JP2016505661A - 発光量子ドット - Google Patents

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Abstract

本発明は発光量子ドットに関するものであって、特に量子ドットをキャッピング(capping)するリガンドが発光物質を含有し、水溶液上で分散性および安定性に優れると共に、発光素子に適用時、色純度および発光特性に優れた発光量子ドットおよびその製造方法に関するものである。【選択図】 図2

Description

本発明は発光量子ドットに関するものであって、特に量子ドットをキャッピング(capping)するリガンドが発光物質を含有し、水溶液上で分散性および安定性に優れると共に、発光素子に適用時、色純度および発光特性に優れた発光量子ドットおよびその製造方法に関するものである。
量子ドット(Quantum Dot)はナノサイズの半導体物質であって、量子制限(quantum confinement)効果を示し、このような量子ドットは励起源(excitation source)から光を受けてエネルギー励起状態に至ると、自主的に該当するエネルギーバンドギャップ(bandgap)によるエネルギーを放出するようになる。また、量子ドットの大きさを調節して該当バンドギャップを調節すれば電気的、光学的特性を調節することができるので、量子ドットの大きさ調節のみで発光波長を調節することができ、優れた色純度および高い発光効率などの特性を示すことができるため、発光素子または光電変換素子など多様な素子に応用することができる。
従来研究された発光素子としての量子ドットは、水溶液上で分散性および安定性が落ち、色純度および発光特性が落ちるため、発光素子として用いることに困難があり、これに対するたゆまぬ研究が行われているのが実情である。
前記のような問題点を解決するために、本発明は、水溶液上で分散性および安定性に優れると共に、発光素子に適用時、色純度および発光特性に優れた発光量子ドット、その製造方法およびこれを含む発光素子を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明は、
コア/シェルの構造体とシェルの表面に付着されたリガンドを含む量子ドットであって、
前記リガンドが発光グループを含む量子ドットを提供する。
また、本発明は、コア/シェルの構造体が分散された溶液に発光グループを含むリガンドを加えた後、攪拌する段階を含むことを特徴とする発光量子ドットの製造方法を提供する。
また、本発明は、発光素子において、発光物質として前記発光量子ドットを含むことを特徴とする発光素子を提供する。
また、本発明は、発光素子の製造方法において、前記発光量子ドットで発光層を形成する段階を含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
本発明による発光量子ドットは、水溶液上で分散性および安定性に優れると共に、発光素子に適用時、色純度および発光特性に優れるため、従来の発光素子に比べて優れた色純度、高安定性および高い発光効率を有するようにすることができる。
本発明の一実施形態によるQDの製造方法を示したものである。 本発明の一実施形態による発光量子ドットを用いた発光素子の模式図を示したものである。 本発明の一実施形態による発光量子ドットのUV吸収およびPLスペクトルを測定したものである。 本発明の一実施形態による発光素子のUV吸収およびPLスペクトルを測定したものである。 本発明の一実施形態による電界発光(EL)素子のIVL特性とELスペクトルを測定したものである。 本発明の一実施形態による電界発光(EL)素子の色座標を示したものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の発光量子ドットは、
コア/シェルの構造体とシェルの表面に付着されたリガンドを含む量子ドットであって、
前記リガンドが発光グループを含むことを特徴とする。
前記リガンドは、発光グループ、およびシェルと発光グループを連結する連結グループを含み、必要によって前記連結グループと発光グループの間にスペーサを含むことができる。
下記の構造式1は本発明の一実施形態による発光量子ドットの模式図を示したものである。
[構造式1]
上記構造式1において、Aは発光グループを示し、Lはスペーサ、Xは連結グループを示す。本発明で前記発光グループはそれぞれ独立して、互いに同一もしくは異なってもよく、同時に同一の色を発光するか、または2種類以上の互いに異なる色を発光することもできる。
