JP2017110039A - Illuminant and production method of the same, fluorescent probe using illuminant, fluorescent probe dispersion liquid, led device, color wheel for projection display device, wavelength conversion film, display device and photo-electric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光体及びその製造方法や、発光体を用いた蛍光プローブ、蛍光プローブ分散液、LED装置、投射型表示装置用カラーホイール、波長変換フィルム、ディスプレイ装置、並びに光電変換装置に関する。 The present invention relates to a luminescent material, a method for manufacturing the same, a fluorescent probe using the luminescent material, a fluorescent probe dispersion, an LED device, a color wheel for a projection display device, a wavelength conversion film, a display device, and a photoelectric conversion device.
従来、特定波長の光等によって励起される蛍光材料を、各種照明装置の波長変換層や、特定の生体物質を蛍光標識するための標識プローブ等に用いることが知られている。このような蛍光材料の一つに半導体ナノ粒子がある。 Conventionally, it is known that a fluorescent material excited by light of a specific wavelength is used for a wavelength conversion layer of various illumination devices, a labeled probe for fluorescently labeling a specific biological substance, and the like. One such fluorescent material is semiconductor nanoparticles.
一般的に、半導体ナノ粒子は、耐光性に優れ、長期間励起光を照射しても蛍光強度が低下し難いという利点がある。また、このような半導体粒子の中でも、特に蛍光量子収率が高い材料として、セレン化カドミウムが知られている。しかしながら、カドミウムは、生体に対する影響や、環境への配慮という観点から、その使用量は少ないことが好ましい。そこで、カドミウムの使用量が少なく、かつ高い量子収率を示す半導体ナノ粒子の提供が望まれていた。 In general, semiconductor nanoparticles have an advantage that they are excellent in light resistance and that the fluorescence intensity is hardly lowered even when irradiated with excitation light for a long time. Among such semiconductor particles, cadmium selenide is known as a material having a particularly high fluorescence quantum yield. However, cadmium is preferably used in a small amount from the viewpoint of influence on the living body and consideration of the environment. Therefore, it has been desired to provide semiconductor nanoparticles that use a small amount of cadmium and exhibit a high quantum yield.
このような要求に対し、波長700nm以上の範囲に発光ピーク波長を有し、かつカドミウムを含まないようにし得る、3元系の半導体ナノ粒子が提案されている(特許文献1)。当該特許文献1の半導体ナノ粒子は、バルク状の発光材料を得た後、これをボールミル等によってナノ粒子化することで得られる。 In response to such demands, ternary semiconductor nanoparticles have been proposed that have an emission peak wavelength in a wavelength range of 700 nm or more and that do not contain cadmium (Patent Document 1). The semiconductor nanoparticles of Patent Document 1 can be obtained by obtaining a bulk light-emitting material and then converting it into nanoparticles using a ball mill or the like.
特許文献1に記載の半導体ナノ粒子は、ペロブスカイト型結晶構造を有しており、そのアスペクト比が1.4に近い程、つまり結晶構造が立方晶である程、バンドギャップが小さくなり、所望の波長の光(例えば可視光)が得られやすくなると想定される。また同時に、蛍光量子収率が高くなることが期待される。しかしながら、特許文献1に記載の方法で得られる半導体ナノ粒子は、粉砕時に生じた多くの格子欠陥を有し、蛍光量子収率が低くなりやすかった。またさらに、特許文献1に記載の方法で得られる半導体ナノ粒子では、粒径のばらつきが大きいため、発光ピークの半値幅が広くなりやすく、蛍光の色純度が低いとの課題もあった。従って、蛍光量子収率が高く、発光ピークの半値幅がシャープな特性を有する3元系の半導体ナノ粒子が求められていた。 The semiconductor nanoparticles described in Patent Document 1 have a perovskite crystal structure, and the closer the aspect ratio is to 1.4, that is, the cubic crystal structure, the smaller the band gap, the desired It is assumed that light of a wavelength (for example, visible light) is easily obtained. At the same time, it is expected that the fluorescence quantum yield is increased. However, the semiconductor nanoparticles obtained by the method described in Patent Document 1 have many lattice defects generated during pulverization, and the fluorescence quantum yield tends to be low. Furthermore, the semiconductor nanoparticles obtained by the method described in Patent Document 1 have a problem in that since the variation in particle size is large, the half-value width of the emission peak tends to be widened and the color purity of the fluorescence is low. Accordingly, there has been a demand for ternary semiconductor nanoparticles having high fluorescence quantum yield and sharp half-value width of emission peak.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、蛍光量子収率が高く、粒径にばらつきが少なく、発する蛍光の色純度が高い半導体ナノ粒子を含む発光体やその製造方法、また当該発光体を用いた各種発光体を用いた蛍光プローブ、LED装置、波長変換フィルム、並びに光電変換装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. That is, the present invention uses a phosphor including semiconductor nanoparticles having a high fluorescence quantum yield, a small variation in particle size, and a high color purity of emitted fluorescence, a method for producing the phosphor, and various phosphors using the phosphor. An object of the present invention is to provide a fluorescent probe, an LED device, a wavelength conversion film, and a photoelectric conversion device.
すなわち、本発明の第一は、以下の発光体にある。
[1]一般式(1)M1m1M2m2Xx(一般式(1)中、M1は、Li、Na、K、Rb、及びCsからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、M2は、Ge及びSnのうちのいずれか一方、もしくは両方の元素を示し、Xは、F、Cl、Br、及びIからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、m1は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、m2は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、xは2.0〜4.0の範囲の値を示す)で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を複数含む発光体であり、前記半導体ナノ粒子の長径をα、短径をβとしたとき、前記発光体が含む前記半導体ナノ粒子の総数に対する、アスペクト比(α/β)が1.0〜1.8である前記半導体ナノ粒子の個数の割合が50%以上であり、前記半導体ナノ粒子の長径αの変動係数が40%以下である、発光体。
That is, the first of the present invention is the following light emitter.
[1] General formula (1) M1 m1 M2 m2 X x (In general formula (1), M1 represents one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs; , Ge and Sn, or both elements, X represents one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I, and m1 is 0.7 to 1 .3, m2 represents a value in the range of 0.7 to 1.3, and x represents a value in the range of 2.0 to 4.0. An illuminant comprising a plurality of nanoparticles, wherein the aspect ratio (α / β) relative to the total number of the semiconductor nanoparticles contained in the illuminant is 1 when the major axis of the semiconductor nanoparticles is α and the minor axis is β. The ratio of the number of the semiconductor nanoparticles being 0 to 1.8 is 50% or more, and the semiconductor nanoparticles The variation coefficient of the major axis α of the child is 40% or less, the light emitter.
[2]前記発光体が含む前記半導体ナノ粒子の総数に対する、前記アスペクト比が1.0〜1.8である前記半導体ナノ粒子の個数の割合が70%以上である、[1]に記載の発光体。
[3]前記発光体が含む前記半導体ナノ粒子の総数に対する、前記アスペクト比が1.0〜1.5である前記半導体ナノ粒子の個数の割合が70%以上である、[1]または[2]に記載の発光体。
[2] The ratio of the number of the semiconductor nanoparticles having the aspect ratio of 1.0 to 1.8 to the total number of the semiconductor nanoparticles included in the luminous body is 70% or more. Luminous body.
[3] The ratio of the number of the semiconductor nanoparticles having the aspect ratio of 1.0 to 1.5 to the total number of the semiconductor nanoparticles included in the light emitter is 70% or more. [1] or [2 ] The light-emitting body of description.
[4]前記半導体ナノ粒子の長径αの変動係数が20%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載の発光体。
[5]前記半導体ナノ粒子は、波長400〜800nmの範囲に発光ピーク波長を有する、[1]〜[4]のいずれかに記載の発光体。
[6]前記半導体ナノ粒子は、波長400〜700nmの範囲に発光ピーク波長を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の発光体。
[4] The luminous body according to any one of [1] to [3], wherein a variation coefficient of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is 20% or less.
[5] The luminous body according to any one of [1] to [4], wherein the semiconductor nanoparticles have an emission peak wavelength in a wavelength range of 400 to 800 nm.
[6] The light emitting body according to any one of [1] to [5], wherein the semiconductor nanoparticles have an emission peak wavelength in a wavelength range of 400 to 700 nm.
[7]前記半導体ナノ粒子の発光ピークの半値幅が60nm以下である、[1]〜[6]のいずれかに記載の発光体。
[8]前記半導体ナノ粒子が、シェル層で被覆されている、[1]〜[7]のいずれかに記載の発光体。
[9]前記半導体ナノ粒子の格子定数に対する前記シェル層の格子定数の比率が70%以上130%以下である、[1]〜[8]のいずれかに記載の発光体。
[7] The light emitter according to any one of [1] to [6], wherein a half-value width of a light emission peak of the semiconductor nanoparticles is 60 nm or less.
[8] The light emitter according to any one of [1] to [7], wherein the semiconductor nanoparticles are covered with a shell layer.
[9] The light emitter according to any one of [1] to [8], wherein a ratio of a lattice constant of the shell layer to a lattice constant of the semiconductor nanoparticles is 70% to 130%.
本発明の第二は、以下の発光体の製造方法にある。
[10]前記[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体の製造方法であって、複数の金属化合物及び溶媒を含む溶液を加熱する加熱工程と、前記溶液を冷却する冷却工程と、を含む、発光体の製造方法。
[11]前記加熱工程は、前記溶液を120℃以上に加熱する工程であり、前記冷却工程は、1℃/秒以上の温度勾配で前記溶液を冷却する工程である、[10]に記載の発光体の製造方法。
[12]前記[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体の製造方法であって、複数の金属化合物及び溶媒を含む溶液を、多孔質状の鋳型の細孔内に充填し、加熱する工程と、前記溶液を冷却する冷却工程と、を含む、発光体の製造方法。
The second of the present invention lies in the following method for producing a light emitter.
[10] The method for manufacturing a light emitter according to any one of [1] to [9], wherein a heating step of heating a solution containing a plurality of metal compounds and a solvent, and a cooling step of cooling the solution, The manufacturing method of the light-emitting body containing these.
[11] The heating step is a step of heating the solution to 120 ° C. or higher, and the cooling step is a step of cooling the solution with a temperature gradient of 1 ° C./second or higher. A method for manufacturing a luminous body.
[12] The method for producing a light emitter according to any one of [1] to [9], wherein a solution containing a plurality of metal compounds and a solvent is filled in pores of a porous template, A method for manufacturing a luminous body, comprising: a step of heating; and a cooling step of cooling the solution.
本発明の第三は、上述の発光体を用いた各種用途やその製造方法にある。
[13]前記[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体と、前記発光体に結合した標的指向性リガンドと、を有する、蛍光プローブ。
[14]前記標的指向性リガンドが、抗体またはその親和性物質、細胞膜親和性物質、ウイルス細胞認識部位、親油性トレーサー、複製機能のないウイルス粒子、細胞小器官親和性物質、葉酸、トランスフェリン、トランスフェリン結合型ペプチド、および、糖鎖と結合性を有するタンパク質からなる群から選択される1種または2種以上の分子である、[13]に記載の蛍光プローブ。
[15]前記発光体の表面の官能基と、前記標的指向性リガンドが有する官能基と、が共有結合している、[13]または[14]に記載の蛍光プローブ。
[16]前記[13]〜[15]のいずれかに記載の蛍光プローブが、水または緩衝液に分散されている、蛍光プローブ分散液。
The third aspect of the present invention resides in various uses and manufacturing methods using the above-described light emitter.
[13] A fluorescent probe comprising the illuminant according to any one of [1] to [9] and a target-directing ligand bound to the illuminant.
[14] The targeting ligand is an antibody or an affinity substance thereof, a cell membrane affinity substance, a viral cell recognition site, a lipophilic tracer, a virus particle having no replication function, an organelle affinity substance, folic acid, transferrin, transferrin The fluorescent probe according to [13], which is one or more molecules selected from the group consisting of a binding peptide and a protein having a binding property to a sugar chain.
[15] The fluorescent probe according to [13] or [14], wherein a functional group on the surface of the light emitter and a functional group of the target-directing ligand are covalently bonded.
[16] A fluorescent probe dispersion liquid in which the fluorescent probe according to any one of [13] to [15] is dispersed in water or a buffer solution.
[17]LED素子と、前記LED素子の光の出射面上に配置された波長変換層と、を含み、前記波長変換層が、[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体を含む、LED装置。
[18]前記波長変換層が、前記発光体及びバインダを含む波長変換フィルムからなる、[17]に記載のLED装置。
[19]回転中心の周囲に配置された光調整層を備えた投射型表示装置用カラーホイールであって、前記光調整層が、[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体を含む、投射型表示装置用カラーホイール。
[17] The light emitting device according to any one of [1] to [9], including an LED element and a wavelength conversion layer disposed on a light emission surface of the LED element. Including LED device.
[18] The LED device according to [17], wherein the wavelength conversion layer includes a wavelength conversion film including the light emitter and a binder.
[19] A color wheel for a projection display device provided with a light adjustment layer disposed around a rotation center, wherein the light adjustment layer comprises the light emitter according to any one of [1] to [9]. Including a color wheel for a projection display device.
[20]前記[1]〜[9]のいずれかに記載の発光体と、バインダと、を含む、波長変換フィルム。
[21]前記[20]に記載の波長変換フィルムを含む、ディスプレイ装置。
[22]前記[20]に記載の波長変換フィルムを有する、光電変換装置。
[20] A wavelength conversion film comprising the light emitter according to any one of [1] to [9] and a binder.
[21] A display device comprising the wavelength conversion film according to [20].
[22] A photoelectric conversion device comprising the wavelength conversion film according to [20].
本発明の発光体は、蛍光量子収率が高く、発する蛍光の色純度が高い。したがって、本発明の発光体は、蛍光プローブや照明装置の波長変換層用の材料等、種々の用途に適用が可能である。 The phosphor of the present invention has a high fluorescence quantum yield and a high color purity of emitted fluorescence. Therefore, the light emitter of the present invention can be applied to various uses such as a fluorescent probe and a material for a wavelength conversion layer of an illumination device.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。なお、本願において、数値範囲を表す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。 Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail, this invention is not limited to the following embodiment, In the range of the summary, it can implement in various changes. In addition, in this application, "-" showing a numerical range is used by the meaning containing the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit.
