(57)【要約】【課題】光配線モジュール等の光通信用途の発光素子として利用可能な高い応答速度を持った有機ＥＬ素子の提供。【解決手段】発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が３．０ｎｓ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が０．６ｎｓ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が３．０ｎｓ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が０．６ｎｓ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
発光層がホスト材料とゲスト材料とを混合した材料からなり、発光層の蛍光寿命が３．０ｎｓ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
発光層のホスト材料がＣＢＰ又はＰＢＤであることを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
発光層のゲスト材料がＤＳＢ，ＤＰＶＢｉ，ＢＣｚＶＢｉ、Ｐｅｌｙｒｅｎｅからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いたことを特徴とする光配線モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と記す。）に関し、特に、応答機能を向上せしめ、光通信機能を持たせた有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を発光素子として用いた光配線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、透明なガラス基板又は透明な樹脂基板の表面に、第１電極層（陽極）、発光層を含む有機層、第２電極層（陰極）が順に積層された基本構造を有する。
有機ＥＬ素子は、コントラスト比が高い、視野角が広い、薄型化が可能であるといった特徴を有しており、ディスプレイなどの分野に応用され始めている。また、有機ＥＬ素子を利用したディスプレイでは、駆動用のトランジスタ回路上に発光部を形成するために、通常の素子構造ではトランジスタ部分で発光した光が吸収もしくは散乱されてしまい、外部への取り出し効率が悪化するという問題がある。この問題を解決するために、ガラス基板上に陰極、有機層、陽極の順番に積層されたトップエミッション構造と呼ばれる構造も検討されている。
【０００３】
第１電極層（陽極）は、ＩＴＯ（スズ添加酸化インジウム）に代表される透明導電材料から形成される。有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などの複数増から構成される。第２電極層（陰極）は、Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ、Ｃａなどの金属材料で構成される。
【０００４】
これまで有機ＥＬ素子は、多くの研究機関で研究開発が進められており、その発光特性（発光効率、最大輝度、消費電力）は飛躍的に向上してきている。例えば、従来の蛍光材料よりも発光効率の高い燐光材料、低い仕事関数を有する陰極材料、電子と正孔のキャリアバランスの最適化など、多くの研究開発が行われている。また、低コスト化が実現可能な製造方法として、従来の真空蒸着法だけではなく、スクリーン印刷やグラビア印刷、インクジェット印刷法などを用いた脱真空プロセスが検討されている。
【０００５】
一方、この有機ＥＬ素子の新しい応用として、光配線モジュール用の光源が期待されている。光配線モジュールは、光ファイバやポリマー光導波路の両端に発光素子や受光素子を実装した構造を有しており、発光素子を用いて電気信号を光信号に変換し、この光信号を光ファイバやポリマー光導波路を通して受光素子に送る。最後に、受光素子で光信号を電気信号に変換して通信を行っている。
【０００６】
従来、有機ＥＬ素子を用いた光配線モジュールとして、例えば、特許文献１，２に開示された技術が提案されている。これらの特許文献１，２に開示された従来技術を用いると、光ファイバやポリマー光導波路に光を伝送するための発光素子として有機ＥＬ素子を利用できる。また、有機ＥＬ素子は蒸着などの方法を用いて、耐熱性がそれほど高くないポリマー光導波路が形成された基板上に直接形成できるので、複雑な光軸調整や光導波路端面の加工を必要とせず、簡単に光導波路と有機ＥＬ素子を結合できるという利点がある。
さらに、光導波路や有機ＥＬ素子を一体形成してモノシリックに集積することも可能であり、光配線モジュールの実装工程を大幅に短縮でき、低コスト化を実現できる。
【０００７】
