(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子端面からの発光効率が高く、且つ光配線との結合効率を非常に高くすることが可能な端面発光型光通信用有機ＥＬ素子の提供。【解決手段】透明基板上に誘電体多層膜フィルタが設けられ、該誘電体多層膜フィルタ上に透明導電体膜からなる第１電極層が設けられ、該第１電極層上に発光層を含む有機層が設けられ、該有機層上に金属薄膜からなる第２電極層が設けられてなり、前記誘電体多層膜フィルタは、前記発光層で生じて有機層及び第１電極層を透過した光を反射して、第１電極層に光を集め、且つ前記第１電極層は、その光を出射する端面の一部である光出射端面を有することを特徴とする端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に誘電体多層膜フィルタが設けられ、該誘電体多層膜フィルタ上に透明導電体膜からなる第１電極層が設けられ、該第１電極層上に発光層を含む有機層が設けられ、該有機層上に金属薄膜からなる第２電極層が設けられてなり、前記誘電体多層膜フィルタは、前記発光層で生じて有機層及び第１電極層を透過した光を反射して、第１電極層に光を集め、且つ前記第１電極層は、その光を出射する端面の一部である光出射端面を有することを特徴とする端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記誘電体多層膜フィルタの反射率が有機エレクトロルミネッセンス素子の発光中心波長において６１．５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
この端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子の光出射端面に、該出射光を受光可能なように光配線が接続されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記素子の光出射端面と前記光配線との接続部において、前記第１電極層の幅が前記光配線のコア幅と同程度に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記第１電極層の幅が、前記光出射端面に向かってテーパー状に変化していることを特徴とする請求項４に記載の端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の端面発光型光通信用有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする光配線モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと記す。）を用いた発光素子に関し、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が高く、発光効率の高い端面発光型光通信用有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、透明なガラスもしくは透明な樹脂基板の表面に、第１電極層（陽極）、有機層、第２電極層（陰極）が積層された基本構成を有する。有機ＥＬ素子はコントラスト比が高い、視野角が広い、薄型化が可能であるといった特徴を有しており、ディスプレイなどの分野に応用され始めている。 また、有機ＥＬ素子を利用したディスプレイでは駆動用のトランジスタ回路上に発光部を形成するために通常の素子構造ではトランジスタ部分で発光した光が吸収もしくは散乱されてしまい、外部への取り出し効率が悪化するという問題がある。この問題を解決するためにガラス基板上に陰極、有機層、陽極の順番に積層されたトップエミッション構造と呼ばれる構造も検討されている。
【０００３】
第１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、電子輸送層、電子注入層など、複数層から構成される。第２電極層（陰極）はＭｇ：Ａｇ、Ａｌ，Ｃａなどの金属材料で構成される。
【０００４】
有機ＥＬ素子は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真空蒸着だけではなくスクリーン印刷やグラビア印刷、インクジェット法などを用いた脱真空プロセスが検討されている。
【０００５】
本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献４〜１４が挙げられる。
特許文献４には、上下電極と発光層の間にクラッド層を設けて光を導波させる構造が記載されている。
特許文献５には、陽極と陰極の間にクラッド層を設けて屈折率の高い領域に光を導波させる構造が記載されている。
特許文献６には、側面の一部に光透過部を設け、それ以外の部分に反射部を設け、光透過部から光を取り出す構造が記載されている。
特許文献７には、陽極と陰極の両方を金属とし、端面から光を出し、該端面にミラーを設けて正面に光を取り出す構造が記載されている。
特許文献８には、端面発光型素子において端面を研磨若しくは平滑な凸面形状にすることで端面への光の取り出し効率を向上させる構造が記載されている。
特許文献９には、陰極と陽極共に反射率の高い金属を用いて端面輝度を向上させた構造が記載されている。
特許文献１０には、基板の表裏にそれぞれ反射能を有する陰極を設けることで端面発光させる構造が記載されている。
特許文献１１には、透明基板の上下に複数の発光素子を形成して合わせる構造が記載されている。
特許文献１２には、ガラスの裏側に反射層を設ける構造が記載されている。
特許文献１３には、陽極と陰極に挟まれた有機化合物に関して記載されている。
特許文献１４には、公知文献に端面発光に関する公報が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２５７０７６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３２８０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７０７９号公報
【特許文献４】特開平１−１０９６９４号公報
【特許文献５】特開平４−２３７９９３号公報
【特許文献６】特開平８−１３８８７０号公報
【特許文献７】特開平８−１６７４７７号公報
【特許文献８】特開２００１−２４４０６７号公報
【特許文献９】特開平９−７７６２号公報
【特許文献１０】特開平４−２８１９７号公報
【特許文献１１】特開平４−５１４９１号公報
