試作したLEDの構造
東京大学生産技術研究所は、ガラス基板上に低コストでLEDを制作する技術を開発した。LED製造コストが劇的に安価となり、液晶や有機ELに代わるディスプレーや面発光照明に応用できる。
一般的に使われている無機半導体LEDは、サファイヤなどの単結晶基板の上に気相成長法を用いて半導体薄膜を形成することで作られている。人工サファイヤ基板そのものが高価なうえ、量産技術が確立しているとはいえ気相成長法の生産性はさほど高くないのが問題となっている。
製作したRGBそれぞれに発光するLEDと波長パターン
製作したRGBそれぞれに発光するLEDと波長パターン
東京大学生産技術研究所では科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業「CREST」の支援を受け、安価なガラス基板に対して製造が簡単なスパッタリング法によって窒素酸化物半導体薄膜を製造する研究を行った。
ガラスはアモルファスなので電子顕微鏡で見ると凹凸が大きい(左)が、一定の方向に炭素分子が並ぶグラフェン層を作ることにより滑らかな表面となり(右)、半導体層を作ることができる
ガラス基板は非晶質(アモルファス)構造であるため、ナノメートルオーダーでは凹凸があり半導体薄膜を形成するのが難しいが、研究ではグラフェンの層を形成した上に半導体薄膜層を作成。また窒素酸化物半導体では赤色LEDを製作することが困難とされていたが、半導体形成時の温度を下げることで赤色LEDも作成、RGB全色の試作に成功した。
安価なガラス基板を使ってフルカラーのLEDディスプレーを製作できることにより、フレキシブルディスプレーへの応用も可能という。また、製造コストが劇的に低くなることにより、LEDに代わる次世代照明素子として有望な有機EL(とくに塗布プロセス製造が期待されている)とも対抗できる可能性がある。
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