JP2019527252A - ナノ構造体の緩衝化被覆のための方法 - Google Patents

ナノ構造体の緩衝化被覆のための方法 Download PDF

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Abstract

緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群及びナノ構造体を作製する方法の実施形態が記載される。緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体のそれぞれは、ナノ構造体と、ナノ構造体に配置された光学的に透明な緩衝層と、緩衝層に配置された光学的に透明な緩衝化バリア層とを含む。緩衝化バリア層は、隣接するナノ構造体の凝集を低減するために、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における隣接するナノ構造体間に間隔を提供するように構成される。ナノ構造体を作製する方法は、界面活性剤を用いて逆ミクロミセルの溶液を形成することと、逆ミクロミセルにナノ構造体を組み込むことと、逆ミクロミセルに緩衝剤を組み込むこととを含む。この方法は、ナノ構造体を緩衝化バリア層で個別に被覆することと、バリア層に配置された逆マイクロミセルの界面活性剤により、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を隔離することとを更に含む。

Description

技術分野
[0001]本発明は、コア−シェル構造体を含む高度に発光するナノ構造体を含む表示装置に関する。
背景
[0002]ナノ構造体（ＮＳ）は、狭い線幅を有する単一のスペクトルピークで光を放出し、高度に飽和した色を生成する独特の能力を有する。ＮＳのサイズに基づいて発光波長を調整することが可能である。発光波長を調整するこの能力により、表示技術者は、表示の効率及び色性能の両方を最大化するために光のスペクトルをカスタム仕様にすることができる。
[0003]ＮＳのサイズ依存特性は、ＮＳフィルムを製造するために使用される。ＮＳフィルムは、表示装置のカラーダウンコンバージョン(color down conversion)層として使用することができる。発光表示におけるカラーダウンコンバージョン層の使用は、光がカラーフィルタを通過する前に、白色光をより赤みのある光、緑みのある光、又はその両方にダウンコンバートすることによってシステム効率を改善することができる。カラーダウンコンバージョン層のこの使用は、フィルタ除去による光エネルギーの損失を低減することができる。
[0004]ＮＳは、その広い吸収及び狭い発光スペクトルのためにコンバージョン材料として使用することができる。このような用途に必要なＮＳの密度は、約３μｍ〜６μｍの非常に薄いカラーダウンコンバージョン層で非常に高いため、現行の方法を用いて調製されたＮＳは、その光学特性の消失に直面する。結果として、薄いＮＳフィルムにおいてＮＳが互いに並んで緊密に詰め込まれると、低い量子収率（ＱＹ）が得られる。このように、カラーダウンコンバージョン層としてＮＳフィルムを使用する現行のＮＳベースの装置は、低い量子収率（ＱＹ）に直面する。
要約
[0005]従って、ＮＳベースの装置の品質を向上させる必要がある。表示装置の前述の限界を克服する実施形態が本明細書に開示される。
[0006]実施形態によれば、本発明は、ナノ構造体と、ナノ構造体に配置された光学的に透明な緩衝層と、緩衝層に配置された光学的に透明な緩衝化バリア層とを含む、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を提供する。光学的に透明な緩衝化バリア層は、隣接するナノ構造体の凝集を低減するために、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における隣接するナノ構造体間に間隔を提供するように構成される。
[0007]実施形態によれば、光学的に透明な緩衝層は、酸化物を含む。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝層は、金属酸化物を含む。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝層は、透明な導電性酸化物ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯ、又はこれらの組み合わせを含む。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝化バリア層は、疎水性である。実施形態によれば、間隔は、隣接する緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体間のフォースター半径(Forster radius)以上である。実施形態によれば、ナノ構造体は、コアと、コアを取り囲むシェルとを有するコア−シェル構造体を含む。実施形態によれば、コアは、第１の材料を含み、シェルは、第２の材料を含み、光学的に透明な緩衝層は、第３の材料を含み、光学的に透明な緩衝化バリア層は、第４の材料を含み、及び第１、第２、及び第３の材料は、互いに異なる。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝化バリア層は、酸化物を含む。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝化バリア層は、二酸化ケイ素を含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群は、光学的に透明な緩衝化バリア層に結合された界面活性剤又はリガンドを更に含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群は、約５０％〜約７０％の量子収率を有する。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群は、約５５％〜約６５％の量子収率を有する。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群は、約６５％〜約８０％の量子収率を有する。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体は、直径約２０ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲の平均サイズを有する。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体は、直径約２５ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の平均サイズを有する。実施形態によれば、光学的に透明な緩衝化バリア層は、直径約８ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚さを有する。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群は、緩衝化バリア層で被覆された量子ドットの群である。
[0008]実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を作製する方法は、界面活性剤を含む逆マイクロミセルの溶液を形成することと、逆マイクロミセルにナノ構造体を組み込むことと、逆マイクロミセルに緩衝剤を組み込むことを含む。この方法は、緩衝化バリア層でナノ構造体を個別に被覆して、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を形成することと、バリア層に配置された逆マイクロミセルの界面活性剤により、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を隔離することを更に含む。
[0009]実施形態によれば、逆マイクロミセルへのナノ構造体の組み込みは、ナノ構造体と逆ミセルの溶液との第１の混合物を形成することを含む。実施形態によれば、逆マイクロミセルへの緩衝剤の組み込みは、緩衝剤と第１の混合物との第２の混合物を形成することを含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層でのナノ構造体の個別の被覆は、前駆体と第２の混合物との第３の混合物を形成することと、触媒と第３の混合物との第４の混合物を形成することとを含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の隔離は、第４の混合物を真空下において約５０℃の温度以下で加熱することを含む。実施形態によれば、緩衝剤は、有機材料又は無機材料を含む。実施形態によれば、緩衝剤は、金属塩を含む。実施形態によれば、この方法は、逆マイクロミセルに組み込まれたナノ構造体と実質的に接触する緩衝層を形成することを更に含む。実施形態によれば、緩衝層は、酸化物を含む。実施形態によれば、緩衝層は、金属酸化物を含む。
[0010]実施形態によれば、本発明は、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群と、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を含むマトリックス材料とを含むナノ構造体フィルムを提供する。
[0011]実施形態によれば、本発明は、放射を放出する層と、放射放出層に配置された緩衝化バリア層ナノ構造体の群を含むフィルム層と、フィルム層に配置された光学素子とを含む表示装置を提供する。
[0012]実施形態によれば、放射放出層、フィルム層、及び光学素子は、表示装置の画素ユニットの一部である。実施形態によれば、光学素子は、カラーフィルタである。
[0013]実施形態によれば、本発明は、光源ユニットと、光源ユニットに配置された緩衝化バリア層ナノ構造体の群を含むフィルム層と、フィルム層に配置された光学素子とを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を提供する。
[0014]実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を作製する方法は、界面活性剤を用いて逆マイクロミセルの溶液を形成することと、逆マイクロミセルにナノ構造体を組み込むことと、逆マイクロミセルに緩衝剤を組み込むことと、緩衝化バリア層でナノ構造体を個別に被覆して、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を形成することと、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の酸エッチング処理を実行することとを含む。
[0015]実施形態によれば、この方法は、酸エッチング処理の実行後、バリア層に配置された逆マイクロミセルの界面活性剤により、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を隔離することを更に含む。実施形態によれば、逆マイクロミセルへのナノ構造体を組み込みは、ナノ構造体と逆ミセルの溶液との第１の混合物を形成することを含む。実施形態によれば、逆マイクロミセルへの緩衝剤の組み込みは、緩衝剤と第１の混合物との第２の混合物を形成することを含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層でのナノ構造体の個別の被覆は、前駆体と第２の混合物との第３の混合物を形成することと、触媒と第３の混合物との第４の混合物を形成することとを含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層ナノ構造体の酸エッチング処理の実行は、酸と第４の混合物との第６の混合物を形成することを含む。実施形態によれば、緩衝化バリア層ナノ構造体の酸エッチング処理の実行は、触媒を選択的に除去することと、酸と第４の混合物との第６の混合物を形成することとを含む。実施形態によれば、酸は、酢酸、塩酸、硝酸、又は脂肪酸を含む。
[0016]本発明の更なる特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び操作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、例示の目的のためのみに本明細書で提示される。更なる実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づき、関連する技術分野の当業者に明らかであろう。
図面の簡単な説明
[0017]本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本実施形態を例示し、説明と共に本実施形態の原理を説明するように更に機能し、関連する技術分野の当業者が本実施形態を作成及び使用することを可能にする。
[0018]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの断面構造を示す。 [0019]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するプロセスを示す。 [0019]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するプロセスを示す。 [0019]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するプロセスを示す。 [0019]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するプロセスを示す。 [0019]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するプロセスを示す。 [0020]実施形態による、被覆されていない赤色ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0020]実施形態による、被覆されていない赤色ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0020]実施形態による、被覆されていない赤色ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0020]実施形態による、被覆されていない赤色ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0020]実施形態による、被覆されていない赤色ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0021]実施形態による、赤色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0021]実施形態による、赤色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0021]実施形態による、赤色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0022]実施形態による、緑色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0022]実施形態による、緑色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0023]実施形態による、緑色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0023]実施形態による、緑色ＩｎＰベースのＮＳの透過型電子顕微鏡写真を示す。 [0024]被覆されていないＮＳ及び被覆されたＮＳにおけるＺｎ／（Ｓ＋Ｓｅ）の原子比を示すグラフである。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0025]実施形態による、ＩｎＰベースのＮＳの例示的光学特性を示す。 [0026]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを形成するフローチャートである。 [0027]実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを含むＮＳフィルムを示す。 [0028]実施形態による、表示装置の表示パネルの断面図を示す。 [0029]実施形態による、表示装置のＮＳフィルムベースの画素ユニットの分解断面図の概略図を示す。
[0030]本発明の特徴及び利点は、図面と併せて以下の詳細な説明からより明らかであり、同様の参照符号は、全体にわたって対応する要素を識別する。図面において、同様の参照番号は、一般的に、同一の、機能的に類似の、及び／又は構造的に類似の要素を示す。要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の左端の桁によって示される。他に示されない限り、本開示を通じて提供される図面は、縮尺通りの図面として解釈されるべきではない。
発明の詳細な説明
[0031]特定の構成及び配置について議論することができるが、これは、例示の目的でのみ行われることを理解されたい。関連する技術分野の当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の構成及び配置を使用できることを認識するであろう。関連する技術分野の当業者は、本発明が本明細書に具体的に言及されたもの以外の様々な他の用途にも使用され得ることが明らかであろう。
[0032]「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」等の本明細書における参照は、記載された実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含み得ることを示すが、全ての実施形態は、特定の特徴、構造、又は特性を必ずしも含まなくてよいことに留意されたい。更に、このような語句は、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。更に、特定の特徴、構造又は特性が実施形態に関連して記載されている場合、明示的に記載されているか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してこのような特徴、構造又は特性をもたらすことは当業者の知識の範囲内である。
