JP2002171018A - Light-emitting device and its manufacturing method - Google Patents

Light-emitting device and its manufacturing method

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JP2002171018A
JP2002171018A JP2000366987A JP2000366987A JP2002171018A JP 2002171018 A JP2002171018 A JP 2002171018A JP 2000366987 A JP2000366987 A JP 2000366987A JP 2000366987 A JP2000366987 A JP 2000366987A JP 2002171018 A JP2002171018 A JP 2002171018A
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light emitting
emitting device
film
fluorescent dye
organic fluorescent
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Hisao Yanagi
久雄 柳
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New Industry Research Organization NIRO
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve laser action from an organic solid material by improving stability in an organic molecule under high current injection, and by reducing excitation energy threshold. SOLUTION: Thin films 4 and 5 are laminated on a glass substrate 3. In the thin films, a metal fine particle 11 manufactured by the sol-gel method, and an organic fluorescent dye 19 are doped separately and independently. By resonance excitation in the surface plasmon of the metal fine particle 11, the light emission of the organic fluorescent dye 19 is reinforced cooperatively, thus reducing the excitation energy threshold of the laser oscillation.

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、有機薄膜レーザー
を実現するための発光素子及びその製法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device for realizing an organic thin film laser and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金属や半導体の超微粒子分散ガラ
スは、ホストガラスが透明で微粒子の粒径が光の波長に
比べて十分小さいとき、大きな非線形光電子特性を持
ち、その非線形光学効果や単電子トンネリング現象が注
目され、これらの非線形光電子特性を光デバイスへ応用
しようと高速光デバイスや量子ドットレーザーなどへの
応用研究が盛んに行われている。その一例として、特開
平2−44031の示す気相合成法による金属超微粒子
分散ガラスの製造方法や、特開平1−79038の示す
ゾル−ゲル法による量子化硫化カドミニウムの超微粒子
分散ガラス非線形光電子材料の製造等がある。これらの
従来技術は、量子化した金属や半導体の超微粒子自身の
もつ特性を生かしたものであるが、その周囲に対する相
互作用効果を利用したものではない。
2. Description of the Related Art Conventionally, ultrafine particle dispersion glass of metal or semiconductor has a large nonlinear optoelectronic characteristic when the host glass is transparent and the particle diameter of the particles is sufficiently smaller than the wavelength of light. Attention has been paid to the electron tunneling phenomenon, and application studies on high-speed optical devices, quantum dot lasers, and the like have been actively conducted to apply these nonlinear optoelectronic characteristics to optical devices. Examples thereof include a method for producing ultrafine metal particles dispersed glass by a vapor phase synthesis method disclosed in JP-A-2-44031, and a non-linear optoelectronic material for ultrafine particles dispersed cadmium sulfide quantized by sol-gel method disclosed in JP-A-1-79038. Production. These conventional techniques make use of the characteristics of the ultrafine particles of the quantized metal or semiconductor, but do not utilize the effect of interaction with the surroundings.

【0003】一方、多様な光機能を持つ有機分子を分散
したガラス材料が有機/無機ハイブリッド化光電子材料
として注目され、有機薄膜レーザー等への応用が期待さ
れている。有機固体材料からレーザー作用を実現するた
めには、高電流注入下における有機分子の安定性の向上
や、励起エネルギー閾値の低下が重要な問題である。
On the other hand, glass materials in which organic molecules having various optical functions are dispersed have attracted attention as organic / inorganic hybrid optoelectronic materials, and are expected to be applied to organic thin-film lasers and the like. In order to realize a laser action from an organic solid material, it is important to improve the stability of organic molecules under high current injection and to lower the excitation energy threshold.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の問題に鑑み、ガ
ラス薄膜の有機薄膜レーザーへの応用を実現するため
に、基板上に有機蛍光色素及び金属微粒子をドープした
膜を形成した発光素子が本発明者によって提案された
が、非線形光電子特性を持つ金属微粒子と、光機能をも
つ有機分子との相互作用効果を用いて、更なる励起エネ
ルギーの閾値の低下を図る必要がある。そこで、本発明
においては、光機能をもつ有機分子との相互作用効果を
用いて、励起エネルギーの閾値の低下のみならず高効率
の発光増幅を図ることを目的とした。
In view of the above problems, in order to realize the application of a glass thin film to an organic thin film laser, a light emitting device in which a film doped with an organic fluorescent dye and metal fine particles is formed on a substrate has been developed. As proposed by the inventor, it is necessary to further reduce the threshold value of the excitation energy by using an interaction effect between metal fine particles having nonlinear optoelectronic characteristics and organic molecules having an optical function. Therefore, an object of the present invention is not only to lower the threshold value of the excitation energy but also to achieve high-efficiency light emission amplification by using the interaction effect with an organic molecule having a light function.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するた
めの手段を説明する。
The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.

【0006】即ち、請求項1では、基板上に層状の膜を
形成した発光素子において、基板上に金属微粒子を含む
膜を形成し、その上に有機蛍光色素を含む膜を形成し積
層した。
That is, in the first aspect, in a light emitting device having a layered film formed on a substrate, a film containing metal fine particles is formed on the substrate, and a film containing an organic fluorescent dye is formed thereon and laminated.

【0007】請求項2では、請求項1に記載の発光素子
において、前記金属微粒子の金属は金(Au)とした。
According to a second aspect, in the light emitting device according to the first aspect, the metal of the metal fine particles is gold (Au).

【0008】請求項3では、請求項1に記載の発光素子
において、前記有機蛍光色素はローダミンB(rhodamin
e B )とした。
According to a third aspect, in the light emitting device according to the first aspect, the organic fluorescent dye is rhodamine B (rhodamin B).
e B).

【0009】請求項4では、請求項1に記載の発光素子
において、前記有機蛍光色素はクマリン(coumarin)と
した。
In a fourth aspect, in the light emitting device according to the first aspect, the organic fluorescent dye is coumarin.

【0010】請求項5では、請求項1乃至請求項4の何
れかに記載の発光素子において、前記膜は、少なくとも
一方はシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)薄膜とした。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light emitting device according to any one of the first to fourth aspects, at least one of the films is a silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) thin film.

【0011】請求項6では、請求項1に記載の発光素子
において、前記発光素子を光デバイス材料として利用す
る。
According to a sixth aspect, in the light emitting device according to the first aspect, the light emitting element is used as an optical device material.

【0012】請求項7では、請求項1に記載の発光素子
において、前記発光素子をレーザー材料として利用す
る。
According to a seventh aspect, in the light emitting device according to the first aspect, the light emitting element is used as a laser material.

【0013】請求項8では、基板上に層状の膜を形成し
た発光素子において、(1)金属イオンを含む膜を基板
上に形成する成膜過程、(2)前記薄膜中の金属イオン
を選択的に還元して金属微粒子を成形することにより発
光領域を形成する選択的還元過程、(3)有機蛍光色素
を含む膜を基板上に形成する成膜過程、を順に実施し
た。
According to the present invention, in a light emitting device having a layered film formed on a substrate, (1) a film forming step of forming a film containing metal ions on the substrate, and (2) selecting metal ions in the thin film. A selective reduction process of forming a light emitting region by forming a metal fine particle by performing specific reduction, and (3) a film forming process of forming a film containing an organic fluorescent dye on a substrate were sequentially performed.

