JP2000022129A - Multicolor assembly of patterned luminescent and optically polarized arrays of semiconductor nanoparticles manufactured by wetting film process - Google Patents

Multicolor assembly of patterned luminescent and optically polarized arrays of semiconductor nanoparticles manufactured by wetting film process

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JP2000022129A
JP2000022129A JP13606698A JP13606698A JP2000022129A JP 2000022129 A JP2000022129 A JP 2000022129A JP 13606698 A JP13606698 A JP 13606698A JP 13606698 A JP13606698 A JP 13606698A JP 2000022129 A JP2000022129 A JP 2000022129A
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JP
Japan
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nanoparticles
array
nanoparticle
luminescence
ring
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JP13606698A
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Japanese (ja)
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Dushikin Zhezho
ドゥシキン ツェツォ
Soichiro Saida
壮一郎 齋田
Shinya Maenozono
信也 前之園
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shift radiation of light to the longer wavelength side by forming a multicolor device of patterned spots of semiconductor nanoparticles on a solid substrate by liquid film process. SOLUTION: An assembly of circular nanoparticle spot array is formed of a plurality of cell blocks having a cell wall block sealed from below by a solid substrate 12. A nanoparticle array 10 begins growth in the center of cell through formation of a kind of nucleus at a thinnest part and crystal nucleus in an amorphous layer begins to grow in the radial direction through convection of nanoparticles 20 from a suspension film 21. The array substantially grows circularly and the thickness increases toward the circumference according to the shape of meniscus. Array grow process finishes within several minutes depending on the conditions. Radius R of the nanoparticle array increases linearly as the time elapses.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエットプロセス
によって作成したパターニングされた発光または光学的
偏光特性を有する半導体ナノ粒子配列からなる多色デバ
イス、およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multicolor device comprising an array of semiconductor nanoparticles having patterned luminescent or optical polarization characteristics formed by a wet process, and a method of manufacturing the same.

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】2. Description of the Related Art

【0002】半導体ナノ結晶または量子ドットとしても
知られるナノ粒子は、通常、II−VI族またはIII
−V族半導体から成る。ナノ粒子は球面に近い形状を有
し、その大きさは数ナノメートル程度であり、既知のコ
ロイド化学法で合成される。
[0002] Nanoparticles, also known as semiconductor nanocrystals or quantum dots, are usually II-VI or III-VI.
-Consisting of a group V semiconductor. The nanoparticles have a shape close to a spherical surface, the size of which is about several nanometers, and are synthesized by a known colloid chemistry method.

【0003】このようなナノ粒子の配列(スポット)
は、固体基板上の薄い懸濁膜を乾燥させることにより製
造されるので、これらの粒子配列は本質的に二次元配列
である。液膜の寸法形状や他の特性を制御することによ
り、配列全域にマクロ的にパターンニングが導入され
る。このパターンニングプロセスは、液膜にある毛管な
どの力により粒子がセルフアセンブリすることに基づく
一種のリソグラフィだと考えられる。膜の寸法と形状を
制御することにより、任意のサイズと寸法形状の配列が
形成される。
[0003] The arrangement (spot) of such nanoparticles
Are produced by drying a thin suspended film on a solid substrate, so that these particle arrays are essentially two-dimensional arrays. By controlling the dimensions and other characteristics of the liquid film, macroscopic patterning is introduced throughout the array. This patterning process is considered to be a type of lithography based on self-assembly of particles by the force of a capillary or the like in a liquid film. By controlling the size and shape of the film, an array of arbitrary size, size and shape is formed.

【0004】このようにして得られるパターンニングさ
れた粒子配列は、顕著なルミネッセンス特性を示し、種
々の光電装置や被覆に使用することができる。例えば、
これらのパターンニングされた配列によって光を偏光す
ることができ、また、発光時間に拠って電荷や光を搬送
することができる。
[0004] The patterned particle arrays thus obtained exhibit remarkable luminescence properties and can be used in various optoelectronic devices and coatings. For example,
Light can be polarized by these patterned arrangements, and charges and light can be transported depending on the emission time.

【0005】系統的方法で形成させたこのような配列
(スポット)でできた多色デバイスは、素子(スポッ
ト)を有する一種のスーパー配列で構成され、励起時に
は様々な色と強度の光を放射するユニット(ピクセル)
の役割を果たす。
A multicolor device made of such an array (spot) formed by a systematic method is constituted by a kind of super array having elements (spots), and emits light of various colors and intensities upon excitation. Unit (pixel)
Plays a role.

【0006】このような配列、円形リング、およびこれ
らの多色デバイスの実例を以下に示す。
Examples of such arrays, circular rings, and these multicolor devices are provided below.

【0007】半導体ナノ粒子の薄層は、発光デバイス
(Alivisatos他)、光起電力素子(Gree
nham,N.C.他、Phys. Rev.B,5
4,17628(1996))、光電検出器(Bhar
gava)、光導電性成分物(Herron他)、記憶
デバイス(Chen他)、ELパネル(Alivisa
tos他)等の用途が考えられる。これらの用途は、全
て、それぞれのバルク半導体と比較して、ナノ粒子のサ
イズが小さくなると共に発光波長が激的に短かくなる
(エネルギーが増加する)という点に由来する。このエ
ネルギー増加は、ナノ粒子内の励起電荷サイズの閉込
め、いわゆる量子閉込め効果、によるものである。
[0007] Thin layers of semiconductor nanoparticles can be used in light emitting devices (Alivisatos et al.), Photovoltaic elements (Green).
nham, N .; C. Et al., Phys. Rev .. B, 5
4, 17628 (1996)), a photoelectric detector (Bhar
gava), photoconductive components (Herron et al.), storage devices (Chen et al.), EL panels (Alivisa)
tos, etc.). All of these applications stem from the fact that the size of the nanoparticles is smaller and the emission wavelength is drastically shorter (energy is increased) compared to the respective bulk semiconductors. This increase in energy is due to the confinement of the excited charge size within the nanoparticles, the so-called quantum confinement effect.

【0008】この特性を実用化するために、ナノ粒子層
を造る種々の製造方法が提案されている。これらの方法
の殆どは、「連続的な」方法であると考えられており、
その共通点は、均一な被覆を大規模に、例えば数cm行
ない、次いでそれを特定目的に合わせて小さく裁断する
点である(Goldsteinを参照)。
In order to put this property to practical use, various production methods for producing a nanoparticle layer have been proposed. Most of these methods are considered to be "continuous" methods,
The common feature is that a uniform coating is made on a large scale, for example a few cm, and then cut into small pieces for a specific purpose (see Goldstein).

【0009】しかし、我々の新規なアプローチは、この
反対を狙う方法である。本発明によれば、薄い液膜を使
用して、単一ピクセル(チップ、デバイス)の役割を果
せるだけ小さなサイズのナノ粒子配列を直接造ることが
できる。その上、このような断片化により、新たな特性
を持つパターンニングされた層を得ることができるが、
このことは、他の利用できる方法では成し得ない。ま
た、幾つかの単一配列(スポット)を結合して、新しい
機能特性を持つ大規模配列のアセンブリ(個別の被覆)
を組み立てることができる。
[0009] However, our new approach is a method that aims at the opposite. According to the present invention, a thin liquid film can be used to directly produce an array of nanoparticles having a size as small as a single pixel (chip, device). Moreover, such fragmentation can result in a patterned layer with new properties,
This cannot be done with other available methods. It also combines several single arrays (spots) to assemble large arrays with new functional properties (individual coatings)
Can be assembled.

【0010】利用できる他の方法と、我々が利用する液
膜法を、両者間の違いを重視して簡単に説明する。多く
の場合、例えば、スピンコーティングによってナノ粒子
層を成長させるが、その場合、サスペンジョン液滴が置
かれた基板を、薄膜が形成されるまで特定の速度で回動
させる。
Other available methods and the liquid film method we use will be briefly described with emphasis on the differences between the two. Often, the nanoparticle layer is grown, for example, by spin coating, in which case the substrate on which the suspension droplets are placed is rotated at a specific speed until a thin film is formed.

【0011】この方法には以下の2つの態様がある。第
1の態様としては、揮発性溶媒に溶解したナノ粒子によ
るスピンコーティング(Alivisatos他)が挙
げられる。この場合、溶媒が完全に蒸発した後に、均一
なドライ層が形成される。この方法の欠点は、形成され
る形態が遠心力で予め決まってしまう円形層に限定され
てしまうことである。遠心力はかなり強いため、規則構
造を形成するための粒子間の(弱い)引力が抑制されて
しまう。最も重大な欠点は、本発明者が報告した規則的
ナノ粒子配列(スポット)の形成にスピンコーティング
を使用することができない点である。
This method has the following two embodiments. A first aspect includes spin coating (Alivisatos et al.) With nanoparticles dissolved in a volatile solvent. In this case, a uniform dry layer is formed after the solvent has completely evaporated. The disadvantage of this method is that the form formed is limited to a circular layer that is predetermined by centrifugal force. Since the centrifugal force is so strong, the (weak) attractive force between the particles for forming the ordered structure is suppressed. The most significant drawback is the inability of spin coating to form regular nanoparticle arrays (spots) as reported by the present inventors.

