(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子などの有機物質を発光させる光源において、発光スペクトル幅が狭く、発光波長を容易に可変することができる波長可変光源を得る。【解決手段】炭素原子間結合を有する発光性物質が含有された発光層７と、発光層７を挟みその両側に設けられる一対の電極２及び１１と、発光層７を挟みその両側に設けられ、発光層７から出射された光に対して光共振器を構成する一対の主反射器２及び１１と、光反射器の光路内に設けられる屈折率変調手段３とを備え、屈折率変調手段３で光共振器の光路長を可逆的に変化させることにより、光源から出射する光の波長及び／または指向性を制御可能にしたことを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素原子間結合を有する発光性物質が含有された発光層と、
前記発光層を挟みその両側に設けられる一対の電極と、
前記発光層を挟みその両側に設けられ、前記発光層から出射された光に対して光共振器を構成する一対の主反射器と、
前記光共振器の光路内に設けられる屈折率変調手段とを備え、
前記屈折率変調手段で前記光共振器の光路長を可逆的に変化させることにより、光源から出射する光の波長を制御可能にしたことを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
炭素原子間結合を有する発光性物質が含有された発光層と、
前記発光層を挟みその両側に設けられる一対の電極と、
前記発光層を挟みその両側に設けられ、前記発光層から出射された光に対して光共振器を構成する一対の主反射器と、
前記光共振器の光路内に設けられる屈折率変調手段とを備え、
前記屈折率変調手段で前記光共振器の光路長を可逆的に変化させることにより、光源から出射する光の指向性を制御可能にしたことを特徴とする波長可変光源。
【請求項３】
前記屈折率変調手段が、一対の電極に挟まれた圧電体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の波長可変光源。
【請求項４】
前記圧電体を挟む一対の電極のいずれか一方が、前記発光層を挟む前記一対の電極のいずれか一方から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の波長可変光源。
【請求項５】
前記一対の主反射器が、前記発光層を挟む前記一対の電極から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項６】
前記一対の主反射器間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項７】
前記一対の主反射器間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項８】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域の中心から前記主反射器間までの間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項９】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域の中心から前記主反射器までの間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１０】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面に近い方の前記主反射器との間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいかまたはやや小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１１】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面に近い方の前記主反射器との間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の１０１〜２００分の８８の範囲であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１２】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面から遠い方の前記主反射器との間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいかまたはやや大きいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１３】
前記発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面から遠い方の前記主反射器との間の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１１２の範囲であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１４】
