(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の共振器構造体と、
前記一対の共振器構造体の間に位置し、少なくとも一対の電極を介する電流注入によって面発光し得る有機材料からなる有機活性層、
とを有する有機発光素子であって、
前記一対の共振器構造体の、前記有機活性層側の一方かつ同一の面に、対向する前記一対の電極からなる電極パターンが形成され、
この電極パターンの前記一対の電極のうちの一方の電極である円形の電極の先端部を、前記一対の電極のうちの他方の電極である環状の電極の先端部が囲うように、前記の電極パターンが形成されてなることを特徴とする、有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子に関し、特に有機材料からなる活性層への電流注入によって効率的な面発光が可能な有機発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に発光素子は、光学的には、発光ダイオードおよび半導体レーザに分類することができる。また、光の発光形態に着目すると、従来から多く開発されている、基板に対して平行に光が入出射される導波路形発光素子と、基板に垂直に光が入出力される面発光素子に大別することができる。
【０００３】
従来知られている面発光素子は、その活性材料層は無機半導体材料からなり、エピタキシャル成長技術を用いて形成されている。このような従来の結晶成長技術を用いた発光素子の製造においては、成長中のウエハ等のクラッキングの発生を防止するために、結晶成長を厳格に制御する必要があり、したがってこのような制限された製造工程の制約によって発光波長は比較的狭い帯域に制限されるという問題がある。
【０００４】
一方、有機材料を用いた発光素子としては、ホール注入領域と活性領域と電子注入領域からなる積層断面構造を有するデバイスが提案されている（Science, Vol. 289 (2000), p599, J.H. Schon, Ch. Kloc, A. Dodabalapur, B. Batlogg)。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の面発光素子は、その殆どが無機半導体を用いた無機発光素子であり、その製造工程は煩雑かつ厳格な制御を要し発光波長も勢い制限されるという問題がある。また、従来、有機系材料を用いて電流注入によって効率的に面発光する有機発光素子は未だ知られていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電流注入によって効率的に面発光することができ、特に高利得特性が要求される面発光レーザに好適な有機発光素子を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る有機発光素子は、一対の共振器構造体と、前記一対の共振器構造体の間に挟持され、少なくとも一対の電極を介する電流注入によって面発光し得る有機材料からなる有機活性層とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の好ましい態様においては、上記共振器構造体が分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層からなる。
【０００９】
さらに、本発明の好ましい態様においては、上記一対の共振器構造体の、有機発光層側の両方の面に、電極パターンが形成されてなる。
【００１０】
さらに本発明の別の好ましい態様においては、有機活性層側の一方の面のみに、電極パターンが形成されてなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による有機発光素子は、本質的に、一対の共振器構造体と、前記一対の共振器構造体の間に挟持され、少なくとも一対の電極を介する電流注入によって面発光し得る有機材料からなる有機活性層とを有してなる。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
【００１３】
図１の断面図に示されているように、本発明による有機発光素子は、一対の光透明基材１ａおよび１ｂの各々に共振器構造体２ａ、２ｂがそれぞれ積層され、この例の場合は、共振器構造体の双方の表面に電極パターン３ａ、３ｂが形成されている。さらにこの一対の電極を介する電流注入によって面発光し得る有機材料からなる有機活性層４が共振器構造体２ａ、２ｂ間に挟持されている。
【００１４】
透明基材としては、ガラス、サファイア、シリカ等の光透過性材料が用いられ得る。
【００１５】
共振器構造体は、有機活性層において発生した光を閉じ込め増幅するものであって、本発明の好ましい態様においては、高反射率を有する反射鏡が用いられ、具体的には、分布反射特性を有する分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector））が特に好ましく用いられ得る。
【００１６】
本発明においては、上記のような共振器構造体の表面に電極パターンが形成され、この電極パターンから有機活性層に電流注入が行われる。この電極の形成パターンとしては、一対の共振器構造体の、有機活性層側の両方の面に、電極パターンが形成される場合と、一対の共振器構造体の、有機活性層側の一方の面のみに形成される場合があり得る。
【００１７】
図２は、前者の一対の共振器構造体の両面にそれぞれ電極パターンを形成した場合の例である。すなわち、この好ましい具体例においては、共振器構造体２ａおよび２ｂの表面に平行線状の電極パターンが形成され、これら電極パターン３ａと３ｂの平行線パターンは相互に直交して格子模様を構成するように形成されている。図３は、この場合の電極パターンの例である。尚、図３には、図２中の電極パターン３ｂが示されており、電極は３０ｂで示されている。このような態様においては、相互に直交する電極の交点に位置する部分の有機活性層が発光することになる。したがって、このような電極パターンによれば、アドレス指定の可能な面発光素子を構成することができる。この態様においては、たとえば隣接する電極間の離間距離を１０μｍ程度に調整することによって、５μｍ以下の発光領域になるように電界を印加することができる。
【００１８】
図４および図５は、一対の共振器構造体の一方の面のみに電極パターンを形成する場合の当該電極パターンの好ましい具体例を示すものである。図４の例の場合は、一対の電極（即ち、４０ａと４０ｂとからなる一対の電極）は基材の端部から中央部分に向かって伸び、互いに対向する電極先端部（即ち、４１ａと４１ｂ）の間隙（即ち、４１ａと４１ｂとの間の間隙）は目的とする光発光領域の面積に応じて調整され得る。通常、この間隙距離が短い程、光発光領域面積は減少し、必要な電流を低減させることができることから高効率の発光が可能となる。
【００１９】
