JP2005077246A - Method and apparatus for analyzing material for forming organic electronic element - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本発明は、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子等に好ましく使用される有機電子素子形成用材料の解析方法、及び有機電子素子形成用材料の解析装置に関し、更に詳しくは、スラブ型の光導波路を利用して測定するスペクトル測定手段を用い、その測定手段から得られる塗膜界面の経時的なスペクトルデータと、他の分析手段から得られる塗膜の経時的な分析データとから新しい情報を得るための解析方法及び解析装置に関するものである。 The present invention relates to an organic electronic element forming material analysis method and an organic electronic element forming material analysis apparatus that are preferably used for, for example, an organic electroluminescence element, and more specifically, using a slab type optical waveguide. Analytical method to obtain new information from the time-lapse spectral data of the coating film interface obtained from the measuring means and the time-lapse analytical data of the paint film obtained from other analytical means And an analysis apparatus.
有機物を発光体に用いた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイは、液晶ディスプレイとは異なり、励起された発光体からの蛍光発光又は燐光発光を利用した自発光型タイプのディスプレイである。そのため、膜構成がシンプルで、動画対応を可能とする高速応答性が期待できることから、次世代ディスプレイとして注目されている。 Unlike a liquid crystal display, an organic electroluminescence display using an organic substance as a light emitter is a self-luminous display that uses fluorescence or phosphorescence emitted from an excited light emitter. For this reason, it is attracting attention as a next-generation display because it has a simple film structure and can be expected to have high-speed response that can support moving images.
こうした有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(以下、有機ELディスプレイという。)を構成する有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子という。)として、真空蒸着等で成膜された有機化合物薄膜を発光膜とする有機EL素子が盛んに研究され、一部実用化されている。しかし、真空蒸着等で成膜可能な有機化合物は低分子化合物であり、そうした低分子化合物を用いた有機EL素子においては、経時的に有機膜の結晶化や凝集が起こり素子が劣化し素子寿命が低下する等の問題があり、さらなる研究開発が継続されている。 As an organic electroluminescence element (hereinafter referred to as an organic EL element) constituting such an organic electroluminescence display (hereinafter referred to as an organic EL display), an organic EL having an organic compound thin film formed by vacuum deposition or the like as a light emitting film. The device has been actively researched and partly put into practical use. However, organic compounds that can be deposited by vacuum evaporation are low molecular compounds. In organic EL devices using such low molecular compounds, the organic layers are crystallized and aggregated over time, resulting in deterioration of the device and device lifetime. There are problems such as lowering, and further research and development is continuing.
一方、高分子材料や塗布型の低分子材料を発光材料として用いた有機EL素子が提案されている。それらの有機化合物は、溶媒中に溶解又は分散させて有機EL素子形成用の塗布溶液とすることができるので、その塗布溶液で大面積の有機EL素子を極めて効率的に製造できるという利点がある。そのため、近年においては、高発光効率と長寿命を達成できる塗布型の有機電子素子形成用材料の開発及びその有機電子素子形成用材料と共に配合する溶媒や添加物質の検討等が活発に研究されている。 On the other hand, an organic EL element using a high molecular material or a coating type low molecular material as a light emitting material has been proposed. Since these organic compounds can be dissolved or dispersed in a solvent to form a coating solution for forming an organic EL device, there is an advantage that a large area organic EL device can be produced very efficiently with the coating solution. . Therefore, in recent years, active research has been conducted on the development of coating-type organic electronic element forming materials that can achieve high luminous efficiency and long life, and on the study of solvents and additive substances to be blended with the organic electronic element forming materials. Yes.
しかしながら、上述した有機EL素子形成用の塗布溶液を用いて有機EL素子を形成する場合においては、その塗布溶液中の有機化合物材料、溶媒及び添加物質等が発光膜の形成にどのように関与しているか、また、形成された発光膜の発光効率や寿命にどのように関与しているかについて必ずしも明らかにされているとは言えなかった。その理由の一つとして、有機EL素子の発光効率や寿命等の特性は、発光膜のバルクのキャリア(電子・正孔)の移動度や安定性に影響されると共に、膜界面(例えば、発光膜と電極界面、発光膜と電荷輸送膜界面、など)におけるキャリアの移動度や安定性にも影響されることが考察されているが、膜界面での解析は、バルクの解析に比べて困難であるために十分に行われていないことが要因の一つに挙げられる。特にこうした有機EL素子形成用材料は溶媒等を含むので、塗布膜の乾燥過程における膜界面の現象変化や、形成された発光膜の劣化過程における膜界面の現象変化を解析することは極めて重要であり、その解析方法が望まれている。 However, in the case of forming an organic EL element using the coating solution for forming the organic EL element described above, how the organic compound material, the solvent, the additive substance, and the like in the coating solution are involved in the formation of the light emitting film. Moreover, it has not necessarily been clarified as to whether or not it is involved in the luminous efficiency and lifetime of the formed light emitting film. One reason for this is that the characteristics of organic EL elements, such as luminous efficiency and lifetime, are affected by the mobility and stability of bulk carriers (electrons and holes) in the luminescent film, and the film interface (for example, light emission). It is considered that it is affected by the mobility and stability of carriers at the film-electrode interface, light-emitting film-charge transport film interface, etc., but the analysis at the film interface is more difficult than the bulk analysis. One of the factors is that this is not done sufficiently. In particular, these organic EL element forming materials contain solvents, etc., so it is extremely important to analyze changes in the film interface phenomenon during the drying process of the coating film and changes in the film interface phenomenon during the deterioration process of the formed light emitting film. There is a need for an analysis method.
上述した膜界面を解析する手法としては、多重内部反射赤外分光法や、ケルビンプローブ接触電位差測定法等が提案されている。しかし、これらの手法は特定の界面のみの測定しかできないことから汎用性がなく、さらに再現性にも乏しいという難点があり、上述した膜界面の有効な解析手法とは言えなかった。 As methods for analyzing the above-mentioned film interface, multiple internal reflection infrared spectroscopy, Kelvin probe contact potential difference measurement method, and the like have been proposed. However, since these methods can only measure a specific interface, they are not versatile and have a problem of poor reproducibility, and thus cannot be said to be an effective analysis method for the above-described film interface.
ところで、スラブ型光導波路を利用して界面、表面吸着物、薄膜、極微量の試料などの光吸収スペクトルを高感度に測定するための装置が知られている(例えば、特許文献1、2を参照)。この光吸収スペクトル測定装置は、ある一定の波長幅を持つ光、例えば白色光をレンズで集光して、レンズと所定間隔に設定したプリズムから光をスラブ光導波路の光導波路膜に入射し、光導波路膜内を全反射した光をプリズムを経てプリズムと所定間隔に設定したレンズで取り出し、分光器で出射光を分光し、検出器に送ることにより、極めて大きな反射回数が得られ、高感度の光吸収スペクトルの測定が可能である。
本発明は、有機EL素子形成用材料を用いて有機EL素子を形成する場合の膜界面現象を解析するために、上述したスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定手段と他の分析手段とを用い、両者の経時的な測定結果を対比して膜界面の化学状態を解析する新しい方法を提供するものである。さらに、解析対象を有機EL素子のみならず、有機半導体や太陽電池等を形成する有機素子形成用材料に対しても有効な解析方法の提供、及びその解析装置を提供することを目的とするものである。 The present invention uses the above-described spectrum measurement means using the slab type optical waveguide and other analysis means in order to analyze the film interface phenomenon when an organic EL element is formed using an organic EL element forming material. The present invention provides a new method for analyzing the chemical state at the film interface by comparing the measurement results of both of them over time. Furthermore, it is an object to provide an analysis method effective for not only an organic EL element but also an organic element forming material for forming an organic semiconductor, a solar cell, and the like, and an analysis apparatus for the analysis object. It is.
