JP4224639B2

JP4224639B2 - 高密度集積発光デバイスの作製方法及び高密度集積発光デバイス並びに高密度集積発光デバイスの作製装置

Info

Publication number: JP4224639B2
Application number: JP2004015475A
Authority: JP
Inventors: 下山　　勲; 松本　　潔; 一憲星野; 幸一山田
Original assignee: 下山勲; 松本潔; 一憲星野; 幸一山田
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005209503A; US20050200272A1

Description

本発明は、高密度集積発光デバイスの作製方法及び高密度集積発光デバイス並びに高密度集積発光デバイスの作製装置に関する。

従来のＧａＡｓ及びＧａＮにＡｌ、Ｐ及びＩｎなどをドープすることによって得たｐｎ接合による発光ダイオードは、現代のディスプレイ技術の分野において広く普及している。また、近年のＡｌｑ３及びＴＤＰを金属電極でサンドイッチする有機ＥＬ素子からなる発光素子は、今後のフラットパネルディスプレイ技術の根幹として大面積化及び高解像度化へのめざましい成長を遂げている。さらに、無機半導体ナノ粒子を金属電極でサンドイッチする発光素子も近年注目を集めている。

しかしながら、従来のｐｎ接合型発光ダイオードでは同じチップ内に複数の発光波長を有する微細な光源を高密度に集積することは困難である。また、従来の有機ＥＬ素子及び無機ＥＬ素子では、複数の発光体をパターニングしなければならないが、このパターニングは所定の有機ＥＬ材料又は無機ＥＬ材料に対してシャドウマスクを介して行うため、十分に微細化することができず、前記有機ＥＬ素子の十分な高解像度化を実現することはできないでいた。

本発明は、発光体を高密度に集積させてなる新規な高密度集積発光デバイスの作製方法及び高密度集積発光デバイス並びに高密度集積発光デバイスの作製装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高密度集積発光デバイスの作製方法にあっては、
相対向する複数の電極対を準備する工程と、
直径１０ｎｍ以下のナノ粒子から構成される発光体を、該発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒中に分散させた分散溶液を準備する準備工程と、
前記複数の電極対を前記分散溶液中に浸漬させた状態で前記各電極対間に電圧を印加し、各電極対間に生じた電界により前記各電極対間に前記発光体を集積させる集積工程と、
を具えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の高密度集積発光デバイスの作製方法にあっては、
前記準備工程では、複数種類の発光体を準備するとともに、前記複数種類の発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒を準備し、前記複数種類の発光体のそれぞれを前記非極性溶媒中に分散させることにより、複数の分散溶液を準備し、
前記集積工程では、
前記複数の電極対を前記複数の分散溶液中に順次に浸漬するとともに、各分散溶液中で前記複数の電極対間に電圧を印加し、前記複数の電極対間に前記複数種類の発光体を集積させることを特徴とする。

ナノ粒子の大きさを制御することにより、発光体からの発光波長を制御する工程を具えることは好適である。発光体はＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ及びＰｂＳから選ばれる少なくとも一種のナノ粒子であることは好適である。電極対の間隔を発光体の発光波長以下とすることは好適である。電極対の間隔が５０ｎｍ〜１０μｍであることは好適である。複数の電極対は、高密度集積発光デバイスの駆動電極として併用することは好適である。

本発明に係る高密度集積発光デバイスは、上述の作製方法によって作製され、前記電極対を前記発光体の駆動電極として使用したことを特徴とする。

本発明に係る高密度集積発光デバイスの作製装置は、直径１０ｎｍ以下のナノ粒子から構成される発光体を、該発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒中に分散させた分散溶液と、前記分散溶液に浸漬させた相対向する複数の電極対と、各電極対間に生じた電界により前記各電極対間に所定の発光体を集積させるため、前記複数の電極対それぞれの間に所定の電圧を印加する電源と、を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、発光体を高密度に集積させてなる新規な高密度集積発光デバイスの作製方法及び高密度集積発光デバイス並びに高密度集積発光デバイスの作製装置を提供することができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法の一例を示す工程図である。
最初に、図１に示すように相対向する電極対を形成する。この電極対はコンデンサを構成する構造であれば良く、図１（ａ）に示すように同一平面上に配置することもできるし、図１（ｂ）に示すように上下方向に配置することもできる。また、これらの電極は所定の基板上に形成することもできるし、空間中に浮遊させてこともできる。しかしながら、前記電極対は目的とする高密度集積発光デバイスの駆動電極と併用することができるため、一般的には、前記発光デバイスを構成する基板上に形成する。