本発明の発光量子ドットにおいて、コア/シェル構造体は公知のコア/シェル構造体を用いることができ、一例として大韓民国公開特許公報第2010−35466号に記載されたコア/シェル構造体を用いることもできる。より具体的に、コア/シェル構造体は、a)2族、12族、13族および14族から選択された第1元素と16族から選択された第2元素;b)13族から選択された第1元素および15族から選択された第2元素;およびc)14族元素;からなる群より選択された一つの物質、あるいはこれらがコア/シェルの構造体を形成したものが例として挙げられ、その例としてはMgO、MgS、MgSe、MgTe、CaO、CaS、CaSe、CaTe、SrO、SrS、SrSe、SrTe、BaO、BaS、BaSe、BaTE、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、Al、Al、AlSe、AlTe、Ga、Ga、GaSe、GaTe、In、In、InSe、InTe、SiO、GeO、SnO、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbO、PbS、PbSe、PbTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、BP、Si、Geからなる群より1種以上選択されるものであり、これらがコア/シェル形態の構造体を形成したものを使用することができる。
前記コア/シェルの構造体の平均直径は任意に調節可能であり、1−12nmのものを使用することができる。好ましくは、500以上800以下nm領域帯の光を発光するコア/シェルの構造体は5−12nmの直径、400以上500未満nm領域帯の光を発光するコア/シェルの構造体は1−3nmの直径を有するようにすることができる。
また、本発明の発光量子ドットにおいて、前記発光グループは400以上800以下nmの光を発光するグループを適用することができる。
前記発光グループは公知の発光グループを用いることができ、例えば、蛍光またはリン光発光グループを使用することができる。より具体的に、前記発光グループはFL1乃至FL38、またはPL1乃至PL59のうちの一つであり得る。
下記FL1乃至FL38、またはPL1乃至PL59において、*は連結部分であり、ここで連結部分は括弧内の置換位置のうちの一つ以上に連結され、R1乃至R16はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;アミノ基;ニトリル基;ニトロ基;重水素、ハロゲン、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基に置換もしくは非置換のC〜C40のアルキル基;C〜C40のアルケニル基;C〜C40のアルコキシ基;C〜C40のシクロアルキル基;C〜C40のヘテロシクロアルキル基;C〜C40のアリール基;C〜C40のヘテロアリール基;C〜C40のアラルキル基;C〜C40のアリールオキシ基;C〜C40のアリールチオ基またはSiである。任意的に、R1乃至R16から選択された2つ以上は互いに結合して環を形成することができ、S、N、O、Siが含まれてもよい。
また、本発明の発光量子ドットにおいて、前記連結グループはシェルに付着されながら発光グループまたはスペーサに連結される連結基であれば特に限定されず、一例として、チオール(thiol)基、カルボキシ基、アミン基、ホスフィン(phosphine)基、およびフォスファイド(phosphide)基からなる群より1種以上選択される基を使用することができる。好ましくは、前記連結基はチオール基である。
また、本発明の発光量子ドットでは前記発光グループと連結グループの間にスペーサをさらに含むことができる。前記スペーサはコア/シェル構造体に付着される発光グループの個数を増加させ、発光量子ドット製造時に発光物質を含むリガンドの溶媒に対する分散を容易にし、エネルギートランスファを遮断したりもして高純度白色実現に寄与することができる。具体的に、前記スペーサは置換もしくは非置換の飽和または不飽和C−C30のアルキル基、C−C40のシクロアルキル基、Si−Si30のシランが用いられるが、これに限定されるのではない。
好ましくは、本発明の発光量子ドットは発光グループ、スペーサおよび連結グループを全て含み、一例として下記のような構造であり得る。下記構造において、−SH、COOH、NHのH部分がコア/シェル構造体と結合する部分である。
本発明において、末端に発光グループを含む全体発光量子ドットの大きさは任意に調節可能であり、好ましくは5乃至30nm、さらに好ましくは10−20nmであるのがよい。また、本発明において、コア/シェル構造体と発光グループの発光強さは任意に調節可能であり、好ましくは本発明においてコア/シェル構造体と発光グループが補色関係にある時、コア/シェル構造体と発光グループの発光強度比はその差が30%以内であるのが白色光源として好ましい。例えば、400以上500未満nm領域帯の発光強度が1である時、500以上800以下nm領域帯の発光強度は0.7−1.3が好ましく、500以上800以下nm領域帯の発光強度が1である時、400以上500未満nm領域帯の発光強度は0.7−1.3であるのがよい。
下記構造式2は本発明の具体的な一例による発光量子ドットの模式図を示したものであって、発光物質が400以上500未満nm領域帯の光を発光し、コア/シェル構造体は公知の量子ドットを使用することができる。
[構造式2]