1.発光体
本発明の一実施形態の発光体は、一般式(1)M1m1M2m2Xx(一般式(1)中、M1は、Li、Na、K、Rb、及びCsからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、M2は、Ge及びSnのうちのいずれか一方、もしくは両方の元素を示し、Xは、F、Cl、Br、及びIからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、m1は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、m2は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、xは2.0〜4.0の範囲の値を示す)で表される組成を有する化合物、つまりペロブスカイト型結晶構造を有する3元系の化合物からなる半導体ナノ粒子を複数含む。なお、M1、M2、Xは、それぞれが複数の元素で構成される場合、m1、m2、xは、それらの元素の当量の合計値を表す。
1. Light Emitter The light emitter according to one embodiment of the present invention is represented by the general formula (1) M1 m1 M2 m2 X x (wherein M1 is selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. M2 represents one or both of Ge and Sn, and X represents one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. M1 represents a value in the range of 0.7 to 1.3, m2 represents a value in the range of 0.7 to 1.3, and x represents a value in the range of 2.0 to 4.0. A plurality of semiconductor nanoparticles composed of a ternary compound having a perovskite crystal structure. When M1, M2, and X are each composed of a plurality of elements, m1, m2, and x represent total values of equivalents of these elements.
ペロブスカイト型結晶構造を有する半導体ナノ粒子では、図1の模式図に示されるように、立方晶、正方晶、斜方晶のいずれかの結晶構造をとり得る。そして、半導体ナノ粒子の結晶構造がこれらの結晶構造を有する場合に、半導体ナノ粒子の蛍光粒子収率が高まりやすく、特に立方晶である場合に、半導体ナノ粒子の蛍光粒子収率が非常に高くなる。半導体ナノ粒子の結晶構造は、半導体ナノ粒子の長径をα、短径をβとしたときのアスペクト比(α/β)によって判断することができ、α/βが1.0〜1.8の範囲内であれば、これらの結晶構造を有するといえる。 The semiconductor nanoparticles having a perovskite crystal structure can have a cubic, tetragonal or orthorhombic crystal structure as shown in the schematic diagram of FIG. And when the crystal structure of the semiconductor nanoparticles has these crystal structures, the yield of the fluorescent particles of the semiconductor nanoparticles tends to increase, and particularly when the crystal structure is cubic, the yield of the fluorescent particles of the semiconductor nanoparticles is very high. Become. The crystal structure of the semiconductor nanoparticles can be determined by the aspect ratio (α / β) when the major axis of the semiconductor nanoparticles is α and the minor axis is β, and α / β is 1.0 to 1.8. If it is within the range, it can be said to have these crystal structures.
これに対し、上記特許文献1に記載の方法で得られるペロブスカイト型構造を有する3元系の半導体ナノ粒子は、アスペクト比が大きく、蛍光量子収率を十分に高めることが困難であった。これらの半導体ナノ粒子は、バルク状の発光材料をボールミル等で粉砕することで製造される。そして、立方晶や正方晶の結晶構造を有するバルク状の発光材料を生成することができたとしても、所望のアスペクト比となるように粉砕することが難しく、得られる半導体ナノ粒子のアスペクト比が大きくなりやすかった。さらに、粉砕の際に結晶に格子欠陥が生じやすく、この点からも蛍光量子収率が低くなりやすかった。また、従来公知の半導体ナノ粒子では、粒径が不均一であることが多く、各半導体ナノ粒子が発する蛍光の発光ピーク波長もばらつきやすかった。 In contrast, the ternary semiconductor nanoparticles having a perovskite structure obtained by the method described in Patent Document 1 have a large aspect ratio, and it is difficult to sufficiently increase the fluorescence quantum yield. These semiconductor nanoparticles are produced by pulverizing a bulk light emitting material with a ball mill or the like. Even if a bulk light-emitting material having a cubic or tetragonal crystal structure can be produced, it is difficult to grind to obtain a desired aspect ratio, and the resulting semiconductor nanoparticles have an aspect ratio of It was easy to grow. Furthermore, lattice defects are likely to occur in the crystal during pulverization, and from this point, the fluorescence quantum yield tends to be low. In addition, conventionally known semiconductor nanoparticles often have non-uniform particle sizes, and the emission peak wavelength of the fluorescence emitted by each semiconductor nanoparticle is likely to vary.
これに対し、本実施形態の発光体では、アスペクト比が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の個数比率が50%以上である。つまり、発光体が、立方晶や正方晶、斜方晶のいずれかの結晶構造を有する半導体ナノ粒子を多く含むことから、発光体の蛍光量子収率が非常に高い。また、その粒子の長径の変動係数(CV値)が十分に小さいことから、各発光体ナノ粒子が発する蛍光の色(波長)にばらつきが生じ難く、発光体が発する蛍光の色純度も高い。 On the other hand, in the luminous body of this embodiment, the number ratio of the semiconductor nanoparticles having an aspect ratio of 1.0 to 1.8 is 50% or more. In other words, since the phosphor includes many semiconductor nanoparticles having a crystal structure of any one of cubic, tetragonal, and orthorhombic, the fluorescence quantum yield of the phosphor is very high. In addition, since the variation coefficient (CV value) of the major axis of the particles is sufficiently small, variations in the color (wavelength) of the fluorescence emitted by each phosphor nanoparticle hardly occur, and the color purity of the fluorescence emitted by the phosphor is high.
ここで、本実施形態の発光体は、半導体ナノ粒子の集合体であってもよいが、半導体ナノ粒子がシェル層で被覆されたコア−シェル型の粒子の集合体であってもよい。半導体ナノ粒子がシェル層で被覆されていると、半導体ナノ粒子の量子閉じ込め効果が大きくなり、蛍光量子収率が高まりやすくなる。以下、半導体ナノ粒子、及びシェル層について、それぞれ説明する。 Here, the luminous body of the present embodiment may be an aggregate of semiconductor nanoparticles, but may be an aggregate of core-shell type particles in which the semiconductor nanoparticles are covered with a shell layer. When the semiconductor nanoparticles are covered with the shell layer, the quantum confinement effect of the semiconductor nanoparticles is increased, and the fluorescence quantum yield is easily increased. Hereinafter, each of the semiconductor nanoparticles and the shell layer will be described.
(1)半導体ナノ粒子
本実施形態の発光体に含まれる半導体ナノ粒子は、一般式(1)M1m1M2m2Xxで表される化合物からなる。上記一般式(1)中、M1は、Li、Na、K、Rb、及びCsからなる群から選ばれる一種以上の元素を表す。これらの中でも、可視光域の蛍光が得られるとの観点から、好ましくは、RbまたはCsである。半導体ナノ粒子を構成する化合物には、M1として、上記元素が1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。
(1) Semiconductor nanoparticle The semiconductor nanoparticle contained in the light emitter of the present embodiment is composed of a compound represented by the general formula (1) M1 m1 M2 m2 X x . In the general formula (1), M1 represents one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs. Among these, Rb or Cs is preferable from the viewpoint that fluorescence in the visible light range can be obtained. The compound constituting the semiconductor nanoparticles may contain only one of the above elements as M1, or two or more of them.
また、M2は、GeまたはSnを示し、半導体ナノ粒子を構成する化合物には、これらのうちいずれか一方のみが含まれてもよく、両方が含まれていてもよい。さらに、Xは、F、Cl、Br、及びIからなる群から選ばれる一種以上の元素を表す。これらの中でも可視光域の蛍光が得られるとの観点から、好ましくは、Cl、Br、及びIである。半導体ナノ粒子を構成する化合物には、Xとして、上記元素が1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。 M2 represents Ge or Sn, and the compound constituting the semiconductor nanoparticles may include only one of them or both of them. X represents one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. Among these, Cl, Br, and I are preferable from the viewpoint of obtaining fluorescence in the visible light region. In the compound constituting the semiconductor nanoparticles, only one of the above elements may be contained as X, or two or more of them may be contained.
また、m1は、M1で表される元素の含有比率を示し、0.7〜1.3の範囲の値であり、好ましくは0.9〜1.1であり、より好ましくは0.95〜1.05ある。また、m2は、M2で表される元素の含有比率を示し、0.7〜1.3の範囲の値であり、好ましくは0.9〜1.1であり、より好ましくは0.95〜1.05ある。また、xはXで表される元素の含有比率を示し、2.0〜4.0の範囲の値であり、好ましくは2.7〜3.3であり、より好ましくは2.9〜3.1である。 Moreover, m1 shows the content rate of the element represented by M1, and is a value of the range of 0.7-1.3, Preferably it is 0.9-1.1, More preferably, it is 0.95- 1.05. M2 represents the content ratio of the element represented by M2, and is a value in the range of 0.7 to 1.3, preferably 0.9 to 1.1, more preferably 0.95. 1.05. Moreover, x shows the content rate of the element represented by X, and is the value of the range of 2.0-4.0, Preferably it is 2.7-3.3, More preferably, it is 2.9-3 .1.
本実施形態では、「発光体が含む半導体ナノ粒子の総数」に対する、「アスペクト比(α/β)が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の個数」の割合が50%以上である。なお、「発光体が含む半導体ナノ粒子の総数」に対する、「アスペクト比(α/β)が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の個数」の割合は70%以上であることが好ましく、「発光体が含む半導体ナノ粒子の総数」に対する、「アスペクト比(α/β)が1.0〜1.5である半導体ナノ粒子の個数」の割合が、70%以上であることが特に好ましい。「アスペクト比(α/β)が1.0〜1.5である半導体ナノ粒子の個数」の割合が多いことは、結晶構造が立方晶である半導体ナノ粒子の割合が多いことを意味する。そして、発光体において、結晶構造が立方晶である半導体ナノ粒子の割合が多くなると、発光体の蛍光量子収率が非常に高くなる。 In the present embodiment, the ratio of “the number of semiconductor nanoparticles having an aspect ratio (α / β) of 1.0 to 1.8” to “the total number of semiconductor nanoparticles included in the light emitter” is 50% or more. . The ratio of “the number of semiconductor nanoparticles having an aspect ratio (α / β) of 1.0 to 1.8” to “the total number of semiconductor nanoparticles included in the light emitter” is preferably 70% or more. The ratio of the “number of semiconductor nanoparticles having an aspect ratio (α / β) of 1.0 to 1.5” to the “total number of semiconductor nanoparticles included in the light emitter” is particularly 70% or more. preferable. A large ratio of “number of semiconductor nanoparticles having an aspect ratio (α / β) of 1.0 to 1.5” means that a large percentage of semiconductor nanoparticles have a cubic crystal structure. When the proportion of semiconductor nanoparticles having a cubic crystal structure is increased in the illuminant, the fluorescence quantum yield of the illuminant becomes very high.
上記アスペクト比(α/β)は、以下のように測定することが可能であるが、その測定方法は、当該方法に限定されない。まず、半導体ナノ粒子を分散媒に分散させた分散液を準備し、当該分散液をスライドガラス上に滴下して乾燥させる。これにより、Z軸方向が短径となるように半導体ナノ粒子を固定化することができる。続いて、TEMにより半導体ナノ粒子のX軸・Y軸面から画像観察を行い、半導体ナノ粒子の長径αを求める。そして、同サンプルについて、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて観察することで、短径βを求める。そして、これらの値から、長径/短径(α/β)を算出し、これをアスペクト比とする。また、発光体が含む半導体ナノ粒子100個以上について、アスペクト比を算出し、これらのデータから「アスペクト比が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の割合」や「アスペクト比が1.0〜1.5である半導体ナノ粒子の割合」を算出する。 The aspect ratio (α / β) can be measured as follows, but the measurement method is not limited to this method. First, a dispersion liquid in which semiconductor nanoparticles are dispersed in a dispersion medium is prepared, and the dispersion liquid is dropped on a slide glass and dried. Thereby, a semiconductor nanoparticle can be fixed so that a Z-axis direction may become a short axis. Subsequently, image observation is performed from the X-axis / Y-axis plane of the semiconductor nanoparticles by TEM to determine the major axis α of the semiconductor nanoparticles. Then, the minor axis β is obtained by observing the sample using an AFM (atomic force microscope). Then, from these values, the major axis / minor axis (α / β) is calculated and used as the aspect ratio. In addition, the aspect ratio was calculated for 100 or more semiconductor nanoparticles included in the luminescent material, and from these data, the “ratio of semiconductor nanoparticles having an aspect ratio of 1.0 to 1.8” and “aspect ratio of 1. The ratio of semiconductor nanoparticles that is 0 to 1.5 is calculated.
また、半導体ナノ粒子の表面にシェル層が形成されている場合、半導体ナノ粒子のアスペクト比(α/β)は、以下のように測定することができる。まず、コア−シェル型の粒子を塩酸等の酸に浸漬させて、シェル層を徐々に溶解させる。溶解は、溶液をICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析方)等により分析しながら行う。そして、溶液からコア(半導体ナノ粒子)の成分が検出された時点で、溶解を中止し、上記と同様にアスペクト比を算出する。 Further, when a shell layer is formed on the surface of the semiconductor nanoparticles, the aspect ratio (α / β) of the semiconductor nanoparticles can be measured as follows. First, core-shell type particles are immersed in an acid such as hydrochloric acid to gradually dissolve the shell layer. The dissolution is performed while analyzing the solution by ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) or the like. Then, when the core (semiconductor nanoparticle) component is detected from the solution, dissolution is stopped and the aspect ratio is calculated in the same manner as described above.
また、本実施形態では、半導体ナノ粒子は、長径αの変動係数(以下、「CV値」とも称する)が、40%以下であり、20%以下であることがより好ましい。CV値は、半統計学において、ばらつきを表す数値であり、下記式で表される。
CV値[%]=(σ/D)×100
上記式中、σは標準偏差を示し、Dは半導体ナノ粒子の長径αの平均値を表す。半導体ナノ粒子の長径αは、透過型電子顕微鏡(TEM)により半導体ナノ粒子の粒子100個以上について観察を行って求められる値とし、当該測定値から、標準偏差や平均粒径を求める。なお、半導体ナノ粒子の表面にシェル層が形成されている場合、上述した方法と同様の方法により、シェル層を溶解させて、半導体粒子のみとしてから、測定を行う。ここで、上記CV値が小さい程、半導体ナノ粒子の長径αの均一性が高いことを示す。したがって、CV値が40%以下であると、半導体ナノ粒子の長径αの均一性が高まり、各半導体ナノ粒子が発する蛍光の強度や色度にばらつきが少なくなる。
In the present embodiment, the semiconductor nanoparticles have a coefficient of variation of the major axis α (hereinafter also referred to as “CV value”) of 40% or less, and more preferably 20% or less. The CV value is a numerical value representing variation in semi-statistics, and is represented by the following formula.