【0012】第2の態様としては、有機マトリックスに
分散するナノ粒子によるスピンコーティングが挙げられ
る。マトリックスは、導電性網状構造内のナノ粒子を連
接する光導電性ポリマー(結合材)(Greenha
m,N.C.他、Phys.Rev.B,54,176
28(1996)/Buetje他/Elshner
他)、またはポリスチレンラテックス粒子(Chevr
eau,A他、J. Mater. Chem.,6,1
643(1996))、の何れかである。結合材(有機
分子)は、ナノ粒子を相互に離しておくスペーサの役割
を果たす。この態様によれば、半導体界面の密着を原因
とするナノ粒子の集合化特性は無くなる。アンカー剤、
例えば、セルフアセンブルされた単分子層(Colvi
n他)を使用することにより、ナノ粒子を固体界面に付
着させることができる。特定の結合材(有機分子)を使
用した場合、基板としては、金属界面に限定される。こ
の場合も、単分子層内の粒子相互の間隔は、粒子間の光
電相互作用を生ずるには大き過ぎる。
A second embodiment is spin coating with nanoparticles dispersed in an organic matrix. The matrix is a photoconductive polymer (binder) that connects the nanoparticles in a conductive network (Greenha).
m, N. C. Et al., Phys. Rev .. B, 54, 176
28 (1996) / Buetje et al./Elshner
Other) or polystyrene latex particles (Chevr
eau, A et al. Mater. Chem. , 6,1
643 (1996)). The binder (organic molecule) acts as a spacer that keeps the nanoparticles apart. According to this aspect, the aggregation property of the nanoparticles due to the adhesion at the semiconductor interface is eliminated. Anchor agent,
For example, a self-assembled monolayer (Colvi)
The use of n) allows the nanoparticles to adhere to the solid interface. When a specific binder (organic molecule) is used, the substrate is limited to a metal interface. Again, the spacing between the particles in the monolayer is too large to cause photoelectric interaction between the particles.

【0013】このような相互作用の重要性は、最近、M
urray他(Kagan,C.R. 他、Phys.
Rev. Lett., 76,1517(1996)も
参照)により指摘された。彼らの実験に於て、半導体ナ
ノ粒子の単結晶は、溶液中に沈殿させる方法により製造
される。単結晶は、六方晶または正方晶格子内に配列さ
れるCdSeの量子ドットから成る三次元構造から成
る。間隔は、パシべーション剤(有機分子)の長さに相
当する約1nmである。この距離であれば、粒子による
励起子交換が直ちに可能であり、その結果、量子閉込め
効果に僅かなほころびが生じ、相互作用のない粒子の懸
濁液からの距離と比較して、ルミネセンスのピークがレ
ッドシフトする。
The importance of such interactions has recently been discussed in M.
urray et al. (Kagan, CR et al., Phys.
Rev .. Lett. , 76, 1517 (1996)). In their experiments, single crystals of semiconductor nanoparticles are produced by a method that precipitates in solution. Single crystals have a three-dimensional structure consisting of CdSe quantum dots arranged in a hexagonal or tetragonal lattice. The spacing is about 1 nm, which corresponds to the length of the passivation agent (organic molecule). At this distance, the exciton exchange by the particles is immediately possible, resulting in a slight fraying of the quantum confinement effect, and the luminescence compared to the distance of the non-interacting particles from the suspension. Red shift.

【0014】同様の相互効果は、我々の粒子配列で観察
された。しかしMurray他の単結晶の粒子配列と我
々の粒子配列との間には、次のような幾つかの実質的な
違いがある。それは、(i) 単結晶は本質的に三次元
集合体であり、大きさはかなり小さく(5−50μ
m)、実際の用途は制限される。これとは対照的に、我
々の提案するナノ粒子配列は、厚さが横寸法より大幅に
小さな液膜により製造される二次元構造である。従っ
て、ナノ粒子配列の横の大きさを、数mm、数cmと、
大幅に増やすことが容易であり、十分に実用的である.
その上、粒子層の数とその形状寸法(配列パターン)
は、成長条件により容易に制御できる。(ii)本発明
に従い製造された粒子配列は、非晶質の状態であっても
ルミネセンスのレッドシフトを示す。(iii)本発明
は、種々のキャッピング(表面のパシベーション化)の
粒子を使用して、粒子間相互作用、つまりナノ粒子配列
のルミネセンスにおけるレッドシフトをなくす。
A similar interaction effect was observed with our particle array. However, there are some substantial differences between the grain array of Murray et al. And our grain array, as follows. It is because (i) the single crystal is essentially a three-dimensional aggregate and the size is quite small (5-50 μm)
m), practical applications are limited. In contrast, our proposed nanoparticle array is a two-dimensional structure produced by a liquid film whose thickness is much smaller than its lateral dimensions. Therefore, the horizontal size of the nanoparticle array is several mm, several cm,
It is easy to increase significantly, and practical enough.
In addition, the number of particle layers and their dimensions (array pattern)
Can be easily controlled by the growth conditions. (Ii) Particle arrays produced according to the present invention exhibit a red shift in luminescence even in the amorphous state. (Iii) The present invention uses various capping (surface passivation) particles to eliminate particle-particle interactions, ie, red shifts in the luminescence of nanoparticle arrays.

【0015】ナノ粒子の稠密スポットを造るために、D
ushkin他とNagayama他が開示している、
単一膜法に実質的な変更を行った。変更点を以下に示
す。(i)幾つかの膜の同時操作と、スポットアセンブ
リを製造できる多セル法をここで提案する(ii)種類
が異なり、大きさが一層小さいナノ粒子まで製造法の適
用を拡げる。(iii)有機溶媒にもこの方法の適用を
拡大するが、この場合の半導体ナノ粒子は分散性を有す
ることが好ましい。(iv)任意形状寸法のスポットに
この方法の適用を拡大する。(v)ナノ粒子を酸化から
保護し、粒子のルミネセンスを保存するために、乾燥剤
として不活性ガスを使用する。
To create a dense spot of nanoparticles, D
disclosed by uskin et al. and Nagayama et al.
Substantial changes were made to the single membrane method. The changes are shown below. (I) The simultaneous operation of several membranes and a multi-cell method that can produce a spot assembly are proposed here. (Ii) Extend the application of the production method to nanoparticles of different types and smaller sizes. (Iii) The application of this method is extended to an organic solvent. In this case, it is preferable that the semiconductor nanoparticles have dispersibility. (Iv) Extend the application of this method to spots of any shape and size. (V) Use an inert gas as a desiccant to protect the nanoparticles from oxidation and preserve the luminescence of the particles.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、半導体
ナノ粒子のパターンニングされた発光配列(スポット)
の多色デバイスと、液膜プロセスを使用して固体基板上
にそれを形成する方法に存する。本発明の方法により、
パターンニングされた配列の中で個々のナノ粒子は、光
学的・電気的特性を損うことなく、例えば、半導体の種
類と粒子の大きさに依存して、励起により特定波長の光
を放射する(量子閉込め効果)。同時に、配列内のナノ
粒子間の接触が最も緊密になることにより、粒子間の相
互作用の度合いに依存して、光の放射はより長い波長側
にシフトする。単分散に近い、大きさが1種類のナノ粒
子を使用する場合、ルミネセンスピークは1つだけとな
る。(平均的)大きさが異なる単分散粒子の混合物の場
合、あるいは、異なる材料の粒子の混合物の場合、成分
数に応じて2ヶ所以上でルミネセンスピークが得られ
る。成分数が限界に達すると、混合粒子配列から発する
ルミネセンスが重なり、その結果、白色光が放射され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is to provide a patterned luminescent array (spot) of semiconductor nanoparticles.
And a method of forming it on a solid substrate using a liquid film process. According to the method of the present invention,
Individual nanoparticles in a patterned array emit light of a specific wavelength upon excitation, depending on, for example, the type of semiconductor and the size of the particles, without compromising optical and electrical properties (Quantum confinement effect). At the same time, the tightest contact between the nanoparticles in the array shifts the light emission to longer wavelengths, depending on the degree of interaction between the particles. If one type of nanoparticle that is close to monodisperse is used, there is only one luminescence peak. In the case of a mixture of monodisperse particles having different (average) sizes, or a mixture of particles of different materials, luminescence peaks are obtained at two or more places depending on the number of components. When the number of components reaches the limit, the luminescence emitted from the mixed particle array overlaps, resulting in the emission of white light.

【0017】配列成長の方法と光学的特性は、溶媒の種
類(水または有機物)と基板(第1のケースでは親水
性、第2のケースでは疎水性が好ましい)により決定さ
れる。基板の濡れを溶媒で制御することにより、実際の
用途に重要な、際立ったルミネセンスや他の特殊な光電
特性を示す、パターンニングされた種々の粒子配列を形
成することができる。使用する基板は、以下の2つの方
法により、ナノ粒子配列のルミネセンスに直に影響を与
える。すなわち、(i)ナノ粒子のルミネセンスは、固
体基板自体から来る何れのルミネセンスとも重なる。従
って、基板放射を変化させることによりナノ粒子放射を
強化したり、抑制したりする他の可能性をが与えられ
る。(ii)薄い反射膜での基板被覆(鏡面効果)によ
り、ナノ粒子のルミネセンス強度を劇的に増加させるこ
とができる。
The method of array growth and the optical characteristics are determined by the type of solvent (water or organic substance) and the substrate (the first case is preferably hydrophilic, and the second case is preferably hydrophobic). By controlling the wetting of the substrate with the solvent, a variety of patterned particle arrays can be formed that exhibit significant luminescence and other special photoelectric properties that are important in practical applications. The substrate used directly affects the luminescence of the nanoparticle array in two ways: That is, (i) the luminescence of the nanoparticles overlaps with any luminescence coming from the solid substrate itself. Thus, there is another possibility to enhance or suppress nanoparticle emission by altering the substrate emission. (Ii) Substrate coating with a thin reflective film (mirror effect) can dramatically increase the luminescence intensity of the nanoparticles.

