７】
この発光装置は、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。この場合、前記欠陥部は、電子輸送層あるいはホール輸送層から構成され、該欠陥部と前記有機発光層とが接することが望ましい。また、前記有機発光層は連続して形成されていてもよい。
【００１８】
（Ｃ）発光装置は、基板と、
前記基板と垂直方向に形成され、かつ、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する回折格子と、
前記回折格子の一部に形成され、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、
電流励起によって発光可能な有機発光層と、
前記有機発光層に電界を印加するための第１の電極および第２の電極と、
を含む。
【００１９】
この発光装置は、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。また、前記有機発光層は連続して形成されていてもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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６３−１７５８６０号公報、特開平２−１３５３６１号公報、同２−１３５３５９号公報、同３−１５２１８４号公報、さらに、同８−２４８２７６号公報および同１０−１５３９６７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。
【００２４】
（回折格子）
回折格子の媒質としては、公知の無機材料および有機材料を用いることができる。
【００２５】
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、ＴｉＯ₂、ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂混合物、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂またはＺｒＯ₂などを例示することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
以上、回折格子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、前述したように、媒質としては、有機発光層、ホール輸送層および電子輸送層のいずれかが媒質として機能する場合には、これらの層を構成する材料も採用し得る。
【００３２】
（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８−２４８２７６号公報に開示されているものを例示することができる。
【００３３】
（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。
【００３４】
（電極層）
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。
【００３５】
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、ＣｕＩ，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。
【００３６】
本発明において、回折格子はフォトニックバンドギャップを構成するように、媒質の材料（その屈折率など）、格子のピッチ、アスペクト比などが調整される。
【００３７】
本発明において、回折格子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。
【００３８】
▲１▼リソブ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、回折格子を作成する。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。
【００３９】
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回折格子を形成する技術として、例えば特開平１０−５９７４３号公報がある。
【００４０】
▲２▼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回折格子を形成する。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回折格子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。
【００４１】
▲３▼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回折格子を形成する。
【００４２】
▲４▼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、回折格子を形成する。
【００４３】
以上、回折格子の形成方法について述べたが、要するに、回折格子は互いに異なる屈折率を有する少なくとも２領域の周期構造をゆうすればよく、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。
【００４４】
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。
【００４５】
【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３の実施の形態は、有機発光層が回折格子の欠陥部に形成された例である。
【００４６】
（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図である。発光装置１０００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。
【００４７】
回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、その形状（寸法）や媒質の組合せに基づいて、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。そして、第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０によって形成されている。第１の媒質１３０は、第２の媒質１４０との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の媒質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媒質の屈折率差を大きくすることができる。
【００４８】
有機発光層４０は、欠陥部１２０に埋め込まれている。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０としても機能している。欠陥部１２０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。
【００４９】
陰極６０は、有機発光層４０の表面を覆うように、局部的に形成される。このように、陰極６０を有機発光層４０上のみに形成することにより、電流を有機発光層４０に集中して供給することができ、電流の損失を小さくできる。
【００５０】
本実施の形態の発光装置１０００は、一次元のフォトニックバンドギャップを有する回折格子１００によって、光を閉じ込めるので、回折格子１００ののびる方向（図１におけるＸ方向）のみでの光伝搬が制御される。したがって、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。
【００５１】
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。
【００５２】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、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、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。
【００５３】
発光装置１０００の回折格子１００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。これらの製造方法および材料については、以下に述べる他の実施の形態でも同様である。
