(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも陽極、発光層を含む有機薄膜層および陰極が形成され、有機薄膜層に陽極および陰極からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光層にて発光が生じる有機発光素子において、
陽極および陰極のうち少なくとも一方が透明であり、
前記発光層に近接して発光層よりも屈折率の高い層が形成されることにより、前記発光層で発光する光を基板表面に対して平行な方向に伝搬する光導波路が形成され、
前記光導波路の一部もしくは全体に実効屈折率が基板表面に対して平行な一定方向に周期的に変化している領域が形成されており、
伝搬光と逆方向に光が回折帰還されることにより伝搬光と帰還光が互いに共振しあう構造を有し、共振した光のうち散乱光または低次回折光が透明電極を透過して素子の外部に放出され、
前記光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長が、前記発光層が発光する可視光の波長の半分の整数倍であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
光導波路の一部もしくは全体に形成された実行屈折率が周期的に変化している領域が複数の領域に分割され、かつ、それぞれの領域が異なる周期を有することを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
【請求項３】
光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長が、発光層が発光する可視光の波長の半分であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長が、発光層が発光する可視光の波長と等しいことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
光導波路において実効屈折率の変化する領域が発光層に近接して形成されるとともに、透明電極を透過して素子の外部に放出される光が平面状であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項６】
発光層に近接して形成された発光層よりも屈折率が高い層が周期的に屈折率が変化している領域を有する透明な層であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項７】
光導波路が発光層よりも屈折率の高い透明電極を含んで形成され、かつ透明電極の組成が一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項６に記載の有機発光素子。
【請求項８】
光導波路が発光層よりも屈折率の高い透明電極を含んで形成され、かつ透明電極の厚さが一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項６に記載の有機発光素子。
【請求項９】
少なくとも陽極および陰極のうちの一方が透明であり、発光層に近接して透明電極側に発光層よりも屈折率の高い透明な層、および発光層または高屈折率層の近傍に屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が形成されており、前記発光層で発光する光を伝搬しかつその実効屈折率が基板表面の一定の方向に周期的に変化している領域を有する光導波路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
【請求項１０】
透明電極が発光層よりも屈折率が高い層でなり、かつ発光層または透明電極層の近傍に屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が形成され、発光層で発光する光を伝搬しかつその実効屈折率が基板表面の一定の方向に周期的に変化している領域を有する光導波路が形成されていることを特徴とする請求項９に記載有機発光素子。
【請求項１１】
屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が有機薄膜層を含んで形成され、かつ有機薄膜層の組成が一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が誘電体層を含んで形成され、かつ誘電体層の組成が一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が誘電体層を含んで形成され、かつ誘電体層の厚さが一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が複数の誘電体層を含んで形成され、かつ少なくとも一層の誘電体層の厚さまたは組成が一定方向に周期的に変化していることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
光導波路に形成された実効屈折率の変動周期が赤、緑、青の発光に対応する複数種であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は有機半導体を利用した有機発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化マルチメディア社会の発展に伴い、低消費電力・高画質の平板型表示素子の開発が活発化している。非発光型の液晶表示素子は低消費電力を特長としてその位置を確立し、携帯情報端末等への応用と更なる高性能化が進んでいる。一方、有機ＥＬディスプレイは自発光型であり、ディスプレイが最も一般的に使用される室内で非常に認識しやすいことから、従来のＣＲＴの代替えや、ＣＲＴでは実現困難な大画面表示や超高精細表示の実現を目標として研究開発が活発化している。既に、モノクロ（緑色、黄色）の文字数字表示は実用に近い技術レベルに達しており、今後は有機ＥＬの特徴を活かした高輝度、薄型のディスプレイの開発と動画像をも表示し得る高精細カラーディスプレイへの期待が高まりつつある。
【０００３】