上記課題を解決するための第1態様に係る発明は、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有機電子素子形成用材料の解析方法であって、前記有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加して、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の追跡をスペクトルデータとして出力し、当該状態変化を時間軸展開して、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した分析データを出力し、前記スペクトルデータと、前記各段階毎の分析データとを比較可能に出力することを特徴とする。 The invention according to the first aspect for solving the above problem is a method for analyzing an organic electronic element forming material using spectrum measuring means using a slab type optical waveguide and one or more different kinds of analyzing means. Applying an external element that causes a change over time to the organic electronic device forming material, and outputting the tracking of the state change of the interface between the organic electronic device forming material and the optical waveguide as spectral data Then, the state change is developed on the time axis, and the analysis data obtained by measuring the change occurring in the material for forming the organic electronic element for each step by the heterogeneous analysis means is output, and the spectrum data and the analysis for each step are output. It is characterized in that the data is output so as to be comparable.
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、両者の結果を比較可能に出力する方法である。従って、この発明によれば、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、材料の状態変化情報を捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 In the present invention, an external element is given to an organic electronic device material that is a measurement sample to perform spectrum measurement while changing the coating film over time, and one or two or more in a changed state based on the measurement result over time. Perform heterogeneous analytical measurements. And it is the method of outputting both results so that comparison is possible. Therefore, according to the present invention, when an external element is added and the coating state is changed over time, the coating interface state analysis data and the coating bulk analysis data in each scene, It is possible to capture material state change information. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
上記課題を解決するための第2態様に係る発明は、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有機電子素子形成用材料の解析方法であって、前記有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながらスペクトル測定手段を用いて経時的なスペクトルデータを出力するプロセスと、前記有機電子素子形成用材料に前記と同じ外的要素を前記と同じ条件で経時的に印加しながら前記異種分析手段を用いて経時的な分析データを出力するプロセスと、出力された前記スペクトルデータと前記分析データとの結果を時間軸上に可能に表示するプロセスと、を有することを特徴とする。 The invention according to the second aspect for solving the above problem is a method for analyzing an organic electronic element forming material using a spectrum measuring means using a slab type optical waveguide and one or more different kinds of analyzing means. A process of outputting spectral data over time using a spectrum measuring means while applying an external element that causes a change over time to the organic electronic element forming material, and the organic electronic element forming material The process of outputting analysis data over time using the heterogeneous analysis means while applying the same external elements over time under the same conditions as above, and the results of the output spectrum data and analysis data And a process for enabling display on the time axis.
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、スペクトル測定及び1又は2以上の異種分析測定を行い、両者の経時的な測定結果を比較可能に出力する方法である。従って、この発明によれば、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塗膜バルクの分析データとから、材料の状態変化情報を経時的に捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 In this invention, an external element is given to the material for an organic electronic device, which is a measurement sample, and the coating film is changed over time, and spectrum measurement and one or more kinds of different analysis measurements are performed. This is a method of outputting in a comparable manner. Therefore, according to the present invention, the state change information of the material is obtained from the state analysis data of the coating film interface and the analysis data of the coating film bulk when the coating state is changed with time by adding an external element. Can be captured over time. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
上記第1態様又は第2態様の解析方法において、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ことを特徴とする。 In the analysis method of the first aspect or the second aspect, the change that occurs in the organic electronic element forming material is a process of forming a coating film of the organic electronic element forming material or an organic material formed from the organic electronic element forming material. It is a deterioration process of an electronic device, its aging process, its aging process, or its light irradiation process.
この発明によれば、塗布膜形成過程や、素子の劣化過程、熟成処理過程、エージング処理過程又は光照射処理過程での状態解析に利用できる。 According to the present invention, it can be used for state analysis in a coating film forming process, an element deterioration process, an aging process, an aging process, or a light irradiation process.
上記第1態様又は第2態様の解析方法において、(1)前記スペクトルデータが、紫外可視吸収スペクトルデータであることが好ましく、(2)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以上の手段であることが好ましく、(3)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、さらに備えることが好ましく、(4)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、(5)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。 In the analysis method of the first aspect or the second aspect, (1) the spectrum data is preferably ultraviolet-visible absorption spectrum data, and (2) the heterogeneous analysis means is a thermal analysis means, a mass analysis means, and a spectroscopy. Preferably, it is one or more means selected from analysis means, and (3) two-dimensional measurement results at the same interface of the organic electronic element forming material or the organic electronic element obtained from the organic electronic element forming material. An information processing process for analyzing information and the state change of the interface with the organic electronic element forming material or the optical waveguide using the three-dimensional data by combining the information and the time-lapse information of the measurement result, (4) The external element is preferably one or more selected from heat, light, current and magnetism applied temporarily, intermittently or continuously. Preferably it is an element (5) The organic electronic device forming material is preferably an organic electroluminescence device forming material.
また、上記課題を解決するための本発明の解析装置は、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有機電子素子形成用材料の解析装置であって、前記有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加する手段と、前記外的要素を印加して前記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、前記スペクトル測定手段によりスペクトルデータとして測定する手段と、前記状態変化を時間軸展開して、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により分析データとして測定する手段と、前記スペクトルデータと、前記各段階毎の分析データとを比較可能に表示する手段と、を備えることを特徴とする。 In addition, an analysis apparatus according to the present invention for solving the above-described problems is an organic electronic element forming material analysis apparatus using spectrum measuring means using a slab type optical waveguide and one or more different kinds of analysis means. Means for applying an external element that causes a change over time in the organic electronic element forming material, and an interface between the organic electronic element forming material and the optical waveguide by applying the external element A state measurement of the change in state as spectral data by the spectrum measurement means, and a time axis expansion of the state change to analyze the change occurring in the organic electronic element forming material as analysis data by the heterogeneous analysis means at each stage. And means for measuring, and means for displaying the spectrum data and the analysis data at each stage so as to be comparable.
このように構成した解析装置により、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、材料の状態変化情報を捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 From the analysis data of the coating film interface and the analysis data of the coating film bulk in each scene when the coating state was changed over time by adding external elements by the analysis device configured in this way It is possible to capture information on the state change of materials. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
また、上記課題を解決するための本発明の他の態様の解析装置は、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有機電子素子形成用材料の解析方法であって、前記有機電子素子形成用材料に外的要素を経時的に印加する手段と、前記外的要素を印加しながらスペクトル測定手段により経時的なスペクトルデータを測定する手段と、前記有機電子素子形成用材料に前記と同じ外的要素を前記と同じ条件で経時的に印加しながら前記異種分析手段により経時的な分析データを測定する手段と、前記スペクトルデータと前記分析データとを時間軸上に比較可能に表示する手段と、を備えることを特徴とする。 In addition, an analysis apparatus according to another aspect of the present invention for solving the above-described problems is provided for forming an organic electronic device using a spectrum measuring means using a slab type optical waveguide and one or more different kinds of analyzing means. A method for analyzing a material, comprising: means for applying an external element to the organic electronic element forming material over time; and means for measuring spectral data over time by a spectrum measuring means while applying the external element; Means for measuring analysis data over time by the heterogeneous analysis means while applying the same external elements to the organic electronic element forming material over time under the same conditions as described above, and the spectral data and the analysis data And a means for displaying them in a comparable manner on the time axis.