前記発光層を挟む前記一対の電極の少なくとも一方の外側に光透過性の補助電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項１５】
前記補助電極の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことを特徴とする請求項１４に記載の波長可変光源。
【請求項１６】
前記補助電極の光路長が、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１の範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の波長可変光源。
【請求項１７】
前記発光層が有機ＥＬ発光層であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子などの光源において、発光波長を可変することができる光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、有機物質の非晶質薄膜を用いた有機ＥＬ素子の開発が盛んに行われている。有機ＥＬ素子などの有機物質を発光させる光源では、発光スペクトルの幅が広く、発光波長の変調が困難であった。例えば、下記特許文献１には、発光ピーク波長が４５０〜５７０ｎｍの範囲にあり、かつ半値幅が１００〜２００ｎｍの範囲にある有機発光材料が発光層に含有されている。
【０００３】
従って、有機ＥＬ素子などの有機物質を発光させる光源は、周波数変調方式により光通信を高速で行うための光源として用いることは困難であった。また、光源を点滅させた場合の応答速度が数マイクロ秒〜数百マイクロ秒の範囲であるため、パルス幅変調またはパルス符号変調の方式によっても、高速で光通信を行うことは困難であった。本発明の第２の目的は、プライバシー保護などのため、視野角を制限できると共に、視野角を拡大することもできる波長可変光源を提供することにある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１５９８３号公報
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の目的は、有機ＥＬ素子などの有機物質を発光させる光源において、発光スペクトル幅が狭く、発光波長を容易に可変することができる波長可変光源を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、プライバシー保護などのため、視野角を制限できると共に、視野角を拡大することもできる波長可変光源を提供することにある。
本発明の波長可変光源は、炭素原子間結合を有する発光性物質が含有された発光層と、発光層を挟みその両側に設けられる一対の電極と、発光層を挟みその両側に設けられ、発光層から出射された光に対して光共振器を構成する一対の主反射器と、光共振器の光路内に設けられる屈折率変調手段とを備え、屈折率変調手段で光共振器の光路長を可逆的に変化させることにより光源から出射する光の波長及び／または指向性を制御可能にしたことを特徴としている。
【０００７】
本発明における屈折率変調手段としては、例えば、一対の電極に挟まれた圧電体からなるものを挙げることができる。一対の電極から圧電体に電圧を印加することにより、圧電体の厚みを圧電効果により変化させ、その屈折率を変化させることができる。このような圧電体を光共振器の光路内に設けることにより、光共振器の光路長を変化させることができ、光源から出射する光の波長を変化させ、制御することができる。
【０００８】
圧電体を挟む一対の電極のいずれか一方は、発光層を挟む一対の電極のいずれか一方から構成されていてもよい。
本発明における屈折率変調手段は、上記圧電体の他にも、電圧、電流、電磁波、弾性波、熱などの刺激に応じて、その屈折率が変化するものを用いることができる。具体的には、電気光学効果、音響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果、非線型光学効果などを示す物質を用いることができる。
【０００９】
本発明において、一対の主反射器は、発光層を挟む一対の電極から構成されていてもよい。すなわち、電極が金属薄膜などから形成される場合、この金属薄膜を主反射器として用いることができる。
【００１０】
本発明において、一対の主反射器は光共振器を構成するものであるので、一対の主反射器間の光路長は、光源から出射する所定のピーク波長（設計ピーク波長）の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことが好ましい。具体的には、例えば、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１の範囲であることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、発光層中の発光が最も強く起きている領域の中心から主反射器までの間の光波長が、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことが好ましい。具体的には、例えば、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１であることが好ましい。このように設定することにより、波長選択の効果をさらに高めることができる。
