JP4209747B2 - スラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法 - Google Patents
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Description
上記本発明のスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法において、前記スペクトル測定は、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながら行うことが好ましく、前記外的要素は、一時的、断続的又は継続的に印加される熱、光、電流及び磁気から選ばれる1又は2以上の要素であることが好ましく、前記有機電子素子形成用材料が、有機エレクトロルミネッセンス素子形成用材料であることが好ましい。
この発明は、測定試料である有機電子素子用材料に外的要素を与えて塗膜を経時変化させながらスペクトル測定を行い、その経時的な測定結果に基づいて、変化した状態で1又は2以上の異種分析測定を行う。そして、両者の結果を比較する。そして、こうした比較を異なる組成の有機電子素子形成用材料同士で行うことにより、界面の状態変化に及ぼす組成の影響について比較できるので、その比較結果により、最適な有機電子素子形成用材料の組成を選定することができる。従って、この発明によれば、複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、外的要素を付加して塗膜状態を経時的に変化させた際における塗膜界面の状態分析データと、個々の場面における塗膜バルクの分析データとから、複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについての状態変化情報を捉えることができる。その結果、組成の異なる材料から得られた経時的な状態変化挙動を明らかにでき、組成を変化させた材料で作製した有機電子素子の経時的な特性変化を予測することができるので、最適な有機電子素子用材料を開発するための知見を得て、より望ましい有機電子素子の開発に利用できる。
最初に、スラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置について説明する。スラブ型光導波路分光法は、分子や官能基の振動を捉える赤外分光法ではなく、電子状態やエネルギーバンドギャップに関わる短波長域の界面吸収特性を経時的に測定できる分光法である。そのため、化学結合や化学構造の変化を伴わない膜状態の微妙な変化や相違、ダイナミクスの分析に有効である。
本発明の組成選定方法は、上述したスラブ型の光導波路を利用したスペクトル測定手段と、1又は2以上の異種分析手段とを用いた組成選定方法であって、(i)異なる組成からなる複数の有機電子素子形成用材料を準備するプロセスと、(ii)前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加し又は印加しながら、当該有機電子素子形成用材料と前記光導波路との界面の状態変化をスペクトルとして測定するプロセスと、(iii)前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、前記スペクトルを時間軸展開して、前記有機電子素子形成用材料に生じる変化を段階毎に前記異種分析手段で測定するプロセスと、(iv)前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、前記スペクトルのデータと、(v)前記各段階毎の異種分析データとを比較するプロセスと、(vi)前記複数の有機電子素子形成用材料それぞれから得られたスペクトルのデータと各段階毎の異種分析データとを対比して、最適な有機電子素子形成用材料の組成を選定するプロセスと、を有する。以下、(i)〜(vi)の各プロセスについて説明する。
本発明の組成選定方法の対象となる有機電子素子用材料は、例えば有機EL素子形成用材料においては、正孔輸送層用材料として、ポリチオフェン又はその誘導体を有する水系材料や、ポリビニルカルバゾール又はその誘導体を有する非水系材料を例に挙げることができる。また、発光層用材料としては、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン又はそれらの誘導体を有する非水系材料を例に挙げることができる。なお、水分に弱い有機ELの性質状、水系材料で発光層を形成することは好ましくない。
次に、準備されたA材料とB材料のそれぞれについて、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加し又は印加しながら、各材料からなる塗布膜3と光導波路基板1との界面の状態変化をスペクトルとして測定する。
次に、準備されたA材料とB材料のそれぞれについて、上記のスラブ型光導波路を利用して得られたスペクトルを時間軸展開して、A材料とB材料のそれぞれに生じる変化を段階毎に異種分析手段で測定する。
