固体色素レーザ
【課題】固体色素レーザにおける発光体を効率よく高密度光励起することで、レーザ発振閾値を低下させ、レーザ発振を容易にし、また励起光源を含む固体色素レーザの小型化を図ることを目的とする。
【解決手段】光共振器構造に組み込まれた発光体に、励起光源からの光を効率よく導入することにより、発光体を高い光密度で励起し、レーザ発振させることが可能な固体色素レーザを実現する。具体的には、励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、光共振器は、励起光源および第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザを提供する。
【解決手段】光共振器構造に組み込まれた発光体に、励起光源からの光を効率よく導入することにより、発光体を高い光密度で励起し、レーザ発振させることが可能な固体色素レーザを実現する。具体的には、励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、光共振器は、励起光源および第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体色素を用いた固体色素レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光における波長可変レーザである有機レーザの種類としては、液体色素レーザや固体色素レーザ等が知られている。
【０００３】
液体色素レーザでは、レーザ色素溶液を循環して用いるためにレーザ色素の劣化の影響を受けにくく、また溶液交換が可能であるという利点を有しているが、溶液を使う性質上、溶液タンクや溶液を循環させる為の循環装置などが必要となり、装置が大型化してしまうという問題を有している。
【０００４】
一方、固体色素レーザでは、レーザ色素を薄膜化して用いるために装置の小型化が可能であるが、一度形成されたレーザ色素薄膜は、交換することができないため、レーザ色素薄膜の劣化を抑えることが重要である。
【０００５】
なお、色素レーザを動作させるためには通常励起光源（本明細書中では、単に光源とも記す）としてコヒーレント光源（エキシマレーザなどの気体レーザ、ＮｄＹＡＧレーザなどの固体レーザなど各種レーザ）が用いられる。インコヒーレント光源のキセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオードなどを励起光源に用いて、固体色素からレーザ発振による光を得ることは容易ではない。レーザ発振による光を得るためには、レーザ発振閾値（励起光源の単位時間あたりの光密度）を低下させることが必要であり、例えば、誘導放出光を逃がさない共振器構造を設け、色素分子に高密度の励起光を照射することにより、レーザ発振閾値を低下させてレーザ発振を得やすくするという報告がされている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
固体色素レーザを発振させるためには、固体色素に単位面積あたりの光強度（光密度）が高い励起光源を用いて照射し、固体色素に高密度の光吸収を誘起する必要がある。この目的のため励起光源としては、通常光密度が高いコヒーレント光源が用いられる場合が多く、レーザ光源を用いない場合には各種ランプなどからのインコヒーレント光源からレンズ等を用いて集光して光密度を高めて照射する必要がある。レーザ光を用いるにしても、インコヒーレント光を用いるにしても、固体色素に高密度に光照射する場合には、固体色素膜に密着する形での面状光源を用いることは困難であり、如何に薄膜状の固体色素を用いても、励起光源を含めた色素レーザシステム全体を小型化することには限界があり、ましてやシステム全体を薄膜化することはまず不可能であると考えられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様は、固体色素レーザにおける発光体を効率よく高密度光励起することで、レーザ発振閾値を低下させ、レーザ発振を容易にし、また励起光源を含む固体色素レーザの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、光共振器構造に組み込まれた発光体に、励起光源からの光を効率よく導入することにより、発光体を高い光密度で励起し、レーザ発振させることが可能な固体色素レーザを実現する。
【００１０】
本発明の一態様は、励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、光共振器は、励起光源および第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザである。
【００１１】
本発明の一態様は、基板上に第１の発光体と、光共振器構造に組み込まれた第２の発光体を形成する固体色素レーザである。また、本発明の一態様は、励起光源が発する光を吸収する物質を用いて第１の発光体（集光媒体）を形成し、励起光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質を用いて第２の発光体（レーザ媒体）を形成する固体色素レーザである。
【００１２】
本発明の一態様は、基板上に形成された第１の発光体および光共振器を有し、光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、第１の発光体は、励起光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、励起光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなり、第１の発光体および第２の発光体は、基板および回折格子と重なる位置に部分的にそれぞれ分離形成される固体色素レーザである。
【００１３】
本発明の一態様は、基板上に形成された回折格子を複数有し、基板および回折格子と重なる位置に部分的に第１の発光体または第２の発光体のいずれか一方が形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。
【００１４】
本発明の一態様は、基板上に形成された回折格子を複数有し、基板および回折格子上に第１の発光体が形成され、少なくとも回折格子の一部およびそれと重なる第１の発光体上に第２の発光体が形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。
【００１５】
本発明の一態様は、一対の基板間に光源、第１の発光体、および光共振器を有し、光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、光源は、一方の基板に形成され、第１の発光体および回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、第２の発光体は、少なくとも回折格子と重なる位置に形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。なお、光源には、発光素子も含めることとする。
【００１６】
上記各構成において、第１の発光体には、発光量子効率が５０％以上の物質を用いる。
【００１７】
また、上記各構成において、基板上の端部であって、光共振器によって固体色素レーザが発振される方向とは異なる方向に反射体を有する構成も含めることとする。
【００１８】
この様な構造とすることにより、励起光源（基板に対向して設置された面状光源）から照射された光は、第１の発光体に吸収され、第１の発光体に吸収された光は、第１の発光体に用いた物質により発光し、その光は第２の発光体に吸収される。このように、第２の発光体に光が吸収されることによって、第２の発光体を含んで構成される光共振器の内部におけるレーザ活性色素分子を励起させ、レーザ発振を実現することができる。
【００１９】
励起光源（面状光源）、第１の発光体（集光体）、および第２の発光体（レーザ媒体）を用いることにより、高密度の光を光共振器内のレーザ媒体に吸収させることができる原理を以下に説明する。
【００２０】
第１の発光体の形状として、長辺がＬ、短辺がＷで厚さがＤのスラブ状の薄膜を考える。このスラブ状薄膜の上面は空気層（屈折率１．０）に接しており、下面は屈折率１．５４のガラスに直接接しているか、低屈折率層（例えば屈折率１．３の低屈折率ポリマー）を介してガラス基板に接しているとする。このスラブ状薄膜のＬ・Ｗの面積の上面から単位面積あたりＩ（Ｊ／ｃｍ２）の光を照射する。薄膜の膜厚と第１の発光体の光吸収係数を勘案して、照射した光の薄膜中で吸収量を調整することは容易であり、例えば８０−１００％に設定できるが、この吸収率をＡとする。第１の発光体が吸収した光は量子効率Ｑで吸収した光より長波長の発光へと転換される。即ち、励起光源（面状光源）からの全光量である、Ｉ・Ｌ・Ｗは第一の発光体からの全発光量、Ｉ・Ｌ・Ｗ・Ａ・Ｑへと変換される。
【００２１】
スラブ状薄膜内で発生した第１の発光体からの光は、光学の原理により、薄膜内を導波し薄膜端面から射出される導波光成分と、薄膜上面と下面から放出される空間放射成分として薄膜外へ放出される。全発光量に対する導波光成分の割合をＰとする。Ｌ＞＞Ｗとすれば、励起光源（面状光源）からの全励起光量に対するスラブ状薄膜の長さ方向の端面からの全射出光量は、Ｉ・Ｌ・Ｗ・Ａ・Ｑ・Ｐであるが、薄膜端面（片側）の大きさは、Ｌ・Ｄであるので、端面における射出光の単位面積あたりの強度は、
（Ｉ・Ｌ・Ａ・Ｑ・Ｐ）／（２Ｌ・Ｄ）＝（Ｉ・Ａ・Ｑ・Ｐ・Ｗ）／２Ｄ
となる。
【００２２】
第１の発光体からなる薄膜の形状を長辺１０ｍｍ、短辺４ｍｍ、厚さ３００ｎｍとし、光吸収率Ａを１００％、発光の量子効率Ｑを８０％、導波光成分の割合Ｐを５０％とすると、薄膜端面における単位面積あたりの光強度はＩの２６０００倍となる。即ち、励起光源（面状光源）から直接放出される励起光の単位面積あたりの光密度に比べて、４桁以上高くできることがわかる。
【００２３】
なお、この励起光源（面状光源）に対向して設置された第１の発光体による光集光の効果（集光率）における簡単な試算はほんの一例であり、第１の発光体の形状を工夫や基板や低屈折率層の材料選択や形状の工夫により、さらに数桁に及んで高くできる。例えば、薄膜の一方の端面近傍に分布ブラッグ反射型共振器構造（ＤＢＲ）を形成する。薄膜形状をドーナツ状にし、外側にＤＢＲ構造を形成し、内側の内円部に第２の発光体を含む光共振器構造を取り付けるなども可能であるので、本発明における第１の発光体による集光率の値は数万倍に留まるものではない。
【００２４】
第１の発光体から形成される薄膜内に導波光成分として集光された光を、第２の発光体をレーザ媒体とする光共振器に導く方法は複数ある。最も簡便な方式は、第１の発光体のスラブ状薄膜に並行して第２の発光体からなる光共振器を設置し、両方の薄膜の端面を狭い空気層を介して光結合させる方式である。この場合、第２の発光体を含む光共振器には端面を反射面とする薄膜（正方形、長方形、多角形、円形、楕円形などの形状を持つ）とすることができるが、このような各種形状の薄膜は分布帰還型共振器（ＤＦＢ）やＤＢＲ共振器と組み合わせて使用することもできる。なお、第２の発光体を含む光共振器は、回折格子構造、フォトニック結晶構造であってもよい。
【００２５】
第１の発光体の薄膜と第２の発光体をレーザ媒体とする共振器との光結合の方式としては、狭い空気層を介した直接的なカップリング以外にも、透明光導波路を介して光結合させる、光回折格子構造を介して結合させる、一次元フォトニック結晶構造を用いる、２次元フォトニック結晶構造を用いるなど、多くの方法を利用できる。
【００２６】
上記の説明において、第１の発光体の形状としては垂直な端面を有する薄膜を用いたが、光回折格子構造を持つ基板上に第１の発光体を形成する、または第１の発光体の形状自体を光回折格子の形状に形成することで、第１の発光体から発する光を上下面からもらさずに面内で伝搬させることができ、膜外への集光射出の効率をさらに高めることもできる。そのような場合、光回折格子を基板全面に形成し、第１の発光体および第２の発光体をそれぞれ分離形成する、または基板上に形成された光回折格子構造を覆うように第１の発光体を形成した後、光共振器を形成する場所のみに第２の発光体を分離形成する等の構造とすることもできる。
【００２７】
また、励起光源（面状光源）からの光が第１の発光体で十分吸収されない場合には、基板の光照射される面とは反対側の面に光反射層を形成することで、励起光源（面状光源）からの光を再度第１の発光体に吸収させることもできる。更に、第１の発光体に吸収されなかった光を、光共振器を構成する第２の発光体に直接吸収させることで、光利用効率をより向上させることもできる。
【００２８】
本発明においてはいかなる形状の光源も用いることができるが、小型レーザとしての利便性から面状光源を用いることが望ましい。特に、有機ＥＬのような薄膜状の光源が望ましいが、発光ダイオード（発光ダイオードアレイ）、冷陰極管、平面蛍光ランプなどを用いて面状にした光源を用いることもできる。
【００２９】
さらに上記構成に加えて、励起光源を組み込んだ固体色素レーザを実現する。
【００３０】
すなわち、一対の基板間に光源、第１の発光体、および第２の発光体を含む光共振器を有する構成とし、一対のガラス基板内に全ての機構が組み込まれたいわゆる内部光源を備えた構成とすることもできる。この構成では、一対の基板は接着樹脂などで堅固に封止されており、面状光源を駆動するリード線だけがガラス基板外に引き出されている。なお、内部光源として有機ＥＬ素子を用いる場合には、基板に接して形成された電極と異なる面状電極は、透光性を有することが好ましい。
【００３１】
なお、上記各構成において、第１の発光体に用いる物質には、発光量子効率（吸収されたフォトンに対する発生したフォトンの割合）の高い（好ましくは５０％以上）物質（有機物質もしくは無機物質）を用いることができ、また、第２の発光体に用いる物質には、発光量子効率が高い（好ましくは５０％以上）だけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）（有機物質もしくは無機物質）を用いることとする。なお、第１の発光体としては各種の蛍光色素類、特に固体薄膜としての発光量子効率が高いことが実証されている有機ＥＬ用の発光性材料の利用が好ましいが、これに限定されるものではない。第２の発光体に用いることのできる物質としては、レーザ色素として知られているスチルベン系、クマリン系、キサンテン系、シアニン系、オキサジン系、ローダミン系、スチリル系の有機色素を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一態様では、単位面積あたりの光密度が高くない面状光源で第１の発光体を照射し、第１の発光体からの発光を第１の発光体薄膜内で導波光として集光することによって、高い光密度で第２の発光体を励起することが可能となり、光共振器に組み込まれた第２の発光体（レーザ媒体）をレーザ発振の条件を満たす状態にすることができる。即ち、固体色素レーザにおけるレーザ発振のための励起エネルギーの閾値を実効的に低下させ、レーザ発振を容易にすることができる。本発明の一態様である固体色素レーザは、従来よりも出力の小さいインコヒーレント光源を用いる場合であってもレーザ発振が可能であり、出力の大きいコヒーレント光源に限らず様々な光源を選択することができる。また、本発明の一態様である固体色素レーザは、固体の特徴を生かして小型化が容易である。さらに、有機ＥＬ等の薄膜光源と組み合わせた固体色素レーザを形成することができるため、外観上は２枚のガラスまたはプラスチック基板で構成され、電源とつないで直接駆動可能な超軽量、超薄型の固体色素レーザであり、他の小型装置に組み合わせて利用すれば、幅広い用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様に係る固体色素レーザについて説明する図。
【図２】本発明の一態様に係る固体色素レーザについて説明する図。
【図３】内部光源を有する固体色素レーザについて説明する図。
【図４】複数の光共振器を有する固体色素レーザについて説明する図。
【図５】発光体が積層された光共振器を有する固体色素レーザについて説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である固体色素レーザの構成について説明する。
【００３６】
本発明の一態様である固体色素レーザは、図１（Ａ）の上面図で示すように絶縁表面のような光を吸収しない基板１０１上に第１の発光体１０２、および光共振器１０３が設けられており、光共振器１０３は、基板上に形成されたグレーティング（回折格子）１０５上に第２の発光体１０４が積層された構造を有する。なお、基板１０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【００３７】
