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。

这项研究旨在通过真空沉积，非平衡分子聚集过程将两种材料与非常不同的物理特性混合在一起，作为无定形膜，并通过控制纳米尺寸的相位分离结构，并将薄膜施加到有机设备上，以极大地提高光线萃取效率。 Based on the research implementation plan that was planned from the beginning, in FY2014, the main focus was on combinations of amorphous organic semiconductor materials (triphenylamine-based organic EL hole transporting materials) and fluorine-based insulating resin materials, and by mixing these materials by co-evaporating these, we attempted to control the nano-phase separation structure of the mixed film.作为对照因素，主要研究了无晶体有机半导体材料的分子量，玻璃过渡温度和膜的形成速率，并通过小角度X射线散射（SAXS）测量等小型X射线散射（SAXS）测量等，评估纳米相分离周期性结构等。结果，它已经显示出较高的分子量和玻璃质量的材料及时构成的材料及时的变化剂的材料，并具有较高的分子式温度，并呈现分子量的温度，并呈现分子的温度，并呈玻璃均匀的温度，并散发出剂量的温度，并呈现分子量的温度，并呈现剂量的含量。精细的纳米相分离周期性结构。当分子在非平衡沉积过程中积聚并在表面上积聚时，可以从表面扩散和结构弛豫的角度来理解这一结果，并且结果表明，这些因素可以控制混合膜的纳米相分离结构。此外，选择上述纳米相分离混合膜使用基于氟的溶剂溶解基于氟的绝缘树脂，并制备了溶解的纳米多孔超低折射率膜，并通过Ellipsemememet和Saxs测量来评估薄膜厚度，柔性指数和相位分离的周期性结构。结果，已经表明，无定形有机半导体材料的分子量和玻璃过渡温度越高，孔隙率时抑制纳米孔结构的塌陷越多。此外，我们制造和评估了一种有机EL设备，该设备实际上使用了无定形的有机半导体材料“ TPT1”引入了纳米多孔的超低折射率膜，该膜最难分解，并证明光提取效率约为1.4倍。