有机激光器件的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2004年6月23日提交的、2005年12月27日进入中国国家阶段的、PCT 申请号为PCT/JP2004/008810、国家申请号为200480018137. 4、发明名称为"有机激光器 件"的申请之分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及使用有机材料的激光器件，特别涉及电流激励型的有机激光器件。
【背景技术】
[0003] 固体激光器具有高输出、高效率、高能量积累性、宽的波长可变特性、体积小等特 征，具有广阔的应用领域。尤其是其中的半导体激光器体积小、重量轻，且具有阈值小等大 特征。已经开发了使用无机半导体的半导体激光器，并在许多方面被实用化。
[0004] 如果可以用有机化合物实现激光振荡的话，可以使激光器具有无机半导体激光器 无法获得的特性。例如可以举出：可以基于材料的柔软性制成柔性的激光器；可以简化制 造工艺或削减成本；制造工艺多样（可以适用蒸镀法、旋转涂覆法、印刷法、浸渍涂覆法等） 等。非专利文献1总结并归纳了使用有机化合物的激光器。
[0005] 利用有机化合物光激励的激光振荡，以往给出过许多的例子。使用具有高量子效 率的荧光材料，用氮激光器等的光激励用的激光进行照射，可以比较容易地获得激光振荡。 但是，产生激光振荡所需的能量非常的大，必须具有数yj/cm 2~数百yj/cm2的能量密度。 该值有着数十W/cm2~数千W/cm 2的能量密度，假设在lcm见方的元件的情况下，必须在数 十V电压下流过10A~1000A左右的电流。
[0006] 作为使有机材料发光的典型的发光元件，已知的是有机电致发光（EL)元件。该元 件是通过在一对电极间使用有机材料来层积被称为空穴传输层、发光层、电子传输层的各 层而形成的。然后，通过在电极间施加电压向发光层中注入电子、空穴，使之发光。根据发 光层所用的材料或添加的辅助材料的种类，可以改变发光的波段，但无论如何由于波段较 宽（色纯度差），且没有方向性，所以不能作为激光使用。另外，在现有的有机EL元件中无 法流过产生激光振荡所需的高密度电流。
[0007] 非专利文献1 :尼耳?泰斯勒，"基于半导体有机材料的激光"，高等材料，1999. 11， p.363-370(Nir Tessler, "Lasers Based on Semiconducting Organic Materials", Adv. Mater. , 1999. 11, p. 363-370)
【发明内容】
[0008] 鉴于上述问题，本发明目的在于，提供一种使用有机材料作为激光介质、可电流激 励的激光器件。
[0009] 本发明是包含在注入电流时发射激光的有机化合物的有机激光器件。在本发明 中，将在一对电极间形成的以有机化合物为主要成分的薄膜总称为有机化合物层。为了使 本发明的激光器件中所用的有机化合物层可以发射激光，根据其波长来决定层积结构和各 层的膜厚。有机化合物层是通过被夹在一对电极间形成的，优选使用具有不同载流子传输 特性和发光波长的多个层来形成。另外，优选的形式是通过隔着反射体形成的一对电极的 所谓的谐振腔结构。
[0010] 本发明的有机激光器件是以通过在形成于一对电极间的有机化合物层中流过电 流从而可以发射激光的方式，由在有机化合物层内的可发光的多个层相结合而形成的。
[0011] 该有机激光器件的优选形式是，在一对电极间的该有机化合物层的两侧或一侧的 面上设置反射体，形成所谓谐振腔结构。即，优选在有机化合物层的至少一个面上设置反射 体，以使在一对电极间对有机化合物层所发出的特定波长的光形成驻波的形式。有机化合 物层的厚度优选为激光波长的1/2倍（半波长）、或者其整数倍。已知物质中的光速与真空 中的光速不同，物质中的光速是在真空中的光速乘以物质的折射率。因此，实际上，有机化 合物中的膜厚乘以折射率而得到的膜厚（以下定义为光学膜厚。即，光学膜厚=膜厚X折 射率）必须是激光半波长的整数倍。以下，膜厚单指物质的膜厚，光学膜厚指的是物质的膜 的膜厚乘以其折射率所得的膜厚。
[0012] 本发明是一种在一对电极间具有有机化合物层的有机激光器件，上述有机化合物 层发射具有多个发光峰值、且至少一个发光峰值的光谱半幅值小于等于l 0nm的光。