【0018】ナノ粒子配列をパターンニングするため
に、様々なウエット膜プロセスが使用されてきた。すな
わち、(i)任意の形状寸法のセル内に形成された懸濁
膜を乾燥する方法。これにより、配列全域からのルミネ
センスが均一なナノ粒子配列(スポット)が形成され
る。この方法を変更し、改良することにより、多色発光
パネルの役割を果たすことができる規則性のある均一な
スポットアセンブリ(規則格子構造)を製造した。円形
アセンブリの一例を以下に示す。
Various wet film processes have been used to pattern nanoparticle arrays. That is, (i) a method of drying a suspended film formed in a cell having an arbitrary shape and size. Thereby, a nanoparticle array (spot) having uniform luminescence from the entire array is formed. This method was modified and improved to produce a regular and uniform spot assembly (ordered lattice structure) that could serve as a multicolor light emitting panel. An example of a circular assembly is shown below.

【0019】(ii)固体基板に広がるサスペンジョン
液滴を乾燥する方法。このケースで、液滴は自然に円形
となり、その結果、円形リング状ナノ粒子配列となり、
リングからはルミネセンスが生ずる。基板のプレパター
ンニングにより、即ち、その局部的な濡れ性を変更する
ことにより、液滴を任意の形状に決定することが可能で
あり、個別の形状を持つ最終リング配列が形成できる。
(i)、(ii)の方法を変更して、これらの技術を広
げることにより、規則正しく配列した均一リングのアセ
ンブリ(規則格子構造)を製造できる。このアセンブリ
は発光多色パネルの素子として使用することも可能であ
る。円形リングのアセンブリの一例を以下に示す。
(Ii) A method of drying suspension droplets spread on a solid substrate. In this case, the droplets naturally become circular, resulting in an array of circular ring-shaped nanoparticles,
Luminescence occurs from the ring. By pre-patterning the substrate, i.e., by changing its local wettability, the droplets can be determined to any shape and a final ring arrangement with individual shapes can be formed.
By changing the methods (i) and (ii) and expanding these techniques, it is possible to manufacture an assembly of regularly arranged uniform rings (ordered lattice structure). This assembly can also be used as a component of a light-emitting multicolor panel. An example of a circular ring assembly is shown below.

【0020】ナノ粒子に不可欠なこれらの方法での配列
形成に於て、メニスカスが配列に対し或る勾配(接触
角)を成す薄い液膜、つまり液滴が維持されている。そ
のため、本発明に於て、各膜の形状寸法でのメニスカス
プロファイルに関する方程式を数値的に解く計算方法も
提供される。また、蒸発速度、配列のサイズ、膜メニス
カス形状、ナノ粒子の体積分率など、重要な実験パラメ
ータを説明するために、配列成長に関する運動モデルを
提供する。非常に薄い膜内に形成される粒子の単分子層
に関し、膜中に捕捉される個々のナノ粒子を取り巻くメ
ニスカスに沿って作用する吸引毛管力の寄与も説明でき
る。
In forming arrays in these ways, which are essential for nanoparticles, a thin liquid film, or droplet, is maintained in which the meniscus makes a certain gradient (contact angle) to the array. Therefore, the present invention also provides a calculation method for numerically solving an equation relating to a meniscus profile at the shape and size of each film. In addition, a kinetic model for array growth is provided to explain important experimental parameters such as evaporation rate, array size, membrane meniscus shape, and nanoparticle volume fraction. For monolayers of particles formed in very thin membranes, the contribution of suction capillary forces acting along the meniscus surrounding individual nanoparticles trapped in the membrane can also be explained.

【0021】成長の不安定性条件を維持することによ
り、スポットにミクロ的な付加的パターンニングが行な
える。これにより、単一方向ナノ粒子の矢印で構成され
る強い偏光を有する、波形パターンの配列が形成され
る。
By maintaining the conditions of growth instability, spot micropatterning can be performed. This forms an array of wavy patterns with strong polarization composed of arrows of unidirectional nanoparticles.

【0022】本発明によれば、最高のルミネセンスを有
し、マクロ的にパターンニングされた領域で整えられ、
かつ多色発光体、パターンニングされた発光コーティン
グ、その他の光電デバイスの要件を完全に満たし得る、
非晶質で規則性(結晶格子)のあるナノ粒子配列を、再
現性よく製造する方法を提供できる。
According to the present invention, it has the highest luminescence and is arranged in a macro-patterned area,
And can fully meet the requirements of multicolor illuminants, patterned luminescent coatings and other photoelectric devices,
It is possible to provide a method for producing an amorphous nanoparticle array having regularity (crystal lattice) with good reproducibility.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明は、半導体ナノ粒子のパタ
ーンニングされた二次元配列(スポット)の多色デバイ
スを含み、これらの配列は、励起により種々の色の光を
放射するので、発光パネル、被覆、または他のマルチコ
ンポーネント光電装置の役割を果たす。単一素子である
ナノ粒子配列(スポット)は、初めからナノ粒子を含有
する懸濁薄膜を乾燥させる濡れプロセスにより製造され
る。ナノ粒子の成分と大きさを変えることにより、放射
光(ルミネセンス)の波長を変えることができる。ナノ
粒子配列のパターンを変えることにより、時間と空間に
おける発光強度の絶対値を変動させることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention includes a multicolored device of a patterned two-dimensional array (spot) of semiconductor nanoparticles, which emits light of various colors upon excitation and thus emits light. Serve as a panel, coating, or other multi-component optoelectronic device. Single element nanoparticle arrays (spots) are initially produced by a wetting process that dries a suspended thin film containing nanoparticles. By changing the composition and size of the nanoparticles, the wavelength of the emitted light (luminescence) can be changed. By changing the pattern of the nanoparticle array, the absolute value of the emission intensity in time and space can be changed.

【0024】本明細書で使用する「半導体ナノ粒子」ま
たは単に「ナノ粒子」という用語は、量子閉込め効果、
即ち放射光波長の粒子の大きさへの依存を示し、平均直
径が数nm程度の半導体単結晶を意味する。半導体ナノ
粒子は、一般的に、II−VI族またはIII−V族成
分の半導体である。特定の条件に於て、ナノ粒子は、族
の半導体、二酸化チタン、フラーレン類等のような半導
体特性と発光特性を示す何らかの他のナノ種(nano
−species)であってもよい。
As used herein, the term “semiconductor nanoparticles” or simply “nanoparticles” refers to quantum confinement effects,
That is, it indicates the dependence of the wavelength of the emitted light on the size of the particles, and means a semiconductor single crystal having an average diameter of about several nm. Semiconductor nanoparticles are generally semiconductors of the II-VI or III-V components. Under certain conditions, the nanoparticles can be any other nano species exhibiting semiconductor and luminescent properties, such as family semiconductors, titanium dioxide, fullerenes, and the like.
-Species).

【0025】本明細書で使用する「溶媒」という用語
は、有機溶媒または無機溶媒を意味し、この溶媒中にナ
ノ粒子を初めに溶解させて懸濁液を形成し、これを使用
して基板上に膜(液滴)として広げる。溶媒は、蒸発し
てナノ粒子ドライ配列から完全に除去されるには、揮発
性であることが望ましい。
As used herein, the term "solvent" refers to an organic or inorganic solvent in which nanoparticles are first dissolved to form a suspension, which is used to form a substrate. Spread as a film (droplets) on top. The solvent is preferably volatile to evaporate and be completely removed from the nanoparticle dry array.

【0026】本明細書で使用する「基板」という用語
は、固体材料を意味し、この材料の表面は、基板に沿う
ナノ粒子の運動そして基板上での他着性を高めるため
に、分子レベルでも原子レベルでも平坦であることが好
ましい。基板表面は、溶媒により溶解したり、汚染され
ないようにする。ナノ粒子の初期のルミネセンスを保存
するには、ナノ粒子の放射ピークまたはその近傍で著し
い放射光を出さないように、基板材料を選択する。ナノ
粒子の放射光に変更を加えるために、自ら発光する基板
を使用することもできる。この基板は、複合材料にする
ことができ、ナノ粒子配列に暴露されるその表面は、ル
ミネセンス、電荷伝導等のナノ粒子特性を改善する別の
材料からできた反射薄膜で被覆される。
As used herein, the term "substrate" refers to a solid material, the surface of which is at the molecular level to enhance the movement of the nanoparticles along the substrate and adherence on the substrate. However, it is preferable to be flat even at the atomic level. The substrate surface is not dissolved or contaminated by the solvent. To preserve the initial luminescence of the nanoparticles, the substrate material is selected so that it does not emit significant emission at or near the emission peak of the nanoparticles. A substrate that emits light by itself can also be used to modify the emitted light of the nanoparticles. The substrate can be a composite material, and its surface exposed to the nanoparticle array is coated with a reflective film made of another material that improves the nanoparticle properties such as luminescence, charge conduction, and the like.

【0027】本明細書で使用する「ナノ粒子配列」、
「配列」、または単に「スポット」という用語は、濡れ
プロセスにより固体基板上に成長させた、通常、数ミク
ロンにも満たない厚さのナノ粒子ドライ膜を意味する。
スポットは、毛管力・流体力・静電力など様々な種類の
ミクロ的な力により推進される薄い液膜中のナノ粒子が
セルフアセンブリすることにより得られる。スポット
は、膜形状を制御することにより、よい寸法形状で形成
される。ナノ粒子層の数でスポットの厚さが決まる。ス
ポット構造は、非晶質(ナノ粒子がランダムに詰まった
もの)が大きい割合を占めるが、結晶格子、つまり矢印
の配列を持つナノ粒子の層を形成することもできる。特
徴的な毛管長さ(約数mm)がスポットの典型的な大き
さであり、この大きさは、以下記載の実例の大きさと同
じオーダーである。しかしながら、ミクロンサイズのス
ポットも容易に得ることができる。
As used herein, "nanoparticle array",
The term "array" or simply "spot" means a dry nanoparticle film, typically less than a few microns thick, grown on a solid substrate by a wetting process.
The spot is obtained by self-assembly of nanoparticles in a thin liquid film driven by various kinds of microscopic forces such as capillary force, fluid force, and electrostatic force. The spot is formed with a good size and shape by controlling the film shape. The number of nanoparticle layers determines the thickness of the spot. Although the spot structure has a large proportion of amorphous (a randomly packed nanoparticle), it can also form a crystal lattice, that is, a layer of nanoparticles having an array of arrows. The characteristic capillary length (approximately a few mm) is the typical size of a spot, which is of the same order of magnitude as the example described below. However, micron-sized spots can also be easily obtained.

