CN101222802A - 有机电致发光元件以及光布线模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机电致发光元件，具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了含有从DPVBi、PBD、DSB、BCzVBi中选择的一种或两种以上的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。根据本发明，可以提供一种具有高响应速度的有机电致发光元件，其可用作光布线模块等光通信用途的发光元件。
Description
技术领域
本发明涉及有机电致发光元件(下面记作“有机EL元件”)，尤其涉及提高响应功能的、具有光通信功能的有机EL元件以及将该有机EL元件用作发光元件的光布线模块。
本申请是对2007年1月11日申请的日本专利申请第2007-003334号要求优先权，并引用其内容。
背景技术
有机EL元件在透明玻璃基板或透明树脂基板表面具有按顺序依次层压第一电极层(阳极)、含有发光层的有机层、第二电极层(阴极)的基本结构。
有机EL元件具有对比度高、视角广、可薄型化的特点，已开始应用于显示器等领域。但是，对于利用有机EL元件的显示器而言，在驱动用的晶体管电路上形成有发光部，因此用一般的元件结构，则存在晶体管部分发出的光被吸收或者散射、而使向外部的发射效率变差的问题。为解决上述问题，人们也研究了在玻璃基板上按照顺序层压阴极、有机层、阳极的结构，被称作顶部发光(top emission)结构。
第一电极层(阳极)可由以ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)为代表的透明导电材料形成。有机层可由空穴注入层、空穴输送层、发光层、电子输送层、电子注入层等多层构成。第二电极层(阴极)由Mg:Ag、Al、Ca等金属材料构成。
迄今为止的有机EL元件，已在众多的研究机构开展了研究开发，其发光特性(发光效率、最大辉度、耗电量)飞跃式地提高。例如，已进行了比以往荧光材料发光效率更高的磷发光材料、具有低功函数的阴极材料、发光层的电子和将空穴的载体平衡的最适化等大量的研发。并且，作为能实现低成本化的制造方法，不仅研究了以往的真空蒸镀法，还研究了使用丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷法等非真空处理。
另一方面，作为该有机EL元件的新用途，期待着用于光布线模块的光源。光布线模块具有在光纤维或聚合物光波导的两端安装有发光元件或收光元件的构造，使用发光元件将电信号转换为光信号，将该光信号通过光纤维或聚合物光波导送达收光元件。最后用收光元件将光信号转换为电信号进行通信。
一直以来，作为使用有机EL元件的光布线模块，已提出了在例如特开2003-149541号公报、特开2003-14995号公报中公开的技术。使用这些以往技术，则可利用有机EL元件作为用于向光纤维或聚合物光波导中传送光的发光元件。并且，有机EL元件使用蒸镀等方法，可以直接形成于形成有耐热性不那么高的聚合物光波导的基板上。因此，没有必要进行复杂的光轴调整或光波导端面的加工，具有光波导和有机EL元件可简单结合的优点。
此外，光波导、有机EL元件也可以一体形成后集成在单片上，可大幅缩短光布线模块的安装工序，实现低成本化。
并且，作为提高有机EL元件的响应速度的方法，以前提出了例如：特开平5-29080号公报、特开2003-243157号公报、特开2002-313553号公报中公开的技术。在特开平5-29080号公报中公开的方法，可以通过减小有机EL元件的静电容量来提高有机EL元件的响应速度。并且，在特开2003-243157号公报中，外加重叠了偏置电压和脉冲电压的电压，实现了100MHz的响应速度。并且，在特开平5-29080号公报中实现了在发光层的旁边设置空穴阻挡层来提高响应速度。但是，这些以往技术虽然能够使有机EL元件的响应速度得到某种程度的提高，但是使其适用于实际应用的光布线模块中，则其响应速度尚不充分。在光通信用途中，实际应用的响应速度需要截止频率在100MHz以上的响应速度，而这些专利文献中记载的方法很难获得该响应速度。因此，为了将其适用于光通信用途，要求提供具有100MHz以上的响应速度的有机EL元件。
鉴于上述事实，本发明的目的在于提供一种具有高响应速度的有机EL元件，其可用作光布线模块等光通信用途的发光元件。
发明内容
本发明的第一发明涉及一种有机EL元件，其具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了含有从4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯(DPVBi)、2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑(PBD)、1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯(DSB)、4，4’-双(9-乙基-3-咔唑乙撑基)-1，1’-联苯(BCzVBi)中选择的一种或两种以上的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
本发明的第二发明涉及一种有机EL元件，其具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了含有从4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯(DPVBi)、2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑(PBD)、1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯(DSB)中选择的一种或两种以上的材料，并且发光层的荧光寿命为0.6ns以下。
