量子ドットと発光ポリマーの協同作用を用いたハイブリッド発光ダイオードの研究

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04153
• 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21050:電気電子材料工学関連
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 伊東 栄次 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50303441)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 半導体量子ドット / 有機EL / 逆構造 / 酸化物ナノ材料 / 電子注入層 / 正孔注入層 / 塗布プロセス

研究成果の概要

半導体量子ドットと高分子機能材料は電子と正孔輸送性や励起子が補完的な特性を有する。本研究では、ZnOナノ粒子膜上にをQD/polymer膜からなる極薄発光層を積層し、その上に正孔輸送性の高分子膜を積層した塗布型のハイブリッドLEDを開発した。ZnOから青色発光高分子への電子注入の問題は、半導体量子ドットに置き換えることで容易になった。正孔注入障壁は2層の正孔輸送層を積層して解決し、動作電圧の低減と高効率化を実現した。ZnOと発光層界面に極薄酸化膜を挿入してさらなる薄膜化や低電圧・高効率化を実証した。

自由記述の分野

有機エレクトロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

高分子系の発光ダイオードは塗布形成により大面積化や製造コストの低減が期待できるが燐光材料やTADFに比べ効率が低く、厚さ数10nmの塗布膜にはミクロのピンホールが生じやすく漏れ電流や導通が多く歩留まりが低かった。また、発色性に優れる量子ドットや高効率発光ポリマーは1g数10万円を超えるため、極限まで薄く無駄なく製膜することが要求される。本研究はメニスカスと転写法を改良して材料利用率をスピンコートの10倍以上(>50%)とした点に加え、キャリア注入層やブロッキング層を改良し従来よりも薄くして導通も減らして効率と動作電圧を改善しており、経済的で効率と発色の両者を改良し実用化の課題解決策を実証した。