(57)【要約】【課題】発光ナノ粒子を有し、高効率、低コストで、かつ大面積の発光ダイオードと、その発光に応用される発光ナノ粒子を提供する。【解決手段】導電効果を具える第１電極層と、発光ダイオードを成長させる基板と、発光効果を有する発光ナノ粒子層と、導電効果を具える第２電極層とによって構成される発光ダイオード。また、該発光ナノ粒子は、ｐｉｅｔｒｏ’ｓ　ｍｅｔｈｏｄによって溶解可能な硫化カドミウムナノ粒子を合成し、酢酸カドミウム二水和物を混合溶剤に溶解させて第１溶液を得て、別途硫化ナトリウム九水和物と、ｐ−水酸基チオフェノールとを同様の混合溶剤に溶解させて第２溶液を得て、該第１溶液と第２溶液とを混合し、室温、遮光の条件で急激に攪拌して１８時間反応させ、反応物を得て、該反応物に対して遠心分離処理、蒸留水による洗浄を数回行なうことによって得られる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも導電性を有する第１電極層と、発光ダイオードを成長させるための基板と、発光作用を有する発光ナノ粒子層と、導電性を有する第２導電層とを含んでなる発光ダイオードにおいて、
電流を該第１電極層と第２電極層を介して該発光ナノ粒子に通電し、該発光ナノ粒子層を発光させることを特徴とする発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光ナノ粒子が、実質的には酸化物発光ナノ粒子であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光ナノ粒子が、実質的には半導体発光ナノ粒子であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光ナノ粒子が、実質的には高分子発光ナノ粒子であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項５】
前記半導体発光ナノ粒子が、硫化カドミウム粒子（ＣｄＳ）であることを特徴とする請求項３に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光ナノ粒子層を形成するそれぞれの発光ナノ粒子が、５ｎｍ〜５００ｎｍの特定の直径を具えることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光ナノ粒子層を形成する発光ナノ粒子が、実質的には均一に分散して高効率の発光を達成することを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項８】
前記基板が、半導体であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項９】
前記基板が、絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項１０】
前記基板が、シリコンチップであることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項１１】
前記第１電極層の材料が、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選択される金属であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【請求項１２】
前記第２電極層の材料が、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選択される金属であることを特徴とする請求項１に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードに関するものであり、さらに詳しくは発光ナノ粒子を有する発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種のエピタキシャル技術が進歩し、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、活性層の両側に、活性層の材料と異なる材料を接合させた構造（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のものが開発され、成長層の品質が高まっている。このため、発光ダイオード内部の量子効率は９０％を越えるようになった。しかしながら、従来の発光ダイオードの発光層（ＥＬ）はいずれもエピタキシャル成長の方式で形成するため、成長の速度が遅いという問題がある。
【０００３】
しかし、ナノ粒子または量子ドットは、電子形態の密度を増加させることができ、このため素材の発光効率を高めることができる。かかる微細なサイズの発光ナノ粒子は、化学的方法によって形成されるナノ・コロイド粒子を溶剤に均一に分布させるか、またはエピタキシャルの方法で半導体チップの基板（例えばＧａＡｓ）上に成長させることにより形成することができる。