本发明的第三发明涉及一种有机EL元件，其具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了将主体材料和客体材料混合后的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
在本发明的第三发明的有机EL元件中，发光层的主体材料优选4，4’-双(9-二咔唑基)-2，2’-联苯(CBP)或2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑(PBD)。
在本发明的第三发明的有机EL元件中，发光层的客体材料优选从1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯(DSB)、4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯(DPVBi)、4，4’-双(9-乙基-3-咔唑乙撑基)-1，1’-联苯(BCzVBi)、苝(perylene)中选择的一种或两种以上。
并且，本发明提供使用上述本发明涉及的有机EL元件作为发光元件的光布线模块。
根据本发明，由于使用荧光寿命短的发光层材料，因此可以使有机EL元件的响应速度提高。
并且，由于使用混合有两种以上的有机材料的发光层，因此输出光强度也提高了，可实现高输出并且可高速响应的有机EL元件。
并且，由于本发明的光布线模块使用了可高速响应的本发明的有机EL元件作为发光元件，因此可在形成有耐热性不那么高的聚合物光波导的基板上直接形成。因此，无需进行复杂的光轴调整或光波导端面的加工，就可以简单地结合光波导和有机EL元件。此外，光波导、有机EL元件也可以一体形成后集成在单芯片上，可大幅缩短光布线模块的安装工序，实现低成本化。
附图说明
图1是在实施例1中使用的荧光寿命测定装置的构成图。
图2是表示实施例1的结果中DSB薄膜的荧光强度的频率依赖性的图。
图3是表示实施例1的结果中4种薄膜的截止频率和荧光寿命的关系的图。
具体实施方式
本发明的有机EL元件的一个实施方式，其特征在于，发光层包括了含有从DPVBi、PBD、DSB中选择的1种或2种以上的材料，并且，发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
本发明的有机EL元件的其他实施方式，其特征在于，发光层包括了将主体材料和客体材料混合后的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
在本实施方式中，发光层的主体材料优选CBP或PBD。并且发光层的客体材料优选从DSB、BCzVBi、苝中选择的一种或两种以上。
本发明的有机EL元件，发光层的材料具有上述各实施方式中记载的特征即可，对其他的构成要素没有特别限定，可以与以往公知的有机EL元件同等构成。例如，本发明的有机EL元件是在玻璃基板或透明树脂基板等的透明基板上，可以按着顺序层压由ITO、IZO等透明导电材料第一电极层(阳极)、含有发光层的有机层、由金属薄膜构成的第二电极层(阴极)作为基本构成；或者在玻璃基板上按着顺序层压阴极、有机层、阳极作为顶部发光结构。
不仅是荧光寿命，从电极到发光层的载体移动时间、有机层中的载体注入时间、金属的中间相等其他的参数都影响有机EL元件的响应速度。但是，如后述的实施例中详细描述的，根据本发明才首次明确了荧光寿命的大小与有机EL元件响应速度之间的关系。因此，在实施例1中通过直接评价荧光寿命对响应速度的影响，具体地估算为实现100MHz以上的截止频率所必需的荧光寿命值。
[实施例1]
这里，为了直接查找有机发光层的荧光寿命和有机EL元件的响应速度之间的关系，将使用了超高速扫描照相机的荧光寿命的测定结果，和测定用调制了紫色激光二极管激发有机发光材料时的荧光强度的频率依赖性的结果进行比较，评价为了实现截止频率50MHz以及100MHz所必需的荧光寿命值。
具体地显示用本发明方法测定有机薄膜的荧光寿命的结果。将在玻璃基板上将1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯(DSB)；三(8-羟基喹啉基)铝(Alq3)；4-(二氰基亚甲基)2-甲基-6-(久洛尼定-4-基-乙烯基)-4H-吡喃(DCM2)掺杂的Alq3；掺杂有0.5质量％的5，6，11，12-四苯基-并四苯(红萤烯)的Alq3这四种有机薄膜分别以100nm的膜厚进行蒸镀。
图1表示荧光寿命测定装置的构成图。图1中，标号1为有机薄膜、2为玻璃基板、3为紫色激光二极管、4为激光、5为荧光、6为光电二极管(光电探测器)、7为示波器、8为信号发生器。使用信号发生器8(KENWOOD公司制造的商品名SG-7200)对中心波长405nm的紫色激光二极管3外加正弦波电压。为此，产生强度随时间调制的光。将该强度随时间调制的光照射于有机薄膜1上，产生荧光5。用光电探测器6(Hamamatsu Photonics公司制造的商品名S-5343)将发生的荧光5转换为电信号，用示波器7(由横川电气社制造的商品名DL1740)测定强度。这里，使信号发生器8所产生的正弦波电压的频率发生变化，测量相对各自的频率的荧光5的强度。
图2表示DSB薄膜的荧光强度的频率依赖性。这里使调制频率在1MHz到200MHz的范围变化。这里，纵轴(荧光强度)和横轴(频率)分别用对数表示。并且，求出荧光强度为50％值时的频率作为截止频率。当为DSB薄膜时，截止频率为160MHz。并且，将相同的测定对象物用超高速扫描照相机(Hamamatsu Photonics公司制造的商品名FESCA-200)测定荧光寿命时，结果是0.2ns。也就是说，可知截止频率160MHz对应于荧光寿命0.2ns。
并且，图3表示上述4种薄膜的截止频率和荧光寿命的关系。这里，荧光寿命值是使用超高速扫描照相机(Hamamatsu Photonics公司制造的商品名FESCA-200)测定的结果。荧光寿命和截止频率之间的关系是明确的，基于图3的结果，从截止频率能够估算出荧光寿命。从该结果可知为了实现50MHz和100MHz以上的高响应速度，荧光寿命分别为3.0ns和0.6ns以下是必需的。