【0014】請求項9では、前記発光素子の製造方法に
おいて、前記成膜過程のうち少なくとも一方は、有機系
発光色素を含むシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)前駆
体ゾル溶液、或いは、金属イオンを含むシリカ(SiO2
/チタニア(TiO2)前駆体ゾル溶液を用いて、ゾル−ゲ
ル法により成膜した。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a light emitting device, at least one of the film forming processes includes a silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) precursor sol solution containing an organic luminescent dye, or Silica containing metal ions (SiO 2 )
A film was formed by a sol-gel method using a sol solution of a / titania (TiO 2 ) precursor.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に、発明の実施の形態を説明す
る。図1は本発明に係る発光素子の製造方法の全体の流
れを示すフローチャート、図2は成膜過程の流れを示す
図、図3は同じく基板上にゲル膜をディップした模式的
断面図、図4は同じく基板上に金属微粒子ドープ薄膜を
形成した模式的断面図である。図5はフォトマスクによ
る選択的還元過程の説明図、図6はスポットビームによ
る選択的還元過程の説明図、図7は原子間力顕微鏡を利
用した選択的還元過程の説明図、図8は選択的還元過程
後の発光素子を示す図である。図9は本発明に係る発光
素子の縦断面の一例を模式的に示した断面図、図10は
蛍光顕微鏡により発光素子を観察した蛍光像の模式図で
ある。図11は有機発光素子のみをドープした発光素子
の縦断面の一例を模式的に示した断面図である。図12
は本発明に係る発光素子を光励起したときの縦断面の一
例を模式的に示した断面図、図13は同じく有機蛍光色
素のレーザー発振の増強作用の機構を示す図、図14は
本発明に係る発光素子の発振強度を示す図、図15は本
発明に係る発光素子と有機蛍光色素のみをドープした発
光素子の発振強度と励起エネルギーの関係を示す図、図
16はローダミン及び金の吸収とローダミンの蛍光を示
す図である。
Next, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a flowchart showing an overall flow of a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a flow of a film forming process, and FIG. 3 is a schematic sectional view in which a gel film is also dipped on a substrate. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in which a metal fine particle-doped thin film is formed on a substrate. 5 is an explanatory diagram of a selective reduction process using a photomask, FIG. 6 is an explanatory diagram of a selective reduction process using a spot beam, FIG. 7 is an explanatory diagram of a selective reduction process using an atomic force microscope, and FIG. FIG. 3 is a view showing a light emitting device after a selective reduction process. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing one example of a longitudinal section of the light emitting device according to the present invention, and FIG. 10 is a schematic diagram of a fluorescent image obtained by observing the light emitting device with a fluorescent microscope. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of a vertical cross section of a light emitting device doped only with an organic light emitting device. FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of a longitudinal section when the light emitting device according to the present invention is optically excited, FIG. 13 is a view showing a mechanism of the laser oscillation enhancing action of the organic fluorescent dye, and FIG. FIG. 15 is a diagram showing the oscillation intensity of such a light emitting device, FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the oscillation intensity and the excitation energy of the light emitting device according to the present invention and a light emitting device doped only with an organic fluorescent dye, and FIG. It is a figure which shows the fluorescence of rhodamine.

【0016】まず、本発明に係る発光素子の製造方法に
ついて説明する。図1に示すフローチャートを利用して
製造方法の全体の流れについて説明する。なお、本実施
例においては、金属アルコキシド等を加水分解させて流
動性のゾルを作成し、該ゾルを加熱及び乾燥させて、脱
水縮合することによりゲル化して、ガラス等を製造する
方法であるゾル−ゲル法を用いて、ガラス基板上に成膜
している。しかし、成膜方法は前記ゾル−ゲル法に限定
されるものではなく、他の成膜方法を採用しても良い。
First, a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention will be described. The overall flow of the manufacturing method will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In this example, a fluid sol is prepared by hydrolyzing a metal alkoxide or the like, and the sol is heated and dried, and gelled by dehydration condensation to produce glass or the like. A film is formed on a glass substrate by using a sol-gel method. However, the film forming method is not limited to the sol-gel method, and another film forming method may be adopted.

【0017】まず、金属イオンを含む前駆体ゾル溶液を
作製する(31)。該前駆体ゾル溶液(31)からゾル
溶液(36)を経て、ゲル膜(32)を生成する過程を
図2の流れ図に示す。
First, a precursor sol solution containing metal ions is prepared (31). The process of forming a gel film (32) from the precursor sol solution (31) via the sol solution (36) is shown in the flow chart of FIG.

【0018】該前駆体ゾル溶液(31)としては、図2
に示す如く、金属イオン源である塩化金酸(HAuCl4・4
H2O )のエタノール溶液(0.05M)と、膜の主成分
であるSi(OC2H5)4及びTi(OC2H5)4と、酸触媒である HCl
/H2O を加えて、調製したものが挙げられる。なお、Si
(OC2H5)4及びTi(OC2H5)4に含まれるシリコンとチタンの
比率(Si/Ti)は、例えば2/1程度が好ましい。そし
て、上述の如く調整した前駆体ゾル溶液(31)を、加
水分解してシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)のゾル溶
液を生成する(36)。なお、本実施例において、金属
として金を採用しているが、金属は金に限定されるもの
ではなく、他の金属を用いるようにしても良い。
As the precursor sol solution (31), FIG.
As shown in, chloroauric acid is a metal ion source (HAuCl 4 · 4
H 2 O) in ethanol (0.05 M), Si (OC 2 H 5 ) 4 and Ti (OC 2 H 5 ) 4 as the main components of the film, and HCl as the acid catalyst
/ H 2 O is added. Note that Si
The ratio (Si / Ti) of silicon and titanium contained in (OC 2 H 5 ) 4 and Ti (OC 2 H 5 ) 4 is preferably, for example, about 2/1. Then, the precursor sol solution (31) adjusted as described above is hydrolyzed to produce a silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) sol solution (36). In this embodiment, gold is used as the metal, but the metal is not limited to gold, and another metal may be used.

【0019】上述の如く作製したゾル溶液(36)にガ
ラス基板3を浸漬することで、該ガラス基板3にゾル溶
液を塗布(ディップコート)した後、熱脱水縮合(例え
ば、150℃で1分間加熱する)により該ゾル溶液をゲ
ル化して、図3に示す如く、ガラス基板3上にゲル膜4
aを生成する(32)。なお、ゲル膜4aの厚みは、例
えば0.1〜1μm程度であるが、さらにディップコー
ディングを繰り返すこと等により、所望の厚みにまで膜
厚を厚くすることが可能である。
The glass substrate 3 is immersed in the sol solution (36) prepared as described above to apply (dip coat) the sol solution to the glass substrate 3, and then thermally dehydrated and condensed (for example, at 150 ° C. for 1 minute). By heating, the sol solution is gelled, and as shown in FIG.
a is generated (32). The thickness of the gel film 4a is, for example, about 0.1 to 1 μm, but can be increased to a desired thickness by repeating dip coding or the like.

