JP2023118198A - 量子ドットインク組成物 - Google Patents

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テホ キム
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Abstract

【課題】量子ドットの分散安定性および着弾性が、共に優れた量子ドットインク組成物を提供する。【解決手段】量子ドットと、下記溶媒aおよび下記溶媒bを少なくとも含有する混合溶媒と、を含み、表面張力が30mN/m以上40mN/m以下である、量子ドットインク組成物:溶媒a:炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物溶媒b:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物。【選択図】なし

Description

本発明は、量子ドットインク組成物に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子、またはOLEDとも称する)は、薄膜、軽量、低消費電力な表示・照明素子として研究開発が活発に行われている。
有機EL素子は、陽極と陰極との間に、厚さが数ナノメートルから数百ナノメートル程度の有機化合物の薄膜を有する発光素子であり、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの複数の有機材料から成り立っている。
発光層に用いられる発光材料としては、蛍光発光材料、りん光発光材料等がある。蛍光発光材料に比べ、りん光材料は約4倍の発光効率が見込まれる材料であるが、より長寿命で高発光効率な材料が求められている。また、広い色域をカバーするためにRGB光源はシャープな発光スペクトルが要求されるが、これを満たす材料を得ることは難しい。
この問題を解決する方法として、発光層の材料として量子ドットを用いる方法がある。量子ドットは、コアが無機物であるため、耐久性に優れ、また、シャープな発光スペクトルを有する材料である。また、近年では、毒性があるカドミウム(Cd)や鉛(Pb)などを含まない量子ドットの開発も進んでいる。
発光層材料として量子ドットを用いた量子ドットエレクトロルミネッセンス素子(以下、QDLEDとも称する)は、湿式塗布方式で素子を作製することができ、既存のOLEDに対しても高い生産性を有し得る。最近、このようなQDLEDの製造に用いられる量子ドットを含むインク組成物の開発が進んでいる(特許文献1~4、および非特許文献1参照)。
中国特許出願公開第109306207号明細書 国際公開第2019/225782号 特開2019-81868号公報 特開2020-41079号公報
Yang Lie et al., ACS Applied Materials & Interfaces 9, 25506-25512(2017).
湿式塗布方式、特にインクジェット方式で量子ドット含有層を作製する場合、インク中の量子ドットの凝集を防ぎ分散安定性を高めて、発光特性を向上させることが求められる。また、インクを正確な位置に正確な量で吹き付ける着弾性も求められる。しかしながら、上記特許文献1~4および非特許文献1に記載の技術では、量子ドットの分散安定性および着弾性の少なくとも一方が不十分であり、上記の要求に応えられるものではなかった。
そこで本発明は、量子ドットの分散安定性および着弾性が、共に優れた量子ドットインク組成物を提供することを目的とする。
本発明の上記課題は、以下の手段によって解決されうる。
すなわち、本発明は、量子ドットと、下記溶媒aおよび下記溶媒bを少なくとも含有する混合溶媒と、を含み、表面張力が30mN/m以上40mN/m以下である、量子ドットインク組成物である:
溶媒a:炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物
溶媒b:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物。
本発明によれば、量子ドットの分散安定性および着弾性が、共に優れた量子ドットインク組成物が提供されうる。
本発明の一実施形態に係る量子ドットエレクトロルミネッセンス素子を示す断面模式図である。 バンク基板、実施例1のインクの着弾後、および比較例2のインクの着弾後の断面形状のプロファイルを示す図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。また、特記しない限り、操作および物性の測定等は、室温(20℃以上25℃以下)/相対湿度40%RH以上50%RH以下の条件で行う。
[量子ドットインク組成物]
本発明の一形態は、量子ドットと、下記溶媒aおよび下記溶媒bを少なくとも含有する混合溶媒と、を含み、表面張力が30mN/m以上40mN/m以下である、量子ドットインク組成物である:
溶媒a:炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物