[0033]量、材料の比、材料の物理的特性、及び／又は使用を示すこの記載における全ての数字は、明示的に指示されている場合を除いて、「約」という語によって修飾されていると理解されるべきである。
[0034]本明細書で使用される場合、「約」という用語は、所与の量の値がその値の±１０％変動することを示す。例えば、「約１００ｎｍ」は、９０ｎｍ〜１１０ｎｍの範囲のサイズを包含する。
[0035]本明細書で使用される場合、「反応混合物を形成する」又は「混合物を形成する」という用語は、成分が互いに反応して第３の成分を形成するのに適した条件下で容器における少なくとも２つの成分を混ぜ合わせることを指す。
[0036]本明細書で使用される場合、「ナノ構造体」という用語は、約５００ｎｍ未満の寸法を有する少なくとも１つの領域又は特徴的な寸法を有する構造を指す。いくつかの実施形態では、ナノ構造体は、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満の寸法を有する。典型的には、領域又は特徴的な寸法は、構造の最小軸に沿う。このような構造の例としては、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ構造体、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、ナノ結晶、ナノドット、量子ドット、ナノ粒子等が挙げられる。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶性、実質的に単結晶性、多結晶性、非晶性、又はこれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、ナノ構造体の三次元のそれぞれは、約５００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満の寸法を有する。
[0037]本明細書で使用される場合、「量子ドット」又は「ナノ結晶」という用語は、実質的に単結晶であるナノ構造体を指す。ナノ結晶は、約５００ｎｍ未満の寸法及び約１ｎｍ未満程度までの寸法を有する少なくとも１つの領域又は特徴的な寸法を有する。「ナノ結晶」、「量子ドット」、「ナノドット」、及び「ドット」という用語は、同様の構造を表すことが当業者によって容易に理解され、本明細書では互換的に使用される。本発明はまた、多結晶又は非晶性ナノ結晶の使用を包含する。
[0038]「ヘテロ構造体」という用語は、ナノ構造体に関して使用される場合、少なくとも２つの異なる及び／又は区別可能な材料タイプによって特徴付けられるナノ構造体を指す。典型的には、ナノ構造体の１つの領域は、第１の材料タイプを含み、ナノ構造体の第２の領域は、第２の材料タイプを含む。特定の実施形態において、ナノ構造体は、第１の材料のコアと、第２の（又は第３等）材料の少なくとも１つのシェルを含み、この場合、例えば、異なる材料タイプは、ナノワイヤの長軸、分枝ナノワイヤのアームの長軸、又はナノ結晶の中心の周りに放射状に分布される。シェルは、シェルとみなすように又はナノ構造体をヘテロ構造とみなすように隣接する材料を完全に覆うことができるが、その必要はなく、例えば、第２の材料の小さい島で覆われた１つの材料のコアによって特徴付けられるナノ結晶は、ヘテロ構造体である。他の実施形態では、異なる材料タイプは、例えば、ナノワイヤの主（長）軸に沿って又は分枝ナノワイヤのアームの長軸に沿ってナノ構造体内の異なる位置に分布している。ヘテロ構造体内の異なる領域は、全く異なる材料を含むことができ、又は異なる領域は、異なるドーパント又は異なる濃度の同じドーパントを有するベース材料（例えば、シリコン）を含むことができる。
[0039]本明細書で使用される場合、ナノ構造体の「直径」という用語は、ナノ構造体の第１の軸に垂直な断面の直径を指し、第１の軸は、第２及び第３の軸（第２及び第３の軸は、互いにほぼ等しい長さの２つの軸である）に対して長さが最も異なる。第１の軸は、必ずしもナノ構造体の最長軸である必要はない。例えば、ディスク形状のナノ構造体の場合、断面は、ディスクの短い縦軸に垂直な実質的に円形の断面である。断面が円形でない場合、直径は、その断面の長軸と短軸との平均である。ナノワイヤなどの細長の又は高アスペクト比のナノ構造体の場合、直径は、ナノワイヤの最長軸に垂直な断面にわたって測定される。球状ナノ構造体の場合、直径は、球の中心を通って一方の側から他方の側まで測定される。
[0040]ナノ構造体に関して使用される場合、「結晶性」又は「実質的に結晶性」という用語は、ナノ構造体が、典型的には、構造体の１つ以上の寸法にわたって長距離の規則性を示すという事実を指す。単結晶の規則性が結晶の境界を越えて広がることはできないため、「長距離の規則性」という用語は、特定のナノ構造体の絶対的なサイズに依存することを当業者は理解するであろう。この場合、「長距離の規則性」は、ナノ構造体の寸法の少なくとも大部分にわたる実質的な規則性を意味する。いくつかの例では、ナノ構造体は、酸化物又は他の被覆を有することができ、又はコア及び少なくとも１つのシェルから構成することができる。このような場合、酸化物、シェル、又は他の被覆は、このような規則性を示すことができるが、その必要はない（例えば、非晶性、多結晶、又は他のものであり得る）ことが理解されるであろう。このような場合、「結晶性」、「実質的に結晶性」、「実質的に単結晶性」、又は「単結晶性」という語句は、ナノ構造体の中心コア（被覆層又はシェルを除く）を指す。また、本明細書で使用される場合、「結晶性」又は「実質的に結晶性」という用語は、構造体が長距離の規則性（例えば、ナノ構造体又はそのコアの少なくとも１つの軸の長さの少なくとも約８０％にわたる規則性）を示す限り、種々の欠陥、積層欠陥、原子置換等を含む構造体を包含することを意図する。更に、コアとナノ構造体の外側との間、又はコアと隣接するシェルとの間、又はシェルと第２の隣接するシェルとの間の界面は、非結晶領域を含み得、更に非晶性であり得ることが理解されるであろう。これは、ナノ構造体が本明細書で定義されるような結晶性又は実質的に結晶性であることを妨げない。
[0041]「単結晶」という用語は、ナノ構造体に関して使用される場合、ナノ構造体が実質的に結晶性であり、実質的に単結晶を含むことを示す。コア及び１つ以上のシェルを含むナノ構造ヘテロ構造体に関して使用される場合、「単結晶」は、コアが実質的に結晶性であり、実質的に単結晶を含むことを示す。
[0042]本明細書で使用される場合、「リガンド」という用語は、例えば、共有、イオン、ファンデルワールス、又はナノ構造体の表面との他の分子相互作用を介してナノ構造体の１つ以上の表面と（弱く又は強く）相互作用することができる分子を指す。
[0043]本明細書で使用される場合、「天然リガンド」という用語は、ナノ構造体の最外殻のシェルの外面に結合されるリガンドを指す。
[0044]本明細書で使用される場合、「量子収率」（ＱＹ）という用語は、例えば、ナノ構造体又はナノ構造体の群によって吸収された光子に対する放出される光子の比を指す。当技術分野で知られているように、量子収率は、典型的には、既知の量子収率値を有するよく特徴付けられた標準試料を使用する比較方法によって決定される。
[0045]本明細書で使用される場合、「一次発光ピーク波長」という用語は、発光スペクトルが最も高い強度を示す波長を指す。
[0046]本明細書で使用される場合、「半値全幅」（ＦＷＨＭ）という用語は、ＮＳのサイズ分布の尺度を指す。ＮＳの発光スペクトルは、一般的に、ガウス曲線の形状を有する。ガウス曲線の幅は、ＦＷＨＭとして定義され、ＮＳのサイズ分布の考えを与える。より小さいＦＷＨＭは、ＮＳのより狭いサイズ分布に対応する。また、ＦＷＨＭは、発光波長の最大値に依存する。
[0047]本明細書で使用されるフォースター半径という用語は、当技術分野におけるフォースター距離とも称される。
緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の例示的実施形態
[0048]図１は、実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００の断面構造を示す。緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００は、ＮＳ１０１及び緩衝化バリア層１０６を含む。ＮＳ１０１は、コア１０２とシェル１０４とを含む。コア１０２は、より高いエネルギーの吸収時に光を放出する半導体材料を含む。コア１０２用半導体材料の例としては、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＰ）、セレン化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＳｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）が挙げられる。直接的なバンドギャップを示す任意の他のＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、第３級、又は第４級の半導体構造体を同様に使用することができる。一実施形態では、コア１０２は、いくつかの例を提供するために、金属、合金などの１つ以上のドーパントを含むこともできる。金属ドーパントの例としては、これらに限定されるものではないが、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。コア１０２に１つ以上のドーパントが存在すると、ドープされていないＮＳと比較してＮＳ１０１の構造的及び光学的安定性及びＱＹが改善され得る。
[0049]実施形態によれば、コア１０２は、直径２０ｎｍ未満のサイズを有することができる。別の実施形態では、コア１０２は、直径約１ｎｍ〜約５ｎｍのサイズを有することができる。コア１０２のサイズ、従ってナノメートルの範囲のＮＳ１０１のサイズを調整する能力は、光スペクトル全体で光放出範囲を可能にする。一般的には、より大きいＮＳは、スペクトルの赤端に向かう方向において光を放出し、より小さいＮＳは、スペクトルの青端に向かう方向において光を放出する。この効果は、より大きいＮＳがより小さいＮＳより密接に離間したエネルギーレベルを有するときに生じる。これは、ＮＳがより少ないエネルギーを含む光子、即ちスペクトルの赤端に近い光子を吸収することを可能にする。
[0050]シェル１０４は、コア１０２を取り囲み、コア１０２の外面に配置される。シェル１０４としては、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム亜鉛（ＺｎＣｄＳ）、セレン化硫化亜鉛（ＺｎＳｅＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、テルル化硫化亜鉛（ＺｎＴｅＳ）、テルル化セレン化亜鉛（ＺｎＴｅＳｅ）、セレン化カドミウム亜鉛（ＺｎＣｄＳｅ）、硫化カドミウム亜鉛（ＣｄＳｅＳ）、及び／又は硫化セレン化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＳＳｅ）を挙げることができる。一実施形態では、シェル１０４は、例えば、１つ以上の単層などの厚さ１０４ｔを有することができる。他の実施形態では、シェル１０４は、約１ｎｍ〜約５ｎｍの厚さ１０４ｔを有することができる。シェル１０４は、コア１０２との格子不整合を低減し、ＮＳ１０１のＱＹを改善するのに役立つように利用することができる。また、シェル１０４は、ＮＳ１０１のＱＹを増加させるために、コア１０２におけるダングリングボンドなどの表面トラップ状態を不動態化して除去するのに役立つことができる。表面トラップ状態の存在は、非放射性再結合中心を提供し、ＮＳ１０１の放出効率の低下に寄与することができる。
[0051]別の実施形態では、ＮＳ１０１は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、シェル１０４に配置された第２のシェル、又はコア１０２を取り囲む３つ以上のシェルを含むことができる。一実施形態では、第２のシェルは、２つの単層の厚さほどであり得、典型的には、必須ではないが、半導体材料でもある。第２のシェルは、コア１０２を保護することができる。本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の材料も同様に使用することができるが、第２のシェル材料は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）であり得る。
[0052]緩衝化バリア層１０６は、ＮＳ１０１に被覆を形成するように構成される。一実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、シェル１０４の外面１０４ａに配置され、外面１０４ａと実質的に接触している。１つ以上のシェルを有するＮＳ１０１の実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、ＮＳ１０１の最外郭のシェルに配置され実質的に接触することができる。例示的実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、例えば、溶液、組成物、及び／又は複数のＮＳを有するフィルムにおける、ＮＳ１０１と１つ以上のＮＳとの間のスペーサーとして作用するように構成され、この場合、複数のＮＳは、ＮＳ１０１及び／又は緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００と同様であり得る。このようなＮＳ溶液、ＮＳ組成物、及び／又はＮＳフィルムでは、緩衝化バリア層１０６は、隣接するＮＳとのＮＳ１０１の凝集を防止するのに役立つことができる。隣接するＮＳとのＮＳ１０１の凝集は、ＮＳ１０１のサイズの増加をもたらし、その結果、ＮＳ１０１を含む凝集したＮＳ（図示せず）の発光特性の低下又は消失をもたらす場合がある。また、緩衝化バリア層１０６は、ＮＳ溶液、ＮＳ組成物、及び／又はＮＳフィルムにおける他のＮＳからの発光をＮＳ１０１が再吸収することを防止することができ、従ってこれらのＮＳ溶液、ＮＳ組成物、及び／又はＮＳフィルムのＱＹを改善することができる。更なる実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、ＮＳ１０１の構造特性及び光学特性に悪影響を及ぼす場合がある、例えば水分、空気、及び／又は過酷な環境（例えば、ＮＳのリソグラフィ処理中及び／又はＮＳベースの装置の製造プロセス中に使用される高温及び化学物質）からのＮＳ１０１の保護をもたらす。いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、光束、熱、酸素、水分、又はこれらの組み合わせによるＮＳ１０１の劣化を低減するように構成される。
[0053]緩衝化バリア層１０６は、非晶性、光学的に透明、及び／又は導電性及び／又は非導電性である１つ以上の材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性の緩衝化バリア層１０６において、ＮＳ１００などのＮＳがＮＳベースのエレクトロルミネッセンス装置（例えば、ＮＳベースのＬＥＤ）に適し得る。適切な緩衝化バリア層には、これらに限定されるものではない、無機酸化物及び／又は窒化物などの無機材料が含まれる。緩衝化バリア層１０６の材料の例としては、様々な実施形態によるＡｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、又はＺｒの酸化物及び／又は窒化物が挙げられる。いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、金属酸化物と非金属酸化物の混合組成物を含む。金属酸化物の例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、酸化亜鉛アルミニウム（ＡＺＯ）、酸化亜鉛ガリウム（ＧＺＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）、フッ素ドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、又はこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層１０６は、これらに限定されるものではないが、金属酸化物（例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯ）などの無機材料のナノ粒子が挙げられる。これらに限定されるものではないが、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯなどの緩衝化バリア層１０６における透明導電性酸化物の存在は、ＮＳ１００の導電特性を改善し、ＮＳ１００をＮＳベースのエレクトロルミネッセンス装置に適するものにすることができる。緩衝化バリア層１０６は、様々な実施形態において約８ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲の厚さ１０６ｔを有することができる。いくつかの実施形態では、隣接するＮＳ１００間での共鳴エネルギー移動及び／又は発光の再吸収を低減又は実質的に排除するために、厚さ１０６ｔは、例えば、溶液、組成物、及び／又はフィルムにおける２つの隣接するＮＳ１００間の中心間距離がフォースター半径（当技術分野においてフォースター距離とも称される）以上であるような最小値を有することができ、結果として隣接するＮＳ１００のＱＹを改善することができる。いくつかの実施形態では、厚さ１０６ｔは、約８ｎｍ〜約１５ｎｍの最小値を有することができる。
[0054]フォースター半径とは、これらの２つの隣接するＮＳ間の共鳴エネルギー移動効率が約５０％であるＮＳ１００などの２つの隣接するＮＳ間の中心間距離を指す。２つの隣接するＮＳ間の中心間距離をフォースター半径より大きくすることにより、共鳴エネルギー移動効率を低下させ、隣接するＮＳの発光特性及びＱＹを改善することができる。共鳴エネルギー移動のプロセスは、電子的に励起された状態の１つのＮＳがその励起エネルギーを近くの又は隣接するＮＳに移動させるときに起こり得る。共鳴エネルギー移動プロセスは、非放射量子機械プロセスである。従って、１つのＮＳから共鳴エネルギー移動が起こると、１つのＮＳの発光特性が消失する可能性があり、１つのＮＳのＱＹが悪影響を受ける可能性がある。