また、基板上に形成されるグレーティング１０５は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【００３８】
図１（Ａ）の線分Ａ−Ａ’における断面図を図１（Ｂ）に示す。線分Ａ−Ａ’における光共振器１０３は、グレーティング１０５と第２の発光体１０４とが積層された構造を有する。なお、図１（Ｂ）に示す構造ではグレーティング１０５の端部が露出している場合について示しているが、グレーティング１０５の端部が第２の発光体１０４で覆われた構造としても良い。
【００３９】
また、第１の発光体１０２と光共振器１０３の膜厚は同じであることが好ましい。従って、グレーティング１０５と第２の発光体１０４の積層膜が第１の発光体１０２の膜厚と同じ膜厚になるように調整する。なお、図１（Ａ）の線分Ｂ−Ｂ’における断面図を図１（Ｃ）に示すが、線分Ｂ−Ｂ’においては、グレーティング１０５が形成されていないため第２の発光体１０４の膜厚は、グレーティング１０５の膜厚の分だけ第１の発光体１０２の膜厚より薄く形成される。
【００４０】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、図１（Ｂ）に示すように光源１０６から基板１０１上の第１の発光体１０２、および第２の発光体１０４に光を照射することにより光共振器１０３からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源１０６からの光が第１の発光体１０２にまず吸収され、次に第１の発光体１０２より発光した光の導波光成分により光共振器１０３の端面が照射され、次に光共振器１０３内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源１０６から直接第２の発光体１０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器内の第２の発光体１０４の励起に利用されるので、光共振器１０３の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため、出力の大きいコヒーレント光源に限らず、出力の小さいインコヒーレント光源を用いることが可能であり、様々な光源を選択することができる。従って、光源１０６としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源を用いることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態における第１の発光体１０２は、光源１０６が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器１０３を構成する第２の発光体１０４は、第１の発光体１０２が発する光を吸収し、更に光源１０６からの光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源１０６から第１の発光体１０２に吸収された光を第２の発光体１０４に吸収させることができる。
【００４３】
第１の発光体１０２に用いる物質には、発光量子効率の高い物質を用いることができ、また、第２の発光体１０４に用いる物質には、発光量子効率が高いだけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）を用いることとする。なお、第１の発光体１０２、第２の発光体１０４に用いることのできる物質としては、発光性を示す有機系・無機系材料があるが、大別して（１）レーザ色素を含む有機低分子蛍光色素類、（２）有機ＥＬ用発光材料、（３）π共役ポリマー類、（４）化合物半導体量子ドット微粒子材料、があげられるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
（１）の分類では、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、オリゴチオフェン、ピリダイン２等、並びにこれらの誘導体があげられる。
【００４５】
（２）の分類では、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００４６】
（３）の分類では、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００４７】
（４）の分類では、ＣｄＳｅナノ微粒子、ＣｄＳナノ微粒子、ＺｎＯナノ微粒子などがあげられる。
【００４８】
また、第１の発光体１０２並びに第２の発光体１０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾールや、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などホスト物質が励起光を吸収し、ゲスト分子が発光するタイプのものがあげられる。又、ポリメタクリル酸メチル（略称：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン等の透明樹脂を用いることもできる。
【００４９】
また、第１の発光体１０２および第２の発光体１０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、スピンコート法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【００５０】
また、図１に示す光共振器１０３は、グレーティング１０５と第２の発光体１０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器１０３として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【００５１】
また、第１の発光体１０２や第２の発光体１０４と光共振器１０３の形状や相互配置関係についても、図１以外の任意の配置が可能である。例えば、第１の発光体１０２をドーナツ状とし、その内側に円形の形状にした第２の発光体１０４と光共振器１０３を配置すると集光率の更なる向上を達成できる。
【００５２】
また、図２に示すように第１の発光体１０２や光共振器１０３が形成される基板１０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図２（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体１０７を形成してもよい。なお、図２（Ａ）の線分Ｃ−Ｃ’における断面図を図２（Ｂ）に示す。ここで示す反射体１０７は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物１０８に反射率の高い金属膜である反射膜１０９（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図２に示す突起物１０８の場合には、グレーティング１０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【００５３】
このように固体色素レーザに反射体１０７を設けることにより、第１の発光体１０２や第２の発光体１０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、光共振器１０３において、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【００５４】
また、本発明の一態様である固体色素レーザでは、図２（Ｃ）に示すように第１の発光体１０２、光共振器１０３等が形成された基板１０１を別の基板１１０で封止してもよい。この場合、基板１０１の周囲に封止材を設けて、基板１１０を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図２（Ｃ）に示すように基板１０１と基板１１０との間を封止材１１１で完全に充填する構造としても良い。なお、基板１１０も基板１０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【００５５】
また、封止材１１１としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本実施の形態１とは異なる本発明の一態様である固体色素レーザの構成について説明する。すなわち、実施の形態１では、固体色素レーザが封止構造を有する場合（図２（Ｃ）参照）、封止構造の内部には光源が設けられていなかったが、本実施の形態２では、封止構造の内部に光源を設ける場合について説明する。
【００５７】
本実施の形態で説明する固体色素レーザは、図３（Ａ）に示すように基板３０１、３０９、および封止材３１４で覆われた空間内部に設けられた光源３０６（以下、内部光源とよぶ）から第１の発光体３０２、および第２の発光体３０４に光を照射することにより、光共振器３０３からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源３０６からの光が第１の発光体３０２にまず吸収され、次にこれにより発光した光の導波光成分により光共振器３０３の端面が照射され、次に光共振器３０３内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源３０６から直接第２の発光体３０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は、無駄なく光共振器３０３内の第２の発光体３０４の励起に利用されるので、光共振器３０３の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【００５８】
なお、第１の発光体３０２、光共振器３０３、また光共振器３０３に含まれる第２の発光体３０４およびグレーティング３０５の構成については、実施の形態１に示す第１の発光体１０２、光共振器１０３、第２の発光体１０４、およびグレーティング１０５と同様であるため、実施の形態１を参照することとし、ここでの説明は省略する。
【００５９】
また、本実施の形態に示す光源としては、面光源が好ましく、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった光源を用いることができる。
【００６０】
図３（Ｂ）には、内部光源として発光素子を用いる場合、具体的には、基板３０９に有機ＥＬを利用した発光素子３０８が形成される場合について説明する。なお、基板３０１上に形成される第１の発光体３０２および光共振器３０３の構成については、図３（Ａ）と同様であるとする。
【００６１】
発光素子３０８は、第１の電極３１１と第２の電極３１２との間にＥＬ層３１３が挟まれた構造を有し、ＥＬ層３１３からみて基板３０９側の電極を第１の電極３１１とする。なお、第１の電極３１１と第２の電極３１２のうち、一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。そして、陽極として機能する電極の方が陰極として機能する電極よりも電位が高くなるように、それぞれに電圧を印加したとき、ＥＬ層３１３において正孔と電子とが再結合することにより発光が得られる。但し、本実施の形態の場合には、発光素子３０８のＥＬ層３１３で生じた光を第１の発光体３０２および光共振器３０３に照射する必要があるため、少なくとも第２の電極３１２は、透光性を有する電極となるように形成する必要がある。また、発光素子３０８からの光を外部に逃がすことなく与えるために第１の電極３１１は、反射率の高い電極となるように形成することがより好ましい。
【００６２】
陽極として機能する電極の材料としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。但し、陽極として機能する電極と接して形成されるＥＬ層の一部が、陽極として機能する電極の電極材料の仕事関数に関係なく正孔（ホール）注入が容易である複合材料を用いて形成される場合には、電極材料として可能な材料（例えば、金属（アルミニウム、銀など）、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物、その他、元素周期表の第１族または第２族に属する元素も含む）であれば、あらゆる公知の材料を用いることができる。
【００６３】
これらの材料は、通常スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットや、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
【００６４】
ＥＬ層３１３には、公知の物質を用いることができ、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもできる。なお、ＥＬ層３１３を形成する物質には、有機化合物のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００６５】
ＥＬ層３１３は、少なくとも発光性物質からなる発光層を有しており、その他の機能層である正孔注入性の高い物質を含んでなる正孔注入層、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層、電子輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層、電子注入性の高い物質を含んでなる電子注入層などを適宜組み合わせた積層構造とすることもできる。
【００６６】
ただし、これらの機能層を設ける場合には、陽極として機能する電極側から順に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層が順次積層された構造とする必要がある。
【００６７】
ＥＬ層３１３に含まれる発光層に用いる材料としては、次に挙げる低分子系の発光物質を用いることができる。
【００６８】
青色系の発光物質としては、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）などが挙げられる。
【００６９】
緑色系の発光物質としては、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。
【００７０】
黄色系の発光物質としては、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。さらに、赤色系の発光物質として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００７１】
また、発光層は、上述した発光性の高い物質を他の物質に分散させる構成としてもよい。なお、分散させる場合には、分散させる物質の濃度が、質量比で全体の２０％以下になるようにするのが好ましい。また、発光性の物質を分散させる物質としては、公知の物質を用いることができるが、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が浅く（絶対値が小さく）、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が深い（絶対値が大きい）物質を用いることが好ましい。
【００７２】
具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。
【００７３】
また、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物を用いることができる。
【００７４】
その他、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）などの縮合芳香族化合物を用いることもできる。
【００７５】
また、発光性の物質を分散させるための物質は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。さらに、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等を添加してもよい。このように、発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成とすることで、結晶化を抑制することができる。さらに、発光性の高い物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００７６】
また、発光層には、次に挙げる高分子系の発光物質を用いることもできる。
【００７７】
青色系の発光物質としては、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げられる。
【００７８】
