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2022 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 21K14215
研究機関大分工業高等専門学校

研究代表者

常安 翔太  大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 助教 (40825395)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード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
研究実績の概要

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。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Phthalate-based electrochromic device using a cellulose substrate enabling a form of reflective representation as designed2023

    • 著者名/発表者名
      Ryuha Miyako, Kaito Toda, Takayuki Uchida, Toshifumi Satoh, Shota Tsuneyasu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Photography and Imaging of Japan

      巻: 33 ページ: 7~9

    • DOI

      10.11454/ephotogrst.33.1_7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermal Diffusion Films with In-Plane Anisotropy by Aligning Carbon Fibers in a Cellulose Nanofiber Matrix2022

    • 著者名/発表者名
      Uetani Kojiro、Takahashi Kosuke、Watanabe Rikuya、Tsuneyasu Shota、Satoh Toshifumi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 14 ページ: 33903~33911

    • DOI

      10.1021/acsami.2c09332

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 分散型電界発光デバイスの最新動向2022

    • 著者名/発表者名
      常安 翔太、佐藤 利文
    • 雑誌名

      日本印刷学会誌

      巻: 59 ページ: 131~135

    • DOI

      10.11413/nig.59.131

  • [学会発表] Correlation between EL Characteristics and Substrate Surface Roughness in Top-Emission Powder EL Devices2022

    • 著者名/発表者名
      Rikuya Watanabe, Kojiro Uetani, Shota Tsuneyasu, Nobuyuki Nakayama, Toshifumi Satoh
    • 学会等名
      The 29th International Display Workshops (IDW'22)
    • 国際学会
  • [学会発表] 放熱性能改善に基づく分散型電界発光デバイスの高機能化2022

    • 著者名/発表者名
      常安翔太、渡部陸矢、上谷幸治郎、佐藤利文
    • 学会等名
      画像関連学会連合会第8回秋季大会
  • [学会発表] スリット加工を用いた分散型ELデバイスの伝熱特性解析2022

    • 著者名/発表者名
      常安翔太
    • 学会等名
      第3期物質・デバイス領域共同研究拠点キックオフシンポジウム
  • [学会発表] セルロース基板中におけるフタル酸エステル誘導体のエレクトロクロミック特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      都隆羽、常安翔太、佐藤利文
    • 学会等名
      2022年度日本写真学会年次大会

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公開日: 2023-12-25  

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