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金属ナノ構造を用いた量子ドットLEDの高効率化とその機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K05441
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関北見工業大学

研究代表者

木場 隆之  北見工業大学, 工学部, 准教授 (40567236)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードプラズモン / 発光増幅 / 有機EL / 量子ドット / 局在表面プラズモン / 金属ナノ構造 / ナノスフィアリソグラフィ / ナノ共振器 / マイクロキャビティ / OLED / 発光デバイス
研究開始時の研究の概要

量子ドットLEDは、ディスプレイ用途として需要の拡大が見込まれ、さらなる高効率化の要請がある。本研究の目的は、金属ナノ構造の局在表面プラズモンと発光材料間におけるエネルギーフローの解明と、発光増幅機構の理解の元でのデバイス設計によるQLEDの発光効率改善である。そのために、金属ナノ構造を組み込んだQLED素子を試作し、電流注入を阻害せずに発光増幅効果が維持・発現する構造最適化を行う。また、時間分解PLおよびEL測定により、金属ナノ構造/QLED中において発光増幅に関与する各過程をリアルタイム計測し、その機構を明らかにすることで、金属ナノ構造のLSPによる発光増幅効果の有用性・汎用性を実証する。

研究成果の概要

本研究は、発光デバイス内に組み込んだ金属ナノ構造の局在表面プラズモン(LSP)による発光増幅効果を利用した発光効率の改善が目的である。その為、特に量子効率の低い発光材料系を主な対象として、それに適した金属ナノ構造の探索と時間分解PL測定による発光増幅効果の確認、および金属ナノ構造のデバイス中への実装を試みた。金属薄膜の熱処理によるナノ構造作製や、ナノスフィアリソグラフィ法を利用した金属ナノメッシュ構造の作製を行い、LSP共鳴波長の可視域内での制御、および発光材料との組み合わせでの発光増幅能が確認された。またナノ構造だけではなく金属/誘電体積層薄膜に生じる表面プラズモンの有用性も確認された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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、および金属/誘電体複合薄膜の発光デバイスへの応用を進めた。それに加え電磁界シミュレーションによる解析から、金属ナノ構造や複合薄膜の中に生じるプラズモンモードとの対応関係を明らかにした上で、発光増幅の機構についての理解が進んだ。得られた知見を基に、発光デバイス、特に電極構造のデザインを最適化することが可能となる。これにより近年需要が大きく広がっているディスプレイ用途の有機EL素子等の省電力化を図ることができる。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 16件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Optical characterization and emission enhancement property of Ag nanomesh structure fabricated by nanosphere lithography2022

    • 著者名/発表者名
      M. Ugajin, S. Park, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe, J. Takayama, S. Hiura, A. Murayama
    • 雑誌名

      Surface and Coatings Technology

      巻: 435 ページ: 128258-128258

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2022.128258

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CaF2/ZnS Multilayered Films on Top-Emission Organic Light-Emitting Diode for Improving Color Purity and Moderation of Dark-Spot Formation2022

    • 著者名/発表者名
      N. Satoh, T. Tanno, T. Kitabayashi, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: - 号: 21 ページ: 17861-17867

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c01128

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Spectral modification of electroluminescence in microcavity OLEDs coupled with metal/dielectric/metal multilayered anode2022

    • 著者名/発表者名
      Yuto Masuda, Masashi Ohara, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emission enhancement of the Alq3 in the presence of Ag nanotriangles and nanohemispheres fabricated by nanosphere lithography2022

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Furumoto, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of Metal/Dielectric/Metal Nanocavity by Vacuum Thermal Evaporation and Metal Dewetting2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Takahashi, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of CaF2/ZnS multilayered films on top-emitting OLED - its optical and protective performance and flexibility2022

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Tanno, Naoya Satoh, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アニール処理による金属/誘電体/金属ナノ光共振器構造の作製2022

    • 著者名/発表者名
      高橋 優介、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Ag/ZnS/Ag陽極を用いたOLEDにおけるプラズモン-マイクロキャビティモード間の結合に基づく発光波長制御2022

    • 著者名/発表者名
      増田 侑杜、大原 将、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Ag/ZnS/Ag構造を陽極として利用したOLEDの性能向上2022

    • 著者名/発表者名
      増田 侑杜、大原 将、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      2022年 第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Emission Enhancement of Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum with Ag Nanomesh Structure2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ugajin, S. Park, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe, J. Takayama, S. Hiura, A. Murayama
    • 学会等名
      NANOSMAT-Asia 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Device Protection Performance of CaF2/ZnS Multilayer Films formed on Inverted Structure OLED Devices2021