【００１２】
発光層中の発光が最も強く起こっている領域は、発光層の端面近傍である場合もあれば、発光層の中心部である場合もある。さらには、発光層と隣接する層内である場合もある。従って、発光層の端面と主反射器との間の光路長については、以下のように設定されていることが好ましい。
【００１３】
すなわち、発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面に近い方の主反射器との間の光路長は、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいかまたはやや小さいことが好ましい。具体的には、例えば、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の１０１〜２００分の８８の範囲であることが好ましい。
【００１４】
発光層の中の発光が最も強く起こっている領域に近い方の端面と該端面から遠い方の主反射器との間の光路長は、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいかまたはやや大きいことが好ましい。具体的には、例えば、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１１２の範囲であることが好ましい。
【００１５】
本発明においては、発光層を挟む一対の電極の少なくとも一方の外側に光透過性の補助電極が設けられていてもよい。このような補助電極は、金属薄膜からなる電極と接するように設け、金属薄膜の電極と補助電極からなる複合電極を構成することができる。光透過性の補助電極を設けることにより、金属薄膜からなる電極の厚みを薄くすることができ、導電性と光透過性の両方の特性を付与することができる。従って、このような補助電極が設けられた側から光を出射することができる。
【００１６】
上記補助電極の光路長は、光源から出射する所定のピーク波長の２分の１の自然数倍と実質的に等しいことが好ましい。具体的には、例えば、光源から出射する所定のピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１０１の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明における発光層は、例えば有機ＥＬ発光物質を含む有機ＥＬ発光層であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例の波長可変光源を示す模式的断面図である。ガラスからなる基板１の上には、第１電極２としてスパッタリング法により金（ｇｏｌｄ）の薄膜（厚さ２００ｎｍ）が形成されている。第１電極２の上には、屈折率変調手段としての光透過性の圧電体薄膜３（厚さ５０ｎｍ）が、アルゴンと窒素からなる雰囲気中の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマによる反応性スパッタリング法により形成されている。圧電体薄膜３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成されている。圧電体薄膜３の上には、第２電極４としてスパッタリング法によりＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）（厚さ５０ｎｍ）の透明性導電薄膜が形成されている。
【００１９】
第２電極４の上には、以下に示す化学構造を有するフタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層５（厚さ９ｎｍ）が形成されている。
【００２０】
【化１】
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【００２１】
正孔注入層５の上には、以下に示す化学構造を有する４，４’−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＮＰＢ）からなる正孔輸送層６（厚さ３０ｎｍ）が形成されている。
【００２２】
【化２】
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【００２３】
正孔輸送層６の上には、炭素原子間結合を有する発光性物質である、以下に示す化学構造を有するａｌｕｍｉｎｕｍｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）（Ａｌｑ）からなる発光層７（厚さ１５０ｎｍ）が形成されている。
【００２４】
【化３】
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【００２５】