本発明による発光量子ドットは、コア/シェルの構造体が分散された溶液に発光グループを含むリガンドを加えた後、攪拌する段階を含んで製造することができる。前記でコア/シェルの構造体の製造は公知の方法を用いることができるのはもちろんであり、具体的に図1に記載された合成方法によって製造できる。
また、発光グループを含むリガンドの製造は、発光グループに連結グループを結合させるか、または下記反応式1および2の過程を経てスペーサを発光グループと連結グループの間に含ませてリガンドを製造することができる。
[反応式1]
[反応式2]
上記反応式2は具体的に下記反応式3であり得る。
[反応式3]
上記反応式において、A、L、Xは構造式1で定義した通りである。
また、コア/シェルの構造体に発光グループを含むリガンドを付着する方法において、前記攪拌は常温乃至100℃の温度で0.1乃至100時間行われる。
また、本発明は、前記発光量子ドットを用いた発光素子(QLED)およびその製造方法を提供する。本発明において、前記発光素子は本発明による前記発光量子ドットを用いて形成した発光層を除いては他の公知技術が適用できるのはもちろんである。
一例として、発光素子は、一実施形態によれば、基板−陰極−本発明による発光量子ドットで形成した発光層−陽極が順次に形成されるように構成することができ、前記陰極と発光層の間に電子輸送層をさらに形成することができ、発光層と陽極の間に正孔輸送層をさらに形成することもできる。また、必要によって電子輸送層と発光層の間に正孔抑制層をさらに含むこともでき、各層の間にバッファー層を形成することもできる。
本発明において、発光量子ドットを用いた発光素子(QLED)は通常の製作方法によって形成可能であり、前記発光層を含むそれぞれの有機膜の厚さは30乃至100nmになるように製造することができる。
本発明による発光素子では各層の間にバッファー層が形成されてもよいところ、このようなバッファー層の素材としては通常使用される物質を使用することができ、例えば、銅フタロシアニン(copper phthalocyanine)、ポリチオフェン(polythiophene)、ポリアニリン(polyaniline)、ポリアセチレン(polyacetylene)、ポリピロール(polypyrrole)、ポリフェニレンビニレン(polyphenylene vinylene)、またはこれらの誘導体を使用することができるが、これに限定されない。
前記正孔輸送層の素材としては通常使用される物質を使用することができ、例えば、ポリトリフェニルアミン(polytriphenylamine)を使用することができるが、これに限定されない。
前記電子輸送層の素材としては通常使用される物質を使用することができ、例えば、ポリオキサジアゾール(polyoxadiazole)を使用することができるが、これに限定されない。
前記正孔抑制層の素材としては通常使用される物質を使用することができ、例えば、LiF、BaFまたはMgFなどを使用することができるが、これに限定されない。
より具体的に、本発明の発光素子は図2に記載された方法によって製造されてもよい。
前記のように製造された本発明による発光素子は安定性が高く、従来の発光素子に比べて優れた色純度、および高い発光効率を有する。
以下、本発明の理解のために好ましい実施形態を提示するが、下記の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるのではない。
[合成例1]9−ブロモ−10−フェニルアントラセンの合成(発光物質の合成)
アルゴンまたは窒素雰囲気下で、250ml入りフラスコに、2−ナフタレンボロン酸4.2g、9−ブロモアントラセン6.8g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.6g、トルエン50mlおよび炭酸ナトリウム8.4gを水50mlに溶解したものを入れ、還流しながら24時間加熱攪拌した。反応後、室温まで冷却させて析出した結晶をろ過分離した。これをトルエンで再結晶化して、7.5gの結晶を収得した。
アルゴンまたは窒素雰囲気下で、250ml入りフラスコに、前記結晶7.5gと脱水処理したDMF(ジメチルホルムアミド)100mlを入れ、80℃で加熱し、原料を溶解させた後、50℃でN−ブロモコハク酸イミド4.8gを加えて、2時間攪拌した。反応終了後、精製水200mlに反応液を注入して析出した結晶をろ過分離した。これをトルエンで再結晶化して、6.8gの結晶を収得した。
[合成例2]9−(10−ブロモデシル)−10−フェニルアントラセン(スペーサ合成)
9−ブロモ−10−フェニルアントラセン8gを無水ジエチルエーテル(anhydrous diethyl ether)300mlに溶かした。ここで、0℃でn−BuLi(2M)18mlを徐々に入れた。0℃で1時間維持後、1,10−ジブロモデカン21.6mlを入れた。30分後、2時間還流攪拌した。反応がそれ以上行われないと、常温に冷却後、蒸留水80mlを入れた。有機層を集め、水層をエチルエーテル40mlで3回抽出した。無水硫酸マグネシウムで水分除去後、ヘキサン(hexane)を移動相にしてカラム分離して薄緑色オイル状9−(10−ブロモデシル)−10−フェニルアントラセン5.7g(50%)を得た。
