2023 Fiscal Year Final Research Report
Development of heavy-metal-free quantum dot light emitting diodes with tunable emission properties in a broad wavelength range
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21H01910
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
SHIRAHATA NAOTO 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (80421428)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノ結晶 / 半導体量子ドット / 蛍光体 / ペロブスカイト結晶 / オプトエレクトロニクス / 発光ダイオード / フォトディテクター / 配位子工学 |
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| Outline of Final Research Achievements |
The objective of this study was to create light emitting diodes (QLEDs) with semiconductor quantum dots (QDs) in the active layer that comply with the RoHs directive. Si, InP, Cs2Ag1-xNaxInX6 as visible phosphors, and InSb, Si, and CsSnX3 as shortwave IR phosphors were synthesized. In the Si system, the external quantum yield of 12% for EL was achieved by narrowing the distance between particles in the active layer of QLEDs. InP-based semiconductors, we discovered for the first time in III-V semiconductors that coherent core/shell structures are possible, and achieved both PLQY>70% and PL-FWHM<35nm. By elucidating the correlation between structure and luminescence, we succeeded in constructing the optimum luminescent layer for QLEDs.
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| Free Research Field |
ナノ材料科学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
我が国の成長戦略「グリーン社会の実現」に貢献する次世代空間映像技術を材料面で支える光源が求められている。2023年ノーベル化学賞を受賞したコロイダルQDに特徴的な狭帯化された発光スペクトルはデバイスの活性層に最適である。しかしQDの構成元素であるCd、Pb、HgがRoHSやJIGに準拠しない。このような閉塞感を打破するために、本研究課題では、従来発光層として検討されてこなかったSiをはじめ、III-V族化合物半導体、非鉛系ペロブスカイト等の半導体結晶をQD化する合成方法を開発、発光の学理探求を通じて蛍光量子収率の増強に成功、環境QDを研究対象の軸に据えた新しい学術基盤開拓へ向け第一歩となった。
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