発光層７の上には、フッ化リチウム（ＬｉＦ）からなる電子注入層１０（厚さ１ｎｍ）が形成されている。電子注入層１０の上には、光半透過性の第３電極１１として、インジウムを２０質量％含むマグネシウム合金（Ｍｇ：Ｉｎ）からなる層（厚さ１０ｎｍ）が形成されている。第３電極１１の上には、光透過性の補助電極１２として、ＩＴＯの薄膜（厚さ１３６ｎｍ）がスパッタリング法により形成されている。第３電極１１と補助電極１２から複合電極が構成されている。
【００２６】
正孔注入層５、正孔輸送層６、発光層７、電子注入層１０、第３電極１１はいずれも真空蒸着法により形成されている。
なお、ＣｕＰｃの簡略化した分子式はＣ３２Ｈ１６Ｎ８Ｃｕであり、そのモル質量は５７６．０８ｇ／ｍｏｌである。ＮＰＢの簡略化した分子式はＣ４４Ｈ３２Ｎ２であり、そのモル質量は５８８．７５ｇ／ｍｏｌであり、融点は２７７℃、ガラス転移温度は９６℃、イオン化ポテンシャルは５．４ｅＶ、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のエネルギーギャップは３．１ｅＶである。Ａｌｑの簡略化した分子式はＣ２７Ｈ１８Ｎ３Ｏ３Ａｌであり、そのモル質量は４５９．４３１８ｇ／ｍｏｌであり、融点は存在せず、熱分解温度は４１２℃、ガラス転移温度は１７５℃、イオン化ポテンシャルは５．７ｅＶ、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のエネルギーギャップは２．７ｅＶである。
【００２７】
上記各層の材質、屈折率、実膜厚、及び光学的膜厚を表１に示す。なお、光学的膜厚は、屈折率と実膜厚の積として求められる値である。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１において、２ａは第１電極２の端面の位置を示しており、７ａは発光層７の端面の位置を示しており、１１ａは第３電極１１の端面の位置を示している。本実施例において、第１電極２及び第３電極１１は、発光層７を挟む両側に設けられており、それぞれ主反射器を構成している。そして、これらの主反射器によりファブリーペロー型の光共振器が構成されている。また、圧電体薄膜３に第１電極２と第２電極４から電圧を印加することにより、圧電体薄膜３の厚さを変化させ、その屈折率を変化させることができる。従って、圧電体薄膜３の屈折率を変化させることにより、第１電極２と第３電極１１からなる光共振器の光路長を変化させることができる。光共振器の光路長が変化させることにより、この光共振器から出射する光の波長ピークを変化することができる。
【００３０】
表２に、本実施例における主反射器間の光路長すなわち第１電極の端面２ａと第３電極の端面１１ａの間の光路長、第１電極の端面２ａと発光層の端面７ａの間の光路長、第１の電極の端面２ａと発光層中の発光が最も強く起こっている領域の中心（以下、「発光領域」という）の間の光路長、発光層の端面７ａと第３電極の端面１１ａの間の光路長、発光領域と第３電極の端面１１ａの間の光路長、及び補助電極１２内の光路長を示す。なお、本明細書において、設計ピーク波長とは、圧電体膜３に電圧を印加しない場合の光源からの発光ピーク波長である。また、本実施例において、発光層の発光領域は、発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．７ｎｍ内側の位置に存在している。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２に示した光路長は、表１に示す所定の各層の光学的膜厚を合計することにより求められる値である。なお、発光領域を一端とする光路長については、発光領域が発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．７ｎｍ内側に位置しているので、この光学的膜厚２．７ｎｍを考慮することにより求められる。また、発光領域に近い発光層の端面は端面７ａであるので、この端面７ａを一端とする光路長を求めている。
【００３３】
表２に示すように、主反射器間の光路長（第１電極の端面２ａ〜第３電極の端面１１ａの光路長）は、設計ピーク波長の２分の１の自然数倍とほぼ等しくなっている。このため、設計ピーク波長の光は、光共振器と位相が合致し、光波の干渉が強め合う結果、設計ピーク波長に合致した光の放出が選択的に増強されるようになる。このため、光源から放出される発光ピークの形状が先鋭化され、半値幅が減少するようになる。
【００３４】
また、発光領域と主反射器の間の光路長（第１電極の端面２ａ〜発光領域の光路長及び発光領域〜第３電極の端面１１ａの光路長）も、設計ピーク波長の２分の１の自然数倍とほぼ等しくなっており、設計ピーク波長と位相が合致するため、設計ピーク波長に合致した光の放出がさらに選択的に増強される。
【００３５】
また、第１電極の端面２ａ〜発光層の端面７ａの光路長は、設計ピーク波長の自然数倍の２００分の１０１〜２００分の８８の範囲内となっている。発光層の端面７ａ〜第３電極の端面１１ａの光路長は、設計ピーク波長の自然数倍の２００分の９９〜２００分の１１２の範囲内となっている。
【００３６】