CV value [%] = (σ / D) × 100
In the above formula, σ represents a standard deviation, and D represents an average value of the major axis α of the semiconductor nanoparticles. The major axis α of the semiconductor nanoparticles is a value obtained by observing 100 or more particles of the semiconductor nanoparticles with a transmission electron microscope (TEM), and the standard deviation and the average particle diameter are obtained from the measured values. In addition, when the shell layer is formed on the surface of the semiconductor nanoparticle, the shell layer is dissolved by the same method as described above, and the measurement is performed after only the semiconductor particle is formed. Here, the smaller the CV value, the higher the uniformity of the major axis α of the semiconductor nanoparticles. Therefore, when the CV value is 40% or less, the uniformity of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is increased, and variations in the intensity and chromaticity of the fluorescence emitted from each semiconductor nanoparticle are reduced.
なお、半導体ナノ粒子の平均粒径は、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色(発光色)と相関することから、所望の発光色に応じて適宜選択されるが、長径αの平均値は1〜20nmであることが好ましく、1〜15nmであることがより好ましい。半導体ナノ粒子の長径αの平均値が上記範囲であると、十分な量子閉じ込め効果が得られ、各半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高くなる。なお、半導体ナノ粒子の長径αの平均値が大きくなると、波長の長い蛍光が得られやすくなり、半導体ナノ粒子の長径αの平均値が小さくなると、波長の短い蛍光が得られやすくなる。 In addition, since the average particle diameter of the semiconductor nanoparticles correlates with the fluorescence color (emission color) emitted from the semiconductor nanoparticles, it is appropriately selected according to the desired emission color. 20 nm is preferable, and 1 to 15 nm is more preferable. When the average value of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is within the above range, a sufficient quantum confinement effect is obtained, and the fluorescence quantum yield of each semiconductor nanoparticle is increased. In addition, when the average value of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is increased, fluorescence having a long wavelength is easily obtained, and when the average value of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is decreased, fluorescence having a short wavelength is easily obtained.
また、上記半導体ナノ粒子は、波長400〜800nmの範囲に発光ピーク波長を有することが好ましく、波長400〜700nmの範囲に発光ピーク波長を有することがより好ましい。半導体ナノ粒子の発光ピーク波長が400〜800nmであると、半導体ナノ粒子が発する蛍光を視認できるため、発光体の用途が多様化する。 The semiconductor nanoparticles preferably have an emission peak wavelength in the wavelength range of 400 to 800 nm, and more preferably have an emission peak wavelength in the wavelength range of 400 to 700 nm. When the emission peak wavelength of the semiconductor nanoparticles is 400 to 800 nm, the fluorescence emitted from the semiconductor nanoparticles can be visually recognized, so that the applications of the light emitters are diversified.
またこのとき、半導体ナノ粒子の発光ピークの半値幅は60nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。発光ピークの半値幅が60nm以下であると、発光体から得られる蛍光の色純度が十分に高まりやすくなる。また、発光体を例えば蛍光プローブに用いた際に、シグナル/ノイズ比を高めることができるため、高精度な測定が可能となる。発光ピーク波長及び半値幅は蛍光光度計により測定される。 At this time, the half-value width of the emission peak of the semiconductor nanoparticles is preferably 60 nm or less, and more preferably 50 nm or less. When the half-value width of the emission peak is 60 nm or less, the color purity of the fluorescence obtained from the light emitter is likely to be sufficiently increased. In addition, when the illuminant is used for a fluorescent probe, for example, the signal / noise ratio can be increased, so that highly accurate measurement is possible. The emission peak wavelength and the half width are measured with a fluorometer.
(2)シェル層
前述のように、半導体ナノ粒子の表面には、半導体ナノ粒子を被覆するシェル層が形成されていてもよい。シェル層は、半導体ナノ粒子より高いバンドギャップエネルギーを有する材料からなる層とされる。半導体ナノ粒子の表面にシェル層が形成されていると、半導体ナノ粒子同士の間で、非発光のエネルギー移動が生じ難くなる。つまり、半導体ナノ粒子の量子閉じ込め効果が高くなり、蛍光量子収率が高まりやすくなる。
(2) Shell layer As described above, a shell layer covering the semiconductor nanoparticles may be formed on the surface of the semiconductor nanoparticles. The shell layer is a layer made of a material having a higher band gap energy than the semiconductor nanoparticles. When the shell layer is formed on the surface of the semiconductor nanoparticles, non-luminous energy transfer is difficult to occur between the semiconductor nanoparticles. That is, the quantum confinement effect of the semiconductor nanoparticles is increased, and the fluorescence quantum yield is easily increased.
ここで、シェル層を構成する金属や化合物は、半導体ナノ粒子より高いバンドギャップエネルギーを有する金属や化合物であれば特に制限されない。シェル層を構成する金属や化合物の例には、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、Cd、Te、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Pd、Si、Ge及びこれらの合金等が含まれる。シェル層には、これらが1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれてもよい。これらのうち、Cd、Hg、Pbを含まないシェル層構成用材料を用いることで、安全基準のレベルが高い用途にも適する発光体を得ることができる。 Here, the metal or compound constituting the shell layer is not particularly limited as long as it is a metal or compound having higher band gap energy than the semiconductor nanoparticles. Examples of metals and compounds constituting the shell layer include ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, Cd, Te, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe. InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbS, PbSe, PbTe, Fe, Pt, Ni, Co, Al, Ag, Au, Cu, FePt, Pd, Si, Ge and alloys thereof Etc. are included. The shell layer may contain only one kind or two or more kinds. Among these, by using a shell layer constituting material that does not contain Cd, Hg, and Pb, it is possible to obtain a light-emitting body that is suitable for applications with high safety standards.
ここで、半導体ナノ粒子の格子定数aに対する、シェル層の格子定数bの比率((b/a)×100)は、70〜130%であることが好ましく、80〜120%であることが好ましい。これらの格子定数が近いほど、発光体の蛍光量子収率が高まりやすくなる。なお、本明細書において、「半導体ナノ粒子の格子定数」とは、半導体ナノ粒子を構成する化合物の結晶構造のa軸の格子定数の値をいい、「シェル層の格子定数」とは、シェル層を構成する金属または化合物の結晶構造のa軸の格子定数の値をいう。またこれらは、XRD(X線回折)により求めることができる。 Here, the ratio of the lattice constant b of the shell layer to the lattice constant a of the semiconductor nanoparticles ((b / a) × 100) is preferably 70 to 130%, and preferably 80 to 120%. . The closer these lattice constants are, the easier it is to increase the fluorescence quantum yield of the light emitter. In the present specification, the “lattice constant of the semiconductor nanoparticles” means the value of the a-axis lattice constant of the crystal structure of the compound constituting the semiconductor nanoparticles, and the “lattice constant of the shell layer” The value of the a-axis lattice constant of the crystal structure of the metal or compound constituting the layer. These can be determined by XRD (X-ray diffraction).
また、シェル層の厚さは特に制限されないが、1〜20ML(単位結晶格子層)相当であることが好ましく、1〜10ML(単位結晶格子層)相当であることがより好ましい。シェル層の厚さが1ML以上20ML以下に相当する厚さであればミスフィット転移が起きにくく、欠陥が生じにくいため、量子収率や半値幅の低下が起きにくい。 Further, the thickness of the shell layer is not particularly limited, but it is preferably 1 to 20 ML (unit crystal lattice layer), more preferably 1 to 10 ML (unit crystal lattice layer). If the thickness of the shell layer is equal to or greater than 1 ML and not greater than 20 ML, misfit transition is unlikely to occur and defects are unlikely to occur, so that the quantum yield and half width are unlikely to decrease.
2.発光体の製造方法
上記実施形態の発光体は、以下の方法により、製造することができる。
2. Manufacturing method of luminous body The luminous body of the said embodiment can be manufactured with the following method.
(半導体ナノ粒子を作製する工程)
上述の半導体ナノ粒子は、複数の金属化合物及び溶媒を含む溶液を加熱する加熱工程及び前記溶液を冷却する冷却工程を行うことで得られる。例えばホットソープ法により所望の組成を有する粒子を作製し、これを急冷することで得られる。以下、このような半導体ナノ粒子の調製方法の一例を示すが、上述の半導体ナノ粒子の作製方法は、当該方法に限定されない。
(Process for producing semiconductor nanoparticles)
The above-mentioned semiconductor nanoparticles can be obtained by performing a heating step for heating a solution containing a plurality of metal compounds and a solvent and a cooling step for cooling the solution. For example, it can be obtained by preparing particles having a desired composition by a hot soap method and rapidly cooling the particles. Hereinafter, although an example of the preparation method of such a semiconductor nanoparticle is shown, the manufacturing method of the above-mentioned semiconductor nanoparticle is not limited to the said method.
まず、「上記一般式(1)におけるM1を含む金属化合物Aもしくはその錯体」と、「上記一般式(1)におけるM2及びXを含む金属化合物Bもしくはその錯体」とを、高温の溶媒中で反応させる(加熱工程)。金属化合物Aや金属化合物B、もしくはこれらの錯体を高温の溶媒中に添加すると、M1、M2、及びXが一時的に解離し、上述の一般式(1)M1m1M2m2Xxで表される組成の核が生成する。そして、高温下で反応を継続させると、M1やM2、Xが核上に堆積して結晶が成長する。なお、結晶表面には界面活性剤が吸着しているため、結晶どうしが凝集することなく成長し、得られる半導体ナノ粒子の粒径が均一になりやすい。 First, “a metal compound A or a complex thereof containing M1 in the above general formula (1)” and “a metal compound B or a complex thereof containing M2 and X in the above general formula (1)” in a high-temperature solvent. React (heating step). When the metal compound A, the metal compound B, or a complex thereof is added to a high-temperature solvent, M1, M2, and X are temporarily dissociated and are represented by the above general formula (1) M1 m1 M2 m2 X x. Nuclei of the same composition are formed. When the reaction is continued at a high temperature, M1, M2, and X are deposited on the nucleus and a crystal grows. In addition, since the surfactant is adsorbed on the crystal surface, the crystals grow without agglomeration, and the resulting semiconductor nanoparticles tend to have a uniform particle size.
上記加熱工程における加熱温度や加熱時間は、金属化合物Aや金属化合物Bの種類、所望の半導体ナノ粒子の粒径等に応じて適宜選択される。通常、加熱温度は120℃〜320℃とすることが好ましく、200℃〜300℃とすることが好ましい。加熱温度が200℃以上であると、得られる半導体ナノ粒子の結晶構造が立方晶になりやすい。また、加熱温度が過度に高いと、溶媒や錯体形成剤の分解等が生じることがあるが、300℃以下であれば、安定して反応を行うことができる。また、加熱時間は通常10秒〜1時間とすることができ、1〜30分であることがより好ましい。10秒以下では金属化合物錯体同士の反応が進み切らず、1時間以上では粒径が大きくなりすぎて量子閉じ込め効果を得ることができなくなる。 The heating temperature and heating time in the heating step are appropriately selected according to the type of metal compound A and metal compound B, the desired particle size of the semiconductor nanoparticles, and the like. Usually, the heating temperature is preferably 120 to 320 ° C, and preferably 200 to 300 ° C. When the heating temperature is 200 ° C. or higher, the crystal structure of the obtained semiconductor nanoparticles tends to be cubic. In addition, when the heating temperature is excessively high, decomposition of the solvent and the complex-forming agent may occur. However, when the heating temperature is 300 ° C. or lower, the reaction can be stably performed. Moreover, heating time can be normally 10 second-1 hour, and it is more preferable that it is 1 to 30 minutes. When the reaction time is less than 10 seconds, the reaction between the metal compound complexes does not proceed, and when the reaction time is longer than 1 hour, the particle size becomes too large to obtain the quantum confinement effect.
上記金属化合物Aは、一般式(1)におけるM1を含み、上記加熱工程において、M1が解離可能な化合物であれば特に制限されない。金属化合物Aの例には、M1の炭酸塩、ステアリン酸塩等が含まれる。これらの中でも、高温の溶媒中でM1が解離し易い等の観点から、M1の炭酸塩であることが好ましい。一方、金属化合物Bは、M2及びXを含み、上記加熱工程において、M2及びXが解離可能な化合物であれば特に制限されない。金属化合物Bは、M2とXのみからなる化合物、つまりM2のハロゲン化物であってもよく、M2及びX以外にさらに有機基を含む化合物であってもよい。これらの中でも、高温の溶媒中でM2及びXが解離し易い等の観点から、M2のハロゲン化物であることが好ましい。 The metal compound A is not particularly limited as long as it includes M1 in the general formula (1) and M1 can be dissociated in the heating step. Examples of the metal compound A include carbonates and stearates of M1. Among these, a carbonate of M1 is preferable from the viewpoint that M1 is easily dissociated in a high-temperature solvent. On the other hand, the metal compound B includes M2 and X, and is not particularly limited as long as M2 and X are dissociable in the heating step. The metal compound B may be a compound composed only of M2 and X, that is, a halide of M2, or a compound further containing an organic group in addition to M2 and X. Among these, a halide of M2 is preferable from the viewpoint that M2 and X are easily dissociated in a high-temperature solvent.
また、上記金属化合物Aや金属化合物Bと錯体を形成する錯体形成剤は、金属化合物Aや金属化合物Bと、低温で安定、かつ高温では熱解離可能な錯体を形成可能な化合物であれば、特に制限されない。このような錯体形成剤の例には、極性の高い官能基を有する有機化合物が含まれる。具体的には、末端にCOOH基、PO3H2基、PO基、SOOH基、またはNH2基を有する炭素数が6〜22のアルカンまたはアルケンが含まれる。その具体例には、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ヘキシルホスホン酸、n−オクチルホスホン酸、テトラデシルホスホン酸、オクタデシルホスホン酸、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、n−オクチルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン等が挙げられる。 Further, the complex-forming agent that forms a complex with the metal compound A or the metal compound B is a compound that can form a complex with the metal compound A or the metal compound B that is stable at low temperatures and thermally dissociable at high temperatures. There is no particular limitation. Examples of such complex forming agents include organic compounds having a highly polar functional group. Specifically, an alkane or alkene having 6 to 22 carbon atoms having a COOH group, PO 3 H 2 group, PO group, SOOH group, or NH 2 group at the terminal is included. Specific examples thereof include oleic acid, stearic acid, palmitic acid, hexylphosphonic acid, n-octylphosphonic acid, tetradecylphosphonic acid, octadecylphosphonic acid, trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, n-octylamine, hexadecyl Examples include amines and oleylamines.