【０００４】
エピタキシャルの方法においては、基板は極めて厳格に選択する必要があり、かつ量子ドットの性質を考慮する必要がある。その形成速度は極めて緩慢であって、（例えば１時間数μｍ：μｍ／ｈｒ）また面積単位の被覆密度も極めて低い。更に真空設備において、製造工程を実施しなければならない。また、その光励起の方法については、エピタキシャル成長方法によって製造される硫化カドミウム（ＣｄＳ）量子ドットポイントが誘導放出（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と、光学的増幅（ｏｐｔｉｃａｌ　ｇａｉｎ）の効果を具えることが実証されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、化学的方法で製造される発光ナノ・コロイド粒子であって、電子励起法において良好な発光効率が得られ、高効率、低コストで、かつ大面積の発光ダイオードに応用される発光ナノ・コロイド粒子を提供することにある。
【０００６】
また、本発明は、発光ナノ粒子を有する発光ダイオードを提供することを課題とする。
さらに、本発明は、低コストで、大面積の発光ダイオードを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、従来の技術とその現状に鑑みて鋭意研究をかさねた結果、導電効果を有する第１電極層と、発光ダイオードを成長させる基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、発光効果を有する発光ナノ粒子層と、導電効果を具える第２電極層とを含み、該第１電極層および第２電極層を介して該発光ナノ粒子層に通電させて発光させる構造によって前記課題を解決できる点に着目し、かかる知見に基づいて本発明を完成した。
【０００８】
また、本発明による発光ナノ粒子は、ｐｉｅｔｒｏ’ｓ　ｍｅｔｈｏｄによって溶解可能な硫化カドミウム（ＣｄＳ）ナノ粒子を合成し、酢酸カドミウム二水和物を混合溶剤に溶解させて第１溶液を得て、
別途、硫化ナトリウム九水和物（ｄｉｓｏｄｉｕｍ　ｓｕｌｆｉｄｅ　ｎｏｎａｈｙｄｒａｔｅ）と、ｐ−ヒドロキシルチオフェノール（ｐ−ｈｙｄｒｏｘｙｌ　ｔｈｉｏｐｈｅｎｏｌ）とを同様の混合溶剤に溶解させて第２溶液を得て、
該第１溶液と第２溶液とを混合し、室温、遮光の条件で急激に攪拌して１８時間反応させ、反応物を得て、
該反応物に対して遠心分離処理、蒸留水による洗浄を数回行なうことによって得られる。
【０００９】
以下、本発明について具体的に説明する。
請求項１に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、少なくとも導電性を有する第１電極層と、発光ダイオードを成長させるための基板と、発光作用を有する発光ナノ粒子層と、導電性を有する第２導電層とを含んでなり、電流が該第１電極層と第２電極層を介して該発光ナノ粒子に通電し、該発光ナノ粒子層を発光させる構成を有するものである。
【００１０】
請求項２に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における発光ナノ粒子として、実質的には酸化物発光ナノ粒子を用いるものである。
【００１１】
請求項３に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における発光ナノ粒子として、実質的には半導体発光ナノ粒子を用いるものである。
【００１２】
請求項４に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における発光ナノ粒子として、実質的には高分子発光ナノ粒子を用いるものである。
【００１３】
請求項５に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項３における半導体発光ナノ粒子として、硫化カドミウム粒子（ＣｄＳ）を用いるものである。
【００１４】
請求項６に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１に記載する発光ナノ粒子層を形成するそれぞれの発光ナノ粒子として、５ｎｍ〜５００ｎｍの特定の直径を有するものを用いるものである。
【００１５】
請求項７に記載の発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における発光ナノ粒子層を形成する発光ナノ粒子として、実質的には均一に分散して高効率の発光を達成するものを用いるものである。。
【００１６】
請求項８に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項８における基板が半導体のものである。
【００１７】
請求項９に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における基板が絶縁体のものである。