H NMR(CDCl、400MHz):8.32(2H、d)、7.63(2H、d)、7.59(9H、m)、3.92(2H、t)、3.65(2H、t)、1.70−1.68(2H、m)、1.64−1.60(4H、m)、1.52(10H、m)
[合成例3]化合物DJ−A−1合成
9−(10−ブロモデシル)−10−フェニルアントラセン4g(1eq)とチオウレア1.3g(2eq)を無水エタノール50mlに溶かし、4時間還流攪拌した。ここに6Mの水酸化ナトリウム50mlを入れ、2時間還流攪拌した。反応がそれ以上行われないと、エタノール除去後、エチルアセテート30mlで3回抽出した。ブライン溶液で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで水分除去後、CHClを移動相にしてカラム分離して薄緑色オイル状10−(10−フェニルアントラセン−9−イル)デカン−1−チオール1.4g(39%)を得た。

H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.26−1.38(6H、m)、1.43−1.46(4H、m)、1.62−1.66(2H、m)、1.85−1.90(4H、m)、3.42(2H、t、J=6.8Hz)、3.64−3.69(2H、m)、7.31−7.35(2H、m)、7.40−7.42(2H、m)、7.48−7.59(5H、m)、7.66(2H、d、J=8.8Hz)、8.33(2H、d、J=9.2Hz)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobile phase from 0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in6.0min)。Purityis99.72%、Rt=2.48min;MSCalcd.:426.24;MSFound426.2[M]。
[合成例4]化合物DJ−A−2合成
前記合成例1で合成例3過程を繰り返し、但し、合成例2で1,10−ジブロモデカンの代わりに1,5−ジブロモペンタンを使用し、淡黄色(Pale yellow)DJ−A−2を合成した。
H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.45(1H、t、J=7.6Hz)、1.74−1.81(4H、m)、1.87−1.92(2H、m)、2.60(2H、q、J=7.6Hz)、3.66−3.70(2H、m)、7.32−7.35(2H、m)、7.40−7.42(2H、m)、7.48−7.54(3H、m)、7.55−7.59(2H、m)、7.66(2H、d、J=8.4Hz)、8.31(2H、d、J=8.8Hz)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobile phase from 10%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 90%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to5%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and95%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in6.0min)。Purityis99.52%、Rt=2.61min;MSCalcd.:356.16;MSFound356.2[M]。
前記合成例3および4の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例5]化合物DJ−A−3合成
前記合成例1で合成例3の過程を繰り返し、但し、合成例1で9−ブロモ−10−フェニルアントラセンの代わりに9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセンを使用し、白色固体DJ−A−3を合成した。
H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.32−1.45(12H、m)、1.60−1.63(2H、m)、1.75−1.78(2H、m)、2.52(2H、q、J=7.6Hz)、2.75−2.79(2H、m)、7.30−7.32(4H、m)、7.35−7.41(4H、m)、7.46−7.48(2H、m)、7.53−7.61(3H、m)、7.66−7.73(4H、m)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobile phase from 0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in10min)。Purityis99.62%、Rt=3.94min;MSCalcd.:502.27;MSFound502.2[M]。