[0055]緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００は、ＮＳ１０１に緩衝化被覆を形成するように構成された緩衝層１０７を追加的に又は任意選択的に含むことができる。一実施形態では、緩衝層１０７は、シェル１０４に配置され、シェル１０４の外面１０４ａ及び緩衝化バリア層１０６の内面１０６ａと実質的に接触している。１つ以上のシェルを有するＮＳ１０１の実施形態では、緩衝層１０７は、ＮＳ１０１の最外郭のシェルに配置され且つそれに実質的に接触していることができる。緩衝層１０７は、例えば、ＮＳ１０１におけるバリア層１０６の形成など、ＮＳ１０１と、ＮＳ１０１におけるその後の処理中に使用される化学物質との間の緩衝として機能するように構成することができる。
[0056]緩衝層１０７は、ＮＳ１０１におけるその後の処理中に使用される化学物質との反応によるＮＳ１０１の発光特性の消失を実質的に低減及び／又は防止するのに役立つことができる。ＮＳ１０１の発光特性における消失の実質的な減少及び／又は防止は、緩衝層１０７によるＮＳ１０１の表面正孔トラップサイトの除去によるものであり得る。いくつかの実施形態では、緩衝層１０７、緩衝化バリア層１０６における無機材料のナノ粒子、及び／又は緩衝化バリア層１０６における金属酸化物及び非金属酸化物の混合組成の存在は、ＮＳ１０１の安定性及び電荷輸送特性を改善することができる。
[0057]緩衝層１０７は、非晶性、光学的に透明及び／又は電気的に活性な１つ以上の材料を含むことができる。緩衝層１０７の１つ以上の材料は、無機材料又は有機材料を含むことができる。緩衝層１０７のための無機材料の例には、様々な実施形態による金属の酸化物及び／又は窒化物が含まれる。金属酸化物の例としては、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又はＭｇＯが挙げられる。緩衝層１０７は、様々な実施形態において約１ｎｍ〜約５ｎｍの範囲の厚さ１０７ｔを有することができる。
[0058]図１に示されるように、実施形態によれば、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００は、追加的に又は任意選択的に複数のリガンド又は界面活性剤１０８を含むことができる。リガンド又は界面活性剤１０８は、実施形態によれば、緩衝化バリア層１０６の外面になど、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００の外面に吸着又は結合することができる。複数のリガンド又は界面活性剤１０８は、親水性又は極性の頭部１０８ａ及び疎水性又は非極性の尾部１０８ｂを含むことができる。親水性又は極性の頭部１０８ａは、緩衝化バリア層１０６に結合することができる。リガンド又は界面活性剤１０８の存在は、例えば、溶液、組成物、及び／又はフィルムにおいてこれらの形成中に他のＮＳからＮＳ１００及び／又はＮＳ１０１を分離するのに役立つことができる。ＮＳがそれらの形成中に凝集することがある場合、ＮＳ１００及び／又はＮＳ１０１などのＮＳの量子効率が低下し得る。また、非極性溶媒において混和性を与えるか、又は他の化合物が結合するための反応部位（例えば、逆ミセル系）を提供するために、リガンド又は界面活性剤１０８を用いて、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ１００に疎水性などの特定の特性を付与することができる。
[0059]リガンド１０８として使用され得る多様なリガンドが存在する。いくつかの実施形態では、リガンドは、ラウリン酸、カプロン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、及びオレイン酸から選択される脂肪酸である。いくつかの実施形態では、リガンドは、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、ジフェニルホスフィン（ＤＰＰ）、トリフェニルホスフィンオキシド、及びトリブチルホスフィンオキシドから選択される有機ホスフィン又は有機ホスフィンオキシドである。いくつかの実施形態では、リガンドは、ドデシルアミン、オレイルアミン、ヘキサデシルアミン、及びオクタデシルアミンから選択されるアミンである。いくつかの実施形態では、リガンドは、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）である。いくつかの実施形態では、リガンドは、オレイルアミンである。いくつかの実施形態では、リガンドは、ジフェニルホスフィンである。
[0060]界面活性剤１０８として使用することができる多様な界面活性剤が存在する。いくつかの実施形態では、非イオン性界面活性剤を界面活性剤１０８として使用することができる。非イオン性界面活性剤のいくつかの例としては、ポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテル（商品名IGEPAL CO-520）、ポリオキシエチレン（９）ノニルフェニルエーテル（IGEPAL CO-630）、オクチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール（IGEPAL CA-630）、ポリエチレングリコールオレイルエーテル（Brij93）、ポリエチレングリコールヘキサデシルエーテル（Brij52）、ポリエチレングリコールオクタデシルエーテル（BrijS10）、ポリオキシエチレン（１０）イソオクチルシクロヘキシルエーテル（Triton X-100）、及びポリオキシエチレン分岐ノニルシクロヘキシルエーテル（Triton N-101）が挙げられる。
[0061]いくつかの実施形態では、界面活性剤１０８としてアニオン性界面活性剤を使用することができる。アニオン性界面活性剤のいくつかの例としては、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、モノドデシルリン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、及びミリスチル硫酸ナトリウムが挙げられる。
[0062]いくつかの実施形態では、赤色、オレンジ色、及び／又は黄色の範囲などの１つ以上の様々な色範囲で光を放出するようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。いくつかの実施形態では、緑色及び／又は黄色の範囲の光を放出するようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。いくつかの実施形態では、青色、藍色、紫色及び／又は紫外線の範囲の光を放出するようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。いくつかの実施形態では、約６０５ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５１０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、又は約３００ｎｍ〜約４８０ｎｍの一次発光ピーク波長を有するようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。
[0063]高いＱＹを示すようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。いくつかの実施形態では、７０％〜９５％、８０％〜９５％、又は８５％〜９０％のＱＹを示すようにＮＳ１０１及び／又は１００を合成することができる。
[0064]従って、様々な実施形態によれば、ＮＳ１００は、ＮＳ１０１における緩衝化バリア層１０６の存在がＮＳ１０１の発光特性を実質的に変化させないか又は消失させないように合成することができる。
[0065]ＮＳのＱＹは、有機染料を基準として使用して計算することができる。例えば、５３０ｎｍの励起波長で赤色発光するＮＳ１０１、及び／又は１００の基準としてのローダミン（Ｒｈ）６４０、４４０ｎｍの励起波長で緑色発光するＮＳ１０１、及び／又は１００の基準としてのフルオレセイン色素、３５５ｎｍの励起波長で青色発光するＮＳ１０１、及び／又は１００の基準としての１，１０−ジフェニルアントラセンである。これは、以下の方程式を使用して実現することができる。
下付き文字ＳＴ及びＸは、それぞれ標準（基準色素）及びコア／シェルＮＳ溶液（試験試料）を示す。Φｘは、コア／シェルＮＳの量子収率であり、ΦＳＴは、基準色素の量子収率である。Ｇｒａｄ＝（Ｉ／Ａ）、式中、Ｉは、発光ピーク（波長スケール）下の面積であり、Ａは、励起波長における吸光度である。ηは、溶媒中の基準色素又はコア／シェルＮＳの屈折率である。例えば、Williams et al.(1983)“Relative fluorescence quantum yields using a computer controlled luminescence spectrometer”Analyst 108:1067を参照されたい。Williams et al.に列挙される基準は、緑及び赤色発光するＮＳにおけるものである。
コア−シェルＮＳを形成するための例示的方法
[0066]図２Ａ〜図２Ｅは、実施形態によるＮＳ２００の形成の異なる段階を示す。ＮＳ２００は、前述したように、ＮＳ１００と同様であり得る。例示目的のために３つのＮＳの形成が図２Ａ〜図２Ｅに示されていることに留意すべきである。しかしながら、本明細書の記載に基づいて当業者に理解されるように、以下に記載される方法は、ＮＳ２００と同様の任意の数のＮＳを生成することができる。
[0067]コア形成 − 図２Ａは、実施形態によるコア２０２及び天然リガンド又は界面活性剤２０５の形成後のＮＳ２０１を示す。コア２０２及び天然リガンド２０５は、それぞれコア１０２及びリガンド１０８と同様であり得る。一実施形態では、その外面に付着した天然リガンド又は界面活性剤２０５を有するコア２０２は、溶液相コロイド法を用いて形成することができる。コロイド法は、１つ以上のカチオン前駆体、１つ以上のアニオン前駆体、及び溶媒を含む第１の混合物を形成することを含み得る。この方法は、１つ以上のリガンド又は界面活性剤の溶液を第１の温度で加熱することと、第１の混合物を１つ以上のリガンド又は界面活性剤の加熱された溶液に迅速に注入することによって第２の混合物を形成することと、続いて第２の混合物を第２の温度で加熱することとを更に含むことができる。１つ以上のリガンド又は界面活性剤は、前述のリガンド又は界面活性剤のいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、第１の温度は、約２００℃〜約４００℃であり、いくつかの実施形態では、第２の温度は、約１５０℃〜約３５０℃である。第１の温度は、カチオン前駆体とアニオン前駆体との間の反応を誘発するのに十分であるように選択され得る。カチオン及びアニオン前駆体は、反応して反応生成物の核を形成することができる。例えば、カドミウム前駆体などのカチオン前駆体及びセレン前駆体などのアニオン前駆体は、加熱された混合物中で反応してＣｄＳｅ核を形成することができる。
[0068]この最初の核形成段階後、核からのコア２０２の成長は、第２の混合物中に存在するモノマーを、第１の温度よりも低い第２の温度で核に添加することによって生じ得る。コア２０２の成長は、所望のサイズ及び／又は形状が達成された後に第２の温度で加熱を取り除くことによって停止することができる。第２の温度でのこの加熱プロセスは、約１分〜約１２０分持続することができる。様々な例示的実施形態によれば、得られるコア２０２のサイズ及び／又は形状は、温度、前駆体材料のタイプ、及びリガンド又は界面活性剤のモノマーに対する比などのパラメータを独立して又は組み合わせて操作することによって制御することができる。得られるコア２０２のサイズ及び／又は形状は、当業者に公知の技術を用いて決定され得る。いくつかの実施形態において、サイズ及び／又は形状は、モノマーの添加の前後にコア２０２の直径を比較することによって決定される。いくつかの実施形態では、モノマーの添加の前後のコア２０２の直径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって決定される。
[0069]コア２０２を所望のサイズ及び／又は形状に成長させた後、コア２０２を冷却することができる。いくつかの実施形態では、コア２０２は、室温まで冷却される。いくつかの実施形態では、コア２０２を含む第２の混合物を希釈するために有機溶媒が添加される。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、ヘキサン、ペンタン、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、アセトン、酢酸エチル、ジクロロメタン（塩化メチレン）、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、又はＮ−メチルピロリジノンである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、トルエンである。
[0070]いくつかの実施形態では、コア２０２を所望のサイズ及び／又は形状に成長させた後、コア２０２は、隔離される。いくつかの実施形態では、コア２０２は、第２の混合物又は希釈された第２の混合物の溶媒からコア２０２を沈殿させることによって隔離される。いくつかの実施形態では、コア２０２は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、又はｎ−ブタノールによる凝集によって隔離される。
[0071]この実施形態の一例では、カチオン前駆体は、得られたコア２０２における１つ以上の陽性元素の供給源として機能することができる。様々な例示的実施形態によれば、カチオン前駆体は、ＩＩ族金属（例えば、Ｚｎ、Ｃｄ若しくはＨｇ）、ＩＩＩ族金属（例えば、Ａｌ、Ｇａ若しくはＩｎ）、ＩＶ族（例えば、Ｇｅ、Ｓｎ若しくはＰｂ）、又は遷移金属（例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等）前駆体であり得る。カチオン前駆体は、いくつかの例を提供するように、金属酸化物、金属炭酸塩、金属重炭酸塩、金属硫酸塩、金属亜硫酸塩、金属リン酸塩、金属亜リン酸塩、金属ハロゲン化物、金属カルボン酸塩、金属アルコキシド、金属チオレート、金属アミド、金属イミド、金属アルキル、金属アリール、金属配位錯体、金属溶媒和物、又は金属塩などの広い範囲の物質からなり得る。
[0072]この実施形態の別の例では、アニオン前駆体は、得られるコア２０２における１つ以上の陰性元素の供給源として機能することができる。様々な例示的実施形態によれば、アニオン前駆体は、Ｖ族元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ又はＳｂ）、ＶＩ族元素（Ｏ、Ｓ、Ｓｅ又はＴｅ）、及びＶＩＩ族元素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）の元素自体（酸化状態ゼロ）、共有化合物、又はイオン性化合物から選択することができる。
[0073]第１の混合物に用いられるリガンドの例としては、例えば、ドデシルアミン（ＤＡ）、ヘキサデシルアミン（ＨＡ）、オクタデシルアミン（ＯＡ）、ステアリン酸（ＳＡ）、ラウリン酸（ＬＡ）、ヘキシルホスホン酸（ＨＰＡ）、テトラデシルホスホン酸（ＴＤＰＡ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、又はトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）が挙げられる。実施形態では、リガンド及び溶媒は、第１の混合物に使用されるのと同じ化学物質であり得る。例えば、長鎖脂肪酸及びアミン及びＴＯＰＯは、溶媒及びリガンド機能の両方を果たすことができる。
[0074]シェリング(shelling)プロセス − コア形成プロセス後、ＮＳ２０１のシェリングプロセスを行うことができる。図２Ｂは、シェル２０４の形成後のＮＳ２０１を示す。シェル２０４は、前述したように、シェル１０４と同様であり得る。コア２０２の周りにシェル２０４を形成するプロセスは、これらに限定されるものではないが、１−オクタデセン、１−デセン、１−ドデセン、又はテトラデカンなどの溶媒又は溶媒の混合物にコア２０２を懸濁させることと、コア２０２の懸濁物を第３の温度で加熱することとを含み得る。いくつかの実施形態では、第３の温度は、１００℃〜約２００℃である。シェリングプロセスは、第４の温度でシェル２０４の要素を含む前駆体を添加することによって第３の混合物を形成することを更に含み得る。いくつかの実施形態では、第４の温度は、２５０℃〜約３５０℃である。例えば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含むシェル２０４を形成するために、カドミウム前駆体及び硫黄前駆体を第３の混合物に使用することができる。一例において、シェル２０４は、ＩＩＩ−Ｖ族材料又はＩＩ−ＶＩ族材料を含む。別の例では、シェル２０４の要素は、コア２０２の要素と異なる場合がある。コア２０２及びシェル２０４の材料は、２つの材料がそれらの間に低い格子不整合を有するように選択することができる。低い格子不整合は、コア２０２の表面に均一でエピタキシャル成長したシェル２０４を形成することを可能にすることができる。第１のシェル形成のこの方法では、コア２０２が核として作用し、シェル２０４がその表面から成長することができる。
[0075]コア２０２におけるシェル２０４の所望の厚さが達成された後、第４の温度で加熱を取り除くことにより、コア２０２におけるシェル２０４の成長を停止することができる。第４の温度でのこの加熱プロセスは、約５０分〜約１００分持続することができる。得られるシェル２０４の厚さは、様々な例示的実施形態によれば、温度、前駆体材料の種類、及び前駆体の量などのパラメータを独立して又は組み合わせて操作することによって制御することができる。