緑色系の発光物質としては、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。
【００７９】
橙色〜赤色系の発光物質としては、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００８０】
また、ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、正孔注入層に用いる材料としては、正孔注入性を高める物質や正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
【００８１】
正孔注入性を高める物質としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物等が挙げられる。あるいは、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等を用いることができる。
【００８２】
なお、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることもできる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などが挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【００８３】
また、複合材料を形成する正孔輸送性の高い有機化合物としては、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。
【００８４】
例えば、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。
【００８５】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００８６】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物も挙げることができる。
【００８７】
また、複合材料を形成するアクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族から第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００８８】
なお、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成してもよい。
【００８９】
陽極として機能する電極に接して複合材料からなる正孔注入層を形成することにより、陽極として機能する電極の材料を仕事関数に依らずに選ぶことができる。つまり、陽極として機能する電極の電極材料として、仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料も用いることができる。なお、複合材料は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【００９０】
ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、正孔輸送層に用いる材料としては、正孔輸送性の高い物質が好ましく、例えば低分子の有機化合物であるＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］−１，１’−ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＳＦＤＣｚ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニル−スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＹＧＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−２’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｏ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−３’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｍ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｐ−ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）や、高分子化合物であるＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤを用いることができる。
【００９１】
なお、上述した物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、前記以外の公知の物質を用いることができる。
【００９２】
ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、電子輸送層に用いる物質としては、電子輸送性の高い物質が好ましく、例えば、低分子の有機化合物であるＡｌｑ、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺなどの金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＴＰＢＩ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよい。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００９３】
また、電子輸送層に用いる物質としては、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００９４】
また、ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、電子注入層に用いる物質としては、電子注入性の高い物質が好ましく、例えば、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、カルシウム（Ｃａ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いてもよい。
【００９５】
陰極として機能する電極の材料としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
【００９６】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて陰極として機能する電極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【００９７】
なお、上述した電子注入層を設ける場合には、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いて陰極として機能する電極を形成することができる。また、これらの導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態で説明した発光素子３０８は、パッシブマトリクス型であっても、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型であっても適用可能である。
【００９９】
なお、図３（Ｂ）に示すように、第１の発光体３０２および光共振器３０３が形成された基板３０１と、内部光源となる発光素子３０８が形成された基板３０９とは、封止材３１４によって貼り合わされ、封止構造が形成されている。封止構造の内部は、発光素子の劣化を防止するために酸素や水分の少ない窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１００】
また、内部光源として発光素子を形成する場合にも、第１の発光体３０２や光共振器３０３が形成される基板３０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図３（Ｃ）の紙面に垂直な方向）以外の部分に反射体３１５を形成してもよい（図３（Ｃ）。）。なお、ここで示す反射体３１５は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物３１６に反射率の高い金属膜である反射膜３１７（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図３（Ｃ）に示す突起物３１６の場合には、光共振器３０３を構成するグレーティング３０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１０１】
このように固体色素レーザに反射体３１５を設けることにより、光共振器３０３に閉じこめられていない光が外部に漏れるのを防止し、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。なお、この場合も、封止材３１４によって基板３０１と基板３０９とを貼り合わせた封止構造とし、封止構造の内部は、発光素子の劣化を防止するために酸素や水分の少ない窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１０２】
さらに、図３（Ｄ）に示すように封止構造内部の空間が、封止材３１４で完全に充填された構造とすることもできる。
【０１０３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２で説明した場合に比べて、基板上に分離形成される第１の発光体および第２の発光体の１つ当たりの面積が小さく、また、分離形成される第１の発光体および第２の発光体の数が多くなる場合について、図４を用いて説明する。
【０１０４】
図４（Ａ）において、絶縁表面を有する基板４０１上に一列に並んだグレーティング４０５が複数列形成される場合について示す。ここでは、グレーティング４０５が４列配列された場合について示すが、本発明はこれに限られることはなく、配列数は、適宜変えることができる。なお、基板４０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１０５】
また、基板４０１上に形成されるグレーティング４０５は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【０１０６】
また、グレーティング４０５上には、第１の発光体４０３、および第２の発光体４０４が、それぞれ分離形成されており、本実施の形態では、グレーティング４０５上に第２の発光体４０４が積層された部分が光共振器４０６となる。なお、本実施の形態のようにグレーティング４０５上に第１の発光体４０３が積層された部分（図４（Ａ）の４０７）において、第１の発光体４０３の面積が十分に小さく、光閉じ込め効果が小さい場合には、グレーティング４０５による影響は無視できるため、あえて、第１の発光体４０３を形成する領域のグレーティング４０５を除去することなく積層構造を有していても良い。
【０１０７】
図４（Ａ）の線分Ａ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）に示す。線分Ａ−Ａ’における光共振器４０６は、グレーティング４０５と第２の発光体４０４とが積層された構造を有する。なお、図４（Ｂ）に示す構造ではグレーティング４０５の端部が露出している場合について示しているが、グレーティング４０５の端部が第１の発光体４０３、または第２の発光体４０４で覆われた構造としても良い。
【０１０８】
なお、グレーティング４０５上に積層される第１の発光体４０３および第２の発光体４０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。また、第１の発光体４０３および第２の発光体４０４は、いずれもグレーティング４０５上に積層されているため、本実施の形態の場合には、第１の発光体４０３と第２の発光体４０４の膜厚が同じになるように調節して形成する。
【０１０９】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源（図示せず）から基板４０１上の第１の発光体４０３、および第２の発光体４０４に光を照射することにより、光共振器４０６からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源からの光が第１の発光体４０３にまず吸収され、次に第１の発光体４０３より発光した光の導波光成分により光共振器４０６の端面が照射され、次に光共振器４０６内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源から直接第２の発光体４０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器４０６内の第２の発光体４０４の励起に利用されるので、光共振器４０６の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため様々な光源を用いることができるが、用いる光源としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源がより好ましい。
【０１１１】
なお、本実施の形態における第１の発光体４０３は、光源が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器４０６を構成する第２の発光体４０４は、光源および第１の発光体４０３が発する光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源から第１の発光体４０３に吸収された光を第２の発光体４０４に吸収させることができる。
【０１１２】
第１の発光体４０３に用いる物質には、発光量子効率の高い物質を用いることができ、また、第２の発光体４０４に用いる物質には、発光量子効率が高いだけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）を用いることとする。なお、第１の発光体４０３、第２の発光体４０４に用いることのできる物質としては、発光性を示す有機系・無機系材料があるが、大別して（１）レーザ色素を含む有機低分子蛍光色素類、（２）有機ＥＬ用発光材料、（３）π共役ポリマー類、（４）化合物半導体量子ドット微粒子材料、があげられるが、これに限定されるものではない。
【０１１３】
（１）の分類では、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、オリゴチオフェン、ピリダイン２等、並びにこれらの誘導体があげられる。
【０１１４】
（２）の分類では、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【０１１５】
（３）の分類では、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【０１１６】
（４）の分類では、ＣｄＳｅナノ微粒子、ＣｄＳナノ微粒子、ＺｎＯナノ微粒子などがあげられる。
【０１１７】
また、第１の発光体４０３並びに第２の発光体４０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾールや、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などホスト物質が励起光を吸収し、ゲスト分子が発光するタイプのものがあげられる。又、ポリメタクリル酸メチル（略称：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン等の透明樹脂を用いることもできる。
【０１１８】
また、第１の発光体４０３および第２の発光体４０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、スピンコート法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【０１１９】
また、図４に示す光共振器４０６は、グレーティング４０５と第２の発光体４０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器４０６として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【０１２０】
