(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー構造を有するポリマー光導波路を基板とし、該基板上で該ミラー構造の上部に、透明電極と、カルバゾール基を有する高分子材料中に、少なくとも１つのポルフィン環を有する分子のほか、単数又は複数の分子固体を混合して構成された集合体から形成された有機薄膜層と、対向電極からなる発光素子を有することを特徴とするポリマー光集積回路光源。
【請求項２】
請求項１における有機薄膜層は、カルバゾール基を有する高分子材料としてポリビニールカルバゾールを含み、ポルフィン環を有する分子として５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子を含み、分子固体として４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子を含むことを特徴とするポリマー光集積回路光源。
【請求項３】
ミラー構造を有するポリマー光導波路上で該ミラー構造の上部に透明電極を形成し、該透明電極上に、カルバゾール基を有する高分子材料中に、少なくとも１つのポルフィン環を有する分子のほか、単数又は複数の分子固体を混合して構成された集合体を、溶媒中に溶かして溶液状にし、スピンコート法により発光機能を有する有機薄膜層を積層し、該有機薄膜層上に、対向電極を形成することを特徴とするポリマー光集積回路光源の製造方法。
【請求項４】
請求項３における集合体は、ポリビニールカルバゾールと５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子と４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子がモル濃度比９０：１：９の割合で混合したものであることを特徴とするポリマー光集積回路光源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光情報処理回路に用いる、可とう性に優れた小型軽量光源とその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）革命が急速に進展する中、あらゆるところに光情報処理回路が必要とされている。その中で、可とう性に優れ、小型軽量で、高性能な受発光素子は、光情報処理回路の構成要素部品の一つとして、要求が高い。このような部品開発には、従来、以下の様な問題点があり、開発が困難であった。
【０００３】
従来の光回路は、シリコン基板上に形成された、石英系の材料により形成されたものであり、可とう性はない。また、光導波回路に組み込まれる能動素子は無機の半導体により形成されており、基板を加熱した状態で能動素子を作製するために、高温に耐える基板を必要とした。
【０００４】
最近、可とう性を有する光回路として、ポリマー光導波路フィルムが提案されている（疋田：“有機光導波路素子”、電子情報通信学会誌、Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．１，ｐｐ．３７−４０（１９９８））。しかし、能動素子機能を有する半導体素子は、通常、高温で形成するため、可とう性を有するポリマー光導波路上に直接作製することは困難であった。
【０００５】
この問題を解決するために、可とう性を有するポリマー光導波路上に、電気−光変換機能を有し、しかも、低温形成が可能な有機薄膜を形成した受発光機能付きポリマー光導波路フィルムを作製する試みがなされている（Ｙ．Ｏｈｍｏｒｉ，Ｈ．Ｕｅｔａ，Ｙ．Ｋｕｒｏｓａｋａ，Ｍ．Ｈｉｋｉｔａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｙｏｓｈｉｎｏ，“Ｏｒｇａｎｉｃ  ＥＬ  ｄｉｏｄｅ  ｗｉｔｈ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．４６１−４６４（１９９９））。このような素子では、発光に直接寄与する機能性有機薄膜部分での発光が高効率であることが重要である。従来、電気−光変換機能を有する分子を他の有機分子中に分散させて発光効率を高める方法が検討されているが、これらの複合分子薄膜は、蒸着法により形成されていた。