次に、準備されたA材料とB材料のそれぞれについて、後述の図6にも示すように、上記のスラブ型光導波路を利用して得られたスペクトルデータと、上記の各段階毎の異種分析データとを比較する。
次に、準備されたA材料とB材料のそれぞれから得られたスペクトルデータと、各段階毎の異種分析データとを比較して、最適な有機電子素子形成用材料の組成を選定する。
本発明の組成選定方法には、準備されたA材料とB材料又はそれらの各材料から得られる有機電子素子の同一界面における測定結果の二次元情報と、その測定結果の経時情報とを合わせて三次元データとし、その三次元データを用いて上記のA材料及びB材料と光導波路との界面の状態変化を解析する情報処理プロセスを加えることができる。
本発明の有機電子素子形成用材料の組成選定方法に用いられる装置51は、例えば、図7に示すようにスラブ型の光導波路を利用したスペクトル測定手段52と、1又は2以上の異種分析手段56とを用いた装置であり、上述した本発明の組成選定方法を実現する装置である。この装置51には、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加する手段(図示しない)が備えられる。また、スペクトルデータと、各段階毎の分析データ又は経時的な分析データとを比較する手段53,54,55が備えられる。その手段としては、データ解析用のコンピュータ53が使用され、解析データを表示又は出力する装置としては、ディスプレイ装置54又はプリンタ装置55等が使用される。
準備プロセス:
有機EL素子形成用材料として、同一のEL発光材料を異なる有機溶剤に溶解された溶液を用意した。具体的には、EL発光材料としてADS社製の高分子緑発光材料を用い、有機溶剤としては、有機溶媒としては、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、エチルベンゼン、汎用キシレン(o−キシレン:25%、m−キシレン:43%、p−キシレン:18%、エチルベンゼン:14%)を用い、5種類の有機EL素子形成用材料を調製した。なお、高分子緑発光材料は、各溶媒中に1重量%となるように調製した。
スラブ型光導波路分光法を利用した界面紫外可視分光測定装置(システムインスツルメンツ社製、SIS−50型)を用いて、上述した有機EL素子形成用材料でスピンコーティング成膜した塗布膜の乾燥過程の経時的な界面紫外可視吸収スペクトルデータを測定した。測定は、溶媒種の異なる上述した溶液を、合成石英からなる光導波路基板(システムインスツルメンツ社製)の上に0.1mL滴下し、その後、室温で徐々に乾燥させて塗布膜中の溶媒種を揮発させ、乾燥過程における経時的なスペクトルデータを測定した。このとき、エバネッセント波の染み込み深さは約1μmであり、約2秒間隔で測定した。図9は、m-キシレン(A)とo-キシレン(B)についての乾燥過程における塗布膜の界面紫外可視吸収スペクトルである。図9中、1〜4の符号は、経時的な測定順を示している。図9の結果からわかるように、m-キシレン(A)とo-キシレン(B)とは、乾燥過程における界面紫外可視吸収スペクトルが異なっている。なお、p-キシレン及び汎用キシレンを溶媒種とした溶液を用いたものは、o-キシレン(B)と同じ結果であった。(A)の時間軸展開からは明らかな特異的な挙動(吸収強度変化、極大ピーク変化)が確認されたが、(B)の時間軸展開からはそのような大きな変化は確認されなかった。
次に、異種分析手段として、(A)の系において特異的な挙動が確認された段階における熱重量減少(TGA)を測定した。乾燥過程の重量減少プロファイルを時間軸展開した結果、(B)の系においては、溶剤の揮発に伴う重量減少の度合いがほぼ一定で、徐々に芳香族溶剤が揮発していっていることが示されたが、(A)の系においては、重量減少プロファイルに、特異的な変化が確認された。一定の段階で、重量減少度(溶剤揮発度)が大きくなる点が存在した。
(A)の系においては、測定プロセスIにおいて、特異的な変化が確認された時点付近で、溶剤の揮発が著しくなっていることが分かり、ここで、材料の結晶化、配向変化が形成されたものと考えられる。材料の電子状態、配向状態変化と、材料の化学構造、質量変化が何らかの相関をもって特異的な変化を起こしたものと考えられる。一方、(B)においてはそのような減少は確認されなかった。
有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光材料の結晶化は材料の性能を低下させる致命的な問題である。従って、比較の結果、アモルファスな膜の形成がなされる、(B)の組成が最適な材料組成であると選定された。
実施例1の準備プロセス同様の材料を用意し、室温乾燥ではなく、ドライヤー送熱風によるエージングプロセス過程において、実施例1の測定プロセスI、II同様にスラブ型光導波路分光法を利用した界面紫外可視分光測定、異種分析手段である熱重量減少測定を行い、それぞれエージングプロセス中の、時間軸展開を行った。その結果、(A)の系においては、光導波路分光法を利用した界面紫外可視分光スペクトル変化においても、熱重量減少挙動においても特異的な変化を示し、特異的な変化を示さなかった(B)とは明らかな相違を確認した。従って、エージングプロセスを伴うような有機エレクトロルミネッセンス素子形成法を採用する場合においても、やはり、最適組成として(B)が選定された。