[合成例6]化合物DJ−A−4合成
前記合成例5で1,10−ジブロモデカンの代わりに1,5−ジブロモペンタンを使用し、淡黄色(Pale yellow)固体DJ−A−4を合成した。
H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.39(1H、t、J=7.6Hz)、1.54−1.60(2H、m)、1.73−1.82(2H、m)、2.61(2H、q、J=7.6Hz)、2.79−2.82(2H、m)、7.31−7.33(4H、m)、7.39−7.40(4H、m)、7.47−7.49(2H、m)、7.54−7.60(3H、m)、7.67−7.73(4H、m)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobil ephase from 5%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 95%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in6.0min)。Purityis99.58%、Rt=2.85min;MSCalcd.:432.19;MSFound432.2[M]。
前記合成例5および6の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例7]化合物DJ−A−5合成
前記合成例1で合成例3の過程を繰り返し、但し、合成例1で9−ブロモ−10−フェニルアントラセンの代わりに9−ブロモ−10−(2−ナフチル)アントラセンを使用し、黄色固体DJ−A−5を合成した。
H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.32−1.42(12H、m)、1.59−1.65(2H、m)、1.75−1.81(2H、m)、2.54(2H、q、J=7.6Hz)、2.79(2H、t、J=7.6Hz)、7.28−7.35(4H、m)、7.39−7.43(4H、m)、7.57−7.62(3H、m)、7.69−7.76(4H、m)、7.90−7.93(1H、m)、7.98(1H、s)、8.01−8.04(1H、m)、8.07(1H、d、J=8.4Hz)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobile phase from 0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in10min)。Purityis99.84%、Rt=4.95min;MSCalcd.:552.29;MSFound552.2[M]。
合成例7の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例8]化合物DJ−A−6合成
前記合成例7の過程を繰り返し、但し、合成例2で1,10−ジブロモデカンの代わりに1,5−ジブロモペンタンを使用し、黄色固体DJ−A−6を合成した。
H−NMR(CDCl、Varian400MHz):δ1.39(1H、t、J=7.2Hz)、1.62−1.54(2H、m)、1.85−1.71(4H、m)、2.61(2H、q、J=7.2Hz)、2.83−2.79(2H、m)、7.36−7.28(4H、m)、7.42(4H、s)、7.63−7.59(3H、m)、7.76−7.70(4H、m)、7.93−7.91(1H、m)、7.98(1H、s)、8.04−8.02(1H、m)、8.07(1H、d、J=8.4Hz)。
LC−MS(LC:Agilent 1200、MS:LCQ Advantage Max):Mobile phase from 0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA] and 100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]to0%[water+0.01%HFBA+1.0%IPA]and100%[CHCN+0.01%HFBA+1.0%IPA]in6.0min)。Purityis99.76%、Rt=2.23min;MSCalcd.:482.21;MSFound482.2[M]。
合成例8の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例9]9−(10−ブロモ−9−アントラシル)−N,N,N,N−テト ラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミンの合成(発光物質の合成)
アルゴンまたは窒素雰囲気下で、1000ml入りフラスコに、2,7−ジブロモ−9H−カルバゾール32.5g、ジフェニルアミン37.2g、トリス(ベンジリデンアセトン)パラジウム(0)4.6g、トルエン300mlおよびテトラブトキシドナトリウム100gを入れ、還流しながら24時間加熱攪拌した。反応後、室温まで冷却させて析出した結晶をろ過分離した。これをトルエンで再結晶化して、40gの結晶を収得した。
