2014 Fiscal Year Annual Research Report
低炭素社会をもたらす単層カーボンナノチューブを利用した平面発光デバイスの開発
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26220104
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田路 和幸 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10175474)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
下位 法弘 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40624002)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
横山 俊 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (30706809)
鳥羽 隆一 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (70508100)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 高結晶カーボンナノチューブ / 電界電子放出 / 低炭素化技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電界放出電子源について、高真空内に封止して作動させるため、電子源デバイスからの脱ガスは真空を悪くし、電界電子放出特性を低下させる要因となる。今年度は、韓国製チューブを用いた電界放出電子源からの脱ガス特性を調べた。
使用した韓国製チューブは、UV-Vis-NIR測定により15%の金属性SWCNTs、85%の半導体性SWCNTsで構成されていた。このSWCNTsを使用して界面活性剤（Tween）・セルロース・ITO分散剤を用いてSiウェハ上に電界放出電子源を作製した。電子源は真空中、450℃、30分間熱処理した（サンプル1）。さらに、サンプル1を大気中、450℃、30分間熱処理した（サンプル2）ものを作成しTG-Mass測定装置によって、サンプルから脱離するガスについて調べた。TG-Mass測定の結果から、サンプルは真空中、500℃以上で熱処理し、その後大気中、450℃で熱処理することでセルロース・界面活性剤の分解を促進させ、脱ガスを抑制することが可能であることがわかった。
また発光面について、１．多層型量子井戸構造（MQW）の形成による紫外域短波長発光デバイスの基礎構造構築、２．可視域型蛍光体の長残光化による輝度増幅メカニズムの確立、に関する基礎検討を行った。１．について、発光の高出力化にはMQWの厚さ方向の組成傾斜が有効であることが判明した。さらにAlNテンプレート起因の欠陥発光バンドの組み合わせで、紫外2波長(UV-C,UV-A)の発光制御に成功した。さらに２．について、蛍光体の組成としてマンガン系酸化物（Zn2SiO4;Mn+）組成が発光の長残光化に有効であり、かつ電子線オンオフ制御のパルス駆動化と蛍光発光の長残光化の組み合わせにより、輝度が増幅するメカニズムの基礎確立に成功した。
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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
発光デバイスの構築のために電子源・発光面各素子の真空容器への格納が必要不可欠である。特に電子源からのガス放出制御はデバイス真空化に重要な課題であり、そのガス放出源としてSWCNTsの存在が予測される。昨年度は脱ガス制御法の探索として、SWCNTsからのガス脱離のための基礎技術確立に成功した。本技術により、SWCNTsを用いた電子源を真空容器に格納し、かつ安定した真空雰囲気を確保する技術確立の目途を付けることが可能になった。
また発光面については発光波長制御と発光消費エネルギーの大幅削減を検討している。発光波長制御において、MQW井戸層の構築による紫外発光の高出力化に成功した。また発光の省エネ化では、可視域帯の波長を放出する蛍光体について半減期10ミリsec程度の残光特性を有する蛍光体を用い、光束量を増幅する発光メカニズムの基礎特性確立にも成功した。
本研究の目的である省エネルギー型平面発光デバイスの創製において、デバイスを構築するための基礎技術を確立する研究計画に進捗が見受けられた。よっておおむね順調に研究は進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画として、・発光デバイスの真空封止技術の基礎確立、・発光駆動エネルギーの省エネ化が挙げられる。そのための方策として下記研究事項を推進していく。
電子源に関しては、平成26年度で得られた電子源基板の脱離ガスの結果に基づき、平成27年度は99%の金属性SWCNTを用いた電子源基板を作製し、デバイスに最適な熱処理を行って、脱ガスのない良質な99%金属製SWCNT電子源の作製を行う。また、その電界放出特性を調べる。
発光面に関しては、電子源の線順次パルス駆動化による発光輝度増幅アルゴリズム確立を目指す。そのためには、電子源の線順次駆動による応答特性と発光面の可視域発光放出特性を組み合わせたアルゴリズムの最適化を目指す。
これら研究により、電子源の真空パネルへの素子化ならびに発光のための省エネ化のための基礎技術を確立していく。
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