図５は、片面電極パターンの別の好ましい具体例であり、この例の場合は、対向する電極５０ａ、５０ｂの電極先端部５１ａ、５１ｂの形状が、図示のように、円形の一方の電極先端部５１ａを他方の環状の電極先端部５１ｂで囲うように形成されている。この態様においては、外環形状を構成する電極５０ｂよりも円形の内部側電極５０ａの電位を負に設定することによって、円形部分で発光を生じさせることができる。これは電子注入に対するショットキー障壁がホール注入の場合よりも高いことに起因するものであり、したがって、電位バイアスを上記と逆に設定した場合は、外環部分で発光が生じる。
【００２０】
本発明において、電極パターンは上記の例に限定されるものではなく、効率的な面発光が実現できる限りににおいて改変することが可能である。
【００２１】
上記のように本願発明においては、電極パターンを適宜選択することによって、素子の使用目的に応じて所望の発光パターンを生じさせることができるので有利である。
【００２２】
これら電極パターンを構成する材料としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）やＺｎＯ：Ａｌ（アルミド材料）などの透明導電材料が用いられ得る。
【００２３】
上記のような電極パターンは、常法に従って、フォトリソグラフィー法等のパターン形成技術を用いて形成することができる。たとえば、ＤＢＲ表面にスパッタリングによって透明導電材料層を形成したのちレジストを塗布してパターン露光しエッチングによって所定パターンの電極を形成することができる。
【００２４】
本発明において共振器構造体に挟持される有機活性層は、一対の電極を介して電流注入によって面発光し得る有機化合物からなる。
【００２５】
さらに具体的には、本発明における有機活性層は、好ましくは、ホール注入領域、活性領域および電子注入領域の３層構造からなる。ここで、ホール注入領域ならびに電子注入領域はそれぞれが１層以上の複数層構造からなることもできる。
【００２６】
ホール注入領域としては、ＰＰＶ（ポリ（ｐ−フェニレン−ビニレン））、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ルブレン、ＰＤＰＡ−Ｃｚ（ポリ[１−（ｐ−ｎ−カルバゾールフェニル）−２−フェニルアセチレン]）、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルベンジヂン）などが好ましく用いられる。
【００２７】
また、電子注入領域としては、ＰＰＱ（ポリフェニルキノクサリン）、ＰＢＤ（２−（４‘−ビフェニル）−５−（４“−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール）、キナクリドンなどが好ましく用いられ得る。
【００２８】
さらに、活性領域を構成する有機化合物としては、ポリ（２−ブチル，５−（２’−エチルヘキシル）−１，４−フェニレンビニレン）、ポリメチルグルタリミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、トリス（８−キノリンオレート）アルミニウム、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル、ベンゾシクロブテン、２−（４−ビフェニル）−５−（４−tert−ブチルフェニル）−１，２，４−オキサジアゾール、２，５−ジオクチルオキシポリ（ｐ−フェニレン−ビニレン）、ポリアニリン、ラダー型ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（２，５−ビス（コレスタノキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン、ポリ（２，５−ビス（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン、ポリ（２−メトキシー５−（３’−オクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン、ポリ（９−ヘキシル−９−（２’−エチル−へキシル）−フルオレン−２，７−ジイル）、ポリ（９，９−ビス（３，６−ジオキサオクチル）−フルオレン−２，７−ジイル）、ポリ（２−（６’−シアノ−６’メチル−ヘプチルオキシ）−１，４−フェニレン）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（４−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン、２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−アキサジアゾール、２−ナフチル−４，５−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−オキサゾール、フェニル置換ポリ−（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリメチルメタクリレート、９，１０−ジフェニルアントラセン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどが用いられ得る。
【００２９】
本発明においては、上記有機活性層の厚さを、素子の利得特性を実質的に低下させない範囲で所定のキャビティに適合するに充分な薄さに設定することが肝要である。具体的には、本発明の素子において、有機活性層の厚さによって表されるキャビティは下記式：
ｎ（λ／２）（ただし、λは発光波長、ｎは１、２、３・・・の整数）
を満足することが好ましい。
【００３０】
本発明においては、上記のような有機化合物からなる有機活性層が比較的容易に形成できることから、従来の無機発光素子に比べて容易に製造することができる。また、本発明においては、ＤＢＲのような高分布反射特性を有する反射層と特定の電極パターンと有機活性層の側面方向からの電流注入によって面発光を行うようにしたので、高利得かつ効率的な面発光を行わせることができる。したがって、本発明によれば、高利得特性が要求されるディスプレイや通信用途等に用いられる面発光レーザに好適な有機発光素子が提供される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による有機発光素子においては、一対の共振器構造体とこの共振器構造体の間に挟持され少なくとも一対の電極を介する電流注入によって面発光し得る有機活性層からなるので、高効率かつ高利得特性の面発光素子を提供することができ、産業上すこぶる有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機発光素子の断面図。
【図２】本発明の実施例に係る有機発光素子の斜視図。
【図３】本発明の実施例に係る有機発光素子の電極パターン。
【図４】本発明の実施例に係る有機発光素子の電極パターン。
【図５】本発明の実施例に係る有機発光素子の電極パターン。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ  透明基材
２ａ、２ｂ  共振器構造体
３ａ、３ｂ  電極パターン
４  有機活性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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