また、図４（Ｃ）に示すように第１の発光体４０３や光共振器４０６が形成される基板４０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図４（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体４０８を形成してもよい。なお、ここで示す反射体４０８は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物４０９に反射率の高い金属膜である反射膜４１０（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図４に示す突起物４０９の場合には、グレーティング４０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１２１】
このように固体色素レーザに反射体４０８を設けることにより、第１の発光体４０３や第２の発光体４０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、光共振器４０６において、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１２２】
また、本発明の一態様である固体色素レーザでは、図４（Ｄ）に示すように第１の発光体４０３、光共振器４０６等が形成された基板４０１を別の基板４１１で封止してもよい。この場合、基板４０１の周囲に封止材を設けて、基板４１１を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図４（Ｄ）に示すように基板４０１と基板４１１との間を封止材４１２で完全に充填する構造としても良い。なお、基板４１１も基板４０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１２３】
また、封止材４１２としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【０１２４】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、同一基板上に第１の発光体４０３が複数存在するため、光共振器における励起分子の閉じ込め効率をさらに向上させることができ、レーザ発振閾値を低下させることができる。
【０１２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２で説明した場合に比べて、基板５０１上に分離形成される第２の発光体５０４の１つ当たりの面積が小さく、また、分離形成される第２の発光体５０４の数が多くなる場合であり、さらに、第１の発光体５０３については、複数個に分離形成される実施の形態３の構造とは異なり、グレーティング５０２の有無にかかわらず同一膜で基板５０１上に形成される場合について図５を用いて説明する。
【０１２６】
図５（Ａ）において、絶縁表面を有する基板５０１上に一列に並んだグレーティング５０２が複数列形成される場合について示す。ここでは、グレーティング５０２が４列配列された場合について示すが、本発明はこれに限られることはなく、配列数は、適宜変えることができる。なお、基板５０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１２７】
また、基板上に形成されるグレーティング５０２は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【０１２８】
また、グレーティング５０２上には、第１の発光体５０３が形成されている。なお、第１の発光体５０３は、基板５０１上のグレーティング５０２を覆うように同一膜で形成される。第２の発光体５０４は、グレーティング５０２および第１の発光体５０３上であって、光共振器を形成する部分に分離形成される。従って、本実施の形態では、グレーティング５０２上に第１の発光体５０３および第２の発光体５０４が積層された部分が光共振器５０５となる。なお、本実施の形態のように光共振器５０５の一部に第１の発光体が含まれた構造であっても、第１の発光体５０３で吸収された光は、さらに第２の発光体５０４に吸収されるため、第１の発光体５０３が存在していても問題はない。
【０１２９】
なお、グレーティング５０２上に積層される第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。また、本実施の形態で示す構造の場合、第１の発光体５０３は、パターニングが不要である為、第１の発光体のパターニングが必要であった実施の形態３に比べて工程を簡略化することができる。
【０１３０】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源（図示せず）から基板５０１上の第１の発光体５０３、および第２の発光体５０４に光を照射することにより、光共振器５０５からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源からの光が第１の発光体５０３にまず吸収され、次に第１の発光体５０３より発光した光の導波光成分等により光共振器５０５が照射され、次に光共振器５０５内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源から直接第２の発光体５０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器内の第２の発光体５０４の励起に利用されるので、光共振器５０５の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１３１】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため様々な光源を用いることができるが、用いる光源としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源がより好ましい。
【０１３２】
なお、本実施の形態における第１の発光体５０３は、光源が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器５０５を構成する第２の発光体５０４は、光源および第１の発光体５０３が発する光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源から第１の発光体５０３に吸収された光を第２の発光体５０４に吸収させることができる。
【０１３３】
第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の材料として用いることのできる物質としては、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、オリゴチオフェン、ピリダイン２等であり、その他これらの誘導体を用いることができる。但し、上述したように第２の発光体５０４に用いる物質は、第１の発光体５０３に用いる物質が発する光を吸収できる物質となるように適宜選択する必要がある。
【０１３４】
また、第２の発光体５０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾール、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、ポリメタクリル酸メチル等を用いることができる。
【０１３５】
また、第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【０１３６】
また、図５に示す光共振器５０５は、グレーティング５０２と第１の発光体５０３と第２の発光体５０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器５０５として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【０１３７】
また、図５（Ｃ）に示すように第１の発光体５０３や光共振器５０５が形成される基板５０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図５（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体５０８を形成してもよい。なお、ここで示す反射体５０８は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物５０９に反射率の高い金属膜である反射膜５１０（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図５に示す突起物５０９の場合には、グレーティング５０２と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１３８】
このように固体色素レーザに反射体５０８を設けることにより、第１の発光体５０３や第２の発光体５０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１３９】
また、本発明の一態様の固体色素レーザでは、図５（Ｄ）に示すように第１の発光体５０３、光共振器５０５等が形成された基板５０１を別の基板５１１で封止してもよい。この場合、基板５０１の周囲に封止材を設けて、基板５１１を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図５（Ｄ）に示すように基板５０１と基板５１１との間を封止材５１２で完全に充填する構造としても良い。なお、基板５１１も基板５０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１４０】
また、封止材５１２としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【０１４１】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、第１の発光体５０３は、パターニングが不要である為、第１の発光体のパターニングが必要であった実施の形態３に比べて工程を簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０１ 基板
１０２ 第１の発光体
１０３ 光共振器
１０４ 第２の発光体
１０５ グレーティング
１０６ 光源
１０７ 反射体
１０８ 突起物
１０９ 反射膜
１１０ 基板
１１１ 封止材
３０１ 基板
３０２ 第１の発光体
３０３ 光共振器
３０４ 第２の発光体
３０５ グレーティング
３０６ 光源
３０８ 発光素子
３０９ 基板
３１１ 第１の電極
３１２ 第２の電極
３１３ ＥＬ層
３１４ 封止材
３１５ 反射体
３１６ 突起物
３１７ 反射膜
４０１ 基板
４０３ 第１の発光体
４０４ 第２の発光体
４０５ グレーティング
４０６ 光共振器
４０８ 反射体
４０９ 突起物
４１０ 反射膜
４１１ 基板
４１２ 封止材
５０１ 基板
５０２ グレーティング
５０３ 第１の発光体
５０４ 第２の発光体
５０５ 光共振器
５０８ 反射体
５０９ 突起物
５１０ 反射膜
５１１ 基板
５１２ 封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体色素を用いた固体色素レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光における波長可変レーザである有機レーザの種類としては、液体色素レーザや固体色素レーザ等が知られている。
【０００３】
液体色素レーザでは、レーザ色素溶液を循環して用いるためにレーザ色素の劣化の影響を受けにくく、また溶液交換が可能であるという利点を有しているが、溶液を使う性質上、溶液タンクや溶液を循環させる為の循環装置などが必要となり、装置が大型化してしまうという問題を有している。
【０００４】
一方、固体色素レーザでは、レーザ色素を薄膜化して用いるために装置の小型化が可能であるが、一度形成されたレーザ色素薄膜は、交換することができないため、レーザ色素薄膜の劣化を抑えることが重要である。
【０００５】
なお、色素レーザを動作させるためには通常励起光源（本明細書中では、単に光源とも記す）としてコヒーレント光源（エキシマレーザなどの気体レーザ、ＮｄＹＡＧレーザなどの固体レーザなど各種レーザ）が用いられる。インコヒーレント光源のキセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオードなどを励起光源に用いて、固体色素からレーザ発振による光を得ることは容易ではない。レーザ発振による光を得るためには、レーザ発振閾値（励起光源の単位時間あたりの光密度）を低下させることが必要であり、例えば、誘導放出光を逃がさない共振器構造を設け、色素分子に高密度の励起光を照射することにより、レーザ発振閾値を低下させてレーザ発振を得やすくするという報告がされている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
固体色素レーザを発振させるためには、固体色素に単位面積あたりの光強度（光密度）が高い励起光源を用いて照射し、固体色素に高密度の光吸収を誘起する必要がある。この目的のため励起光源としては、通常光密度が高いコヒーレント光源が用いられる場合が多く、レーザ光源を用いない場合には各種ランプなどからのインコヒーレント光源からレンズ等を用いて集光して光密度を高めて照射する必要がある。レーザ光を用いるにしても、インコヒーレント光を用いるにしても、固体色素に高密度に光照射する場合には、固体色素膜に密着する形での面状光源を用いることは困難であり、如何に薄膜状の固体色素を用いても、励起光源を含めた色素レーザシステム全体を小型化することには限界があり、ましてやシステム全体を薄膜化することはまず不可能であると考えられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様は、固体色素レーザにおける発光体を効率よく高密度光励起することで、レーザ発振閾値を低下させ、レーザ発振を容易にし、また励起光源を含む固体色素レーザの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、光共振器構造に組み込まれた発光体に、励起光源からの光を効率よく導入することにより、発光体を高い光密度で励起し、レーザ発振させることが可能な固体色素レーザを実現する。
【００１０】
本発明の一態様は、励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、光共振器は、励起光源および第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザである。
【００１１】
本発明の一態様は、基板上に第１の発光体と、光共振器構造に組み込まれた第２の発光体を形成する固体色素レーザである。また、本発明の一態様は、励起光源が発する光を吸収する物質を用いて第１の発光体（集光媒体）を形成し、励起光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質を用いて第２の発光体（レーザ媒体）を形成する固体色素レーザである。
【００１２】
本発明の一態様は、基板上に形成された第１の発光体および光共振器を有し、光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、第１の発光体は、励起光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、励起光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなり、第１の発光体および第２の発光体は、基板および回折格子と重なる位置に部分的にそれぞれ分離形成される固体色素レーザである。
【００１３】
本発明の一態様は、基板上に形成された回折格子を複数有し、基板および回折格子と重なる位置に部分的に第１の発光体または第２の発光体のいずれか一方が形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。
【００１４】
本発明の一態様は、基板上に形成された回折格子を複数有し、基板および回折格子上に第１の発光体が形成され、少なくとも回折格子の一部およびそれと重なる第１の発光体上に第２の発光体が形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。
【００１５】
本発明の一態様は、一対の基板間に光源、第１の発光体、および光共振器を有し、光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、光源は、一方の基板に形成され、第１の発光体および回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、第２の発光体は、少なくとも回折格子と重なる位置に形成され、第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、第２の発光体は、光源および第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザである。なお、光源には、発光素子も含めることとする。
