量子ドット（Quantum dots）は優れた光電特性を有するため、発光・表示、太陽電池、光触媒などの分野で広く利用されており、その発見と合成は2023年のノーベル化学賞を受賞している。量子ドット色変換を用いたMicro-LED全彩表示技術は大規模な転写を必要とせず、大量生産の実現が期待されている。しかし、高強度Micro-LED発光励起下での量子ドットの性能と寿命には依然として限界が存在する。これに基づき、本論文では量子ドット@有序介孔（QDs@SBA-15）複合材料を基にしたMicro-LED色変換技術及びその特性を検討した。有序介孔分子ふるい担体の独特な孔道構造は、Micro-LEDの色変換と光抽出効率を効果的に向上させるだけでなく、緻密な有序介孔材料は量子ドットの安定性もある程度保証する。まず、時間領域有限差分法（FDTD）によりMicro-LEDシミュレーションモデルを構築し、量子ドット粒径と有序介孔材料の孔径が光抽出効率に及ぼす影響を検討した。シミュレーション結果を基に、物理的混合法でQDs@SBA-15複合材料を調製し、透過スペクトル、蛍光励起スペクトル、紫外可視吸収スペクトル等で特性評価し、濃度割合を決定した。最後に、該複合材料をポリジメチルシロキサン（PDMS）と混合してフィルム化し、光励起発光特性を調査した。実験結果より、量子ドット粒径と介孔材料の孔径の適合度及び量子ドットと有序介孔材料の比率濃度がQDs@SBA-15複合材料の発光効率及びMicro-LED色変換性能に影響する主要因子であることが判明した。最適化により、優れた発光性能と良好な環境安定性を有する複合材料が得られ、純粋な量子ドット色変換層と比較して、複合材料の光抽出効率は81.73%向上し、環境安定性は14.33%向上した。青色光源としてのMicro-LEDからなる三原色発光デバイスの作動色域は104.52% NTSCに達した。本研究は量子ドット色変換Micro-LED表示技術に理論的指針を提供し、Micro-LED全彩化実現の新たな道を開く。

量子ドット;有序介孔材料;色変換;Micro-LED