１９８７年にタンらがガラス基板上に正孔注入用電極層、有機正孔輸送層、有機電子輸送性発光層、電子注入用電極層を付着形成することによりることにより、低電圧で発光する有機ＥＬが可能となることを実証して以来（参考文献：C.W.Tang et al. Appl. Phys. Lett. Vol.51, p.913 (1987)）、有機ＥＬ素子が大きく注目を浴びている。
【０００４】
タンらにより提案された従来の有機ＥＬ素子の概要を図１１を用いて説明する。
ガラス基板１１１の上に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の比較的大きなイオン化ポテンシャルを有し正孔の注入が容易な透明導電性薄膜（ＩＴＯ）でなる陽極１１２が形成されている。次にその表面のほぼ全面に正孔輸送層１１３、及び電子輸送性の発光層１１４が順に形成されている。そしてその表面に銀マグネシウム合金（ＡｇＭｇ）等の比較的低い仕事関数を有し電子の注入の容易な金属層でなる陰極１１５が形成されている。
【０００５】
電子輸送性の発光層１１４は一般的に金属に比較して低い仕事関数を有するが、ＡｇＭｇ合金等の低仕事関数を有する金属を陰極として用いることにより電子の注入とその輸送が比較的容易に実現できる。また、正孔輸送層１１３は比較的大きなイオン化ポテンシャルを有するので、金（Ａｕ）や酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等のイオン化ポテンシャルの大きな材料を陽極として用いることにより正孔の注入とその輸送が比較的容易に実現できる。そこで、陰極に対して陽極に正の直流電圧を印加することにより、陽極（ＩＴＯ）１１２から正孔輸送層１１３に正孔が注入され、また陰極１１５から電子輸送性の発光層１１４に電子が注入され、さらに正孔輸送層１１３と電子輸送性の発光層１１４の接合部近傍の発光層中でこれらが結合することにより励起子が形成され緑色の発光１１６が生じる。この発光は透明電極及び基板を通して観測がなされる。勿論、正孔輸送性の有機発光層と電子輸送性の有機層を接合させ、正孔と電子を注入・輸送することによっても発光が得られる。
【０００６】
この発光原理はガリウム砒素等で形成された無機の発光ダイオードに類似しており、ＰＮ接合のされた化合物半導体に電子と正孔を注入することにより接合部近傍で電子と正孔の再結合することによる発光と対応させることができる。そして、電子輸送層はＮ型化合物半導体、正孔輸送層はＰ型化合物半導体に対比させるさせることができる。
【０００７】
その後、青色や赤色を発光する有機半導体材料や添加物材料が開発されるとともに、カラーディスプレイを実現するためのいくつかの方式も提案され、カラーディスプレイも試作されるに至っている。
有機ＥＬでカラーディスプレイを実現する方式として次の五つの方式が提案されている。
【０００８】
（１）  赤、緑、青の発光を生じる三種類の有機発光材料を平面的に交互に配置する方法。
【０００９】
（２）  赤、緑、青の発光を生じる三種類の有機発光材料を積層する方法。
（３）  白色（広い帯域の緑）発光する有機材料と三種類の共振器構造を形成する方法。
【００１０】
（４）  白色発光する有機材料と三原色のカラーフィルタを組み合わせる方法。
【００１１】
（５）  青色発光する有機材料と三原色に変換する色変換層を組み合わせる方法。
【００１２】
ところが、それぞれの方式に大きな課題が残されている。第１の方式では、有機材料の耐水性、耐薬品性に問題があるために一度形成した有機薄膜を微細加工することは困難であり、高精細なディスプレイを実現することは非常に困難である。
【００１３】
第２の方式では、有機材料の耐熱性が不十分なために透過率の高いＩＴＯ層を積層して形成することが困難であり、更に有機ＥＬの場合陰極として仕事関数の低い金属を用いる必要があるために透過率の高い積層構造素子を形成することが不可能に近く、従ってこの方式では効率のよいカラーディスプレイを形成することは極めて困難である。
【００１４】
第３の方式では発光色が共振器を形成するための薄膜の厚さに大きく依存するために大面積にわたって均一なカラーディスプレイを実現することは非常に困難である。
【００１５】
第４及び第５の方法は高画質を実現するうえでは比較的優れているが、第４の方式ではカラーフィルタを用いるために高効率なディスプレイを実現することは不可能であり、更に現在のところ信頼性の高い白色発光材料の開発を待たざるを得ない。また。第５の方式では青から赤への光の変換効率が低く高効率、高輝度なディスプレイを実現することが困難である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来の有機発光素子においては実用的な高画質なカラーディスプレイを実現することが困難であった。
【００１７】
本発明は、新しい原理にもとづく発光波長を制御する方式を提供するとともに、新しい方式のカラーディスプレイを提供するものである。特に、従来の有機発光素子のカラー化方式を欠点を克服し、高画質、高信頼性のカラーディスプレイを実現するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の有機発光素子は基板上に少なくとも陽極、発光層を含む有機薄膜層および陰極が形成され、有機薄膜層に陽極及び陰極からそれぞれ正孔及び電子が注入されることにより発光層にて発光が生じる有機発光素子において、前記発光層に近接する領域を含んで発光層よりも屈折率の高い層を前記発光層と光学的に結合させ、かつ、前記発光層で発光する光を基板表面に対して平行な方向に伝搬させる光導波路層を形成し、この光導波路層の一部または全体に実効屈折率が基板表面に対して平行な一定方向に周期的に変化している領域が形成されている。
【００１９】
また、本発明の有機発光素子は基板上に少なくとも陽極、発光層を含む有機薄膜層および陰極が形成され、有機半導体に陽極及び陰極からそれぞれ正孔及び電子が注入されることにより発光層にて発光が生じる有機発光素子において、陽極または陰極のうち少なくとも一方が透明であり、前記発光層に近接して発光層よりも屈折率の高い層が形成されることにより、前記発光層で発光する光を基板表面に対して平行な方向に伝搬する光導波路層が形成され、前記光導波路の一部もしくは全体に実効屈折率が基板表面に対して平行な一定方向に周期的に変化している領域が形成されており、前記伝搬光と逆方向に光が回折帰還されることにより伝搬光と帰還光が互いに共振しあう構造を有し、共振した光のうち散乱光または低次回折光が透明電極を透過して素子の外部に放出される。
