有機非晶質材料の科学と機能-静的・動的精密構造解析からのアプローチ-

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17205018
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 梶 弘典 京都大学, 化学研究所, 准教授 (30263148)
• 研究分担者: 後藤 淳 京都大学, 化学研究所, 助教 (20335219)
• キーワード: 有機EL / 核磁気共鳴 / 非晶質材料 / 分子性固体

研究概要

昨年、本格的な実用化がはじまった有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子のさらなる特性向上を目指して、下記の基礎研究を推進した。
1)これまで、有機EL素子において代表的な発光・電子輸送材料であるAlq_3のバルク非晶試料、α型、γ型、δ型結晶試料に対して、その発光波長が異性体状態によって決まるという明確な実験的証拠を各種固体NMR測定により得た。今回、α型結晶から真空蒸着法により作製した薄膜(膜厚5μm)に対しても検討を行った結果、バルク非晶試料と一致する結果が得られた。この結果は、これまでのバルクに対する結果がそのまま薄膜系に適用でき、有機EL素子の設計指針に直接役立てられることを示している。
2)今年度、Alq_3のα型、δ型およびα,γ,δ型混合結晶試料に対して、真空中での試料作製が可能となった。この進展に伴い、それらの試料を用いて素子作製を行った。その結果、素子のEL発光波長は、混合結晶から作製した素子に対してわずかに(6nm)単波長シフトが見られたが、蒸着前の粉末試料の発光波長を反映したものとはならず、すべての素子で緑色発光を示した。一方、輝度に関しては、従来のα型から作製した素子に対して、δ型およびα,γ,δ型混合結晶から作製した素子は、それぞれ1.2倍、1.6倍の輝度を示した。
3)有機EL素子の代表的な正孔輸送材料であるTPDのニュートラル、ポーラロン、バイポーラロンに関して、固体NMRおよび量子化学計算による解析を行った。その結果、固体15N NMR測定により、ニュートラルとバイポーラロン状態にあるTPDを明確に観測することができた。また、化学シフトは分子の電子密度を反映しており、したがって、電荷状態を直接調べられることもわかった。さらに、化学シフト異方性の測定から、電子が引き抜かれる方向に関する情報が得られることも明らかとなった。今後、素子内での有機分子の直接状態観測への展開が期待される。
その他、分子のコンホメーション・分子間パッキングと電荷輸送に関する研究も推進した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron-Vibration Interactions in Carrier-Transport Material: Vibronic Coupling Density Analysis in TPD (2008)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Katsuyuki Shizu, Takako Kuga, Kazuyoshi Tanaka, and Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters ページ: accepted
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between Resistivity and Structure of Photosensitive Organic Silsesquioxanes by Impedance Spectroscopy and Solid-State 29Si NMR (2008)
  • 著者名/発表者名: Yasunari Kusaka, Shigeru Nakamura, Kenichi Azuma, Taku Sasaki, Takao Unate, Yasuhiro Nakatani, Akira Nakasuga, Kimihiro Matsukawa, Naoki Watanabe, Hiroyoshi Naito, and Hironori Kaji
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 47 ページ: 1377-1381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Carbon Filler Distribution Ratio in Polyisoprene/Polybutadiene Rubber Blends by High-Resolution Solid-State 13C NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: Marina Kotani, Hidehiko Dohi, Hideaki Kimura, Kiyoshige Muraoka, and Hironori Kaji
  • 雑誌名: Macromolecules 40 ページ: 9451-9454
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-induced formation of wrinkled microstructures with long-range order in thin oxide film (2007)
  • 著者名/発表者名: Masahide Takahashi, Takahiro Maeda, Koji Uemura, Jianxi Yao, Yomei Tokuda, Toshinobu Yoko, Hironori Kaji, Augusto Marcelli, and Plinio Innocenzi
  • 雑誌名: Adv. Mat. 19 ページ: 4343-4346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Molecular Orientation of Stretched Natural Bubber by Solid-State 13C NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: Hidehiko Dohi, Hideaki Kimura, Marina Kotani, Takanobu Matsunaga, Kazuo Yamauchi, Hironori Kaji, and Tetsuo Asakura
  • 雑誌名: Polymer Journal 39 ページ: 502-503
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of the different emission wavelengths in Alg_3 analyzed by solid-state NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: Hironori Kaji, Tatsuya Fukushima, Kousuke Takami, Yasunari Kusaka