次いで、図２に示すように、前記発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒を準備し、前記発光体を前記非極性溶媒中に分散させて所定の分散溶液を形成する。次いで、前記分散溶液中に前記電極対を浸漬し、この状態で図３に示すように前記電極対間に所定の電圧を印加する。すると、図４に示すように、前記電極対間に発生する電界によって、前記分散溶液中に前記発光体は前記電極対間に集積されるようになる。

図５及び図６は、本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法の他の例を示す工程図である。本例においては、図５に示すように、例えば発光体Ａ、Ｂ及びＣが分散した３種類の分散溶液を準備する。前記分散溶液を構成する非極性溶媒は、前述した例と同じように、前記発光体Ａ、Ｂ及びＣの誘電率も小さい誘電率のものを用いる。次いで、これらの分散溶液中に、電極対Ａ、Ｂ及びＣを順次に浸漬する。

但し、前記複数の電極対を分散溶液Ａ中に浸漬させている場合は電極対Ａのみに電圧を印加し、分散溶液Ｂ中に浸漬させている場合は電極対Ｂのみに電圧を印加し、分散溶液Ｃ中に浸漬させている場合は電極対Ｃのみに電圧を印加する。これによって、電極対Ａ間には発光体Ａが集積し、電極対Ｂ間には発光体Ｂが集積し、電極対Ｃ間には発光体Ｃが集積する。したがって、複数の電極対間にそれぞれ異なる発光体を集積することができる。この結果、多色発光の高密度集積発光デバイスを作製することができるようになる。

目的とする高密度集積発光デバイスを作製する場合には、前記発光体を高密度に配置する必要があり、したがって狭小化された前記電極対を高密度に配置する必要がある。一般に、前記発光デバイスは所定の基板上に形成されるものであり、そのためには前記発光体を前記基板上に高密度に集積させる必要がある。したがって、上述した操作は、実際的には前記分散溶液に対して前記電極対を単独で浸漬させる代わりに、前記電極対が高密度に形成された前記基板を浸漬させることによって実行する。

前記高密度集積発光デバイスにおいて、前記発光体は前記基板上に一次元、二次元又は三次元的、すなわちアレイ状に形成する。したがって、前記電極対も前記基板上にアレイ状に形成することが要求される。

また、前記電極対は、電子線露光や超短波紫外線露光などを用いたフォトリソグラフィ技術、あるいは原子間力顕微鏡を利用した陽極酸化技術などを用いることによって形成することができる。この場合、前記電極対は、その大きさ及び間隔を前記技術の許容加工範囲を直接反映して十分に狭小化することができる。このため、前記電極対は前記基板上に高密度に形成することができ、この結果、前記電極対間に集積される前記発光体も前記電極対の高密度形成に伴って、前記基板上に、シャドウマスク法などの技術を用いるよりも高密度に形成し集積させることができる。

前記電極対は、Ｓｉなどの半導体や、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ及びＩＴＯなどの金属、前記半導体と前記金属との積層構造体、又は前記金属同士の積層構造体などから構成することができる。

なお、前記電極対の間隔を前記発光体からの発光波長以下とすることができる。この場合、回折限界で規定されるよりも狭小化された光スポットを得ることができ、目的とする高密度集積発光デバイスは、ディスプレイデバイス、高密度光通信デバイス及び生体計測デバイスなどとして作製することができ、これらのデバイス用途に供することができる。

上述した例においては、上記目的も含めて、前記電極対の間隔を５０ｎｍ〜１０μｍとすることが好ましく、さらには５０ｎｍ〜５μｍとすることが好ましい。

また、上述した発光体は、量子サイズ効果が出現する直径１０ｎｍ以下のナノ粒子から構成することが好ましい。前記ナノ粒子としては、ＣｄＳｅナノ粒子、ＣｄＴｅナノ粒子及びＰｂＳナノ粒子の少なくとも一種から構成することが好ましい。前記ＣｄＳｅナノ粒子は、励起することによって青色から赤色の光を発することができる。前記ＣｄＴｅナノ粒子は、励起することによって同じく青色から赤色の光を発することができる。前記ＰｂＳナノ粒子は、励起することによって赤外域の光（電磁波）を発することができる。なお、具体的な発光波長は前記ナノ粒子の粒径などにも依存する。

したがって、使用すべきナノ粒子の種類が決定した場合において、前記ナノ粒子の大きさ、すなわち粒径を制御することにより、前記ナノ粒子、すなわち発光体からの発光波長を制御することができる。