【0028】ウエットプロセス(膜または液滴)に於
て、2種類のスポット、つまりフレーム(セル)内に、
膜により製造される高密度スポットと、着性液滴により
製造される中空スポット(リング)とを区別しなければ
ならない。これらのスポットの構造上の違いは、成長メ
カニズムを反映する。このメカニズムは後で使用する。
In a wet process (film or droplet), two types of spots, namely, a frame (cell),
A distinction must be made between high-density spots produced by membranes and hollow spots (rings) produced by adherent droplets. The structural differences between these spots reflect the growth mechanism. This mechanism will be used later.

【0029】液膜により製造されるナノ粒子配列は、半
導体化合物の混合溶液から、電気泳動、薬品沈殿等によ
り直接成長する多結晶膜とは無関係である。
The nanoparticle array produced by a liquid film is independent of a polycrystalline film that grows directly from a mixed solution of semiconductor compounds by electrophoresis, chemical precipitation, or the like.

【0030】本明細書で使用する「配列のアセンブ
リ」、「スポットのアセンブリ」、または単なる「アセ
ンブリ」という用語は、先に定義したナノ粒子のマクロ
的配列を有する単一スポットの集合(スーパー配列)を
意味する。このような方法により、配列(スポット)は
アセンブリの素子になる。単一スポットの数、その大き
さ、およびスポット間の距離により、アセンブリの次元
数が決定される。アセンブリの次元数と構造は、広範囲
に機械的に管理できる。
As used herein, the term “assembly of arrays”, “assembly of spots”, or simply “assembly” refers to a collection of single spots (super arrays) having a macroscopic array of nanoparticles as defined above. ). In this way, the array (spot) becomes an element of the assembly. The number of single spots, their size, and the distance between the spots determine the dimensionality of the assembly. The dimensions and structure of the assembly can be extensively and mechanically controlled.

【0031】本発明、即ち半導体ナノ粒子の発光二次元
配列の多色デバイスを、主として、液膜プロセスにより
製造する方法、成分、および発光特性に関して以下に説
明する。アセンブリ自体が個々のスポット特性の総和で
あるので、以下の検討は、主として単一配列(スポッ
ト)の特性について説明する。
The present invention, that is, a method, components, and emission characteristics of a multicolor device having a two-dimensional array of emission of semiconductor nanoparticles, mainly by a liquid film process, will be described below. Since the assembly itself is the sum of the individual spot characteristics, the following discussion will mainly describe the characteristics of a single array (spot).

【0032】a.高密度ナノ粒子スポットの成長と、当
該スポットのアセンブリ:配列アセンブリは、液膜を支
持する複数セルのブロックとして形成される。各セル
は、望ましい大きさと形状のセルを得るのに適切な方法
でブロックを穿孔することにより個別に製造される。次
に、ブロックを固体基板に取り付けて個々のセルを互い
に隔離する。均一な素子のスーパー配列を得るために、
均一な体積の懸濁液を各セルへ同時に載せる。溶液との
濡れ角度が約90゜になるブロック材料を選択する。こ
のようなケースでは、セル中心が若干凹状になったメニ
スカスが形成される。このメニスカスを形成するには、
セル壁と溶媒は、親水性溶媒には疎水性壁、疎水性溶媒
の場合は親水性壁、といったように異なる種類の組合せ
にする。これとは対照的に、優れた液膜では、基板と溶
媒は、親水性の基板と溶媒、疎水性の基板と溶媒といっ
たように同じ種類の組合せにしなければならない。
A. Growth of high-density nanoparticle spots and assembly of the spots: An array assembly is formed as a block of cells supporting a liquid film. Each cell is individually manufactured by perforating the block in a manner appropriate to obtain the desired size and shape of the cell. Next, the blocks are attached to a solid substrate to isolate the individual cells from each other. In order to obtain a super array of uniform elements,
A uniform volume of suspension is loaded simultaneously on each cell. Select a block material that has a wetting angle with the solution of about 90 °. In such a case, a meniscus having a slightly concave cell center is formed. To form this meniscus,
The cell wall and the solvent are of different types such as a hydrophobic wall for a hydrophilic solvent and a hydrophilic wall for a hydrophobic solvent. In contrast, for a good liquid film, the substrate and solvent must be of the same type combination, such as hydrophilic substrate and solvent, hydrophobic substrate and solvent.

【0033】これらの条件で、懸濁液膜の高さは、初期
の基板方向への濡れ角度を維持しながら、溶媒の蒸発に
より次第に低くなる。一方、ナノ粒子の体積分率は、初
期値よりも実質的に増加する。ナノ粒子配列は、膜の最
も薄い部分での一種の核形成により、セル中心で成長が
始まる。次いで、結晶核は、懸濁液膜からのナノ粒子の
対流流れ込みにより増加が始まる。成長する配列の形状
はセルの対称性に追従する。配列の厚さは、メニスカス
形状に追従してセル壁の方向に増加する。配列の成長が
終了するまでの時間は、溶媒の蒸発速度、即ち、蒸気圧
(水の場合は湿度)に依存する。不活性雰囲気(湿度が
ゼロ)で作業することにより、このプロセスは大きく加
速される。
Under these conditions, the height of the suspension film gradually decreases due to evaporation of the solvent while maintaining the initial wetting angle toward the substrate. On the other hand, the volume fraction of the nanoparticles substantially increases from the initial value. The nanoparticle array begins to grow at the cell center due to a kind of nucleation in the thinnest part of the film. The crystal nuclei then begin to increase due to the convective flow of nanoparticles from the suspension film. The shape of the growing array follows the symmetry of the cell. The thickness of the array increases in the direction of the cell wall following the meniscus shape. The time to complete the array growth depends on the evaporation rate of the solvent, i.e., the vapor pressure (or humidity in the case of water). Working in an inert atmosphere (zero humidity) greatly accelerates this process.

【0034】b.中空ナノ粒子スポットの成長と、当該
スポットのアセンブリ:ナノ粒子の、均一形状の中空ス
ポット(リング)を成長させるには、ナノ粒子の懸濁液
体を固体基板上に液滴として広げる。前処理なしの基板
では、液滴は円に近い形状になり、その直径は液の体積
と拡散圧力、即ち毛管現象のヤング式で説明される溶媒
と基板との間の接触角に依存する。表面がプレパターン
ニングされた基板の場合、液滴は、以下の予想される点
を占める。即ち、水滴が収縮して(疎水性部分で囲まれ
た)親水点のみを占める。有機液滴が(親水性部分で囲
まれた)疎水性点で収縮する。拡散直後、ナノ粒子リン
グは、接触ラインのピン止め(pinning)によ
り、液滴の周縁で成長が始まる。リングからの溶媒蒸発
により、懸濁液からの粒子の対流流れ込みが次第に目立
つようになる。配列の厚さは、液滴周縁から中心に向か
って増加する。液滴の体積は、溶媒蒸発により減少し、
最終的にナノ粒子の体積と成る。リング成長の完了時間
は、懸濁液体積とナノ粒子濃度とに依存する。
B. Growing Hollow Nanoparticle Spots and Assembling the Spots: To grow uniformly shaped hollow spots (rings) of nanoparticles, a suspension of nanoparticles is spread as droplets on a solid substrate. With a substrate without pretreatment, the droplets assume a shape close to a circle, the diameter of which depends on the volume of the liquid and the diffusion pressure, ie the contact angle between the solvent and the substrate, described by the Young's equation of capillary action. For a substrate with a pre-patterned surface, the droplets occupy the following expected points. That is, the water droplet shrinks and occupies only the hydrophilic point (enclosed by the hydrophobic portion). Organic droplets shrink at hydrophobic points (surrounded by hydrophilic parts). Immediately after diffusion, the nanoparticle ring begins to grow at the edge of the droplet due to pinning of the contact line. Solvent evaporation from the ring makes the convective flow of particles from the suspension increasingly noticeable. The thickness of the array increases from the droplet rim toward the center. The volume of the droplet is reduced by solvent evaporation,
The final volume is the volume of the nanoparticles. The completion time of the ring growth depends on the suspension volume and the nanoparticle concentration.

【0035】本発明の均一な液滴を所定位置に生成する
ための方法により、リング配列のアセンブリを製造でき
る。例えば、体積の均一な液滴をスパッタリングするこ
とにより、大きさがほぼ均一なリングアセンブリが得ら
れる。この手法は、円形リングを形成する場合にも適用
できる。リングの均一性を改善したり、円形以外のリン
グを形成するために、本発明に於て、プレパターンニン
グした基板を使用した。このような基板をパターンニン
グする方法を実例により以下に示す。
The method of the present invention for producing uniform droplets in place can produce a ring array assembly. For example, by sputtering a droplet having a uniform volume, a ring assembly having a substantially uniform size can be obtained. This technique can also be applied when forming a circular ring. Pre-patterned substrates were used in the present invention to improve ring uniformity and to form rings other than circular. A method of patterning such a substrate will be described below by way of example.