【0020】上述の如く、シリカ/チタニアの前駆体ゾ
ル溶液を用いてゾル−ゲル法により、成膜することによ
って、低温で成膜過程を行うことができるので、比較的
容易に製造することができる。また、膜中に金属イオン
をほぼ均一に配置することができて、従って、本実施例
においては、金属微粒子をゲル膜状にほぼ均等に配置す
ることができる。なお、ゾル溶液としてシリカ/チタニ
ア前駆体を用いているが、有機蛍光色素19と金属イオ
ンとを含むシリカ前駆体或いはチタニア前駆体を単独で
用いても良い。
As described above, by forming a film by a sol-gel method using a silica / titania precursor sol solution, the film formation process can be performed at a low temperature. it can. Further, the metal ions can be arranged almost uniformly in the film. Therefore, in the present embodiment, the metal fine particles can be arranged almost uniformly in the form of a gel film. Although the silica / titania precursor is used as the sol solution, a silica precursor or a titania precursor containing the organic fluorescent dye 19 and a metal ion may be used alone.

【0021】次に、上述の如く形成されたゲル膜4aに
存在する金属イオンを還元し金属微粒子として、発光領
域9を形成する。ここで発光領域9とは金属微粒子の存
在する域のことであって、金属微粒子の存在しない域は
金属イオンが有機蛍光色素の蛍光をクウェンチするた
め、非発光領域7となる。以後、このようにしてゲル膜
4aに発光領域9を形成したものを金属微粒子ドープ薄
膜4と記載する。
Next, the metal ions present in the gel film 4a formed as described above are reduced to form light emitting regions 9 as metal fine particles. Here, the light emitting region 9 is a region where the metal fine particles are present, and the region where the metal fine particles are not present is the non-light emitting region 7 because the metal ions quench the fluorescence of the organic fluorescent dye. Hereinafter, the one in which the light emitting region 9 is formed on the gel film 4a in this manner is referred to as a metal fine particle-doped thin film 4.

【0022】前記発光領域9と非発光領域7とを前記ゲ
ル膜4aに形成するには、図4に示す如く、金属イオン
13が還元されて生成した金属微粒子11を発光領域9
にのみ選択的に存在させ(以後、選択的還元と表記す
る)て、非発光領域7では金属イオン13のままゲル膜
4a内に存在させておかなければならない。そこで、選
択的還元の方法の例として、以下に示す(A)、(B)
及び(C)を挙げる。
In order to form the light emitting region 9 and the non-light emitting region 7 on the gel film 4a, as shown in FIG.
Must be selectively present (hereinafter, referred to as selective reduction), and in the non-light-emitting region 7, the metal ions 13 must remain in the gel film 4 a as they are. Then, as examples of the method of selective reduction, the following (A) and (B)
And (C).

【0023】(A)フォトマスク 図5に示す如く、発光領域9に応じたパターンを予め形
成してあるフォトマスク15を発光素子のゲル膜4aに
近接させ、この状態でフォトマスク15を通して紫外光
(例えば、λ=365μm)を照射する。
(A) Photomask As shown in FIG. 5, a photomask 15 in which a pattern corresponding to the light emitting region 9 is formed in advance is brought close to the gel film 4a of the light emitting element. (For example, λ = 365 μm).

【0024】これにより、紫外光が照射された発光領域
9に応じた領域では、ゲル膜4内の金属イオン13が光
還元されて、多数の金属微粒子11が形成される。上述
の成膜過程で形成されたゲル膜4aに対し、選択的に金
属イオン13を還元して多数の金属微粒子11を析出さ
せることで発光領域9を形成し、従って、発光領域9の
形状に応じて還元を行うことにより、所望する微細なパ
ターンを備えた発光素子1を形成することができる。
As a result, in the region corresponding to the light emitting region 9 irradiated with the ultraviolet light, the metal ions 13 in the gel film 4 are photoreduced, and a large number of metal fine particles 11 are formed. The light-emitting region 9 is formed by selectively reducing the metal ions 13 and depositing a large number of metal fine particles 11 on the gel film 4a formed in the above-described film forming process. By performing the reduction in response, the light emitting device 1 having a desired fine pattern can be formed.

【0025】また、フォトマスク15を用いた手法によ
れば、該フォトマスク15を通して紫外光を照射するこ
とにより光還元することができる。従って、複雑なパタ
ーンを有する発光領域9であっても比較的短時間で形成
することができ、発光素子1を大量生産する場合に好適
である。
According to the method using the photomask 15, photoreduction can be performed by irradiating ultraviolet light through the photomask 15. Therefore, even the light emitting region 9 having a complicated pattern can be formed in a relatively short time, which is suitable for mass production of the light emitting element 1.

【0026】(B)スポットビーム 図6に示す如く、紫外線(例えば、紫外線レーザー)を
微細径の照射光に集光する光学系17を用いて、スポッ
トビーム21を形成し、ゲル膜状の、発光領域9に応じ
た領域に移動させながら照射する。これにより紫外線が
照射された領域では、ゲル膜内の金属イオン13が光還
元されて、金属微粒子11が形成される。
(B) Spot Beam As shown in FIG. 6, a spot beam 21 is formed by using an optical system 17 for condensing ultraviolet rays (for example, ultraviolet laser) into irradiation light having a small diameter. Irradiation is performed while moving to an area corresponding to the light emitting area 9. As a result, in the region irradiated with the ultraviolet light, the metal ions 13 in the gel film are photoreduced, and the metal fine particles 11 are formed.

【0027】上述の如くスポットビームを用いた手法に
よれば、スポットビームを発光領域9に応じた部分にの
み移動させつつ照射させることにより、局所的に光還元
を行わせることができる。従って、発光領域9の種々の
パターンに対応することが可能であり、特に多品種少量
生産に適している。
According to the method using the spot beam as described above, the spot beam can be irradiated locally while being moved only to the portion corresponding to the light emitting region 9, whereby the photoreduction can be performed locally. Therefore, it is possible to cope with various patterns of the light emitting region 9, and it is particularly suitable for high-mix low-volume production.

【0028】(C)原子間力顕微鏡 この手法の場合には、図7に示す如く、ガラス基板3上
にゾル溶液をディップコートする前に、該ガラス基板3
上に透明電極23を披着しておく。透明電極23として
は、例えば、酸インジウム・すず(ITO)薄膜が挙げ
られ、これは他の種類の透明電極よりも抵抗率が低いこ
とや経時変化が少ないことから好適である。
(C) Atomic Force Microscope In this method, as shown in FIG. 7, before the sol solution is dip-coated on the glass substrate 3,
The transparent electrode 23 is put on top. The transparent electrode 23 is, for example, an indium tin oxide (ITO) thin film, which is preferable because it has lower resistivity and less change with time than other types of transparent electrodes.