[0076]所望の厚さにシェル２０４を成長させた後、得られたコア−シェルＮＳ２０１を冷却することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２０１は、室温まで冷却される。いくつかの実施形態では、ＮＳ２０１の形成後、それらは隔離される。いくつかの実施形態では、ＮＳ２０１は、溶媒（例えば、エタノール）による沈殿及び遠心分離によって隔離される。
[0077]別の実施形態では、前述のＮＳ２０１形成方法は、コア２０２の合成中にコア２０２をドープすることを含み得る。ドーププロセスは、ＮＳ２０１形成の任意の段階で行うことができる。例えば、１つ以上のドーパント前駆体は、コア２０２の合成プロセス中又はシェリングプロセス中に前駆体と共に、カチオン前駆体又はアニオン前駆体と共に導入され得る。
[0078]コア２０２は、コア２０２全体にわたって均一又は不均一に分布する１つ以上のドーパントを有することができる。例えば、より高いドーパント濃度がコア２０２の表面に存在し得、より低いドーパント濃度がコアの中心に存在し得るか、又はその逆であり得る。別の例では、１つ以上のドーパントは、コア２０２にわたって実質的に均一に分布することができる。
[0079]この実施形態の一例によれば、１つ以上のドーパント前駆体は、これらに限定されるものではないが、金属酸化物（例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム）、金属酢酸塩（例えば、酢酸亜鉛、酢酸コバルト）、金属炭酸塩（例えば、炭酸亜鉛、炭酸コバルト、炭酸マグネシウム）、金属重炭酸塩（例えば、重炭酸亜鉛、重炭酸コバルト、重炭酸マグネシウム）、金属硫酸塩（例えば、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト）、金属亜硫酸塩（例えば、亜硫酸亜鉛、亜硫酸マグネシウム）、金属リン酸塩（例えば、リン酸亜鉛、リン酸コバルト、リン酸マグネシウム）、金属亜リン酸塩（例えば、亜リン酸亜鉛、亜リン酸マグネシウム）、金属ハロゲン化物（例えば、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化マグネシウム）、金属カルボン酸塩（例えば、カルボン酸亜鉛、カルボン酸マグネシウム）、金属アルコキシド（例えば、亜鉛アルコキシド、マグネシウムアルコキシド）、金属チオレート（例えば、亜鉛チオレート、マグネシウムチオレート）、金属アミド（例えば、亜鉛アミド、マグネシウムアミド）、金属イミド（例えば、亜鉛イミド、マグネシウムイミド）、金属アルキル（例えば、亜鉛アルキル、アルミニウムアルキル、マグネシウムアルキル）、又はジエチル金属（例えば、ジエチル亜鉛）などの任意の適切なドープ前駆体を挙げることができる。
[0080]得られたコア−シェルＮＳ２０１は、狭いサイズ分布（即ち小さいＦＷＨＭ）及び高いＱＹを有することができる。いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１のフォトルミネッセンススペクトルは、約２０ｎｍ〜５０ｎｍ、約２２ｎｍ〜５０ｎｍ、約２４ｎｍ〜５０ｎｍ、約２６ｎｍ〜５０ｎｍ、約２８ｎｍ〜５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜４６ｎｍ、約２０ｎｍ〜約４２ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３６ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３４ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する。
[0081]いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、赤色、オレンジ色、及び／又は黄色の範囲などの１つ以上の様々な色範囲で光を放出するように合成され得る。いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、緑色及び／又は黄色の範囲の光を放出するように合成され得る。いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、青色、藍色、紫色、及び／又は紫外線の範囲の光を放出するように合成され得る。いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、約６０５ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５１０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、又は約３００ｎｍ〜約４８０ｎｍの一次発光ピーク波長を有するように合成され得る。
[0082]いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、高いＱＹを示すように合成され得る。いくつかの実施形態では、コア−シェルＮＳ２０１は、６０％〜９５％、７０％〜９５％、８０％〜９５％、又は８５％〜９０％のＱＹを示すように合成され得る。
[0083]図２Ｃ〜２Ｅに示されるように、コア−シェルＮＳ２０１の形成後、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００を形成することができる。一実施形態では、ＮＳ２００は、前述のＮＳ１００と同様であり得る。一実施形態では、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００を形成する方法は、逆マイクロミセル２１０の形成を含む逆エマルジョン法に基づく。これらの逆マイクロミセル２１０は、緩衝化バリア層２０６でのコア−シェルＮＳ２０１の緩衝化被覆のための反応中心として機能することができる。一実施形態では、後述のように、ＮＳ２００の形成は、逆マイクロミセル２１０の形成、逆マイクロミセル２１０へのコア−シェルＮＳ２０１の組み込み、組み込まれたコア−シェルＮＳ２０１の緩衝化バリア層の被覆プロセスを伴うことができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２００の形成は、緩衝化バリア層の被覆プロセス後、即ち緩衝化バリア層２０６の形成後に行われる酸エッチング処理を追加的に又は任意選択的に含むことができる。コア２０２及び１つ以上のシェル２０４を有するＮＳ２０１は、前述のコア−シェルＮＳ１０１と同様であり得る。コア２０２は、コア１０１と同様であり得、１つ以上のシェル２０４は、前述のシェル１０４と同様であり得る。
[0084]逆マイクロミセルの形成 − 図２Ｃは、実施形態による、逆エマルジョン（図示せず）で形成された逆マイクロミセル２１０を示す。逆マイクロミセル２１０の形成は、逆エマルジョンを形成することと、逆エマルジョン中に界面活性剤２０８を添加することとを含み得る。実施形態によれば、エマルジョンは、親水性極性溶媒及び疎水性非極性溶媒などの２つの非混和性液体を混合することによって形成され得る。水は、極性溶媒として使用され得、炭化水素は、疎水性非極性溶媒として使用され得る。疎水性非極性溶媒として使用できる炭化水素の例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、トルエン又はヘキサンが挙げられる。逆エマルジョン中の２つの非混和性液体は、互いの不混和性のために連続相及び非連続相の２つの異なる相に分離する傾向がある。いくつかの実施形態では、２つの別個の相は、連続的な非水性相（例えば、炭化水素相）及び非連続的な水性相である。
[0085]いくつかの実施形態では、第１の混合物を形成するために、界面活性剤２０８の添加によって逆エマルジョン中の２つの別個の相を安定化させることができる。界面活性剤２０８は、界面活性剤１０８と同様であり得る。界面活性剤２０８のいくつかの例としては、ポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテル（商品名IGEPAL CO-520）、ポリオキシエチレン（９）ノニルフェニルエーテル（IGEPAL CO-630）、オクチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール（IGEPAL CA-630）、ポリエチレングリコールオレイルエーテル（Brij93）、ポリエチレングリコールヘキサデシルエーテル（Brij52）、ポリエチレングリコールオクタデシルエーテル（BrijS10）、ポリオキシエチレン（１０）イソオクチルシクロヘキシルエーテル（Triton X-100）、ポリオキシエチレン分岐ノニルシクロヘキシルエーテル（Triton N-101）、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、モノドデシルリン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、及びミリスチル硫酸ナトリウムが挙げられる。
[0086]界面活性剤２０８は、逆エマルジョン中の逆マイクロミセル２１０の分散液を形成して非連続水性相を逆マイクロミセル２１０のコア２１２内の水性相の領域に隔離することによって非連続水性相を安定化するのに役立つことができる。逆マイクロミセル２１０のそれぞれは、逆エマルジョンに添加された界面活性剤２０８の中からの界面活性剤の群によって形成することができる。いくつかの実施形態では、逆マイクロミセル２１０のそれぞれは、界面活性剤２０８の親水性極性基２０８ａ（場合により、当技術分野では頭部と称される）により形成された親水性部分、及び界面活性剤２０８の疎水性非極性基２０８ｂ（場合により、当技術分野では尾部と称される）により形成された疎水性部分を含む。逆マイクロミセル２１０のそれぞれにおいて、水性相に可溶性の親水性極性頭部２０８ａは、逆マイクロミセルコア２１２のそれぞれの中に含まれる水性相の周囲に親水性シェルを形成することができ、連続非水性相に可溶な対応する疎水性非極性尾部２０８ｂは、親水性シェルを囲む疎水性シェルを形成することができる。いくつかの実施形態では、逆ミセル２１０は、球形を有し、逆ミセル２１０のサイズは、逆エマルジョンにおいて添加される界面活性剤２０８の種類及び／又は量を操作することによって制御することができる。
[0087]逆マイクロミセルへのコア−シェルＮＳの組み込み − 図２Ｄに示すように、逆マイクロミセル２１０の形成後、コア−シェルＮＳ２０１を逆マイクロミセル２１０のコア２１２に組み込むことができる。実施形態では、この組み込みプロセスは、溶媒（例えば、シクロヘキサン、トルエン、又はヘキサン）に分散したコア−シェルＮＳ２０１を有するＮＳ溶液を形成することを含む。実施形態によれば、組み込みプロセスは、ＮＳ溶液と、逆ミクロミセル２１０を有する第１の混合物との第２の混合物を形成することを更に含む。
[0088]ＮＳ１０１と同様に、ＮＳ２０１は、逆エマルジョンに添加する前に、最外郭のシェル２０４の外面で結合された天然のリガンド又は界面活性剤（図示せず）を有することができる。ＮＳ２０１のこれらの天然リガンド又は界面活性剤は、界面活性剤２０８の親水性極性頭部２０８ａとしてＮＳ２０１との同様の関係を有することができる。天然リガンド又は界面活性剤（ここでは図示せず）は、ＮＳ２０１に動的に結合することができ、即ち、天然リガンド又は界面活性剤は、オン及びオフの方式でＮＳ２０１に結合することができ、これは、天然リガンド又は界面活性剤が逆エマルジョン中の界面活性剤２０８によって置換され得る機会を提供することができる。いくつかの実施形態では、図２Ｄに示されるように、ＮＳ２０１のこれらの天然リガンド又は界面活性剤は、親水性基を有し、これにより、第２の混合物中のＮＳ２０１が、逆ミクロミセル５１０のコア２１２内に隔離された水相に引き寄せられ、コア２１２内に封入される。第２の混合物中のこれらのＮＳが充填された逆マイクロミセル２１０のそれぞれは、逆マイクロミセル２１０内に封入されたＮＳ２０１のそれぞれにおいて、緩衝化バリア層２０６及び任意選択的な緩衝層２０７の形成のための環境又は反応中心をもたらす。緩衝化バリア層２０６及び緩衝層２０７は、実施形態によれば、それぞれ緩衝化バリア層１０６及び緩衝層１０７と同様であり得る。
[0089]いくつかの実施形態では、逆マイクロミセル２１０のそれぞれは、第２の混合物中のＮＳ２０１の１つを取り囲む。逆マイクロミセル２１０へのＮＳ２１０のこのような１対１の組み込みは、ＮＳ２０１の互いの凝集を防止し、ＮＳ２０１の個々の緩衝化被覆を可能にするのに役立つことができる。いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層２０６の形成中、ＮＳ２０１の天然リガンド又は界面活性剤の実質的に全てが逆マイクロミセルの界面活性剤によって交換又は置換され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のＮＳ２０１が緩衝化バリア層２０６によって個別に取り囲まれた後、ＮＳ２０１と緩衝化バリア層２０６との間に残る天然リガンド又は界面活性剤は存在する必要がない。代わりに、天然リガンド又は界面活性剤は、ＮＳ２０１と緩衝化バリア層２０６との間の界面から連続的な疎水性相に押し出され得る。連続的な疎水性相中の天然リガンド又は界面活性剤は、緩衝化バリア層２０６の表面に結合され得る。図２Ｃ〜図２Ｅは、同数のＮＳ２０１及び逆マイクロミセル２１０を示すが、当業者は、本明細書の記載に基づき、いくつかの実施形態では、逆エマルジョン中に形成される逆マイクロミセル２１０と同様の逆マイクロミセルの数が、逆エマルジョンに添加される、コア−シェルＮＳ２０１と同様のコア−シェルＮＳの数より多くてもよいことを理解するであろう。このような実施形態では、逆ミセルのいくつかは、コア−シェルＮＳが空のままであることができる。
[0090]逆マイクロミセルへの緩衝剤の添加 − 実施形態によれば、第２の混合物中の逆マイクロミセル２１０へのＮＳ２０１の組み込みに続いて、第２の混合物中に有機又は無機緩衝剤を添加することによって第３の混合物を調製する。例えば、ＴＯＰ、ジフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン又は他の脂肪族ホスフィンなどの有機緩衝剤、又は金属塩などの無機緩衝剤を第２の混合物に添加することができる。金属塩緩衝剤の例としては、オレイン酸亜鉛、ＺｎＣｌ２、ＺｎＥｔ２、Ｚｎ（ＯＡｃ）２、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、臭化アルミニウム、酢酸アルミニウム、オレイン酸アルミニウム、塩化インジウム、酢酸インジウム、塩化マグネシウム、オレイン酸マグネシウム等が挙げられる。
[0091]いくつかの実施形態では、有機緩衝剤は、逆マイクロミセル２１０内のそれぞれのＮＳ２０１の上又は周りに一時的な有機緩衝層（図示せず）を形成して、ＮＳ２０１におけるその後の緩衝化バリア層２０６の形成に使用される触媒ＮＨ４ＯＨなど（図２Ｅに示す）、その後の処理に使用される化学物質による直接の攻撃からＮＳ２０１を保護することができる。緩衝化バリア層２０６の単層が形成されるとき、有機緩衝剤がＮＳ２０１の表面を離れて連続疎水性相に入ることがあるが、ＮＳ２０１に有機緩衝層が一時的に存在することは、その後の処理中にＮＳ２０１の発光特性の消失の度合いを実質的に低減及び／又は防止するのに役立つことができる。
[0092]いくつかの実施形態では、無機緩衝剤は、逆マイクロミセル２１０内のＮＳ２０１のそれぞれの上又は周りの、緩衝層２０７（図２Ｅに示す）などの無機緩衝層を形成するためのその後の緩衝化バリア層２０６の形成に使用される触媒ＮＨ４ＯＨなどのその後の処理に使用される化学物質と反応することができる。無機緩衝層２０７は、ＮＳ２０１のその後の処理に使用される化学物質による直接的な攻撃からＮＳ２０１を保護することができる。緩衝層２０７は、前述した緩衝層１０７と同様であり得る。追加的に又は任意選択的に、無機緩衝剤は、化学物質と反応して、緩衝化バリア層２０６に組み込まれる無機分子又は無機ナノ粒子を形成することができる。緩衝層２０７、無機分子及び／又は無機ナノ粒子の存在は、その後の処理中にＮＳ２０１の発光特性における消失の度合いを実質的に低減及び／又は防止するのに役立つことができる。
[0093]緩衝化バリア層の形成 − 実施形態によれば、図２Ｅに示されるように、第２の混合物中の逆マイクロミセル２１０へのＮＳ２０１の組み込み、及び第２の混合物中への緩衝剤の添加に続いて、バリア層２０６が、組み込まれたＮＳ２０１のそれぞれにおいて形成される。一実施形態では、緩衝化バリア層２０６の形成は、第３の混合物と、緩衝化バリア層２０６の要素を有する１つ以上の前駆体との第４の混合物を形成することを含む。例えば、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、又はＺｒの前駆体は、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、又はＺｒの酸化物及び／又は窒化物を含む緩衝化バリア層２０６を形成するための第３の混合物に加えられ得る。いくつかの実施形態では、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルオルトシリケート、テトラプロピルオルトシリケート、又はテトラブチルオルトシリケートがＳｉ前駆体として使用される。第２の混合物が激しく撹拌され得る間、１つ以上の前駆体を溶液として調製し、約６ｍＬ／分〜８ｍＬ／分の速度で第３の混合物に添加することができる。
[0094]緩衝化バリア層２０６の形成は、実施形態によれば、１つ以上の触媒と第４の混合物との第５の混合物を形成することを更に含む。一実施形態では、水酸化アンモニウムを触媒として第５の混合物に加える。第５の混合物が激しく撹拌され得る間、１つ以上の触媒を溶液として調製し、約４ｍＬ／分〜７ｍＬ／分の速度で第４の混合物に添加することができる。添加された前駆体及び触媒の両方は、水酸（ＯＨ）基との関係に起因して逆ミセル２１０の水性相中のＮＳ２０１に引き寄せられる。添加された前駆体及び触媒が逆ミセル２１０のそれぞれの中にＮＳ２０１の対応する１つと共に取り囲まれると、１つ以上の触媒が前述のように緩衝剤と反応することができ、添加された１つ以上の前駆体は、触媒加水分解を受けて中間形態（加水分解ケイ素前駆体）に変換することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２０１に結合された界面活性剤２０８は、加水分解されたシリコン前駆体によって完全に置換されて加水分解されたシリコン前駆体の単層を形成し、更に縮合を受けてＮＳ２０１の対応する１つの周囲に緩衝化バリア層２０６の個々の被覆を形成する。例えば、ＴＥＯＳ及び水酸化アンモニウム触媒などのＳｉ前駆体が、それぞれの逆マイクロミセル２１０によって提供される反応中心内の対応するＮＳ２０１の１つに引きつけられ取り囲まれると、ＴＥＯＳは、水酸化アンモニウム触媒加水分解を受けて中間体の形態、即ちテトラヒドロキシシランに変換し、これは、更に凝縮を受けて、対応するＮＳ２０１の１つの周囲に緩衝化ＳｉＯ２バリア層２０６の個々の被覆を形成する。いくつかの実施形態では、添加された１つ以上の前駆体のこの加水分解及び縮合は、第５の混合物を撹拌及び／又は加熱せずに実施される。いくつかの実施形態では、この加水分解及び縮合反応は、第５の混合物中の１つ以上の前駆体の実質的に全てが使い尽くされるまで、約１日〜約７日間行うことができる。