このように構成した解析装置により、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塗膜バルクの分析データとから、材料の状態変化情報を経時的に捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 With the analysis device configured in this way, when the external state is added and the coating state is changed over time, the state change of the material from the state analysis data of the coating film interface and the analysis data of the coating film bulk Information can be captured over time. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
これらの態様の解析装置において、(i)前記スペクトル測定手段が、紫外可視吸収スペクトル測定用の分光器であることが好ましく、(ii)前記異種分析手段が、熱分析装置、質量分析装置及び分光分析装置から選ばれる1又は2以上の装置である及び質量分析装置の一方又は両方であることが好ましく、(iii)前記外的要素の印加手段は、一時的、断続的又は継続的に印加可能な加熱装置、光照射装置、電流電源及び磁気装置から選ばれる1又は2以上の装置であることが好ましい。 In the analysis apparatus of these embodiments, (i) the spectrum measurement means is preferably a spectroscope for ultraviolet-visible absorption spectrum measurement, and (ii) the heterogeneous analysis means is a thermal analyzer, a mass spectrometer and a spectrometer. Preferably, it is one or both of one or more selected from an analyzer and one or both of mass spectrometers. (Iii) The means for applying the external element can be applied temporarily, intermittently or continuously. One or more devices selected from a heating device, a light irradiation device, a current power source and a magnetic device are preferable.
以上説明したように、本発明の解析方法及び解析装置によれば、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、材料の状態変化情報を捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 As described above, according to the analysis method and analysis apparatus of the present invention, the state analysis data of the coating film interface and the individual scenes when the coating film state is changed over time by adding external elements. The state change information of the material can be captured from the analysis data of the coating film bulk. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
本発明によれば、従来、素子作製し、特性評価まで行わなければ最適な有機電子素子形成用材料を選定できなかったが、本発明の解析方法によれば、スペクトルデータと異種分析手段で測定した分析データとを対比してその化学状態を解析することができるので、従来のような素子作製・特性評価まで行わなわなくても、選定作業における方向性が明らかになるので、選定の大幅な簡略化が期待できる。 According to the present invention, it has been impossible to select an optimal organic electronic element forming material until the element is manufactured and the characteristics are evaluated. However, according to the analysis method of the present invention, the spectrum data and the heterogeneous analysis means are used. The chemical state can be analyzed by comparing with the analyzed data, so the direction in the selection work can be clarified without performing the device fabrication and characteristic evaluation as in the past. Simplification can be expected.
以下、本発明の有機電子素子形成用材料の解析方法及びその解析装置について具体的に説明する。 Hereinafter, the analysis method of the organic electronic element formation material of this invention and its analysis apparatus are demonstrated concretely.
(有機電子素子形成用材料の解析方法)
本発明の有機電子素子形成用材料の解析方法は、スラブ型の光導波路を利用したスペクトル測定装置と、1又は2以上の異種分析装置とを用いた解析方法である。
(Method for analyzing materials for forming organic electronic elements)
The method for analyzing a material for forming an organic electronic element of the present invention is an analysis method using a spectrum measuring device using a slab type optical waveguide and one or more different kinds of analyzers.
この解析方法は2つの方法に分けられ、その第1態様の解析方法は、有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加して、その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の追跡をスペクトルデータとして出力し、その状態変化を時間軸展開して、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した分析データを出力し、得られたスペクトルデータと各段階毎の分析データとを比較可能に出力する方法である。 This analysis method is divided into two methods. In the analysis method of the first aspect, an external element that causes a change over time is applied to the organic electronic element forming material, and the organic electronic element forming material and The tracking of the state change at the interface with the optical waveguide is output as spectral data, the state change is developed on the time axis, and the change occurring in the organic electronic element forming material is detected by one or more different types of analysis means for each stage. In this method, the measured analysis data is output, and the obtained spectrum data and the analysis data at each stage are output in a comparable manner.
一方、第2態様の解析方法は、有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながらスペクトル測定手段を用いて経時的なスペクトルデータを出力するプロセスと、有機電子素子形成用材料に前記と同じ外的要素を前記と同じ条件で経時的に印加しながら1又は2以上の異種分析手段を用いて経時的な分析データを出力するプロセスと、出力されたスペクトルデータと分析データとの結果を時間軸上に可能に表示するプロセスと、を有する方法である。 On the other hand, the analysis method of the second aspect includes a process of outputting spectral data over time using a spectrum measuring means while applying an external element that causes a change over time to the material for forming an organic electronic element, and an organic electron A process of outputting analysis data over time using one or more different kinds of analysis means while applying the same external elements to the element forming material over time under the same conditions as described above, and output spectrum data And a process for displaying the result of the analysis data on the time axis in a possible manner.
この第1態様の解析方法と第2態様の解析方法の区分けは、1又は2以上の異種分析手段の測定が、スペクトル測定と同一の条件で有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながら行われるものか否かで区分けされる。すなわち、第1態様の解析方法は、スペクトル測定と同一の条件で有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながら行われるものではなく、スペクトル測定で測定された経時的な状態変化を時間軸展開し、その有機電子素子形成用材料に生じる変化を段階毎に再現した状態下で、異種分析手段により測定した場合である。一方、第2態様の解析方法は、スペクトル測定と同一の条件で有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加しながら、異種分析手段で測定した場合である。 The analysis method of the first aspect and the analysis method of the second aspect are divided in that the measurement of one or more different kinds of analysis means causes a change in the organic electronic element forming material over time under the same conditions as the spectrum measurement. It is classified according to whether it is performed while applying an external element to be applied. That is, the analysis method of the first aspect is not performed while applying an external element that causes a change over time in the organic electronic element forming material under the same conditions as the spectrum measurement, but is measured by the spectrum measurement. This is a case where the time-dependent state change is developed on the time axis and the change occurring in the material for forming an organic electronic element is measured by a heterogeneous analysis means in a state where the change is reproduced step by step. On the other hand, the analysis method of the second aspect is a case where measurement is performed by a heterogeneous analysis means while applying an external element that causes a change with time in the organic electronic element forming material under the same conditions as the spectrum measurement.
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。 First, a spectrum measuring apparatus using a slab type optical waveguide will be described. Slab-type optical waveguide spectroscopy is not infrared spectroscopy that captures vibrations of molecules and functional groups, but is a method that can measure interfacial absorption characteristics in the short wavelength region related to the electronic state and energy band gap over time. Therefore, it is effective for analyzing subtle changes and differences in the film state and dynamics without any chemical bond or chemical structure changes.