【0029】原子間力顕微鏡のカンチレバー25には、
導電性を持たせるために予め金属被膜27を披着してあ
る。また、このカンチレバーの金属被膜27と透明電極
23とにはバイアス電源29が接続されている。そし
て、カンチレバーを所望する発光領域9に応じた位置に
移動し、バイアス電源29に電圧を印加すると、金属イ
オン13の電気化学的局所還元がカンチレバー25の直
下で始まる。そして、核を形成した後、その周囲のゲル
膜4a内から拡散により金属イオン13が供給されて徐
々に径が大きくなって金属粒子11へと成長していく。
上述のような手段によると、原子間力顕微鏡のカンチレ
バー25を発光領域9に応じた領域にのみ移動させて電
圧を与えることにより、電気化学的に極めて狭い領域だ
けを還元させることができる、従って、単一金属微粒子
の形成が行え、極めて微細なパターンを形成することが
できる。その結果、単電子トランジスタなどの単電子デ
バイスへの活用も期待される。
In the cantilever 25 of the atomic force microscope,
A metal coating 27 has been deposited in advance to provide conductivity. A bias power supply 29 is connected to the metal film 27 of the cantilever and the transparent electrode 23. Then, when the cantilever is moved to a position corresponding to the desired light emitting region 9 and a voltage is applied to the bias power supply 29, electrochemical local reduction of the metal ions 13 starts immediately below the cantilever 25. After the nucleus is formed, the metal ions 13 are supplied from the surrounding gel film 4a by diffusion and gradually increase in diameter to grow into metal particles 11.
According to the above-described means, only the extremely narrow area can be electrochemically reduced by moving the cantilever 25 of the atomic force microscope only to the area corresponding to the light emitting area 9 and applying a voltage. In addition, single metal fine particles can be formed, and an extremely fine pattern can be formed. As a result, utilization in single-electron devices such as single-electron transistors is also expected.

【0030】また、電圧を可変にすることによりゲル膜
4に形成される金属微粒子11の大きさを制御すること
ができるので、多様な光機能に活用することができる。
例えば、情報に応じて金属微粒子11を形成することに
より,CD−ROM、CD−R、CD−RWやDVD−
ROM等に比較して、極めて高い密度で情報を書き込み
可能な、記録媒体を実現できる可能性がある。この場合
読み出しには近接顕微鏡(SNOMやNSOMとも呼ば
れる)の原理を利用して金属微粒子11の有無を読みと
るようにすればよい。
Further, since the size of the metal fine particles 11 formed on the gel film 4 can be controlled by making the voltage variable, it can be utilized for various optical functions.
For example, by forming metal fine particles 11 according to information, a CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-
There is a possibility that a recording medium capable of writing information at an extremely high density as compared with a ROM or the like can be realized. In this case, the reading may be performed by using the principle of a proximity microscope (also called SNOM or NSOM) to read the presence or absence of the metal fine particles 11.

【0031】上述の如くゾル膜4aに発光領域9を形成
して金属微粒子ドープ薄膜4を生成すると、次に、有機
蛍光色素19を含む前駆体ゾル溶液(34)を作製す
る。有機蛍光色素19を含む前駆体ゾル溶液の作成方法
は、前記金属イオン13を含む前駆体ゾル溶液(31)
の作成方法と同様であって、有機蛍光色素19であるロ
ーダミンBのエタノール溶液(1×10-3M)と、膜の
主成分となるSi(OC2H5)4及びTi(OC2H5)4と、酸触媒であ
る HCl/H2O を加えて、調製する。有機蛍光色素19と
してはローダミンに限定されるものではなく、クマリン
等その他の色素を用いるようにしても良い。そして、前
記前駆体ゾル溶液を加水分解してゾル溶液を生成する。
When the light emitting region 9 is formed on the sol film 4a to form the metal fine particle-doped thin film 4, a precursor sol solution (34) containing the organic fluorescent dye 19 is next prepared. The method for preparing the precursor sol solution containing the organic fluorescent dye 19 is as follows.
Is prepared in the same manner as above, except that an ethanol solution (1 × 10 −3 M) of rhodamine B, which is an organic fluorescent dye 19, and Si (OC 2 H 5 ) 4 and Ti (OC 2 H 5 ) Prepare by adding 4 and HCl / H 2 O as an acid catalyst. The organic fluorescent dye 19 is not limited to rhodamine, and other dyes such as coumarin may be used. Then, the precursor sol solution is hydrolyzed to generate a sol solution.

【0032】前記ゾル溶液を、今度は、前述の金属微粒
子ドープ薄膜4上にディップコートして、熱脱水縮合
(例えば、150℃で1分間加熱する)により該ゾル溶
液をゲル化して、図9に示す如く、金属微粒子11を含
むゲル膜(金属微粒子ドープ薄膜4)上に有機蛍光色素
19を含むゲル膜(有機蛍光色素ドープ薄膜5)を生成
する(35)。本実施例においては、このゲル膜を有機
蛍光色素ドープ薄膜5と記載する。
Next, the sol solution is dip-coated on the metal fine particle-doped thin film 4 described above, and the sol solution is gelled by thermal dehydration condensation (for example, heating at 150 ° C. for 1 minute). As shown in (5), a gel film (organic fluorescent dye-doped thin film 5) containing an organic fluorescent dye 19 is formed on a gel film (metal fine particle-doped thin film 4) containing metal fine particles 11 (35). In this embodiment, this gel film is referred to as an organic fluorescent dye-doped thin film 5.

【0033】金属イオン13及び金属微粒子11を含む
金属微粒子ドープ薄膜4は、金属イオン13が金属微粒
子11として析出する際に、上方へ向かって金属微粒子
11が成長するために、図8に示す如く、該金属微粒子
ドープ薄膜4表面には金属微粒子11が突出して凹凸を
形成してしまう。しかし、上述の如く、異なるゾル膜を
層状に重ねることで、即ち、金属微粒子11を含む金属
微粒子ドープ薄膜4上にさらに有機蛍光色素19を含む
有機蛍光色素ドープ薄膜5を形成することで、金属微粒
子11が膜の表面には突出しないのである。
As shown in FIG. 8, the fine metal-doped thin film 4 containing the metal ions 13 and the metal fine particles 11 grows upward when the metal ions 13 precipitate as the metal fine particles 11, as shown in FIG. In addition, the metal fine particles 11 protrude from the surface of the metal fine particle doped thin film 4 to form irregularities. However, as described above, by stacking different sol films in layers, that is, by forming the organic fluorescent dye-doped thin film 5 containing the organic fluorescent dye 19 on the metal fine particle-doped thin film 4 containing the metal fine particles 11, The fine particles 11 do not project on the surface of the film.

【0034】ここで、本発明に係る発光素子1について
説明する。
Here, the light emitting device 1 according to the present invention will be described.