補助電極１２内の光路長は、設計ピーク波長の２分の１の自然数倍とほぼ等しくなっており、設計ピーク波長と位相が合致するため、設計ピーク波長に合致した光の放出がさらに選択的に増強される。
【００３７】
本実施例の光源の第１電極と第２電極とを電気的に短絡して制御電圧Ｖｃを零とし、第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な発光面の正面軸上から観測した場合（観測角度θ＝０の場合）、発光ピーク波長５２５ｎｍ、発光ピークの半値幅４０ｎｍの緑色発光がみられた。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長４９３ｎｍ、発光ピークの半値幅３０ｎｍの緑色発光がみられた。角度θが３０度の時、発光ピーク波長４５０ｎｍ付近とみられる弱い青緑色発光がみられた。角度θが３５度以上の時には殆ど発光がみられなかった。
【００３８】
次に、第１電極と第２電極との間の制御電圧として２００Ｖの交流電圧を印加しながら、第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な発光面の正面軸上から観測した場合（観測角度θ＝０の場合）、発光ピーク波長がシフトして５２１ｎｍとなり、発光ピークの半値幅４０ｎｍの緑色発光がみられた。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長４８９ｎｍ、発光ピークの半値幅２５ｎｍの緑色発光がみられた。角度θが３０度の時、発光ピーク波長４５０ｎｍ付近とみられる極弱い青緑色発光がみられた。角度θが３５度以上の時には全く発光がみられなかった。
【００３９】
次に、第１電極と第２電極との間に電圧２００Ｖの直流電圧を印加しながら、第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な発光面の正面軸上から観測した場合（観測角度θ＝０の場合）、発光ピーク波長がシフトして５１５ｎｍとなるのが観測された。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長４８４ｎｍ、発光ピークの半値幅２０ｎｍの緑色発光がみられた。角度θが３０度以上の時には殆ど発光がみられなかった。
【００４０】
（比較例１）
実施例１において、第１電極２及び圧電体薄膜３を形成せずに、基板１上に直接第２電極４を形成し、その上に実施例１と同様にして各層を形成して比較の光源を作製した。各層の構成及び膜厚は実施例１と同様にした。
【００４１】
この比較の光源の第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、発光ピーク波長５３３ｎｍ、発光ピークの半値幅８０ｎｍの緑色発光が得られ、発光強度は実施例と比較して４割未満で弱かった。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが０度乃至７５度の範囲で、発光ピーク波長に変化は見られなかった。角度θが７５度を超えた場合、発光スペクトルの測定は困難であったが、ほぼ真横から見ても発光色に変化は見られなかった。
【００４２】
（実施例２）
図２は、本実施例の波長可変光源を示す模式的断面図である。基板１としてのサファイア基板の（１１０）面上に、第１電極２としてスパッタリング法により金（ｇｏｌｄ）の薄膜（厚さ５０ｎｍ）を形成した。次に、第１電極２の上に、圧電体薄膜３として、アルゴンと酸素からなる雰囲気中の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマによる反応性スパッタリング法により、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の薄膜（厚さ７４ｎｍ）を形成した。圧電体薄膜３の上に、第２電極４として、ＩＴＯ薄膜（厚さ５０ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。
【００４３】
第２電極４の上に、実施例１と同様の正孔注入層５及び正孔輸送層６を形成した。
正孔輸送層６の上に、発光層７として、Ａｌｑを９２．５質量％、以下に示す化学構造を有する５，６，１１，１２−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｃｅｎｅ（ルブレン）を５質量％、以下に示す化学構造を有する２−ｍｅｔｈｙｌ−６−［２−（２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１Ｈ，５Ｈ−ｂｅｎｚｏ［ｉｊ］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−９−ｙｌ）ｅｔｈｅｎｙｌ］−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ］ｐｒｏｐａｎｅ−ｄｉｎｉｔｒｉｌｅ（ＤＣＭ２）を２．５質量％含む混合物発光層（厚さ３５ｎｍ）を形成した。
【００４４】
【化４】
2004006272.tif 000008
【００４５】
【化５】
2004006272.tif 000009
【００４６】
