Exploration of optical properties by structural control of non-equilibrium nanophase-separated amorphous films and their applications for OLEDs

通过非平衡纳米相分离非晶薄膜的结构控制探索光学特性及其在 OLED 中的应用

• 批准号: 22H01902
• 负责人: 横山 大輔
• 金额: $ 7.82万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01902/
• 关键词: ナノ相分離; 非晶質; 非平衡; 屈折率制御; 有機EL

本研究は、非平衡の分子凝集プロセスである真空蒸着により物性が極めて大きく異なる２つの材料を非晶質膜として混合堆積させ、その相分離構造をナノサイズで制御して新たな光学物性を有する薄膜を創出すること、さらにはその薄膜を有機ELデバイスへと応用し光取り出し効率を飛躍的に改善することを目指すものである。当初より予定していた研究実施計画に基づき、R4年度は特に非晶質有機半導体材料（トリフェニルアミン系有機EL正孔輸送材料）とフッ素系絶縁樹脂材料の組み合わせを主な対象とし、これらを共蒸着によって混合成膜することで混合膜のナノ相分離構造の制御を試みた。制御因子として、非晶質有機半導体材料の分子量・ガラス転移温度および成膜速度を中心に検討を行い、小角X線散乱(SAXS)測定等によりナノ相分離周期構造の評価を行った。その結果、非晶質有機半導体材料の分子量・ガラス転移温度が高いほど、また、成膜速度が高いほど、ナノ相分離周期構造が細かくなることが明らかとなった。この結果は、非平衡の蒸着プロセスにおいて分子が表面に堆積・凝集する際の表面拡散・構造緩和の観点から理解することができ、これら因子によって混合膜のナノ相分離構造を制御できることが示された。また、上記のナノ相分離混合膜に対して、フッ素系溶媒を用いてフッ素系絶縁樹脂を選択溶解し、溶解後のナノポーラス超低屈折率膜を作製し、その膜厚・屈折率・相分離周期構造をエリプソメトリー測定とSAXS測定によって評価した。その結果、非晶質有機半導体材料の分子量・ガラス転移温度が高いほど、多孔質化の際のナノポーラス構造の崩れを抑制できることが明らかとなった。さらに、最もナノポーラス構造が崩れにくかった非晶質有機半導体材料「TPT1」を用いて実際にナノポーラス超低屈折率膜を導入した有機ELデバイスの作製・評価を行い、約1.4倍の光取り出し効率の向上を実証した。

In this study, non-equilibrium molecular aggregation, vacuum evaporation, physical properties, amorphous films, mixed deposition, phase separation structures, control of new optical properties, thin films, organic EL, optical properties, and optical extraction efficiency were studied. In the initial research and implementation plan, the preparation of a phase separation structure of amorphous organic semiconductor materials (organic EL positive pore transport materials) and single-phase insulating resin materials was tested in the first and second years. Control factors, molecular weight, temperature shift, film formation rate of amorphous organic semiconductor materials, etc. are discussed in the center, and small angle X-ray scattering (SAXS) is measured. As a result, the molecular weight of amorphous organic semiconductor materials is higher, the film formation rate is higher, and the phase separation periodic structure is finer. The result is that the non-equilibrium vapor phase is composed of molecules accumulated on the surface and aggregated on the surface, and the structure is relaxed. In addition, the phase separation mixed film is prepared by dissolving the solvent in the solvent, dissolving the resin in the solvent, and determining the refractive index of the phase separation mixed film. As a result, it is clear that the molecular weight and transition temperature of amorphous organic semiconductor materials have increased significantly, and the collapse of the nano-pore structure during porosity has been suppressed. In addition, the amorphous organic semiconductor material "TPT1" has been introduced into the organic EL film with ultra-low refractive index, and the light extraction efficiency of about 1.4 times has been demonstrated.