デバイス作製結果と考察

チップと外部計測機器とを接続する回路は、感光基板 (NZ-P12K、サンハヤト)を 用いて作製する。形成する回路図面を図4-24に示す。インクジェットフィルム (PF-3R-A4、サンハヤト)に回路図面を印刷しマスクを作製する。ライトボックス

(BOX-W9B/5050Hz、サンハヤト)を用い、150 秒間露光しパターニングを行う。作製した

感光基板回路を図 4-25 に示す。いずれも回路の短絡なく良好に作製されている。

電極作製後、中心部に正方形の貫通穴を作製した。

LEDを格納する治具は、NCフライス加工機（MH2NCV、大阪機工）を用いて作 製する。立体構造の作製機器には、3Dプリンタ等も存在するが、格納する3W3色 LEDの排熱処理の目的で治具材料をAlとし、切削加工により作製する。LED格納 治具の設計図を図 4-26 に示す。格納部は 2 つに区切られており、互いの光が干渉 しない構造となっている。上層には1 mm の貫通穴を 2 つ作製している。作製し た治具を図4-27に示す。治具の干渉は生じていない。

治具上部に設置する貫通穴付きのSi基板を図4-28に示す。作製工程は、厚み300

m の Si 基板を加工し 2 つのホールを作製する。加工には誘導結合プラズマ反応 性イオンエッチング装置 (ICP-RIE、Multiplex-ICP、住友精密工業)を用い、誘導結合 プラズマを利用した垂直異方性エッチングにて貫通穴を作製する。ホール径が10

mであることから、片面からのエッチングでは貫通しきれないので、両面にCrに よるパターニングを行い両面からの垂直異方性エッチングを行う。加工手順の概要 を以下に示す。

1. パーティクル除去の目的で Si 基板をアンモニア水（EL アンモニア水、関東化 学）と過酸化水素水（EL 過酸化水素水、関東化学）を体積比 3:1 で混合したア ンモニア過水内で15 min洗浄する。

2. 基板表面へCr (目標膜厚1250 Å)をスパッタリングにより成膜する。S1805を用 いホールパターンをフォトリソグラフィ・エッチングにて形成する。

3. ICP-RIEによる垂直異方性エッチングを行う。

4. 基板上の有機物除去の目的で、硫酸過水を用いて10 min洗浄する。

5. 基板裏面へCr を目標膜厚 1250 Åでスパッタリングにより成膜する。ポジレジ

ストS1805を用いパターンをフォトリソグラフィ・エッチングにて形成する。

6. ICP-RIEによる垂直異方性エッチングを行う。

各材料のスピンコート時の回転速度と回転時間、加熱温度と時間は前述の条件と

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同値である。

以上の加工手順で作製したホール基板の画像を図 4-29 に示す。2 つのホールが 作製できていることがわかった。また、光照射機構の組み立ての様子を図 4-30 に 示す。Al治具下層内に3W3色LED格納し1 mmの穴を2つ貫通させた治具上部 を用いて密閉する。ピンホールパターンを加工したSi基板を取り付け、XYZステ ージ (LT-3007-S1、中央精機)に固定する。XYZステージ上に固定した光照射機構と、

チップを取り付けた感光基板を組み合わせたデバイスを図 4-31 に示す。光照射機 構はチップの真下に配置され、ピンホール位置を微調整できる。チップ基板からの 出力および LED への電気信号入力用端子として BNC コネクタ(BNC、Cosmetec resources)を取り付ける。

作製したデバイスからの光の輝度の評価を行った。ピンホールからの光を正立顕 微鏡にて撮影し、画像解析ソフトMacBiophotonics ImageJ (NIH)を用いて画像解析し た。評価に用いた画像と輝度値を表4-2に示す。各画像から異なる輝度値が得られ ており、RGBそれぞれの可視光を照射できることがわかった。

(a)1層目 (b)2層目

図4-24 感光基板回路図面

10 mm 20 mm

100

(a)感光基板(1層目) (b)感光基板(2層目)

図4-25 作製した感光基板の画像

(a)上層 (b)下層

図4-26 LED格納治具の模式図

(a)上層及び下層 (b)組み立て後

図4-27 作製LED格納治具の画像

10 mm

10mm 10 mm

30 mm 30 mm

幅0.2 mm 幅2 mm

20 mm

20 mm 10 mm

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(a)表面 (b)裏面

図4-28 ホール基板模式図

(a)表面 (b)裏面

図4-29 作製ホール基板の画像

(a)LED格納 (b)ホール基板設置

図4-30 光照射機構部の画像

500 m 500 m

10 mm 10 mm

10 mホール

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(a)デバイス全体 (b)デバイス側面

図4-31 作製デバイスの画像

表4-2 ホールからの光と相対輝度値

COLOR

RED GREEN BLUE WHITE

輝度

最大値 96 24 36 109 3次元

グラフ

15 mm 15 mm

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