2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Low-energy Flat Plane-emission Panel Device Employing Single-walled Carbon Nanotubes
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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) |
下位 法弘 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40624002)
佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
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)
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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 |
電界電子放出(FE)素子を応用した省エネルギー型平面発光デバイスを基礎構築するべく、平成28年度は、1.高結晶性SWCNTを含む湿式加工薄膜のFE寿命の改良、2.線順次駆動型FE電子源の基礎構造構築、3.酸化ケイ素膜被覆による蛍光体発光寿命の改善基礎効果確認について集中的に実施した。
1.高結晶性SWCNTを含む湿式加工薄膜のFE寿命の改良。・SWCNTの高結晶化と均一分散制御性はトレードオフの関係にあり、如何にSWCNTの高結晶性を保持したままFE電子源薄膜を構築するか、その手法がFE寿命特性改良の鍵になる。そこでホモジナイザー、ジェットミルで均一分散したSWCNTで塗膜を作製し、低電圧で電子放出を可能にするFE活性化処理後に高温真空アニール処理を施すことで半減期を600時間以上まで改善することに成功した。
2.線順次駆動型FE電子源の基礎構造構築。・SWCNTを応用したFE電子源を用い、線順次走査で駆動する平面型発光パネルの基本構造構築を試みた。SWCNTを含む電子源層/電子放出オンオフ制御電極/電子照射で蛍光体層の3つの電極から構成され、電極の簡易パターンの作製・発光評価に成功した。平面型発光パネルとして輝度効率86 lm/Wを達成し、SWCNTを用いたFE電子源として世界初の成果である。
3.酸化ケイ素膜被覆による蛍光体発光寿命の改善基礎効果確認。・硫化亜鉛蛍光体の表面に酸化ケイ素薄膜を湿式プロセスで被覆し、電子線照射による蛍光体組成の瓦解・劣化を防止し発光寿命の改善を試みた。数ミクロン径の蛍光体に50～100nm程度の酸化ケイ素を蛍光体表面に被覆し、約70％以上の被覆率で発光寿命を約1.8倍長寿命化に成功した。
以上より、高結晶性SWCNTのFE電子源としての有用性が確認でき、次年度以降では当該SWCNTを用い、より省エネに特化した平面発光デバイスの開発を推進していく。
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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
我々は結晶性を制御した高結晶性SWCNTがFE長寿命化に有効であるという成果を見出し、さらに当該SWCNTを電子放出源として用いた線順次駆動型電極パターンの基礎構造構築技術を確立した。LEDと比較してシンプルな構造およびプロセスを持ち、プロトタイプ型平面発光パネルでありながら既にLEDと同等程度の輝度特性を得られたことは、本研究で用いた高結晶化単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の持つ優れた電気特性を活かす技術を構築しつつあると考えられる。今後は高結晶性SWCNTの孤立分散化を推進し、LEDを凌駕する超省エネ型発光デバイスを創製すべく、「デバイス構築のためのエネルギー消費」と「発光消費電力」の両方の観点から、より一層のエネルギー削減を目指すべく以下の項目をキーワードに研究を推進していく。
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 |
我々は高結晶化SWCNTを電子放出源に用いた線順次駆動型電極パターンの基礎構造構築技術を確立しており、今後はLEDを凌駕する超省エネ型発光デバイスを創製すべく、より一層のエネルギー削減を目指すべく以下の項目をキーワードに研究を推進していく。
1.SWCNTの構造改質および高結晶性を保持したSWCNT均一分散技術の確立。・パネル発光に伴う消費エネルギーの更なる削減を目指すために、電子放出時の駆動電圧をより低電圧化する必要がある。そこで我々は、今まで誰も成し得なかった完全なカーボンネットワークを持つSWCNTの孤立分散を目指し、SWCNT表面の窒素置換による構造改質を行いπ電子がリッチでかつアミン系界面活性剤が修飾しやすいSWCNTを調製しつつ、結晶性を保持した状態で均一に分散する湿式技術の確立を目指す。さらに当該分散SWCNTの結晶性と均一分散を定量的に把握する、実用化を念頭に置いた液相評価技術も併せて追及していく。
2.オール湿式プロセス電極形成技術の確立。・デバイス構築プロセスにおける低炭素化を実現するために線順次駆動型電極パターンを構築する全てのプロセスの湿式化を目指し、プロセス装置に由来する二酸化炭素排出削減を推進する。さらに高結晶化SWCNTのFE電子放出の安定性を活かしつつ、より単純な構造で高輝度効率(低消費電力)得る電極パターンを追求する。
3.FE電子源にダメージを残さないパネルアセンブリプロセスおよび真空保持技術の確立。・実用化を念頭に置いたスタンドアローン型発光パネルを構築するために、容器組立および真空排気時に素子部品を加熱する必要がある。加熱によるSWCNTを担持する電極の劣化がFE電子源の省エネ駆動を阻害する要因になるため、それを防ぐべくAgペーストを用いたパネル低温シール技術を応用しガラス転移温度以下でパネルを構築するアセンブリプロセスを設計する。
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[Presentation] Oxygen Reduction Reaction of Nitrogen-Doped Single-Walled Carbon Nanotubes Synthesized by Defluorination2016
Author(s)
K. Yokoyama, S. Yokoyama, Y. Sato, K. Hirano, S. Hashiguchi, K. Motomiya, H. Ohta, H. Takahashi, K. Tohji, Y. Sato
Organizer
2016 MRS Fall Meeting
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
2016-12-01 – 2016-12-01
Int'l Joint Research
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[Patent(Industrial Property Rights)] FIELD ELECTRON EMISSION FILM, FIELD ELECTRON EMISSION DEVICE, LIGHT EMISSION DEVICE, AND METHOD FOR PRODUCING THEM2015
Inventor(s)
N.Shimoi,K.Tohji,Y.Tanaka,H.Kai
Industrial Property Rights Holder
N.Shimoi,K.Tohji,Y.Tanaka,H.Kai
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
US9,324,556 B2
Filing Date
2015-02-26
Acquisition Date
2016-04-26
Overseas
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