【００５４】
（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、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、電子輸送層５０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０および陰極６０は、連続して形成され、ホール輸送層３０および電子輸送層５０は、不連続に形成されている。
【００５５】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０には有機発光層４０が形成されている。欠陥部１２０の両側に、それぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。第１の媒質１３０は、陽極２０から陰極６０に達する状態で形成されている。第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０と電子輸送層５０との間に介在している。そして、第１および第２の媒質１３０および１４０は、それぞれ絶縁性を有する。第１および第２の媒質１３０および１４０が絶縁性を有することにより、陽極２０と陰極６０とに電圧が印加されたとき、ホール輸送層４０および電子輸送層５０を介して、欠陥部１２０に形成された有機発光層４０のみに電流が流れる。そして、第１の媒質１３０および第２の媒質１４０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。
【００５６】
有機発光層４０は、欠陥部１２０に埋め込まれている。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０としても機能している。欠陥部１２０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。
【００５７】
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。
【００５８】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子輸送層５０を介して電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、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、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。
【００５９】
（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、前述した発光装置２０００と似ているが、ホール輸送層３０に絶縁性の層を形成せず、これを連続的に形成している点で異なる。発光装置３０００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０、ホール輸送層３０および陰極６０は、連続して形成されている。
【００６０】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０には有機発光層４０が形成されている。欠陥部１２０の両側に、それぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。第１の媒質１３０および第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０と陰極６０との間に介在している。そして、第１および第２の媒質１３０および１４０は、それぞれ絶縁性を有する。第１および第２の媒質１３０および１４０が絶縁性を有することにより、陽極２０と陰極６０とに電圧が印加されたとき、陰極６０からの電流は、欠陥部１２０に形成された有機発光層４０に流れる。そして、第１の媒質１３０および第２の媒質１４０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。
【００６１】
有機発光層４０は、欠陥部１２０に埋め込まれている。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０としても機能している。欠陥部１２０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。
【００６２】
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。
【００６３】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【００６４】
本実施の形態では、電子輸送層を有さないが、もちろん有機発光層４０と陰極６０との間に電子輸送層を形成してもよい。また、ホール輸送層と電子輸送層の両者を設ける必要は必ずしもなく、いずれか一方の輸送層を設けるだけでもよい。このことは、他の実施の形態においても同様である。
【００６５】
（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、前述した発光装置１０００，２０００および３０００と、欠陥部と有機発光層とを異なる領域に形成した点で異なる。発光装置４０００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０および陰極６０は、連続して形成され、ホール輸送層３０は不連続で形成されている。
【００６６】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。欠陥部１２０および第１の媒質１３０は、ホール輸送層３０によって形成されている。第２の媒質１４０は、絶縁性を有する。そして、第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０を兼ねる第１の媒質１３０との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。また、欠陥部１２０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。
【００６７】
有機発光層４０は、欠陥部１２０を兼ねるホール輸送層３０の上に形成され、ホール輸送層３０と陰極６０との間に介在する。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０と異なる領域で形成されている。この実施の形態では回折格子１００の欠陥部１２０がホール輸送層３０を兼ねるため、有機発光層４０と欠陥部１２０は、少なくとも一部で接触するように形成されている。さらに、有機発光層４０の両側には、回折格子１００と陰極６０との間に、絶縁層７０が形成されている。
【００６８】
絶縁性を有する第２の媒質１４０および絶縁層７０を有することにより、陽極２０と陰極６０とに電圧が印加されたとき、陽極２０および陰極６０からの電流は、欠陥部１２０を兼ねるホール輸送層３０と有機発光層４０に集中して流れる。
【００６９】
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。
【００７０】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、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、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。
【００７１】
（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の回折格子１００を模式的に示す断面図である。この実施の形態では、回折格子１００の変形例を示す。第１〜第３の実施の形態では、有機発光層４０は回折格子１００の欠陥部１２０にのみ埋め込まれた状態で形成されている。これに対し、本実施の形態では、有機発光層４０は、欠陥部１２０のみならず回折格子１００の媒質の一部を構成する。つまり、欠陥部１２０に近い領域の第２の媒質１４０は、有機発光層４０の材料で埋め込んで形成されている。このように、有機発光層４０を欠陥部１２０を含むより広い領域で形成することにより、有機発光層の形成が容易となる。
【００７２】