[0013] 本发明所用的有机化合物层是将空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、 电子注入层等适当地组合的结构。在该分类中，适于空穴迀移率等空穴传输性的层称为空 穴注入层、空穴传输层；适于电子迀移率等电子传输性的层称为电子传输层、电子注入层。 虽然分别表示为空穴注入层和空穴传输层，但在空穴传输性是特别重要的特性方面其含义 是相同的。为了便于区别，空穴注入层是与阳极一侧相结合的层，而与发光层一侧相结合的 层称为空穴传输层。另外，与阴极一侧相结合的层称为电子注入层，与发光层一侧相结合的 层称为电子传输层。在发光层兼作电子传输层的情况下，也可以称为发光性电子传输层。空 穴注入层、空穴传输层、电子注入层等都可以兼用作发光层。另外，为了改变发光颜色，在发 光层中可以适用金属络合物、或含有有机色素材料以及各种衍生物等的材料。
[0014] 当使用上述有机化合物层的层积结构时，通过从阴极注入的电子与从阳极注入的 空穴在发光层中再复合而形成激子，在激子返回基态时放出光的所谓电致发光来获得发 光。在本发明中，通过形成与发光层相结合的空穴传输层，以使发射波长小于由电流注入 而使发光层所发射的光的波段、峰值波长的光谱半幅值小于等于l〇nm的光，也可以产生激 光。
[0015] 本发明是一种有机激光器件，具有设置在一对电极间的有机化合物层，该有机化 合物层通过电子注入来发射峰值波长的光谱半幅值小于等于l〇nm的光；在发光峰值处对 应于电流密度的发光强度的变化可以由斜率不同的两个线性区域区分，斜率大的区域比斜 率小的区域的电流密度高。尤其是，本发明的特征在于，斜率不同的两个线性区域相交处的 电流密度（以下，记述为阈值）在5mA/cm 2~20mA/cm2之间。另外，其特征还在于，直到有机 化合物层中注入的电流密度达到阈值为止，发光峰值的光谱半幅值的变化大于等于20%。
[0016] 根据上述本发明的构成，可以得到使用有机材料作为激光介质、可电流激励的激 光器件。
[0017] 这里，构成有机化合物层的第1层的物质优选空穴迀移率大于等于l(T6cm 2/V *sec 材料，例如 4,4'_ 双[N-(l-萘基）-N-苯胺]联苯（4,4'-bis[N-(l-naphthyl)-N-phenyl-a mino]biphenyl)(以下，用a -NPB表示）、或4,4'，4"_三（N，N-二苯胺）三苯胺（以下，用 TDATA表示）、4,4'_双[N-(3-甲基苯）-N-苯胺]联苯（以下，用TH)表示）、4,4'，4"_三 (N-咔唑基）三苯胺（以下，用TCTA表示）等。但也可以是上述列举的以外的物质。
[0018] 作为构成第2层的物质，优选电子迀移率大于等于l(T8cm2/V ? sec的材料，例如 以三（8-羟基喹啉）铝（以下用Alq3表示）为代表的具有喹啉构架或苯基喹啉构架的金 属络合物或其混合配合基络合物等。除金属络合物外，还可以使用2-(4-联苯）-5-(4-叔 丁基苯基）-1，3,4_噁二唑（以下用PBD表示）、1，3_双[5-(p-叔丁基苯基）-1，3,4_噁 二唑-2-基]苯（以下用OXD-7表示）等的噁二唑衍生物；3-(4_叔丁基苯基）-4_苯 基-5_(4-联苯）-1，2,4_三唑（以下用TAZ表示）、3-(4_叔丁基苯基）-4-(4_乙基苯 基）-5_(4_联苯）-1，2,4_三唑（以下用p-EtTAZ表示）等的三唑衍生物；红菲咯啉（以 下表示为BPhen)、浴铜灵（八y _ 1 7° 口 〇 )(以下表示为BCP)等的菲咯啉衍生物；4， 4' -(N-咔唑基）联苯（以下，用CBP表示）。但是，也可以是上述列举的以外的物质。
[0019] 另外，第1层和第2层中的任一层或者二者也可以是包含无机化合物的层。
[0020] 利用本发明，可以使用有机材料作为激光介质、利用电流激励来进行激光振荡。 即，可以得到可电流激励的有机激光器件。
【附图说明】
[0021] 图1是实施方式1所述的激光器件的结构的剖面图。
[0022] 图2是实施方式2所述的激光器件的结构的剖面图。
[0023] 图3是实施方式3所述的激光器件的结构的剖面图。
[0024] 图4是实施方式4所述的激光器件的结构的剖面图。
[0025] 图5是实施方式5所述的激光器件的结构的剖面图。
[0026] 图6是实施方式6所述的激光器件的结构的剖面图。
[0027]图7是实施例1所制成的元件的发光特性，是表示变换传感器的角度测定发光光 谱得到的结果的曲线图。
[0028] 图8是实施例1所制成的元件的结构的图。
[0029] 图9是实施例1所制成的元件的发光光谱的曲线图。
[0030] 图10是表示实施例1所制成的元件的（A)电压对电流特性，⑶电压对发光强度 特性的图。
[0031] 图11表示实施例1所制成的元件的发光光谱对电流密度的依赖性，是以发光强度 的最大值规格化的图。<