2020 Fiscal Year Annual Research Report
無機/有機界面でのキャリア注入速度に着目した有機電界発光素子の高周波数駆動化
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19H02599
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
森井 克行 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (70303352)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内藤 裕義 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90172254)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機電界発光素子 / 高周波数駆動 / 有機無機界面 / 電子注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の目的は、前年度見出された、一般有機電界発光素子（OLED）よりも無機物層の挿入された有機無機ハイブリッドLED（inverted OLED）の方が周波数応答特性に優れていることについての要因解明である（①）。これにより、通常は難しいとされる高周波数駆動面光源への扉が開かれると考えているからである。自由に周波数変調できる面光源があれば、最近報告されつつあるパルス光の作用に関して新たな分野創出ができると考えているからである。第二は、第一の目的の手段である電子注入特性の直接観察について、時間分解二光子光電子分光法が定量評価に適するかどうかを明らかにし、異なる表面状態での電子注入特性の評価を行うことである（②）。
①各周波数での詳細な発光挙動を理解するために、定量評価が可能な過渡EL測定システムの構築を行った。このシステムで観測することで、１パルス毎の応答特性が明らかになり、例えばOLEDとinverted OLEDの比較が可能であり、詳細な周波数応答特性の違いを明らかにできる。その結果、立上り立下りの両方の挙動に違いがあることを明らかにできた。その詳細な解析から、要因は複数あり、その一つは素子内に蓄積された電荷であることを示すことができた。この推論を基に、デバイスシミュレーションを行った結果、推論に矛盾がないことを明らかにした。今後はさらに詳細を検討し、周波数変調駆動に適した素子構造の提案につなげる予定である。これらの結果は、社会貢献度が高いと考え、特許出願ののち学会等で報告した。
②前年度の再現は確認できた。しかしながら、同時に、本系では電子移動（注入）以外の過程も存在することが明らかとなった。有機物特有のわずかに存在するギャップ内準位からの分子内励起がそれである。定量性を得るためには、励起されない有機材料の選定が必要だということが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度は、一般有機電界発光素子（OLED）よりも無機物層の挿入された有機無機ハイブリッドLED（inverted OLED）の周波数応答特性差異の要因を明らかにすることを最優先事項とした。
膜厚を変えたOLEDおよびinverted OLEDの作製および評価により、複数の要因があるものの、最重要要因が蓄積キャリアの存在であることを推定し、デバイスシミュレーションにより立証した。周波数変調に適した構造提案には更なる要因解析とモデル素子での評価が必要であるが、これらの結果を社会実装に重要な特許出願に至ったことは大きいと考えている。
一方、光学的手法による電子注入過程の直接観察については、電子注入過程を観察できていることは否定されないものの、複数の過程が絡んでいるために、定量評価には本系のままでは適さないことが明らかとなった。定量評価に向けた対策（励起光を吸収しない有機物の選定）も明らかにして中断した。また、定性的ではあるが本手法では無機層表面の双極子層が無機層から電子注入をブロックするような挙動も観察された。これらのことから、本手法が、電子注入と表面制御といった化学的な側面を結ぶ興味深い手法であることが示せたと考えている。本課題目的に対して本手法が手段であること、次の対策も明確にできていることから、本件は優先順位を下げて本課題の主目的に臨むこととした。以上のことから概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は以下を軸に進める。
明らかになりつつあるinverted OLEDの周波数応答特性をdutyやパルス電圧など駆動方法を変えることで詳細を明らかにしていく。同時にデバイスシミュレーションで立証していく。
さらに、これらの結果を素子内分極構造と捉え、分極構造の周波数応答への影響という切り口で結果の再構成を行う。この切り口での研究はこれまで行われていない。本モデル構造に加え、新たな分極構造導入素子も導入する。具体的には、同じ物性でありながら分極反転を起こす発光材料の導入を計画している。
これらの結果を踏まえて周波数変調に適した有機電界発光素子の素子構成に対する提案を行う。
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[Presentation] テトラチエノナフタレン類の有機電界効果トランジスタにおけるアルキル鎖長効果2021
Author(s)
久米田元紀, 谷口公哉, 山本惇司, 末永 悠, 麻田俊雄, 松井康哲, 服部励太郎, 東中屋美帆, 大垣拓也, 太田英輔, 内藤裕義, 池田 浩
Organizer
日本化学会 第101春季年会
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