【００２０】
これらの構成により、単色性の優れた所望の発光波長を発光する高画質、高信頼性のカラーデイスプレイを実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板上に少なくとも陽極、発光層を含む有機薄膜層および陰極が形成され、有機薄膜層に陽極および陰極からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光層にて発光が生じる有機発光素子において、陽極および陰極のうち少なくとも一方が透明であり、発光層に近接して発光層よりも屈折率の高い層が形成されることにより、発光層で発光する光を基板表面に対して平行な方向に伝搬する光導波路が形成され、光導波路の一部もしくは全体に実効屈折率が基板表面に対して平行な一定方向に周期的に変化している領域が形成されており、伝搬光と逆方向に光が回折帰還されることにより伝搬光と帰還光が互いに共振しあう構造を有し、共振した光のうち散乱光または低次回折光が透明電極を透過して素子の外部に放出され、光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長が、発光層が発光する可視光の波長の半分の整数倍であることを特徴とする有機発光素子で、実効屈折率の周期的変化に応じた特定の波長の光が強く発光し、色純度の高い発光が得られる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の有機発光素子において、光導波路の一部もしくは全体に形成された実行屈折率が周期的に変化している領域が複数の領域に分割され、かつ、それぞれの領域が異なる周期を有するものである。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長を発光層が発光する可視光の波長の半分としたものである。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、光導波路に形成された実効屈折率変化の周期の光学長を発光層が発光する可視光の波長と等しくしたものである。これらの構成によれば、二次の回折光が共振し、一次の回折光が発光素子から放出される。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、光導波路における実効屈折率の変化する領域を発光層に近接して形成し、透明電極を透過して素子の外部に放出される光を平面状としたものである。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、発光層に近接して形成された発光層よりも屈折率が高い層が周期的に屈折率が変化している領域を有する透明な層であるものである。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の有機発光素子において、光導波路が発光層よりも屈折率の高い透明電極を含んで形成され、かつ透明電極の組成が一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の有機発光素子において、光導波路が発光層よりも屈折率の高い透明電極を含んで形成され、かつ透明電極の厚さが一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、少なくとも陽極および陰極のうちの一方が透明であり、発光層に近接して透明電極側に発光層よりも屈折率の高い透明な層、および発光層または高屈折率層の近傍に屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が形成されており、発光層で発光する光を伝搬しかつその実効屈折率が基板表面の一定の方向に周期的に変化している領域を有する光導波路が形成されていることを特徴とする有機発光素子で、実効屈折率の周期的変化に応じた特定の波長の複数種の光が強く発光し、色純度の高い複数種の発光が得られる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の有機発光素子において、透明電極が発光層よりも屈折率が高い層でなり、かつ発光層または透明電極層の近傍に屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が形成され、発光層で発光する光を伝搬しかつその実効屈折率が基板表面の一定の方向に周期的に変化している領域を有する光導波路が形成されているものである。
【００３４】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の有機発光素子において、屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が有機薄膜層を含んで形成され、かつ有機薄膜層の組成が一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の有機発光素子において、屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が誘電体層を含んで形成され、かつ誘電体層の組成が一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３６】
請求項１３に記載の発明は、請求項９に記載の有機発光素子において、屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が誘電体層を含んで形成され、かつ誘電体層の厚さが一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３７】
請求項１４に記載の発明は、請求項９に記載の有機発光素子において、屈折率が周期的に変化している領域を有する透明な層が複数の誘電体層を含んで形成され、かつ少なくとも一層の誘電体層の厚さまたは組成が一定方向に周期的に変化しているものである。
【００３８】