溶媒b:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物。
かような構成を有することにより、本発明の量子ドットインク組成物は、量子ドットの分散安定性および着弾性が共に優れたインク組成物となる。
本発明者らは、本発明の量子ドットインク組成物(以下、単に「インク組成物」または「インク」とも称する)によって上記課題が解決されるメカニズムを以下のように推定している。
一般に、量子ドットはオレイン酸等の有機配位子を有しており、脂肪族炭化水素系溶媒に対して高い分散安定性を有する。しかし、脂肪族炭化水素系溶媒は粘度および表面張力が低いため、ノズルから吐出されたインクの主滴から分離して、当該主滴が着弾した位置とは異なる位置に着弾する小液滴であるサテライト滴が生じやすい。よって、量子ドットおよび脂肪族炭化水素系溶媒を含むインクは、着弾性が低下しやすいという問題がある。
一方、インクジェット用インクに一般的に用いられる、高い表面張力を有する溶媒は、着弾性を向上させるが、これを量子ドットと混合すると、量子ドットの凝集が発生し、ノズルから吐出しにくくなるという問題がある。また、量子ドットの発光色は、そのサイズに依存するため、量子ドットが凝集すると発光色の変化を引き起こす場合があり、さらに量子収率の低下といった発光特性の低下も引き起こす。
このような問題に対して、本発明者らが鋭意研究を積み重ねた結果、量子ドットと、下記の2種の溶媒を少なくとも含有する混合溶媒と、を含む量子ドットインク組成物によって、上記課題が解決することを見出した:
溶媒a:炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物
溶媒b:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物。
上記溶媒aは、量子ドットの分散性を保持する溶媒であり、また上記溶媒bは、溶媒aの作用を効果的に発揮させる役割を果たす。加えて、本発明のインク組成物は、表面張力が30mN/m以上40mN/m以下と高い表面張力を有する。これにより、溶媒aが有する優れた量子ドットの分散安定性と、インクジェット印刷に適したインクの着弾性と、の両方の効果が効率よく発揮される。これにより、従来の量子ドットインク組成物では得られなかった、量子ドットの優れた分散安定性およびインクの優れた着弾性の両立が可能となったのである。
なお、上記メカニズムは推測に基づくものであり、その正誤が本発明の技術的範囲に影響を及ぼすものではない。また、本明細書における他の推測事項についても同様に、その正誤が本発明の技術的範囲に影響を及ぼすものではない。
以下、本発明の量子ドットインク組成物の構成を詳細に説明する。
〔量子ドット〕
量子ドット(半導体ナノ粒子)は、量子拘束効果を有する所定サイズの半導体ナノ粒子である。
量子ドット(半導体ナノ粒子)は、ウェット化学工程、有機金属化学蒸着工程、分子線エピタキシー工程、または他の類似した工程等により合成することができる。中でも、ウェット化学工程は、有機溶媒に前駆体物質を入れて粒子を成長させる方法である。
ウェット化学工程では、結晶が成長する際に、有機溶媒が自然に量子ドット結晶の表面に配位されて、分散剤の役割を果たすことで、結晶の成長が調節される。そのため、ウェット化学工程では、有機金属化学蒸着(MOCVD、Metal Organic Chemical Vapor Deposition)や、分子線エピタキシー(MBE、Molecular Beam Epitaxy)などの気相蒸着法に比べて、容易かつ低コストで、半導体ナノ粒子の成長を制御することができる。
量子ドット(半導体ナノ粒子)は、そのサイズを調節することによって、エネルギーバンドギャップを調節できるようになり、発光層(量子ドット発光層)で多様な波長帯の光を得ることができる。したがって、複数の異なるサイズの量子ドットを使用することで、複数波長の光を出射(または発光)するディスプレイを可能にする。量子ドットのサイズは、カラーディスプレイを構成できるように、赤色、緑色、青色光が出射されるように選択できる。また、量子ドットのサイズは、多様なカラー光が白色光を出射するように組み合わせられる。
量子ドット(半導体ナノ粒子)としては、II-VI族半導体化合物;III-V族半導体化合物;IV-VI族半導体化合物;IV族元素または化合物;およびこれらの組み合わせからなる群から選択される半導体物質等を用いることができる。
II-VI族半導体化合物は、特に限定されないが、例えば、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される二元素化合物;CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnTeSe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される三元素化合物;ならびに、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される四元素化合物からなる群から選択される。