また従来、有機ＥＬ素子の応答速度を向上させる方法として、例えば、特許文献３〜５に開示された技術が提案されている。特許文献３に開示された方法では、有機ＥＬ素子の静電容量を小さくすることで有機ＥＬ素子の応答速度を向上させることができる。また、特許文献４では、バイアス電圧とパルス電圧を重畳した電圧を印加して、１００ＭＨｚの応答速度を実現している。さらに、特許文献５では、発光層の隣に正孔障壁層や電子注入層を設けて応答速度の向上を実現している。
【特許文献１】特開２００３−１４９５４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９９５号公報
【特許文献３】特開平５−２９０８０号公報
【特許文献４】特開２００３−２４３１５７号公報
【特許文献５】特開２００２−３１３５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３〜５に開示された従来技術では、有機ＥＬ素子の応答速度をある程度向上させることはできるが、光配線モジュールに適用させるためには未だ応答速度が不十分である。光通信用途の場合、実用的な応答速度は、遮断周波数で１００ＭＨｚ以上の応答速度が必要であり、これらの特許文献に記載された方法では、その応答速度を得ることは困難である。従って、光配線用途に適用させるために、１００ＭＨｚ以上の応答速度を持つ有機ＥＬ素子の提供が要求されている。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、光配線モジュール等の光通信用途の発光素子として利用可能な高い応答速度を持った有機ＥＬ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が３．０ｎｓ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１１】
また本発明は、発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が０．６ｎｓ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１２】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層がホスト材料とゲスト材料とを混合した材料からなり、発光層の蛍光寿命が３．０ｎｓ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層のホスト材料がＣＢＰ又はＰＢＤであることが好ましい。
【００１４】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層のゲスト材料がＤＳＢ，ＤＰＶＢｉ，ＢＣｚＶＢｉ、Ｐｅｌｙｒｅｎｅからなる群から選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前述した本発明に係る有機ＥＬ素子を発光素子として用いたことを特徴とする光配線モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、蛍光寿命の短い発光層材料を用いることで、有機ＥＬ素子の応答速度を向上させることができる。
また、２つ以上の有機材料を混合させた発光層を用いることで、出力光強度も向上できるので、高出力かつ高速応答可能な有機ＥＬ素子を実現できる。
また、本発明の光配線モジュールは、高速応答が可能な本発明の有機ＥＬ素子を発光素子として用いたものなので、耐熱性がそれほど高くないポリマー光導波路が形成された基板上に直接形成できるので、複雑な光軸調整や光導波路端面の加工を必要とせず、簡単に光導波路と有機ＥＬ素子を結合できる。さらに、光導波路や有機ＥＬ素子を一体形成してモノシリックに集積することも可能であり、光配線モジュールの実装工程を大幅に短縮でき、低コスト化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態は、発光層がＤＰＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＳＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含む材料からなり、発光層の蛍光寿命が２．５ｎｓ以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の有機ＥＬ素子の他の実施形態は、発光層がホスト材料とゲスト材料とを混合した材料からなり、発光層の蛍光寿命が２．５ｎｓ以下であることを特徴とする。
本実施形態において、発光層のホスト材料は、ＣＢＰ又はＰＢＤであることが好ましい。また発光層のゲスト材料は、ＤＳＢ，ＢＣｚＶＢｉ、Ｐｅｌｙｒｅｎｅからなる群から選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層の材料が前記各実施形態に記載した特徴を有していれば良く、他の構成要素は特に限定されず、従来周知の有機ＥＬ素子と同等の構成とすることができる。例えば、本発明の有機ＥＬ素子は、ガラス基板や透明樹脂基板などの透明基板上に、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる第１電極層（陰極）、発光層を含む有機層、金属薄膜からなる第２電極層（陽極）を順に積層した基本構成とすることができ、またはガラス基板上に陰極、有機層、陽極の順番に積層されたトップエミッション構造とすることもできる。