[0095]形成される緩衝化バリア層２０６の厚さは、前駆体の量、ＮＳの濃度、及び加水分解及び縮合反応時間などのパラメータを独立して又は組み合わせて操作することによって制御することができる。一実施形態では、第４の混合物中の同量の前駆体における第２の混合物中のＮＳ２０１の濃度又は数を増加させることにより、緩衝化バリア層２０６の厚さを減少させることができる。別の実施形態では、緩衝化バリア層２０６の厚さは、触媒を失活させる（例えば、水酸化アンモニウムを酸で中和するか、又は真空によってアンモニアを蒸発させる）ことによって加水分解及び縮合反応を終了させることによって制御することができる。
[0096]別の実施形態では、所望の厚さの緩衝化バリア層２０６を得るために必要であり得る１つ以上の前駆体の量がバリア層成長プロセスの２つ以上の段階で加えられる。例えば、前駆体量の一部を第３の混合物に添加して第４の混合物を生成し、第４の混合物の前駆体を加水分解及び縮合反応の間に使い果たした後に前駆体量の残りの部分を第５の混合物に加えることができる。
[0097]緩衝化バリア層２０６は、様々な実施形態において、約８ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲の厚さ２０６ｔまで成長することができる。いくつかの実施形態では、厚さ２０６ｔは、例えば、溶液、組成物、及び／又はフィルムにおける２つの隣接するＮＳ２００間の中心間距離がフォースター半径以上である最小値を有することができる。いくつかの実施形態では、厚さ２０６ｔは、約８ｎｍ〜約１５ｎｍの最小値を有することができる。
[0098]酸エッチング処理 − 実施形態によれば、緩衝化バリア層２０６を所望の厚さまで成長させた後、ＮＳ２００において酸エッチング処理を行うことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の酸を第５の混合物に加えて第６の混合物を形成することができる。１つ以上の酸の例としては、酢酸、塩酸、硝酸、脂肪酸、又はこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、第６の混合物において１つ以上の酸と１つ以上の触媒との間で約１．５〜約１０の範囲のモル比を維持することができる。一実施形態では、第６の混合物中の酢酸と水酸化アンモニウム触媒との間で約２のモル比を維持することができる。第６の混合物におけるエッチングプロセスは、約５分間〜約２日間の範囲の時間実施することができる。酸エッチング速度は、第５の混合物に添加される１つ以上の酸の濃度、エッチング温度、１つ以上の触媒に対する１つ以上の酸のモル比、及び／又は緩衝化バリア層２０６の厚さを変動することによって変動することができる。
[0099]ＮＳ２００の被覆後の酸エッチング処理は、ＮＳ２０１の発光特性の消失を実質的に減少させるのに役立つことができる。このような光学的消失は、エッチングプロセス前に、ＮＳ２０１における処理中に使用される化学物質（例えば、緩衝化バリア層の被覆プロセス中に使用される触媒）とのＮＳ２０１の反応に起因する場合がある。例えば、水酸化アンモニウム触媒の使用は、ＯＨ−及びＮＨ４ ＋イオンにおけるＮＳ２０１の表面２０１ｓに配位サイトを作ることができる。これらのイオンは、表面２０１ｓにおける光電子トラップサイトとして機能することができ、光電子トラップサイトは、ＮＳ２０１の発光特性における消失を誘発する場合がある。酸エッチング処理中の表面２０１ｓのエッチングは、ＮＳ２０１の光学的消失を誘発するＮＳ２０１の表面２０１ｓにおけるこのような光電子トラップサイト、及び／又は他のトラップサイト、及び／又は欠陥をエッチング除去するのに役立つことができ、結果として、ＮＳ２０１の発光特性における消失を実質的に低減する。ＮＳ２００のＱＹで被覆されていないＮＳ２０１のＱＹと実質的に同様になるまで、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００の酸エッチング処理を継続することができる。即ち、酸エッチング処理は、ＮＳ２０１における処理の負の影響（例えば、緩衝化バリア層の被覆プロセスの負の効果）が実質的に減少するまで継続され得る。
[0100]緩衝化バリア層２０６がＮＳ２０１に存在することができても、第６の混合物中の１つ以上の酸からの酸分子又はＨ＋イオンは、多孔性である緩衝化バリア層２０６を通り抜け、表面２０１ｓに達することができる。また、前述したように、これに加えて、酸エッチング処理によるＮＳ２０１の光学的消失の実質的な減少は、緩衝剤の使用及び／又は緩衝層２０７の形成によって低減され得ることに留意されたい。
[0101]いくつかの実施形態では、酸エッチング処理は、緩衝化バリア層２０６の形成プロセス前及び後にＮＳ２０１において実行され得る。
[0102]いくつかの実施形態では、例えば、ＮＳ２００の酸エッチング処理において第６の混合物を形成するために、１つ以上の触媒（例えば、水酸化アンモニウム）は、１つ以上の酸（例えば、酢酸）を第５の混合物に添加する前に蒸発させることにより選択的に除去することができる。
[0103]酸エッチング処理後、溶媒、未反応の１つ以上の前駆体、１つ以上の触媒、及び第６の混合物からの反応副生成物を除去することができる。いくつかの実施形態では、溶媒、未反応前駆体、及び反応副生成物は、真空下において約４０℃〜約６０℃の温度で蒸発させることによって除去することができる。溶媒及び前駆体を除去した後の得られた濃縮物は、真空下において約５０℃〜約７０℃の温度で約６０分〜約９０分間更に乾燥され得る。いくつかの実施形態では、得られた緩衝化バリア層で被覆されたコア−シェルＮＳ２００は、溶媒（例えば、エタノール）での沈殿及び遠心分離により酸エッチング処理後に隔離され得、これに限定されないが、トルエンなどの疎水性溶媒中に再分散され得る。
[0104]真空蒸発による溶媒、未反応の１つ以上の前駆体、１つ以上の触媒、及び反応副生成物の除去は、図２Ｅに示すように、界面活性剤２０８がＮＳ２００の外面に結合したままであることを確実にすることができる。緩衝化バリア層２０６における界面活性剤２０８の疎水性尾部２０８ｂは、疎水性シェルを提供し、これは、ＮＳ２００の光学特性に悪影響を与えずに、例えば装置製造プロセスとの適合性において、疎水性環境（例えば、トルエン、フォトレジスト材料）における得られた乾燥した隔離されたＮＳ２００の分散性を確証する。
[0105]ＮＳ２００の前述の合成後プロセスとは対照的に、ＮＳの現行の合成後プロセスは、典型的には、合成されたＮＳをエタノール、メタノール又は水などの親水性溶媒中で洗浄して、合成されたＮＳを反応溶液から分離することを含む。次いで、洗浄した後、洗浄したＮＳをエタノール又はメタノールなどの親水性アルコール中に再分散させる。次いで、再分散されたＮＳは、再分散されたＮＳにおいて新しい界面活性剤を導入するために、高温（例えば、約２００℃）でリガンド交換プロセスに供される。合成されたＮＳに存在し得る界面活性剤は、洗浄中に除去されるため、新しい界面活性剤の導入は、ＮＳにおいて疎水性シェルを提供することになる。ＮＳの現行の合成後プロセスにおける水又は親水性溶媒への曝露は、水が洗浄されたＮＳの放出特性に悪影響を与える非放射中心を生成するため、洗浄されたＮＳの発光特性を消失させる。また、高温リガンド交換プロセスは、ＮＳの発光特性に悪影響を及ぼす。
[0106]隔離され再分散されたＮＳ２００は、ＮＳ２０１と同様の狭いサイズ分布（即ち小さいＦＷＨＭ）及び高いＱＹを有することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２０１及び２００の両方のフォトルミネッセンススペクトルは、約２０ｎｍ〜５０ｎｍ、約２２ｎｍ〜５０ｎｍ、約２４ｎｍ〜５０ｎｍ、約２６ｎｍ〜５０ｎｍ、約２８ｎｍ〜５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜４６ｎｍ、約２０ｎｍ〜約４２ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３６ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３４ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する。
[0107]いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及びＮＳ２０１の両方は、赤色、オレンジ色、及び／又は黄色の範囲などの１つ以上の様々な色範囲で光を放出することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及びＮＳ２０１の両方は、緑色及び／又は黄色の範囲の光を放出する。いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及び２０１の両方は、青色、藍色、紫色、及び／又は紫外線の範囲の光を放出することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及び２０１の両方は、６０５ｎｍ〜６５０ｎｍ、５１０ｎｍ〜５５０ｎｍ、又は３００ｎｍ〜４８０ｎｍの一次発光ピーク波長を有することができる。
[0108]いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及び２０１の両方が高いＱＹを示す。いくつかの実施形態では、ＮＳ２００及び２０１などのＣｄベースのＮＳは、８０％〜９５％又は８５％〜９０％のＱＹを示す。従って、様々な実施形態によれば、ＮＳ２０１における緩衝化バリア層２０６の存在は、ＮＳ２０１の光学特性を実質的に変化させないか又は消失させない。
[0109]いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００は、緩衝化なしに調製されたバリア層で被覆されたＮＳよりも高いＱＹを示す。いくつかの実施形態では、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００は、緩衝なしにバリア層で被覆されたＮＳによって示されたＱＹよりも約２〜６倍高いＱＹを示す。いくつかの実施形態では、酸エッチング処理に供された緩衝化バリア層で被覆されたＮＳ２００は、酸エッチング処理なしに緩衝化バリア層で被覆されたＮＳによって示されたＱＹより約１０％〜約２０％高いＱＹを示す。
[0110]例示的目的のため、３つの逆マイクロミセル２１０、３つのコア−シェルＮＳ２０１、及び３つのバリア層で被覆されたコア−シェルＮＳ２００がそれぞれ図２Ｃ〜２Ｄに示されていることに留意すべきである。しかしながら、本明細書の記載に基づいて当業者によって理解されるように、前述の方法は、それぞれ逆マイクロミセル２１０、コア−シェルＮＳ２０１、及びバリア層で被覆されたコア−シェルＮＳ２００と同様の、任意の数の逆マイクロミセル、及びコア−シェルＮＳ、バリア層で被覆されたコア−シェルＮＳを作製することができる。
緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳを形成するための例示的方法
[0111]以下の例示的方法は、高輝度の緩衝化ＳｉＯ２で被覆された赤色発光ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳの成長を実証する。いくつかの実施形態によれば、最小限の変動で、以下に記載される方法を用いて、緩衝化ＳｉＯ２で被覆された緑色発光ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳを合成することができる。
[0112]実施形態によれば、ＳｉＯ２で被覆されたＮＳは、ＮＳ１００及び／又は２００と同様であり得る。緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳは、ＮＳ１０１及び／又は２０１と同様であり得るコア−シェル構造体を有し、前述の緩衝化バリア層１０６及び／又は２０６と同様であり得る緩衝化ＳｉＯ２バリア層を更に有する。以下の例示的方法は、説明のためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことが理解される。また、以下の例示的方法は、本発明の範囲又はその任意の実施形態に影響を及ぼすことなく、広い範囲及び均等な範囲の条件、配合及び他のパラメータ内で行われ得ることが理解される。
[0113]ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳの形成 − １００ｍＬの３つ口フラスコで約６．０ｍＬの１−オクタデセン（ＯＤＥ）及び約３．０ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）を室温で混合することによって溶媒を調製し、次いで反応を約３１０℃に設定した。温度が約３１０℃で安定したら、シリンジポンプを介して第１及び第２のストック溶液を約１５分〜約３０分以内に１００ｍＬの３つ口フラスコに同時に注入した。第１及び第２のストック溶液を別々に調製した。第１のストック溶液は、約２．０ｍＬのＯＤＥ、約１．８ｍＬの２．０ＭのＴＯＰ−Ｓｅ、及び約３６００ナノモルのＩｎＰコアを含むＴＯＰにおける３ｍＬのＩｎＰコアの溶液のブレンドとして調製した。ＩｎＰコアの第１の励起子吸収ピークは、約５８０ｎｍであり、コアの平均直径は、約２．７ｎｍである。第２のストック溶液は、ＴＯＰにおけるオレイン酸亜鉛（ＩＩ）の８．９ｍＬの０．５Ｍストック溶液であった。第１及び第２のストック溶液は、ＩｎＰコアの周囲の第１のシェルＺｎＳｅの形成に用いられた。第１及び第２のストック溶液の注入後、反応を約３１０℃で約５分〜約１５分間保持した。
[0114]約５分〜約１５分間反応を保持した後、第１のシェルＺｎＳｅの周りに第２のシェルＺｎＳを形成するためにシリンジポンプを介して第３及び第４のストック溶液を約３０分〜約６０分以内に注入した。第３及び第４のストック溶液を別々に調製した。第３のストック溶液は、ＴＯＰにおけるオレイン酸Ｚｎ（ＩＩ）の０．５Ｍストック溶液約１７．５ｍＬであり、第４のストック溶液は、約１６．８ｍＬの１．０ＭのＴＯＰ−硫黄溶液、約４．０ｍＬのＴＯＰ、及び約９．５ｍＬのＯＤＥのブレンドとして調製した。
[0115]第３及び第４のストック溶液を注入した後、反応溶液を約３１０℃で約５分〜約１５分間保持し、次いで室温に空冷してからグローブボックスに移して精製した。次いで、反応溶液を等容積のトルエンで希釈し、等量のエタノールと混合して得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳを沈殿させた。得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳを、遠心分離、その後の上清のデカンテーション、及び真空下での乾燥によって反応溶液から隔離した。次に、乾燥したＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳをシクロヘキサンに再懸濁して、ＱＹ測定などの測定のために約５０ナノモル／ｍＬ〜約１００ナノモル／ｍＬの範囲の濃度の溶液を形成した。
[0116]得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳの濃度（ナノモル／ｍＬ又は粒子／ｍＬで）を、合成に用いたＩｎＰコアのナノモル又は粒子数の値を、得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳ−シクロヘキサン溶液の容積で割ることによって決定した。得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳは、狭いサイズ分布（即ち小さいＦＷＨＭ）及び高いＱＹを有する。
[0117]いくつかの実施形態では、得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳ群のフォトルミネッセンススペクトルは、約２０ｎｍ〜５０ｎｍ、約２２ｎｍ〜５０ｎｍ、約２４ｎｍ〜５０ｎｍ、約２６ｎｍ〜５０ｎｍ、約２８ｎｍ〜５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜４６ｎｍ、約２０ｎｍ〜４２ｎｍ、約２０ｎｍ〜３６ｎｍ、約２０ｎｍ〜３４ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する。
[0118]いくつかの実施形態では、得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳのサイズは、直径約７．０ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約７．２ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約７．４ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約７．６ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約７．８ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約８．０ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約８．５ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約９．０ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約１０．０ｎｍ〜約１３．０ｎｍ、直径約７．０ｎｍ〜約１２．０ｎｍ、直径約７．０ｎｍ〜約１１．０ｎｍ、直径約７．０ｎｍ〜約１０．０ｎｍ、直径約７．０ｎｍ〜約８．８ｎｍ、直径約７．２ｎｍ〜約８．６ｎｍ、直径約７．４ｎｍ〜約８．４ｎｍ、直径約７．６ｎｍ〜約８．２ｎｍ、又は直径約７．８ｎｍ〜約８．０ｎｍの範囲である。
