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発光増強基板及び発光素子 新技術説明会

国内特許コード P130009359
整理番号 12012
掲載日 2013年6月12日
出願番号 特願2012-174848
公開番号 特開2014-035813
登録番号 特許第6027815号
出願日 平成24年8月7日(2012.8.7)
公開日 平成26年2月24日(2014.2.24)
登録日 平成28年10月21日(2016.10.21)
発明者
  • 齋藤 健一
  • 末盛 秀美
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 発光増強基板及び発光素子 新技術説明会
発明の概要 【課題】発光体の発光強度を向上できるようにする。
【解決手段】発光増強基板1は、発光体の発光強度を増強するために用いられ、基板2と、基板2の表面に配設され、シリコンからなる複数のSiナノ粒子3により構成されたナノ粒子層4とを備えている。ナノ粒子層4は、光が照射されることによって局在電場を発生する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



近年、有機EL素子等の発光素子の性能を向上するために、発光体から発生する光の強度を増強する方法について種々の研究が行われている。中でも、金属ナノ粒子を用いて、それが生じる表面プラズモンを利用した発光強度の増強方法についての研究が多く行われている。例えば、バイオチップに用いて、光の強度を増強する手段として期待されている。





表面プラズモンとは、金又は銀等の金属のナノ粒子に対して光が照射されると、その表面の自由電子の集団振動により強い局在電場が生じる現象をいう。このような局在電場のエネルギーは発光体を強く励起して、発光体の光強度が数十倍程度増強されることがこれまでに多く報告されている。





従来の多くの研究では、表面プラズモンにより光強度を増強するために、金又は銀等の金属ナノ粒子が用いられており、その理由は、上記のように、光強度を増強する局在電場は自由電子の集団振動によって生じるため、多くの自由電子を有する金属を用いることで、より強い局在電場を得ることができると考えられるからである。





しかしながら、発光体をより励起させるために発光体と金属ナノ粒子とを接近させ過ぎると、発光体内で励起されたエネルギーが金属ナノ粒子に移動して、光強度が低減する現象(消光)が起こる。すなわち、この消光によって金属ナノ粒子による発光の増強度を著しく低減することとなる。特に、発光体と金属ナノ粒子との間の距離がナノメートルスケールになると、発光体から金属ナノ粒子へのエネルギー移動が顕著となり、消光による発光の増強度の低減も顕著となる。





このような消光を抑制するために、発光体と金属ナノ粒子との距離を大きくしたり、それらの間にスペーサを導入したりする方法が知られている(例えば、非特許文献1等を参照。)。しかし、消光を抑制するために、発光体と金属ナノ粒子との間にスペーサを導入すると、そのスペーサにより金属ナノ粒子の自由電子によって生じる局在電場の強度も低減し、その結果、発光強度が低減することとなる。





また、このような方法の他に、間接遷移型の半導体であるガリウムリン(GaP)からなる微粒子を用いることにより、有機色素であるローダミンの発光強度を数十倍から100倍程度まで増強できることが非特許文献2に提示されている。GaP微粒子は、光照射により生成した散乱光を発生する局在電場により発光体を励起できることに加えて、消光を抑制できるため、金属ナノ粒子を用いた場合と同等の増強度を示すと示唆されている。また、消光の抑制は、GaPが間接遷移型半導体であるため、励起された発光体からGaP微粒子へのエネルギー移動を防ぐことができることによると考えられている。

産業上の利用分野



本発明は、発光増強基板及び発光素子に関し、特にナノ粒子を利用した発光増強基板及び発光素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
発光体の発光強度を増強するために用いられる発光増強基板であって、
基板と、
前記基板の表面に配設され、シリコンからなる複数のナノ粒子により構成されたナノ粒子層とを備え、
前記ナノ粒子は、その粒径が240nm以上2000nm以下であり、
前記ナノ粒子層は、光が照射されることによって局在電場を発生することを特徴とする発光増強基板。

【請求項2】
前記ナノ粒子層は、金属を含まないことを特徴とする請求項1に記載の発光増強基板。

【請求項3】
透明基板と、該透明基板の上に形成された陽極と、該陽極の上に形成された正孔輸送層と、該正孔輸送層の上に形成された発光層と、該発光層の上に形成された電子輸送層と、該電子輸送層の上に形成された陰極とを備えた発光素子であって、
前記発光層と前記正孔輸送層との間には、シリコンからなる複数のナノ粒子により構成されたナノ粒子層が設けられており、
前記ナノ粒子は、その粒径が240nm以上2000nm以下であり、
前記ナノ粒子層は、前記発光層から光が照射されることによって局在電場を発生することを特徴とする発光素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012174848thum.jpg
出願権利状態 登録


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