アルゴンまたは窒素雰囲気下で、1000ml入りフラスコに、前記結晶40g、9−ブロモアントラセン38g、トリス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)2.2g、トルエン400mlおよびテトラブトキシドナトリウム60gを入れ、還流しながら24時間加熱攪拌した。反応後、室温まで冷却させて析出した結晶をろ過分離した。これをトルエンで再結晶化して45gの結晶を収得した。
アルゴンまたは窒素雰囲気下で、1000ml入りフラスコに、前記結晶45gと脱水処理したDMF(ジメチルホルムアミド)500mlを入れ、80℃で加熱し、原料を溶解させた後、50℃でN−ブロモコハク酸イミド15gを加えて、2時間攪拌した。反応終了後、精製水200mlに反応液を注入して析出した結晶をろ過分離した。これをトルエンで再結晶化して、42gの結晶を収得した。
[合成例10]9−(10−ブロモデシル−9−アントラシル)−N、N、N、 N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミン(スペーサ合成)
9−(10−ブロモ−9−アントラシル)−N、N、N、N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミン9.5gを無水ジエチルエーテル(anhydrous diethyl ether)300mlに溶かした。ここで、0℃でn−BuLi(2M)17.5mlを徐々に入れた。0℃で1時間維持後、1,10−ジブロモデカン22.4mlを入れた。30分後、2時間還流攪拌した。反応がそれ以上行われないと、常温に冷却後、蒸留水80mlを入れた。有機層を集め、水層をエチルエーテル40mlで3回抽出した。無水硫酸マグネシウムで水分除去後、ヘキサン(hexane)を移動相にしてカラム分離して薄緑色オイル状9−(10−ブロモデシル−9−アントラシル)−N、N、N、N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミン6.3g(49%)を得た。
H NMR(CDCl、400MHz):8.32(2H、d)、8.17(2H、s)、7.89(4H、m)、7.63(2H、d)、7.59(14H、m)、3.92(2H、t)、3.65(2H、t)、1.70−1.68(2H、m)、1.64−1.60(4H、m)、1.52(10H、m)
[合成例11]化合物DJ−A−7合成
9−(10−ブロモデシル−9−アントラシル)−N、N、N、N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミン4.1g(1eq)とチオウレア1.2g(2eq)を無水エタノール50mlに溶かし、4時間還流攪拌した。ここに6Mの水酸化ナトリウム50mlを入れ、2時間還流攪拌した。反応がそれ以上行われないと、エタノール除去後、エチルアセテート30mlで3回抽出した。ブライン溶液で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで水分除去後、(CHCl:)を移動相にしてカラム分離して薄緑色オイル状10−(10−フェニルアントラセン−9−イル)デカン−1−チオール1.4g(36%)を得た。
H NMR(CDCl、400MHz):8.32(2H、d)、8.17(2H、s)、7.89(4H、m)、7.63(2H、d)、7.59(14H、m)、3.92(2H、t)、3.65(2H、t)、1.70−1.68(2H、m)、1.63−1.60(4H、m)、1.51(10H、m)
[合成例12]化合物DJ−A−8合成
合成例1で合成例3の過程を繰り返して、但し、合成例2で1,10−ジブロモデカンの代わりに1,5−ジブロモペンタンを使用し、淡黄色(Pale yellow)DJ−A−8を合成した。
H NMR(CDCl、400MHz):8.31(2H、d)、8.18(2H、s)、7.98(4H、m)、7.73(2H、d)、7.59(14H、m)、3.94(2H、t)、3.65(2H、t)、1.70−1.68(2H、m)、1.63−1.60(4H、m)、1.51(5H、m)
前記合成例10および12の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例13]化合物DJ−A−9合成
合成例1で合成例3の過程を繰り返して、但し、合成例11で9−(10−ブロモ−9−アントラシル)−N、N、N、N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミンの代わりに9−(10−(4−ブロモフェニル)−9−アントラシル)−N、N、N、N−テトラフェニル−9H−カルバゾール−3,6−ジアミンを使用し、白色固体DJ−A−9を合成した。