図1は、スラブ型光導波路分光法の原理図である。スラブ型光導波路においては、光導波路基板1に光2を入れると、その光2が光導波路基板1の表面で全反射して進む。このとき、光導波路基板上に測定に供されるサンプル膜3を形成すると、基板内を全反射して進む光2の表面波がサンプル膜中に僅かに染みこむ。この表面波は、エバネッセント波4と言われ、図1中に記載したように、サンプル膜内に指数関数的に減衰しながら染みこむ。このときの染み込み深さ(dp)は、次式のように表される。下記式において、λは入射波波長、θは入射角度、n1は導波路基板の屈折率、n2はサンプル膜もしくはサンプル膜周辺環境の屈折率である。
FIG. 1 is a principle diagram of slab type optical waveguide spectroscopy. In the slab type optical waveguide, when light 2 enters the
このスラブ型光導波路においては、染み込み深さ(dp)が非常に浅く、調整により光導波路基板1の表面から1μm以内に存在する分子のみについての情報を選択的に且つ非破壊的に解析することができる。また、より薄い光導波路基板1を用いることにより、反射回数を増やすことができ、より高感度で測定することができる。こうしたスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置としては、特開平8−75639号公報及び特開2001−108611号公報に開示されている測定装置を挙げることができ、より具体的には、システムインスツルメンツ社製のSIS−50型装置を挙げることができる。
In this slab type optical waveguide, the penetration depth (dp) is very shallow, and information on only molecules existing within 1 μm from the surface of the
図2は、特開平8−75639号公報に開示されているスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置の一例を示す構成図である。図2において、光源10としては、遠紫外から遠赤外までのうち任意の波長範囲を持つ光を発射する光源が使用され、例えば、Xeランプが使用される。光チョッパー30は、光源10からの光を一定の周期の断続光にするものであり、光源10と入射光側光ファイバー31の間に設けられる。試料測定部は、入射光側レンズ11、出射光側レンズ15、入射光側プリズム12、出射光側プリズム14、スラブ光導波路13、位置制御機構16を有している。入射光側レンズ11は、入射光側光ファイバー31の出口側の先端に設けられ、出射光側レンズ15は、出射光側光ファイバー32の入口側の先端に設けられる。なお、特開2001−108611号公報に記載のように、プリズムを使用しない光結合法を適用することもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a spectrum measuring apparatus using a slab type optical waveguide disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-75639. In FIG. 2, as the
図3と図4は、スラブ型光導波路の平面図と断面図であり、入射光側プリズム12と出射光側プリズム14は、スラブ型光導波路13上に配置される。各プリズム12,14は、試料54と参照部分53をプリズムを付け直すことなく測定可能にするため、細長いものが使用される。スラブ光導波路13は、光導波路層52を支持するための基板51と、光導波路層52とからなる。スラブ光導波路13の片側部分には帯状に試料54が乗り、その反対側、即ち試料54のない部分は参照部分53となる。
FIGS. 3 and 4 are a plan view and a cross-sectional view of the slab type optical waveguide. The incident
検出部は、図2に示すように、分光器41、光電子増倍管43、増幅器44、及びコンピュータ42を有している。光源10から発射された白色光は、光チョッパー30で一定の周期の断続光にされた後、入射光側光ファイバー31に導入される。入射光側光ファイバー31に導入された断続光は、入射光側光ファイバー31を通り、出光側の先端に設けられた入射光側レンズ11で集光され、適当な角度で入射光側プリズム12に導入される。入射光側レンズ11で集光された断続光は、入射光側プリズム12に導入された後、スラブ光導波路13の光導波路層52内に入射し、その光導波路層52内に入射した断続光は、光導波路層52内で全反射を繰返した後、光導波路層52内から出射し、出射光側プリズム14に導入される。出射光側プリズム14に導入された断続光は、出射光側光ファイバー32の入光側の先端に設けられた出射光側レンズ15により取り出され、出射光側光ファイバー32によって、分光器41に送られる。分光器41によって分光された断続光は、光電子増倍管43、増幅器44を経て、コンピュータ42に送られ演算処理されることにより、スペクトルが得られる。
As shown in FIG. 2, the detection unit includes a
図5は、本発明に好ましく適用するスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置である。図5に示すスラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置は、多重反射型紫外可視吸収スペクトル測定と、蛍光発光スペクトル測定とを同時に行うことができる装置である。この測定装置は、サンプル膜3と光導波路基板1との間の多重反射型紫外可視吸収スペクトルを検出する紫外可視吸収用CCD分光器7を備えている。また、光導波路から取り出される蛍光発光9を検出する蛍光用PMT分光器8を備えている。なお、符号5はプリズムであり、符号6は反射ミラーである。
FIG. 5 shows a spectrum measuring apparatus using a slab type optical waveguide preferably applied to the present invention. The spectrum measuring apparatus using the slab type optical waveguide shown in FIG. 5 is an apparatus capable of simultaneously performing multiple reflection type ultraviolet visible absorption spectrum measurement and fluorescence emission spectrum measurement. This measuring apparatus includes an ultraviolet-visible
この多重反射型紫外可視吸収スペクトル測定は、界面の電子状態変化と、化学結合変化との相関関係が明らかとなり、サンプル膜3の官能基や化学構造由来の情報である紫外可視吸収スペクトルデータを入手するのに有効であり、蛍光発光スペクトル測定は、界面の電子状態変化と発光分光特性との関係が明らかとなり、特に有機EL素子特性において重要な発光特性情報である蛍光発光スペクトルデータを入手するのに有効である。
This multiple reflection type UV-visible absorption spectrum measurement reveals the correlation between the electronic state change at the interface and the chemical bond change, and obtains UV-visible absorption spectrum data, which is information derived from the functional groups and chemical structure of the
こうしたスペクトル測定装置は、上記の各分光器7,8から得られた経時的な分光情報を、解析装置101に出力する。図5に示す解析装置101は、得られた分光情報を解析可能に処理する機能を有するものであれば特に限定されず、パーソナルコンピュータ等の演算機能を内蔵した情報処理装置又は画像表示装置、又は演算素子を内蔵したプリンター装置等を挙げることができる。こうした解析装置101により、例えば図5に示すように、時間軸に対する分析情報を表示することができる。
Such a spectrum measuring device outputs spectral information with time obtained from the
本発明の解析方法においては、上述したサンプル膜を構成する有機電子素子形成用材料に経時的な変化を生じさせる外的要素を印加して、そのサンプル膜3と光導波路基板1との界面の状態変化の追跡をスペクトルデータとして出力する。経時的に外的要素を印加することにより、例えば、塗布膜の乾燥過程等、塗布膜形成過程における経時的なスペクトルを測定することができると共に、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における経時的なスペクトルを測定することができる。
In the analysis method of the present invention, an external element that causes a change over time is applied to the organic electronic element forming material constituting the sample film, and the interface between the
ここで、塗膜形成過程とは、例えば、有機電子素子形成用材料を光導波路基板上に塗布した後、その材料中に含まれる溶媒等が除去したり、化合物が反応したりして、膜に形成される経時変化過程のことである。また、劣化過程とは、例えば、形成された膜が徐々にその機能が低下する経時変化過程のことである。また、熟成処理過程とは、熱又は光エネルギーの外的要素の印加を伴わない、常温保存における経時変化のことである。また、エージング処理過程とは、熱又は光エネルギーの外的要素の印加を伴った場合の経時変化のことである。また、光照射処理過程とは、光エネルギーの外的要素の印加を伴った経時変化のことである。 Here, the coating film forming process means, for example, that after the organic electronic element forming material is applied on the optical waveguide substrate, the solvent contained in the material is removed or the compound reacts to form a film. It is a process of changing with time. In addition, the deterioration process is, for example, a time-dependent change process in which the function of the formed film gradually decreases. The aging process is a change over time in normal temperature storage without applying an external element of heat or light energy. The aging process is a change with time when an external element of heat or light energy is applied. The light irradiation treatment process is a change with time accompanying the application of an external element of light energy.