また、加熱工程で用いる溶媒は、加熱温度より高い沸点を有し、かつ上記錯体形成剤等と親和性の高い有機溶媒であれば特に制限されない。例えば、上記錯体形成剤を有機溶媒として用いてもよい。また、メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、ペンチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、ペンチルアセテート等のエステル系溶媒;γ−ブチロラクトン、Nメチル−2−ピロリドン、アセトン、ジメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶媒;ジエチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール等のエーテル系溶媒;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、メトキシプロパノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、2−フルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル(セロソルブ)系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等のアセトニトリル系溶媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒;n−ペンタン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒;ノネン、デセン、オクタデセン等のアルケン系溶媒;ジメチルスルホキシド等の各種有機溶媒を用いてもよい。また、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、オレイルアミンを用いることもできる。 In addition, the solvent used in the heating step is not particularly limited as long as it is an organic solvent having a boiling point higher than the heating temperature and having a high affinity with the complex forming agent and the like. For example, the complex forming agent may be used as an organic solvent. Also, ester solvents such as methyl formate, ethyl formate, propyl formate, pentyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, pentyl acetate; γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone, dimethyl ketone, diisobutyl ketone Ketone solvents such as cyclopentanone, cyclohexanone, methylcyclohexanone; diethyl ether, methyl-tert-butyl ether, diisopropyl ether, dimethoxymethane, dimethoxyethane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, 4-methyldioxolane, Ether solvents such as tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, anisole, phenetole; methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol 2-butanol, tert-butanol, 1-pentanol, 2-methyl-2-butanol, methoxypropanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, 2-fluoroethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 2,2, Alcohol solvents such as 3,3-tetrafluoro-1-propanol; glycol ethers (cellosolve) such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, triethylene glycol dimethyl ether Amide solvents such as N, N-dimethylformamide, acetamide, N, N-dimethylacetamide; acetonitrile, isobutyronitrile, propionitrile, Acetonitrile solvents such as methoxyacetonitrile; carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate; halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride, dichloromethane and chloroform; n-pentane, cyclohexane, n-hexane, benzene, toluene, xylene, etc. Hydrocarbon solvents such as: alkene solvents such as nonene, decene, and octadecene; various organic solvents such as dimethyl sulfoxide may be used. Trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, and oleylamine can also be used.
また、加熱工程で用いる界面活性剤は、高温でも結晶表面に吸着可能であり、かつ結晶同士の凝集を抑制可能なものであれば特に制限されない。例えば、上述の錯体形成剤を、界面活性剤として用いることも可能である。 The surfactant used in the heating step is not particularly limited as long as it can be adsorbed on the crystal surface even at a high temperature and can suppress aggregation between crystals. For example, the complex forming agent described above can be used as a surfactant.
上記加熱工程後、上記溶液(反応液)を冷却する工程(冷却工程)を行う。このとき、溶液を急冷することで、前述のように、アスペクト比が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の割合を多くすることができる。本明細書でいう「急冷」とは、1℃/秒以上の温度勾配で、加熱工程における温度から50℃以下まで溶液を冷却することをいう。前述のように、半導体ナノ粒子の結晶構造は立方晶であることが好ましい。しかし、一般的に半導体ナノ粒子の結晶構造は相転移しやすく、例えばCsSnI3では、合成時に立方晶であったとしても、160℃で斜方晶に相転移する。また、CsSnBr3は合成時に立方晶であったとしても、20℃で斜方晶に相転移する。これに対し、加熱工程における加熱温度から50℃以下まで急冷すると、室温やそれ以下の温度でも、立方晶構造が維持されやすくなり、アスペクト比が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の割合を多くすることができる。上記温度勾配は、1℃/秒以上であることがより好ましく、1.5℃/秒以上であることがさらに好ましい。 After the heating step, a step (cooling step) for cooling the solution (reaction solution) is performed. At this time, the ratio of the semiconductor nanoparticles having an aspect ratio of 1.0 to 1.8 can be increased by rapidly cooling the solution as described above. As used herein, “rapid cooling” refers to cooling the solution from the temperature in the heating step to 50 ° C. or less with a temperature gradient of 1 ° C./second or more. As described above, the crystal structure of the semiconductor nanoparticles is preferably cubic. However, in general, the crystal structure of semiconductor nanoparticles is likely to undergo phase transition. For example, CsSnI 3 undergoes phase transition to an orthorhombic crystal at 160 ° C. even if it is a cubic crystal at the time of synthesis. Moreover, even if CsSnBr 3 is a cubic crystal at the time of synthesis, it undergoes a phase transition to an orthorhombic crystal at 20 ° C. On the other hand, when rapidly cooling from the heating temperature in the heating step to 50 ° C. or lower, the cubic structure is easily maintained even at room temperature or lower, and the semiconductor nanoparticles having an aspect ratio of 1.0 to 1.8 The ratio can be increased. The temperature gradient is more preferably 1 ° C./second or more, and further preferably 1.5 ° C./second or more.
冷却工程における急冷方法は特に制限されず、例えば反応液に氷水を添加する方法等とすることができる。ただし、半導体ナノ粒子の作製量が多い場合には、反応容器の中心部の反応液を急冷することは難しい。そこで、このような場合には、反応容器として、マイクロリアクターを用いることが好ましい。マイクロリアクターによれば、半導体ナノ粒子の連続的な合成が可能であり、さらに急冷も容易に行うことができる。 The quenching method in the cooling step is not particularly limited, and for example, a method of adding ice water to the reaction solution can be used. However, when the production amount of semiconductor nanoparticles is large, it is difficult to rapidly cool the reaction solution at the center of the reaction vessel. Therefore, in such a case, it is preferable to use a microreactor as the reaction vessel. According to the microreactor, semiconductor nanoparticles can be continuously synthesized, and rapid cooling can be easily performed.
なお、上記では、ホットソープ法により半導体ナノ粒子を作製する方法を説明したが、本実施形態の発光体は、多孔質状の鋳型の細孔内に、複数の金属化合物(金属化合物A及び金属化合物B)と溶媒とを含む溶液を充填し、当該鋳型ごと加熱する工程と、加熱工程後、溶液(反応液)を冷却する工程(冷却工程)とを行うことにより製造してもよい。この場合、加熱工程において、鋳型内で金属化合物同士が反応し、半導体ナノ粒子が形成されることから、半導体ナノ粒子の粒径を細孔の直径に合わせて調整することが可能となる。つまり、当該方法においても、粒径が均一な半導体ナノ粒子が得られやすくなる。なお、このときに用いる溶媒や、加熱工程における加熱温度、加熱時間等は、上述のホットソープ法と同様とすることができる。また、鋳型は、均一な細孔径を有するものであることが好ましく、例えばメソポーラスシリカ等とすることができる。 In addition, although the method for producing semiconductor nanoparticles by the hot soap method has been described above, the luminescent material of the present embodiment has a plurality of metal compounds (metal compound A and metal in the pores of a porous template). You may manufacture by filling the solution containing a compound B) and a solvent, heating the said casting_mold | template with the said casting_mold | template, and performing the process (cooling process) of cooling a solution (reaction liquid) after a heating process. In this case, in the heating step, the metal compounds react with each other in the template and semiconductor nanoparticles are formed. Therefore, the particle size of the semiconductor nanoparticles can be adjusted according to the diameter of the pores. That is, even in this method, semiconductor nanoparticles having a uniform particle size can be easily obtained. In addition, the solvent used at this time, the heating temperature in the heating step, the heating time, and the like can be the same as those in the above-described hot soap method. The template preferably has a uniform pore diameter, and can be, for example, mesoporous silica.
メソポーラスシリカからなる鋳型は、以下のように作製することができる。まず、界面活性剤と、テトラエトキシシラン(以下、「TEOS」とも称する)等のシリカ源と、酸または塩基触媒を混合する。そして、界面活性剤がミセルを形成した状態、つまり界面活性剤の周囲にシリカ源が吸着された状態で、シリカ源をゾルゲル反応させる。次いで、これを焼成することにより、界面活性剤が熱分解されて、均一な細孔を有するメソポーラスシリカが得られる。なお、メソポーラスシリカの細孔径は界面活性剤のアルキル鎖長を変えることで容易に制御することができる。 A template made of mesoporous silica can be produced as follows. First, a surfactant, a silica source such as tetraethoxysilane (hereinafter also referred to as “TEOS”), and an acid or base catalyst are mixed. Then, the silica source is subjected to a sol-gel reaction in a state where the surfactant forms micelles, that is, in a state where the silica source is adsorbed around the surfactant. Next, by firing this, the surfactant is thermally decomposed to obtain mesoporous silica having uniform pores. The pore diameter of mesoporous silica can be easily controlled by changing the alkyl chain length of the surfactant.
また、メソポーラスシリカは、例えば国際公開第2011−108649号等に記載されている方法でも調製することができる。さらに、メソポーラスシリカは、市販のものを適用してもよい。市販のメソポーラスシリカとしては三菱化学製のメソピュアシリーズや、シグマアルドリッチ社製の試薬グレードのメソポーラスシリカ等が挙げられる。 Mesoporous silica can also be prepared by a method described in, for example, International Publication No. 2011-108649. Further, commercially available mesoporous silica may be applied. Examples of commercially available mesoporous silica include meso pure series manufactured by Mitsubishi Chemical and reagent grade mesoporous silica manufactured by Sigma-Aldrich.
なお、当該鋳型の細孔内で半導体ナノ粒子を形成した後、上記冷却工程を行うことで、半導体ナノ粒子が相転移することを抑制でき、アスペクト比が1.0〜1.8である半導体ナノ粒子の割合を多くすることが可能となる。 In addition, after forming semiconductor nanoparticles in the pores of the template, by performing the cooling step, it is possible to suppress the semiconductor nanoparticles from undergoing phase transition, and a semiconductor having an aspect ratio of 1.0 to 1.8. It becomes possible to increase the proportion of nanoparticles.
鋳型内で焼結された半導体ナノ粒子は、超音波処理等によって振動を付与することにより鋳型から取り出してもよい。また必要に応じて、鋳型から取り出した半導体ナノ粒子の分級処理を行ってもよい。 The semiconductor nanoparticles sintered in the mold may be taken out from the mold by applying vibration by ultrasonic treatment or the like. Moreover, you may classify the semiconductor nanoparticle taken out from the casting_mold | template as needed.
(シェル層を作製する工程)
シェル層を形成する工程は、特に制限されない。例えば半導体ナノ粒子を含有する溶液に、シェル層の前駆体や錯体形成剤を添加し、加熱する工程等とすることができる。シェル層の前駆体や錯体形成剤は、前述の半導体ナノ粒子の作製工程後の溶液、つまり急冷後の溶液に添加してもよい。また、半導体ナノ粒子の調製後、半導体ナノ粒子を反応液から単離し、半導体ナノ粒子を所望の溶媒に分散させた溶液に、シェル層の前駆体や錯体形成剤を添加してもよい。
(Process for producing shell layer)
The process for forming the shell layer is not particularly limited. For example, a step of adding a shell layer precursor or a complex-forming agent to a solution containing semiconductor nanoparticles and heating the solution can be performed. The precursor of the shell layer and the complex forming agent may be added to the solution after the above-described semiconductor nanoparticle production step, that is, the solution after quenching. In addition, after the semiconductor nanoparticles are prepared, the semiconductor nanoparticles may be isolated from the reaction solution, and the precursor of the shell layer or the complex forming agent may be added to a solution in which the semiconductor nanoparticles are dispersed in a desired solvent.
このときの加熱温度や加熱時間は、シェル層の種類、シェル層の厚さ等に応じて適宜選択される。加熱温度は半導体ナノ粒子の結晶構造の転移を抑制するとの観点から、半導体ナノ粒子の作製時の加熱温度より低い温度とすることが好ましく、100℃〜320℃であることが好ましく、200〜300℃とすることが好ましい。加熱温度が100℃以上であると、効率良くシェル層を作製することができる。また、加熱温度が過度に高いと、半導体ナノ粒子の結晶構造の転移が生じやすくなるが、半導体ナノ粒子の作製時の加熱温度より低い温度、かつ320℃以下とすれば、安定して反応を行うことができる。また、加熱時間は通常10秒〜1時間とすることができ、1〜30分であることがより好ましい。10秒以下では金属化合物同士の反応が進み切らないことがある。また、1時間以上では粒径が大きくなりすぎることがある。 The heating temperature and heating time at this time are appropriately selected according to the type of the shell layer, the thickness of the shell layer, and the like. From the viewpoint of suppressing the transition of the crystal structure of the semiconductor nanoparticles, the heating temperature is preferably lower than the heating temperature during the production of the semiconductor nanoparticles, preferably 100 ° C. to 320 ° C., and 200 to 300 It is preferable to set it as ° C. When the heating temperature is 100 ° C. or higher, the shell layer can be efficiently produced. In addition, when the heating temperature is excessively high, the transition of the crystal structure of the semiconductor nanoparticles tends to occur. However, when the temperature is lower than the heating temperature at the time of manufacturing the semiconductor nanoparticles and the temperature is 320 ° C. or less, the reaction is stably performed. It can be carried out. Moreover, heating time can be normally 10 second-1 hour, and it is more preferable that it is 1 to 30 minutes. If it is 10 seconds or less, the reaction between the metal compounds may not proceed completely. In addition, the particle size may be too large after 1 hour.
シェル層の前駆体は、所望のシェル層の組成に応じて適宜選択される。例えば、シェル層がZnSからなる場合には、シェル層の前駆体として、Zn及びSを含む化合物を用いることができる。このような化合物の例には、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ビス[ビス(2−ヒドロキシエチル)ジチオカルバマト]亜鉛、2−メルカプトピリジンN−オキシド亜鉛、(トルエン−3,4−ジチオラト)亜鉛、ジベンジルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ビス(テトラブチルアンモニウム)ビス(1,3−ジチオール−2−チオン−4,5−ジチオラト)亜鉛錯体等が含まれる。またZn及びSのうち、Znのみを含む金属化合物(例えばステアリン酸亜鉛)及び硫黄をシェル層の前駆体として用いてもよい。 The precursor of the shell layer is appropriately selected according to the desired composition of the shell layer. For example, when the shell layer is made of ZnS, a compound containing Zn and S can be used as a precursor of the shell layer. Examples of such compounds include zinc diethyldithiocarbamate, bis [bis (2-hydroxyethyl) dithiocarbamato] zinc, 2-mercaptopyridine N-oxide zinc, (toluene-3,4-dithiolato) zinc, dibenzyldithiocarbamine. Examples include zinc acid, zinc dibutyldithiocarbamate, zinc dimethyldithiocarbamate, and bis (tetrabutylammonium) bis (1,3-dithiol-2-thione-4,5-dithiolato) zinc complex. Of Zn and S, a metal compound containing only Zn (for example, zinc stearate) and sulfur may be used as the precursor of the shell layer.