【００１８】
請求項１０に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における基板がシリコンチップのものである。
【００１９】
請求項１１に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１における第１電極層の材料が、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選択される金属成分を用いるものである。
【００２０】
請求項１２に記載する発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、請求項１におけうる第２電極層の材料が、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびマグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選択される金属成分を用いるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、発光ナノ粒子を具える発光ダイオードに関し、少なくとも、導電効果を具える第１電極層と、発光ダイオードを成長させる基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、発光効果を有する発光ナノ粒子層と、導電効果を具える第２電極層とを含み、該第１電極層および第２電極層を介して該発光ナノ粒子層に通電させて発光させる構成を有するものである。
かかる発光ナノ粒子を具える発光ダイオードの構造と特徴について詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図面を参照にして以下に説明する。
【００２２】
【実施例】
図１に発光ナノ粒子を有する発光ダイオード（１０）の構造を開示する。該発光ダイオード（１０）は、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）（１１）と、第１電極層（１２）と第２電極層（１４）と、発光効果を有する発光ナノ粒子層（１３）とからなる。該第１電極層（１２）は導電性を有するものであり、好ましくは金属材料によってＮ型電極またはＰ型電極を形成する。具体的には金、銀、アルミニウムまたはマグネシウムによって該第１電極層（１２）を形成する。
【００２３】
該基板（１１）は、半導体または絶縁体であって、通常は発光ダイオードを順調に成長させるためにシリコンチップを半導体ベースとする。
【００２４】
該第２電極層（１４）は導電性を有するものであり、好ましくは金属材料によってＮ型電極またはＰ型電極（即ち、第１電極層と異なる電極）を形成する。具体的には金、銀、アルミニウムまたはマグネシウムによって該第２電極層（１４）を形成する。
【００２５】
該発光ナノ粒子は、実質的には酸化物発光ナノ粒子または半導体発光ナノ粒子であって、例えば硫化カドミウム粒子（ＣｄＳ）または高分子ナノ粒子によって構成される。実施例における発光ナノ粒子層（１３）を形成するそれぞれの発光ナノ粒子（１３１）は５ｎｍ〜５００ｎｍの特定の直径を具え、特に１０ｎｍ未満の発光ナノ粒子は好ましい発光効果を得ることができる。また実質的には該発光ナノ粒子（１３１）は均一に分散して高い発光効率を達成する。
【００２６】
図２に開示するように電流は該第１電極層（２１）と第２電極層（２４）を経て発光ナノ粒子を有する発光ダイオード（２０）を通過し、該発光ナノ粒子層（２３）を発光させる。
【００２７】
本発明による発光ナノ粒子は、実施例において、まずｐｉｅｔｒｏ’ｓ　ｍｅｔｈｏｄによって溶解可能な硫化カドミウム（ＣｄＳ）ナノ粒子を合成する。次に０．８００ｇ、３．０ｍモルの酢酸カドミウム二水和物を２０ｍｌの混合溶剤に溶解させて第１溶液を得る（好ましくは体積比率が１：１：２のシアン化メタン、メタノールおよび水の混合溶液に溶解させる）。
【００２８】
次いで、別途０．３６ｇ、１．５ｍモルの硫化ナトリウム九水和物（ｄｉｓｏｄｉｕｍｓｕｌｆｉｄｅ　ｎｏｎａｈｙｄｒａｔｅ）と、ｐ−ヒドロキシチオフェノール（ｐ−ｈｙｄｒｏｘｙｌ　ｔｈｉｏｐｈｅｎｏｌ）と２０ｍｌの同様の混合溶剤に溶解させて第２溶液を得る（好ましくは体積比率が１：１：２のシアン化メタン、メタノールおよび水の混合溶液に溶解させる）。
【００２９】
次に、該第１溶液と第２溶液とを混合し、室温、遮光の条件で急激に攪拌して１８時間反応させ、反応物を得る。該反応物に対して遠心分離処理、蒸留水による洗浄を数回行ない、０．７ｇの黄色い硫化カドミウム（ＣｄＳ）ナノ粒子を得る。該ナノ粒子は、表面にｐ−ヒドロキシチオフェノールによる保護物質を有する。
【００３０】