具体的には、回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０、第２の媒質１４０および第３の媒質１５０が、配列している。欠陥部１２０には、有機発光層４０が形成されている。そして、欠陥部１２０の近傍では、第１の媒質１３０と有機発光層４０からなる第２の媒質１４０とが交互に配列し、途中から第１の媒質１３０と第３の媒質１５０とが交互に配列している。そして、少なくとも第１および第３の媒質１３０および１５０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。また、欠陥部１２０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。
【００７３】
図５に示した回折格子１００は、回折格子の一例であって、前述した第１〜第３の実施の形態と同様な発光装置をはじめとして、さらに他の構成の発光装置にも適用できる。
【００７４】
以下に例示する実施の形態のうち、第６〜第９の実施の形態は、発光層が回折格子の媒質を構成する例である。
【００７５】
（第６の実施の形態）
図６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である。発光装置６０００は、基板１０、陽極２０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。
【００７６】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。そして、第２の媒質１４０は、有機発光層４０によって形成されている。第１の媒質１３０は、第２の媒質１４０との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。
【００７７】
有機発光層４０は、欠陥部１２０および第２の媒質１４０の形成領域に埋め込まれ、さらに層の上部で連続している。欠陥部１２０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。
【００７８】
本実施の形態では、有機発光層４０は、回折格子１００の欠陥部１２０および第２の１４０としても機能している。有機発光層が連続して形成されていると、層の形成が容易である。このことは、後述する第７および８の実施の形態でも同様である。
【００７９】
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。
【００８０】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【００８１】
なお、本実施の形態では、図示はしないが、陽極２０および陰極６０は、欠陥部１２０となる有機発光層４０の部分にのみ対応して形成することもできる。このように電極を形成することにより、有機発光層４０への電流注入効率を高めることができる。
【００８２】
（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態に係る発光装置７０００を模式的に示す断面図である。発光装置７０００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、電子輸送層５０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０および陰極６０は、連続して形成され、ホール輸送層３０および電子輸送層５０は、不連続に形成されている。
【００８３】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０には有機発光層４０が形成されている。欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。第１の媒質１３０は、陽極２０から陰極６０に達する状態で形成されている。第２の媒質１４０は、有機発光層４０からなり、ホール輸送層３０と電子輸送層５０との間に介在している。そして、第１の媒質１３０は、絶縁性を有する。第１の媒質１３０が絶縁性を有することにより、陽極２０と陰極６０とに電圧が印加されたとき、ホール輸送層３０および電子輸送層５０を介して、欠陥部１２０に形成された有機発光層４０に効率よく電流が流れる。そして、第１の媒質１３０は、第２の媒質１４０との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。
【００８４】
有機発光層４０は、欠陥部１２０に埋め込まれている。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０としても機能している。欠陥部１２０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。
【００８５】
次に、この発光装置７０００の動作および作用について説明する。
【００８６】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子輸送層５０を介して電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【００８７】
（第８の実施の形態）
図８は、本実施の形態に係る発光装置８０００を模式的に示す断面図である。発光装置８０００は、基板１０、陽極２０、有機発光層４０、電子輸送層５０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０、有機発光層４０、電子輸送層５０および陰極６０は、それぞれ連続して形成されている。
【００８８】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０には電子輸送層５０が埋め込まれている。欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。第１の媒質１３０は、有機発光層４０によって形成されている。第２の媒質１４０は、電子輸送層５０によって形成されている。そして、第１の媒質１３０および第２の媒質１４０は、有機発光層および電子輸送層としての機能を有し、さらに両者の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。
【００８９】
有機発光層４０は、欠陥部１２０を兼ねる電子輸送層５０の下に形成され、電子輸送層５０と陽極２０との間に介在する。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０と異なる領域で形成されている。この実施の形態では回折格子１００の欠陥部１２０が電子輸送層５０を兼ねるため、有機発光層４０と欠陥部１２０は、少なくとも一部で接触するように形成されている。そして、欠陥部１２０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。
【００９０】
次に、この発光装置８０００の動作および作用について説明する。
【００９１】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子輸送層５０を介して電子が、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【００９２】
以下に例示する実施の形態のうち、第９および第１０の実施の形態は、有機発光層が回折格子の欠陥部と異なる例である。
【００９３】
（第９の実施の形態）
図９は、本実施の形態に係る発光装置９０００を模式的に示す断面図である。発光装置９０００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０および陰極６０は、連続して形成され、ホール輸送層３０および有機発光層４０は、不連続に形成されている。
【００９４】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０には第１の媒質１３０を構成する物質によって形成されている。欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。第１の媒質１３０は、陽極２０から陰極６０に達する状態で形成されている。第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０と陰極６０との間に介在している。第１の媒質１３０は、絶縁性を有する。第１の媒質１３０が絶縁性を有することにより、陽極２０と陰極６０とに電圧が印加されたとき、ホール輸送層５０を介して、第２の媒質１４０を構成する有機発光層４０のみに電流が流れる。そして、第１の媒質１３０は、第２の媒質１４０との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。