[0119]いくつかの実施形態では、得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳは、赤色、オレンジ色、及び／又は黄色の範囲の光を放出する。いくつかの実施形態では、得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳは、約６０５ｎｍ〜約６５０ｎｍの一次発光ピーク波長を有する。いくつかの実施形態では、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳは、５０％〜８０％、５５％〜７５％、５０％〜７０％、又は５５％〜６５％のＱＹを示す。
[0120]図３Ａ〜３Ｂは、前述した例示的方法によって作製されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳのＱＹ計算のための、それぞれ５３０ｎｍの励起波長を有する異なる濃度の基準色素（ローダミン６４０、略してＲｈ６４０）の吸収及び光ルミネセンススペクトルのプロットを示す。図３Ｃ〜３Ｄは、異なる濃度のＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳの例示的吸収及び光ルミネッセンススペクトルのプロットを示す。図３Ｅは、図３Ａ〜３Ｄに基づいて得られたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳのＱＹ測定を示す。実施形態では、可視スペクトルの赤色領域での発光におけるＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳコア−シェルＮＳのＱＹ測定値は、約６１％である。
[0121]前述のように、乾燥したＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳをシクロヘキサン中に再懸濁させて、約５０ナノモル／ｍＬ〜約１００ナノモル／ｍＬの範囲の濃度の溶液を形成した。ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳは、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのその後の緩衝化ＳｉＯ２バリア層の被覆で使用された。
[0122]逆マイクロミセルの形成 − 逆マイクロミセルを有する安定化した逆エマルジョンの第１の混合物を、界面活性剤である約５ｍＬのIGEPAL CO-520を１００ｍＬのボトルにおいて約４０ｍＬのシクロヘキサンと混合することによって調製した。第１の混合物を約２０分間撹拌した。
[0123]逆マイクロミセルへのＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳの組み込み − 第１の混合物を約２０分間撹拌した後、ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ溶液を第１の混合物に添加することによって第２の混合物を調製した。第２の混合物を、ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ溶液の添加後、約２０分間攪拌した。
[0124]逆マイクロミセルへの緩衝剤の添加 − 第２の混合物を約２０分間撹拌した後、第３の混合物を、有機緩衝剤として約３ｍＬのＴＯＰ、又は無機緩衝剤としてＴＯＰにおける約３ｍＬの０．１Ｍオレイン酸亜鉛を第２の混合物に加えることによって調製した。緩衝剤を加えた後、第３の混合物を約２０分間撹拌した。
[0125]緩衝化バリア層の形成 − 第３の混合物を約２０分間攪拌した後、第３の混合物を激しく撹拌しながら、Ｓｉ前駆体である、約０．３ｍＬのＴＥＯＳを、約１．０ｍＬ／分の速度で第３の混合物に添加することによって第４の混合物を調製した。第４の混合物をＴＥＯＳの添加後約２０分間撹拌し、その後、第５の混合物を調製した。第４の混合物を激しく撹拌しながら、第５の混合物を、約０．２ｍＬ／分〜約０．３ｍＬ／分の速度で第４の混合物に、触媒である約０．６ｍＬの３０％水酸化アンモニウム溶液を添加することによって調製した。第５の混合物を触媒添加後約２分間攪拌した。約２分間撹拌した後、第５の混合物を含むボトルに蓋をし、第５の混合物を撹拌又は加熱することなく約１〜約７日間保存した。
[0126]酸エッチング処理 − 実施形態によれば、約１〜約７日間の緩衝化バリア層の被覆プロセス後、酸エッチング処理を、第５の混合物に形成された緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳにおいて行った。酢酸を第５の混合物に添加して第６混合物を形成し、酢酸と水酸化アンモニウム触媒との間に約２のモル比を維持した。
[0127]第６の混合物における緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳの約１２時間の酸エッチング処理後、溶媒、未反応ＴＥＯＳ、水酸化アンモニウム、及びエタノールなどの反応副生成物を約５０℃以下で真空下において蒸発させ、外面に界面活性剤IGEPAL CO-520を有する酸エッチング処理された緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳを得た。得られた酸エッチング処理された緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳを、約６０℃以下の温度で約６０分間真空下において更に乾燥させて、それらから実質的に全ての水分を除去した。酸エッチング処理された緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳの乾燥後、沈殿及び遠心分離によって隔離し、トルエン又はクロロホルムに再分散して安定な疎水性溶液を形成した。
[0128]前述の方法ではＴＯＰを緩衝剤亜鉛塩（オレイン酸亜鉛）の溶媒として用いたが、他の有機溶媒を用い得ることに留意されたい。例えば、オレイン酸亜鉛などの無機緩衝剤は、ＯＤＥ（１−オクタデセン）又はＯＤＥとＴＯＰとの混合物に分散され得る。いくつかの実施形態では、ＴＰＢ（テトラブチルホスフィン）又はＤＰＰ（ジフェニルホスフィン）は、Ｉｎ、Ａｌ又はＭｇを含む金属塩などの無機緩衝剤のための溶媒として使用することができる。いくつかの実施形態では、Ａｌ２Ｏ３が無機緩衝剤として使用される場合、エタノールを使用してＡｌＣｌ３を溶解させることができる。また、いくつかの実施形態では、無機緩衝剤として有機金属化合物を使用し得ることに留意されたい。例えば、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を前述の方法に記載されているようにオレイン酸亜鉛の代わりに使用することができ、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ＯＤＥ、又はＴＯＰをＤＥＺの溶媒として使用することができる。
[0129]いくつかの実施形態では、緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ群のフォトルミネッセンススペクトルは、約２０ｎｍ〜５０ｎｍ、約２２ｎｍ〜５０ｎｍ、約２４ｎｍ〜５０ｎｍ、約２６ｎｍ〜５０ｎｍ、約２８ｎｍ〜５０ｎｍ、約２８ｎｍ〜４６ｎｍ、約２８ｎｍ〜４２ｎｍ、約２０ｎｍ〜３６ｎｍ、約２０ｎｍ〜３４ｎｍ、又は約２０〜３０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する。
[0130]いくつかの実施形態では、得られた緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳのサイズは、直径約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、直径約２４ｎｍ〜約５０ｎｍ、直径約２８ｎｍ〜約５０ｎｍ、直径約３２ｎｍ〜約５０ｎｍ、直径約３５ｎｍ〜約５０ｎｍ、直径約２０ｎｍ〜約４５ｎｍ、直径約２４ｎｍ〜約４５ｎｍ、直径約３０ｎｍ〜約４５ｎｍ、直径約３５ｎｍ〜約４５ｎｍ、又は直径約２５ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳの平均サイズは、約２５ｎｍ、約３５ｎｍ、又は約４０ｎｍである。
[0131]いくつかの実施形態では、緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳのＳｉＯ２バリア層の厚さは、約８ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約２０ｎｍ、約８ｎｍ〜約１５ｎｍ、又は約１０ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲である。
[0132]いくつかの実施形態では、緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳは、赤色、橙色、及び／又は黄色の範囲の光を放出する。いくつかの実施形態では、得られたＳｉＯ２で被覆されたＮＳは、約６０５ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約６１５ｎｍ〜約６４０ｎｍ、約６２０ｎｍ〜約６３５ｎｍ、又は約６２５ｎｍ〜約６３０ｎｍの一次発光ピーク波長を有する。
[0133]いくつかの実施形態では、酸エッチング処理なしの緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳは、４０％〜７０％、４５％〜７０％、５０％〜７０％、４０％〜６５％、４０％〜６０％、４０％〜５０％、４５％〜５５％、又は５５％〜６５％のＱＹを示す。いくつかの実施形態では、酸エッチング処理された緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳは、６０％〜８０％、６５％〜８０％、７０％〜８０％、６０％〜７５％、又は６５％〜７５％のＱＹを示す。
緩衝化あり／なしのＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅナノ構造体の例示的特性
[0134]図４Ａは、前述した例示的方法と同様の方法によって作製された、緩衝化されていないＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００の例示的ＴＥＭ画像を示す。即ち、前述の例示的方法で記載したように、逆マイクロミセルに前駆体及び触媒を組み込む前に緩衝剤を添加することなくＮＳ４００が作製される。ＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００のそれぞれは、赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅコア−シェルＮＳ４０１と、ＮＳ４０１を取り囲むＳｉＯ２バリア層４０６とを含む。ＮＳ４００のサイズは、直径約２８ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。
[0135]図４Ｂは、前述の例示的方法によって作製された、ＴＯＰ緩衝化ＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００＊の例示的ＴＥＭ画像を示す。即ち、前述の例示的方法に記載されているように、前駆体及び触媒を逆マイクロミセルに組み込む前にＴＯＰ緩衝剤を添加してＮＳ４００＊を作製する。ＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００＊のそれぞれは、赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅコア−シェルＮＳ４０１＊、及びＮＳ４０１＊を取り囲むＳｉＯ２バリア層４０６＊を含む。ＮＳ４００＊のサイズは、直径約２８ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。ＮＳ４００と４００＊との比較は、それらのカプセル化されたＮＳ４０１と４０１＊とが同様のサイズであり、ＮＳ４００＊の合成中のＴＯＰ緩衝剤の添加がＮＳ４０１＊の周りに緩衝層を形成しなかったことを示す。
[0136]図４Ｃは、前述の例示的方法によって作製された、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００＊＊の例示的ＴＥＭ画像を示す。即ち、ＮＳ４００＊＊は、前述の例示的方法に記載されるように、前駆体及び触媒を逆マイクロミセルに組み込む前にＺｎ塩緩衝剤を添加して作製される。ＳｉＯ２で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ４００＊＊のそれぞれは、赤色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅコア−シェルＮＳ４０１＊＊、及びＮＳ４０１＊を取り囲むＳｉＯ２バリア層４０６＊＊を含む。また、図４Ｃは、ＺｎＯ緩衝層４０７＊＊の存在を示し、その結果、カプセル化されたＮＳ４０１＊＊のコア−シェル構造体は、ＮＳ４０１よりも直径が大きく見える。ＮＳ４００＊＊のサイズは、直径約２８ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。
[0137]図５Ａ〜Ｂは、それぞれ緩衝化されていないＳｉＯ２で被覆された緑色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ及びＴＯＰ緩衝化ＳｉＯ２で被覆された緑色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ５００の例示的ＴＥＭ画像を示す。ＮＳ５００は、前述の例示的方法に記載されるように、前駆体及び触媒を逆マイクロミセルに組み込む前にＴＯＰ緩衝剤を添加して作製される。ＮＳ５００のサイズは、直径が約２８ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。図６Ａ〜６Ｂは、それぞれ緩衝化されていないＳｉＯ２で被覆された緑色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ及びＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２で被覆された緑色ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ６００の例示的ＴＥＭ画像を示す。ＮＳ６００のサイズは、直径約２８ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲である。前述のＮＳ４００＊及び４００＊＊と同様に、図６Ｂは、ＺｎＯ緩衝化ＮＳ６００にＺｎＯ緩衝層６０７が存在し、ＴＯＰ緩衝化ＮＳ５００に存在しないことを示している。また、図６Ｂは、ＮＳ６００のいくつかにＺｎＯナノ粒子６０８の存在を示す。
[0138]ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳにおけるＺｎＯの組み込みが元素分析により更に証明された。図７は、被覆されていないＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ、ＴＯＰ緩衝化ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳ、及びＺｎＯ緩衝化ＩｎＰ／ＺｎＳ／Ｓｅ ＮＳにおける、亜鉛の硫黄及びセレンに対する原子比のプロットを示す。被覆されていないＮＳ及び緩衝化バリア層で被覆されたＮＳにおいてＩＣＰ−ＯＥＳ（誘導結合プラズマ原子発光分光法）分析を行った。図７に示すように、５単分子層当量のＺｎＯをＺｎＯ緩衝化バリア層で被覆されたＮＳに組み込んだ後、硫黄及びセレンに対する亜鉛の原子比は約５倍増加した。ＺｎＯ緩衝化バリア層で被覆されたＮＳで見出される亜鉛の量は、ＺｎＯ緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの合成中に緩衝剤として添加される亜鉛前駆体の量に実質的に近い。これは、前駆体として添加された亜鉛の大部分が反応してＺｎＯ緩衝化バリア層で被覆されたＮＳに組み込まれたことを示唆している。
[0139]図８Ａ〜図８Ｅは、図３Ａ〜図３Ｅを参照して説明したのと同様の方法における、緩衝化されていないＳｉＯ２バリア層で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ計算を示す。一実施形態では、可視スペクトルの赤色領域での発光における、緩衝化されていないＳｉＯ２バリア層で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ測定値は、約３０％である。
[0140]図８Ｆ〜図８Ｊは、図３Ａ〜図３Ｅを参照して記載したのと同様の方法における、ＴＯＰ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ計算を示す。一実施形態では、可視スペクトルの赤色領域での発光における、ＴＯＰ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ測定値は、約４０％である。
[0141]図８Ｋ〜図８Ｏは、図３Ａ〜図３Ｅを参照して記載したのと同様の方法における、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆された赤色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ計算を示す。一実施形態では、可視スペクトルの赤色領域での発光における、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳのＱＹ測定値は、約５５％である。