蒸着法は、薄膜形成法としては優れているが、真空装置を使用することから、真空引きに時間がかかることや装置そのものが高額なことから、低価格な汎用部品を作製する方法としては、適さないという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、可とう性に富む小型で軽量で低価格で高効率なポリマー光集積回路光源を提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるポリマー光集積回路光源は、ミラー構造を有するポリマー光導波路を基板とし、該基板上で該ミラー構造の上部に、透明電極と、カルバゾール基を有する高分子材料中に、少なくとも１つのポルフィン環を有する分子のほか、単数又は複数の分子固体を混合して構成された集合体から形成された有機薄膜層と、対向電極からなる発光素子を有することを特徴とする。また、好ましくは、有機薄膜層は、カルバゾール基を有する高分子材料としてポリビニールカルバゾールを含み、ポルフィン環を有する分子として５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子を含み、分子固体として４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明によるポリマー光集積回路光源の製造方法は、ミラー構造を有するポリマー光導波路上で該ミラー構造の上部に透明電極を形成し、該透明電極上に、カルバゾール基を有する高分子材料中に、少なくとも１つのポルフィン環を有する分子のほか、単数又は複数の分子固体を混合して構成された集合体を、溶媒中に溶かして溶液状にし、スピンコート法により発光機能を有する有機薄膜層を積層し、該有機薄膜層上に、対向電極を形成することを特徴とする。また好ましくは、集合体は、ポリビニールカルバゾールと５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子と４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子がモル濃度比９０：１：９の割合で混合したものであることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明は、ポリマー光導波路基板上に形成された透明電極と対向電極に挟まれた発光層が有機機能性導電体薄膜で構成されている発光素子をポリマー光集積回路光源として用いるもので、当該有機機能性導電体薄膜が高分子材料中に分散された複数の有機分子により構成されており、高分子材料にカルバゾール基を有する高分子を用い、赤色発光を得るために分散される分子はポルフィン環を有する分子であり、この複合高分子集合体を溶媒に溶かし、溶液状にすることができるので、この高分子を薄膜化するとき、従来のような高価な真空装置を用いることなく、大気中でスピンコート法により薄膜化できる。このため、短時間にしかも簡便に作製できるため、可とう性に富む小型で軽量で安価で高効率なポリマー光集積回路光源が大量に作製可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明によるポリマー光集積回路光源の構成の一実施形態を示す。図１は基板として使用するポリマー光導波路に垂直な方向から見た断面図であり、１はポリマー光導波路の下部クラッド部、２はポリマー光導波路のコア部、３はポリマー光導波路の上部クラッド部、４はポリマー光導波路のミラー構造、５はアルミコート膜、６は光導波路のコア部２の中心線、７は発光素子とミラー構造の中心線、８は発光素子の透明電極（下部電極）、９は発光素子の有機薄膜層、１０は発光素子の対向電極（上部電極）、ａは上部クラッド層３の膜厚、ｂは導波路コア部２の膜厚、ｃは下部クラッド部１の膜厚である。
【００１１】
ポリマー光導波路の上には、透明電極用材料を蒸着法やスパッタ法などで堆積し、微細加工技術でパタニングし、ミラー構造４の上部に透明電極８を形成する。その上に、発光機能を有する有機薄膜層９をスピンコート法により形成する。有機薄膜層としては、ポリビニールカルバゾールにポルフィン環を有する５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子、と４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子を分散させ、モル濃度比を適当に選び、この混合分子をクロロフォルム溶液中に溶かし、スピンコート法で薄膜を作製する。このとき、ＤＣＭの濃度を３０％以上の割合にするとＴＰＰ分子以外にＤＣＭ分子からの発光も得られる。ポリビニールカルバゾールとポルフィン環を有するＴＰＰ分子とＤＣＭ分子のモル濃度比９０対１対９の割合の時にＴＰＰからの発光強度が最も強く、またポリビニールカルバゾールにＴＰＰ分子のみを添加する場合よりＤＣＭ分子を添加する場合に１桁以上強いＴＰＰ分子からの発光が得られる。上記、混合高分子は、クロロフォルム溶液中に溶かすことができるため、スピンコートが可能である。
【００１２】