次に、実際に材料(A)及び(B)を用いて、有機EL素子を作成し、発光特性データを測定した。有機EL素子膜の特性データは、ガラス基板/ITO(陽極)/PEDOT・PPS(正孔輸送層)/有機EL素子膜(電子輸送層兼発光層)/Ca層/Ag(陰極)の層構成からなる有機EL素子の電圧−輝度特性(表1参照)、電圧−発光効率特性(表1参照)、発光寿命特性(表1参照)を測定することにより解析し、検討した。表1の結果から明らかなように、m-キシレンにおいては、他の溶媒種に比べ、輝度が1桁低く、効率も1/3であり、著しく短寿命であった。
2 光
3 膜(塗布膜)
4 エバネッセント波
5 プリズム
6 反射ミラー
7 紫外可視吸収用CCD分光器
8 蛍光発光用PMT分光器
9 蛍光発光
10 光源
11 入射光側レンズ
12 入射光側プリズム
13 スラブ型光導波路
14 出射光側プリズム
15 出射光側レンズ
16 スラブ型光導波路の位置、角度の制御機構
30 光チョッパー
31 入射光側光ファイバー
32 光ファイバー
33、34 レンズ
41 分光器
42 コンピュータ
43 光電子増倍管
44 増幅器
Claims (8)
- 断続光が導入される入射光側プリズムと、
該入射光側プリズムに導入された断続光が入射する光導波路層と、
該光導波路層内に入射した断続光が該光導波路層内で全反射を繰返した後に該光導波路層内から出射して導入される出射光側プリズムと、
該出射光側プリズムに導入された断続光を取り出す出射光側レンズと、
該出射光側レンズで取り出された断続光を分光器に送る出射光側光ファイバーと、を有するスラブ型光導波路を利用した紫外可視吸収スペクトル測定方法であって、
前記入射光側プリズムと前記出射光側プリズムとの間の光導波路層上に、有機電子素子形成用材料からなる測定試料を帯状に載せるとともに、その測定試料に隣り合うように試料のない部分を帯状に設けて紫外可視吸収スペクトル測定を行うことを特徴とするスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法。 - 前記スペクトル測定を、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながら行う、請求項1に記載のスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法。
- 前記外的要素は、一時的、断続的又は継続的に印加される熱、光、電流及び磁気から選ばれる1又は2以上の要素である、請求項2に記載のスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法。
- 前記有機電子素子形成用材料が、有機エレクトロルミネッセンス素子形成用材料である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定方法。
- 異なる組成からなる複数の有機電子素子形成用材料を準備するプロセスと、
前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、経時的な変化を生じさせる外的要素を印加し又は印加しながら、当該有機電子素子形成用材料と前記光導波路との界面の状態変化をスペクトルとして測定するプロセスと、
前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、前記スペクトルを時間軸展開して、前記有機電子素子形成用材料に生じる変化を段階毎に1又は2以上の異種分析手段で測定するプロセスと、
前記複数の有機電子素子形成用材料のそれぞれについて、前記スペクトルのデータと、前記異種分析手段で測定した異種分析データとを比較するプロセスと、
前記複数の有機電子素子形成用材料それぞれから得られたスペクトルのデータと前記異種分析データとを対比して、最適な有機電子素子形成用材料の組成を選定するプロセスと、を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のスペクトル測定方法。 - 前記有機電子素子形成用材料に生じる変化が、有機電子素子形成用材料の塗布膜形成過程、又は、有機電子素子形成用材料から形成された有機電子素子の劣化過程、その熟成処理過程、そのエージング処理過程又はその光照射処理過程である、請求項5に記載のスペクトル測定方法。
- 前記異種分析手段が、熱分析手段、質量分析手段及び分光分析手段から選ばれる1又は2以上の手段である、請求項5又は6に記載のスペクトル測定方法。
- 前記有機電子素子形成用材料又は当該有機電子素子形成用材料から得られる有機電子素子の同一界面における測定結果の二次元情報と、当該測定結果の経時情報とを合わせて三次元データとし、当該三次元データを用いて前記有機電子素子形成用材料又は前記光導波路との界面の状態変化を解析する情報処理プロセスを、さらに備える、請求項5〜7のいずれか1項に記載のスペクトル測定方法。
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