【0035】上述の製造方法により生成された発光素子
1は、図9に示す如く、ガラス基板3の上面に有機蛍光
色素ドープ薄膜5と金属微粒子ドープ薄膜4の上下二層
のゲル膜を披着してなる。有機蛍光色素ドープ薄膜5及
び金属微粒子ドープ薄膜4はシリカ(SiO2)/チタニア
(TiO2)で形成されており、例えば0.1〜1μm程度
の厚みを有する薄膜である。前記金属微粒子ドープ薄膜
4には発光領域9が形成されているが、発光領域9のみ
でなく、前記(A)(B)(C)の示す選択的還元の方
法を用いて非発光領域7と発光領域9を形成しても良
い。発光領域9内には、数nm〜20nm程度の径を有
する多数の金属微粒子11が空間的にほぼ均一に析出し
て形成され、非発光領域7内には、多数の金属イオン1
3がほぼ均等に配置されている。なお、発光領域9内に
配置されている金属微粒子11は、金属イオン13を還
元させることによって析出させたものである。また、有
機蛍光色素ドープ薄膜5内には、有機蛍光色素19が含
まれており、やはり、金属微粒子11や金属イオン13
と同様に分散して配置されている。
As shown in FIG. 9, the light-emitting device 1 produced by the above-described manufacturing method has two layers of gel films, an organic fluorescent dye-doped thin film 5 and a metal fine particle-doped thin film 4, on the upper surface of a glass substrate 3. Do it. The organic fluorescent dye-doped thin film 5 and the metal fine particle-doped thin film 4 are formed of silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) and have a thickness of, for example, about 0.1 to 1 μm. Although the light emitting region 9 is formed in the metal fine particle doped thin film 4, not only the light emitting region 9 but also the non-light emitting region 7 is formed by using the selective reduction method shown in the above (A), (B) and (C). The light emitting region 9 may be formed. In the light emitting region 9, a large number of metal fine particles 11 having a diameter of about several nm to 20 nm are formed by being deposited almost uniformly spatially, and in the non-light emitting region 7, a large number of metal ions 1 are formed.
3 are arranged substantially evenly. The metal fine particles 11 arranged in the light emitting region 9 are deposited by reducing the metal ions 13. The organic fluorescent dye-doped thin film 5 contains an organic fluorescent dye 19, which also has metal fine particles 11 and metal ions 13.
Are arranged in a dispersed manner as in

【0036】なお、本実施例において、上述のガラス基
板3が本発明における基板に相当し、有機蛍光色素ドー
プ薄膜5と金属微粒子ドープ薄膜4の上下のゲル膜が膜
に相当するものである。また、同じく本実施例におい
て、金属として金(Au)を、有機蛍光色素としてローダ
ミンB(rhodamine B )を採用している。
In this embodiment, the above-mentioned glass substrate 3 corresponds to the substrate in the present invention, and the gel films above and below the organic fluorescent dye-doped thin film 5 and the metal fine particle-doped thin film 4 correspond to the films. In this embodiment, gold (Au) is used as the metal and rhodamine B (rhodamine B) is used as the organic fluorescent dye.

【0037】上記の実施例のように金属微粒子11や金
属イオン13の金属として「金」を採用することは、金
微粒子が比較的安定して析出させることができる金属で
あるので、発光領域9における発光を安定して行わせる
ことができて好ましい。なお、金属としては金以外にも
銀や白金等も利用可能である。
The use of “gold” as the metal of the metal fine particles 11 and the metal ions 13 as in the above embodiment is a metal in which the gold fine particles can be deposited relatively stably. It is preferable because the light emission can be performed stably. In addition, silver, platinum, etc. other than gold can be used as the metal.

【0038】また、有機蛍光色素19としてローダミン
Bを採用しているので、発光領域9で蛍光発光を生じさ
せることができて、赤色系の発色を行わせることができ
る。この他に、有機蛍光色素19としてはその発光体が
金属微粒子11の吸収体よりも長波長領域にあるもので
あればよく、例えば、金属微粒子11が金微粒子である
場合、ローダミン6G(rhodamine 6G)等を用いて異な
る発光をさせるようにしたり、金属微粒子11が銀であ
る場合、クマリンを用いて青色系の発色を行わせたりし
ても良い。
Further, since rhodamine B is employed as the organic fluorescent dye 19, fluorescent light can be generated in the light emitting region 9 and red-based coloring can be performed. In addition, the organic fluorescent dye 19 may be any as long as its luminous body is in a longer wavelength region than the absorber of the metal fine particles 11. For example, when the metal fine particles 11 are gold fine particles, rhodamine 6G (rhodamine 6G) is used. ), Or the like, or when the metal fine particles 11 are silver, coumarin may be used to produce a blue color.

【0039】さらに、チタニア(TiO2)の効果によっ
て、還元により膜内に生じる金微粒子が針状晶や角板状
晶が連なった形態でなく、球状のものを形成させ易いこ
とが報告されている。従って、金属微粒子ドープ薄膜4
及び有機蛍光色素ドープ薄膜5のゲル膜をシリカ/チタ
ニア薄膜としているので、球状の金属微粒子11が薄膜
内に存在し、発光領域9をきれいに形成することができ
て発光に濁りやムラが生じにくくなっている。なお、ゲ
ル膜は上述したシリカ/チタニア薄膜に限定されるもの
ではなく、シリカ薄膜或いはチタニア薄膜を採用しても
良い。
Furthermore, it has been reported that due to the effect of titania (TiO 2 ), the fine gold particles generated in the film by reduction are not in the form of a series of needle-like crystals or square plate-like crystals, but are easy to form spherical ones. I have. Therefore, the metal fine particle doped thin film 4
Also, since the gel film of the organic fluorescent dye-doped thin film 5 is a silica / titania thin film, the spherical metal fine particles 11 are present in the thin film, the light emitting region 9 can be formed neatly, and turbidity and unevenness of light emission hardly occur. Has become. The gel film is not limited to the silica / titania thin film described above, but may be a silica thin film or a titania thin film.

【0040】次に、本発明に係る発光素子1の性質を示
すため、一例として、金属微粒子11として金イオン
を、有機蛍光色素19としてローダミンBを用いたとき
の発光素子1を用いて説明する。
Next, in order to show the properties of the light emitting device 1 according to the present invention, the light emitting device 1 using gold ions as the metal fine particles 11 and rhodamine B as the organic fluorescent dye 19 will be described as an example. .

【0041】ガラス基板3の上面に、有機蛍光色素ドー
プ薄膜5と金属微粒子ドープ薄膜4の上下二層のゲル膜
を披着してなる発光素子1を、励起光30(例えばλ=
547nm)によって光励起し、蛍光顕微鏡で観察する
と、例えば、図10に示すように観察される。また、金
属微粒子の導電性を利用して、高電流を注入して励起す
ることでも、レーザー発振し得る。
On the upper surface of the glass substrate 3, a light emitting element 1 having an upper and lower two-layered gel film of an organic fluorescent dye-doped thin film 5 and a metal fine particle-doped thin film 4 is applied to an excitation light 30 (for example, λ =
547 nm), and observed with a fluorescence microscope, for example, as shown in FIG. Laser oscillation can also be achieved by injecting and exciting a high current using the conductivity of metal fine particles.

【0042】上述の如く光励起すると、発光領域9が励
起光30によって有機蛍光色素19であるローダミンB
の蛍光色の赤色が浮かび上がって見える。なお、図中で
は赤色に浮かび上がる発光領域9を白で、発光せずに黒
く沈んで見える非発光領域7をハッチングで表現してい
る。
When light is excited as described above, the light-emitting region 9 is irradiated with the excitation light 30 so that the organic fluorescent dye 19, rhodamine B, is emitted.
The fluorescent red color appears to appear. In the drawing, the light-emitting region 9 that emerges in red is represented by white, and the non-light-emitting region 7 that does not emit light and appears to sink in black is represented by hatching.