請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の有機発光素子において、光導波路に形成された実効屈折率の変動周期が赤、緑、青の光に対応する複数種の周期としたもので、カラー画像表示を可能としたものである。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の有機発光素子の概略原理を図１を参照しながら説明する。図１（Ａ）は発光素子の層断面図であり、図１（Ｂ）には本素子における各層の屈折率と光強度分布を示す。
【００４０】
図１(Ａ)において、１はガラス基板である。その表面には透明電極２、屈折率が発光層を含む有機半導体層よりも高くかつその屈折率が周期的に変化している透明な半導体層である周期的高屈折率層６、発光層を含む有機半導体薄膜による有機発光層４、金属電極５が順次形成されている。有機発光層４中の発光層に透明電極２及び金属電極５からキャリアが注入されることにより発光が生じる。ところが、図１(Ｂ)に示すように、有機発光層４の近傍に周期的高屈折率層６が形成されているために、発生した光は屈折率の低い両端の層、即ち有機発光層４およびガラス基板１に挟まれた周期的高屈折率層６内またはその近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光７としてガラス基板１に平行な方向に伝搬する。ところが、この光導波路には周期的高屈折率層６により一定の周期を有する屈折率分布が形成されているために、導波路中を伝搬する導波光７のうちこの周期に応じた特定の波長の光８だけが回折現象により逆方向に反射される。するとこの反射される波の波長と同一波長の伝搬光が互いに干渉しあい強め合うことになるので、特定の波長に対してガラス基板１と平行方向に共振器が形成される。その結果、有機発光層４で生じる光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光する。そして導波路型の共振器内に閉じこめられた光は導波路内の散乱によりガラス基板１を通じて基板から外部に放射される。
【００４１】
このとき、周期構造に伴う導波路の実効屈折率の変動周期の光学長が発光波長の半分の整数倍であれば低次の回折光が取り出される。たとえば発光波長とほぼ同一の場合には２次の回折光が共振し、その時１次の回折光９が基板と垂直方向に放出される。
【００４２】
本構成の発光素子においては、発光する光のスペクトルは共振波長の近傍であり極めて色純度の高い発光が得られる。従って、実効屈折率の変動周期をそれぞれ赤、緑、青等に対応させることにより、色純度の高いカラーの発光を得ることができる。
【００４３】
また一般に屈折率の周期構造を有する導波路においては伝搬する光の振動方向が周期構造と平行な波だけが回折を受けるので、この周期構造の導波路から外部に放出される光は周期構造と同一方向に偏光成分を有する光がほとんどであり、この周期構造を形成する方向を制御することにより発光の偏光方向を制御することが可能である。
【００４４】
なお、本実施例においては、有機発光層４と透明電極２の間に両者の屈折率よりも高く、かつ周期的な屈折率分布を有する周期的高屈折率層６を形成することにより特定の波長に対する光帰還性の導波路を形成しているが、高屈折率層と周期的な屈折率分布を有する層を別途形成してもよい。この構成によっても、周期的に実効屈折率が変化する光導波路を形成することができる。
【００４５】
また、本実施例においては、光導波路を形成するために透明電極２よりも屈折率の高い高屈折率層６を用いているが、必ずしも透明電極２よりも高い屈折率層を形成する必要はなく、例えば透明電極２の屈折率自体が有機発光層４よりも高ければ透明電極２を主体とする光導波路が形成される。したがって有機発光層４もしくは透明電極２の近傍に周期的な屈折率分布を有する層が形成されていれば実質的に実効屈折率に周期構造を有する光導波路が形成され、導波路型共振器が形成される。
【００４６】
また、本実施例においては、周期的な高屈折率分布を有する周期的高屈折率層６が有機発光層４と透明電極２の間に設置されているが、必ずしも有機発光層４と透明電極２の間に設置される必要はなく、例えば透明電極２とガラス基板１の間、または有機発光層４と金属電極層５の間に形成されていてもよい。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明のより具体的な素子構成を以下に説明する。第２の実施形態に係わる発光素子について図２を参照しながら説明する。
【００４８】
図２において、２１はガラス基板である。ガラス基板２１の表面には屈折率の高い２種類の誘電体、たとえば酸化チタンおよび硫化亜鉛を交互に周期的に配列した透明な誘電体層２６７が形成され、その上に更に酸化インジウム錫でなる透明電極層２２としての陽極が形成されている。透明電極層２２の表面には、正孔輸送層２３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、その上にアルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）のような有機半導体による電子輸送性の有機発光層２４および金属電極２５による陰極が順次形成され、有機発光層２４に陽極２２および陰極２５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００４９】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層２４の近傍に配置されている誘電体層２６７の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層２４およびガラス基板２１に挟まれた誘電体層２６７の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板２１に平行な方向に伝搬する。誘電体層２６７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板２１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層２４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００５０】
（実施の形態３）
実施の形態２においては誘電体層２６７が周期的な屈折率分布を形成するように形成されたが、透明電極自体が周期的な屈折率分布を有していてもかまわない。具体的な素子構成を実施の形態３として図３を参照しながら説明する。