III-V族半導体化合物は、特に限定されないが、例えば、GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、およびこれらの混合物からなる群から選択される二元素化合物;GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、およびこれらの混合物からなる群から選択される三元素化合物;ならびに、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、およびこれらの混合物からなる群から選択される四元素化合物からなる群から選択される。
IV-VI族半導体化合物は、特に限定されないが、例えば、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される二元素化合物;SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される三元素化合物;ならびにSnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe、およびこれらの混合物からなる群から選択される四元素化合物からなる群から選択されることができる。
IV族元素または化合物は、特に限定されないが、例えば、Si、Ge、およびこれらの混合物からなる群から選択される一元素化合物;ならびに、SiC、SiGe、およびこれらの混合物からなる群から選択される二元素化合物からなる群から選択される。
量子ドットは、1種の化合物からなるものであっても、2種以上の化合物からなるものであってもよい。また、例えば、半導体化合物からなるコアと、該コアと異なる半導体化合物からなるシェルとを有するコア・シェル型構造を有していてもよい。励起子がコアに閉じ込められるように、シェルを構成する半導体化合物として、コアを形成する半導体化合物よりもバンドギャップの高い材料を用いることで、量子ドットの発光効率を高めることができる。このようなバンドギャップの大小関係を有するコア・シェル構造(コア/シェル)としては、例えば、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、InP/ZnS、CuInS/ZnS、ZnTeSe/ZnSe/ZnS、InP/ZnSe/ZnS等が挙げられる。
ただし、毒性の観点から、当該量子ドットは、構成元素として、Cd(カドミウム)およびPb(鉛)を含まないことが好ましい。
量子ドットの粒径(サイズ)は、所望の波長の光が得られるように、量子ドットを構成する材料によって、適宜調節すればよい。量子ドットは粒径が小さくなるに従い、エネルギーバンドギャップが大きくなる。すなわち、結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へとシフトする。そのため、量子ドットのサイズを変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調節することができる。
一例を挙げれば、量子ドット(半導体ナノ粒子)の平均粒径(平均直径)は、特に制限されないが、1nm以上15nm以下程度である。発光特性および量子ドットの分散安定性の観点から、当該粒径は、7nm以上15nm以下が好ましい。なお、量子ドットの平均粒径は、TEM、SEM、XRD等によって量子ドットの粒径を測定し、体積基準の平均粒径を算出することによって得ることができる。
また、量子ドットとして、配位性基を有する有機配位子が表面に配位したものを用いることが好ましい。量子ドットの合成時に、量子ドットの原料溶液に有機配位子を添加しておくことで、過剰な結晶成長を防ぎ、目的の粒径範囲内の量子ドットを得ることができる。また、有機配位子で構成される表面層を表面に有する量子ドットは、合成後の凝集を防ぐことができる。
有機配位子は、量子ドットに含まれるカチオンに結合する配位性基を有する有機化合物が好ましい。配位性基としては、例えば、ハロゲン原子、カルボキシ基、カルボン酸無水物基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、スルフィド基、スルホキシド基、ホスフィン基、ホスフィンオキシド基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、スルホン酸基、ボロン酸基、複素環基等が挙げられる。かような有機配位子は、1種単独でもよいし、2種以上組み合わせて使用されてもよい。
ハロゲン原子含有化合物としては、炭素数1以上30以下の直鎖状または分枝状のアルキル基を有するハロゲン化アルキル化合物が挙げられる。かかるハロゲン化アルキル化合物の具体例としては、例えば、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、塩化プロピル、臭化プロピル、ヨウ化プロピル、塩化ブチル、臭化ブチル、ヨウ化ブチル、塩化へキシル、臭化へキシル、塩化オクチル、臭化オクチル、塩化デシル等が挙げられる。