【0043】前記発光素子1の非発光領域7には有機蛍
光色素19と金属イオン13が含まれ、発光領域9には
有機蛍光色素19及び金属イオン13から析出された金
属微粒子11が含まれているので、非発光領域7では有
機蛍光色素19による発光が金属イオン13によって抑
制される。その一方、発光領域9では有機蛍光色素19
による発光を抑制するものはなく、そのまま発光を生じ
させることができる。そのため、金属イオン13を選択
的に還元させて金属微粒子11を析出させることによっ
て、発光領域9の微細なパターンを有する発光素子を得
ることができるのである。
The non-light emitting region 7 of the light emitting element 1 contains an organic fluorescent dye 19 and metal ions 13, and the light emitting region 9 contains the organic fluorescent dye 19 and metal fine particles 11 precipitated from the metal ions 13. Therefore, in the non-light emitting region 7, light emission by the organic fluorescent dye 19 is suppressed by the metal ions 13. On the other hand, the organic fluorescent dye 19
There is nothing that suppresses light emission due to light emission, and light emission can be generated as it is. Therefore, by selectively reducing the metal ions 13 to precipitate the metal fine particles 11, a light emitting device having a fine pattern of the light emitting region 9 can be obtained.

【0044】さらに、金属微粒子11と有機蛍光色素1
9を単独にドープした膜を積層する発光素子1にYAG
/Ndレーザーを用いて光励起することにより、図14
に示すようなレーザー発振が見られることが確認され
た。なお、図14は、横軸に波長(wavelength)をと
り、本発明に係る発光素子1の発振強度(PL intensit
y)を示したグラフである。
Further, the metal fine particles 11 and the organic fluorescent dye 1
Light-emitting element 1 in which a film in which N.
/ Nd laser is used for photoexcitation to obtain FIG.
It was confirmed that the laser oscillation as shown in FIG. FIG. 14 shows the oscillation intensity (PL intensity) of the light-emitting element 1 according to the present invention, where the horizontal axis represents the wavelength (wavelength).
It is the graph which showed y).

【0045】そこで、前記レーザー発振の発振強度の励
起エネルギー依存性を、図11に示す如く、有機蛍光色
素のみをドープした薄膜6をガラス基板3上に設けた発
光素子2と比較した。図15は横軸に発振強度(PL int
ensity)、縦軸に励起エネルギー(Pulse energy)示す
グラフであって、図中41は金属微粒子11と有機蛍光
色素19を単独にドープした膜を積層する発光素子1、
図中42は有機蛍光色素19のみをドープした発光素子
2にYAG/Ndレーザーを用いて光励起した結果を示
している。図15より本発明に係る発光素子1が低励起
エネルギーで強い薄膜レーザー作用が得られることが分
かる。なお、上述の測定は金属微粒子11として金微粒
子を、有機蛍光色素19としてローダミンBを、一例と
して用いているものである。
The dependence of the oscillation intensity of the laser oscillation on the excitation energy was compared with that of the light emitting element 2 in which the thin film 6 doped only with the organic fluorescent dye was provided on the glass substrate 3 as shown in FIG. FIG. 15 shows the oscillation intensity (PL int
is a graph showing excitation energy (Pulse energy) on the vertical axis. In the figure, reference numeral 41 denotes a light emitting element 1 in which a film in which a metal fine particle 11 and an organic fluorescent dye 19 are individually doped is laminated.
In the figure, reference numeral 42 indicates the result of photoexcitation of the light emitting element 2 doped only with the organic fluorescent dye 19 using a YAG / Nd laser. FIG. 15 shows that the light-emitting element 1 according to the present invention can obtain a strong thin-film laser action with low excitation energy. The above-described measurement uses gold fine particles as the metal fine particles 11 and rhodamine B as the organic fluorescent dye 19 as an example.

【0046】前記結果より、発光素子1を励起光30に
よって光励起すると、金属微粒子11の表面プラズモン
共鳴吸収帯と有機蛍光色素19の吸収帯が協調的に励起
されることで、図13に示す如く、金属微粒子のプラズ
モン励起に伴う局所電磁場50が発生し、有機蛍光色素
19の誘導放射発光19bが増幅される。即ち、有機蛍
光色素ドープ薄膜5の有機蛍光色素19のレーザー発振
を金属微粒子11の作用で増幅しているのである。
From the above results, when the light emitting element 1 is optically excited by the excitation light 30, the surface plasmon resonance absorption band of the metal fine particles 11 and the absorption band of the organic fluorescent dye 19 are cooperatively excited, as shown in FIG. Then, a local electromagnetic field 50 is generated due to the plasmon excitation of the metal fine particles, and the stimulated emission 19b of the organic fluorescent dye 19 is amplified. That is, the laser oscillation of the organic fluorescent dye 19 of the organic fluorescent dye-doped thin film 5 is amplified by the action of the metal fine particles 11.

【0047】従って、有機蛍光色素19のみをドープし
た発光素子2に比べ、本発明に係る金属微粒子11と有
機蛍光色素19を単独にドープした膜を積層する発光素
子1は、低励起エネルギー閾値において発振するので、
有機蛍光色素の発光に基づく薄膜レーザー作用が著しく
増強されているのである。言い換えれば、本発明に係る
発光素子1は、低エネルギーレベルで励起可能であっ
て、有機材料の安定化が図れるのである。
Therefore, compared to the light emitting device 2 doped only with the organic fluorescent dye 19, the light emitting device 1 in which the metal fine particles 11 according to the present invention and the film doped only with the organic fluorescent dye 19 are laminated has a lower excitation energy threshold. Oscillates,
The thin-film laser action based on the emission of the organic fluorescent dye is significantly enhanced. In other words, the light emitting device 1 according to the present invention can be excited at a low energy level, and can stabilize the organic material.

【0048】図16に示すグラフには、縦軸に吸収スペ
クトル(Absorbance)と蛍光スペクトル(Fluorescenc
e)、横軸に波長(Wavelength)をとり、金微粒子の表
面プラズモン共鳴吸収43と、ローダミンの吸収44
と、ローダミンの蛍光45が示されている。そして、本
実施例において、計測に供する励起光30は図16のグ
ラフの矢印46に示す波長のものが用いられた。上述の
金属微粒子11と有機蛍光色素19の協調的増幅現象を
発現させるためには、薄膜にドープした有機蛍光色素1
9の発光が金属微粒子11の表面プラズモン共鳴吸収に
より抑制されないことが条件であるので、その金属微粒
子11の表面プラズモンバンドが有機蛍光色素19の吸
収帯に重なるように材料設計することが必要である。
In the graph shown in FIG. 16, the vertical axis represents the absorption spectrum (Absorbance) and the fluorescence spectrum (Fluorescenc).
e) The wavelength (Wavelength) is plotted on the horizontal axis, and the surface plasmon resonance absorption 43 of the fine gold particles and the absorption 44 of rhodamine are measured.
And the fluorescence 45 of rhodamine. In this example, the excitation light 30 used for the measurement had a wavelength indicated by an arrow 46 in the graph of FIG. In order to express the cooperative amplification phenomenon of the metal fine particles 11 and the organic fluorescent dye 19, the organic fluorescent dye 1
Since it is a condition that the emission of No. 9 is not suppressed by the surface plasmon resonance absorption of the metal fine particles 11, it is necessary to design the material so that the surface plasmon band of the metal fine particles 11 overlaps the absorption band of the organic fluorescent dye 19. .

