JP2019218524A - 半導体ナノ粒子、その製造方法及び発光デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
半導体ナノ粒子は、銀(Ag)と、インジウム(In)と、マグネシウム(Mg)と、硫黄(S)とを含み、組成中のAgの含有率が1.4モル%以上28モル%以下、Inの含有率が5モル%以上36モル%以下、Sの含有率が46モル%以上57モル%以下、Mgの含有率が0.1モル%以上40モル%以下である。また、半導体ナノ粒子の組成は、AgとInの合計モル数に対するMgのモル数の比が0.02以上4以下である。
(AgzIn(1−z))2x(MgyZn(1−y))2(1−x)Sx−2xz+2 (1)
x、y及びzは、0<x<1、0<y≦1、0.15<z<1を満たす。
半導体ナノ粒子の第一の製造方法は、Ag塩、In塩、S供給源及び有機溶剤を含む第一混合物を125℃以上300℃以下の第一温度で加熱して、AgとInとSとを含むナノ粒子を得る第一熱処理工程と、得られたナノ粒子、Mg塩及び有機溶剤を含む第二混合物を180℃以上300℃以下の第二温度で加熱する第二熱処理工程とを含む。第二混合物は、場合により、Mg塩に加えてZn塩を含んでいてもよく、MgとZnを含む複塩を含んでいてもよい。また、第一の製造方法は、Ag塩、In塩、S供給源及び有機溶剤を含む第一混合物を準備する準備工程を更に含んでいてもよい。
発光デバイスは、光変換部材および半導体発光素子を備え、光変換部材に上記において説明した半導体ナノ粒子を含むものである。この発光デバイスによれば、例えば、半導体発光素子からの発光の一部を、半導体ナノ粒子が吸収してより長波長の光が発せられる。そして、半導体ナノ粒子からの光と半導体発光素子からの発光の残部とが混合され、その混合光を発光デバイスの発光として利用できる。
− 青色半導体発光素子によりピーク波長が420nm以上490nm以下の範囲内にある青色光を得るようにし、半導体ナノ粒子により、ピーク波長が510nm以上550nm以下、好ましくは530nm以上540nm以下の範囲内にある緑色光、およびピーク波長が600nm以上680nm以下、好ましくは630nm以上650nm以下の範囲内にある赤色光を得るようにする;または、
− 発光デバイスにおいて、半導体発光素子によりピーク波長400nm以下の紫外光を
得るようにし、半導体ナノ粒子によりピーク波長430nm以上470nm以下、好ましくは440nm以上460nm以下の範囲内にある青色光、ピーク波長が510nm以上550nm以下、好ましくは530nm以上540nm以下の緑色光、およびピーク波長が600nm以上680nm以下、好ましくは630nm以上650nm以下の範囲内にある赤色光を得るようにすることによって、濃いカラーフィルターを用いることなく、色再現性の良い液晶表示装置が得られる。発光デバイスは、例えば、直下型のバックライトとして、またはエッジ型のバックライトとして用いられる。
反応容器にて酢酸銀(AgOAc)0.1mmol、酢酸インジウム(In(OAc)3)0.1mmol、チオ尿素0.2mmolを、オレイルアミン2.95mL及びドデカンチオール0.05mLと混合した。混合液を脱気して窒素雰囲気に置換し、250℃に設定したホットスターラーに投入し、10分間熱処理した。続いて反応容器をホットスターラーから取り出し、室温で放冷し、反応を停止した。遠心分離によって粗大粒子を除去した後、上澄みにメタノールを加えて前駆半導体ナノ粒子を沈殿させ、遠心分離によって固体を回収した。回収した固体をクロロホルムに分散した。
半導体ナノ粒子の合成
参考例1で得られた前駆半導体ナノ粒子を粒子数として2.0×10−5mmol計り取り、クロロホルムを蒸発させて除いた後、酢酸亜鉛(Zn(OAc)2)8.2×10−3mmol及びマグネシウムアセチルアセトナート(Mg(acac)2)3.3×10−2mmolと共に、オレイルアミン1.5mL及びドデカンチオール1.5mLと混合して混合液を得た。混合液を脱気して窒素雰囲気に置換し、250℃に設定したホットスターラーに投入し、10分間熱処理した。続いて反応容器をホットスターラーから取り出し、室温で放冷し、反応を停止した。遠心分離によって粗大粒子を除去した後、上澄みにメタノールを加えて半導体ナノ粒子を沈殿させ、遠心分離によって回収した。
半導体ナノ粒子の合成
参考例1で得られた前駆半導体ナノ粒子を粒子数として2.0×10−5mmol計り取り、クロロホルムを蒸発させて除いた後、マグネシウムアセチルアセトナート(Mg(acac)2)4.1×10−2mmolと共に、オレイルアミン1.5mL及びドデカンチオール1.5mLと混合して混合液を得た。混合液を脱気して窒素雰囲気に置換し、250℃に設定したホットスターラーに投入し、10分間熱処理した。続いて反応容器をホットスターラーから取り出し、室温で放冷し、反応を停止した。遠心分離によって粗大粒子を除去した後、上澄みにメタノールを加えて半導体ナノ粒子を沈殿させ、遠心分離によって回収した。
実施例1及び実施例2で得られた半導体ナノ粒子の形状を、透過型電子顕微鏡(TEM、(株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名H−7650)を用いて観察した。併せて平均粒径を8万倍から20万倍のTEM像から測定した。ここでは、TEMグリッドとして、商品名ハイレゾカーボン HRC−C10 STEM Cu100Pグリッド(応研商事(株)を用いた。得られた粒子の形状は、球状又は多角形状であった。3か所以上のTEM画像を選択し、これらに含まれているナノ粒子のうち、計測可能なものをすべて、すなわち、画像の端において粒子の像が切れているようなものを除くすべての粒子について、粒径をそれぞれ測定し、その算術平均として平均粒径を求めた。平均粒径を表1に示す。また、実施例1のTEM画像を図1に、実施例2のTEM画像を図2に示す。