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 6655 ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Porphyrin Substituents on Film Structure and Photoelectrochemical Properties of Porphyrin/Fullerene l Composite Clusters Electrophoretically Deposited on Nanostructured SnO_2 Electrodes (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imahori, Masahiro Ueda, Soonchul Kang, Hironobu Hayashi, Shinya Hayashi, Hironori Kaji, Shu Seki, Akinori Saeki, Seiichi Tagawa, Tomokazu Umeyama, Yoshihiro Matano, Kaname Yoshida, Seiji Isoda, Motoo Shiro, Nikolai V. Tkachenko, and Helge Lemmetyinen
  • 雑誌名: Chem. Eur. J 13 ページ: 10182-10193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of Dynamics of Poly (dimethylsilane) in the Mesophase by Solid-State 29Si NMR: Evidence for Rotator Phase (2007)
  • 著者名/発表者名: Hironori Kaji and Fumitaka Horii
  • 雑誌名: Macromolecules 40 ページ: 5420-5423
  • 査読あり
• [学会発表] Structure of materials in organic light-emitting diodes studied by solid-state NMR (2008)
  • 著者名/発表者名: Hironori Kaji (Invited)
  • 学会等名: 235th Spring 2008 ACS meeting, . 2008 NMR Spectroscopy of Polymers Symposium
  • 発表場所: Hilton New Orleans Riverside, Grand Salon 9, New Orleans, LA
  • 年月日: 2008-04-09
• [学会発表] 「応用物理学の将来ビジョン-2040年に向けたアカデミックロードマップ-」有機・分子エレクトロニクスの将来ビジョン・ロードマップ (2008)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(依頼講演)
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会特別企画シンポジウム
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋校舎(千葉,船橋市)
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] 有機半導体材料の固体NMR解析とデバイス応用への展開 (2008)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 分子研ナノフォーラム「有機半導体の基礎科学とデバイス応用に関する研究会」
  • 発表場所: 分子科学研究所・研究棟201号室(明大寺地区)
  • 年月日: 2008-03-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 「有機ELおよび有機太陽電池材料の固体NMR解析」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 富士フィルム講演会
  • 発表場所: 富士フィルム株式会社神奈川工場足柄サイト
  • 年月日: 2008-03-06
• [学会発表] クライオプローブを用いたNMR測定による有機EL材料の劣化解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第5回例会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス C-CUBE 1階 筑紫ホール
  • 年月日: 20071115-16
• [学会発表] TPDにおける非弾性電流に関する理論的研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹
  • 学会等名: 有機EL討論会 第5回例会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス C-CUBE l階 筑紫ホール
  • 年月日: 20071115-16
• [学会発表] ラマン分光によるAlq3のmer/fac幾何異性と固体構造に関する研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 椙山卓郎
  • 学会等名: 有機EL討論会 第5回例会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス C-CUBE l階 筑紫ホール
  • 年月日: 20071115-16
• [学会発表] Solid-State 29Si NMR Characterization of Poly (dimethylsilane) in the Mesophase (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kaji
  • 学会等名: ICRIS '07 The International Symposium Organized by Institute for Chemical Research (ICR), Kyoto University, "The Scinence and Technology of Well-Controlled Polymer Assemblies"
  • 発表場所: Shiran Kaikan, Kyoto University (Yoshida, Sakyo-ku, Kyoto)
  • 年月日: 20070611-13
• [学会発表] Molecular and Electronic Structure Analyses of N, N'-diphenyl-N, N'-di (m-tolyl) benzidine by Solid-State NMR and Quantum Cheemical Calculations (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada
  • 学会等名: ICRIS '07 The International Symposium Organized by Institute for Chemical Research (ICR), Kyoto University, "The Scinence andTechnology of Well-Controlled Polymer Assemblies"
