2015 Fiscal Year Annual Research Report
超高性能有機-無機ハイブリッドLED(HLED)の開発
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15H02203
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
城戸 淳二 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (50214838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千葉 貴之 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 助教 (20751811)
夫 勇進 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (00350489)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機－無機ハイブリッドデバイス / 無機ナノ粒子 / 量子ドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機半導体材料と無機半導体材料を組み合わせた高効率・長寿命な有機－無機ハイブリッドLEDの開発を目的としている。通常、有機材料は有機溶媒に溶解させることで、塗布印刷プロセスによるデバイス作製が可能である。一方で、多くの無機半導体材料は有機溶媒に難溶であるため、塗布プロセスへの応用が困難である。しかしながら、無機半導体材料をナノ粒子化することで有機溶媒への分散性を改善し、塗布プロセスへ応用できることから、無機物のナノ粒子化技術が注目されている。さらに、無機半導体材料は熱や電気安定性が優れており、デバイスの耐久性が改善することが期待される。そこで、有機－無機ハイブリッドLEDに必要不可欠な電荷注入・輸送性の酸化亜鉛ナノ粒子を用いた発光デバイスの長寿命化を検証した。酸化亜鉛ナノ粒子はアルコール溶媒への分散性が高く、塗布成膜が可能である。緑色リン光デバイスの電子注入層に酸化亜鉛ナノ粒子を用いることで、大幅な長寿命化を達成した。また、酸化亜鉛ナノ粒子の形状を制御することで電子注入性が大きく変化することを明らかにした。結晶成長における構造欠陥が示唆されており、注入性が向上と考えられる。また、優れた発光量子収率と色純度の高い発光スペクトルを示す発光性無機ナノ粒子として量子ドットを開発する。高温下の有機溶媒中で結晶成長を促進させるホットインジェク法にて、コアシェル型量子ドットを合成し、洗浄方法の選定、粒径・光電子物性を評価した。
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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
大気下安定で高い導電性を有する酸化亜鉛ナノ粒子は、有機ELでの電子注入層、太陽電池での電子集荷層に広く用いられ始めている。しかしながら、高温(200℃以上)での焼成プロセスが必要になり、有機膜上への成膜が難しいことから、直接電極上に成膜するインバーテッド型のデバイス構造に限定されている。そこで、有機膜上に低温で成膜できる塗布型電子注入層として、アルコール溶媒中に分散安定剤を添加せずに分散可能にした酸化亜鉛ナノ粒子を合成した。ナノ粒子の粒径や形状、結晶性、構造欠陥の制御により電子注入性の向上を図った。ナノ粒子からロッド状に結晶成長を促進することで、構造欠陥が生じることを蛍光スペクトルから明らかにした。構造制御された安定かつ再現性のある酸化亜鉛ナノ粒子を用いた電子注入層において、塗布型有機ELデバイスでの高い電子注入特性を実現した。また、緑色リン光デバイスに応用した結果、優れた駆動安定性を示した。得られた結果はすでに論文掲載を終えている。
また、量子ドットは、高い発光量子収率、狭い半値幅、容易な発光波長の制御、塗布成膜性により、発光デバイスへの応用が期待されている。コアシェル型量子ドットは、励起子を閉じこめにより発光量子効率の向上が期待できるが、価電子帯が極めて深く通常の有機EL材料よりもホールの注入が困難であり、キャリアバランスの低下の要因となる。そこで、緑色発光を示すコアシェル型量子ドットCdZnS/ZnSを合成、光電子特性を明らかにし、塗布型量子ドット発光デバイスへと応用した。キャリアバランスの向上を狙い、ホール注入層のイオン化ポテンシャルを制御し、量子ドットへのホール注入性を改善することで、発光効率が向上することを明らかにした。無機ナノ粒子の合成、精製手法、成膜性に関しての知見も得られはじめており、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸化亜鉛ナノ粒子を用いた発光デバイスの高性能化を引き続き推し進める。酸化亜鉛の伝導帯が深く、有機半導体材料への電子注入に課題がある。そこで、アミノ基含有の高分子材料ポリエチレンイミン誘導体は、酸化亜鉛との積層膜にて大きな双極子モーメントを形成し、電子の注入性が向上することが報告されている。しかしながら、ポリエチレンイミン誘導体は熱安定性に乏しく、発光デバイスにおける駆動安定性が課題である。そこで、塗布成膜が可能で優れた安定性を有するリチウムフェノラート錯体に着目し、発光デバイスの長寿命化を進める。
また、量子ドットに関しては、コアシェル型と同様にハロゲン化鉛ペロブスカイト量子ドットが注目されはじめている。コアシェル型よりも低温・短時間で合成が可能であり、価電子準位がコアシェル型よりも浅いことから、有機半導体材料からのホール注入性が改善できると考えられる。平成27年度に得られた知見をもとに、ペロブスカイト量子ドットの合成・精製・物性評価、発光デバイスへと展開する。
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Research Products
(4 results)