【００２０】
有機ＥＬ素子の応答速度には、素子の時定数や電極からのキャリア移動時間などが影響を与えるが、後述する実施例において詳述した通り、本発明によって、蛍光寿命の大きさと有機ＥＬ素子の応答速度に関する関係が初めて明らかにされた。そこで、実施例１では、蛍光寿命だけの影響を直接評価することで、具体的に１００ＭＨｚ以上の遮断周波数を実現するために必要な蛍光寿命の値を見積もった。
【００２１】
［実施例１］
ここでは、有機発光層の蛍光寿命と有機ＥＬ素子の応答速度の関係を直接調べるために、ストリークカメラを用いた蛍光寿命の測定結果と有機発光材料を青色レーザで励起した時の蛍光強度の周波数依存性を測定した結果を比較して、遮断周波５０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚを実現するために必要な蛍光寿命の値を評価した。
【００２２】
具体的に有機薄膜の蛍光寿命を本発明方法で測定した結果を示す。ガラス基板上に１，４−ビス［２−［４−［Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリル）アミノ］フェニル］ビニル］ベンゼン（ＤＳＢ）、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、４−（ジシアノメチレン）２−メチル−６−（ユロリジン−４−イル−ビニル）−４Ｈ−ピル（ＤＣＭ２）ドープのＡｌｑ３、５，６，１１，１２−テトラフェニル−テトラセン（ｒｕｂｒｅｎｅ）を０．５質量％ドープしたＡｌｑ３の４種類の有機薄膜をそれぞれ１００ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００２３】
蛍光寿命測定装置の構成図を図１に示す。図１中、符号１は有機薄膜、２はガラス基板、３は半導体レーザ、４はレーザ光、５は蛍光、６はフォトダイオード、７はオシロスコープ、８はシグナルジェネレータである。中心波長４０５ｎｍの半導体レーザにシグナルジェネレータ（ＫＥＮＷＯＯＤ社製の商品名ＳＧ−７２００）を用いて正弦波電圧を印加した。そのため強度が時間的に変調された光が発生した。その強度変調された光を有機薄膜に照射して蛍光を発生させた。発生した蛍光をフォトディテクタ（浜松フォトニクス社製の商品名Ｓ−５３４３）で電気信号とし、オシロスコープ（横川電気社製の商品名ＤＬ１７４０）で強度を測定した。ここで、シグナルジェネレータで発生させる正弦波電圧の周波数を変化させて、それぞれの周波数に対する蛍光強度を計測した。
【００２４】
図２に、ＤＳＢ薄膜の蛍光強度の周波数依存性を示す。ここでは変調周波数を１ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲で変化させた。ここで、縦軸（蛍光強度）と横軸（周波数）は、それぞれ対数で表示している。また、蛍光強度が５０％の値になる周波数を遮断周波数として求めた。ＤＳＢ薄膜の場合、遮断周波数は１６０ＭＨｚとなった。さらに同じ測定対象物を、ストリークカメラ（浜松フォトニクス社製の商品名ＦＥＳＣＡ−２００）で蛍光寿命を測定したところ、２ｎｓという結果になった。つまり、遮断周波数１６０ＭＨｚは、蛍光寿命２ｎｓに対応することが分かる。
【００２５】
また、図３に前記４種類の薄膜の遮断周波数と蛍光寿命の関係を示す。ここで、蛍光寿命の値は、ストリークカメラ（浜松フォトニクス社製の商品名ＦＥＳＣＡ−２００）を用いて測定した結果である。蛍光寿命と遮断周波数の間には、明確な関係があり、この図３の結果を元に遮断周波数から蛍光寿命を見積もることができる。この結果から、５０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚ以上の高い応答速度を実現するためには、それぞれ３．０ｎｓおよび０．６ｎｓ以下の蛍光寿命が必要であることが分かる。
【００２６】
［実施例２］
Ａｌｑ３、ＤＳＢ、４，４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、４，４−ビス（２，２−ジトリルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）、Ｐｅｒｙｌｅｎｅ、４，４’−ビス（９−ジカルバゾリル）−２，２’−ビフェニル（ＣＢＰ）、２−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−（４−ビフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、３−（２−Ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−Ｎ，Ｎ−ｄｉｅｔｈｙｌｕｍｂｅｌｌｉｆｅｒｙｌａｍｉｎｅ（ｃｏｕｍａｒｉｎ  ６）、４−（Ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）２−ｍｅｔｈｙｌ−６−（ｊｕｌｏｌｉｄｉｎ−４−ｙｌ−ｖｉｎｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ（ＤＣＭ２）、５，６，１１，１２−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｔｅｔｒａｃｅｎｅ（ｒｕｂｒｅｎｅ）、２−（４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−５−（４−ｂｉｐｈｅｎｙｌｙｌ）−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ（ＰＢＤ）、４，７−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（ＢＰｈｅｎ）、Ｂｉｓ−（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ）−４−（ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ（ＢＡｌｑ）、４，４’−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ］−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（α−ＮＰＤ）をそれぞれ抵抗線加熱の蒸着機を用いて１００ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００２７】
作製した薄膜の蛍光寿命をストリークカメラ法で測定し、結果を表１に示す。蛍光寿命の測定には、Ｔｉ：サファイアレーザの第二次高調波を励起光として利用しており、励起光の波長は３８０ｎｍとした。励起光を有機薄膜に照射し、発生した蛍光をストリークカメラ（浜松フォトニクス社製の商品名ＦＥＳＣＡ−２００）で受光して、蛍光強度の時間変化から蛍光寿命を見積もった。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１の結果から、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉ、ＰＢＤ、ＤＰＶＢｉの４種類の材料において蛍光寿命３．０ｎｍ以下を実現した。また、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉ、ＤＰＶＢｉの３種類の材料において蛍光寿命０．６ｎｍ以下を実現した。
【００３０】
［実施例３］
表２に、ｒｕｂｒｅｎｅドープＡｌｑ３、ＤＳＢドープＣＢＰ、ＢＣｚＶＢｉドープＣＢＰ、ＤＰＶＢｉドープＣＢＰ、ＢＣｚＶＢｉドープＰＢＤ、ＰｅｒｙｌｅｎｅドープＰＢＤ、ＤＳＢドープＡｌｑ３、ＢＣｚＶＢｉドープＡｌｑ３、ＤＰＶＢｉドープＡｌｑ３、ＰｅｒｙｌｅｎｅドープＡｌｑ３、ＤＳＢドープＰＢＤ、ＤＰＶＢｉドープＰＢＤの有機薄膜における蛍光寿命の測定結果を示す。ここでドーパント（ｒｕｂｒｅｎｅ、ＤＳＢ、ＢＣｚＶＢｉ、ＤＰＶＢｉ、Ｐｅｒｙｌｅｎｅ）の濃度は、すべてのサンプルにおいて０．５質量％とした。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２の結果から、２つの材料を混合（ドープ）した場合、ＤＳＢドープＣＢＰ、ＢＣｚＶＢｉドープＣＢＰ，ＤＰＶＢｉドープＣＢＰ、ＢＣｚＶＢｉドープＰＢＤ、ＰｅｒｙｌｅｎｅドープＰＢＤという５種類の材料の組み合わせにおいて蛍光寿命３．０ｎｓ以下を実現した。ここで、２つの材料を混合（ドープ）した場合には、濃度消光による蛍光寿命が長くなることを抑えることができ、その結果として短い蛍光寿命を実現したと考えられる。さらに、この濃度消光を抑えることで、発光効率などの他の特性も向上することが知られており、通信用の有機ＥＬ素子として適した構造であると言える。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１で用いた蛍光寿命測定装置の構成図である。
【図２】実施例１の結果のうち、ＤＳＢ薄膜の蛍光強度の周波数依存性を示すグラフである。
【図３】実施例１での結果のうち、４種類の薄膜の遮断周波数と蛍光寿命の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１…有機薄膜、２…ガラス基板、３…半導体レーザ、４…レーザ光、５…蛍光、６…フォトダイオード、７…オシロスコープ、８…シグナルジェネレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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