カルボキシ基含有化合物としては、例えば、炭素数1以上30以下の直鎖状または分枝状の脂肪族カルボン酸化合物が挙げられる。かかる脂肪族カルボン酸化合物の具体例としては、例えば、アラキドン酸、クロトン酸、trans-2-デセン酸、エルカ酸、3-デセン酸、cis-4,7,10,13,16,19-ドコサヘキサエン酸、4-デセン酸、allcis-5,8,11,14,17-エイコサペンタエン酸、allcis-8,11,14-エイコサトリエン酸、cis-9-ヘキサデセン酸、trans-3-ヘキセン酸、trans-2-ヘキセン酸、2-ヘプテン酸、3-ヘプテン酸、2-ヘキサデセン酸、リノレン酸、リノール酸、γ-リノレン酸、3-ノネン酸、2-ノネン酸、trans-2-オクテン酸、ペトロセリン酸、エライジン酸、オレイン酸、3-オクテン酸、trans-2-ペンテン酸、trans-3-ペンテン酸、リシノール酸、ソルビン酸、2-トリデセン酸、cis-15-テトラコセン酸、10-ウンデセン酸、2-ウンデセン酸、酢酸、酪酸、ベヘン酸、セロチン酸、デカン酸、アラキジン酸、ヘンエイコサン酸、ヘプタデカン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、ヘプタコサン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、メリシン酸、オクタコサン酸、ノナデカン酸、ノナコサン酸、n-オクタン酸、パルミチン酸、ペンタデカン酸、プロピオン酸、ペンタコサン酸、ノナン酸、ステアリン酸、リグノセリン酸、トリコサン酸、トリデカン酸、ウンデカン酸、吉草酸等が挙げられる。
アミノ基含有化合物としては、例えば、炭素数1以上30以下の直鎖状または分枝状のアルキル基を有する脂肪族アミン化合物が挙げられる。かかる脂肪族アミン化合物の具体例としては、例えば、1-アミノヘプタデカン、1-アミノノナデカン、ヘプタデカン-9-アミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、2-n-オクチル-1-ドデシルアミン、アリルアミン、アミルアミン、2-エトキシエチルアミン、3-エトキシプロピルアミン、イソブチルアミン、イソアミルアミン、3-メトキシプロピルアミン、2-メトキシエチルアミン、2-メチルブチルアミン、ネオペンチルアミン、n-プロピルアミン、メチルアミン、エチルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン、n-ウンデシルアミン、n-ドデシルアミン、n-トリデシルアミン、n-テトラデシルアミン、n-ペンタデシルアミン、n-ヘキサデシルアミン、n-オクタデシルアミン、トリ(n-ヘキシル)アミン、トリ(n-オクチル)アミン、トリ(n-デシル)アミン等が挙げられる。
メルカプト基含有化合物としては、例えば、ヘキシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ラウリルメルカプタン等が挙げられる。
スルフィド基含有化合物としては、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類が挙げられる。
スルホキシド基含有化合物としては、ジメチルスルホキシド、ジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類が挙げられる。
ホスフィン基含有化合物としては、例えば、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類が挙げられる。
ホスフィンオキシド基含有化合物としては、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等のトリアルキルホスフィンオキシド類が挙げられる。
複素環基含有化合物としては、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素複素環含有化合物;チオフェン等の含硫黄複素環化合物;等が挙げられる。
これら有機配位子の中でも、量子ドットの分散安定性および発光特性の観点から、ハロゲン化アルキル化合物、メルカプト基含有化合物、および脂肪族カルボン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。また、有機配位子は、オレイン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、ヘプタコサン酸、ラウリン酸、ヘキシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、およびラウリルメルカプタンからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。
量子ドット中の有機配位子の含有量は、特に制限されない。しかしながら、インクジェット装置での吐出後の膜厚コントロールの観点から、量子ドットと有機配位子との合計質量を100質量%として、0.5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