【0036】特殊な環境では、外側のリング側面に不安
定波ができる。不安定波長は、成長状態を反映した優れ
た均一性と再現性を持つ。この事実により、より微細な
パターンを有するナノ粒子配列を形成できる。
Under special circumstances, unstable waves are formed on the outer ring side surface. The unstable wavelength has excellent uniformity and reproducibility reflecting the growth state. Due to this fact, a nanoparticle array having a finer pattern can be formed.

【0037】類似した不安定性は、重力流れ(Hupp
ert,Nature, 300,427 (198
2));遠心分離(Melo他、Phys. Rev.
Lett., 63,1958(1989));加熱
(Cazabat他、Nature,346,824
(1990))、により発生する表面張力勾配(Mar
angoni−Gibbs効果)、により、通常、引き
起こされる。
A similar instability is due to gravity flow (Hupp
ert, Nature, 300, 427 (198
2)); centrifugation (Melo et al., Phys. Rev.
Lett. , 63, 1958 (1989)); heating (Cazabat et al., Nature, 346, 824).
(1990)), the surface tension gradient (Mar
angoni-Gibbs effect).

【0038】本発明に於ける不安定性は、上記の理由に
よって説明が付けられない。一方、本発明者が最初に著
した文献での不安定性に関する説明を使用して考える
と、高い拡散圧力と高い揮発性を有する溶媒による理由
であると考えられる。これらの条件で、溶媒の自然に発
生した流れが液滴内部で起こる。この流れの流線は、こ
れらの線に沿ってドライナノ粒子を整列させたままで、
顕著な対称性を示す。この手順により調製されるナノ粒
子配列は、強い偏光を示し、ナノ粒子のルミネセンスと
組み合わせることにより新しい用途に使用できる。
The instability in the present invention cannot be explained for the above reasons. On the other hand, using the description of instability in the literature first written by the present inventor, it is considered that the reason is a solvent having a high diffusion pressure and a high volatility. Under these conditions, a spontaneous flow of solvent occurs inside the droplet. The streamlines of this flow keep the dry nanoparticles aligned along these lines,
Shows remarkable symmetry. Nanoparticle arrays prepared by this procedure exhibit strong polarization and can be used in new applications by combining with the luminescence of the nanoparticles.

【0039】c.ナノ粒子配列の発光特性:配列成長を
窒素雰囲気下で行うとナノ粒子の発光は損なわれない。
最終配列を酸素から保護するために、基板上の配列をシ
ールし、これによりナノ粒子のルミネセンスを数ヶ月に
わたって保存することができた。ルミネセンスの安定性
は、キャッピング層にも依存する。この層は、配列内の
ナノ粒子間の光電相互作用の程度に対しても影響を及ぼ
し、ルミネセンスを反映する。コアのナノ粒子を有機分
子でキャッピングした場合、この相互作用はさらに顕著
になり、それにより、液体中に懸濁するナノ粒子からの
放射光と比べて、配列ルミネセンスのレッドシフトをも
たらす。コア/シェル粒子では、シェルは発光コアを相
互に効果的に隔離し、コア/シェル粒子の放射光の波長
は、懸濁液の場合と同じに保たれる。この発見により、
キャッピング層を制御することにより、放射光波長の微
調整が可能になった。
C. Emission characteristics of nanoparticle array: When array growth is performed in a nitrogen atmosphere, emission of nanoparticles is not impaired.
To protect the final array from oxygen, the array on the substrate was sealed, which allowed the luminescence of the nanoparticles to be preserved for months. Luminescence stability also depends on the capping layer. This layer also affects the degree of photoelectric interaction between the nanoparticles in the array and reflects luminescence. When the core nanoparticles are capped with organic molecules, this interaction becomes even more pronounced, resulting in a red shift in the sequence luminescence compared to the emitted light from the nanoparticles suspended in the liquid. In core / shell particles, the shell effectively isolates the light emitting cores from each other, and the wavelength of the emitted light of the core / shell particles is kept the same as in the suspension. With this discovery,
By controlling the capping layer, fine tuning of the emitted light wavelength became possible.

【0040】ルミネセンスの強度は、ナノ粒子配列の厚
さ、即ち単位面積あたりのエミッタ(粒子)の数に依存
する。高密度スポットと中空スポットは共に厚さが不均
一なため、 ルミネセンスは微視的に於て位置に依存す
る。しかし、マクロ的に見れば、ナノ粒子スポットは、
ナノ粒子全域でルミネセンスが均一(単色)であり、こ
れは、実用的な価値がある。ルミネセンス強度を変更す
るのに重要なのは平均配列厚さである。
The intensity of the luminescence depends on the thickness of the nanoparticle array, ie the number of emitters (particles) per unit area. The luminescence is microscopically position-dependent because both the high-density spot and the hollow spot are non-uniform in thickness. However, from a macro perspective, nanoparticle spots
The luminescence is uniform (monochromatic) across the nanoparticles, which has practical value. The key to altering the luminescence intensity is the average array thickness.

【0041】リング形状スポットのルミネセンス強度
は、照明時間とともに増加する。この特殊な事実は、滑
らかなリングと波状リングの双方で見られる。また、こ
れは、コア粒子とコア/シェル粒子の双方に観察される
が、そのメカニズムは、それぞれの場合で異なる。ルミ
ネセンスの増加は、様々な照明様式で、遂次測定する
間、連続的にあるいは断続的に観察される。
The luminescence intensity of the ring-shaped spot increases with the illumination time. This particular fact is found in both smooth and wavy rings. This is also observed for both core and core / shell particles, but the mechanism is different in each case. The increase in luminescence is observed continuously or intermittently during successive measurements in various illumination modes.

【0042】これらの事実が示唆するのは、時間ととも
に観察されるルミネセンスの変化が、リング構造の本質
的な特性であり、おそらく電荷がリングに沿って移動す
るのが原因である。リングの一部しか照明を発しないと
いう事実は重要である。従って、照明スポットで局部的
に発生する電荷は、特定のメカニズムにより、リングの
非照明部分に移送されると思われる。この移送は、例え
ば、コア間、またはコア/シェル粒子上の表面トラップ
間をホッピングして行われる。そこに蓄積された余分の
電荷は、次の励起と検出中との間でのルミネセンスに寄
与する。
These facts suggest that the change in luminescence observed over time is an essential property of the ring structure, probably due to the movement of charge along the ring. The fact that only part of the ring emits light is important. Thus, it is believed that the charge generated locally at the illuminated spot is transferred to the non-illuminated portion of the ring by a particular mechanism. This transfer is performed, for example, by hopping between cores or between surface traps on core / shell particles. The extra charge stored there contributes to the luminescence between the next excitation and during the detection.

【0043】このメカニズムによるルミネセンスの増加
は、初期値を十分に超え得る。この事実は、リングに沿
う、電荷と最も可能性の高い光との循環の可能性とあい
まって、半導体ナノ粒子の単一リングの他の実用的用途
の裏付けとなろう。
The increase in luminescence due to this mechanism can well exceed the initial value. This fact, coupled with the potential for circulation of charge and most likely light along the ring, will support another practical application of a single ring of semiconductor nanoparticles.

【0044】d.多色発光配列アセンブリ:アセンブリ
は、高密度スポットまたは中空スポットとして製造され
る多数のナノ粒子配列から構成される。ユニット素子
は、原則として大きさが均一な格子配列である。事実、
個々のセルの大きさを変えることにより、または液滴の
体積を変えることにより、種々の大きさの素子で構成さ
れるアセンブリを生産することができる。素子間の間隔
と格子の種類も変えることができる。
D. Multicolor light emitting array assembly: The assembly is composed of a large number of nanoparticle arrays manufactured as high density spots or hollow spots. The unit elements are, in principle, a grid array having a uniform size. fact,
By varying the size of individual cells or by varying the volume of the droplets, assemblies composed of elements of various sizes can be produced. The spacing between elements and the type of grating can also be varied.

【0045】しかし、本態様の最大の利点は、アセンブ
リ素子の成分を変えることが可能なことであり、これに
より種々の強度の単色ルミネセンスまたは多色ルミネセ
ンスが得られる。これは次の2つの方法で行うことがで
きる。
However, the greatest advantage of this embodiment is that the components of the assembly element can be varied, so that monochromatic or polychromatic luminescence of different intensities is obtained. This can be done in two ways:

【0046】(i)単一層素子を含むナノ粒子の数、大
きさ、および成分の変更:これを行なうには、異なるセ
ルに、同一体積の種々のタイプのナノ粒子懸濁液を載置
する。あるいは、体積は等しいが種類が異なる懸濁液の
液滴を形成させる。第1に、ナノ粒子の体積分率を変更
する。これにより異なる量のドライ成長、即ち異なる強
度のルミネセンスが得られる。従って、配列厚さを制御
することにより、各素子が放射する光の強度を変化させ
られる。第2に、懸濁液中のナノ粒子の種類および/ま
たは大きさを変える。このようにして、異なる色のルミ
ネセンスが素子から出る。従って、素子からの放射光の
波長を制御することにより、カラーパターンを創成す
る。
(I) Varying the number, size, and composition of nanoparticles containing single layer devices: To do this, different cells are loaded with different types of nanoparticle suspensions in different cells. . Alternatively, droplets of suspensions of equal volume but of different types are formed. First, the volume fraction of the nanoparticles is changed. This results in different amounts of dry growth, ie different levels of luminescence. Therefore, by controlling the arrangement thickness, the intensity of light emitted from each element can be changed. Second, the type and / or size of the nanoparticles in the suspension is changed. In this way, different colors of luminescence emerge from the device. Therefore, a color pattern is created by controlling the wavelength of light emitted from the device.