  • 発表場所: Shiran Kaikan, Kyoto University (Yoshida, Sakyo-ku, Kyoto)
  • 年月日: 20070611-13
• [学会発表] Solid-State NMR Characterization of Structure and Hydrogen Bonding of Polymer Materials (2007)
  • 著者名/発表者名: Qing Luo
  • 学会等名: ICRIS '07 The International Symposium Organized by Institute for Chemical Research (ICR), Kyoto University, "The Scinence and Technology of Well-Controlled Polymer Assemblies"
  • 発表場所: Shiran Kaikan, Kyoto University (Yoshida, Sakyo-ku, Kyoto)
  • 年月日: 20070611-13
• [学会発表] 有機EL正孔輸送材料TPDにおけるコンホメーション-電子状態の相関 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山田知典
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都市左京区宝ケ池)
  • 年月日: 20070529-31
• [学会発表] Synthesis and Photoelectronic Properties of Benzoxazole-Based Charge-Transport Materials (2007)
  • 著者名/発表者名: 賈 迎鋼
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都市左京区宝ケ池)
  • 年月日: 20070529-31
• [学会発表] 有機EL材料の固体NMR解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典
  • 学会等名: 「有機EL集中ディスカッション」
  • 発表場所: 早稲田大学先進理工学部(大久保キャンパス)
  • 年月日: 2007-12-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 有機光電変換材料の固体NMR解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 「NEDO有機太陽電池研究会」
  • 発表場所: 京都大学京都大学宇治キャンパス
  • 年月日: 2007-12-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 有機光電変換材料の固体NMR解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 「科学技術交流財団ナノ有機分子エレクトロニクス創成研究会」
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2007-12-19
• [学会発表] 応用物理学会における有機エレクトロニクスへの取組み-基礎科学の構築とこれからの領域融合的展開 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(依頼講演)
  • 学会等名: 「SEMICOM JAPAN 2007」
  • 発表場所: 幕張メッセ特設イノベーションホール(イベントホール)
  • 年月日: 2007-12-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 有機ELの基礎科学-分子レベルの構造からEL特性を紐解く- (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 早稲田大学 理工学部/大学院理工学研究科 講演会
  • 発表場所: 早稲田大学理工学部
  • 年月日: 2007-10-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Origin of the different emission wavelengths in Alq_3 analyzed solid-state NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: Hironori Kaji (Invited)
  • 学会等名: SPIE Symposium on Photonic Devices + Applications "Organic Light-Emitting Materials and Devices XI" (OP122)
  • 発表場所: San Diego Convention Center in San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2007-08-26
• [学会発表] 有機光電変換材料の固体NMR 解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 有機太陽電池研究会 第3回有機太陽電池シンポジウム主題:「有機薄膜太陽電池-新材料、新素子構造、理論-」
  • 発表場所: 京大会館(京都市左京区)
  • 年月日: 2007-07-16
• [学会発表] 核磁気共鳴測定は、有機エレクトロニクスにいかに役立つか? (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典
  • 学会等名: 応用物理学会 有機分子バイオエレクトロニクス分科会(M&BE研究会)「学際的融合に向けた有機分子・バイオエレクトロニクスの新たな展開」
  • 発表場所: 山形県上山市市民会館
  • 年月日: 2007-06-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 有機EL材料の固体NMR解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典(Invited)
  • 学会等名: 実環境計測・診断システム協議会平成19年度第一回表面・界面技術研究会主催講演会
  • 発表場所: 産総研九州センター
  • 年月日: 2007-05-25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 有機ELのデバイス物理・材料化学・デバイス応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典 (分担執筆)
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 有機エレクトロニクスの展開 最新開発状況と実用化への課題 (2007)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘典 (分担執筆)
  • 総ページ数: 263
  • 出版者: 情報機構