    • 著者名/発表者名
      N. Satoh, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe
    • 学会等名
      NANOSMAT-Asia 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Morphological Change in Ag Nanostructures on Plasmonic Emission Enhancement of Organic Emitter2021

    • 著者名/発表者名
      A. Furumoto, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe
    • 学会等名
      International Thin Films Conference (TACT2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-resolved Photoluminescence Study of Alq3 in the presence of Ag Nanomesh Structure2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ugajin, S. Park, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe, J. Takayama, S. Hiura, A. Murayama
    • 学会等名
      International Thin Films Conference (TACT2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of CaF2/ZnS Distributed Bragg Reflector (DBR) on a Flexible Substrate2021

    • 著者名/発表者名
      T. Tanno, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe
    • 学会等名
      International Thin Films Conference (TACT2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of Blue OLED with Ag thin-film and Ag/ZnS/Ag Multilayered Electrodes2021

    • 著者名/発表者名
      N. Satoh, T. Kiba, M. Kawamura, Y. Abe
    • 学会等名
      International Thin Films Conference (TACT2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CaF2/ZnS分布ブラッグ反射鏡(DBR)のフレキシブル基板上への作製と特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      丹野 翼、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Agナノ構造の形態が有機発光体のプラズモン発光増幅へ与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      古本 淳士、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Agナノメッシュ構造による有機発光材料の発光増強2021

    • 著者名/発表者名
      宇賀神 舞、朴 昭暎、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫、髙山 純一、樋浦 諭志、村山 明宏
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Ag薄膜およびAg/ZnS/Ag積層構造の青色OLEDへの電極応用2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 修也、木場 隆之、川村 みどり、阿部 良夫
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Ag/ZnS/Ag積層膜のOLED陽極としての応用とその波長選択性2021

    • 著者名/発表者名
      大原 将、木場隆之、川村みどり、阿部良夫、金 敬鎬
    • 学会等名
      第56回応用物理学会北海道支部・第17回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Control of the localized surface plasmon resonance of Ag nanoparticles by changing its size and morphology2020

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kiba, Kazuaki Masui, Yuuki Inomata, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim
    • 学会等名
      18th International Conference on Thin Films & 18th Joint Vacuum Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and optical characterization of Al nanomesh structure by nanosphere lithography2020

    • 著者名/発表者名
      Mai Ugajin, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim, Yafeng Chen, Junichi Takayama, Satoshi Hiura, Akihiro Murayama
    • 学会等名
      18th International Conference on Thin Films & 18th Joint Vacuum Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and characterization of CaF2/ZnS multilayered film for improving OLED performance2020

    • 著者名/発表者名
      Naoya Satoh, Takuya Kitabayashi, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim
    • 学会等名
      18th International Conference on Thin Films & 18th Joint Vacuum Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical characterization of metal nanomesh structure for wavelength selective electrode fabricated by nanosphere lithography2020

    • 著者名/発表者名
      Mai Ugajin, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim, Yafeng Chen, Junichi Takayama, Satoshi Hiura, Akihiro Murayama
    • 学会等名
      14th International Conference of Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (Nanosmat 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectrally narrowed electroluminescence from inverted top-emission OLED with a distributed Bragg reflector2020

    • 著者名/発表者名
      Naoya Satoh, Takuya Kitabayashi, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim
    • 学会等名
      14th International Conference of Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (Nanosmat 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ag/ZnS/Ag multilayered films as wavelength-selective electrode for organic light-emitting diodes2020

    • 著者名/発表者名
      Masashi Ohara, Takayuki Kiba, Midori Kawamura, Yoshio Abe, Kyung Ho Kim
    • 学会等名
      14th International Conference of Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (Nanosmat 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属ナノメッシュ構造の作製と電気・光学特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      宇賀神舞、木場隆之、川村みどり、阿部良夫、金 敬鎬、陳 亜鳳、高山純一、樋浦諭志、村山明宏
    • 学会等名
      2020年 第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属/誘電体/金属積層膜を電極に用いたOLEDの作製と特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      大原 将、木場隆之、川村みどり、阿部良夫、金 敬鎬
    • 学会等名
      2020年 第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属/誘電体/金属積層膜を電極に用いたOLED の作製と特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤修也、北林拓弥、木場隆之、川村みどり、阿部良夫、金 敬鎬
    • 学会等名
      2020年 第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 北見工業大学 電子材料研究室 Website

    • URL

      http://www.mtrl.kitami-it.ac.jp/~kawamura/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 北見工業大学・研究者総覧 ― 木場 隆之

    • URL

      http://hanadasearch.office.kitami-it.ac.jp/searchja/show/id/1306

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 北見工業大学・電子材料研究室 Webサイト

    • URL

      http://www.mtrl.kitami-it.ac.jp/~kawamura/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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