【0047】(ii)複数成分素子の成長を以下の2つ
の方法でも行える。第1に、異なるナノ粒子の混合物か
ら成る単層配列の成長による方法である。このようにし
て、個々の成分による放射により、幾つかの異なる波長
で光を放射する素子が得られる。この手順は、同一の溶
媒に溶解するナノ粒子に適している。第2に、複数層の
成長による方法であり、各層は1種類のナノ粒子から成
る。先行する層が乾燥した後、別の種類の懸濁液を滴下
させて次のナノ粒子層をその上に形成する。最終的に得
られるのは、種々の色を放射するナノ粒子の多層配列で
ある。この手順は異なる溶媒に溶解するナノ粒子に適し
ている。
(Ii) The growth of a plurality of component elements can be performed by the following two methods. First, by growing a monolayer array consisting of a mixture of different nanoparticles. In this way, an emission of light at several different wavelengths is obtained by the radiation of the individual components. This procedure is suitable for nanoparticles that dissolve in the same solvent. Second, a multi-layer growth method, where each layer consists of one type of nanoparticles. After the previous layer has dried, another type of suspension is added dropwise to form the next nanoparticle layer thereon. The end result is a multilayer array of nanoparticles emitting various colors. This procedure is suitable for nanoparticles that dissolve in different solvents.

【0048】上記手順で製造されるナノ粒子配列の複数
成分アセンブリは、多色発光パネルのプロトタイプであ
る。
The multi-component assembly of the nanoparticle array produced by the above procedure is a prototype of a multicolor luminescent panel.

【0049】[0049]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

【0050】実施例1:円形ナノ粒子スポットのアセン
ブリ 図1(a)に示すように、配列アセンブリは、固体基板
12によって下からシールされた、セル壁ブロックを備
える複数セルブロックで形成される。優れたナノ粒子配
列を得るための、ボトムセルの直径は約2mmであり、
毛管の長さに近い。各セルを同時に、約1マイクロリッ
トルの均一な体積の懸濁液を載置する。壁材料(ユニッ
トセル)24と溶媒は、親水性溶媒(水)に対して疎水
性壁(例えばパラフィン、テフロン)、または 疎水性
(有機)溶媒の場合は、親水性壁(例えばガラス)とい
ったように異なる。基板と溶媒は、ともに親水性(例え
ば、水に対する、清浄ガラスとへき開マイカ、および共
に疎水性(例えば、有機溶媒に対する、シラン化ガラス
またはカーボン被覆ガラス)といったように類似のもの
である。
EXAMPLE 1 Assembly of Circular Nanoparticle Spots As shown in FIG. 1 (a), an array assembly is formed of a plurality of cell blocks with cell wall blocks sealed from below by a solid substrate 12. In order to obtain an excellent nanoparticle array, the diameter of the bottom cell is about 2 mm,
Close to capillary length. Each cell simultaneously receives a uniform volume of suspension of about 1 microliter. The wall material (unit cell) 24 and the solvent may be a hydrophobic wall (for example, paraffin, Teflon) for a hydrophilic solvent (water), or a hydrophilic wall (for example, glass) for a hydrophobic (organic) solvent. Different. The substrate and solvent are similar, such as both hydrophilic (eg, clean glass and cleaved mica for water, and both hydrophobic (eg, silanized or carbon-coated glass for organic solvents).

【0051】初期のナノ粒子体積分率は約0.001で
ある。図1(b)に示すように、ナノ粒子配列10は、
膜の最も薄い部分での一種の核形成により、セル中心で
成長が始まる。結晶核は、非晶質多層であり、次に、こ
れは、懸濁膜21からのナノ粒子20の対流流れ込みに
より半径方向に成長を始める。成長する配列の形状は、
ほとんど円形である。配列の厚さは、図1(c)で示す
メニスカス形状に追従して周縁に向かって増加する。配
列成長のプロセスは、条件により数分以内に完了する。
The initial nanoparticle volume fraction is about 0.001. As shown in FIG. 1B, the nanoparticle array 10
A kind of nucleation at the thinnest part of the film initiates growth at the cell center. The crystal nucleus is an amorphous multilayer, which in turn begins to grow radially by convective flow of nanoparticles 20 from suspended film 21. The shape of the growing array is
Almost circular. The thickness of the array increases toward the periphery following the meniscus shape shown in FIG. The array growth process is completed within minutes depending on the conditions.

【0052】ナノ粒子配列Rの半径は、時間の経過につ
れて線形増加することが分かった。本発明において提供
した成長の動力学と、毛管現象のラプラスの方程式が適
用されるメニスカスプロファイルとの理論モデルによっ
て、個々の配列とアセンブリの成長条件を最適化するこ
とができる。
It has been found that the radius of the nanoparticle array R increases linearly with time. The growth model provided by the present invention and the theoretical model of the meniscus profile to which the Laplace's equation of capillary action applies can optimize the growth conditions of individual arrays and assemblies.

【0053】上記のナノ粒子配列の成長は、Dushk
in他およびNagayama他によるサブミクロンラ
テックス粒子に関する観察事例と同じではない。彼らが
用いたラテックス粒子の、直径は144nmであり、液
膜の厚さに匹敵する。このため、粒子は、毛管引力によ
り六方晶格子の単層となって集合する。更に結晶ラテッ
クス多層が形成される。
The growth of the nanoparticle array described above was performed by Dushk
Not the same as the observations on submicron latex particles by In et al. and Nagayama et al. The diameter of the latex particles they used was 144 nm, comparable to the thickness of the liquid film. For this reason, the particles aggregate as a single layer of a hexagonal lattice due to capillary attraction. Further, a crystalline latex multilayer is formed.

【0054】実施例2:円形リングナノ粒子スポットの
アセンブリ 図2(a)に示すように、ナノ粒子リングを形状が均一
になるように成長させるために、懸濁液体(1マイクロ
リットルにも満たない)を、直径が数ミリメートル以下
の円形液滴31として拡散させる。 溶媒と基板12間
の成す接触角は、通常は数度である。拡散直後に、ナノ
粒子リング11は、懸濁液からの粒子20の対流流れ込
みにより、液滴の周縁で成長が始まる。配列の厚さは、
図3から分かるように、周縁から中心に向かって増加し
てゆく。リング幅と時間の関係は非線形である。リング
の成長は、図2(b)で示すように、最終幅δであり、
約1分の間に完了する。懸濁液中に初期に存在したほぼ
全ての粒子が、リングに集合する。それらのうちの少量
(10%未満)は、残留し、初期に液滴として占めてい
た領域にアイランドとして分散する。
Example 2: Assembly of circular ring nanoparticle spot As shown in FIG. 2 (a), in order to grow the nanoparticle ring to have a uniform shape, a suspension (filled as small as 1 microliter) was used. Is dispersed as a circular droplet 31 having a diameter of several millimeters or less. The contact angle between the solvent and the substrate 12 is usually several degrees. Immediately after diffusion, the nanoparticle ring 11 begins to grow at the periphery of the droplet due to convective flow of the particles 20 from the suspension. The thickness of the array is
As can be seen from FIG. 3, the density increases from the periphery toward the center. The relationship between ring width and time is non-linear. The growth of the ring has a final width δ, as shown in FIG.
Complete in about 1 minute. Almost all particles that were initially present in the suspension aggregate into the ring. A small amount (less than 10%) of them remains and disperses as islands in the area initially occupied as droplets.

【0055】ドライナノ粒子リングの実施例を図4に示
す。リング幅、即ち材料の量は、粒子の初期体積分率ψ
とともに増加している。本発明の理論モデルにより、リ
ング成長運動力学と最終リング幅を実験パラメータの関
数として予測することができる。
FIG. 4 shows an embodiment of the dry nanoparticle ring. The ring width, ie the amount of material, is determined by the initial volume fraction of the particles ψ
It is increasing with. The theoretical model of the present invention allows predicting ring growth kinetics and final ring width as a function of experimental parameters.

【0056】リングスポットのアセンブリを製造するた
めに、液体の均一な液滴を予定位置に生成する。
To manufacture the ring spot assembly, a uniform drop of liquid is generated at a predetermined location.

【0057】実施例3:リング成長の不安定性 円形リングの外側での波長Λの不安定波の略図を図5で
示す。溶媒の自然に生じた流れの流線に沿うナノ粒子の
整列が、図6の偏光により明瞭に分かる。この流れの流
線は、液滴内とリング内とにおいて、共に半径方向の著
しい対称性を示す。全ての線の交点は流れの特異点であ
る。
Example 3 Ring Growth Instability A schematic diagram of an unstable wave of wavelength で outside a circular ring is shown in FIG. The alignment of the nanoparticles along the streamline of the naturally occurring flow of the solvent can be clearly seen by the polarization in FIG. The streamlines of this flow both exhibit significant radial symmetry in the droplet and in the ring. The intersection of all lines is the singular point of the flow.

【0058】実施例4:ナノ粒子配列のルミネセンス CdSeの配列(有機分子でキャッピングしたコア)の
事例では、溶媒中に懸濁する同じナノ粒子からの放射光
と比較して配列のルミネセンスにレッドシフトが見られ
る(図7(a))。このようなシフトは、CdSe/C
dS(コア/シェル粒子)には見当たらず、シェル(C
dS層)が発光コアを相互に効果的に隔離する役割をし
ていることが分かる。
Example 4: Nanoparticle Array Luminescence In the case of CdSe arrays (organic molecule-capped cores), the array luminescence is compared to the emitted light from the same nanoparticles suspended in a solvent. A red shift is seen (FIG. 7 (a)). Such a shift is represented by CdSe / C
dS (core / shell particles) is not found in the shell (C
It can be seen that the (dS layer) plays a role of effectively isolating the light emitting cores from each other.