【特許文献１２】実開平４−１４３９６号公報
【特許文献１３】特開平８−３０２３４１号公報
【特許文献１４】特開平１０−３９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常の有機ＥＬ素子は、ディスプレイとしての応用が多くの研究機関で行われており、最近では、照明やプリンタ用の光源などの分野でも検討が進められている。しかしながら、光通信用の光源としてはほとんど検討されてないのが現状である。
光通信に有機ＥＬ素子を用いる場合には、光配線との結合効率や従来のディスプレイ用途では想定していなかった非常に高い輝度が必要となってくる。光通信用の光源として使用する場合には必ず光ファイバなどの光配線と接続する必要がある。しかし、有機ＥＬ素子と光配線との結合効率については、十分な研究開発が行われていない。また、高輝度化については、ディスプレイ用途については数１００ｃｄ／ｍ２というディスプレイとしては十分な高い輝度を実現できているが、光通信用途ではこの１００〜１０００倍以上の輝度が必要となり、未だに十分な輝度が実現されていないのが現状である。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、有機ＥＬ素子端面からの発光効率が高く、且つ光配線との結合効率を非常に高くすることが可能な端面発光型光通信用有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
なお、以下の記載において、端面発光型光通信用有機ＥＬ素子は有機ＥＬ素子と略記する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、透明基板上に誘電体多層膜フィルタが設けられ、該誘電体多層膜フィルタ上に透明導電体膜からなる第１電極層が設けられ、該第１電極層上に発光層を含む有機層が設けられ、該有機層上に金属薄膜からなる第２電極層が設けられてなり、前記誘電体多層膜フィルタは、前記発光層で生じて有機層及び第１電極層を透過した光を反射して、第１電極層に光を集め、且つ前記第１電極層は、その光を出射する端面の一部である光出射端面を有することを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【０００９】
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有機エレクトロルミネッセンス素子の発光中心波長において６１．５％以上であることが好ましい。
【００１０】
本発明の有機ＥＬ素子において、この素子の光出射端面に、該出射光を受光可能なように光配線が接続されてなることが好ましい。
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記素子の光出射端面と前記光配線との接続部では、前記第１電極層の幅が前記光配線のコア幅と同程度に設定されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記第１電極層の幅が、前記光出射端面に向かってテーパー状に変化していることが好ましい。
【００１３】
また本発明は、前述した本発明に係る有機ＥＬ素子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。
【発明の効果】
【００１４】
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透明基板上に有機ＥＬ素子を作製し、有機ＥＬ素子内部からの発光を誘電体多層膜フィルタで反射させることで、各層の中で屈折率が最も高い第１電極層に光を閉じこめることが可能になり、有機ＥＬ素子内部から発した光を効率よく第１電極層に導波させ、第１電極層に設けた光出射端面から出射させることにより、有機ＥＬ素子端面からの発光効率を向上させることができる。
また、誘電体多層膜フィルタの反射率を向上させることで、第１電極層に閉じこめられる光の割合を増加させ、発光効率を更に高めることも可能である。
さらに、本発明の素子構造は端面からの発光を利用しており、この発光は屈折率が最も高い第１電極層を導波してくるものが５０％程度であり、これは数１００ｎｍと非常に狭い領域に閉じこめられているために導波光のモードフィールド径は非常に小さくできる。そのため、第１電極層端面に光配線と接続することで、有機ＥＬ素子と光配線との結合効率を非常に高くすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、後述する実施例は本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【００１６】
（実施例１）
図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子の実施例１を示す断面図である。この有機ＥＬ素子は、透明基板であるガラス基板１の上に誘電体多層膜フィルタ５を設け、この誘電体多層膜フィルタ５上に、透明導電膜からなる第１電極層としてＩＴＯ膜２、発光層を含む有機層３及び金属薄膜からなる第２電極層４を順に積層してなり、誘電体多層膜フィルタ５は、発光層で生じて有機層３及び第１電極層２を透過した光を反射して、第１電極層２に光を集め、且つ第１電極層２には、その光を出射する端面の一部である光出射端面を有している。
【００１７】
この有機ＥＬ素子は、次のように作製した。
まずガラス基板１上に、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した誘電体多層膜フィルタ５を成膜した。ここでＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の光学的な膜厚は有機ＥＬ素子の発光スペクトルの中心波長の１／４として、それぞれ８６．３２ｎｍと５６．８５ｎｍとした。ここで、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を増やすことで、誘電体多層膜フィルタ５の反射率を増加させることができる。
【００１８】
この誘電体多層膜フィルタ５上にＩＴＯ（１００ｎｍ）／α−ＮＰＤ（２８ｎｍ）／ドープ量０．５質量％のｃｏｕｍａｒｉｎ６：Ａｌｑ３（２０ｎｍ）／Ａｌｑ３（２２ｎｍ）／ＬｉＦ（０．４ｎｍ）／ＭｇＡｇ（１５０ｎｍ）の順番に成膜することで、有機ＥＬ素子を作製した。前記α−ＮＰＤは、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニルを表し、Ａｌｑ３は、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムを表す。ここで、誘電体多層膜フィルタ５と陰極（ＭｇＡｇ）とで構成される共振器長は、有機ＥＬ素子の発光スペクトルの中心波長と次の式（１）〜（３）で関係付けられている。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