次に、該硫化カドミウム・ナノコロイド粒子をエチルアルコールに溶解させて１％（重量／体積）の溶液を得て、該溶液をスピンコートに供する。該得られたナノ粒子のサイズは約５ｎｍである。
【００３１】
本発明による発光ダイオードは、好ましい実施例によれば低抵抗値（ｄｏｐｉｎｇ１０１５／ｃｍ３）のチップに対して、アセトン、メタノールおよびイオン除去水による超音波洗浄を順に行なう。更にチップをスピンコート装置に設けて４０００ｒｐｍで６０秒間回転させる。該スピンコート装置には、前記製法によって得られた硫化カドミウナノ粒子を注入する。
【００３２】
次いで、次の（１）、（２）、（３）の方法で、それぞれ第１サンプルと、第２サンプルと、第３サンプルを得る。
（１）数滴の硫化カドミウムナノ粒子溶液でスピンコートを行なった後、低圧（７５ｍｍＨｇ）、室温の条件で５分間乾燥させて第１サンプルを得る。
（２）数滴の硫化カドミウムナノ粒子溶液でスピンコートを行なった後、低圧（７５ｍｍＨｇ）の条件で急激に４２５℃に至るまで加熱し、５分間乾燥させて第２サンプルを得る。
（３）１：１（体積比）１％のカドミウムナノ粒子溶液と、６％のＳｉＯ２ナノ粒子溶液を混合させて溶液を形成し、該溶液を数滴スピンコートした後、低圧（７５ｍｍＨｇ）の条件で急激に４２５℃に至るまで加熱し、５分間乾燥させて第３サンプルを得る。
【００３３】
スピンコートを完了させた後、チップの上面と底面に蒸着で３ｎｍのクロムｒ層を形成し、さらに金フィルムを蒸着して、１０ｎｍ　の透過性電極であるトップ電極と、１５０ｎｍの底部電極とを形成する。
【００３４】
図３には、起動電圧が約３ボルトの場合の発光ダイオードの整流的ダイオードＩ―Ｖ曲線を開示する。前記第１サンプルは図４に開示するように５２６．５５ｎｍの波長で発光する。第２サンプルおよび第３サンプルはそれぞれ図５および図６に開示するように波長が５２６．６５ｎｍから５１３．７ｎｍに移行する。また５７１．５ｎｍでも発光する。これは酸素添加物に属する。
【００３５】
以上から明らかなように、発光波長５２６．５ｎｍは、製造工程において温度が高まるにつれて（室温から４２５℃に高める）短かくなる（５１３．７ｎｍ）。しかしながら、強度は増加する。
【００３６】
別途酸素を含む環境において製造した場合、５７１．５ｎｍの新しい波長が出現し、その発光強度は数百倍になる。酸素添加物を具えることは新たな発光波長を得るのみならず、発光強度を百倍以上にすることができる。このような変更は従来の半導体発光ダイオードにおいて予測できなかったことである。よって周波数可変型の発光体の製造にとって便利であり、本発明による発光ダイオードの発光波長の多様性と、その発展に無限の可能性をもたらすものである。
【００３７】
化学的方法で発光ナノ・コロイド粒子を形成する方法は次の長所を有する。即ち、
（１）溶液態であって、大量に生産して溶液に分散させることができる。
（２）例えば、スプレー、浸漬またはスピンコートなどの従来の方法で塗布することができ、いかなる基板においても瞬時に成膜することができる。
（３）その成膜速度は毎秒数μｍ（μｍ／ｓｅｃ）を達成し、速度を千倍に高めて高密度、大面積のダイオードを形成することができる。該面積は基板の面積のみに制限を受ける。
よって、本発明に係る発光ナノ粒子を有する発光ダイオードは、製造コストを低減させ、大面積の発光ダイオードが得られる。
【００３８】
以上は本発明の好ましい実施例であって、本発明の範囲を限定するものではない。よって当業者のなし得る修正または変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものはいずれも本発明の特許請求の範囲に含まれるものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、発光ナノ粒子を具え、高効率、低コストで、かつ大面積の発光ダイオードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの構造を表わす断面図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードの構造を表わす断面図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードのＩ−Ｖ曲線を表わすグラフである。
【図４】本発明に係る第１サンプルのＥ−Ｌ曲線を表わすグラフである。
【図５】本発明に係る第２サンプルのＥ−Ｌ曲線を表わすグラフである。
【図６】本発明に係る第３サンプルのＥ−Ｌ曲線を表わすグラフである。
【符号の説明】
１１、１２　　　基板
１２、２１　　　第１電極層
１３、２３　　　発光ナノ粒子層
１３１　　　　　　　発光ナノ粒子
１４、２４　　第２電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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