【0059】ルミネセンス強度と単位面積あたりのエミ
ッタ(粒子)との関係を、粒子体積分率に比例する種々
の厚さのCdSeリングについて図8に示す。また、ナ
ノ粒子のルミネセンスは、配列を大気に暴露した直後は
強度がほとんど同じであることも分かる。しかし、長時
間の暴露を行なうと、ナノ粒子表面のパシベーション
(キャッピング)の強さにより、強度低下することがあ
る。
FIG. 8 shows the relationship between the luminescence intensity and the emitter (particle) per unit area for CdSe rings of various thicknesses proportional to the particle volume fraction. It can also be seen that the luminescence of the nanoparticles has almost the same intensity immediately after exposing the array to the atmosphere. However, if the exposure is performed for a long time, the strength may decrease due to the strength of the passivation (capping) of the nanoparticle surface.

【0060】実施例5:ドライナノ粒子配列の保護 両面スコッチテープとプラスチックシートカバーのフレ
ームを使用して、単一ナノ粒子スポットと、スポットア
センブリを保護するための簡単な方法を実施した。スポ
ットを囲むテープは、シーラントとスペーサの両方の役
割を果たす。このようにして、ナノ粒子ルミネセンス
は、何ヶ月間も変化することなく保存される。
Example 5: Protection of Dry Nanoparticle Arrays A simple method for protecting single nanoparticle spots and spot assemblies was performed using double-sided scotch tape and a plastic sheet cover frame. The tape surrounding the spot acts as both a sealant and a spacer. In this way, the nanoparticle luminescence is preserved unchanged for months.

【0061】実施例6:液滴の均一な配列を可能にする
基板をプレパターンニングするための方法 液滴の位置に見合う場所を用意するために、液滴の望ま
しい大きさ・形状・位置・個数、の孔を持つマスクを使
用する。疎水性液滴の成長のために、初期に親水性であ
る基板(例えばガラス)をマスクで覆い、次いで、覆わ
れていない部分(孔)を疎水(例えば,シラザン)の蒸
気にさらす。これとは反対に、親水性液滴の事例では、
マスクを初期に疎水性の基板(例えば、シラザン蒸気に
暴露したガラス)に取り付け、次いで、孔をエッチング
剤(例えばクロム酸)にさらして親水性にする。
Example 6: Method for Pre-Patterning a Substrate That Enables Uniform Arrangement of Droplets In order to provide a place that matches the position of the droplet, the desired size, shape, position, Use a mask with the number of holes. For the growth of hydrophobic droplets, the initially hydrophilic substrate (eg, glass) is covered with a mask, and then the uncovered portions (holes) are exposed to hydrophobic (eg, silazane) vapor. Conversely, in the case of hydrophilic droplets,
The mask is initially attached to a hydrophobic substrate (eg, glass exposed to silazane vapor), and the holes are then exposed to an etchant (eg, chromic acid) to make them hydrophilic.

【0062】実施例7:円形高密度スポットと中空スポ
ットの多色発光配列アセンブリ 複数配列アセンブリの最終外観を図10に示す。図で分
かるように、アセンブリは、円形(図10(a))また
はリング(図10(b))として形成された多数のナノ
粒子スポットで構成される。これらの実施例で、正方格
子に配置された均一な大きさのユニット素子(円または
リング)が選択される。事実、図1(b)で個々のセル
の大きさと形状を変えることにより、また図2(a)で
液滴の体積を変えることにより、種々の大きさと形状の
素子から構成されるアセンブリを生産することができ
る。素子の間隔と、格子の種類も変えることができる。
Example 7 Multicolor Light Emitting Array Assembly with Circular High-Density Spots and Hollow Spots The final appearance of the multiple array assembly is shown in FIG. As can be seen, the assembly is composed of a number of nanoparticle spots formed as a circle (FIG. 10 (a)) or a ring (FIG. 10 (b)). In these embodiments, uniformly sized unit elements (circles or rings) arranged in a square lattice are selected. In fact, by changing the size and shape of the individual cells in FIG. 1 (b) and by changing the volume of the droplet in FIG. 2 (a), an assembly composed of elements of various sizes and shapes is produced. can do. The spacing between the elements and the type of grating can also be varied.

【0063】しかし、最大の利点は、アセンブリの素子
における成分変更を行なえることであり、これにより上
述のような種々の強度の、単色ルミネセンスまたは多色
ルミネセンスが得られる。素子を損傷させないよう、実
施例5で説明したように、アセンブリ全域を被覆する
(図10には保護コーティングは示されていない)。上
記の手順で製造したナノ粒子配列の、明示した多成分ア
センブリは、多色発光パネルのプロトタイプである。
The greatest advantage, however, is that component changes in the elements of the assembly can be made, which result in monochromatic or polychromatic luminescence of varying intensity as described above. The entire assembly is covered as described in Example 5 to prevent damage to the device (the protective coating is not shown in FIG. 10). The specified multi-component assembly of the nanoparticle array produced by the above procedure is a prototype of a multi-color luminescent panel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、円形ナノ粒子スポット10の集合を
製造するための、ユニットセル24のブロックの断面図
であり、(b)は、固体基板12に取り付けられ、ナノ
粒子20を含む懸濁薄膜21が占めるユニットセル24
の断面図である。粒子配列10は、セルの中心で成長が
始まり、次に、液膜からの粒子の対流流れ込みにより、
セル周縁へ成長が進行する。(c)は、単一懸濁膜を乾
燥して形成したナノ粒子の円10である。灰色部の強度
は、円の中心からその周縁までの配列の厚さの増加に対
応し、ルミネセンスの強度増加にも対応する。
FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of a block of a unit cell 24 for producing a collection of circular nanoparticle spots 10; FIG. 1 (b) is attached to a solid substrate 12 and includes nanoparticles 20; Unit cell 24 occupied by suspended thin film 21
FIG. The particle array 10 begins to grow at the center of the cell and then by convective flow of particles from the liquid film,
Growth proceeds to the cell periphery. (C) is a circle 10 of nanoparticles formed by drying a single suspension film. The intensity of the gray area corresponds to an increase in the thickness of the array from the center of the circle to its periphery, and also corresponds to an increase in the intensity of the luminescence.

【図2】(a)は、固体基板12上で乾燥する初期体積
分率ψの半導体ナノ粒子20を初めから含むサスペンジ
ョン液滴31である。円形リング状ナノ粒子配列11
は、懸濁液からの粒子の対流流れ込みにより液滴周縁で
成長する。(b)は、外半径R、幅δの最終(ドライ)
ナノ粒子リングスポット11である。
FIG. 2 (a) is a suspension droplet 31 initially containing semiconductor nanoparticles 20 having an initial volume fraction 乾燥, which is dried on the solid substrate 12. FIG. Circular ring-shaped nanoparticle array 11
Grow around the droplet by convective flow of particles from the suspension. (B) is the final (dry) with outer radius R and width δ
This is a nanoparticle ring spot 11.

【図3】ガラス基板上に成長したCdSe/CdSナノ
粒子リングの外端部のAFM像である。
FIG. 3 is an AFM image of the outer end of a CdSe / CdS nanoparticle ring grown on a glass substrate.

【図4】CdSナノ粒子リングの最終幅δと、懸濁液中
の粒子の体積分率ψとの比である。実線は理論的に引い
た線である。
FIG. 4 is the ratio of the final width δ of the CdS nanoparticle ring to the volume fraction 粒子 of the particles in the suspension. The solid line is a line drawn theoretically.

【図5】ドライナノ粒子リング41の概略図であり、リ
ングは、成長不安定性により、特徴的な長さΛの波状パ
ターンを持つ。
FIG. 5 is a schematic diagram of a dry nanoparticle ring 41, which has a characteristic wavy pattern of length Λ due to growth instability.

【図6】半径方向に規則正しいCdSeナノ粒子の波状
リングの偏光写真である。
FIG. 6 is a polarization photograph of a wavy ring of CdSe nanoparticles ordered in a radial direction.

【図7】(a)は、CdSeナノ粒子の配列から得られ
たフォトルミネセンスのピーク値(実線)が、ヘプタン
中のCdSe懸濁液から得られるピーク値(一点鎖線)
に比して、レッドシフトしている。(b)では、CdS
e/CdSコアシェル粒子の配列から得られたフォトル
ミネセンスのピーク値(実線)は、同じ粒子の懸濁水か
ら得られたそれぞれのピーク値と一致する。
FIG. 7 (a) shows a photoluminescence peak value (solid line) obtained from an array of CdSe nanoparticles, and a peak value (dot-dash line) obtained from a CdSe suspension in heptane.
Red shift compared to. In (b), CdS
The photoluminescence peak values (solid line) obtained from the arrangement of the e / CdS core-shell particles coincide with the respective peak values obtained from the suspension of the same particles.

【図8】粒子の体積分率ψの増加に伴う、CdSeリン
グのルミネセンスピーク強度の増加を示し、塗りつぶし
記号は窒素雰囲気中に維持したサンプルからのルミネセ
ンスであり、白抜き記号は、同一サンプルを大気に暴露
した後のものである。
FIG. 8 shows the increase in the luminescence peak intensity of the CdSe ring with increasing volume fraction 体 of the particles, filled symbols are luminescence from samples maintained in a nitrogen atmosphere, and open symbols are the same After exposing the sample to the atmosphere.