【００１６】
上記各構成において、第１の発光体には、発光量子効率が５０％以上の物質を用いる。
【００１７】
また、上記各構成において、基板上の端部であって、光共振器によって固体色素レーザが発振される方向とは異なる方向に反射体を有する構成も含めることとする。
【００１８】
この様な構造とすることにより、励起光源（基板に対向して設置された面状光源）から照射された光は、第１の発光体に吸収され、第１の発光体に吸収された光は、第１の発光体に用いた物質により発光し、その光は第２の発光体に吸収される。このように、第２の発光体に光が吸収されることによって、第２の発光体を含んで構成される光共振器の内部におけるレーザ活性色素分子を励起させ、レーザ発振を実現することができる。
【００１９】
励起光源（面状光源）、第１の発光体（集光体）、および第２の発光体（レーザ媒体）を用いることにより、高密度の光を光共振器内のレーザ媒体に吸収させることができる原理を以下に説明する。
【００２０】
第１の発光体の形状として、長辺がＬ、短辺がＷで厚さがＤのスラブ状の薄膜を考える。このスラブ状薄膜の上面は空気層（屈折率１．０）に接しており、下面は屈折率１．５４のガラスに直接接しているか、低屈折率層（例えば屈折率１．３の低屈折率ポリマー）を介してガラス基板に接しているとする。このスラブ状薄膜のＬ・Ｗの面積の上面から単位面積あたりＩ（Ｊ／ｃｍ２）の光を照射する。薄膜の膜厚と第１の発光体の光吸収係数を勘案して、照射した光の薄膜中で吸収量を調整することは容易であり、例えば８０−１００％に設定できるが、この吸収率をＡとする。第１の発光体が吸収した光は量子効率Ｑで吸収した光より長波長の発光へと転換される。即ち、励起光源（面状光源）からの全光量である、Ｉ・Ｌ・Ｗは第一の発光体からの全発光量、Ｉ・Ｌ・Ｗ・Ａ・Ｑへと変換される。
【００２１】
スラブ状薄膜内で発生した第１の発光体からの光は、光学の原理により、薄膜内を導波し薄膜端面から射出される導波光成分と、薄膜上面と下面から放出される空間放射成分として薄膜外へ放出される。全発光量に対する導波光成分の割合をＰとする。Ｌ＞＞Ｗとすれば、励起光源（面状光源）からの全励起光量に対するスラブ状薄膜の長さ方向の端面からの全射出光量は、Ｉ・Ｌ・Ｗ・Ａ・Ｑ・Ｐであるが、薄膜端面（片側）の大きさは、Ｌ・Ｄであるので、端面における射出光の単位面積あたりの強度は、
（Ｉ・Ｌ・Ａ・Ｑ・Ｐ）／（２Ｌ・Ｄ）＝（Ｉ・Ａ・Ｑ・Ｐ・Ｗ）／２Ｄ
となる。
【００２２】
第１の発光体からなる薄膜の形状を長辺１０ｍｍ、短辺４ｍｍ、厚さ３００ｎｍとし、光吸収率Ａを１００％、発光の量子効率Ｑを８０％、導波光成分の割合Ｐを５０％とすると、薄膜端面における単位面積あたりの光強度はＩの２６０００倍となる。即ち、励起光源（面状光源）から直接放出される励起光の単位面積あたりの光密度に比べて、４桁以上高くできることがわかる。
【００２３】
なお、この励起光源（面状光源）に対向して設置された第１の発光体による光集光の効果（集光率）における簡単な試算はほんの一例であり、第１の発光体の形状を工夫や基板や低屈折率層の材料選択や形状の工夫により、さらに数桁に及んで高くできる。例えば、薄膜の一方の端面近傍に分布ブラッグ反射型共振器構造（ＤＢＲ）を形成する。薄膜形状をドーナツ状にし、外側にＤＢＲ構造を形成し、内側の内円部に第２の発光体を含む光共振器構造を取り付けるなども可能であるので、本発明における第１の発光体による集光率の値は数万倍に留まるものではない。
【００２４】
第１の発光体から形成される薄膜内に導波光成分として集光された光を、第２の発光体をレーザ媒体とする光共振器に導く方法は複数ある。最も簡便な方式は、第１の発光体のスラブ状薄膜に並行して第２の発光体からなる光共振器を設置し、両方の薄膜の端面を狭い空気層を介して光結合させる方式である。この場合、第２の発光体を含む光共振器には端面を反射面とする薄膜（正方形、長方形、多角形、円形、楕円形などの形状を持つ）とすることができるが、このような各種形状の薄膜は分布帰還型共振器（ＤＦＢ）やＤＢＲ共振器と組み合わせて使用することもできる。なお、第２の発光体を含む光共振器は、回折格子構造、フォトニック結晶構造であってもよい。
【００２５】
第１の発光体の薄膜と第２の発光体をレーザ媒体とする共振器との光結合の方式としては、狭い空気層を介した直接的なカップリング以外にも、透明光導波路を介して光結合させる、光回折格子構造を介して結合させる、一次元フォトニック結晶構造を用いる、２次元フォトニック結晶構造を用いるなど、多くの方法を利用できる。
【００２６】
上記の説明において、第１の発光体の形状としては垂直な端面を有する薄膜を用いたが、光回折格子構造を持つ基板上に第１の発光体を形成する、または第１の発光体の形状自体を光回折格子の形状に形成することで、第１の発光体から発する光を上下面からもらさずに面内で伝搬させることができ、膜外への集光射出の効率をさらに高めることもできる。そのような場合、光回折格子を基板全面に形成し、第１の発光体および第２の発光体をそれぞれ分離形成する、または基板上に形成された光回折格子構造を覆うように第１の発光体を形成した後、光共振器を形成する場所のみに第２の発光体を分離形成する等の構造とすることもできる。
【００２７】
また、励起光源（面状光源）からの光が第１の発光体で十分吸収されない場合には、基板の光照射される面とは反対側の面に光反射層を形成することで、励起光源（面状光源）からの光を再度第１の発光体に吸収させることもできる。更に、第１の発光体に吸収されなかった光を、光共振器を構成する第２の発光体に直接吸収させることで、光利用効率をより向上させることもできる。
【００２８】
本発明においてはいかなる形状の光源も用いることができるが、小型レーザとしての利便性から面状光源を用いることが望ましい。特に、有機ＥＬのような薄膜状の光源が望ましいが、発光ダイオード（発光ダイオードアレイ）、冷陰極管、平面蛍光ランプなどを用いて面状にした光源を用いることもできる。
【００２９】
さらに上記構成に加えて、励起光源を組み込んだ固体色素レーザを実現する。
【００３０】
すなわち、一対の基板間に光源、第１の発光体、および第２の発光体を含む光共振器を有する構成とし、一対のガラス基板内に全ての機構が組み込まれたいわゆる内部光源を備えた構成とすることもできる。この構成では、一対の基板は接着樹脂などで堅固に封止されており、面状光源を駆動するリード線だけがガラス基板外に引き出されている。なお、内部光源として有機ＥＬ素子を用いる場合には、基板に接して形成された電極と異なる面状電極は、透光性を有することが好ましい。
【００３１】
なお、上記各構成において、第１の発光体に用いる物質には、発光量子効率（吸収されたフォトンに対する発生したフォトンの割合）の高い（好ましくは５０％以上）物質（有機物質もしくは無機物質）を用いることができ、また、第２の発光体に用いる物質には、発光量子効率が高い（好ましくは５０％以上）だけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）（有機物質もしくは無機物質）を用いることとする。なお、第１の発光体としては各種の蛍光色素類、特に固体薄膜としての発光量子効率が高いことが実証されている有機ＥＬ用の発光性材料の利用が好ましいが、これに限定されるものではない。第２の発光体に用いることのできる物質としては、レーザ色素として知られているスチルベン系、クマリン系、キサンテン系、シアニン系、オキサジン系、ローダミン系、スチリル系の有機色素を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一態様では、単位面積あたりの光密度が高くない面状光源で第１の発光体を照射し、第１の発光体からの発光を第１の発光体薄膜内で導波光として集光することによって、高い光密度で第２の発光体を励起することが可能となり、光共振器に組み込まれた第２の発光体（レーザ媒体）をレーザ発振の条件を満たす状態にすることができる。即ち、固体色素レーザにおけるレーザ発振のための励起エネルギーの閾値を実効的に低下させ、レーザ発振を容易にすることができる。本発明の一態様である固体色素レーザは、従来よりも出力の小さいインコヒーレント光源を用いる場合であってもレーザ発振が可能であり、出力の大きいコヒーレント光源に限らず様々な光源を選択することができる。また、本発明の一態様である固体色素レーザは、固体の特徴を生かして小型化が容易である。さらに、有機ＥＬ等の薄膜光源と組み合わせた固体色素レーザを形成することができるため、外観上は２枚のガラスまたはプラスチック基板で構成され、電源とつないで直接駆動可能な超軽量、超薄型の固体色素レーザであり、他の小型装置に組み合わせて利用すれば、幅広い用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様に係る固体色素レーザについて説明する図。
【図２】本発明の一態様に係る固体色素レーザについて説明する図。
【図３】内部光源を有する固体色素レーザについて説明する図。
【図４】複数の光共振器を有する固体色素レーザについて説明する図。
【図５】発光体が積層された光共振器を有する固体色素レーザについて説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である固体色素レーザの構成について説明する。
【００３６】
本発明の一態様である固体色素レーザは、図１（Ａ）の上面図で示すように絶縁表面のような光を吸収しない基板１０１上に第１の発光体１０２、および光共振器１０３が設けられており、光共振器１０３は、基板上に形成されたグレーティング（回折格子）１０５上に第２の発光体１０４が積層された構造を有する。なお、基板１０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【００３７】
また、基板上に形成されるグレーティング１０５は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【００３８】
図１（Ａ）の線分Ａ−Ａ’における断面図を図１（Ｂ）に示す。線分Ａ−Ａ’における光共振器１０３は、グレーティング１０５と第２の発光体１０４とが積層された構造を有する。なお、図１（Ｂ）に示す構造ではグレーティング１０５の端部が露出している場合について示しているが、グレーティング１０５の端部が第２の発光体１０４で覆われた構造としても良い。
【００３９】
また、第１の発光体１０２と光共振器１０３の膜厚は同じであることが好ましい。従って、グレーティング１０５と第２の発光体１０４の積層膜が第１の発光体１０２の膜厚と同じ膜厚になるように調整する。なお、図１（Ａ）の線分Ｂ−Ｂ’における断面図を図１（Ｃ）に示すが、線分Ｂ−Ｂ’においては、グレーティング１０５が形成されていないため第２の発光体１０４の膜厚は、グレーティング１０５の膜厚の分だけ第１の発光体１０２の膜厚より薄く形成される。
【００４０】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、図１（Ｂ）に示すように光源１０６から基板１０１上の第１の発光体１０２、および第２の発光体１０４に光を照射することにより光共振器１０３からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源１０６からの光が第１の発光体１０２にまず吸収され、次に第１の発光体１０２より発光した光の導波光成分により光共振器１０３の端面が照射され、次に光共振器１０３内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源１０６から直接第２の発光体１０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器内の第２の発光体１０４の励起に利用されるので、光共振器１０３の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため、出力の大きいコヒーレント光源に限らず、出力の小さいインコヒーレント光源を用いることが可能であり、様々な光源を選択することができる。従って、光源１０６としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源を用いることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態における第１の発光体１０２は、光源１０６が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器１０３を構成する第２の発光体１０４は、第１の発光体１０２が発する光を吸収し、更に光源１０６からの光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源１０６から第１の発光体１０２に吸収された光を第２の発光体１０４に吸収させることができる。
【００４３】
第１の発光体１０２に用いる物質には、発光量子効率の高い物質を用いることができ、また、第２の発光体１０４に用いる物質には、発光量子効率が高いだけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）を用いることとする。なお、第１の発光体１０２、第２の発光体１０４に用いることのできる物質としては、発光性を示す有機系・無機系材料があるが、大別して（１）レーザ色素を含む有機低分子蛍光色素類、（２）有機ＥＬ用発光材料、（３）π共役ポリマー類、（４）化合物半導体量子ドット微粒子材料、があげられるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
（１）の分類では、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、オリゴチオフェン、ピリダイン２等、並びにこれらの誘導体があげられる。
【００４５】
（２）の分類では、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００４６】
（３）の分類では、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００４７】
（４）の分類では、ＣｄＳｅナノ微粒子、ＣｄＳナノ微粒子、ＺｎＯナノ微粒子などがあげられる。
【００４８】
また、第１の発光体１０２並びに第２の発光体１０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾールや、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などホスト物質が励起光を吸収し、ゲスト分子が発光するタイプのものがあげられる。又、ポリメタクリル酸メチル（略称：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン等の透明樹脂を用いることもできる。
【００４９】
また、第１の発光体１０２および第２の発光体１０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、スピンコート法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【００５０】
また、図１に示す光共振器１０３は、グレーティング１０５と第２の発光体１０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器１０３として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【００５１】
また、第１の発光体１０２や第２の発光体１０４と光共振器１０３の形状や相互配置関係についても、図１以外の任意の配置が可能である。例えば、第１の発光体１０２をドーナツ状とし、その内側に円形の形状にした第２の発光体１０４と光共振器１０３を配置すると集光率の更なる向上を達成できる。
【００５２】
また、図２に示すように第１の発光体１０２や光共振器１０３が形成される基板１０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図２（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体１０７を形成してもよい。なお、図２（Ａ）の線分Ｃ−Ｃ’における断面図を図２（Ｂ）に示す。ここで示す反射体１０７は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物１０８に反射率の高い金属膜である反射膜１０９（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図２に示す突起物１０８の場合には、グレーティング１０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【００５３】