【００９５】
有機発光層４０は、第２の媒質１４０を兼ね、ホール輸送層３０と陰極６０とのとの間に介在する。また、欠陥部１２０は、第１の媒質１３０を兼ねる。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０と異なる領域で形成されている。そして、欠陥部１２０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。
【００９６】
次に、この発光装置９０００の動作および作用について説明する。
【００９７】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【００９８】
（第１０の実施の形態）
図１０は、本実施の形態に係る発光装置１００００を模式的に示す断面図である。発光装置１００００は、基板１０、陽極２０、ホール輸送層３０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、陽極２０、有機発光層４０および陰極６０は、連続して形成されている。ホール輸送層３０は、不連続に形成されている。
【００９９】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。欠陥部１２０および第１の媒質１３０は、ホール輸送層３０によって形成されている。第２の媒質１４０は、絶縁性を有する。そして、第２の媒質１４０は、ホール輸送層３０を兼ねる第１の媒質１３０との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。また、欠陥部１２０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。
【０１００】
有機発光層４０は、欠陥部１２０を兼ねるホール輸送層３０の上に形成され、回折格子１００と陰極６０との間に介在する。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、有機発光層４０と異なる領域で形成されている。
【０１０１】
次に、この発光装置１００００の動作および作用について説明する。
【０１０２】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０から電子が、陽極２０からホール輸送層３０を介してホールが、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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【０１０３】
（第１１の実施の形態）
図１１は、本実施の形態に係る発光装置１１０００を模式的に示す断面図である。発光装置１１０００は、前述した実施の形態と、回折格子の形成方向が異なる。この発光装置１１０００は、基板１０、陽極２０、有機発光層４０、陰極６０および回折格子１００を有する。そして、回折格子１００は、基板１０に対して垂直方向に形成されている。
【０１０４】
前記回折格子１００は、欠陥部１２０を有し、この欠陥部１２０の両側にそれぞれ第１および第２の回折格子１００ａおよび１００ｂを有する。これらの回折格子１００ａおよび１００ｂは、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形成しうる。各回折格子１００ａおよび１００ｂは、屈折率の異なる第１の媒質１３０と第２の媒質１４０とが、交互に配列している。そして、第１の媒質１３０は、有機発光層４０によって形成されている。第２の媒質１４０は、第１の媒質１３０との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。
【０１０５】
有機発光層４０は、欠陥部１２０に埋め込まれている。つまり、本実施の形態では、回折格子１００の欠陥部１２０は、発光層４０としても機能している。欠陥部１２０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。
【０１０６】
陽極２０および陰極６０は、基板１０に対して垂直方向に形成されている。
【０１０７】
次に、この発光装置１１０００の動作および作用について説明する。
【０１０８】
陽極２０と陰極６０とに所定の電圧が印加されることにより、陰極６０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、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、回折格子１００内を伝搬できないので、励起子は、欠陥に起因するエネルギー準位でに基底状態に戻り、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、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。
【０１０９】
【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、優れた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。
【０１１０】
【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断面図である。
【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】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断面図である。
【図７】本発明の第７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８】本発明の第８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９】本発明の第９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１０】本発明の第１０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１１】本発明の第１１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。
【符号の説明】
１０基板
２０陽極
３０ホール輸送層
４０有機発光層
５０電子輸送層
６０陰極
１００，１００ａ，１００ｂ回折格子
１２０欠陥部
１３０，１４０，１５０媒質

Claims

基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された回折格子と、
前記回折格子上に形成された第２の電極と、
ホール輸送層および電子輸送層の少なくとも一方と、を含み、
前記回折格子は、
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する第１の回折格子および第２の回折格子と、
前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間に形成され、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、
前記欠陥部に形成された有機発光層と、を含み、
前記回折格子は、ホール輸送層または電子輸送層がひとつの媒質を構成する、発光装置。
請求項１において、
前記第２の電極は、前記有機発光層の形成領域に対応した領域に局所的に形成された、発光装置。
基板と、
前記基板と平行方向に形成され、かつ、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する回折格子と、
前記回折格子の一部に形成され、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、
電流励起によって発光可能な有機発光層と、
前記有機発光層に電界を印加するための第１の電極および第２の電極と、
ホール輸送層および電子輸送層の少なくとも一方と、
を含み、
前記有機発光層は前記欠陥部と異なる領域に形成され、
前記欠陥部は、電子輸送層あるいはホール輸送層から構成され、該欠陥部と前記有機発光層とが接する、発光装置。