ルブレンの簡略化した分子式はＣ４２Ｈ２８であり、そのモル質量は５３２．６８ｇ／ｍｏｌである。また、ＤＣＭ２の簡略化した分子式はＣ２３Ｈ２１ＯＮ３であり、そのモル質量は３５５．４３ｇ／ｍｏｌである。
【００４７】
発光層７の上に、電子輸送層９として、Ａｌｑの純物質からなる層（厚さ１４２ｎｍ）を形成した。電子輸送層９の上に、電子注入層１０として、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなる層（厚さ６ｎｍ）を形成した。
【００４８】
電子注入層１０の上に、第３電極１１として、銀層（厚さ１０ｎｍ）を形成し、さらにその上に、補助電極１２として、ＩＴＯ層（厚さ１６８ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。正孔注入層５、正孔輸送層６、発光層７、電子輸送層９、電子注入層１０、第３電極１１はいずれも真空蒸着法により形成されている。
【００４９】
上記各層の材質、屈折率、実膜厚、及び光学的膜厚を表３に示す。
【００５０】
【表３】
2004006272.tif 000010
【００５１】
表２と同様に、表４に本実施例における光路長を示す。本実施例の設計ピーク波長は６２０ｎｍであり、発光領域は発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．９ｎｍ内側に位置している。
【００５２】
【表４】
2004006272.tif 000011
【００５３】
表４に示すように、本実施例においても、実施例１と同様に、各光路長は設計ピーク波長の２分の１の自然数倍とほぼ等しくなっている。
本実施例の光源の第１電極と第２電極とを電気的に短絡し、第２電極と第３電極との間に１５Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、発光ピーク波長６２０ｎｍ、発光ピークの半値幅６０ｎｍの赤色発光が得られた。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長５８５ｎｍ、発光ピークの半値幅５０ｎｍの黄色発光がみられた。角度θが３０度の時、発光ピーク波長５４０ｎｍ付近とみられる極弱い緑色発光がみられた。角度θが３５度以上の時には全く発光がみられなかった。
【００５４】
次に、第１電極と第２電極との間に電圧２００Ｖの交流電圧を印加しながら、第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、交流電圧の印加に対応して発光ピーク波長がシフトして６１１ｎｍとなるのが観測された。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長５７４ｎｍ、発光ピークの半値幅４５ｎｍの黄色発光がみられた。角度θが３０度の時、発光ピーク波長５３０ｎｍ付近とみられる極弱い緑色発光がみられた。角度θが３５度以上の時には全く発光がみられなかった。
【００５５】
（比較例２）
実施例２において、第１電極２及び圧電体薄膜３を形成せずに、基板１上に直接第２電極４を形成し、その上に実施例２と同様の各層を形成し、比較の光源を作製した。なお、各層の構成及び膜厚は実施例２と同様にした。
【００５６】
この光源の第２電極と第３電極との間に１５Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光ピーク波長６４５ｎｍ、発光ピークの半値幅１００ｎｍのややオレンジ色味を帯びた赤色発光が得られ、発光強度は実施例と比較して４割未満で弱かった。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが０度乃至７５度の範囲で、発光ピーク波長に変化は見られなかった。角度θが７５度を超えた場合、発光スペクトルの測定は困難であったが、ほぼ真横から見ても発光色に変化は見られなかった。
【００５７】
（実施例３）
図３は、本実施例の波長可変光源を示す模式的断面図である。基板１としてのサファイア基板の（１１０）面の上に、第１電極２として、金の薄膜（厚さ５０ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。次に、この上に圧電体薄膜３として、実施例２と同様の反応性スパッタ法により、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の薄膜（厚さ５０ｎｍ）を形成した。次に、この上に第２電極４として、ＩＴＯ薄膜（厚さ４８ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。次に、ＮＰＢからなる正孔輸送層６（厚さ２０ｎｍ）を形成した。
【００５８】
正孔輸送層６の上に、発光層７として、以下に示す化学構造を有する４，４’−ｂｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰ）を９４質量％、以下に示す化学構造を有するｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）ｂｉｓ（４，６−ｄｉｆｌｕｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）−ｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ−Ｎ，Ｃ２’）ｐｉｃｏｌｉｎａｔｏ（ＩｒＸ）を６．０質量％含む混合物発光層（厚さ３０ｎｍ）を形成した。