[0142]従って、図８Ａ〜８ＯのＱＹの比較は、様々な実施形態による、バリア層で被覆されたＮＳの合成中の緩衝剤の添加が、得られた緩衝化バリア層で被覆されたＮＳのＱＹを改善することを示す。
[0143]以下の表１及び２は、それぞれ前述の例示的方法によって作製された、被覆されていない赤色及び緑色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳ、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆された赤色及び緑色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳ、及び酸エッチング処理されたＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆された赤色及び緑色ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳの例示的光学特性を表す。表１及び表２に示すように、赤色及び緑色のＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳの両方において、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層でのＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳの被覆後、ＱＹは、減少したが、ＱＹは、ＺｎＯ緩衝化ＳｉＯ２バリア層で被覆されたＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＮＳの酸エッチング処理後に増加した。
緩衝化バリア層で被覆されたコア−シェルナノ構造体を形成する例示的工程
[0144]図９は、実施形態による、緩衝化バリア層で被覆されたコア−シェルＮＳを作製するフローチャートを示す。方法９００は、ＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００、及び６００と同様のＮＳを形成するために実行され得る。方法９００は、網羅的であることを意図しておらず、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく他の工程を実行することができる。単に例示的目的のために、図９に示す工程は、図２Ａ〜図２Ｅに示した例示的プロセスを参照して記載される。工程は、特定の用途に応じて異なる順序で実行することも実行しないこともできる。
[0145]工程９０２において、実施形態によれば、コア−シェルＮＳを有するＮＳ溶液が形成される。例えば、コア−シェルＮＳを有するＮＳ溶液は、溶媒（例えば、シクロヘキサン、トルエン又はヘキサン）中にＮＳ１０１及び２０１などのコア−シェルＮＳを分散させることによって作製することができる。
[0146]工程９０４において、実施形態によれば、安定化された逆エマルジョンに逆マイクロミセルが形成した。例えば、安定化された逆エマルジョンにおける逆マイクロミセルは、１つ以上の界面活性剤（例えば、IGEPAL CO-520、IGEPAL CO-630、IGEPAL CA-630、Triton X-100、又はBrij53）と、これらに限定されるものではないが、シクロペンタン、シクロヘキサン、又はシクロヘプタンなどの疎水性溶媒との第１の混合物を形成し、第１の混合物を約２０分間撹拌することによって作製され得る。
[0147]工程９０６において、実施形態によれば、コア−シェルＮＳは、逆マイクロミセルに組み込まれる。例えば、コア−シェルＮＳは、ＮＳ溶液と第１の混合物との第２の混合物を形成し、第２の混合物を約２０分間撹拌することによって逆マイクロミセルに組み込まれる。
[0148]工程９０８において、実施形態によれば、緩衝剤が第２の混合物に添加されて第３の混合物を形成する。例えば、ＴＯＰ、ジフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、又は他の脂肪族ホスフィンなどの有機緩衝剤、又は金属塩などの無機緩衝剤を第２の混合物に添加することができる。第３の混合物を約２０分間撹拌する。
[0149]工程９１０において、実施形態によれば、組み込まれたＮＳは、バリア層で個別に被覆される。例えば、組み込まれたＮＳは、１つ以上の前駆体溶液と第３の混合物との第４の混合物を形成し、第４の混合物を約２０分間撹拌することによってバリア層で個別に被覆される。第４の混合物の形成に続いて、１つ以上の触媒と第４の混合物との第５の混合物を形成し、第５の混合物を約２分間撹拌する。約２分間撹拌した後、第５の混合物を含むボトルに蓋をし、第５の混合物を攪拌せずに又は加熱することなく７日間保存する。
[0150]工程９１２において、実施形態によれば、得られた緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを酸エッチング処理に供する。例えば、得られた緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを、１つ以上の酸と第５の混合物との第６の混合物を形成し、得られた緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを第６の混合物中で約１２時間処理することによって酸エッチング処理に供する。
[0151]工程９１４において、実施形態によれば、得られた酸エッチング処理された緩衝化バリア層で被覆されたＮＳは、第６の混合物から隔離される。例えば、酸エッチング処理された緩衝化バリア層で被覆されたＮＳは、溶媒、未反応前駆体、触媒、及び反応副生成物を真空下において約５０℃以下で蒸発させることによって隔離され、例えば前述したＮＳ２００と同様に、それらの外面に界面活性剤を有する緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを得る。蒸発後、約６０℃の温度で約６０分間真空下において、酸エッチング処理された緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを更に乾燥させて、それらから実質的に全ての水分を除去する。乾燥後、酸エッチング処理した緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを沈殿及び遠心分離によって隔離する。
ナノ構造体フィルムの例示的実施形態
[0152]前述したＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００、及び／又は６００などのＮＳを有する緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群は、可視及び赤外線スペクトルにおける、鋭く、安定し、制御可能である発光から利益を得る様々な用途で使用することができる。このような用途では、図１０に示すように、ＮＳフィルム１０００の形態の緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群を使用することができる。いくつかの用途では、発光ＮＳは、基板にＮＳフィルム１０００としてキャストされ、フォトリソグラフィープロセスによってパターン化され得る。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置又は液晶表示（ＬＣＤ）装置などの表示装置は、例えば、カラーダウンコンバージョン層としてこのようなＮＳフィルム１０００を使用することができる。このような表示装置において、ＮＳフィルム１０００は、表示パネルの一部又は表示パネルの画素ユニットであることができ、いくつかの実施形態によれば、表示装置の光源又は基板に配置され得る。
[0153]典型的には、表示装置における非ＮＳベースのカラーダウンコンバージョン層は、約１μｍ〜約１０μｍの厚さの範囲であり得る。ＮＳフィルム１０００などの同様の厚さのＮＳベースのカラーダウンコンバージョン層と同様であるか又はより高い光学濃度及びＱＹを達成するために、ＮＳの大きい密度が、低レベルの凝集を有するＮＳフィルム１０００内で装填され且つ密に充填される必要があり得る（即ち互いに実質的に接触している隣接するＮＳ）。しかしながら、現行の方法によって調製されたＮＳは、凝集し及び／又はＮＳフィルムに密に充填されたときに、隣接するＮＳの発光を再吸収する傾向があり、結果として、それらの光学特性の消失により、ＮＳをベースとしないカラーダウンコンバージョン層と比較してより低いＱＹを被る。いくつかの実施形態では、このような問題は、ＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００、及び／又は６００などの緩衝化バリア層で被覆されたコア−シェルＮＳのＮＳフィルムを使用することによって克服することができる。バリア層は、これらのＮＳの凝集を減少させ、互いの発光を再吸収し、結果として、これらのＮＳが約１μｍ〜約３μｍのＮＳフィルムに密に充填される場合でも、高い光学密度及びＱＹを達成する。また、これらのＮＳのバリア層は、ＮＳフィルムの処理中に厳しい環境（例えば、熱、化学物質）からそれらを保護することを促進する。
[0154]緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群は、フィルム（例えば、有機ポリマー、シリコン含有ポリマー、無機物、ガラス状物、及び／又は他のマトリックス）を形成するマトリックスに任意選択的に埋め込まれる。このフィルムは、ＮＳ蛍光体の作製に使用され得、及び／又はＬＥＤ、バックライト、ダウンライト、又は他の表示又は照明ユニット又は光学フィルタなどの装置に組み込まれ得る。例示的な蛍光体及び照明ユニットは、例えば、異なる発光極大を有する２つ以上の異なる群のＮＳを組み込むことにより、所望の波長又は広い色域での又はその近傍での発光極大を有するＮＳの群を組み込むことによって特定の色光を生成することができる。様々な適切なマトリックスが当技術分野で公知である。例えば、米国特許第７，０６８，８９８号、及び米国特許出願公開第２０１０／０２７６６３８号、同第２００７／００３４８３３号及び同第２０１２／０１１３６７２号を参照されたい。例示的なＮＳ蛍光体フィルム、ＬＥＤ、バックライトユニット等は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２７６６３８号、同第２０１２／０１１３６７２号、同第２００８／０２３７５４０号、同第２０１０／０１１０７２８号、及び同第２０１０／０１５５７４９号、及び米国特許第７，３７４，８０７号、同第７，６４５，３９７号、同第６，５０１，０９１号、及び同第６，８０３，７１９号に記載されている。
[0155]図１０は、実施形態による、ＮＳフィルム１０００の断面図を示す。実施形態によれば、ＮＳフィルム１０００は、複数の緩衝化バリア層で被覆されたコア−シェルＮＳ１００２及びマトリックス材料１０１０を含むことができる。いくつかの実施形態によれば、ＮＳ１００２は、構造、機能、及び／又は特性においてＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００及び／又は６００と同様であり得、及び／又はマトリックス材料１０１０に埋め込まれ得るか若しくは配置され得る。本明細書で使用される場合、「埋め込まれる」という用語は、マトリックスの大半の成分を構成するマトリックス材料１０１０内にＮＳが取り囲まれるか又は封入されることを示すために使用される。一実施形態では、ＮＳ１００２は、マトリックス材料１０１０にわたり均一に分布することができるが、他の実施形態では、ＮＳ１００２は、用途特有の均一な分布関数に従って分布し得ることに留意されたい。ＮＳ１００２が同じサイズの直径を有することが示されているが、当業者は、ＮＳ１００２がサイズ分布を有し得ることを理解することに留意されたい。
[0156]一実施形態では、ＮＳ１００２は、青色可視波長スペクトル、緑色可視波長スペクトル、又は赤色可視波長スペクトルで発光するサイズを有するＮＳの均質な群を含むことができる。他の実施形態では、ＮＳ１００２は、青色可視波長スペクトルで発光するサイズを有するＮＳの第１の群、緑色可視波長スペクトルで発光するサイズを有するＮＳの第２の群、及び赤色可視波長スペクトルで発光するＮＳの第３の群を含むことができる。
[0157]マトリックス材料１０１０は、ＮＳ１００２を収容することができる任意の適切なホストマトリックス材料であり得る。適切なマトリックス材料は、ＮＳフィルム１０００を装置に適用する際に使用されるＮＳ１００２及び任意の周囲の包装材料又は層と化学的及び光学的に適合し得る。適切なマトリックス材料は、一次及び二次光の両方に対して透明である非黄変光学材料を含むことができ、これにより、一次及び二次光の両方がマトリックス材料を透過することを可能にする。一実施形態では、マトリックス材料１０１０は、ＮＳ１００２のそれぞれを完全に囲むことができる。マトリックス材料１０１０は、可撓性又は成形可能なＮＳフィルム１０００が所望される用途において可撓性であり得る。或いは、マトリックス材料１０１０は、高強度の非可撓性材料を含むことができる。
[0158]別の実施形態では、マトリックス材料１０１０は、酸素及び水分透過性が低い場合があり、高い光安定性及び化学安定性を示し、良好な屈折率を示し、ＮＳ１００２の外面に接着し、こうしてＮＳ１００２を保護する気密シールを提供することができる。別の実施形態では、マトリックス材料１０１０は、ロールツーロール処理を容易にするためにＵＶ又は熱硬化法で硬化することができる。
[0159]マトリックス材料１０１０は、ポリマー及び有機及び無機酸化物を含むことができる。マトリックス材料１０１０に使用するのに適したポリマーは、このような目的のために使用することができる当業者に公知の任意のポリマーであり得る。ポリマーは、実質的に半透明又は実質的に透明であることができる。マトリックス材料１０１０としては、これらに限定されるものではないが、エポキシ、アクリレート、ノルボルネン、ポリエチレン、ポリ（ビニルブチラール）：ポリ（ビニルアセテート）、ポリウレア、ポリウレタン、これらに限定されるものではないが、アミノシリコーン（ＡＭＳ）、ポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、シルセスキオキサン、フッ素化シリコーン、並びにビニル及びヒドリド置換シリコーンを含むシリコーン及びシリコーン誘導体、これらに限定されるものではないが、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、及びラウリルメタクリレートを含むモノマーから形成されるアクリルポリマー及びコポリマー、ポリスチレン、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）、及びポリ（アクリロニトリルエチレンスチレン）（ＡＥＳ）などのスチレン系ポリマー、ジビニルベンゼンなどの二官能性モノマーで架橋されているポリマー、架橋リガンド材料に適した架橋剤、リガンドアミンと結合してエポキシを形成するエポキシド（例えば、ＡＰＳ又はＰＥＩリガンドアミン）等を挙げることができる。
[0160]いくつかの実施形態では、マトリックス材料１０１０は、ＮＳフィルム１０００の光コンバージョン効率を改善することができるＴｉＯ２マイクロビード、ＺｎＳマイクロビード、又はガラスマイクロビードなどの散乱マイクロビードを含む。
[0161]いくつかの実施形態によれば、ＮＳフィルム１０００は、ポリマー（例えば、フォトレジスト）においてＮＳ１００２を混合し、ＮＳポリマー混合物を基材においてキャスティングし、ＮＳ１００２をモノマーと混合し、それらを共に重合させ、ＮＳ１００２をゾルゲルにおいて混合して酸化物を形成することにより、又は当業者に公知の任意の他の方法により形成され得る。
ＮＳフィルムベースの表示装置の例示的実施形態
[0162]また、本発明は、
（ａ）放射を放出する層と、
（ｂ）放射放出層に配置されている、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群を含むフィルム層と、
（ｃ）バリア層に配置された光学素子と
を含む表示装置を提供する。
[0163]一実施形態では、放射放出層、フィルム層、及び光学素子は、表示装置の画素ユニットの一部である。別の実施形態では、光学素子は、カラーフィルタである。
[0164]図１１は、実施形態による表示装置の表示パネル１１００の分解断面図の概略図を示す。いくつかの実施形態では、表示装置は、ＯＬＥＤ表示装置又はＬＣＤ装置である。表示パネル１１００は、この実施形態の一例によれば、複数の画素ユニット１１３０、透過性カバープレート１１３２、及びバックプレート１１３４を含むことができる。図１１は、画素ユニット１１３０の数が少ない表示パネル１１００を示していても、表示装置の表示パネル１１００は、本発明の一般的な概念から逸脱することなく、１次元又は２次元アレイの画素ユニット及び任意の数の画素ユニットを含み得ることを当業者は理解するであろう。
[0165]カバープレート１１３２は、表示装置の他の構成要素（例えば、電極）が配置され得、及び／又は画素ユニット１１３０の光学的に透明な保護カバーとして機能し得る光学的に透明な基板として機能し得る。いくつかの実施形態では、画素ユニット１１３０は、赤色、緑色、及び青色のサブ画素ユニットを有する３色系であり得る。いくつかの実施形態では、画素ユニット１１３０は、赤色、緑色、又は青色のサブ画素ユニットを有する単色であり得る。いくつかの実施形態では、表示パネル１１００は、三色画素ユニット１１３０及び単色画素ユニット１１３０の両方の組み合わせを有することができる。いくつかの実施形態では、画素ユニット１１３０は、２つ以上のサブ画素ユニットを有することができる。
[0166]典型的には、表示パネルの画素ユニットは、光源及びカラーフィルタを有し、これらの画素ユニットから放出された光は、白色光源のカラーフィルタによって生成され、表示装置で赤色、緑色、及び青色の画素を生成する。しかしながら、カラーフィルタの使用は、望ましくない波長、即ち光エネルギーがフィルタで除去されるため、エネルギー効率の良いプロセスではない。現行の表示装置は、フィルタ除去による光エネルギーの損失を低減するために、画素ユニットにおけるカラーダウンコンバージョンフィルムとしてＮＳフィルムを使用してきた。ＮＳは、その発光波長未満で非常に広い吸収特性を有し、その結果、光源から照射する多くの波長を吸収し、画素ユニットの所望の波長に変換することができる。現行のＮＳベースの表示装置の欠点の１つは、数マイクロメートル以下の薄いＮＳフィルムで高い光学濃度及び高いＱＹが達成されないことである。前述のように、薄いＮＳフィルムに密に詰め込まれていると、ＮＳは、凝集する傾向がある。このような欠点は、表示装置の画素ユニットのカラーダウンコンバージョンフィルムとして、前述のＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００、及び／又は６００などの緩衝化バリア層で被覆されたＮＳを含むＮＳフィルム１０００などのＮＳフィルムの使用で克服される。