一方、所望のシェル層がMgSやCdSである場合、これらの前駆体として、上記Zn及びSを含む化合物のZnをMgやCdに置き換えた化合物を用いることができる。また、所望のシェル層がZnSeやZnTeである場合には、これらの前駆体として、上記Zn及びSを含む化合物のSをSeやTeに置き換えた化合物を用いることができる。 On the other hand, when the desired shell layer is MgS or CdS, a compound in which Zn of the compound containing Zn and S is replaced with Mg or Cd can be used as these precursors. When the desired shell layer is ZnSe or ZnTe, a compound in which S of the compound containing Zn and S is replaced with Se or Te can be used as the precursor.
また、シェル層の作製時に用いる溶媒や錯体形成剤は、前述の半導体ナノ粒子の作製工程で用いる溶媒や錯体形成剤と同様とすることができる。 Moreover, the solvent and complex formation agent used at the time of preparation of a shell layer can be made to be the same as the solvent and complex formation agent used at the preparation process of the above-mentioned semiconductor nanoparticles.
上記加熱工程後、上記溶液(反応液)を冷却する冷却工程を行ってもよい。反応溶液の冷却時の温度勾配は特に制限されないが、1℃/秒以上であることが好ましく、1.5℃/秒以上であることがさらに好ましい。 After the heating step, a cooling step for cooling the solution (reaction solution) may be performed. The temperature gradient during cooling of the reaction solution is not particularly limited, but is preferably 1 ° C./second or more, and more preferably 1.5 ° C./second or more.
なお、上記半導体ナノ粒子を、鋳型を使用して作製した場合、鋳型内でシェル層を形成する方法、及び半導体ナノ粒子の作製後、鋳型から半導体ナノ粒子を取り出し、シェル層を形成する方法のどちらの方法も採用することが可能である。また、粒子を鋳型から取り出して使用してもよいし、粒子を取り出さずに鋳型ごと波長変換材料として使用することもできる。 In addition, when the semiconductor nanoparticles are prepared using a template, a method of forming a shell layer in the template, and a method of forming a shell layer by taking out the semiconductor nanoparticles from the template after the semiconductor nanoparticles are prepared. Either method can be adopted. Further, the particles may be used after being taken out from the mold, or the entire template can be used as a wavelength conversion material without taking out the particles.
3.発光体の用途
上記実施形態の発光体が含む半導体ナノ粒子は、蛍光量子収率が非常に高い。また各半導体ナノ粒子の粒径が均一であり、各半導体ナノ粒子が発する蛍光の色度にばらつきが少ない。したがって、上記実施形態の発光体は、種々の用途に適用可能である。
3. Use of light emitter The semiconductor nanoparticles contained in the light emitter of the above embodiment have a very high fluorescence quantum yield. Moreover, the particle diameter of each semiconductor nanoparticle is uniform, and there is little dispersion | variation in the chromaticity of the fluorescence which each semiconductor nanoparticle emits. Therefore, the light emitter of the above embodiment can be applied to various uses.
以下、上記実施形態の発光体を、蛍光プローブ、LED装置、投射型表示装置のホイール、ディスプレイ装置、及び光電変換装置の材料に用いる場合を説明するが、本発明の発光体の用途は、これらに限定されない。 Hereinafter, the case where the light emitter of the above embodiment is used as a material for a fluorescent probe, an LED device, a projection display wheel, a display device, and a photoelectric conversion device will be described. It is not limited to.
(1)蛍光プローブ
本実施形態は、上述した発光体を、標的(ターゲット)生体分子を蛍光標識するための蛍光プローブに適用したものである。蛍光プローブは、図2のイメージ図に示されるように、標的生体分子(抗原)5に特異的に結合するための標的指向性リガンド4と、当該標的指向性リガンド4に結合した発光体3とを有するものとすることができる。なお、蛍光プローブは、水または緩衝液に分散させて蛍光プローブ分散液として用いてもよい。
(1) Fluorescent probe In this embodiment, the above-described luminescent material is applied to a fluorescent probe for fluorescently labeling a target biomolecule. As shown in the image diagram of FIG. 2, the fluorescent probe includes a target-directing ligand 4 that specifically binds to a target biomolecule (antigen) 5 and a light emitter 3 that is bound to the target-directing ligand 4. It can have. The fluorescent probe may be dispersed in water or a buffer and used as a fluorescent probe dispersion.
標的生体分子を有する生細胞もしくは生体組織に蛍光プローブや蛍光プローブ分散液を投与すると、蛍光プローブが、標的生体分子に特異的に結合あるいは特異的に吸着する。そして、蛍光プローブを投与した位置に、所定の波長の励起光(放射線)を照射すると、蛍光プローブが含む発光体(半導体ナノ粒子)が励起されて、所定の波長の蛍光を発する。したがって、当該蛍光を検出することにより、標的生体分子の位置検出や検出量の把握が可能となる。 When a fluorescent probe or a fluorescent probe dispersion is administered to a living cell or biological tissue having a target biomolecule, the fluorescent probe specifically binds to or specifically adsorbs to the target biomolecule. Then, when excitation light (radiation) having a predetermined wavelength is irradiated to the position where the fluorescent probe is administered, a light emitter (semiconductor nanoparticle) included in the fluorescent probe is excited and emits fluorescence having a predetermined wavelength. Therefore, by detecting the fluorescence, it is possible to detect the position of the target biomolecule and grasp the detection amount.
このような蛍光プローブは、発光体(半導体ナノ粒子もしくはシェル層)表面の官能基と、標的指向性リガンドが有する官能基とを共有結合(例えばアミド結合等)させることで得られる。標的指向性リガンドとは、特定の組織または細胞に対して、特異的に結合する機能を有する分子である。標的指向性リガンドの種類は特に限定されず、標的物質に合わせて適宜選択される。標的指向性リガンドの例には、以下のものが含まれる。 Such a fluorescent probe can be obtained by covalently bonding (for example, an amide bond) the functional group on the surface of the light emitter (semiconductor nanoparticle or shell layer) and the functional group of the target-directing ligand. A targeting ligand is a molecule having a function of specifically binding to a specific tissue or cell. The type of target-directing ligand is not particularly limited and is appropriately selected according to the target substance. Examples of target-directing ligands include:
(i)標的が癌等の疾患組織あるいは細胞において特異的に発現する種々のマーカータンパク質またはペプチドである場合、標的指向性リガンドは、これらに対する抗体(例えば、HER2抗体、がん特異的抗体、血管内皮細胞特異的抗体、組織特異的抗体、リン酸化タンパク抗体など)またはその親和性物質、葉酸、トランスフェリン、トランスフェリン結合型ペプチド等とすることができる。
(ii)標的が糖鎖の場合、標的指向性リガンドは、糖鎖と結合性を有するタンパク質(例えば、レクチン)等とすることができる。
(iii)その他の標的指向性リガンドとしては、例えば、細胞膜親和性物質、ウイルス細胞認識部位、親油性トレーサー、複製機能のないウイルス粒子、細胞小器官親和性物質(例えば、DNA、ミトコンドリア、細胞骨格分子、ゴルジ体、リソソーム、エンドソーム、オートファゴソームなど)等が挙げられる。
(I) When the target is various marker proteins or peptides that are specifically expressed in diseased tissues or cells such as cancer, the targeting ligand is an antibody against these (for example, HER2 antibody, cancer-specific antibody, blood vessel Endothelial cell-specific antibody, tissue-specific antibody, phosphorylated protein antibody, etc.) or an affinity substance thereof, folic acid, transferrin, transferrin-binding peptide and the like.
(Ii) When the target is a sugar chain, the target-directing ligand can be a protein (for example, lectin) having a binding property to the sugar chain.
(Iii) Other target-directing ligands include, for example, cell membrane affinity substances, viral cell recognition sites, lipophilic tracers, virus particles having no replication function, and organelle affinity substances (eg, DNA, mitochondria, cytoskeleton) Molecule, Golgi apparatus, lysosome, endosome, autophagosome, etc.).
前述のように、本実施形態で用いる発光体は、各半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高い。また、各半導体ナノ粒子の粒径が均一であり、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色純度が高い。したがって、蛍光スペクトル測定を行った際のシグナル/ノイズ比を十分に高めることができ、精度よく標的生体分子の位置や量を特定することが可能となる。 As described above, the phosphor used in this embodiment has a high fluorescence quantum yield of each semiconductor nanoparticle. Moreover, the particle size of each semiconductor nanoparticle is uniform, and the color purity of the fluorescence emitted from the semiconductor nanoparticle is high. Therefore, the signal / noise ratio when the fluorescence spectrum measurement is performed can be sufficiently increased, and the position and amount of the target biomolecule can be accurately identified.
(2)LED装置
本実施形態は、上述した発光体を、LED装置の波長変換層を形成するための材料として用いたLED装置である。本実施形態のLED装置の模式的な断面図の一例を図3(a)及び図3(b)に示す。LED装置50には、基板10と、当該基板10上に配置された発光素子20と、当該発光素子20の出射面上に配置された波長変換層30とが含まれる。LED装置50では、LED素子20が発する光の一部を、波長変換層30が、特定の波長の光に変換することで、LED装置50が発する光の色を所望の色とする。例えばLED素子20が青色光(420nm〜485nm程度の光)を発する場合、波長変換層30に青色光により励起されて黄色の蛍光を発する発光体を含めることで、波長変換層30を透過した後の光を白色とすることができる。
(2) LED device The present embodiment is an LED device using the above-described light emitter as a material for forming a wavelength conversion layer of the LED device. An example of a schematic cross-sectional view of the LED device of the present embodiment is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). The
なお、LED素子20が出射する光の波長は、前述の発光体(半導体ナノ粒子)を励起可能な波長であれば特に制限されず、青色光や、近紫外光等とすることができる。また、発光体(半導体ナノ粒子)が発する蛍光の色も特に制限されず、赤色や緑色、青色、黄色等、いずれの色であってもよい。LED素子20が出射する光の色と、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色の組み合わせは、LED装置50の用途等に応じて適宜選択される。また、波長変換層30には、発光体が1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。
In addition, the wavelength of the light which
ここで、上記波長変換層30は、発光体が、バインダによって結着された層とすることができる。また、波長変換層30は、図3(a)に示されるように、LED素子20を被覆する層であってもよく、また図3(b)に示されるように、LED素子20上に載置されたフィルムであってもよい。いずれの態様においても、バインダは、光透過性を有し、かつ十分に発光体を結着可能なものであれば特に制限されず、無機材料からなるものであってもよく、樹脂からなるものであってもよい。バインダは、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂や、ポリシロキサン等の透光性セラミックとすることができる。
Here, the
このような波長変換層30は、上述した発光体と、上記バインダもしくはその前駆体を含む組成物を公知の方法で塗布し、当該組成物を硬化させること等で得られる。波長変換層30を形成するための組成物には、必要に応じて溶媒が含まれてもよい。
Such a
前述のように、上述した発光体は、各半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高い。また、上記半導体ナノ粒子の粒径が均一であるため、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色や輝度が均一である。したがって、色純度の高い蛍光が得られやすく、LED装置から出射する光の色度を所望の範囲に調整しやすい。 As described above, the above-described light emitter has a high fluorescence quantum yield of each semiconductor nanoparticle. Further, since the semiconductor nanoparticles have a uniform particle size, the color and brightness of the fluorescence emitted by the semiconductor nanoparticles are uniform. Therefore, fluorescence with high color purity can be easily obtained, and the chromaticity of light emitted from the LED device can be easily adjusted to a desired range.
(3)投射型表示装置用カラーホイール
本実施形態は、上述した発光体を投射型表示装置用カラーホイール(以下、「カラーホイール」とも称する)の光調整層用の材料として用いたものである。カラーホイールを内蔵した投射型表示装置の模式図を図4(a)に示す。投射型表示装置120は、光源110と、カラーホイール100と、投射光学系114とを少なくとも含む。光源100から出射された光がレンズ111等により集光されて、前述のカラーホイール100に照射される。このとき、カラーホイール100の光調整層(図示せず)により、光源からの光が拡散や波長変換される。そして、当該カラーホイール100を透過した光が、レンズ112やミラー113等を介して投射光学系114に導かれて、投射光学系114によって投射されてスクリーンに画像が表示される。上述した発光体は、このような投射型表示装置のカラーホイール用の材料、より具体的には、光源110からの光を他の波長の光に変換するための材料として、カラーホイールに含めることができる。
(3) Projection-type display device color wheel In this embodiment, the above-described light emitter is used as a material for a light adjustment layer of a projection-type display device color wheel (hereinafter also referred to as “color wheel”). . A schematic diagram of a projection display device incorporating a color wheel is shown in FIG. The
投射型表示装置のカラーホイール100は、図4(b)に示されるように、回転中心の周囲に配置された光調整層を備えている。本実施形態では、カラーホイール100が、基板101と、発光体を含む光調整層102とが積層された構造を有する。当該カラーホイール100は、投射型表示装置において光源110と投射光学系114との間に設置され、光源110からの光を拡散したり、光源110からの光を別の特定の波長の光に変換したりする機能を果たす。
As shown in FIG. 4B, the
カラーホイール100には、一種類の光調整層のみ形成されていてもよいが、図4(b)に示されるように、一つのカラーホイール100に、複数種類の光調整層102a〜102cが形成されていてもよい。例えば、投射型表示装置の光源からの光が紫外光である場合等には、紫外光を受けて青色を出射する発光体を含む光調整層102aと、紫外光を受けて緑色を出射する発光体を含む光調整層102bと、紫外光を受けて赤色を出射する発光体を含む光調整層102cと、を含むカラーホイール100等とすることで、光源が一種のみであっても、光の三原色を再現することができる。なお、カラーホイール100に含まれる光調整層102の種類や光調整層102が形成される領域等については、投射型表示装置120の種類や、光源110が発する光の波長、投射型表示装置の構造等に合わせて適宜選択される。
Although only one type of light adjustment layer may be formed on the
ここで、上記光調整層102は、発光体がバインダによって結着された層とすることができる。また、光調整層102は自立性を有するフィルム状の部材であってもよい。光調整層102に含まれるバインダは、前述のLED装置の波長変換層に含まれるバインダと同様とすることができる。また、光調整層102の形成方法も、LED装置の波長変換層の形成方法と同様とすることができる。 Here, the light adjusting layer 102 may be a layer in which a light emitter is bound by a binder. The light adjustment layer 102 may be a film-like member having self-supporting properties. The binder included in the light adjustment layer 102 can be the same as the binder included in the wavelength conversion layer of the LED device described above. Moreover, the formation method of the light adjustment layer 102 can be the same as the formation method of the wavelength conversion layer of the LED device.
