2020 Fiscal Year Research-status Report
フレキシブル有機半導体素子の座屈剥離損傷防止技術および評価・設計手法の確立
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18K03901
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
小林 敏郎 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (70563865)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フレキシブル / 有機半導体 / 有機EL / 剥離 / 密着力 / 座屈 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終的な用途は、ウェアラブルコンピュータ、フレキシブルテレビ等多岐にわたるもので、イノベーションにより生活様式を変革させる可能性を有する。
本研究では、産業界で問題となっているフレキシブル有機半導体素子の剥離損傷（バックリング）防止技術および評価・設計手法の確立を目指し、フレキシブル基板上の有機半導体素子が圧縮歪を受ける時の、(1)剥離損傷（バックリング）の評価手法の確立、(2) 剥離損傷に及ぼす有機材料、密着力の影響の検討ならびに防止手法の提案、(3)力学モデル解析による圧縮曲げ変形時の剥離メカニズムの解明と力学設計手法の構築を行う
これまでに、上記(1)および(3)の一部については日本実験力学会の英文誌（2019年8月）に掲載済であり、(2)については国際会議で2件をポスター発表(2019年10月)済で、それらの一部は、日本実験力学会の英文誌（2020年9月）に掲載済みで、国内学会でも2020年度に2件発表済である。なお、コロナ禍の影響で実験の進捗や国際学会での発表準備が遅れたため、実施期間を延長した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでに、屈曲性試験機を設計・試作し、厚さ0.1mmのPET基板上に製膜した電極用のAlおよびAg合金薄膜を用いて基本的な屈曲試験を行い、座屈剥離の生じる条件を把握した。その結果、材料力学的な簡易解析によって、座屈剥離数におよぼす皮膜の厚さ、皮膜材質の影響が理論的に説明できる見通しを得た。また、圧縮曲げひずみの増大とともに座屈剥離数が増加しピーク値を示した後、減少し、逆に座屈剥離の間隔は増大する現象を実験により見出した。以上より、「(1)剥離損傷の評価手法の確立」については、計画どおり、実験装置、条件、現象把握が出来たため、剥離損傷の評価手法はほぼ確立できたと考えられる。さらに、静電容量測定によって剥離の程度が定量化できることが確認できたため、今後は屈曲の繰り返しによる剥離損傷増長の定量化を試みる。
「(2) 剥離損傷に及ぼす有機材料、密着力の影響の検討ならびに防止手法の提案」については、密着性測定装置を設計・製作し、以下のように新しい知見が得られており、更に詳細解析を継続中である。
Ag電極層の剥離強度は、下層がAlq3の場合は5[N]以上であるが、CBPでは1[N]と低強度である。また、中間層として、 Ag電極層と下層の間に中間層(LiF、Ca、Mg、Al)を挿入した場合、下層がCBPの場合は、剥離強度は3～5[N]に大きく改善されたが、下層がAlq3の場合は、中間層を挿入することによって剥離強度は逆に低下することがわかった。
「(3)力学モデル解析による圧縮曲げ変形時の剥離メカニズムの解明と力学設計手法の構築」については、材料力学的な簡易解析によってメカニズムが理論的に説明できる見通が得られており、今後は2次元モデルと具体的な材料の組合わせを用いて詳細を検討する計画である。さらに、伸縮性の大幅な改善期待できる特殊な曲げ構造の製造プロセスを考案し、詳細な検討をすすめている。
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| Strategy for Future Research Activity |
全ての実施項目について、概ね実験データは取得でき、仮説のとおり剥離損傷（バックリング）が低減できる条件が把握できつつある。今後はさらに、座屈剥離に及ぼす界面インサート材、金属層厚さ、金属層材質の影響を定量化し、密着力との、各々の試験法の力学的な相関を整理する。さらに、取得した実験データと一連の解析結果の整合性を考察し、力学設計手法を構築するための基礎固めを行う。以上を総合して、主として、界面インサート材、金属層厚さ、金属層材質の適正化による剥離の防止手法の提案を行う。さらに、力学モデル解析による圧縮曲げ変形時の剥離メカニズムの解明と力学設計手法の構築を行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で実験の進捗や国際学会での発表準備が遅れたため、実施期間を延長した。
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