次に、対向電極１０として、マグネシウムと銀の合金を蒸着法により、有機膜上に形成する事により発光機能を有するポリマー光集積回路光源を作製できる。同様の結果はポリビニールカルバゾールの代わりに、ポリアルキルチオフェンをもちいてクロロフォルムを溶媒としスピンコート法により成膜をすることにより得られる。
【００１３】
有機薄膜層９から発光された光は、ポリマー光導波路のミラー構造４で反射され、ポリマー光導波路のコア部２に導かれ、光導波路のコア部２を伝搬した光は導波路端面から発せられる。本実施形態におけるミラー構造では、ポリマー光導波路のコア部２とアルミニウムコート層５との境界が４５度の傾斜をなしており、当該ミラー構造上部に微細加工技術で形成された発光素子から発せられた光がミラー構造４で反射され、コア部２に高効率で導かれることになる。
【００１４】
以下実施例により、具体的に述べる。
【００１５】
【実施例】
図１を用いて、本実施例を説明する。基板に用いるポリマー光導波路は、下部クラッド部１と上部クラッド部３は紫外線硬化エポキシ樹脂により、光導波路のコア部２は重水素化メタクリレートにより構成されている。上部クラッド部３の膜厚ａは１５μｍ、コア部２の膜厚ｂは４０μｍ、下部クラッド部１の膜厚ｃは６５μｍである。コア部２は４０μｍ角の正方形の断面を持つ。また、ポリマー光導波路端面の一方は、４５度傾斜に加工され、蒸着法により、アルミニュウムコート膜５が２００ｎｍの厚さでコーティングされている。
【００１６】
このポリマー光導波路基板上でミラー構造４の上部に、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）薄膜を形成し、フォトグラフィとアルゴンイオンミリングを用いたエッチングによりパタンニングし、透明電極８を形成した。
【００１７】
次に、ポリビニールカルバゾールにポルフィン環を有する５，１０，１５，２０  ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（ＴＰＰ）分子、と４−（ｄｉｃｙａｎｏ  ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ）分子を分散させ、モル濃度比９０対１対９の割合で混合し、この混合分子をクロロフォルム溶液中に、カルバゾール基あたり溶媒のクロロフォルムに対し０．１ｍｏｌ／Ｌ（モル／リットル）の濃度になるように溶かし、スピンコート法により５００ｒｐｍで５秒、次いで１５００ｒｐｍで２０秒の条件で基板を回転することにより、ポリマー光導波路基板上に膜厚１００ｎｍの有機薄膜層９が得られた。
【００１８】
次に、対向電極１０を、マグネシウムと銀の合金を蒸着法により、有機膜上に２００ｎｍ堆積し、フォトグラフィとアルゴンイオンミリングを用いたエッチングによりパタンニングする事により形成し、発光機能を有するポリマー光集積回路光源を作製した。なお、有機薄膜層９のエッチングには酸素の反応性イオンエッチングを用いた。
【００１９】
本発明の発光機能を有するポリマー光集積回路光源に、透明電極（下部電極）８を正電位に対向電極（上部電極）１０を負電位になるように両電極の間に５Ｖの電圧を印加したところ有機薄膜層９からのみ波長６２０ｎｍの赤色の発光が生じた。この発光については、真空蒸着法で得られた場合に比してそん色のない強度等の特性が得られた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の効果は簡易な作製プロセスにより可とう性を有する光集積回路に用いる光源及びその作製方法を提供するものである。本光集積回路は可とう性を持つ回路であるために、携帯機器に適用することにより軽量な加工性に富む回路部品を安価に提供出来、また汎用部品であるためにその市場規模は計り知れないほど大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明によるポリマー光集積回路光源の構成の一実施形態を示す図で、導波路に平行な方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１    ポリマー光導波路の下部クラッド部
２    ポリマー光導波路のコア部
３    ポリマー光導波路の上部クラッド部
４    ポリマー光導波路のミラー構造
５    ポリマー光導波路の第２のクラッド部
６    ポリマー光導波路のコア部の中心線
７    発光素子とミラー構造の中心線
８    発光素子の透明電極（下部電極）
９    発光素子の有機薄膜層
１０  発光素子の対向電極（上部電極）
ａ    上部クラッド部の膜厚
ｂ    コア部の膜厚
ｃ    下部クラッド部の膜厚
【図１】
0003630605.tif 000002