【００５９】
【化６】
2004006272.tif 000012
【００６０】
【化７】
2004006272.tif 000013
【００６１】
次に、発光層７の上に、以下に示す化学構造を有する２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（ＢＣＰ）からなる正孔阻止性電子輸送層８（厚さ１０ｎｍ）を形成した。
【００６２】
【化８】
2004006272.tif 000014
【００６３】
次に、Ａｌｑからなる電子輸送層９（厚さ８５ｎｍ）を形成し、さらにその上にＬｉ２Ｏからなる電子注入層１０（厚さ６ｎｍ）を形成した。上記各層６，７，８，９，１０は、いずれも真空蒸着法により形成した。
【００６４】
次に、Ａｇからなる第３電極１１（厚さ１０ｎｍ）及びＩＴＯからなる補助電極１２（厚さ１１７ｎｍ）を順次スパッタリング法により形成した。
なお、ＣＢＰの簡略化した分子式はＣ３６Ｈ２４Ｎ２であり、そのモル質量は４８４．６０ｇ／ｍｏｌである。ＢＣＰの簡略化した分子式はＣ２６Ｈ２０Ｎ２であり、そのモル質量は３６０．４５ｇ／ｍｏｌである。ＩｒＸの簡略化した分子式はＣ２８Ｈ１６Ｎ３Ｏ２Ｉｒであり、そのモル質量は５０２．４４ｇ／ｍｏｌである。
【００６５】
上記各層の材質、屈折率、実膜厚、及び光学的膜厚を表５に示す。
【００６６】
【表５】
2004006272.tif 000015
【００６７】
本実施例の波長可変光源の設計ピーク波長は４７０ｎｍである。また発光領域は、発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．３ｎｍ内側に位置している。
実施例１の表２と同様にして、本実施例における各光路長を表６に示す。
【００６８】
【表６】
2004006272.tif 000016
【００６９】
表６に示すように、各光路長は、設計ピーク波長の２分の１の自然数倍とほぼ等しくなっている。
本実施例の光源の第１電極と第２電極とを電気的に短絡し、第２電極と第３電極との間に１２Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、発光ピーク波長４７０ｎｍ、発光ピークの半値幅３５ｎｍの青色発光が得られた。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長４４１ｎｍ、発光ピークの半値幅３０ｎｍの青色発光がみられた。角度θが３０度の時、発光スペクトルの測定は困難で極弱い青色発光がみられた。角度θが３５度以上の時には全く発光がみられなかった。
【００７０】
次に、第１電極と第２電極との間に電圧２００Ｖの交流電圧を印加しながら、第２電極と第３電極との間に１４Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、交流電圧の印加に対応して発光ピーク波長がシフトして４６５ｎｍとなるのが観測された。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが２０度の時、発光ピーク波長４３７ｎｍ、発光ピークの半値幅２０ｎｍの青色発光がみられた。角度θが３０度以上の時には全く発光がみられなかった。
【００７１】
（比較例３）
実施例３において、第１電極２及び圧電体薄膜３を形成せずに、基板１上に直接第２電極４を形成し、その上に実施例３と同様に各層を形成して比較の光源を作製した。各層の構成及び膜厚は実施例３と同じにした。
【００７２】
この光源の第２電極と第３電極との間に１２Ｖの直流電圧を印加して電流を流したところ、発光面の法線と平行な光源の正面軸上から観測した場合、発光ピーク波長４８０ｎｍ、発光ピークの半値幅７０ｎｍのかなり水色味を帯びた青色発光が得られ、発光強度は実施例と比較して４割未満で弱かった。第２電極と第３電極との間に印加する電圧を変化させても、発光ピーク波長に変化は見られなかった。発光面の法線から角度θ傾いた方向から観測した場合、角度θが０度乃至７５度の範囲で、発光ピーク波長に変化は見られなかった。角度θが７５度を超えた場合、発光スペクトルの測定は困難であったが、ほぼ真横から見ても発光色に変化は見られなかった。
【００７３】
図４は、本発明の波長可変光源を用いた高速光通信システムを説明するための模式図である。図４に示すように、本発明に従う波長可変光源２０ａが複数設けられて送信デバイス２０を構成している。また、各波長可変光源２０ａに対応した箇所にフォトダイオード２１ａが複数設けられており、受信デバイス２１を構成している。波長可変光源２０ａの屈折率変調手段に電気信号に対応した電圧変化を与えることにより、波長可変光源２０ａから出射される発光スペクトルの波長を変化させることができる。この発光スペクトルの変化をフォトダイオード２１ａで受光することにより、波長可変光源２０ａからの光信号を電気信号に変換することができる。