前述のように、本実施形態で用いる発光体は、各半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高い。また、上記半導体ナノ粒子の粒径が均一であるため、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色や輝度が均一になりやすい。したがって、光調整層によって所望の色の蛍光が得られやすく、投射型表示装置から投射される画像の色再現性が良好となる。 As described above, the phosphor used in this embodiment has a high fluorescence quantum yield of each semiconductor nanoparticle. Moreover, since the semiconductor nanoparticles have a uniform particle size, the color and brightness of the fluorescence emitted by the semiconductor nanoparticles tend to be uniform. Therefore, it is easy to obtain fluorescence of a desired color by the light adjustment layer, and the color reproducibility of the image projected from the projection display device is improved.
なお、上記では、カラーホイールが透過型カラーホイールである場合を例に説明したが、上述した発光体を、反射型カラーホイールに適用することも可能である。 In the above description, the case where the color wheel is a transmissive color wheel has been described as an example. However, the light emitter described above can also be applied to a reflective color wheel.
(4)ディスプレイ装置
本実施形態は、上述した発光体を、各種ディスプレイ装置等に搭載されるバックライト装置に用いたものであり、具体的には、バックライト装置の波長変換層用の材料として用いたものである。本実施形態のバックライト装置の例を図5(a)〜(d)に示す。バックライト装置200は、例えば液晶パネル(図示せず)の背面に設けられる面状の発光装置であり、液晶パネルに光を照射するものである。上述した発光体が含む半導体ナノ粒子は、このようなバックライト装置の波長変換層用の材料、より具体的には、光源202からの光の一部を他の波長の光に変換するための材料に適用することができる。バックライト装置200では、光源202から出射される光を、波長変換層201で変換することで、所望の色の光を液晶パネルに照射することが可能となる。
(4) Display device In the present embodiment, the above-described light emitter is used in a backlight device mounted on various display devices and the like. Specifically, as a material for a wavelength conversion layer of the backlight device. It is what was used. Examples of the backlight device of the present embodiment are shown in FIGS. The
バックライト装置200の構成は、その用途に応じて適宜選択される。例えば図5(a)に示されるように、光源202と、当該光源202の側方に配置された波長変換層201と、を有する構成とすることができる。また、例えば図5(b)や図5(c)に示されるように、光源202から出射する光、もしくは波長変換層201によって波長変換された光を、拡散させるための導光体203を有する構成とすることもできる。この場合、光源202や波長変換層201から出射した光が、導光体203によって拡散される。また、図5(d)に示されるように、光源202と波長変換層201とが間隙をおいて配置される構成としてもよい。
The configuration of the
ここで、波長変換層201は、発光体がバインダによって結着された層とすることができる。なお、波長変換層201は、自立性を有するフィルム状の部材であってもよい。バインダは、光透過性を有し、かつ十分に発光体を結着可能なものであれば特に制限されない。このようなバインダは、前述のLED装置の波長変換層が含むバインダと同様とすることができる。また、バックライト装置200の波長変換層201の形成方法も、LED装置の波長変換層の形成方法と同様とすることができる。
Here, the
前述のように、上述した発光体は、各半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高い。また、上記半導体ナノ粒子が均一であるため、半導体ナノ粒子が発する蛍光の色や輝度が均一になりやすい。したがって、波長変換層によって所望の色の蛍光が得られやすく、バックライト装置から出射する光の色度が所望の範囲に収まりやすい。 As described above, the above-described light emitter has a high fluorescence quantum yield of each semiconductor nanoparticle. Further, since the semiconductor nanoparticles are uniform, the color and brightness of the fluorescence emitted by the semiconductor nanoparticles tend to be uniform. Therefore, it is easy to obtain fluorescence of a desired color by the wavelength conversion layer, and the chromaticity of light emitted from the backlight device is likely to fall within a desired range.
(5)光電変換装置
本実施形態は、上述した発光体を、光電変換層の波長変換層に用いた光電変換装置である。図6に光電変換装置の一例を示す。当該光電変換装置300は、基板301上に、電極層302、P型半導体層303、N型半導体層304、透明電極層305、及び波長変換層310が積層された構造を有する。上述した発光体は、波長変換層310を形成するための材料として用いることができる。より具体的には、光電変換層内部に入射する光を、所望の波長の光に変換するための材料とすることができる。
(5) Photoelectric conversion device This embodiment is a photoelectric conversion device using the above-described light emitter in the wavelength conversion layer of the photoelectric conversion layer. FIG. 6 illustrates an example of a photoelectric conversion device. The
一般的な光電変換装置では、太陽光に含まれる特定の波長の光のみ、光電変換に利用が可能である。そこで、光電変換装置300の波長変換層310に発光体を含めることで、光電変換装置300の発電効率を改善することができる。例えば、光電変換に利用されていない波長の光によって発光体中の半導体ナノ粒子を励起させて、蛍光を得る。これにより、光電変換に利用可能な波長の光の量が多くなり、光電変換装置300の発電効率が高まりやすくなる。
In a general photoelectric conversion device, only light of a specific wavelength contained in sunlight can be used for photoelectric conversion. Therefore, by including a light emitter in the
ここで、光電変換装置300が含む波長変換層310は、発光体が、バインダによって結着された層とすることができる。また、波長変換層310は、自立性を有するフィルム状の部材であってもよい。バインダは、光透過性を有し、かつ十分に半導体を結着可能なものであれば特に制限されない。このようなバインダは、前述のLED装置の波長変換層が含むバインダと同様とすることができる。また、光電変換装置300の波長変換層310の形成方法も、LED装置の波長変換層の形成方法と同様とすることができる。
Here, the
以下、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲はこれによって何ら制限されない。なお、実施例において「部」の表示が用いられるが、特に断りが無い限り「質量部」を表す。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. However, the scope of the present invention is not limited by this. In addition, although the display of "part" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" is represented.
(実施例1)
・半導体ナノ粒子の作製
CsCO3:0.01部、オクタデセン:0.3部、オレイン酸0.02部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。また、SnBr2:0.03部、オクタデセン:3部、オレイン酸:0.3部、オレイルアミン:0.3部を、130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、240℃に加熱した半導体ナノ粒子前駆体液2に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、当該混合物を氷水に入れて冷却し、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。
Example 1
0.01 parts of octadecene: Preparation CsCO 3 of-semiconductor nanoparticle 0.3 parts 0.02 parts of oleic acid were mixed under a nitrogen atmosphere was maintained at 130 ° C., to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1. Further, SnBr 2 : 0.03 part, octadecene: 3 part, oleic acid: 0.3 part, oleylamine: 0.3 part are mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C., and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 is mixed. Prepared. Then, after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 to the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 heated to 240 ° C. and mixing for 5 minutes, the mixture is cooled in ice water and made of a compound represented by CsSnBr 3. Nanoparticles were obtained. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second.
(実施例2)
実施例における半導体ナノ粒子作製時の、半導体ナノ粒子前駆体液1及び半導体ナノ粒子前駆体液2の混合時の温度を130℃に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the temperature at the time of mixing the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 was changed to 130 ° C. during the production of the semiconductor nanoparticles in the examples. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
(実施例3)
実施例1において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたSnBr2:0.03部をSnCl3:0.02部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、CsSnCl3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 3)
In Example 1, SnBr used as the raw material in the semiconductor nanoparticle during the production 2: 0.03 parts SnCl 3: was changed to 0.02 parts, was performed in the same manner as in Example 1. As a result, semiconductor nanoparticles composed of a compound represented by CsSnCl 3 were obtained.
(実施例4)
実施例2において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたSnBr2:0.03部をSnI3:0.04部に変更した以外は、実施例2と同様に行った。これにより、CsSnI3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
Example 4
In Example 2, SnBr used as the raw material in the semiconductor nanoparticle during the production 2: 0.03 parts of SnI 3: was changed to 0.04 parts, was carried out as in Example 2. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnI 3.
(実施例5)
実施例1において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたSnBr2:0.03部をSnBr2:0.015部及びSnCl3:0.01部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、CsSnCl1.5Br1.5で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 5)
In Example 1, SnBr used as the raw material in the semiconductor nanoparticle during the production 2: 0.03 parts SnBr 2: 0.015 parts and SnCl 3: was changed to 0.01 part, performed in the same manner as in Example 1 It was. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnCl 1.5 Br 1.5.
(実施例6)
実施例3における半導体ナノ粒子作製時の、半導体ナノ粒子前駆体液1及び半導体ナノ粒子前駆体液2の混合時の温度を320℃に変更した以外は、実施例3と同様に行った。これにより、CsSnCl3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 6)
The same operation as in Example 3 was performed except that the temperature at the time of mixing the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 during the production of the semiconductor nanoparticles in Example 3 was changed to 320 ° C. As a result, semiconductor nanoparticles composed of a compound represented by CsSnCl 3 were obtained.
(実施例7)
・鋳型(C18メソポーラスシリカ)の作製
テトラエトキシシラン(TEOS)と、塩酸水溶液(pH1.0)と、n−オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライドと、をモル比1:5:1で混合し、60℃で24時間静置して、ゲルを得た。得られたゲルを単離し、60℃で24時間乾燥させた後、600℃で3時間焼結して、約3.2nmの細孔径を有するメソポーラスシリカを得た。なお、「C18メソポーラスシリカ」の「18」という数値は、鋳型シリカを作製する際に用いる界面活性剤の炭化水素基の鎖長を表しており、鋳型の細孔のサイズの指標となる数値である。
(Example 7)
-Production of template (C18 mesoporous silica) Tetraethoxysilane (TEOS), hydrochloric acid aqueous solution (pH 1.0) and n-octadecyltrimethylammonium chloride were mixed at a molar ratio of 1: 5: 1, and the mixture was stirred at 60 ° C for 24 hours. The gel was obtained by standing for a period of time. The obtained gel was isolated, dried at 60 ° C. for 24 hours, and then sintered at 600 ° C. for 3 hours to obtain mesoporous silica having a pore diameter of about 3.2 nm. The numerical value “18” in “C18 mesoporous silica” represents the chain length of the hydrocarbon group of the surfactant used when producing the template silica, and is a numerical value that is an index of the pore size of the template. is there.
・半導体ナノ粒子の作製
CsCO3:0.01部、オクタデセン:0.3部、オレイン酸0.02部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。また、SnBr2:0.03部、オクタデセン:3部、オレイン酸:0.3部、オレイルアミン:0.3部を、130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、上記メソポーラスシリカ10部を入れた容器中に半導体ナノ粒子前駆体液2を加え、240℃に加熱した後に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、当該混合物を氷水に入れて冷却し、メソポーラスシリカ内でCsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。
続いて、半導体ナノ粒子を内包したメソポーラスシリカ分散液を1時間超音波処理することで半導体ナノ粒子をメソポーラスシリカ内から取り出した。
0.01 parts of octadecene: Preparation CsCO 3 of-semiconductor nanoparticle 0.3 parts 0.02 parts of oleic acid were mixed under a nitrogen atmosphere was maintained at 130 ° C., to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1. Further, SnBr 2 : 0.03 part, octadecene: 3 part, oleic acid: 0.3 part, oleylamine: 0.3 part are mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C., and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 is mixed. Prepared. Then, after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 to the container containing 10 parts of the mesoporous silica and heating to 240 ° C., the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 is added and mixed for 5 minutes, and then the mixture is put into ice water. And cooled to obtain semiconductor nanoparticles composed of a compound represented by CsSnBr 3 in mesoporous silica. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second.
Subsequently, the mesoporous silica dispersion containing the semiconductor nanoparticles was subjected to ultrasonic treatment for 1 hour to take out the semiconductor nanoparticles from the mesoporous silica.
(実施例8)
実施例1において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたSnBr2:0.03部をSnBr2:0.025部及びSnF3:0.004部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、CsSnF0.5Br2.5で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 8)
In Example 1, SnBr used as the raw material in the semiconductor nanoparticle during the production 2: 0.03 parts SnBr 2: 0.025 parts of SnF 3: was changed to 0.004 parts, performed in the same manner as in Example 1 It was. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnF 0.5 Br 2.5.
(実施例9)
実施例1において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたCsCO3:0.01部をRb2CO3:0.007部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、RbSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
Example 9
In Example 1, CsCO used as a starting material in the semiconductor nanoparticle during the production 3: 0.01 parts Rb 2 CO 3: was changed to 0.007 parts, was performed in the same manner as in Example 1. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by RbSnBr 3.
(実施例10)
実施例2において、半導体ナノ粒子作製時に原料として用いたSnBr2:0.03部をGeBr4:0.04部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。これにより、CsGeBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 10)
In Example 2, SnBr used as the raw material in the semiconductor nanoparticle during the production 2: 0.03 parts of GeBr 4: was changed to 0.04 parts, was performed in the same manner as in Example 1. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsGeBr 3.
