2022 Fiscal Year Annual Research Report
セルロースナノファイバーを基軸とした発光性ナノシートの創製と機能性デバイス開発
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21K14215
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
常安 翔太 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 助教 (40825395)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ペーパーエレクトロニクス / 面発光デバイス / 分散型EL / セルロースナノファイバー / 伝熱特性解析 / 機能性デバイス / ディスプレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、潜在的に素子構造の自由度に優れた分散型電界発光（EL）素子の発光層がシールのように再利用可能なステッカー型面発光デバイスの実現を目的とした。以下に得られた主な知見を示す。
2021年度は、蛍光体粒子とセルロース繊維から構成される発光性シートを作製し、コンセプトの実証に成功したものの、本シートの表面粗さに対応した面発光輝度の不均一性が課題であった。表面粗さがEL特性に対して与える影響を明らかにするため、様々な粒子サイズの研磨剤から構成される研磨紙上に分散型ELを構築し、電流密度および輝度が研磨剤の粒子サイズの増加に伴って指数関数的に減少していることを明らかとした。2022年度は、均一な面発光を実現するため、ボールミルによる蛍光体粒子の均一化ならびに、加圧工程やカレンダ処理工程など抄紙条件について検討し、面発光輝度の不均一性を改善した。現在、論文投稿に向けて準備を進めている。また、表面の凹凸や粗さ（研磨剤粒子サイズ）に依存したEL特性低下メカニズムを解明するため、有限要素法による数値計算を行った。その結果、実質的な膜厚の増加によって引き起こされていることが判明した。
一方、汎用性の高い面発光デバイスへと展開するためには、高輝度化が必要となる。しかしながら、分散型ELの高輝度化を目指して印加電圧を増加させると高温となり、強誘電層の誘電率が低下し電界強度が低下するため、逆に低輝度化してしまうことが課題であった。2021年度は、セルロースナノファイバー（CNF）製フィルムに切り紙加工を施し、空気を対流させることで、分散型ELの冷却性と切り紙の加工自在性の実証に成功した。2022年度は、CNF中に炭素繊維を配向させた面内伝熱異方性フィルム上に分散型ELを形成し、顕著な熱拡散異方性による低温駆動化を達成した。これらの研究成果は、汎用性の高い面発光デバイスの実現に貢献すると期待している。
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