【００５１】
図３において、３１はガラス基板で、その表面には組成比が周期的に変化している酸化インジウム錫でなる透明電極３２６７から成るな陽極が形成されている。その表面には、正孔輸送層３３としてのトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、さらに、有機半導体であるアルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline)aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層３４および金属電極３５による陰極が順次形成され、有機発光層３４に陽極３２６７および陰極３５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００５２】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層３４の近傍に配置されている透明電極３２６７の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層３４およびガラス基板３１に挟まれた透明電極３２６７の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板３１に平行な方向に伝搬する。透明電極３２６７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板３１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層２４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００５３】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係わる発光素子について図４を参照しながら説明する。
【００５４】
図４において、４１はガラス基板で、その表面には酸化インジウム錫でなる透明電極４２６７が陽極として形成されている。透明電極４２６７は周期的に厚さを変化させており、表面に周期的な凹凸構造が形成されている。透明電極４２６７の表面には、正孔輸送層４３としてのトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、その上に有機半導体であるアルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline)aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層４４、さらに、金属電極４５による陰極が順次形成されている。有機発光層４４には陽極４２６７および陰極４５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００５５】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層４４の近傍に配置されている透明電極４２６７の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層４４およびガラス基板４１に挟まれた透明電極４２６７の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板４１に平行な方向に伝搬する。透明電極４２６７の周期的な凹凸構造により周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板４１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層４４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００５６】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係わる発光素子について図５を参照しながら説明する。
【００５７】
図５において、５１はガラス基板である。ガラス基板５１上に高屈折率を有する誘電体層５６が形成され、更にその表面には酸化インジウム錫でなる透明電極５２が形成され、透明電極５２の表面に周期的な屈折率構造を有する正孔注入層５７が形成されている。正孔注入層５７の上には正孔輸送層５３としてのトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成されている。その上にさらに、有機半導体であるアルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層５４および金属電極５５による陰極が順次形成される。有機発光層５４には、陽極５２および陰極５５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００５８】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層５４の近傍に配置されている誘電体層５６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層５４およびガラス基板５１に挟まれた透明電極層５２の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光として基板に平行な方向に伝搬する。正孔注入層５７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板５１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層５４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００５９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係わる発光素子について図６を参照しながら説明する。
【００６０】