(実施例11)
・半導体ナノ粒子の作製
CsCO3:0.01部、オクタデセン:0.3部、トリオクチルホスフィン:0.04部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。SnBr2:0.03部、オクタデセン:3部、トリオクチルホスフィン:0.6部、オレイルアミン:0.3部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、240℃に加熱した半導体ナノ粒子前駆体液2に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、当該混合物を氷水に入れて冷却し、半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 11)
Preparation of Semiconductor Nanoparticles CsCO 3 : 0.01 part, Octadecene: 0.3 part, Trioctylphosphine: 0.04 part are mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C. to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 did. SnBr 2 : 0.03 part, Octadecene: 3 part, Trioctylphosphine: 0.6 part, Oleylamine: 0.3 part are mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C. to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 did. And after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 to the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 heated at 240 degreeC and mixing for 5 minutes, the said mixture was put into ice water and cooled, and the semiconductor nanoparticle was obtained. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
(実施例12)
CsBr:0.025部、オクタデセン:3部、オレイン酸0.03部、オレイルアミン:0.3部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。SnBr2:0.03部、オクタデセン:3部、オレイン酸:0.3部、オレイルアミン:0.3部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、240℃に加熱した半導体ナノ粒子前駆体液2に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、当該混合物を氷水に入れて冷却し、半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 12)
CsBr: 0.025 parts, octadecene: 3 parts, oleic acid 0.03 parts, oleylamine: 0.3 parts were mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C. to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1. SnBr 2 : 0.03 part, octadecene: 3 part, oleic acid: 0.3 part, oleylamine: 0.3 part were mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C. to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 2. . And after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 to the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 heated at 240 degreeC and mixing for 5 minutes, the said mixture was put into ice water and cooled, and the semiconductor nanoparticle was obtained. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
(実施例13)
CsCO3:0.005部、オクタデセン:0.15部、オレイン酸0.01部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。SnBr2:0.015部、オクタデセン:1.5部、オレイン酸:0.15部、オレイルアミン:0.15部を、130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、240℃に加熱した半導体ナノ粒子前駆体液2に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、当該混合物を氷水に入れて冷却し、半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、2.5℃/秒とした。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Example 13)
CsCO 3 : 0.005 part, octadecene: 0.15 part, and oleic acid 0.01 part were mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C. to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1. SnBr 2 : 0.015 part, octadecene: 1.5 part, oleic acid: 0.15 part, oleylamine: 0.15 part are mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C., and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 is mixed. Prepared. And after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 to the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 heated at 240 degreeC and mixing for 5 minutes, the said mixture was put into ice water and cooled, and the semiconductor nanoparticle was obtained. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 2.5 ° C./second. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
(比較例1)
CsBr:0.8部、SnBr2:1部を300℃に保持した窒素雰囲気下で、150時間加熱してバルク体を作製した。得られたバルク体をボールミルで破砕して発光体を得た。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Comparative Example 1)
A bulk body was produced by heating for 150 hours under a nitrogen atmosphere in which CsBr: 0.8 part and SnBr 2 : 1 part were maintained at 300 ° C. The obtained bulk body was crushed with a ball mill to obtain a luminous body. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
(比較例2)
・半導体ナノ粒子の作製
CsCO3:0.01部、オクタデセン:0.3部、オレイン酸0.02部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合して半導体ナノ粒子前駆体液1を調製した。また、SnBr2:0.03部、オクタデセン:0.3部、オレイン酸:0.3部、オレイルアミン:0.3部を130℃に保持した窒素雰囲気下で混合し、半導体ナノ粒子前駆体液2を調製した。そして、240℃に加熱した半導体ナノ粒子前駆体液2に、半導体ナノ粒子前駆体液1を加えて5分間混合した後、空気中で冷却し、半導体ナノ粒子を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、0.5℃/秒とした。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を得た。
(Comparative Example 2)
· Preparation CsCO 3 of semiconductor nanoparticles: 0.01 parts of octadecene 0.3 parts to prepare a semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 were mixed under a nitrogen atmosphere was maintained 0.02 parts of oleic acid 130 ° C.. Further, SnBr 2 : 0.03 part, octadecene: 0.3 part, oleic acid: 0.3 part, oleylamine: 0.3 part were mixed in a nitrogen atmosphere maintained at 130 ° C., and the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 Was prepared. And after adding the semiconductor nanoparticle precursor liquid 1 to the semiconductor nanoparticle precursor liquid 2 heated at 240 degreeC and mixing for 5 minutes, it cooled in air and obtained the semiconductor nanoparticle. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 0.5 ° C./second. This gave a semiconductor nanoparticle comprising a compound represented by CsSnBr 3.
[評価]
実施例1〜13、及び比較例1、2で作製した半導体ナノ粒子について、アスペクト比、半導体ナノ粒子の総量に対する、アスペクト比が1.0〜1.8である粒子の割合、粒径の変動値を以下の方法でそれぞれ求めた。結果を表1に示す。
[Evaluation]
About the semiconductor nanoparticles produced in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 and 2, the aspect ratio, the ratio of particles having an aspect ratio of 1.0 to 1.8 with respect to the total amount of semiconductor nanoparticles, and the variation in particle diameter Values were determined by the following methods. The results are shown in Table 1.
(半導体ナノ粒子のアスペクト比、及び長径αの変動値(CV値)の測定方法)
各実施例及び比較例で作製した半導体ナノ粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM)(JEM−2500SE、JEOL製)を用いて100個ずつ、画像観察した。そして、100個の半導体ナノ粒子の長径α及び短径βの平均値をそれぞれ算出した。得られた長径αおよび短径βの値に基づき、半導体ナノ粒子のアスペクト比(α/β)を算出した。また、TEM観察による長径αの測定の際、各粒子の長径αの変動値(CV値=標準偏差/長径αの平均値)も算出した。
(Measuring method of aspect ratio of semiconductor nanoparticles and fluctuation value (CV value) of major axis α)
About 100 semiconductor nanoparticles produced in each Example and Comparative Example, 100 images were observed using a transmission electron microscope (TEM) (JEM-2500SE, manufactured by JEOL). And the average value of major axis alpha and minor axis beta of 100 semiconductor nanoparticles was computed, respectively. Based on the values of the major axis α and the minor axis β obtained, the aspect ratio (α / β) of the semiconductor nanoparticles was calculated. Further, when measuring the major axis α by TEM observation, the fluctuation value (CV value = standard deviation / average value of major axis α) of the major axis α of each particle was also calculated.
表1に示されるように、半導体ナノ粒子作製時に急冷すると、アスペクト比(α/β)が十分に小さくなりやすく、さらにアスペクト比が1.8以下である粒子の割合がいずれも50質量%以上であった(実施例1〜13)。これに対し、徐冷した場合には、十分にアスペクト比が小さくなり難かった(比較例2)。また、ボールミルで破砕した場合(比較例1)にも、CV値が大きくなり、粒径が均一になりにくかった。 As shown in Table 1, when rapidly cooling the semiconductor nanoparticles, the aspect ratio (α / β) tends to be sufficiently small, and the proportion of particles having an aspect ratio of 1.8 or less is 50% by mass or more. (Examples 1 to 13). On the other hand, when it was gradually cooled, it was difficult to sufficiently reduce the aspect ratio (Comparative Example 2). Moreover, also when it crushed with the ball mill (comparative example 1), the CV value became large and it was difficult to make the particle diameter uniform.
また特に、合成時の温度が高く、かつ冷却速度が速い場合(実施例1、3、5〜9、11〜13)には、アスペクト比が1.4程度、つまり結晶構造が立方晶である半導体ナノ粒子が得られやすかった。 In particular, when the synthesis temperature is high and the cooling rate is fast (Examples 1, 3, 5-9, 11-13), the aspect ratio is about 1.4, that is, the crystal structure is cubic. It was easy to obtain semiconductor nanoparticles.
(実施例14)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液にオレイルアミン:0.8部、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛:0.02部を混合し、240℃に保持した窒素雰囲気下で1時間混合した。その後、当該水溶液を240℃で1時間混合し、氷水で急冷して、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。
(Example 14)
Oleylamine: 0.8 part and zinc diethyldithiocarbamate: 0.02 part were mixed with the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1 and mixed for 1 hour in a nitrogen atmosphere maintained at 240 ° C. Thereafter, the aqueous solution is mixed at 240 ° C. for 1 hour, rapidly cooled with ice water, and a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 is obtained. It was. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second.
(実施例15)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例2で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 15)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 2 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
(実施例16)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例3で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnCl3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 16)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 3 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. As a result, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around the semiconductor nanoparticles made of the compound represented by CsSnCl 3 was obtained.
(実施例17)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例4で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnI3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 17)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 4 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnI 3 was obtained.
(実施例18)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例5で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnCl1.5Br1.5で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 18)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 5 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. As a result, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around the semiconductor nanoparticles made of a compound represented by CsSnCl 1.5 Br 1.5 was obtained.
(実施例19)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例6で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnCl3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 19)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 6 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. As a result, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around the semiconductor nanoparticles made of the compound represented by CsSnCl 3 was obtained.
(実施例20)
実施例7と同じ手順で、メソポーラスシリカの鋳型内で半導体ナノ粒子を作製した。次に、作製した半導体ナノ粒子を含む鋳型の分散液にオレイルアミン:0.8部、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛:0.02部を混合し、240℃に保持した窒素雰囲気下で1時間混合した。その後、当該水溶液を240℃で1時間混合し、氷水で急冷して、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。続いて、半導体ナノ粒子を内包したメソポーラスシリカ分散液を1時間超音波処理することで半導体ナノ粒子をメソポーラスシリカ内から取り出した。
(Example 20)
Semiconductor nanoparticles were prepared in a mesoporous silica template by the same procedure as in Example 7. Next, oleylamine: 0.8 part and diethyldithiocarbamate: 0.02 part were mixed with the prepared dispersion of the template containing semiconductor nanoparticles, and mixed for 1 hour in a nitrogen atmosphere maintained at 240 ° C. Thereafter, the aqueous solution is mixed at 240 ° C. for 1 hour, rapidly cooled with ice water, and a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 is obtained. It was. The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second. Subsequently, the mesoporous silica dispersion containing the semiconductor nanoparticles was subjected to ultrasonic treatment for 1 hour to take out the semiconductor nanoparticles from the mesoporous silica.
(実施例21)
実施例4で作製した半導体ナノ粒子の分散液に、オクタデセン1部にステアリン酸カドミウム及び硫黄を溶解させた溶液を加えた。このとき、半導体ナノ粒子中のCsと、Cdと、Sと、の質量比が1:1:1になるように調整した。そして、240℃で30分間攪拌し、氷水で急冷して、CsSnI3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、CdSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。
(Example 21)
A solution in which cadmium stearate and sulfur were dissolved in 1 part of octadecene was added to the dispersion of semiconductor nanoparticles prepared in Example 4. At this time, the mass ratio of Cs, Cd, and S in the semiconductor nanoparticles was adjusted to 1: 1: 1. Then, the mixture was stirred at 240 ° C. for 30 minutes and quenched with ice water to obtain a phosphor dispersion having a shell layer made of CdS around the semiconductor nanoparticles made of the compound represented by CsSnI 3 . The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second.
(実施例22)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液に、オクタデセン1部にステアリン亜鉛及び硫黄を溶解させた溶液を加えた。このとき、半導体ナノ粒子中のCsと、Znと、Sと、の質量比が1:1:1になるように調整した。そして、240℃で30分間攪拌し、氷水で急冷して、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、CdSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、1.5℃/秒とした。
(Example 22)
A solution in which stearic zinc and sulfur were dissolved in 1 part of octadecene was added to the dispersion of semiconductor nanoparticles prepared in Example 1. At this time, the mass ratio of Cs, Zn, and S in the semiconductor nanoparticles was adjusted to 1: 1: 1. Then, the mixture was stirred at 240 ° C. for 30 minutes and quenched with ice water to obtain a phosphor dispersion having a shell layer made of CdS around the semiconductor nanoparticles made of the compound represented by CsSnBr 3 . The temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 1.5 ° C./second.
(実施例23)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例8で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnF0.5Br2.5で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 23)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 8 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, the periphery of the semiconductor nanoparticles comprising a compound represented by CsSnF 0.5 Br 2.5, having a shell layer made of ZnS, to obtain a dispersion of the light emitter.
(実施例24)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例9で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、RbSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 24)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 9 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around the semiconductor nanoparticles made of the compound represented by RbSnBr 3 was obtained.
(実施例25)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例10で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsGeBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 25)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 10 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around the semiconductor nanoparticles made of a compound represented by CsGeBr 3 was obtained.
(実施例26)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例11で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 26)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 11 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
(実施例27)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例12で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 27)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 12 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
(実施例28)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、実施例13で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Example 28)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 13 was used instead of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
(比較例3)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、比較例1で作製した破砕粒子の分散液を用いた以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Comparative Example 3)
A shell layer was prepared in the same manner as in Example 14 except that the dispersion of crushed particles prepared in Comparative Example 1 was used instead of the dispersion of semiconductor nanoparticles prepared in Example 1. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
(比較例4)
実施例1で作製した半導体ナノ粒子の分散液の代わりに、比較例2で作製した半導体ナノ粒子の分散液を用いたこと、さらに240℃から50℃まで冷却する際の温度勾配は、0.5℃/秒とした以外は、実施例14と同様にシェル層を作製した。これにより、CsSnBr3で表される化合物からなる半導体ナノ粒子の周囲に、ZnSからなるシェル層を有する、発光体の分散液を得た。
(Comparative Example 4)
The semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Comparative Example 2 was used in place of the semiconductor nanoparticle dispersion prepared in Example 1, and the temperature gradient when cooling from 240 ° C. to 50 ° C. was 0. A shell layer was produced in the same manner as in Example 14 except that the temperature was set to 5 ° C./second. Thus, a phosphor dispersion having a shell layer made of ZnS around a semiconductor nanoparticle made of a compound represented by CsSnBr 3 was obtained.
[評価]
実施例14〜28、及び比較例3、4で作製した発光体について、蛍光量子収率、発光ピーク波長、発光ピーク波長の半値幅、シグナルノイズ比、低濃度染色時の蛍光強度を、以下の方法でそれぞれ測定した。また、評価結果を表2に示す。
[Evaluation]
For the phosphors produced in Examples 14 to 28 and Comparative Examples 3 and 4, the fluorescence quantum yield, the emission peak wavelength, the half-value width of the emission peak wavelength, the signal noise ratio, and the fluorescence intensity at the time of low concentration staining are as follows. Each was measured by the method. The evaluation results are shown in Table 2.
(蛍光量子収率の評価)
絶対PL量子収率測定装置(Quantaurus−QY C11347−01、浜松ホトニクス社製)を用いて半導体ナノ粒子の蛍光量子収率測定を行った。そして、下記の基準で蛍光量子収率を評価した。なお、蛍光量子収率の値が大きいほど、発光体が含む半導体ナノ粒子の感度が高いことを意味する。
◎:量子収率50%以上
〇:量子収率40%以上50%未満
△:量子収率30%以上40%未満
×:量子収率30%未満
(Evaluation of fluorescence quantum yield)
The fluorescence quantum yield of the semiconductor nanoparticles was measured using an absolute PL quantum yield measuring apparatus (Quantaurus-QY C11347-01, manufactured by Hamamatsu Photonics). And the fluorescence quantum yield was evaluated on the following reference | standard. In addition, it means that the sensitivity of the semiconductor nanoparticle which a light-emitting body contains is so high that the value of a fluorescence quantum yield is large.
A: Quantum yield of 50% or more O: Quantum yield of 40% or more and less than 50% Δ: Quantum yield of 30% or more and less than 40% ×: Quantum yield of less than 30%
(発光体の発光ピーク波長、及び発光ピーク波長の半値幅の評価)
各発光体について、蛍光光度計(F−7000;日立製作所製)を用いて蛍光スペクトル測定を行い、下記の基準で発光ピーク波長の半値幅を評価した。なお、半値幅(full width at half maximum(FWHM))とは、蛍光スペクトル分布において、相対強度の発光ピーク波長のピークにおける強度を100%としたとき、相対強度が50%となる波長の幅である。なお、半値幅の値が小さいほど、ピークがシャープであることを意味する。
〇:半値幅が50nm以下
△:半値幅が50nm超60nm以下
×:半値幅が60nm超
(Evaluation of emission peak wavelength of light emitter and half-value width of emission peak wavelength)
About each light-emitting body, the fluorescence spectrum measurement was performed using the fluorometer (F-7000; Hitachi Ltd. make), and the half value width of the light emission peak wavelength was evaluated on the following reference | standard. The full width at half maximum (FWHM) is the width of the wavelength at which the relative intensity is 50% when the intensity at the peak of the emission peak wavelength of the relative intensity is 100% in the fluorescence spectrum distribution. is there. In addition, it means that a peak is sharp, so that the value of a half value width is small.
