Development of heavy-metal-free quantum dot light emitting diodes with tunable emission properties in a broad wavelength range

开发在宽波长范围内具有可调发射特性的无重金属量子点发光二极管

• 批准号: 21H01910
• 负责人: 白幡 直人
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01910/
• 关键词: 発光ダイオード; 量子ドット; ナノ粒子; エレクトロルミネッセンス; フォトルミネッセンス; 有機無機ハイブリッド; ペロブスカイト結晶; ペロブスカイト; 外部量子収率; 近赤外発光; 蛍光体; コロイダル粒子; ルミネッセンス

本研究課題では、蛍光半導体量子ドット(QD)における問題「毒性と性能」のトレードオフを解決し、当該ドットを活性層とする波長可変発光ダイオード(LED)を創製することを目標とする。この目標を達成するために、本年度は、QDの粒子径を±1.5Åレベルで制御可能な独自の湿式合成技術を基軸にコア／シェル界面制御技術を融合し、発光特性に優れ、環境毒性のないQDを合成することに取り組んだ。IV族半導体ではシリコン(Si)に着目した。蛍光量子収率(PLQY)の高いSiQDのみを分画する精製法を開発したことで、PLQY>50%かつ1000nm帯で効率良く発光するSiQDを合成、このQDを活性層に使用し、近赤外LEDの作製に成功した(ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 11651)。次に、錫系ペロブスカイトではCsSnB(1-x)I(x)の結晶成長を制御する手法を開発し、赤-近赤外波長域で効率良く発光させる(PLQY>10%)ことに成功した(Nanoscale 2021, 13, 16726)。III-V族ではInPをコア結晶粒子に、ZnSをシェル結晶に用いて、シェル膜厚を制御するとコヒーレントコアシェル構造が形成され、コアとシェルの格子定数が等しくなる現象が起こることをInP系で初めて見いだし、70%-PLQYの深緑色蛍光体の開発に発展した(特願2021-142116、論文投稿中)。また、この研究の過程でGaとInを合金化したInGaP系では85%-PLQYを達成した。

This research aims to solve the problem of toxicity and performance of semiconductor quantum devices (QD) and to create a wavelength variable light emitting diode (LED) when the QD is active layer. This goal was achieved in 2010 with QD particle diameter of ±1.5 mm, and the control possibility was achieved by combining the wet synthesis technology with the basic axis and interface control technology, optimizing the light emission characteristics, and selecting the combination of QD synthesis technology with environmental toxicity. Group IV semiconductors are highly sensitive to silicon (Si). The preparation method of high SiQD with high photon quantum yield (PLQY) was developed. PLQY>50% was developed. The SiQD with high photon yield in 1000nm band was synthesized. The QD was used in the active layer. The fabrication of near-infrared LED was successful. 2021, 4, 11651)。In addition, the method for controlling the crystal growth of CsSnB(1-x)I(x) was successfully developed in the red-near red wavelength region (PLQY>10%)(Nanoscale 2021, 13, 16726). III-V group InP crystal particles, ZnS crystal film thickness control, crystal structure formation, crystal lattice constant number, etc., this phenomenon began to develop in the InP system for the first time, 70%-PLQY dark green phosphor development (Japanese Patent Application No. 2021-142116, paper submission). Also, the process of this research resulted In an 85%-PLQY in the InGaP system alloyed with Ga and In.

项目成果

SAMURAI

武士

高輝度かつ発光波長可変なコロイダルシリコン量子ドット発光ダイオード

高亮度、可变发射波长的胶体硅量子点发光二极管

• 发表时间: 2021
• 作者: 山田博之;白幡直人
• 通讯作者: 白幡直人

シリコン量子ドットを発光層に具備する近赤外発光ダイオードの作製と評価

发光层硅量子点近红外发光二极管的制备与评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 渡邊純平;石井靖;白幡直人
• 通讯作者: 白幡直人

量子ドットおよびその製造方法、緑色の蛍光体、可視化染料並びに顔料

量子点及其制备方法、绿色荧光粉、可视化染料和颜料

• 发表时间: 2021

Non‐Rare‐Earth UVC Persistent Phosphors Enabled by Bismuth Doping

通过铋掺杂实现非稀有地球 UVC 持久荧光粉

• DOI: 10.1002/adom.202002065
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: Advanced Optical Materials
• 影响因子: 9
• 作者: Qi Liu;Zhao‐Yang Feng;Hong Li;Qing Zhao;Naoto Shirahata;Yoshihiro Kuroiwa;Chikako Moriyoshi;Chang‐Kui Duan;Hong‐Tao Sun
• 通讯作者: Hong‐Tao Sun