H NMR(CDCl、400MHz):8.32(2H、d)、8.17(2H、s)、7.89(8H、m)、7.63(2H、d)、7.59(14H、m)、3.92(2H、t)、3.65(2H、t)、1.70−1.68(2H、m)、1.63−1.60(4H、m)、1.51(10H、m)
[合成例14]化合物DJ−A−10合成
前記合成例13で1,10−ジブロモデカンの代わりに1,5−ジブロモペンタンを使用し、淡黄色(Pale yellow)固体DJ−A−10を合成した。
H NMR(CDCl、400MHz):8.42(2H、d)、8.24(2H、s)、7.79(8H、m)、7.68(2H、d)、7.57(14H、m)、3.92(2H、t)、3.63(2H、t)、1.74−1.68(2H、m)、1.63−1.60(4H、m)、1.49(10H、m)
前記合成例13および14の全体反応模式図は次の通りである。
[合成例15]CdSe/ZnS合成
カドミウム酸化物の0.4mmolCDO(99.99%)、亜鉛アセテート4mmol(99.9%、粉末)とオレイン酸(OA)の5.58mLを100mLの3口フラスコに入れ、窒素雰囲気下で150℃で30分間の加熱した。その次、1オクタデセン(ODE)20mLを入れ、温度を310℃に増加した。トリオクチルホスフィン(trioctylphosphine)3mL(TOP)、セレニウム1mmol(SE)、硫黄(S)2.3mmolを急速にフラスコに注入した。反応温度を10分間310℃で維持した後、常温に冷却した。生成された量子ドットをクロロホルム20mLと過量のアセトンで精製した(3回以上)。量子ドットを5.0mg/mLの濃度でクロロホルムまたはヘキサンに再分散(redispersed)した。
[合成例16]ZnOナノ粒子(nanoparticles)合成
ZnOナノ粒子は電子輸送層として用いられ、ZnOナノ粒子合成のための一般的な方法は、酢酸亜鉛(Zinc acetate)をジメチルスルホキシド(DMSO、0.5M)30ml入れ、エタノールにテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)(0.55M)混合物を1時間攪拌した。遠心分離してエタノールと過度のアセトン混合物で洗浄した。合成されたZnOナノ粒子は30mg/mLの濃度でエタノールに分散およびLED製造装置に対する電子輸送層材料として使用した。
[実施例1]白色量子ドット合成(Ligand Exchange)
前記合成例15で製造した量子ドットでCdSe/ZnS溶液(0.2ml、5mg/ml in hexane)を製造し、前記合成例3で製造した発光物質(0.5ml、3mM in hexane)を添加し、30分間常温で攪拌した。反応フラスコにメタノールを加えて固体化させた後に遠心分離して白色量子ドットを製造した。リガンド交換(Ligand exchange)結果はIR DATAで確認し、UV吸収およびPLスペクトル(図3FT−IRスペクトル(a)DJ−A−1、(b)DJ−A−1+CdSe/ZnS)を確認した。
[実施例2]高色純度白色量子ドット合成(Ligand Exchange)
前記合成例15で製造した量子ドットでCdSe/ZnS溶液(0.2ml、5mg/ml in hexane)を製造し、前記合成例3で製造した発光物質(0.5ml、3mM in hexane)と前記合成例11で製造した発光物質(0.5ml、3mM in hexane)を添加し、30分間常温で攪拌した。反応フラスコにメタノールを加えて固体化させた後に遠心分離して白色量子ドットを製造した。リガンド交換(Ligand exchange)結果はIR DATAで確認し、UV吸収およびPLスペクトルを確認した。
[実施例3]QD−LED素子製作
QD−LEDは、インジウム錫酸化物がコーティングされたガラス(ITO/ガラス)基板(sheet resistance<10Ω/□)に製作した。ITOガラスは1分間超音波を用いてアセトンとイソプロピルアルコールで洗浄し、アルゴン/酸素1分間プラズマ処理した。ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS、Baytron P AI 4083)9:1体積比でイソプロピルアルコールで稀釈した後、30秒間4,000rpmでスピンコーティングした。PEDOT:PSSコーティングされたITOガラスを大気中に10分間120℃でホットプレートでベーキングした。
コーティングされた基板をNで満たされたグローブボックスでポリビニルカルバゾール(PVK、クロロベンゼンの0.01g/mL)を30秒間3,000rpmでスピンコーティングした後、30分間180℃で基板をベーキング処理して、ホール輸送層として使用した。発光層としては前記実施例1で製造した白色量子ドット溶液を20秒間1,500rpmでスピンコーティングした。
その次に、ZnOナノ粒子(30mg/mL)溶液を30秒間1,500rpmでスピンコーティングし、基板は150℃で30分間ベーキングした。最後に、このような多層薄膜基板を高真空蒸着チャンバー(背景圧力〜5×10−6torr)に入れ、アルミニウムカソード(100nmの厚さ)を蒸着した。