○: Half width is 50 nm or less Δ: Half width is more than 50 nm and 60 nm or less ×: Half width is more than 60 nm
(発光体を蛍光プローブに用いた際のシグナル/ノイズ比(S/N)の評価)
実施例14〜28、及び比較例3、4で作製した発光体10mgをテトラヒドロフラン(THF)に分散させ、3−メルカプトプロピオン酸0.2gを加えた。これにより、発光体表面にカルボン酸を導入し、その表面を疎水性から親水性に変えた。そして、当該分散液4.5gに、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド0.002g、及びHER2認識抗体である4B5(Roche社製)を50μL加え、1分間ボルテックスで振動を与えた後、1時間放置した。これにより、発光体表面のカルボン酸と、抗体(標的指向性リガンド)のアミノ基末端とが脱水縮合して、抗体に発光体が結合した蛍光プローブ(発光体−抗体複合体)が得られた。そして最後に、0.1mol/Lリン酸バッファー(pH7.4、ナカライテスク社製)を適量加え、蛍光プローブの0.1質量%リン酸バッファー分散液(1)を調製した。
(Evaluation of signal / noise ratio (S / N) when a phosphor is used as a fluorescent probe)
10 mg of the phosphor prepared in Examples 14 to 28 and Comparative Examples 3 and 4 were dispersed in tetrahydrofuran (THF), and 0.2 g of 3-mercaptopropionic acid was added. Thereby, carboxylic acid was introduced into the surface of the luminescent material, and the surface was changed from hydrophobic to hydrophilic. Then, 50 μL of N, N′-dicyclohexylcarbodiimide 0.002 g and HER2 recognition antibody 4B5 (manufactured by Roche) were added to 4.5 g of the dispersion, and the mixture was vortexed for 1 minute and left for 1 hour. did. As a result, the carboxylic acid on the surface of the illuminant and the amino group end of the antibody (target-directed ligand) were dehydrated and condensed to obtain a fluorescent probe (luminant-antibody complex) in which the illuminant was bound to the antibody. . Finally, an appropriate amount of 0.1 mol / L phosphate buffer (pH 7.4, manufactured by Nacalai Tesque) was added to prepare a 0.1 mass% phosphate buffer dispersion (1) of the fluorescent probe.
細胞膜にHER2タンパク質が発現した乳がん細胞切片(HER2 IHC、パソロジー研究所製)に、上記で調製した蛍光プローブのリン酸バッファー分散液を滴下し、4℃で40分間放置した。その後、リン酸バッファー槽に漬けて余分な蛍光プローブを除去した。次いで、エタノール槽、キシレン槽の順に漬け込み、細胞切片を低極性溶媒環境とした。続いて、封入材(エンテランニュー、Merck社製)で細胞切片を封入して観察用サンプルを作製した。この観察用サンプルについて、蛍光顕微鏡(オリンパス社製)を用いて、励起波長365nmとして観察を行った。このとき、細胞膜部に特異的に発現させたHER2を蛍光プローブが正しく認識できているかを、「細胞膜部での蛍光強度/細胞全体での蛍光強度」を、シグナル/ノイズ比(S/N)とし、下記の基準で評価した。
◎:S/Nが0.98以上
○:S/Nが0.95以上0.98未満
△:S/Nが0.92以上0.95未満
×:S/Nが0.92未満
To the breast cancer cell slice (HER2 IHC, manufactured by Pathology Laboratories) in which the HER2 protein was expressed on the cell membrane, the phosphoric acid buffer dispersion of the fluorescent probe prepared above was dropped and left at 4 ° C. for 40 minutes. Then, it was immersed in the phosphate buffer tank and the excess fluorescent probe was removed. Subsequently, the cells were immersed in an ethanol bath and a xylene bath in this order, and the cell slices were made into a low polarity solvent environment. Subsequently, cell samples were encapsulated with an encapsulant (Enterlan New, manufactured by Merck) to prepare an observation sample. The observation sample was observed using a fluorescence microscope (manufactured by Olympus) at an excitation wavelength of 365 nm. At this time, whether or not the fluorescent probe correctly recognizes HER2 specifically expressed in the cell membrane part, the “fluorescence intensity in the cell membrane part / fluorescence intensity in the whole cell” is expressed as a signal / noise ratio (S / N). And evaluated according to the following criteria.
◎: S / N is 0.98 or more ○: S / N is 0.95 or more and less than 0.98 Δ: S / N is 0.92 or more and less than 0.95 ×: S / N is less than 0.92
(低濃度染色時の蛍光強度評価)
上述のシグナル/ノイズ比評価と同様の手法により、蛍光体プローブの0.1質量%リン酸バッファー分散液(1)を調製した。そして、上記と同様に、細胞切片染色および蛍光顕微鏡観察を行った。そして、実施例14の細胞膜部の蛍光強度を100とし、当該値に対する相対値として、各実施例及び比較例の蛍光強度を以下の基準で評価した。
◎:細胞膜部蛍光強度の相対値が0.95以上
〇:細胞膜部蛍光強度の相対値が0.90以上0.95未満
△:細胞膜部蛍光強度の相対値が0.85以上0.90未満
×:細胞膜部蛍光強度の相対値が0.85未満
(Evaluation of fluorescence intensity at low concentration staining)
A 0.1 mass% phosphoric acid buffer dispersion (1) of a phosphor probe was prepared by the same method as the signal / noise ratio evaluation described above. In the same manner as described above, cell section staining and fluorescence microscope observation were performed. And the fluorescence intensity of the cell membrane part of Example 14 was set to 100, and the fluorescence intensity of each Example and a comparative example was evaluated on the following references | standards as a relative value with respect to the said value.
A: The relative value of the fluorescence intensity of the cell membrane part is 0.95 or more. O: The relative value of the fluorescence intensity of the cell membrane part is 0.90 or more and less than 0.95. Δ: The relative value of the fluorescence intensity of the cell membrane part is 0.85 or more and less than 0.90. X: The relative value of the fluorescence intensity of the cell membrane is less than 0.85
(格子定数の比率の測定)
実施例17及び比較例21で作製した発光体について、XRD(X線回折)により、半導体ナノ粒子の格子定数とシェル層の格子定数とを測定し、これらの比率(シェル層の格子定数/半導体ナノ粒子の格子定数)を算出した。
(Measurement of ratio of lattice constant)
For the phosphors produced in Example 17 and Comparative Example 21, the lattice constant of the semiconductor nanoparticles and the lattice constant of the shell layer were measured by XRD (X-ray diffraction), and the ratio of these (the lattice constant of the shell layer / semiconductor). The lattice constant of the nanoparticles was calculated.
表2に示されるように、半導体ナノ粒子のアスペクト比が1.8以下である場合には、蛍光粒子収率が高かった(実施例14〜28)。またこれらの実施例では、半導体ナノ粒子の長径αの変動係数が40%以下であり、いずれも半値幅が狭く、シグナル/ノイズ比や蛍光強度も十分に高かった(実施例14〜28)。また特に、半導体ナノ粒子のアスペクト比が1.4程度、つまり結晶構造が立方晶である半導体ナノ粒子を有する発光体(実施例14、16、18〜20、22〜24、26〜28)では、蛍光量子収率が高かった。 As shown in Table 2, when the aspect ratio of the semiconductor nanoparticles was 1.8 or less, the yield of fluorescent particles was high (Examples 14 to 28). Moreover, in these examples, the variation coefficient of the major axis α of the semiconductor nanoparticles was 40% or less, all had a narrow half width, and the signal / noise ratio and the fluorescence intensity were sufficiently high (Examples 14 to 28). In particular, in the case of a light emitting body (Examples 14, 16, 18-20, 22-24, 26-28) having semiconductor nanoparticles whose semiconductor nanoparticles have an aspect ratio of about 1.4, that is, a crystal structure. The fluorescence quantum yield was high.
一方、アスペクト比が1.8を超える半導体ナノ粒子を含む発光体では、量子収率が低く、さらに発光ピークの半値幅が広く、シグナル/ノイズ比も低かった(比較例3及び4)。 On the other hand, a phosphor including semiconductor nanoparticles having an aspect ratio exceeding 1.8 had a low quantum yield, a wide half-value width of an emission peak, and a low signal / noise ratio (Comparative Examples 3 and 4).
本発明の発光体が含む半導体ナノ粒子は、蛍光量子収率が非常に高く、発する光の色純度が高い。したがって、本発明の発光体は、蛍光プローブや照明装置等、種々の用途に適用可能である。 The semiconductor nanoparticles contained in the phosphor of the present invention have a very high fluorescence quantum yield and a high color purity of emitted light. Therefore, the light emitter of the present invention can be applied to various uses such as a fluorescent probe and an illumination device.
3 半導体ナノ粒子
4 標的指向性リガンド
5 標的生体分子
10 基板
20 LED素子
30 波長変換層
50 LED装置
100 カラーホイール
101 基板
102 光調整層
110 光源
111、112 レンズ
113 ミラー
114 投射光学系
120 投射型表示装置
200 バックライト装置
201 波長変換層
202 光源
203 導光体
300 光電変換装置
301 基板
302 電極層
303 P型半導体層
304 N型半導体層
305 透明電極層
310 波長変換層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Semiconductor nanoparticle 4 Target-directed ligand 5
Claims (22)
(一般式(1)中、
M1は、Li、Na、K、Rb、及びCsからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、
M2は、Ge及びSnのうちのいずれか一方、もしくは両方の元素を示し、
Xは、F、Cl、Br、及びIからなる群から選ばれる一種以上の元素を示し、
m1は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、
m2は、0.7〜1.3の範囲の値を示し、
xは2.0〜4.0の範囲の値を示す)
で表される化合物からなる半導体ナノ粒子を複数含む発光体であり、
前記半導体ナノ粒子の長径をα、短径をβとしたとき、前記発光体が含む前記半導体ナノ粒子の総数に対する、アスペクト比(α/β)が1.0〜1.8である前記半導体ナノ粒子の個数の割合が50%以上であり、
前記半導体ナノ粒子の長径αの変動係数が40%以下である、発光体。 General formula (1) M1 m1 M2 m2 X x
(In general formula (1),
M1 represents one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, and Cs;
M2 represents one or both of Ge and Sn,
X represents one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I;
m1 represents a value in the range of 0.7 to 1.3;
m2 represents a value in the range of 0.7 to 1.3;
x represents a value in the range of 2.0 to 4.0)
Is a light emitter including a plurality of semiconductor nanoparticles made of a compound represented by:
The semiconductor nanoparticle having an aspect ratio (α / β) of 1.0 to 1.8 with respect to the total number of the semiconductor nanoparticles included in the light emitter, where α is the major axis of the semiconductor nanoparticles and β is the minor axis. The ratio of the number of particles is 50% or more,
The luminous body whose variation coefficient of major axis alpha of said semiconductor nanoparticle is 40% or less.
請求項1に記載の発光体。 The ratio of the number of the semiconductor nanoparticles having the aspect ratio of 1.0 to 1.8 to the total number of the semiconductor nanoparticles included in the light emitter is 70% or more.
The light emitter according to claim 1.
請求項1または2に記載の発光体。 The ratio of the number of the semiconductor nanoparticles having the aspect ratio of 1.0 to 1.5 with respect to the total number of the semiconductor nanoparticles included in the light emitter is 70% or more.
The light emitter according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光体。 The variation coefficient of the major axis α of the semiconductor nanoparticles is 20% or less.
The light emitter according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光体。 The semiconductor nanoparticles have an emission peak wavelength in a wavelength range of 400 to 800 nm.
The light emitter according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光体。 The semiconductor nanoparticles have an emission peak wavelength in a wavelength range of 400 to 700 nm.
The light emitter according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光体。 The half-value width of the emission peak of the semiconductor nanoparticles is 60 nm or less.
The light emitter according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光体。 The semiconductor nanoparticles are coated with a shell layer;
The light emitter according to any one of claims 1 to 7.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光体。 The ratio of the lattice constant of the shell layer to the lattice constant of the semiconductor nanoparticles is 70% or more and 130% or less.
The light emitter according to any one of claims 1 to 8.
複数の金属化合物及び溶媒を含む溶液を加熱する加熱工程と、
前記溶液を冷却する冷却工程と、
を含む、発光体の製造方法。 A method for producing a light emitter according to any one of claims 1 to 9,
A heating step of heating a solution containing a plurality of metal compounds and a solvent;
A cooling step for cooling the solution;
The manufacturing method of a light-emitting body containing this.
前記冷却工程は、1℃/秒以上の温度勾配で前記溶液を冷却する工程である、請求項10に記載の発光体の製造方法。 The heating step is a step of heating the solution to 120 ° C. or higher,
The said cooling process is a manufacturing method of the light-emitting body of Claim 10 which is a process of cooling the said solution with the temperature gradient of 1 degree-C / sec or more.
複数の金属化合物及び溶媒を含む溶液を、多孔質状の鋳型の細孔内に充填し、加熱する工程と、
前記溶液を冷却する冷却工程と、
を含む、発光体の製造方法。 A method for producing a light emitter according to any one of claims 1 to 9,
Filling a solution containing a plurality of metal compounds and a solvent into the pores of a porous mold and heating;
A cooling step for cooling the solution;
The manufacturing method of a light-emitting body containing this.
前記発光体に結合した標的指向性リガンドと、
を有する、蛍光プローブ。 The light emitter according to any one of claims 1 to 9,
A targeting ligand bound to the illuminant;
A fluorescent probe.
請求項13または14に記載の蛍光プローブ。 The functional group on the surface of the phosphor and the functional group of the target-directing ligand are covalently bonded.
The fluorescent probe according to claim 13 or 14.
蛍光プローブ分散液。 The fluorescent probe according to any one of claims 13 to 15 is dispersed in water or a buffer solution.
Fluorescent probe dispersion.
前記波長変換層が、請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光体を含む、
LED装置。 An LED element, and a wavelength conversion layer disposed on the light emission surface of the LED element,
The wavelength conversion layer includes the light emitter according to any one of claims 1 to 9,
LED device.
請求項17に記載のLED装置。 The wavelength conversion layer is made of a wavelength conversion film containing the light emitter and a binder,
The LED device according to claim 17.
投射型表示装置用カラーホイール。 A color wheel for a projection display device including a light adjustment layer arranged around a rotation center, wherein the light adjustment layer includes the light emitter according to any one of claims 1 to 9.
Color wheel for projection display devices.
波長変換フィルム。 Including the light emitting body according to any one of claims 1 to 9 and a binder,
Wavelength conversion film.
ディスプレイ装置。 The wavelength conversion film according to claim 20 is included,
Display device.
光電変換装置。 It has a wavelength conversion film according to claim 20.
Photoelectric conversion device.
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