【図9】ナノ粒子リングのフォトルミネセンスの照明時
間に対する最大値の増加を示し、塗りつぶし記号はCd
Se/CdSであり、白抜き記号はCdSeである。
FIG. 9 shows the increase in the maximum of the photoluminescence of the nanoparticle ring with respect to the illumination time, where the filled symbols are Cd
Se / CdS, and the outlined symbol is CdSe.

【図10】(a)は円形、(b)は円形リング形、の発
光ナノ粒子配列の多色デバイスの全体図である。
10 (a) is an overall view of a circular, and FIG. 10 (b) is an overall view of a circular ring-shaped multicolor device having a luminescent nanoparticle array.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年8月18日(1998.8.1
8)
[Submission date] August 18, 1998 (1998.8.1)
8)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】 ウエットプロセスによって作製したパ
ターニングされた発光または光学的偏光特性を有する半
導体ナノ粒子配列からなる多色デバイス
Patent application title: Multicolor device consisting of an array of semiconductor nanoparticles with patterned luminescent or optical polarization properties fabricated by wet process

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前之園 信也 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社横浜総合研究所内 Fターム(参考) 5F052 DA04 DA06 DA10 DB10 EA11 FA13 GB02 JA10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinya Maenozono 1000-F, Kamoshida-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation Yokohama Research Laboratory F-term (reference) 5F052 DA04 DA06 DA10 DA10 DB10 EA11 FA13 GB02 JA10

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体基板上に成長した任意の配列、形
状、および大きさを有する高密度ナノ粒子スポットから
成る、半導体ナノ粒子のパターンニングされた光学的偏
光特性を有する多色または単色デバイス。
1. A multicolor or monochromatic device having patterned optical polarization properties of semiconductor nanoparticles, consisting of high-density nanoparticle spots of arbitrary arrangement, shape, and size grown on a solid substrate.
【請求項2】 請求項1の多色または単色デバイスを製
造する方法であって、前記固体基板によって下からシー
ルされたセル壁のブロックを備える複数セルを使用し;
1種類のナノ粒子または様々な種類のナノ粒子の混合物
を含むサスペンジョン液滴を、前記セル中に滴下して薄
い膜状に拡散させ;不活性雰囲気または大気中で溶媒を
膜から蒸発させることから成り、ナノ粒子配列はセルの
中心から成長し始め、セルの周縁に向かって進行し、最
終的なドライ配列は所望の形状、平均厚さ、およびルミ
ネセンスを有することを特徴とする、多色または単色デ
バイスを製造する方法。
2. The method of manufacturing a multi-color or mono-color device according to claim 1, comprising using a plurality of cells comprising blocks of cell walls sealed from below by said solid substrate;
Suspension droplets containing one type of nanoparticles or a mixture of different types of nanoparticles are dropped into the cell and diffused into a thin film; from evaporating the solvent from the film in an inert atmosphere or atmosphere. Consisting of a multicolored nanoparticle array that begins to grow from the center of the cell and progresses toward the periphery of the cell, with the final dry array having the desired shape, average thickness, and luminescence. Or how to make a monochromatic device.
【請求項3】 種々の溶媒に溶解する種々のナノ粒子の
層を逐次積層し、複数波長の放射光または白色光を発す
るドライ多層配列を形成する、請求項2に記載の製造方
法。
3. The production method according to claim 2, wherein layers of various nanoparticles dissolved in various solvents are sequentially laminated to form a dry multilayer arrangement emitting emitted light or white light of a plurality of wavelengths.
【請求項4】 固体基板上に成長した任意の配列、形
状、および大きさを有する中空ナノ粒子スポット(リン
グ)から成る、半導体ナノ粒子のパターンニングされた
発光配列の多色または単色デバイス。
4. A multicolor or monochromatic device in a patterned luminescent array of semiconductor nanoparticles consisting of hollow nanoparticle spots (rings) of any arrangement, shape, and size grown on a solid substrate.
【請求項5】 請求項4の多色または単色デバイスを製
造する方法であって、1種類のナノ粒子、またはナノ粒
子の混合物を含む懸濁液を調製し;固体基板表面に、均
一なサスペンジョン液滴の集合を形成し;懸濁液の溶媒
を、不活性雰囲気または大気中で液滴から蒸発させるこ
とから成り、ナノ粒子リングは液滴の周縁から成長し始
め、液滴の内部に向かって進行し、最終的なドライ配列
はナノ粒子体積分率に依存する平均幅を有するリングで
あり、ルミネセンス波長は粒子の種類に依存することを
特徴とする、多色または単色デバイスを製造する方法。
5. A method for producing a multi-color or mono-color device according to claim 4, wherein a suspension containing one type of nanoparticles or a mixture of nanoparticles is prepared; Forming a collection of droplets; evaporating the solvent of the suspension from the droplets in an inert atmosphere or atmosphere, wherein the nanoparticle rings begin to grow from the periphery of the droplets and toward the interior of the droplets To produce a multicolor or monochromatic device, characterized in that the final dry array is a ring with an average width that depends on the nanoparticle volume fraction and the luminescence wavelength depends on the type of particle Method.
【請求項6】 種々の溶媒に溶解する種々のナノ粒子の
層を逐次積層し、複数波長の放射光または白色放射光を
発するドライ多層配列を形成する、請求項5に記載の製
造方法。
6. The method according to claim 5, wherein layers of various nanoparticles dissolved in various solvents are sequentially laminated to form a dry multilayer arrangement emitting a plurality of wavelengths of emitted light or white emitted light.
【請求項7】 疎水性スペースにより相互に隔離された
親水性ポイント、または親水性スペースにより相互に隔
離された疎水性ポイントを有する基板をプレパターンニ
ングすることから成る、請求項5に記載の製造方法。
7. The method according to claim 5, comprising pre-patterning a substrate having hydrophilic points separated from each other by hydrophobic spaces or hydrophobic points separated from each other by hydrophilic spaces. Method.
【請求項8】 前記半導体ナノ粒子が数ナノメートルの
大きさの単結晶から成り、その表面がパシベーション化
のために最終的にキャッピングされる、請求項1または
4に記載のデバイス。
8. The device according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticles comprise a single crystal of a size of a few nanometers, the surface of which is finally capped for passivation.
【請求項9】 前記半導体ナノ粒子が、化合物半導体、
II−VI族化合物またはIII−V族化合物から成
り、あるいは、、族の半導体、二酸化チタン、フラーレ
ン類の様な半導体特性と発光特性を有する他の半導体ナ
ノ粒子から成る、請求項1または4に記載のデバイス。
9. The method according to claim 1, wherein the semiconductor nanoparticles are a compound semiconductor,
5. A method according to claim 1 or 4, comprising a II-VI or III-V compound or other semiconductor nanoparticles having semiconductor and luminescent properties such as semiconductors of the group, titanium dioxide, fullerenes. The described device.
【請求項10】 前記固体基板がナノ粒子配列を支持す
る基板から成り、前記基板が、ナノ粒子が懸濁する溶媒
に対して耐性があり、ナノ粒子の運動が可能となるよう
に平坦であり、ナノ粒子のルミネセンスを補完する適切
な光学特性を有する、請求項1または4に記載のデバイ
ス。
10. The solid substrate comprises a substrate supporting an array of nanoparticles, the substrate being flat to be resistant to the solvent in which the nanoparticles are suspended and to allow movement of the nanoparticles. 5. The device according to claim 1 or 4, having suitable optical properties that complement the luminescence of the nanoparticles.
【請求項11】 不安定な流れ特性の中で配列成長を行
なうことにより、リング周縁に波状パターンを形成す
る、請求項5に記載の製造方法。
11. The manufacturing method according to claim 5, wherein a wave-like pattern is formed on the periphery of the ring by performing array growth in unstable flow characteristics.
【請求項12】 形成されたナノ粒子配列が、発光特性
に加えて偏光特性を有する、請求項11に記載の製造方
法。
12. The production method according to claim 11, wherein the formed nanoparticle array has a polarization characteristic in addition to a light emission characteristic.
【請求項13】 ナノ粒子リングからのルミネセンス強
度が時間と共に増加する、請求項5または11に記載の
製造方法。
13. The method according to claim 5, wherein the luminescence intensity from the nanoparticle ring increases with time.
【請求項14】 固体基板が金属膜で被覆されており、
鏡面効果によりルミネセンス強度を高める、請求項2、
5および11の何れかに記載の製造方法。
14. A solid substrate coated with a metal film,
3. The method of claim 2, wherein the luminescence intensity is enhanced by a mirror effect.
12. The production method according to any one of 5 and 11.
【請求項15】 請求項1または4に記載のデバイスの
ナノ粒子スポットをシールすることにより、ナノ粒子の
ルミネッセンスを保存する、請求項2、5および11の
何れかに記載の製造方法。
15. The manufacturing method according to claim 2, wherein the nanoparticle spot of the device according to claim 1 or 4 is sealed to preserve the luminescence of the nanoparticle.
【請求項16】 請求項2の方法により製造された高密
度ナノ粒子スポットの成長動力学に於て、実験パラメー
タであるメニスカス形状、蒸発速度、粒子体積分率)の
影響を予測・制御するための計算方法。
16. A method for predicting and controlling the influence of experimental parameters (meniscus shape, evaporation rate, particle volume fraction) on the growth dynamics of high-density nanoparticle spots produced by the method of claim 2. Calculation method.
【請求項17】 請求項5の方法により製造されたナノ
粒子リングの成長動力学に於て、実験パラメータである
メニスカス形状、蒸発速度、粒子体積分率)の影響を予
測・制御するための計算方法。
17. A calculation for predicting and controlling the influence of experimental parameters (meniscus shape, evaporation rate, particle volume fraction) on the growth kinetics of a nanoparticle ring produced by the method of claim 5. Method.
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