サンプル膜は、有機電子素子形成用材料を塗布して形成される膜である。サンプル膜を形成するための有機電子素子形成用材料としては、例えば、有機EL素子形成用材料、有機半導体用溶液、太陽電池用溶液等を挙げることができる。より詳細には、有機EL素子形成用材料は、発光材料であるクマリン等の低分子発光材料や、ポリフェニレンビニレン等の共役高分子材料等の有機化合物、及びトルエン、キシレン等の芳香族系溶剤や、ジクロロエタン等の含ハロゲン系溶剤等の有機溶剤が含まれる。なお、有機半導体形成用溶液や、有機太陽電池形成用溶液も有機EL素子形成用材料同様の有機溶剤が含まれる。 The sample film is a film formed by applying an organic electronic element forming material. Examples of the organic electronic element forming material for forming the sample film include an organic EL element forming material, an organic semiconductor solution, a solar cell solution, and the like. More specifically, the organic EL element forming material is a light emitting material such as a low molecular light emitting material such as coumarin, an organic compound such as a conjugated polymer material such as polyphenylene vinylene, and an aromatic solvent such as toluene or xylene. And organic solvents such as halogen-containing solvents such as dichloroethane. The organic semiconductor forming solution and the organic solar cell forming solution also contain an organic solvent similar to the organic EL element forming material.
サンプル膜3の経時変化は、外的要素を一時的、断続的又は継続的に印加することにより付与することができる。
The temporal change of the
上記の外的要素とは、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以上の要素のことである。サンプル膜にこれらの外的要素を印加することにより、サンプル膜の塗布膜形成過程、劣化過程、熟成処理過程、エージング処理過程、光照射処理過程等の経時変化情報を測定することができる。 The external element is one or more elements selected from heat, light, current, and magnetism applied temporarily, intermittently or continuously. By applying these external factors to the sample film, it is possible to measure time-dependent information such as the coating film formation process, deterioration process, aging process, aging process, and light irradiation process of the sample film.
熱には、温熱と冷熱が含まれる。光には、レーザ(位相のそろった単色光)、紫外線、可視光線、赤外線等、波長の異なる光が含まれ、また、電子線、放射線が含まれ、また、X線、γ線等の放射も含まれる概念で定義する。電流は、直流でも交流でもよく、電流値も各種の値で印加可能である。磁気は、任意の磁場を与えた場合であり、磁石による磁場でも電磁石によるものでもよい。 Heat includes warm and cold. Light includes light with different wavelengths, such as laser (monochromatic light with uniform phase), ultraviolet light, visible light, infrared light, etc., and also includes electron beams and radiation, and radiation such as X-rays and γ-rays. Is defined by the concept that is also included. The current may be direct current or alternating current, and the current value can be applied in various values. Magnetism is a case where an arbitrary magnetic field is applied, and may be a magnetic field by a magnet or an electromagnet.
熱を印加する装置としては、例えば、ホットプレート、熱線ヒーター等が挙げられ、光を照射する装置としては、例えば、紫外線露光装置、電子線露光装置等が挙げられ、電流を印加する装置としては、例えば、直流電源装置又は交流電源装置が挙げられ、磁気を印加する装置としては、例えば、電磁石、強力永久磁石等が挙げられる。 Examples of the device for applying heat include a hot plate and a heat ray heater. Examples of the device for irradiating light include an ultraviolet exposure device and an electron beam exposure device. For example, a direct current power supply device or an alternating current power supply device can be used, and examples of the device for applying magnetism include an electromagnet and a strong permanent magnet.
また、一時的にとは、上述した外的要素を一度印加することにより、サンプル膜の化学情報が経時的に変化するような場合に適用される印加スタイルである。また、断続的にとは、上述した外的要素を一定時間毎に印加することにより、サンプル膜の化学情報が経時的に変化するような場合に適用される印加スタイルである。また、連続的にとは、上述した外的要素を絶え間なく連続して印加することにより、サンプル膜の化学情報が経時的に変化するような場合に適用される印加スタイルである。 The term “temporarily” refers to an application style that is applied when the chemical information of the sample film changes with time by applying the above-described external element once. In addition, intermittent is an application style that is applied when the chemical information of the sample film changes with time by applying the above-described external elements at regular intervals. Continuously refers to an application style that is applied when the chemical information of the sample film changes over time by continuously applying the above-described external elements.
本発明においては、サンプル膜の材料特性に応じて、又は、印加する外的要素とサンプル膜との間の関係に応じて、各種の外的要素から適当な外的要素を選択する。このとき、1種類の外的要素を印加してもよいし、2種類以上の外的要素を印加してもよい。2種類以上の外的要素を印加する場合には、各外的要素の印加スタイル(一時的、断続的、連続的)は同じにしてもよいし、異なる印加スタイルにしてもよい。例えば、一の外的要素は連続的に印加し、他の一の外的要素は断続的に印加することもできる。 In the present invention, an appropriate external element is selected from various external elements according to the material characteristics of the sample film or according to the relationship between the applied external element and the sample film. At this time, one type of external element may be applied, or two or more types of external elements may be applied. When two or more types of external elements are applied, the application style (temporary, intermittent, continuous) of each external element may be the same or different. For example, one external element can be applied continuously and the other external element can be applied intermittently.
本発明においては、異種分析手段として、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以上の手段を好ましく挙げることができるが、これら以外でもよく、例えば、核磁気共鳴分析(NMR)、顕微鏡観察等の異種分析手段が利用可能である。 In the present invention, as the heterogeneous analysis means, one or more means selected from thermal analysis means, mass analysis means and spectroscopic analysis means can be preferably mentioned, but other means may be used, for example, nuclear magnetic resonance analysis ( NMR), different types of analysis means such as microscopic observation can be used.
熱分析手段としては、熱重量減少変化測定(TGA)、示差熱分析測定(DSC)、昇温脱離ガス分析測定(TDS)等を挙げることができる。これらのうち、熱重量減少変化測定(TGA)や示差熱分析測定(DSC)等の一般的な熱分析手段(熱分析装置)を連動させることによって、界面の重量変化やエネルギー変化に関する情報を入手することができ、界面の電子状態変化と膜の熱的挙動変化との関係が明らかとなる。また、質量分析手段としては、一般的な質量分析装置(MS)を連動させることにより、膜界面の熱的変化や経時的変化中に生じたガス成分に関する情報を入手することができ、アウトガス分析結果との間では、界面の電子状態変化と、変化の過程で膜より生じる分解物、アウトガス成分との関係が明らかとなる。また、分光分析装置としては、赤外分光測定(IR)、蛍光発光分光測定、ラマン分光測定、X線光電子分光測定(XPS)、和周波分光測定(SFG)、第2高調波分光測定(SHG)等を挙げることができる。これらのうち、赤外分光測定(IR)を連動させることにより、化学結合や、化学構造変化に関する情報を入手することができ、界面の電子状態と膜の化学構造変化、変質との関係が明らかとなる。 Examples of the thermal analysis means include thermal weight loss change measurement (TGA), differential thermal analysis measurement (DSC), temperature programmed desorption gas analysis measurement (TDS), and the like. Of these, information on interface weight change and energy change is obtained by linking general thermal analysis means (thermal analysis equipment) such as thermogravimetric decrease change measurement (TGA) and differential thermal analysis measurement (DSC). The relationship between the electronic state change at the interface and the thermal behavior change of the film becomes clear. In addition, as a mass spectrometry means, by linking a general mass spectrometer (MS), it is possible to obtain information on gas components generated during thermal changes and changes over time of the film interface, and outgas analysis Between the results, the relationship between the change in the electronic state of the interface and the decomposition products and outgas components generated from the film during the change process becomes clear. The spectroscopic analyzers include infrared spectroscopic measurement (IR), fluorescence emission spectroscopic measurement, Raman spectroscopic measurement, X-ray photoelectron spectroscopic measurement (XPS), sum frequency spectroscopic measurement (SFG), and second harmonic spectroscopic measurement (SHG). And the like. Of these, information on chemical bonds and chemical structure changes can be obtained by linking infrared spectroscopy (IR), and the relationship between the electronic state of the interface and the chemical structure change and alteration of the film is clear. It becomes.