【００７４】
図４に示した高速光通信デバイスは、本発明の波長可変光源を用いた通信デバイスの一例であり、本発明の波長可変光源は図４に示すデバイスに限定されるものではない。
【００７５】
（実施例４）
実施例１と同様のプロセスで、表７に示す構造の光源を作製した。
【００７６】
【表７】
2004006272.tif 000017
【００７７】
本実施例の設計ピーク波長は５８０ｎｍであり、発光領域は発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．７ｎｍ内側に位置している。
【００７８】
（実施例５）
実施例２と同様のプロセスで、表８に示す構造の光源を作製した。
【００７９】
【表８】
2004006272.tif 000018
【００８０】
本実施例の設計ピーク波長は７２０ｎｍであり、発光領域は発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．９ｎｍ内側に位置している。
【００８１】
（実施例６）
ガラス基板１上に屈折率が異なる誘電体層２４〜２１を積層して誘電体多層膜ミラーとした。電極２として、ＩＴＯ層をスパッタリング法で形成した。
【００８２】
その後、実施例５と同様のプロセスで、表９に示す構造の光源を作製した。
【００８３】
【表９】
2004006272.tif 000019
【００８４】
本実施例の設計ピーク波長は７２０ｎｍであり、発光領域は発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．９ｎｍ内側に位置している。
【００８５】
（実施例７）
石英ガラスを基板１とし、真空中で銀の薄膜を電子ビーム加熱法で蒸着し、電極２ｂとした。
【００８６】
次に、電極２ｂの上に、圧電体薄膜３ｂとして、酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマパルスレーザーを用いたレーザーアブレーション法により形成した。この際、酸素の分圧は１０−６Ｐａ〜１０−７Ｐａとし、基板の温度は６００℃とした。基板の温度は、５００℃〜７００℃の範囲で変更可能であった。この酸化亜鉛（ＺｎＯ）層をＸ線回折法で分析したところ、酸化亜鉛のｃ軸が基板面垂直方向に整列していることが確認された。
【００８７】
次に、圧電体薄膜３ｂ上に、補助電極２ｃとして、ＩＴＯ層をスパッタリング法で形成した。
次に、補助電極２ｃ上に、第１電極２として、銀の薄膜をスパッタリング法で形成した。
【００８８】
次に、電極２上に、圧電体薄膜３として、酸化亜鉛層を上記と同様のレーザーアブレーション法により形成した。
次に、圧電体薄膜３上に、電極４として、ＩＴＯ層をスパッタリング法で形成した。
【００８９】
その後、実施例３と同様のプロセスで、表１０に示す構造の光源を作製した。発光層７に用いるＩｒＸの代わりに、以下に示す化学構造を有するレニウムの有機金属化合物ＲｅＸを用いた。
【００９０】
【化９】
2004006272.tif 000020
【００９１】
【表１０】
2004006272.tif 000021
【００９２】
本実施例の設計ピーク波長は５３０ｎｍであり、発光領域は発光層の端面７ａから光学的膜厚で２．０ｎｍ内側に位置している。
【００９３】
（発光特性）
上記各実施例及び各比較例の発光特性を、表１１〜表１４に示す。
【００９４】
【表１１】
2004006272.tif 000022
【００９５】
【表１２】
2004006272.tif 000023
【００９６】
【表１３】
2004006272.tif 000024
【００９７】
【表１４】
2004006272.tif 000025
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に従えば、有機ＥＬ素子などの有機物質を発光させる光源において、発光スペクトル幅が狭く、発光波長を容易に可変することができる。従って、本発明の波長可変光源は、高速光通信等の用途に用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う実施例の波長可変光源を示す模式的断面図。
【図２】本発明に従う実施例の波長可変光源を示す模式的断面図。
【図３】本発明に従う実施例の波長可変光源を示す模式的断面図。
【図４】本発明の波長可変光源を用いた高速光通信システムを示す模式図。
【符号の説明】
１…基板
２…第１電極
２ａ…第１電極の端面
３…圧電体薄膜
４…第２電極
５…正孔注入層
６…正孔輸送層
７…発光層
７ａ…発光層の端面
８…正孔阻止性電子輸送層
９…電子輸送層
１０…電子注入層
１１…第３電極
１１ａ…第３電極の端面
１２…補助電極
２０…送信デバイス
２０ａ…波長可変光源
２１…受信デバイス
２１ａ…フォトダイオード
【図１】
2004006272.tif 000026
【図２】
2004006272.tif 000027
【図３】
2004006272.tif 000028
【図４】
2004006272.tif 000029