【数２】
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【００２１】
【数３】
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【００２２】
式（１）〜（３）中、Ｌ（λ）は共振器長、ｎｅｆｆは誘電体多層膜フィルタの等価屈折率、ΔｎはＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５との屈折率差、ｎｊとＬｊ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、ｎｓは陰極に接している有機層の屈折率、ｎｍとｋｍ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。
【００２３】
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が得られた。
【００２４】
誘電体多層膜フィルタを形成しているＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の組数を１から６の範囲で変化させて有機ＥＬ素子を作製した。次に、作製した有機ＥＬ素子の正面（基板に垂直な方向）と端面（基板に平行な方向）の光出力をフォトディテクタで測定した。測定した正面と端面の光出力の比を計算することで、効率よく端面に光が導波されている条件を評価した。ここで、誘電体多層膜フィルタの組数が０の場合を基準として正面と端面の輝度比を１．００とした。このサンプルと比較して正面輝度の割合が高い場合には正面／端面の輝度比は０〜１の値になり、端面輝度の割合が高い場合には正面／端面の輝度比は１以上の値になる。結果を表１に記す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１の結果から、誘電体多層膜フィルタの反射率が６１．５％以上の条件で、誘電体多層膜フィルタを用いない場合よりも端面輝度の割合が増加している。また、誘電体多層膜フィルタの反射率が高いほど、その傾向は強い。つまり、反射率が６１．５％以上の誘電体多層膜フィルタ上に有機ＥＬ素子を作製することで、有機ＥＬ素子の端面に光配線を接続した場合に、有機ＥＬ素子内部で発光した光のなかで光配線と結合する光の割合が増加することが分かる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明に係る有機ＥＬ素子の実施例２を示す断面図である。この有機ＥＬ素子は、前記実施例１の有機ＥＬ素子と同じく、ガラス基板１の上に誘電体多層膜フィルタ５を設け、この誘電体多層膜フィルタ５上に、ＩＴＯ膜２、発光層を含む有機層３及び金属薄膜からなる第２電極層４を順に積層した構造になっており、さらに、この有機ＥＬ素子の端面には、光ファイバ等の光配線６が光出射端面からの出射光を受光可能に設けられている。
【００２８】
ガラス基板１上には、誘電体多層膜フィルタが設けられ、この誘電体多層膜フィルタ上に設けられたＩＴＯ膜からなる第１電極層２は、一部が突起状に延出してガラス基板１周縁に達する凸字状に形成されている。この突起部分の先端面は、光出射端面になっている。光配線６は、その端面を前記光出射端面に密接した状態で接続されている。前記光出射端面の幅は、光配線６のコア径と略等しい寸法に形成されている。
【００２９】
有機層３及び第２電極層４からなる発光部７は、第１電極層２の一部に積層形成されている。この発光部７内で生じた光は、第１電極層２を透過し、この下の誘電体多層膜フィルタに当たり第１電極層２側に反射される。第１電極層２に集められた光は、突起部分を通して光出射端面から出射される。
【００３０】
実施例２に示した構造の有機ＥＬ素子において、ＩＴＯからなる第１電極層を２５０μｍの幅で先端を突起状にした。この先端が突起状になったＩＴＯの側面にコア幅２５０μｍからなるプラスチック光ファイバを配置して、プラスチック光ファイバの出射側での輝度を測定した。ここで、発光部７の形状は１ｍｍ×１ｍｍとした。また、比較のためにＩＴＯ先端を突起状にしていない素子も作製して同様にプラスチック光ファイバ端面の輝度を比較した。その結果、先端を突起状にした素子では１．５倍の輝度の向上が確認できた。
【００３１】
（実施例３）
図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子の実施例３を示す断面図である。この有機ＥＬ素子は、前記実施例２の有機ＥＬ素子とほぼ同じ構成を備えており、第１電極層２の一部に、ガラス基板１周縁に向けてテーパー状に窄まったテーパー部８が設けられていることを特徴としている。このテーパー部８の先端面が光出射端面になっている。
【００３２】
発光部７上の第１電極層の幅１ｍｍから急激に２５０μｍの幅に変化させた素子（実施例２）と発光部７上の第１電極層の幅１ｍｍから１度の角度をつけてなだらかに幅を変化させて最終的に２５０μｍの幅に変化させた素子（実施例３）を作製した。この２つの素子において先端が突起状になったＩＴＯの側面にコア幅２５０μｍからなるプラスチック光ファイバを配置して、プラスチック光ファイバの出射側での輝度を測定した。その結果、テーパーをつけた素子ではテーパーを用いていない素子に比較して７．６倍の輝度の向上が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る実施例１の有機ＥＬ素子の断面図である。
【図２】本発明に係る実施例２の有機ＥＬ素子の斜視図である。
【図３】本発明に係る実施例３の有機ＥＬ素子の斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ガラス基板（透明基板）、２…第１電極層、３…有機層、４…第２電極層、５…誘電体多層膜フィルタ、６…光配線、７…発光部、８…テーパー部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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