【0049】上述の条件を備えた上で、金属微粒子11
や有機蛍光色素19の材料種やその大きさ等を変化させ
ることで、所望の色や強度を持つ発光を促すことができ
る。従って、材料種を変えるだけでなく、例えば、金属
微粒子の大きさは還元方法により制御可能であって、前
述の選択的還元の方法である(A)や(B)において
は、紫外光照射時間により金属微粒子の大きさを制御す
ることが可能である。また、薄膜の屈折率は薄膜内のシ
リコン/チタン(Si/Ti)比により制御可能であり、膜
厚は薄膜生成過程におけるゲル溶液のディップ速度によ
り制御可能である。このようにして、様々に条件を変化
させて、様々な発光を行うことが可能である。
Under the above conditions, the metal fine particles 11
By changing the material type and size of the organic fluorescent dye 19 and the size thereof, light emission having a desired color and intensity can be promoted. Therefore, in addition to changing the material type, for example, the size of the metal fine particles can be controlled by a reduction method, and in the above-described selective reduction methods (A) and (B), the ultraviolet light irradiation time is reduced. With this, it is possible to control the size of the metal fine particles. The refractive index of the thin film can be controlled by the silicon / titanium (Si / Ti) ratio in the thin film, and the film thickness can be controlled by the dipping speed of the gel solution in the process of forming the thin film. In this way, it is possible to emit various lights under various conditions.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
以下に示すような効果を奏する。
The present invention is configured as described above.
The following effects are obtained.

【0051】即ち、請求項1に示す如く、基板上に層状
の膜を形成した発光素子において、基板上に金属微粒子
を含む膜を形成し、その上に有機蛍光色素を含む膜を形
成し積層したので、金属微粒子の共鳴励起を利用して、
有機蛍光色素ドープ薄膜の発振を協調的に増強し、低励
起エネルギー閾値でレーザー発振を発生させることがで
きるので、有機分子材料の安定性を向上させることがで
きるのである。また、有機分子材料を利用するため、発
光波長の選択が容易であり、有機レーザーダイオードへ
の発展が期待される。
That is, in a light emitting device having a layered film formed on a substrate, a film containing fine metal particles is formed on the substrate, and a film containing an organic fluorescent dye is formed thereon. Therefore, utilizing the resonance excitation of metal fine particles,
Oscillation of the organic fluorescent dye-doped thin film can be enhanced cooperatively, and laser oscillation can be generated at a low excitation energy threshold, so that the stability of the organic molecular material can be improved. Further, since an organic molecular material is used, the emission wavelength can be easily selected, and development to an organic laser diode is expected.

【0052】請求項2に示す如く、前記金属微粒子の金
属は金(Au)としたので、金微粒子が比較的安定して析
出させることができる金属であるので、発光領域におけ
る発光を安定して行わせることができるのである。
Since the metal of the fine metal particles is gold (Au), the fine metal particles can be deposited relatively stably, so that the light emission in the light emitting region can be stably performed. It can be done.

【0053】請求項3に示す如く、前記有機蛍光色素は
ローダミンB(rhodamine B )としたので、発光領域で
蛍光発光を生じさせることができて、赤色系の発色を行
わせることができる。
According to the third aspect of the present invention, since the organic fluorescent dye is rhodamine B, it is possible to generate fluorescent light in the light emitting region and to generate reddish color.

【0054】請求項4に示す如く、前記有機蛍光色素は
クマリン(coumarin)としたので、発光領域で蛍光発光
を生じさせることができて、青色系の発色を行わせるこ
とができる。
According to the fourth aspect, since the organic fluorescent dye is coumarin, it is possible to generate fluorescent light in the light emitting region and to perform blue coloration.

【0055】請求項5に示す如く、前記膜は、少なくと
も一方はシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)薄膜とした
ので、金属の粒子成長が促進されるので、還元により生
じる金属微粒子として形状のものを形成させやすい。従
って、発光領域をきれいに形成することができて、発光
にムラが生じにくいのである。また、安価な材料であ
り、大量生産が容易となるのである。
According to a fifth aspect of the present invention, at least one of the films is a silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) thin film, so that the growth of metal particles is promoted. Easy to form. Therefore, the light emitting region can be formed neatly, and unevenness in light emission hardly occurs. In addition, it is an inexpensive material, which facilitates mass production.

【0056】請求項6に示す如く、前記発光素子を光デ
バイス材料として利用すると、該発光素子は有機蛍光色
素を低エネルギーレベルで励起でき、有機分子材料であ
るため発光波長の選択が容易で、情報及び通信の高速
化、高密度化・大容量化が期待される。
As described in claim 6, when the light emitting element is used as an optical device material, the light emitting element can excite an organic fluorescent dye at a low energy level, and since it is an organic molecular material, it is easy to select an emission wavelength. High speed, high density and large capacity of information and communication are expected.

【0057】請求項7に示す如く、前記発光素子をレー
ザー材料として利用すると、低励起エネルギー閾値でレ
ーザー発振を発生させることができるので、有機分子材
料の安定性を向上させることができるので、有機薄膜レ
ーザーの実現への課題である高電流注入下における有機
分子の安定性の向上及び励起エネルギー閾値の低下に対
応した材料であるので、レーザーの特性の飛躍的向上が
期待される。
When the light emitting element is used as a laser material as described in claim 7, laser oscillation can be generated with a low excitation energy threshold, so that the stability of the organic molecular material can be improved. Since the material is suitable for improving the stability of organic molecules under high current injection and lowering the excitation energy threshold, which are issues for realizing a thin film laser, a dramatic improvement in laser characteristics is expected.

【0058】請求項8に示す如く、基板上に層状の膜を
形成した発光素子において、(1)金属イオンを含む膜
を基板上に形成する成膜過程、(2)前記薄膜中の金属
イオンを選択的に還元して金属微粒子を成形することに
より発光領域を形成する選択的還元過程、(3)有機蛍
光色素を含む膜を基板上に形成する成膜過程、を順に実
施したので、形成された膜に対して選択的に金属イオン
を還元することで発光領域を限定でき、微細なパターン
の発光素子を容易に形成することができる。また、製造
過程が単純であり、且つ、高度な設備を必要としないの
で、安価な設備によって生産可能であるので、大量生産
が容易となるのである。
In a light-emitting device having a layered film formed on a substrate, (1) a film forming step of forming a film containing metal ions on the substrate, (2) a metal ion in the thin film Is selectively reduced to form metal fine particles to form a light emitting region, and (3) a film forming process of forming a film containing an organic fluorescent dye on a substrate is sequentially performed. By selectively reducing metal ions with respect to the formed film, a light emitting region can be limited, and a light emitting element having a fine pattern can be easily formed. In addition, since the manufacturing process is simple and does not require sophisticated equipment, it can be produced with inexpensive equipment, which facilitates mass production.

【0059】請求項9に示す如く、前記成膜過程のうち
少なくとも一方は、有機系発光色素を含むシリカ(Si
O2)/チタニア(TiO2)前駆体ゾル溶液、或いは、金属
イオンを含むシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)前駆体
ゾル溶液を用いて、ゾル−ゲル法により成膜したので、
低温で成膜過程を行うことができるので、比較的容易に
製造することができる。また、膜中に金属イオン及び有
機蛍光色素をほぼ均等に配置することができ、金属微粒
子をほぼ均等に配置することができるのである。
According to a ninth aspect of the present invention, at least one of the film forming steps includes a step of forming silica (Si) containing an organic luminescent dye.
O 2) / titania (TiO 2) precursor sol solution, or silica containing metal ions (SiO 2) / titania (TiO 2) with a precursor sol solution, sol - since the deposited gel method,
Since the film formation process can be performed at a low temperature, it can be manufactured relatively easily. In addition, metal ions and organic fluorescent dyes can be arranged almost evenly in the film, and metal fine particles can be arranged almost evenly.