図６において、６１はガラス基板である。ガラス基板６１上に酸化インジウム錫でなる高屈折率の透明電極６２６が形成され、透明電極６２６の表面に周期的な屈折率構造を有する正孔注入層６７が形成されている。正孔注入層６７の上に正孔輸送層６３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成されている。その上に、有機半導体であるアルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層５４および金属電極６５による陰極が順次形成される。有機発光層６４には、陽極６２６および陰極６５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００６１】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層６４の近傍に配置されている透明電極６２６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層６４およびガラス基板６１に挟まれた透明電極６２６の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板６１に平行な方向に伝搬する。正孔注入層６７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板６１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層６４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００６２】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係わる発光素子について図７を参照しながら説明する。
【００６３】
図７において、７１はガラス基板である。ガラス基板７１上に互いに屈折率の異なる２つの誘電体、例えば酸化シリコンと酸化チタンを交互に周期的に繰り返した周期的屈折率構造を有する誘電体層７７および高屈折率な透明電極（酸化インジウム錫でなる透明電極）７２６が形成されている。透明電極７２６の上に正孔輸送層７３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成されている。その上に有機半導体アルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquino) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層７４、および金属電極７５による陰極が順次形成される。有機発光層７４には陽極７２および陰極７５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００６４】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層７４の近傍に配置されている透明電極７２６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層７４およびガラス基板７１に挟まれた透明電極層７２６の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板７１に平行な方向に伝搬する。誘電体層７７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板７１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層７４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００６５】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係わる発光素子について図８を参照しながら説明する。
【００６６】
図８において、８１はガラス基板である。ガラス基板８１上に誘電体８７が形成されその表面に凹凸構造が施されている。この凹凸構造を覆って高屈折率を有する透明電極８２６が被覆されている。透明電極８２６上には正孔輸送層８３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、さらにその上に有機半導体アルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層８４および金属電極８５による陰極が順次形成される。有機発光層８４に陽極８２６および陰極８５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００６７】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層８４の近傍に配置されている透明電極８２６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層８４およびガラス基板８１に挟まれた透明電極層８２６の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板８１に平行な方向に伝搬する。誘電体層８７に周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板８１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層８４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００６８】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係わる発光素子について図９を参照しながら説明する。
【００６９】