また、その他の異種分析手段について、核磁気共鳴分析装置としては、パルス核磁気共鳴分析測定や固体核磁気共鳴分析測定等を挙げることができる。これら一般的な核磁気共鳴分析を連動させることによって、緩和時間変化、化学構造変化との関係が明らかになる。また、電子顕微鏡や蛍光顕微鏡等による顕微鏡観察と連動させることにより、形状や形態変化との関係が明らかになる。 As for other heterogeneous analysis means, examples of the nuclear magnetic resonance analyzer include pulse nuclear magnetic resonance analysis and solid state nuclear magnetic resonance analysis. By linking these general nuclear magnetic resonance analyses, the relationship between relaxation time changes and chemical structure changes becomes clear. Further, by linking with microscopic observation with an electron microscope, a fluorescence microscope, or the like, the relationship with the shape and shape change becomes clear.
本発明の第1態様の解析方法は、こうした異種分析手段での測定が、外的要素を印加して得られたスペクトルデータを時間軸展開し、その結果明らかになったサンプル膜に生じる変化を段階毎に特定し、その段階毎に保持した状態で行われるプロセスを含む解析方法である。この場合には、異種分析手段の測定条件を、サンプル膜の段階毎の状態と同じ状態に保持して測定することが重要であり、その結果、得られた分析データは、例えばスペクトルデータの顕著な状態変化の解明に有効に利用することができる。 In the analysis method according to the first aspect of the present invention, the measurement by such a heterogeneous analysis means develops the spectral data obtained by applying the external element on the time axis, and shows the change that occurs in the sample film as a result. It is an analysis method including a process performed in a state specified for each stage and held for each stage. In this case, it is important to perform measurement while maintaining the measurement conditions of the heterogeneous analysis means in the same state as the state of each stage of the sample film, and as a result, the obtained analysis data is, for example, notable spectral data It can be effectively used to elucidate various state changes.
一方、本発明の第2態様の解析方法は、こうした異種分析手段での測定が、外的要素を印加して行ったスペクトル測定と同じ外的要素を同じ条件でサンプル膜に経時的に印加しながら行われるプロセスを含む解析方法である。この場合には、異種分析手段の外的要素の印加条件を、スペクトル測定の場合と同じにして測定するので、得られた分析データは、例えばスペクトルデータとの対比が容易であり、その結果、状態変化の解明に有効に利用することができる。 On the other hand, in the analysis method of the second aspect of the present invention, the measurement by such a heterogeneous analysis means applies the same external element to the sample film over time under the same conditions as the spectrum measurement performed by applying the external element. It is the analysis method including the process performed. In this case, since the application condition of the external element of the heterogeneous analysis means is measured in the same manner as in the case of spectrum measurement, the obtained analysis data can be easily compared with, for example, spectrum data. It can be used effectively for elucidating state changes.
本発明の解析方法は、後述の図6にも示すように、スペクトルデータと分析データとを比較可能に出力する。このとき、第1態様の解析方法においては、スペクトルデータと各段階毎の分析データとを比較可能に出力し、第2態様の解析方法においては、出力されたスペクトルデータと分析データとの結果を時間軸上に比較可能に出力する。 The analysis method of the present invention outputs spectrum data and analysis data so that they can be compared as shown in FIG. At this time, in the analysis method of the first aspect, the spectrum data and the analysis data at each stage are output so as to be comparable, and in the analysis method of the second aspect, the result of the output spectrum data and the analysis data is obtained. Output in a comparable manner on the time axis.
また、本発明の解析方法は、有機電子素子形成用材料又はその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、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有機電子素子形成用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さらに備えていてもよい。ここで、二次元情報とは、平面に形成された塗布膜又は素子の面情報(X軸−Y軸)のことであり、三次元データとは、その面内の膜又は素子の経時データの変化を時間軸としてZ軸で表した3次元の状態変化のデータである。本発明では、こうした三次元データで解析することにより、膜又は素子の面内分布での経時的な状態変化を追跡することができる。 Further, the analysis method of the present invention combines the two-dimensional information of the measurement result at the same interface of the organic electronic element forming material or the organic electronic element obtained from the organic electronic element forming material with the temporal information of the measurement result. An information processing process for analyzing the state change of the interface between the organic electronic element forming material and the optical waveguide using the three-dimensional data. Here, the two-dimensional information is the surface information (X axis-Y axis) of the coating film or element formed on the plane, and the three-dimensional data is the temporal data of the film or element in the plane. This is data of a three-dimensional state change in which the change is represented on the Z axis as a time axis. In the present invention, by analyzing with such three-dimensional data, it is possible to track the change in state over time in the in-plane distribution of the film or element.
また、上述したスペクトルデータ及び分析データ、さらにそれらの解析結果を、有機電子素子形成用材料で形成された有機電子素子の特性データと比較し、両者の関係をより解析することができる。有機電子素子の特性データとしては、例えば、エネルギー変換効率データ、寿命、安定性データ等を挙げることができる。例えば、有機EL素子においては、発光効率データ、発光輝度データ、発光寿命データ等が挙げられる。こうした特性データは、コンピュータに入力され、スラブ型光導波路を利用したスペクトル測定装置で測定されたスペクトルデータや異種分析手段により測定された分析データと対比される。対比した結果、特性データの特異的な結果が、スペクトルデータ及び分析データ、さらにそれらの解析結果に対応している場合に、そのスペクトルデータが示す界面挙動の状態変化が特性に影響していることが明らかになる。 Moreover, the above-mentioned spectrum data and analysis data, and further their analysis results can be compared with the characteristic data of the organic electronic element formed of the organic electronic element forming material, and the relationship between them can be further analyzed. Examples of the characteristic data of the organic electronic element include energy conversion efficiency data, lifetime, stability data, and the like. For example, in an organic EL element, light emission efficiency data, light emission luminance data, light emission lifetime data, and the like can be given. Such characteristic data is input to a computer and compared with spectrum data measured by a spectrum measuring apparatus using a slab type optical waveguide and analysis data measured by a heterogeneous analysis means. As a result of comparison, when the specific result of the characteristic data corresponds to the spectral data and analytical data, and also to the analytical results, the state change of the interface behavior indicated by the spectral data has an effect on the characteristic. Becomes clear.