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

【図1】本発明に係る発光素子の製造方法の全体の流れ
を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing an overall flow of a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention.

【図2】成膜過程の流れを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a flow of a film forming process.

【図3】同じく基板上にゲル膜をディップコートした模
式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view in which a gel film is dip-coated on a substrate.

【図4】同じく基板上に金属微粒子ドープ薄膜を形成し
た模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in which a metal fine particle-doped thin film is similarly formed on a substrate.

【図5】フォトマスクによる選択的還元過程の説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a selective reduction process using a photomask.

【図6】スポットビームによる選択的還元過程の説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a selective reduction process using a spot beam.

【図7】原子間力顕微鏡を利用した選択的還元過程の説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a selective reduction process using an atomic force microscope.

【図8】選択的還元過程後の発光素子を示す図である。FIG. 8 is a view showing a light emitting device after a selective reduction process.

【図9】本発明に係る発光素子の縦断面の一例を模式的
に示した断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing one example of a vertical cross section of the light emitting device according to the present invention.

【図10】同じく発光素子を蛍光顕微鏡により観察した
蛍光像の模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a fluorescence image of the light-emitting element observed with a fluorescence microscope.

【図11】有機発光素子のみをドープした発光素子の縦
断面の一例を模式的に示した断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a vertical cross section of a light emitting device doped only with an organic light emitting device.

【図12】本発明に係る発光素子を光励起したときの縦
断面の一例を模式的に示した断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing one example of a vertical cross-section when a light-emitting element according to the present invention is photoexcited.

【図13】同じく有機蛍光色素のレーザー発振の増強作
用の機構を示す図である。
FIG. 13 is a view showing a mechanism of an action of enhancing the laser oscillation of the organic fluorescent dye.

【図14】本発明に係る発光素子の発振強度を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing the oscillation intensity of the light emitting device according to the present invention.

【図15】本発明に係る発光素子と有機蛍光色素のみを
ドープした発光素子の発振強度と励起エネルギーの関係
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the oscillation intensity and the excitation energy of the light emitting device according to the present invention and a light emitting device doped only with an organic fluorescent dye.

【図16】ローダミン及び金の吸収とローダミンの蛍光
を示す図である。
FIG. 16 shows the absorption of rhodamine and gold and the fluorescence of rhodamine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光素子 3 基板 4 金属微粒子ドープ薄膜 5 有機蛍光色素ドープ薄膜 7 非発光領域 9 発光領域 11 金属微粒子 13 金属イオン 19 有機蛍光色素 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 3 Substrate 4 Metal fine particle doped thin film 5 Organic fluorescent dye doped thin film 7 Non-light emitting area 9 Light emitting area 11 Metal fine particle 13 Metal ion 19 Organic fluorescent dye

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に層状の膜を形成した発光素子に
おいて、基板上に金属微粒子を含む膜を形成し、その上
に有機蛍光色素を含む膜を形成し積層したことを特徴と
する発光素子。
1. A light-emitting element having a layered film formed on a substrate, wherein a film containing fine metal particles is formed on the substrate, and a film containing an organic fluorescent dye is formed thereon and laminated. element.
【請求項2】 前記発光素子において、前記金属微粒子
の金属は金(Au)であることを特徴とする請求項1に記
載の発光素子。
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the metal of the metal fine particles is gold (Au).
【請求項3】 前記有機蛍光色素はローダミンB(rhod
amine B )であることを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の発光素子。
3. The method according to claim 2, wherein the organic fluorescent dye is rhodamine B (rhod
The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-emitting device is amine B).
【請求項4】 前記有機蛍光色素はクマリン(coumari
n)であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の発光素子。
4. The method according to claim 1, wherein the organic fluorescent dye is coumarin.
The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein n) is satisfied.
【請求項5】 前記膜は、少なくとも一方はシリカ(Si
O2)/チタニア(TiO2)薄膜であることを特徴とする請
求項1乃至請求項4の何れかに記載の発光素子。
5. The film according to claim 1, wherein at least one of the films is made of silica (Si
O 2) / titania (TiO 2) light-emitting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a thin film.
【請求項6】 前記発光素子を光デバイス材料として利
用することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
6. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is used as an optical device material.
【請求項7】 前記発光素子をレーザー材料として利用
することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
7. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is used as a laser material.
【請求項8】 基板上に層状の膜を形成した発光素子に
おいて、(1)金属イオンを含む膜を基板上に形成する
成膜過程、(2)前記薄膜中の金属イオンを選択的に還
元して金属微粒子を成形することにより発光領域を形成
する選択的還元過程、(3)有機蛍光色素を含む膜を基
板上に形成する成膜過程、を順に実施することを特徴と
する発光素子の製造方法。
8. In a light emitting device having a layered film formed on a substrate, (1) a film forming step of forming a film containing metal ions on the substrate, and (2) selective reduction of metal ions in the thin film. And (3) forming a film containing an organic fluorescent dye on a substrate by sequentially performing a selective reduction process of forming a light emitting region by forming metal fine particles. Production method.
【請求項9】 前記発光素子の製造方法において、前記
成膜過程のうち少なくとも一方は、有機系発光色素を含
むシリカ(SiO2)/チタニア(TiO2)前駆体ゾル溶液、
或いは、金属イオンを含むシリカ(SiO2)/チタニア
(TiO2)前駆体ゾル溶液を用いて、ゾル−ゲル法により
成膜することを特徴とする請求項8に記載の発光素子の
製造方法。
9. The method for manufacturing a light emitting device, wherein at least one of the film forming processes includes a silica (SiO 2 ) / titania (TiO 2 ) precursor sol solution containing an organic luminescent dye.
Alternatively, using silica (SiO 2) / titania (TiO 2) precursor sol solution containing metal ions, sol - manufacturing process of a light emitting device according to claim 8, characterized in that the film-forming gel method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006259064A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Fdk Corp Method and device for intensifying electric field with surface plasmon
KR100682887B1 (en) 2004-01-30 2007-02-15 삼성전자주식회사 Method for forming nanostructure
JP5006459B1 (en) * 2011-05-17 2012-08-22 古河電気工業株式会社 Composite particles for labeling
JP2013502376A (en) * 2009-08-26 2013-01-24 海洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 LIGHT EMITTING ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIGHT EMITTING METHOD
JP2013502374A (en) * 2009-08-26 2013-01-24 海洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 LIGHT EMITTING ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIGHT EMITTING METHOD

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100682887B1 (en) 2004-01-30 2007-02-15 삼성전자주식회사 Method for forming nanostructure
JP2006259064A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Fdk Corp Method and device for intensifying electric field with surface plasmon
JP2013502376A (en) * 2009-08-26 2013-01-24 海洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 LIGHT EMITTING ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIGHT EMITTING METHOD
JP2013502374A (en) * 2009-08-26 2013-01-24 海洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 LIGHT EMITTING ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIGHT EMITTING METHOD
JP5006459B1 (en) * 2011-05-17 2012-08-22 古河電気工業株式会社 Composite particles for labeling

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