2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Quantum Dot LED with plasmonic metal nanostructures
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20K05441
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木場 隆之 北見工業大学, 工学部, 准教授 (40567236)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 局在表面プラズモン / 有機EL / 金属ナノ構造 / ナノスフィアリソグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度より、溶液プロセスによる量子ドット発光ダイオード(QLED)の作製法について検討を続けていたが、デバイスの品質の安定性に問題が生じたため、すでにノウハウが有り安定したデバイス作製が可能である、有機蛍光材料を用いたOLEDを対象とした発光増幅の評価に注力することとした。
令和３年度に得られた研究実績は以下の通りである。
１．ナノスフィアリソグラフィ法によるAgナノメッシュの作製・評価 ― 昨年度より継続して、反応性イオンエッチングにより径を縮小化したPStビーズテンプレートを用い、金属ナノメッシュ構造の作製と評価を行った。ホールの配列周期や開口径を変化させたAgメッシュ構造を作製し、有機発光材料であるAlq3との組み合わせで、最大４倍の発光増幅効果を確認した。また本年度より導入した電磁界解析ソフトウェア(Lumerical FDTD)を用いたシミュレーションにより、ナノメッシュ構造の光応答および光照射時の電界分布について計算を行い、生じている局在表面プラズモンのモードと発光増幅との関連性に関する知見を得た。(Ugajin et al., Surf. Coat. Technol. 435, 128258 (2022).)
２．金属/誘電体/金属(MDM)構造を電極として用いたOLEDの試作・評価 ― 本年度も継続して金属Agと誘電体ZnSの組み合わせでMDM積層構造を青色・緑色OLEDの陽極として用い、中間層ZnSの膜厚変化により発光波長・発光色が大きく変化する事を見出した。また、その傾向はMDM構造における透過波長から予測されるものとは大きく異なり、OLEDの両電極間で生じるマイクロキャビティ効果と、陽極側に生じるMDM構造の表面プラズモンとが、互いに相互作用して発光エネルギーが決定する事を、OLED素子構造におけるFDTD計算から明らかにした。（投稿論文準備中）
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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
溶液プロセスによる発光デバイス作製の安定性改善に問題が生じたため、真空蒸着法で安定に作製できる有機EL素子の発光増幅にフォーカスし研究を進めることとした。予定にあった量子ドットの発光増幅という目的は果たせないが、発光効率の低い材料を対象とした発光効率の改善という本来の目的には合致しており、原理的には発光増幅機構は共通であると予想されるため、本研究で得られる知見はQLEDの効率改善にも寄与できると考える。
金属ナノ構造の作製・評価や発光材料との組み合わせによる発光増幅現象の観測・機構解明、また昨年度来取り組んでいる金属/誘電体複合薄膜のOLEDへの応用、に関しては順調に進展している。本年度から新たに導入した電磁界シミュレーションによる解析は、実験結果を再現できる精度が確認できており、今後の金属ナノ構造やOLEDデバイス構造の設計や光学特性の解釈に大きく貢献できると期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、発光デバイス中への金属ナノ構造の実装をより具体的に検討する。すでに試作・評価が進んでいる金属ナノメッシュ構造を中心に、これらの上に各種薄膜を成膜した場合の被覆性や凹凸の存在によるショートの防止法など、デバイス化する上での諸問題について洗い出す。またこれらの評価や発光増幅能の検討に関しても、デバイス作製プロセスの安定が前提となるため、より信頼性の高いデバイス作製が可能な真空蒸着法によるOLEDを中心に研究を進める。また、MDM構造におけるプラズモンを活用したOLEDの効率化については、上述の凹凸によるショートの問題が生じないため、デバイス応用の観点からすると一番現実性が高いと考えられるため、注力して進める。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により、国際学会すべてと国内学会の一部がオンライン開催になったため、旅費の支出が予定よりも少なかった。次年度の国際学会参加費用として、もしくは物品費としての使用も検討する。
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