図９において、９１はガラス基板である。ガラス基板９１上にストライプ状に誘電体９７が形成され、その上を覆って誘電体９７とは異なる屈折率を有する誘電体９７’が被覆されている。誘電体層９７’の上に高屈折率の透明電極、たとえば酸化インジウム錫でなる透明電極９２６が形成されている。更に透明電極９２６の上に正孔輸送層９３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、さらに、有機半導体アルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層９４、および金属電極９５による陰極が順次形成される。有機発光層９４には陽極９２および陰極９５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層９４の近傍に配置されている透明電極９２６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層９４およびガラス基板９１に挟まれた透明電極層９２６の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板９１に平行な方向に伝搬する。誘電体層９７、９７’により周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板９１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層９４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。
【００７０】
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係わる発光素子について図１０を参照しながら説明する。
【００７１】
図１０において、１０１はガラス基板である。ガラス基板１０１上に互いに周期幅が異なる２つのストライプ状誘電体１０７、１１７が形成され、その上を覆ってこれらの誘電体ストライプ１０７、１１７とは異なる屈折率を有する誘電体層１２７が被覆されている。誘電体層１２７の上に高屈折率の透明電極、たとえば酸化インジウム錫でなる透明電極１０２６が形成されている。更に透明電極１０２６の上に正孔輸送層１０３としてトリフェニルジアミン（ＴＰＤ[N,N'-bis (3-methylphenyl) - (1,1'-biphenyl) - 4 , 4'-diamine] が形成され、さらに、有機半導体アルミキノリノール錯体（Alq[tris(8-hydroxyquinoline) aluminium]）でなる電子輸送性の有機発光層１０４、および金属電極１０５による陰極が順次形成される。有機発光層１０４には陽極１０２および陰極１０５からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光が生じる。
【００７２】
ここで、実施の形態１で説明したのと同じ原理で、有機発光層１０４の近傍に配置されている透明電極１０２６の屈折率が高いために、発生した光は屈折率の低い２つの層または媒体、即ち有機発光層１０４およびガラス基板１０１に挟まれた透明電極層１０２６の近傍に閉じこめられ、発生した光は導波光としてガラス基板１０１に平行な方向に伝搬する。誘電体層１０７、１１７、１２７により２つの異なる周期的屈折率分布が形成されているので、伝搬する光の導波路にはその実効屈折率に２つの異なる周期的な分布が形成される。したがって、実施の形態１で説明したように、光導波路に形成された実効屈折率の分布により、ガラス基板１０１と平行方向に光共振器が形成され、有機発光層１０４で発する光のうちこの共振器で決定される特定の波長の光だけが強く発光し、外部に放出される。このとき、光共振器は２つの異なる周期的屈折率分布を有しているので、外部に放出される光は互いに異なる波長１および波長２になり、２色の発光光を得ることができる。
【００７３】
誘電体層の周期構造にさらに異なる周期的屈折率分布を形成すれば３色の発光も可能であり、この３色を赤、青、緑に対応させれば３原色の発光が可能になり、カラーデイスプレイを実現することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、基板上に少なくとも陽極、発光層を含む有機薄膜層および陰極が形成され、有機薄膜層に陽極および陰極からそれぞれ正孔および電子が注入されることにより発光層にて発光が生じる有機発光素子において、基板表面に平行な方向に屈折率が周期構造を有する光導波路を形成し、この周期構造に対応した発光波長の光を取り出すことができる有機発光素子を提供するもので、所望の波長でしかも単色性の優れた発光をさせることができ、高画質、高信頼性のカラーデイスプレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態１に係わる発光素子の断面図
（Ｂ）各層の屈折率と光強度分布を示す図
【図２】本発明の実施の形態２に係わる発光素子の断面図
【図３】本発明の実施の形態３に係わる発光素子の断面図
【図４】本発明の実施の形態４に係わる発光素子の断面図
【図５】本発明の実施の形態５に係わる発光素子の断面図
【図６】本発明の実施の形態６に係わる発光素子の断面図
【図７】本発明の実施の形態７に係わる発光素子の断面図
【図８】本発明の実施の形態８に係わる発光素子の断面図
【図９】本発明の実施の形態９に係わる発光素子の断面図
【図１０】本発明の実施の形態１０に係わる発光素子の断面図
【図１１】従来の有機発光素子の概略構造の断面図
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１  ガラス基板
２、２２、３２６７、４２６７、５２、６２６、７２６、８２６、９２６、１０２６  透明電極
４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１０４  有機発光層
５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５、１０５  金属電極
６  高屈折率層
２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３  正孔輸送層
２６７、５６、７７、８７、９７、９７’、１０７、１１７、１２７  誘電体
５７、６７  正孔注入層、
【図１】
0003832088.tif 000002
【図２】
0003832088.tif 000003
【図３】
0003832088.tif 000004
【図４】
0003832088.tif 000005
【図５】
0003832088.tif 000006
【図６】
0003832088.tif 000007
【図７】
0003832088.tif 000008
【図８】
0003832088.tif 000009
【図９】
0003832088.tif 000010
【図１０】
0003832088.tif 000011
【図１１】
0003832088.tif 000012