このように固体色素レーザに反射体１０７を設けることにより、第１の発光体１０２や第２の発光体１０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、光共振器１０３において、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【００５４】
また、本発明の一態様である固体色素レーザでは、図２（Ｃ）に示すように第１の発光体１０２、光共振器１０３等が形成された基板１０１を別の基板１１０で封止してもよい。この場合、基板１０１の周囲に封止材を設けて、基板１１０を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図２（Ｃ）に示すように基板１０１と基板１１０との間を封止材１１１で完全に充填する構造としても良い。なお、基板１１０も基板１０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【００５５】
また、封止材１１１としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本実施の形態１とは異なる本発明の一態様である固体色素レーザの構成について説明する。すなわち、実施の形態１では、固体色素レーザが封止構造を有する場合（図２（Ｃ）参照）、封止構造の内部には光源が設けられていなかったが、本実施の形態２では、封止構造の内部に光源を設ける場合について説明する。
【００５７】
本実施の形態で説明する固体色素レーザは、図３（Ａ）に示すように基板３０１、３０９、および封止材３１４で覆われた空間内部に設けられた光源３０６（以下、内部光源とよぶ）から第１の発光体３０２、および第２の発光体３０４に光を照射することにより、光共振器３０３からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源３０６からの光が第１の発光体３０２にまず吸収され、次にこれにより発光した光の導波光成分により光共振器３０３の端面が照射され、次に光共振器３０３内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源３０６から直接第２の発光体３０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は、無駄なく光共振器３０３内の第２の発光体３０４の励起に利用されるので、光共振器３０３の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【００５８】
なお、第１の発光体３０２、光共振器３０３、また光共振器３０３に含まれる第２の発光体３０４およびグレーティング３０５の構成については、実施の形態１に示す第１の発光体１０２、光共振器１０３、第２の発光体１０４、およびグレーティング１０５と同様であるため、実施の形態１を参照することとし、ここでの説明は省略する。
【００５９】
また、本実施の形態に示す光源としては、面光源が好ましく、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった光源を用いることができる。
【００６０】
図３（Ｂ）には、内部光源として発光素子を用いる場合、具体的には、基板３０９に有機ＥＬを利用した発光素子３０８が形成される場合について説明する。なお、基板３０１上に形成される第１の発光体３０２および光共振器３０３の構成については、図３（Ａ）と同様であるとする。
【００６１】
発光素子３０８は、第１の電極３１１と第２の電極３１２との間にＥＬ層３１３が挟まれた構造を有し、ＥＬ層３１３からみて基板３０９側の電極を第１の電極３１１とする。なお、第１の電極３１１と第２の電極３１２のうち、一方が陽極として機能し、他方が陰極として機能する。そして、陽極として機能する電極の方が陰極として機能する電極よりも電位が高くなるように、それぞれに電圧を印加したとき、ＥＬ層３１３において正孔と電子とが再結合することにより発光が得られる。但し、本実施の形態の場合には、発光素子３０８のＥＬ層３１３で生じた光を第１の発光体３０２および光共振器３０３に照射する必要があるため、少なくとも第２の電極３１２は、透光性を有する電極となるように形成する必要がある。また、発光素子３０８からの光を外部に逃がすことなく与えるために第１の電極３１１は、反射率の高い電極となるように形成することがより好ましい。
【００６２】
陽極として機能する電極の材料としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。この他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等が挙げられる。但し、陽極として機能する電極と接して形成されるＥＬ層の一部が、陽極として機能する電極の電極材料の仕事関数に関係なく正孔（ホール）注入が容易である複合材料を用いて形成される場合には、電極材料として可能な材料（例えば、金属（アルミニウム、銀など）、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物、その他、元素周期表の第１族または第２族に属する元素も含む）であれば、あらゆる公知の材料を用いることができる。
【００６３】
これらの材料は、通常スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットや、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
【００６４】
ＥＬ層３１３には、公知の物質を用いることができ、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもできる。なお、ＥＬ層３１３を形成する物質には、有機化合物のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【００６５】
ＥＬ層３１３は、少なくとも発光性物質からなる発光層を有しており、その他の機能層である正孔注入性の高い物質を含んでなる正孔注入層、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層、電子輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層、電子注入性の高い物質を含んでなる電子注入層などを適宜組み合わせた積層構造とすることもできる。
【００６６】
ただし、これらの機能層を設ける場合には、陽極として機能する電極側から順に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層が順次積層された構造とする必要がある。
【００６７】
ＥＬ層３１３に含まれる発光層に用いる材料としては、次に挙げる低分子系の発光物質を用いることができる。
【００６８】
青色系の発光物質としては、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）などが挙げられる。
【００６９】
緑色系の発光物質としては、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）などが挙げられる。
【００７０】
黄色系の発光物質としては、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）などが挙げられる。さらに、赤色系の発光物質として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【００７１】
また、発光層は、上述した発光性の高い物質を他の物質に分散させる構成としてもよい。なお、分散させる場合には、分散させる物質の濃度が、質量比で全体の２０％以下になるようにするのが好ましい。また、発光性の物質を分散させる物質としては、公知の物質を用いることができるが、発光性の物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭＯ準位）が浅く（絶対値が小さく）、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が深い（絶対値が大きい）物質を用いることが好ましい。
【００７２】
具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体を用いることができる。
【００７３】
また、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物を用いることができる。
【００７４】
その他、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（スチルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）などの縮合芳香族化合物を用いることもできる。
【００７５】
また、発光性の物質を分散させるための物質は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。さらに、発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等を添加してもよい。このように、発光性の高い物質を他の物質に分散させた構成とすることで、結晶化を抑制することができる。さらに、発光性の高い物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
【００７６】
また、発光層には、次に挙げる高分子系の発光物質を用いることもできる。
【００７７】
青色系の発光物質としては、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）などが挙げられる。
【００７８】
緑色系の発光物質としては、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］などが挙げられる。
【００７９】
橙色〜赤色系の発光物質としては、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【００８０】
また、ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、正孔注入層に用いる材料としては、正孔注入性を高める物質や正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
【００８１】
正孔注入性を高める物質としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの金属酸化物等が挙げられる。あるいは、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）等を用いることができる。
【００８２】
なお、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を用いることもできる。例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などが挙げられる。また、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＡｎｉ／ＰＳＳ）等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【００８３】
また、複合材料を形成する正孔輸送性の高い有機化合物としては、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。
【００８４】
例えば、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）等の芳香族アミン化合物や、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。
【００８５】
また、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチル−アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
【００８６】
さらに、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン、ペンタセン、コロネン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等の芳香族炭化水素化合物も挙げることができる。
【００８７】
また、複合材料を形成するアクセプター性物質としては、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル等の有機化合物や、遷移金属酸化物を挙げることができる。また、元素周期表における第４族から第８族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００８８】
なお、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成してもよい。
【００８９】
陽極として機能する電極に接して複合材料からなる正孔注入層を形成することにより、陽極として機能する電極の材料を仕事関数に依らずに選ぶことができる。つまり、陽極として機能する電極の電極材料として、仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料も用いることができる。なお、複合材料は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
【００９０】
ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、正孔輸送層に用いる材料としては、正孔輸送性の高い物質が好ましく、例えば低分子の有機化合物であるＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］−１，１’−ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）などの芳香族アミン化合物、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、２，７−ジ（Ｎ−カルバゾリル）−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＳＦＤＣｚ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニル−スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＹＧＡＳＦ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−２’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｏ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−３’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｍ−ＹＧＡ１ＢＰ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−フェニルトリフェニルアミン（略称：ｐ−ＹＧＡ１ＢＰ）、１，３，５−トリ（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ＴＣｚＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）や、高分子化合物であるＰＶＫ、ＰＶＴＰＡ、ＰＴＰＤＭＡ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤを用いることができる。
【００９１】
なお、上述した物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、前記以外の公知の物質を用いることができる。
【００９２】
ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、電子輸送層に用いる物質としては、電子輸送性の高い物質が好ましく、例えば、低分子の有機化合物であるＡｌｑ、Ａｌｍｑ３、ＢｅＢｑ２、ＢＡｌｑ、Ｚｎｑ、ＺｎＰＢＯ、ＺｎＢＴＺなどの金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ＴＰＢＩ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどの複素環化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよい。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００９３】
また、電子輸送層に用いる物質としては、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）などを用いることができる。
【００９４】
また、ＥＬ層３１３に含まれる機能層のうち、電子注入層に用いる物質としては、電子注入性の高い物質が好ましく、例えば、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、カルシウム（Ｃａ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはＡｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いてもよい。
【００９５】
陰極として機能する電極の材料としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
【００９６】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて陰極として機能する電極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【００９７】
なお、上述した電子注入層を設ける場合には、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いて陰極として機能する電極を形成することができる。また、これらの導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態で説明した発光素子３０８は、パッシブマトリクス型であっても、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型であっても適用可能である。
【００９９】
なお、図３（Ｂ）に示すように、第１の発光体３０２および光共振器３０３が形成された基板３０１と、内部光源となる発光素子３０８が形成された基板３０９とは、封止材３１４によって貼り合わされ、封止構造が形成されている。封止構造の内部は、発光素子の劣化を防止するために酸素や水分の少ない窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１００】
また、内部光源として発光素子を形成する場合にも、第１の発光体３０２や光共振器３０３が形成される基板３０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図３（Ｃ）の紙面に垂直な方向）以外の部分に反射体３１５を形成してもよい（図３（Ｃ）。）。なお、ここで示す反射体３１５は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物３１６に反射率の高い金属膜である反射膜３１７（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図３（Ｃ）に示す突起物３１６の場合には、光共振器３０３を構成するグレーティング３０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１０１】
このように固体色素レーザに反射体３１５を設けることにより、光共振器３０３に閉じこめられていない光が外部に漏れるのを防止し、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。なお、この場合も、封止材３１４によって基板３０１と基板３０９とを貼り合わせた封止構造とし、封止構造の内部は、発光素子の劣化を防止するために酸素や水分の少ない窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１０２】
さらに、図３（Ｄ）に示すように封止構造内部の空間が、封止材３１４で完全に充填された構造とすることもできる。
【０１０３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２で説明した場合に比べて、基板上に分離形成される第１の発光体および第２の発光体の１つ当たりの面積が小さく、また、分離形成される第１の発光体および第２の発光体の数が多くなる場合について、図４を用いて説明する。
【０１０４】
図４（Ａ）において、絶縁表面を有する基板４０１上に一列に並んだグレーティング４０５が複数列形成される場合について示す。ここでは、グレーティング４０５が４列配列された場合について示すが、本発明はこれに限られることはなく、配列数は、適宜変えることができる。なお、基板４０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１０５】
また、基板４０１上に形成されるグレーティング４０５は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【０１０６】
また、グレーティング４０５上には、第１の発光体４０３、および第２の発光体４０４が、それぞれ分離形成されており、本実施の形態では、グレーティング４０５上に第２の発光体４０４が積層された部分が光共振器４０６となる。なお、本実施の形態のようにグレーティング４０５上に第１の発光体４０３が積層された部分（図４（Ａ）の４０７）において、第１の発光体４０３の面積が十分に小さく、光閉じ込め効果が小さい場合には、グレーティング４０５による影響は無視できるため、あえて、第１の発光体４０３を形成する領域のグレーティング４０５を除去することなく積層構造を有していても良い。
【０１０７】
図４（Ａ）の線分Ａ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）に示す。線分Ａ−Ａ’における光共振器４０６は、グレーティング４０５と第２の発光体４０４とが積層された構造を有する。なお、図４（Ｂ）に示す構造ではグレーティング４０５の端部が露出している場合について示しているが、グレーティング４０５の端部が第１の発光体４０３、または第２の発光体４０４で覆われた構造としても良い。
【０１０８】
なお、グレーティング４０５上に積層される第１の発光体４０３および第２の発光体４０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。また、第１の発光体４０３および第２の発光体４０４は、いずれもグレーティング４０５上に積層されているため、本実施の形態の場合には、第１の発光体４０３と第２の発光体４０４の膜厚が同じになるように調節して形成する。
【０１０９】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源（図示せず）から基板４０１上の第１の発光体４０３、および第２の発光体４０４に光を照射することにより、光共振器４０６からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源からの光が第１の発光体４０３にまず吸収され、次に第１の発光体４０３より発光した光の導波光成分により光共振器４０６の端面が照射され、次に光共振器４０６内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源から直接第２の発光体４０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器４０６内の第２の発光体４０４の励起に利用されるので、光共振器４０６の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため様々な光源を用いることができるが、用いる光源としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源がより好ましい。
【０１１１】
なお、本実施の形態における第１の発光体４０３は、光源が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器４０６を構成する第２の発光体４０４は、光源および第１の発光体４０３が発する光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源から第１の発光体４０３に吸収された光を第２の発光体４０４に吸収させることができる。
【０１１２】
第１の発光体４０３に用いる物質には、発光量子効率の高い物質を用いることができ、また、第２の発光体４０４に用いる物質には、発光量子効率が高いだけでなく、レーザ活性を有する物質（いわゆる、レーザ色素）を用いることとする。なお、第１の発光体４０３、第２の発光体４０４に用いることのできる物質としては、発光性を示す有機系・無機系材料があるが、大別して（１）レーザ色素を含む有機低分子蛍光色素類、（２）有機ＥＬ用発光材料、（３）π共役ポリマー類、（４）化合物半導体量子ドット微粒子材料、があげられるが、これに限定されるものではない。
【０１１３】
（１）の分類では、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、オリゴチオフェン、ピリダイン２等、並びにこれらの誘導体があげられる。
【０１１４】
（２）の分類では、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、ルブレン、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）などが挙げられる。
【０１１５】
（３）の分類では、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）（略称：ＰＯＦ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，５−ジメトキシベンゼン−１，４−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＤＭＯＰ）、ポリ｛（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−［Ｎ，Ｎ’−ジ−（ｐ−ブチルフェニル）−１，４−ジアミノベンゼン］｝（略称：ＴＡＢ−ＰＦＨ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（略称：ＰＰＶ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−ｃｏ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，７−ジイル）］（略称：ＰＦＢＴ）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−ｃｏ−（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレン）］、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（３−ブチルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｒ４−ＰＡＴ）、ポリ｛［９，９−ジヘキシル−２，７−ビス（１−シアノビニレン）フルオレニレン］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝、ポリ｛［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−ビス（１−シアノビニレンフェニレン）］−ａｌｔ−ｃｏ−［２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−フェニレン］｝（略称：ＣＮ−ＰＰＶ−ＤＰＤ）などが挙げられる。
【０１１６】
（４）の分類では、ＣｄＳｅナノ微粒子、ＣｄＳナノ微粒子、ＺｎＯナノ微粒子などがあげられる。
【０１１７】
また、第１の発光体４０３並びに第２の発光体４０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾールや、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）などホスト物質が励起光を吸収し、ゲスト分子が発光するタイプのものがあげられる。又、ポリメタクリル酸メチル（略称：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン等の透明樹脂を用いることもできる。
【０１１８】
また、第１の発光体４０３および第２の発光体４０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、スピンコート法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【０１１９】
また、図４に示す光共振器４０６は、グレーティング４０５と第２の発光体４０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器４０６として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【０１２０】
また、図４（Ｃ）に示すように第１の発光体４０３や光共振器４０６が形成される基板４０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図４（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体４０８を形成してもよい。なお、ここで示す反射体４０８は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物４０９に反射率の高い金属膜である反射膜４１０（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図４に示す突起物４０９の場合には、グレーティング４０５と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１２１】
このように固体色素レーザに反射体４０８を設けることにより、第１の発光体４０３や第２の発光体４０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、光共振器４０６において、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１２２】
また、本発明の一態様である固体色素レーザでは、図４（Ｄ）に示すように第１の発光体４０３、光共振器４０６等が形成された基板４０１を別の基板４１１で封止してもよい。この場合、基板４０１の周囲に封止材を設けて、基板４１１を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図４（Ｄ）に示すように基板４０１と基板４１１との間を封止材４１２で完全に充填する構造としても良い。なお、基板４１１も基板４０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１２３】
また、封止材４１２としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【０１２４】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、同一基板上に第１の発光体４０３が複数存在するため、光共振器における励起分子の閉じ込め効率をさらに向上させることができ、レーザ発振閾値を低下させることができる。
【０１２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１や実施の形態２で説明した場合に比べて、基板５０１上に分離形成される第２の発光体５０４の１つ当たりの面積が小さく、また、分離形成される第２の発光体５０４の数が多くなる場合であり、さらに、第１の発光体５０３については、複数個に分離形成される実施の形態３の構造とは異なり、グレーティング５０２の有無にかかわらず同一膜で基板５０１上に形成される場合について図５を用いて説明する。
【０１２６】