図6は、本発明の解析方法についてまとめたものである。こうした本発明の解析方法によれば、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、材料の状態変化情報を捉えることができる。その結果、材料が備える経時的な状態変化挙動を明らかにでき、その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。 FIG. 6 summarizes the analysis method of the present invention. According to such an analysis method of the present invention, when an external element is added and the state of the coating film is changed over time, the state analysis data of the coating film interface, the analysis data of the coating film bulk in each scene, Therefore, it is possible to capture information on the state change of the material. As a result, the state change behavior of a material over time can be clarified, and the characteristic change over time of an organic electronic device made of the material can be predicted. Knowledge for developing an optimal organic electronic device Can be used to develop more desirable organic electronic devices.
本発明の解析方法は、有機電子素子形成用材料以外でも適用可能である。例えば、液相から固体膜、固体膜から液相へ、気相から固体膜(蒸着を含む)、固体膜から気相へ(昇華を含む)、液相から気相、気相から液相、結晶からアモルファス、アモルファスから結晶などの相転移を含む状態変化を伴うものの解析にも有効である。より具体的には、蒸着膜形成プロセス、接着剤接着プロセス、塗膜(有機溶剤を含む塗料、漆又は漆と同じメカニズムで固体膜に変化するもの)の乾燥工程、機能性材料(可塑剤、添加剤を含む)を添加した高分子樹脂整形プロセス、電位をかけた液晶の配向等を含む相の変化過程を化学状態で解析する解析プロセスとして、有効に利用可能である。 The analysis method of the present invention can be applied to materials other than organic electronic element forming materials. For example, liquid phase to solid film, solid film to liquid phase, gas phase to solid film (including vapor deposition), solid film to gas phase (including sublimation), liquid phase to gas phase, gas phase to liquid phase, It is also effective for analysis of state changes including phase transition such as crystal to amorphous and amorphous to crystal. More specifically, a deposition film forming process, an adhesive bonding process, a coating film (coating containing an organic solvent, a lacquer or a lacquer or a lacquer that changes to a solid film), a functional material (plasticizer, It can be effectively used as an analytical process for analyzing in a chemical state a phase change process including a polymer resin shaping process to which an additive is added) and an orientation of liquid crystal to which a potential is applied.
(有機電子素子形成用材料の解析装置)
本発明の有機電子素子形成用材料の解析装置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とを用いた解析装置であり、上述した本発明の第1態様及び第2態様の解析方法を実現する装置である。この解析装置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可能に表示する手段53,54,55が備えられる。そうした手段としては、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。
(Analysis device for organic electronic element forming materials)
The organic electronic element forming
これらの態様の解析装置においては、(i)スペクトル測定手段が、紫外可視吸収スペクトル測定用の分光器であることが好ましく、(ii)異種分析手段が、熱分析装置及び質量分析装置の一方又は両方であることが好ましく、(iii)外的要素の印加手段は、一時的、断続的又は継続的に印加可能な加熱装置、光照射装置、電流電源及び磁気装置から選ばれる1又は2以上の装置であることが好ましい。これらの詳細は、上述したとおりである。 In the analysis apparatus of these embodiments, (i) the spectrum measurement means is preferably a spectroscope for ultraviolet-visible absorption spectrum measurement, and (ii) the heterogeneous analysis means is one of a thermal analysis apparatus and a mass analysis apparatus or (Iii) The external element applying means is one or more selected from a heating device, a light irradiation device, a current power source, and a magnetic device that can be applied temporarily, intermittently or continuously. An apparatus is preferred. These details are as described above.
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
実施例1では、異なる有機溶媒を採用した場合における有機EL素子形成用材料の解析を行った。有機EL素子形成用材料として、ADS社製の高分子緑発光材料を用いた。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。
(Example 1)
In Example 1, the organic EL element formation material was analyzed when different organic solvents were employed. As a material for forming an organic EL element, a polymer green light emitting material manufactured by ADS was used. As an organic solvent, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, general-purpose xylene (o-xylene: 25%, m-xylene: 43%, p-xylene: 18%, ethylbenzene: 14%) are used. Five types of organic EL element forming materials were prepared. The polymer green light emitting material was prepared so as to be 1% by weight in each solvent.
5種類の溶液を用い、洗浄済み無アルカリガラス上にスピンコーティングし、乾燥厚さ1μmの塗布膜を形成した。乾燥後における一般的な紫外可視吸収スペクトルを、紫外可視分光光度計(日立製作所製、商品名:UV−2000)で測定し、溶剤種によるスペクトルの違いについて調べた。m-キシレンとo-キシレンについての乾燥後の有機EL素子膜の紫外可視吸収スペクトルを図8に示した。200〜700nmの波長域におけるキシレン異性体の違いによるスペクトルデータに違いは見られなかった。 Five types of solutions were used and spin-coated on a washed alkali-free glass to form a coating film having a dry thickness of 1 μm. A general ultraviolet-visible absorption spectrum after drying was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (trade name: UV-2000, manufactured by Hitachi, Ltd.), and the difference in spectrum depending on the solvent type was examined. The ultraviolet-visible absorption spectrum of the organic EL element film after drying for m-xylene and o-xylene is shown in FIG. There was no difference in spectral data due to the difference in xylene isomers in the wavelength range of 200-700 nm.
次に、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。
Next, the drying process of the coating film formed with the organic EL element forming material described above using an interface ultraviolet-visible spectroscopic measurement apparatus (System Instruments, SIS-50 type) using slab type optical waveguide spectroscopy The interfacial ultraviolet-visible absorption spectrum data over time was measured. The measurement is performed by dropping 0.1 mL of the above-mentioned solutions having different solvent types onto an optical waveguide substrate made of synthetic quartz (manufactured by System Instruments Co., Ltd.), and then gradually drying at room temperature to change the solvent types in the coating film. After volatilization, spectral data over time during the drying process were measured. At this time, the penetration depth of the evanescent wave was about 1 μm and was measured at intervals of about 2 seconds. FIG. 9 is an interface ultraviolet-visible absorption spectrum of the coating film in the drying process for m-xylene (A) and o-xylene (B). In FIG. 9,
次に、有機EL素子形成用材料で形成した有機EL素子膜の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。 Next, the characteristic data of the organic EL element film | membrane formed with the organic EL element formation material were measured. The characteristic data of the organic EL element film is the layer configuration of glass substrate / ITO (anode) / PEDOT / PPS (hole transport layer) / organic EL element film (electron transport layer / light emitting layer) / Ca layer / Ag (cathode). The organic EL device was analyzed and examined by measuring the voltage-luminance characteristics (see Table 1), voltage-luminescence efficiency characteristics (see Table 1), and luminescence lifetime characteristics (see Table 1). As is clear from the results in Table 1, m-xylene has a significantly shorter lifetime with a luminance one order of magnitude lower than that of other solvent types and an efficiency of 1/3.