[比較例1]オレンジ色(Orange)QD−LED素子製作
実施例3で白色量子ドットの代わりにオレンジ色(Orange)量子ドット(CdSe/ZnO580)を発光層として使用した。
[比較例2]青色(Blue)素子製作
実施例3で白色量子ドットの代わりに前記合成例3のDJ−A−1で発光層として使用した。
前記実施例3および比較例1−2の発光素子のUV吸収およびPLスペクトルを測定して図4に示した。図4でa)、b)、c)はそれぞれ比較例1、比較例2および実施例3を示す。
また、前記実施例3および比較例1−2の発光素子の電界発光(EL)素子のIVL特性とELスペクトルを測定して下記表1および図5に示した。
[実施例4]高色純度QD−LED素子製作
前記実施例3の方法でQD−LED素子を製作し、実施例1の発光素子の代わりに実施例2の高色純度発光素子を用いて高色純度QD−LEDを製造した。図6は前記実施例3(a)および実施例4(b)のQD−LED素子の色座標を示したものである。
図6に示されているように、オレンジ色QDにブルー(青色)リガンドを使用して白色を実現した実施例3の素子より、オレンジ色QDにブルー(青色)リガンドとグリーン(緑色)リガンドを共に使用した実施例4の素子が高色純度の白色を示すのを確認することができる。

Claims (13)

  1. コア/シェルの構造体とシェルの表面に付着されたリガンドを含む量子ドットであって、
    前記リガンドが発光グループを含む量子ドット。
  2. 前記リガンドは、発光グループ、およびシェルと発光グループを連結する連結グループを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光量子ドット。
  3. 前記リガンドは、前記連結グループと発光グループの間にスペーサをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の発光量子ドット。
  4. 前記発光グループは、下記グループからなる群より1種以上選択されることを特徴とする請求項1に記載の発光量子ドット:
    上記FL1乃至FL38、またはPL1乃至PL59において*は連結部分であり、ここで、連結部分は括弧内の置換位置のうちの一つ以上に連結され、R1乃至R16はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;アミノ基;ニトリル基;ニトロ基;重水素、ハロゲン、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基に置換もしくは非置換のC〜C40のアルキル基;C〜C40のアルケニル基;C〜C40のアルコキシ基;C〜C40のシクロアルキル基;C〜C40のヘテロシクロアルキル基;C〜C40のアリール基;C〜C40のヘテロアリール基;C〜C40のアラルキル基;C〜C40のアリールオキシ基;C〜C40のアリールチオ基またはSiである。任意的にR1乃至R16から選択された2つ以上は互いに結合して環を形成することができ、S、N、O、Siが含まれてもよい。
  5. 前記発光グループは、400以上800未満nm領域帯の光を発光することを特徴とする請求項1に記載の発光量子ドット。
  6. 前記連結グループは、チオール(thiol)基、カルボキシ基、アミン基、ホスフィン(phosphine)基、およびフォスファイド(phosphide)基からなる群より1種以上選択されることを特徴とする請求項2に記載の発光量子ドット。
  7. 前記スペーサは、置換もしくは非置換の飽和または不飽和C−C30のアルキル基、C−C40のシクロアルキル基、Si−Si30のシランであることを特徴とする請求項3に記載の発光量子ドット。
  8. 前記リガンドは、下記の構造で表現されるもののうちの一つであることを特徴とする請求項3に記載の発光量子ドット:
    上記構造において、−SH、COOH、NHのH部分がコア/シェル構造体と結合する部分である。
  9. 前記量子ドットの粒径は、5乃至30nmであることを特徴とする請求項1に記載の発光量子ドット。
  10. コア/シェルの構造体が分散された溶液に発光グループを含むリガンドを加えた後、攪拌する段階を含むことを特徴とする請求項1記載の発光量子ドットの製造方法。
  11. 前記攪拌は、常温乃至100℃の温度で0.1乃至100時間行われることを特徴とする請求項10に記載の発光量子ドットの製造方法。
  12. 発光素子において、
    発光物質として請求項1記載の発光量子ドットを含むことを特徴とする発光素子。
  13. 発光素子の製造方法において、
    請求項1記載の発光量子ドットで発光層を形成する段階を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
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