図５（Ａ）において、絶縁表面を有する基板５０１上に一列に並んだグレーティング５０２が複数列形成される場合について示す。ここでは、グレーティング５０２が４列配列された場合について示すが、本発明はこれに限られることはなく、配列数は、適宜変えることができる。なお、基板５０１としては、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１２７】
また、基板上に形成されるグレーティング５０２は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の透光性を有する材料を用いることができ、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリンティング法を用いることができる。
【０１２８】
また、グレーティング５０２上には、第１の発光体５０３が形成されている。なお、第１の発光体５０３は、基板５０１上のグレーティング５０２を覆うように同一膜で形成される。第２の発光体５０４は、グレーティング５０２および第１の発光体５０３上であって、光共振器を形成する部分に分離形成される。従って、本実施の形態では、グレーティング５０２上に第１の発光体５０３および第２の発光体５０４が積層された部分が光共振器５０５となる。なお、本実施の形態のように光共振器５０５の一部に第１の発光体が含まれた構造であっても、第１の発光体５０３で吸収された光は、さらに第２の発光体５０４に吸収されるため、第１の発光体５０３が存在していても問題はない。
【０１２９】
なお、グレーティング５０２上に積層される第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。また、本実施の形態で示す構造の場合、第１の発光体５０３は、パターニングが不要である為、第１の発光体のパターニングが必要であった実施の形態３に比べて工程を簡略化することができる。
【０１３０】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源（図示せず）から基板５０１上の第１の発光体５０３、および第２の発光体５０４に光を照射することにより、光共振器５０５からレーザ発振を得ることができる。なお、ここで示す固体色素レーザは、光源からの光が第１の発光体５０３にまず吸収され、次に第１の発光体５０３より発光した光の導波光成分等により光共振器５０５が照射され、次に光共振器５０５内部に励起分子が生成し閉じこめられる。更に、光源から直接第２の発光体５０４に吸収された光によっても励起分子が生成する。このように面状光源からの励起光は無駄なく光共振器内の第２の発光体５０４の励起に利用されるので、光共振器５０５の内部でレーザ発振に有効な励起分子を増やすことができ、レーザ発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１３１】
すなわち、本実施の形態に示す固体色素レーザは、光源からの光を効率よく集めることができる構造を有しているため様々な光源を用いることができるが、用いる光源としては、発光素子（例えば、発光ダイオードアレイ、有機ＥＬ等）、冷陰極管、平面蛍光ランプといった面光源がより好ましい。
【０１３２】
なお、本実施の形態における第１の発光体５０３は、光源が発する光を吸収する物質を有しており、光共振器５０５を構成する第２の発光体５０４は、光源および第１の発光体５０３が発する光を吸収する物質を有している。従って、上述したように光源から第１の発光体５０３に吸収された光を第２の発光体５０４に吸収させることができる。
【０１３３】
第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の材料として用いることのできる物質としては、オキサゾール、オキサジアゾール、ＤＣＭ１（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）、ピリジン、ピロメテン、フルオレセイン、キトン赤、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、オリゴチオフェン、ピリダイン２等であり、その他これらの誘導体を用いることができる。但し、上述したように第２の発光体５０４に用いる物質は、第１の発光体５０３に用いる物質が発する光を吸収できる物質となるように適宜選択する必要がある。
【０１３４】
また、第２の発光体５０４の内部においてホスト−ゲストの関係を構成し、上述した物質をゲスト物質とする別の物質（ホスト物質）を組み合わせて用いることもできる。なお、ホスト物質としては、ポリビニルカルバゾール、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、ポリメタクリル酸メチル等を用いることができる。
【０１３５】
また、第１の発光体５０３および第２の発光体５０４の作製には、蒸着法（真空蒸着法）、転写法、インクジェット法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【０１３６】
また、図５に示す光共振器５０５は、グレーティング５０２と第１の発光体５０３と第２の発光体５０４の積層構造である分布帰還型共振器（ＤＦＢ）の場合について示したが、本発明はこれに限られることはなく、光共振器５０５として分布ブラッグ反射型共振器（ＤＢＲ）、リング型共振器、微小球共振器、ウィスパーリングギャラリーモードを利用するマイクロディスク、およびフォトニック結晶であってもよい。
【０１３７】
また、図５（Ｃ）に示すように第１の発光体５０３や光共振器５０５が形成される基板５０１の端部であって、レーザ発振がなされる方向（図５（Ａ）に示す矢印の方向）以外の部分に反射体５０８を形成してもよい。なお、ここで示す反射体５０８は、絶縁材料（酸化珪素、窒化珪素など）を用いて形成された突起物５０９に反射率の高い金属膜である反射膜５１０（銀、アルミニウム等）が積層された構造を有しており、これらの形状は、公知のパターニング技術を用いればよい。図５に示す突起物５０９の場合には、グレーティング５０２と同時に形成した絶縁膜と、後の別工程で形成された絶縁膜との積層により形成される。
【０１３８】
このように固体色素レーザに反射体５０８を設けることにより、第１の発光体５０３や第２の発光体５０４に吸収されていない光が外部に漏れるのを防止し、レーザ発振に用いる励起分子を増やすことができるため、発振閾値をさらに低下させることができる。
【０１３９】
また、本発明の一態様の固体色素レーザでは、図５（Ｄ）に示すように第１の発光体５０３、光共振器５０５等が形成された基板５０１を別の基板５１１で封止してもよい。この場合、基板５０１の周囲に封止材を設けて、基板５１１を貼り合わせ、基板間を空間にしても良いが、図５（Ｄ）に示すように基板５０１と基板５１１との間を封止材５１２で完全に充填する構造としても良い。なお、基板５１１も基板５０１と同様であり、例えばガラス、石英、プラスチックなどを用いることができる。
【０１４０】
また、封止材５１２としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型液状樹脂、ビスフェノールＡ型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【０１４１】
本実施の形態に示す固体色素レーザは、第１の発光体５０３は、パターニングが不要である為、第１の発光体のパターニングが必要であった実施の形態３に比べて工程を簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０１ 基板
１０２ 第１の発光体
１０３ 光共振器
１０４ 第２の発光体
１０５ グレーティング
１０６ 光源
１０７ 反射体
１０８ 突起物
１０９ 反射膜
１１０ 基板
１１１ 封止材
３０１ 基板
３０２ 第１の発光体
３０３ 光共振器
３０４ 第２の発光体
３０５ グレーティング
３０６ 光源
３０８ 発光素子
３０９ 基板
３１１ 第１の電極
３１２ 第２の電極
３１３ ＥＬ層
３１４ 封止材
３１５ 反射体
３１６ 突起物
３１７ 反射膜
４０１ 基板
４０３ 第１の発光体
４０４ 第２の発光体
４０５ グレーティング
４０６ 光共振器
４０８ 反射体
４０９ 突起物
４１０ 反射膜
４１１ 基板
４１２ 封止材
５０１ 基板
５０２ グレーティング
５０３ 第１の発光体
５０４ 第２の発光体
５０５ 光共振器
５０８ 反射体
５０９ 突起物
５１０ 反射膜
５１１ 基板
５１２ 封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、前記第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、
前記光共振器は、前記励起光源および前記第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記光共振器は、回折格子構造、フォトニック結晶構造、または端面を反射面とする薄膜である固体色素レーザ。
【請求項３】
基板上に形成された第１の発光体および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記第１の発光体は、励起光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記励起光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなり、
前記第１の発光体および前記第２の発光体は、前記基板および前記回折格子と重なる位置に部分的にそれぞれ分離形成される固体色素レーザ。
【請求項４】
基板上に形成された回折格子を複数有し、
前記基板および前記回折格子と重なる位置に部分的に第１の発光体または第２の発光体のいずれか一方が形成され、
前記第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項５】
基板上に形成された回折格子を複数有し、
前記基板および前記回折格子上に第１の発光体が形成され、
少なくとも前記回折格子の一部およびそれと重なる前記第１の発光体上に第２の発光体が形成され、
前記第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項６】
一対の基板間に光源、第１の発光体、および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記光源は、一方の基板に形成され、
前記第１の発光体および前記回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、前記第２の発光体は、少なくとも前記回折格子と重なる位置に形成され、
前記第１の発光体は、前記光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記光源は、有機ＥＬ、発光ダイオード、冷陰極管、平面蛍光ランプのいずれか一である固体色素レーザ。
【請求項８】
一対の基板間に発光素子、第１の発光体、および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記発光素子は、一方の基板に形成され、
前記第１の発光体および前記回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、前記第２の発光体は、少なくとも前記回折格子と重なる位置に形成され、
前記第１の発光体は、前記発光素子が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記発光素子および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の発光体には、発光量子効率が５０％以上の物質を用いる固体色素レーザ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第２の発光体は、スチルベン系、クマリン系、キサンテン系、シアニン系、オキサジン系、ローダミン系、スチリル系の発光量子効率が５０％以上であり、かつレーザ活性を有する物質を用いる固体色素レーザ。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記基板上の端部であって、前記光共振器によって固体色素レーザが発振される方向とは異なる方向に反射体を有する固体色素レーザ。
【請求項１】
励起光源の光を受光して発光する第１の発光体と、前記第１の発光体に隣接する光共振器とを有し、
前記光共振器は、前記励起光源および前記第１の発光体が発光する光を受光して発光する第２の発光体を有する固体色素レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記光共振器は、回折格子構造、フォトニック結晶構造、または端面を反射面とする薄膜である固体色素レーザ。
【請求項３】
基板上に形成された第１の発光体および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記第１の発光体は、励起光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記励起光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなり、
前記第１の発光体および前記第２の発光体は、前記基板および前記回折格子と重なる位置に部分的にそれぞれ分離形成される固体色素レーザ。
【請求項４】
基板上に形成された回折格子を複数有し、
前記基板および前記回折格子と重なる位置に部分的に第１の発光体または第２の発光体のいずれか一方が形成され、
前記第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項５】
基板上に形成された回折格子を複数有し、
前記基板および前記回折格子上に第１の発光体が形成され、
少なくとも前記回折格子の一部およびそれと重なる前記第１の発光体上に第２の発光体が形成され、
前記第１の発光体は、光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項６】
一対の基板間に光源、第１の発光体、および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記光源は、一方の基板に形成され、
前記第１の発光体および前記回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、前記第２の発光体は、少なくとも前記回折格子と重なる位置に形成され、
前記第１の発光体は、前記光源が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記光源および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記光源は、有機ＥＬ、発光ダイオード、冷陰極管、平面蛍光ランプのいずれか一である固体色素レーザ。
【請求項８】
一対の基板間に発光素子、第１の発光体、および光共振器を有し、
前記光共振器は、回折格子および第２の発光体を含み、
前記発光素子は、一方の基板に形成され、
前記第１の発光体および前記回折格子は、他方の基板に接して形成され、かつ、前記第２の発光体は、少なくとも前記回折格子と重なる位置に形成され、
前記第１の発光体は、前記発光素子が発する光を吸収する物質からなり、
前記第２の発光体は、前記発光素子および前記第１の発光体が発する光を吸収する物質からなる固体色素レーザ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の発光体には、発光量子効率が５０％以上の物質を用いる固体色素レーザ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第２の発光体は、スチルベン系、クマリン系、キサンテン系、シアニン系、オキサジン系、ローダミン系、スチリル系の発光量子効率が５０％以上であり、かつレーザ活性を有する物質を用いる固体色素レーザ。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記基板上の端部であって、前記光共振器によって固体色素レーザが発振される方向とは異なる方向に反射体を有する固体色素レーザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８０９５０（Ｐ２０１０−８０９５０Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６３８１（Ｐ２００９−１９６３８１）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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