次に、スペクトルの測定データと有機EL素子膜の特性データとを対比した。表1に示すようなm-キシレンを溶媒種とした溶液で形成した膜は、その特性が劣っていたが、その特性差は、図8に示した一般的な紫外可視吸収スペクトル結果では説明できないが、図9に示したスラブ型光導波路を利用した界面紫外可視吸収スペクトル結果において説明でき、その化学状態を考察できる。すなわち、m-キシレンを溶媒種とした有機EL素子形成用材料のみ他とは異なる界面紫外可視吸収スペクトルと特性データを示した。その結果、以下のことが考察できる。 Next, the spectrum measurement data was compared with the characteristic data of the organic EL element film. The film formed with a solution using m-xylene as a solvent species as shown in Table 1 had inferior characteristics, but the characteristic difference cannot be explained by the general UV-visible absorption spectrum results shown in FIG. However, it can be explained by the interfacial ultraviolet-visible absorption spectrum result using the slab type optical waveguide shown in FIG. 9, and its chemical state can be considered. That is, only the organic EL element forming material using m-xylene as a solvent species showed an interface UV-visible absorption spectrum and characteristic data different from others. As a result, the following can be considered.
先ず、図9に示すように、o-キシレンを溶媒種とする場合とは異なり、m-キシレンを溶媒種としたときの結果は、乾燥過程で劇的に吸収強度が低下した。この結果は、乾燥過程における溶媒種からなるπ電子層が塗布膜から一気に抜けることを示しているものと推察される。すなわち、乾燥過程の初期においては、光導波路基板面に並行なπ電子平面(高分子有機化合物)/並行なπ電子層(溶媒)/並行なπ電子平面(高分子有機化合物)の積層構造が一時的に形成されているものと考えられ、その後、乾燥が進むと、溶媒が一気に揮発し、上記の並行なπ電子層(溶媒)が抜け、図9(A)に示すように劇的な吸収強度の変化が生じると考えられる。その結果、光導波路基板面に並行なπ電子平面(高分子有機化合物)/並行なπ電子平面(高分子有機化合物)からなる積層構造がそのままの状態で安定化すると考えられる。そうしたことは、その後の乾燥過程において吸収強度に変化が生じないことからも説明できる。 First, as shown in FIG. 9, unlike the case where o-xylene was used as a solvent species, the results obtained when m-xylene was used as a solvent species dramatically decreased the absorption intensity during the drying process. This result is presumed to indicate that the π-electron layer composed of the solvent species in the drying process escapes from the coating film all at once. That is, at the initial stage of the drying process, a laminated structure of π electron plane parallel to the optical waveguide substrate surface (polymer organic compound) / parallel π electron layer (solvent) / parallel π electron plane (polymer organic compound) It is thought that it was temporarily formed, and then, as the drying progresses, the solvent volatilizes all at once, and the parallel π-electron layer (solvent) is lost, which is dramatic as shown in FIG. 9 (A). It is thought that a change in absorption intensity occurs. As a result, it is considered that a laminated structure composed of a π electron plane (polymer organic compound) parallel to the optical waveguide substrate surface / parallel π electron plane (polymer organic compound) is stabilized as it is. This can be explained by the fact that the absorption intensity does not change during the subsequent drying process.
こうした界面紫外可視吸収スペクトルの結果は、有機EL素子膜の特性データをよく説明できる。すなわち、塗布型の有機EL素子膜においては、結晶性や規則性は要求されず、不均一性やアモルファス性が要求されており、そのため、m-キシレンを溶媒種とする溶液から形成された規則的な積層構造を有する膜が、輝度、発光効率、寿命等の特性に劣っているという、表1に示す結果は矛盾なく説明される。 Such a result of the interface ultraviolet visible absorption spectrum can well explain the characteristic data of the organic EL element film. That is, in the coating type organic EL element film, crystallinity and regularity are not required, and nonuniformity and amorphousness are required. Therefore, a rule formed from a solution using m-xylene as a solvent species is required. The results shown in Table 1 that the film having a typical laminated structure is inferior in characteristics such as luminance, light emission efficiency, and lifetime can be explained without contradiction.
従来、素子作製し、特性評価まで行わなければ最適な有機EL素子形成用材料を選定できなかったが、本発明の解析方法によれば、界面紫外可視吸収スペクトルと特性データとを対比して塗布膜界面の化学状態を解析することによって、乾燥過程での界面紫外可視吸収スペクトル変化が意味する現象を把握できる。その結果、この解析結果を援用することにより、他の有機EL素子形成用材料の選定について、素子作製し、特性評価まで行わなわなくても、選定作業における方向性が明らかになるので、選定の大幅な簡略化が期待できる。 Conventionally, an optimum organic EL element forming material could not be selected unless the element was manufactured and the characteristics were evaluated. However, according to the analysis method of the present invention, the interface ultraviolet-visible absorption spectrum and the characteristic data were compared and applied. By analyzing the chemical state of the membrane interface, it is possible to grasp the phenomenon that the interface UV-visible absorption spectrum change during the drying process means. As a result, by using this analysis result, the direction of the selection work can be clarified without selecting the other organic EL element forming materials and preparing the elements and performing the characteristic evaluation. Significant simplification can be expected.
(実施例2)
蛍光発光分光装置で、発光層の乾燥前後の蛍光発光スペクトルの変化を調べ結果、m−キシレンを溶媒に用いた場合においてのみ、乾燥前後で、スペクトルが殆ど変化せず、また、発光強度も弱いことが分かった。
(Example 2)
As a result of investigating the change of the fluorescence emission spectrum before and after drying of the light emitting layer with a fluorescence emission spectrometer, only when m-xylene is used as a solvent, the spectrum hardly changes before and after drying and the emission intensity is weak. I understood that.
スペクトルの測定データと有機EL素子の特性データとを対比すると、ランダムに並ぶ、他の溶剤系とは異なり、光導波路基板面に並行なπ電子平面(高分子有機化合物)/並行なπ電子層(溶媒)/並行なπ電子平面(高分子有機化合物)の積層構造が一時的に形成されると考えられ、乾燥が進み溶媒が揮発しても、π電子平面状態はランダムにならず並行性が乾燥後も保持され、膜全体の蛍光発光スペクトルが変わらなかったものと考えられる。 Unlike other solvent systems, the measured data of the spectrum and the characteristic data of the organic EL element are contrasted. Unlike other solvent systems, the π electron plane parallel to the optical waveguide substrate surface (polymer organic compound) / parallel π electron layer (Solvent) / Parallel π-electron plane (polymeric organic compound) layer structure is considered to be temporarily formed, and even if drying progresses and the solvent volatilizes, the π-electron plane state is not random and parallelism Is retained after drying, and it is considered that the fluorescence emission spectrum of the entire film did not change.
(実施例3)
光導波路分光測定装置に、加熱可能なユニット(基板全体を加温可能なヒーター)を搭載した装置を用い、実施例1と同様に測定を行った結果、より実生産に近い条件での層の界面状態を調べることができた。具体的には、実施例1のm‐キシレン選択性は、同様に確認されたが、熱印加時での、溶剤が揮発する激しい膜状態変化を観察することができた。
(Example 3)
Using an apparatus equipped with a heatable unit (heater capable of heating the entire substrate) in the optical waveguide spectrometer, the measurement was performed in the same manner as in Example 1, and as a result, the layers under conditions closer to actual production were obtained. The interface state could be investigated. Specifically, the m-xylene selectivity of Example 1 was confirmed in the same manner, but it was possible to observe a drastic film state change in which the solvent volatilizes when heat was applied.
1 光導波路基板
2 光
3 膜(サンプル膜)
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
1
4 Evanescent Wave 5 Prism 6 Reflecting
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