[0167]図１２は、実施形態による表示装置の表示パネルの三色画素ユニット１２３０の分解断面図を示す。いくつかの実施形態では、表示装置は、ＯＬＥＤ表示装置又はＬＣＤ装置である。一例では、画素ユニット１２３０は、画素ユニット１１３０と同様であり得、表示パネル１１００の一部として実装され得る。別の例では、画素ユニット１１３０の少なくとも１つは、画素ユニット１２３０と同様の構成を有することができる。画素ユニット１２３０は、赤色サブ画素ユニット１２４０、緑色サブ画素ユニット１２５０、及び青色サブ画素ユニット１２６０を含むことができる。赤色サブ画素ユニット１２４０は、白色又は青色光源１２４２、光源１２４２の発光面に配置された赤色発光ＮＳ（例えば、ＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊）を含むＮＳフィルム１２４４、及び光学的に透明な基板１２４６を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１２４２及びＮＳフィルム１２４４は、実質的に互いに接触している。実施形態によれば、ＮＳフィルム１２４４の赤色発光ＮＳは、光源１２４２から放射する実質的に全ての波長（即ち実質的に全ての光エネルギー）を吸収することができるため、光源から放射する非赤色波長を遮断する赤色カラーフィルタの使用は、赤色サブ画素ユニット１２４０において除くことができる。いくつかの実施形態では、白色光源１２４２は、白色ＯＬＥＤ又は白色ＬＥＤである。白色ＯＬＥＤは、白色光を放出するように構成された有機層を含むことができる。
[0168]緑色サブ画素ユニット１２５０は、白色又は青色光源１２５２、光源１２５２の発光面に配置された緑色発光ＮＳ（例えば、ＮＳ１００、２００、５００、６００）を含むＮＳフィルム１２５４、及び緑色カラーフィルタ１２５６を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１２５２とＮＳフィルム１２５４とは、実質的に互いに接触しており、ＮＳフィルム１２５４とフィルタ１２５６とは、実質的に互いに接触している。ＮＳフィルム１２５４の緑色発光ＮＳは、光源１２５２から放射する発光波長よりも実質的に全ての波長をより少なく吸収することができ、実質的に全てのより高い波長を通過させることができる。このように、実施形態によれば、緑色サブ画素ユニット１２５０に緑色カラーフィルタ１２５６を使用して、より高い波長（例えば、赤色光に対応する波長）をフィルタで除去することができる。いくつかの実施形態では、白色光源１２５２は、白色ＯＬＥＤ又は白色ＬＥＤである。
[0169]青色サブ画素ユニット１２６０は、白色光源１２６２、光学的に透明な基板１２６４、及び青色カラーフィルタ１２６６を含むことができる。実施形態によれば、青色サブ画素ユニット１２６０に青色カラーフィルタ１２６６を使用して、青色発光波長よりも高い光源から放射する波長（例えば、赤色及び／又は緑色光に対応する波長）をフィルタで除去することができる。実施形態では、白色光源は、白色ＯＬＥＤである。別の実施形態では、青色サブ画素ユニット１２６０は、ＵＶ光源１２６２、光源１２６２の発光面に配置された青色発光ＮＳ（例えば、ＮＳ１００、２００）を含むＮＳフィルム１２５４、及び青色カラーフィルタ１２６６を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１２６２とＮＳフィルム１２６４とは、互いに実質的に接触しており、ＮＳフィルム１２６４とフィルタ１２６６とは、実質的に互いに接触している。ＮＳフィルム１２６４の青色発光ＮＳは、光源１２６２から放射する発光波長よりも実質的に全ての波長をより少なく吸収することができ、実質的に全てのより高い波長を通過させることができる。このように、実施形態によれば、青色サブ画素ユニット１２６０に青色カラーフィルタ１２６６を使用して、より高い波長（例えば、赤色及び／又は緑色光に対応する波長）をフィルタで除去することができる。いくつかの実施形態では、ＵＶ光源は、ＵＶ ＬＥＤである。
[0170]また、実施形態によれば、本発明は、光源ユニット、光源ユニットに配置されたＮＳ１００、２００、４００＊、４００＊＊、５００、及び／又は６００などの緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群を含むフィルム層、並びにフィルム層に配置された光学素子を含むＮＳベースのＬＥＤを提供する。光源ユニットは、緩衝化バリア層で被覆されたＮＳの群によって放出される一次発光ピーク波長よりも小さい一次発光ピーク波長で光を放出するように構成することができる。
[0171]概要及び要約セクションではなく、詳細な説明セクションは、請求項を解釈するために使用されることが意図されていることを理解されたい。概要及び要約セクションは、本発明者によって検討されるように、本発明の１つ以上であるが全てではない例示的な実施形態を示すことができ、従って本発明及び添付の特許請求の範囲を決して限定するものではない。
[0172]特定の機能及びその関係の実装形態を示す機能的な構成ブロックを用いて本発明を前述した。これらの機能的な構成ブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定義されている。特定の機能及びその関係が適切に実行される限り、代替の境界を定義することができる。
[0173]特定の実施形態の前述の説明は、他のものが、本発明の一般的概念から逸脱することなく、当業者の技術の知識を適用することにより、過度の実験を行うことなくこのような特定の実施形態の様々な用途のために容易に修正及び／又は適応できるという本発明の一般的な性質を十分に明らかにしている。従って、このような適合形態及び変更形態は、本明細書に提示された教示及び指針に基づいて、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書における用語又は専門用語が教示及び指針を考慮して当業者によって解釈されるように、本明細書における用語又は専門用語は、説明の目的のためであり、限定を目的としていないことを理解されたい。
[0174]本発明の広さ及び範囲は、前述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物に従ってのみ定義されるべきである。

Claims (41)

  1. ナノ構造体と、
    前記ナノ構造体上に配置された光学的に透明な緩衝層と、
    前記緩衝層上に配置された光学的に透明な緩衝化バリア層と
    を含み、隣接するナノ構造体の凝集を低減するために、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における前記隣接するナノ構造体間に間隔を提供するように構成される、緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  2. 前記光学的に透明な緩衝層は、酸化物を含む、請求項１に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  3. 前記光学的に透明な緩衝層は、金属酸化物を含む、請求項１又は２に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  4. 前記光学的に透明な緩衝層は、透明な導電性酸化物ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  5. 前記光学的に透明な緩衝化バリア層は、疎水性である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  6. 前記間隔は、隣接する緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体間のフォースター半径以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  7. 前記ナノ構造体は、コアと、前記コアを囲むシェルとを有するコア−シェル構造体を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  8. 前記コアは、第１の材料を含み、
    前記シェルは、第２の材料を含み、
    前記光学的に透明な緩衝層は、第３の材料を含み、
    前記光学的に透明な緩衝化バリア層は、第４の材料を含み、及び
    前記第１、第２、及び第３の材料は、互いに異なる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  9. 前記光学的に透明な緩衝化バリア層は、酸化物を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  10. 前記光学的に透明な緩衝化バリア層は、シリコン酸化物を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  11. 前記光学的に透明な緩衝化バリア層に結合された界面活性剤又はリガンドを更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  12. 約５０％〜約７０％の量子収率を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  13. 約５５％〜約６５％の量子収率を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  14. 約６５％〜約８０％の量子収率を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  15. 前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体は、直径約２０ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲の平均サイズを有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  16. 前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群における前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体は、直径約２５ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の平均サイズを有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  17. 前記光学的に透明な緩衝化バリア層は、直径約８ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  18. 前記ナノ構造体は、量子ドットである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群。
  19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を作製する方法であって、
    界面活性剤を用いて逆マイクロミセルの溶液を形成することと、
    前記逆マイクロミセルにナノ構造体を組み込むことと、
    前記逆マイクロミセルに緩衝剤を組み込むことと、
    緩衝化バリア層で前記ナノ構造体を個別に被覆して、前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を形成することと、
    前記バリア層上に配置された前記逆マイクロミセルの前記界面活性剤により、前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を隔離することと
    を含む方法。
  20. 前記逆マイクロミセルへの前記ナノ構造体の前記組み込みは、前記ナノ構造体と前記逆ミセルの溶液との第１の混合物を形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記逆マイクロミセルへの前記緩衝剤の前記組み込みは、前記緩衝剤と前記第１の混合物との第２の混合物を形成することを含む、請求項１９又は２０に記載の方法。
  22. 緩衝化バリア層での前記ナノ構造体の前記個別の被覆は、
    前駆体と前記第２の混合物との第３の混合物を形成することと、
    触媒と前記第３の混合物との第４の混合物を形成することと
    を含む、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の前記隔離は、前記第４の混合物を真空下において約５０℃の温度以下で加熱することを含む、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記緩衝剤は、有機材料又は無機材料を含む、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記緩衝剤は、金属塩を含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記逆マイクロミセルに組み込まれた前記ナノ構造体と実質的に接触する緩衝層を形成することを更に含む、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の方法。
  27. 前記緩衝層は、酸化物を含む、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 前記緩衝層は、金属酸化物を含む、請求項１９〜２７のいずれか一項に記載の方法。
  29. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群と、
    前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を収容し、且つ前記光学的に透明な緩衝化バリア層と接触するように構成されるマトリックス材料と
    を含むナノ構造体フィルム。
  30. 放射を放出する層と、
    前記放射放出層上に配置されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層ナノ構造体の群を含むフィルム層と、
    前記フィルム層上に配置された光学素子と
    を含む表示装置。
  31. 前記放射放出層、前記フィルム層、及び前記光学素子は、前記表示装置の画素ユニットの一部である、請求項２８に記載の表示装置。
  32. 前記光学素子は、カラーフィルタである、請求項２８又は２９に記載の表示装置。
  33. 光源ユニットと、
    前記光源ユニットに配置されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層ナノ構造体の群を含むフィルム層と、
    前記フィルム層上に配置された光学素子と
    を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）装置。
  34. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の群を作製する方法であって、
    界面活性剤を用いて逆マイクロミセルの溶液を形成することと、
    前記逆マイクロミセルにナノ構造体を組み込むことと、
    前記逆マイクロミセルに緩衝剤を組み込むことと、
    緩衝化バリア層で前記ナノ構造体を個別に被覆して、前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を形成することと、
    前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体の酸エッチング処理を実行することと
    を含む方法。
  35. 前記酸エッチング処理の前記実行後、前記バリア層上に配置された前記逆マイクロミセルの前記界面活性剤により、前記緩衝化バリア層で被覆されたナノ構造体を隔離することを更に含む、請求項３４に記載の方法。
  36. 前記逆マイクロミセルへの前記ナノ構造体の前記組み込みは、前記ナノ構造体と前記逆ミセルの溶液との第１の混合物を形成することを含む、請求項３４又は３５に記載の方法。
  37. 前記逆マイクロミセルへの前記緩衝剤の前記組み込みは、前記緩衝剤と前記第１の混合物との第２の混合物を形成することを含む、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の方法。
  38. 緩衝化バリア層での前記ナノ構造体の前記個別の被覆は、
    前駆体と前記第２の混合物との第３の混合物を形成することと、
    触媒と前記第３の混合物との第４の混合物を形成することと
    を含む、請求項３４〜３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記緩衝化バリア層ナノ構造体の前記酸エッチング処理の前記実行は、酸と前記第４の混合物との第６の混合物を形成することを含む、請求項３４〜３８のいずれか一項に記載の方法。
  40. 前記緩衝化バリア層ナノ構造体の前記酸エッチング処理の前記実行は、
    前記触媒を選択的に除去することと、
    酸と前記第４の混合物との第６の混合物を形成することと
    を含む、請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の方法。
  41. 前記酸は、酢酸、塩酸、硝酸、又は脂肪酸を含む、請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の方法。
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