なお、前記分散溶液を構成する前記非極性溶媒としては、トルエンやヘキサンなどを用いることができる。

また、前記発光体を前記電極対間に集積した後、前記電極対及び前記発光体を含むアセンブリに対してアニール処理を施すこともできる。これによって、最終的に得た高密度集積発光デバイスの電気伝導度をより向上させることができる。前記アニール処理は、例えば窒素あるいは空気雰囲気中、１００℃〜４００℃の温度で行う。

さらに、前記アセンブリに対して前記発光体の発光波長領域において透明な材料からなる保護膜を形成することもできる。これによって、前記発光体の酸化や前記発光体への水分付着を防止することができ、得られた高密度集積発光デバイスの長寿命化を実現することができる。

前記透明な材料としては、パリレンなどの有機材料やＳｉＯ_２などの無機材料を用いることができる。

図７は、本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法における変形例を示す説明図である。図７に示す例においては、コンデンサを構成する電極対がマトリックス状に配列されてなるトランジスタ回路を準備し、このトランジスタ回路を上述した発光体を含む分散溶液中に浸漬させた状態でスイッチングを行い、前記トランジスタ回路の各素子を構成する電極対間に電圧を印加することによって、各電極対間に前記発光体を集積させるようにしている。この場合、前記電極対は、前記発光体を集積させるためのみでなく、前記トランジスタ回路の駆動回路として機能する。したがって、前記トランジスタ回路から直接的に目的とする高密度集積発光デバイスを作製することができる。

また、順次駆動回路により、前記トランジスタ回路を構成する各素子を選択的に順次にスイッチし、このスイッチングに関連させて前記トランジスタ回路を異なる発光体が分散してなる複数の分散溶液に順次浸漬させることにより、前記トランジスタ回路を構成する前記複数の電極対間に異なる発光体を集積させることができる。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法の一例を示す工程図である。図１に示す工程の次の工程を示す図である。図２に示す工程の次の工程を示す図である。図３に示す工程の次の工程を示す図である。本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法の他の例を示す工程図である。図５に示す工程の次の工程を示す図である。本発明の高密度集積発光デバイスの作製方法における変形例を示す説明図である。

Claims

相対向する複数の電極対を準備する工程と、
直径１０ｎｍ以下のナノ粒子から構成される発光体を、該発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒中に分散させた分散溶液を準備する準備工程と、
前記複数の電極対を前記分散溶液中に浸漬させた状態で前記各電極対間に電圧を印加し、各電極対間に生じた電界により前記各電極対間に前記発光体を集積させる集積工程と、
を具えることを特徴とする高密度集積発光デバイスの作製方法。
前記準備工程では、複数種類の発光体を準備するとともに、前記複数種類の発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒を準備し、前記複数種類の発光体のそれぞれを前記非極性溶媒中に分散させることにより、複数の分散溶液を準備し、
前記集積工程では、
前記複数の電極対を前記複数の分散溶液中に順次に浸漬するとともに、各分散溶液中で前記複数の電極対間に電圧を印加し、前記複数の電極対間に前記複数種類の発光体を集積させることを特徴とする、請求項１に記載の高密度集積発光デバイスの作製方法。
前記ナノ粒子の大きさを制御することにより、前記発光体からの発光波長を制御する工程を具えることを特徴とする、請求項１に記載の高密度集積発光デバイスの作製方法。
前記発光体はＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ及びＰｂＳから選ばれる少なくとも一種のナノ粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の高密度集積発光デバイスの作製方法。
前記電極対の間隔を前記発光体の発光波長以下とすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高密度集積発光デバイスの作製方法。
前記複数の電極対は、前記高密度集積発光デバイスの駆動電極として併用することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高密度集積発光デバイスの作製方法。
請求項１〜６の何れか１項に記載の作製方法によって作製され、前記電極対を前記発光体の駆動電極として使用したことを特徴とする高密度集積発光デバイス。
直径１０ｎｍ以下のナノ粒子から構成される発光体を、該発光体の誘電率よりも小さい誘電率を有する非極性溶媒中に分散させた分散溶液と、
前記分散溶液に浸漬させた相対向する複数の電極対と、
各電極対間に生じた電界により前記各電極対間に所定の発光体を集積させるため、前記複数の電極対それぞれの間に所定の電圧を印加する電源と、
を備えたことを特徴とする高密度集積発光デバイスの作製装置。