[实施例2]
将Alq3、DSB、4，4’-双(9-乙基-3-咔唑乙撑基)-1，1’-联苯(BCzVBi)、4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯(DPVBi)、苝、4，4’-双(9-二咔唑基)-2，2’-联苯(CBP)、2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑(PBD)，分别使用电阻线加热的蒸镀机以100nm的膜厚蒸镀。
制成的薄膜的荧光寿命用超高速扫描照相法测定，结果示于表1。荧光寿命的测定，利用Ti：蓝宝石激光的第二次高谐波作为激发光，激发光的波长为380nm。将激发光照射于有机薄膜上，产生的荧光用超高速扫描照相机(Hamamatsu Photonics公司制造的商品名FESCA-200)收光，由荧光强度的时间变化估算荧光寿命。
表1
| 材料 | Alq3 | CBP | DSB | DPVBi | PBD | BCzVBi | 苝 |
| 荧光寿命(ns) | 16.0 | 3.9 | 0.2 | 0.5 | 1.7 | 0.6 | 9.3 |
从表1结果可知，DSB、BCzVBi、PBD、DPVBi这四种材料实现了荧光寿命为3.0ns以下。并且，DSB、BCzVBi、DPVBi这三种材料的荧光寿命为0.6ns以下。
[实施例3]
表2显示了红萤烯掺杂Alq3、DSB掺杂CBP、BCzVBi掺杂CBP、DPVBi掺杂CBP、BCzVBi掺杂PBD、苝掺杂PBD这六种有机薄膜中荧光寿命的测定结果。这里，掺杂剂(红萤烯、DSB、BCzVBi、DPVBi、苝)的浓度在所有样品中都是0.5质量％。
[表2]
| 材料 | 红萤烯掺杂Alq3 | DSB掺杂CBP | DPVBi掺杂CBP |
| 荧光寿命(ns) | 9.2 | 1.4 | 1.6 |
| 材料 | BCzVBi掺杂CBP | BCzVBi掺杂PBD | 苝掺杂PBD |
| 荧光寿命(ns) | 1.5 | 0.8 | 1.6 |
从表2的结果可知，当混合(掺杂)两种材料时，DSB掺杂CBP、BCzVBi掺杂CBP、DPVBi掺杂CBP、BCzVBi掺杂PBD、苝掺杂PBD这五种材料的组合均实现了荧光寿命3.0ns以下。这里，一般认为当混合(掺杂)两种材料时，能够抑制由浓度消光所引起的荧光寿命的延长，其结果是实现短的荧光寿命。此外，已知由于抑制了这种浓度消光，因此发光效率等其他特性也提高了，可以说是适合于通信用有机EL元件的结构。
以上，说明了本发明优选的实施例，但本发明不限定于这些实施例。在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、置换以及其他变化。本发明不限定于上述说明所限定的，仅限定于权利要求的范围。
Claims (9)
1.一种有机电致发光元件，具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了含有从4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯、2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑、1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯、4，4’-双(9-乙基-3-咔唑乙撑基)-1，1’-联苯中选择的一种或两种以上的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
2.一种有机电致发光元件，具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了含有从4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯、2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑、1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯中选择的一种或两种以上的材料，并且发光层的荧光寿命为0.6ns以下。
3.一种有机电致发光元件，具备第一电极层、具有发光层的有机层、第二电极层，其中，发光层包括了将主体材料和客体材料混合后的材料，并且发光层的荧光寿命为3.0ns以下。
4.根据权利要求3所述的有机电致发光元件，发光层的主体材料为4，4’-双(9-二咔唑基)-2，2’-联苯或2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯基)-1，3，4-二唑。
5.根据权利要求3所述的有机电致发光元件，发光层的客体材料为从1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯、4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯、4，4’-双(9-乙基-3-咔唑乙撑基)-1，1’-联苯、苝中选择的一种或两种以上的材料。
6.根据权利要求4所述的有机电致发光元件，发光层的客体材料为从1，4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯、4，4-双(2，2-二甲苯乙烯基)联苯、4-双[2-[4-[N，N-二(对甲苯基)氨基]苯基]乙烯基]苯、苝中选择的一种或两种以上的材料。
7.一种光布线模块，使用权利要求1所述的有机电致发光元件作为发光元件。
8.一种光布线模块，使用权利要求2所述的有机电致发光元件作为发光元件。
9.一种光布线模块，使用权利要求3所述的有机电致发光元件作为发光元件。
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