参考例1、実施例1及び実施例2で得られた半導体ナノ粒子の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。その結果を図3と図4に示す。なお、吸収スペクトルは、紫外可視近赤外分光光度計(アジレントテクノロジー、商品名Agilent 8453)を用いて、波長範囲を190nmから1100nmとして測定した。発光スペクトルは、マルチチャンネル分光器(浜松ホトニクス社製、商品名PMA12)を用いて、励起波長365nmにて測定した。
半導体ナノ粒子の合成
反応容器にて酢酸銀(AgOAc)0.05mmol、酢酸インジウム(In(OAc)3)0.05mmol、酢酸亜鉛(Zn(OAc)2)0.05mmol及びマグネシウムアセチルアセトナート(Mg(acac)2)0.05mmolを、オレイルアミン2.5mL及びドデカンチオール0.5mLと混合して合成溶液を得た。合成溶液を脱気して窒素雰囲気に置換し、150℃に設定したホットスターラーに投入した。この合成溶液に、粉末硫黄0.05mmolと1,3−ジブチルチオ尿素0.15mmolをドデカンチオール0.5mLに溶解し、90℃に加熱した溶液を投入して混合物を得た。得られた混合物を150℃のまま30分加熱した後、250℃に設定したホットスターラーに投入した。3分間熱処理をした後、続いて反応容器を室温で放冷して反応を停止させた。遠心分離して上澄みを除去した後、沈殿にメタノールを加えて沈殿させ、上澄みを除くことで洗浄した後、半導体ナノ粒子をクロロホルムに分散した。
合成溶液にマグネシウムアセチルアセトナートを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして半導体ナノ粒子を得た。
実施例3及び比較例1で得られた半導体ナノ粒子の形状を、透過型電子顕微鏡(TEM、(株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名H−7650)を用いて観察するとともに、その大きさを8万倍から20万倍のTEM像から測定した。ここでは、TEMグリッドとして、商品名ハイレゾカーボン HRC−C10 STEM Cu100Pグリッド(応研商事(株)を用いた。得られた粒子の形状は、長さと幅を有するロッド形状であった。3か所以上のTEM画像を選択し、これらに含まれているナノ粒子のうち、計測可能なものをすべて、すなわち、画像の端において粒子の像が切れているようなものを除くすべての粒子について、幅及び長さをそれぞれ測定し、その算術平均を求めた。実施例3のTEM画像を図5に、比較例1のTEM画像を図6に示す。また、長さと幅を表1に示す。
得られた半導体ナノ粒子に含まれる各元素の原子百分率を、エネルギー分散型X線分析装置(HORIBA製、商品名EMAX ENERGY)により分析した。その結果を表2に示す。表2には半導体ナノ粒子の以下の組成式とした場合の、x、yおよびzの値を示す。
(AgzIn(1−z))2x(MgyZn(1−y))2(1−x)Sx−2xz+2
実施例3又は比較例1で得られた半導体ナノ粒子を全金属原子数として4.5μmolとなる量で、0.05MのNa2Sを含む50体積%の2−プロパノール水溶液に添加した。この溶液にアルゴン雰囲気下で、キセノンランプからの光を熱吸収フィルタを通して0.50Wcm−2の光強度で照射して、水素生成量の経時変化を測定した。結果を図7に示す。
Claims (10)
- Ag、In、Mg及びSを含み、
組成中のAgの含有率が1.4モル%以上28モル%以下、Inの含有率が5モル%以上36モル%以下、Sの含有率が46モル%以上57モル%以下、Mgの含有率が0.1モル%以上40モル%以下であり、
AgとInの合計モル数に対するMgのモル数の比が0.02以上4以下である半導体ナノ粒子。 - 組成にZnを含み、Znの含有率が0.1モル%以上49モル%以下であり、
AgとInの合計モル数に対するMgとZnの合計モル数の比が0.02以上4以下である請求項1に記載の半導体ナノ粒子。 - 下記式で表される組成を有する請求項1又は2に記載の半導体ナノ粒子。
(AgzIn(1−z))2x(MgyZn(1−y))2(1−x)Sx−2xz+2
(式中、x、y及びzは、0<x<1、0<y≦1、0.15<z<1を満たす。) - 350nm以上500nm以下の範囲内にある波長の光を照射することにより、450nm以上700nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルにおける半値幅が200meV以下である光を発する請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。
- Ag塩、In塩、S供給源及び有機溶剤を含む第一混合物を125℃以上300℃以下で加熱して、AgとInとSとを含むナノ粒子を得ることと、
得られたナノ粒子、Mg塩及び有機溶剤を含む第二混合物を180℃以上300℃以下で加熱することと、
を含む半導体ナノ粒子の製造方法。 - 前記第二混合物は、更にZn塩を含む請求項5に記載の製造方法。
- Ag塩、In塩、Mg塩、S供給源及び有機溶剤を含む第三混合物を120℃以上200℃未満の温度で加熱して第四混合物を得ることと、
第四混合物を200℃以上300℃以下の温度で加熱することと、
を含む半導体ナノ粒子の製造方法。 - 前記第三混合物は、更にZn塩を含む請求項7に記載の製造方法。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子を含む光変換部材と、半導体発光素子とを備える発光デバイス。
- 前記半導体発光素子はLEDチップである請求項9に記載の発光デバイス。
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