配位性基を有する有機配位子が表面に配位した量子ドットは、例えば、J.Am.Chem.Soc.,115,pp8706-8715(1993)、J.Phys.Chem.,101,pp9463-9475(1997)、Nature volume 575, pp634-638(2019)等に記載された方法によって合成することができる。また、市販のものも好適に用いることができる。
本発明のインク組成物中の量子ドットの含有量は、インク組成物の全質量を100質量%として、0.5質量%以上が好ましく、2.0質量%以上がより好ましく、3.0質量%以上がさらに好ましい。また、本発明のインク組成物中の量子ドットの含有量は、インク組成物の全質量を100質量%として、15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。
〔混合溶媒〕
本発明に係る量子ドットインク組成物は、溶媒aおよび溶媒bを少なくとも含有する混合溶媒を含む。以下、混合溶媒について、詳細に説明する。
<溶媒a>
溶媒aは、量子ドットの分散安定性を保持する溶媒であり、炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物である。溶媒aは、1種単独でもよいし、2種以上混合して用いてもよい。また、溶媒aは、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
さらに、溶媒aは、各種の立体異性体が存在する場合があるが、「溶媒a」としてはその立体配置は特に制限されず、各種の立体異性体単独であってもよく、各種の立体異性体の任意の割合の混合物であってもよい。
溶媒aは、炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有する。このようなアルキル基の例としては、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-へプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基等が挙げられる。溶媒aは、炭素数4以上16以下のアルキル基を1つのみ有していてもよいし、2つ以上有していてもよい。また、溶媒aは、炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を1つ以上有していれば、炭素数1以上3以下の直鎖状または分枝状のアルキル基をさらに有していてもよい。さらに、溶媒aは、炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を1つ以上有していれば、炭素数4以上16以下の分枝状のアルキル基をさらに有していてもよい。
また、溶媒aのシクロアルカン部分の炭素数は、4以上12以下であることが好ましく、5以上10以下であることがより好ましい。このようなシクロアルカンの例としては、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロへプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカン等が挙げられる。
溶媒aの具体的な例としては、例えば、n-ブチルシクロブタン、n-ペンチルシクロブタン、n-ヘキシルシクロブタン、n-へプチルシクロブタン、n-オクチルシクロブタン、n-ノニルシクロブタン、n-デシルシクロブタン、n-ウンデシルシクロブタン、n-ドデシルシクロブタン、n-トリデシルシクロブタン、n-テトラデシルシクロブタン、n-ペンタデシルシクロブタン、n-ヘキサデシルシクロブタン、ジ(n-ブチル)シクロブタン、ジ(n-ペンチル)シクロブタン、ジ(n-ヘキシル)シクロブタン、ジ(n-オクチル)シクロブタン;
n-ブチルシクロペンタン、n-ペンチルシクロペンタン、n-ヘキシルシクロペンタン、n-へプチルシクロペンタン、n-オクチルシクロペンタン、n-ノニルシクロペンタン、n-デシルシクロペンタン、n-ウンデシルシクロペンタン、n-ドデシルシクロペンタン、n-トリデシルシクロペンタン、n-テトラデシルシクロペンタン、n-ペンタデシルシクロペンタン、n-ヘキサデシルシクロペンタン、ジ(n-ブチル)シクロペンタン、ジ(n-ペンチル)シクロペンタン、ジ(n-ヘキシル)シクロペンタン、ジ(n-オクチル)シクロペンタン;
n-ブチルシクロヘキサン、n-ペンチルシクロヘキサン、n-ヘキシルシクロヘキサン、n-へプチルシクロヘキサン、n-オクチルシクロヘキサン、n-ノニルシクロヘキサン、n-デシルシクロヘキサン、n-ウンデシルシクロヘキサン、n-ドデシルシクロヘキサン、n-トリデシルシクロヘキサン、n-テトラデシルシクロヘキサン、n-ペンタデシルシクロヘキサン、n-ヘキサデシルシクロヘキサン、ジ(n-ブチル)シクロヘキサン、ジ(n-ペンチル)シクロヘキサン、ジ(n-ヘキシル)シクロヘキサン、ジ(n-オクチル)シクロヘキサン;
n-ブチルシクロへプタン、n-ペンチルシクロへプタン、n-ヘキシルシクロへプタン、n-へプチルシクロへプタン、n-オクチルシクロへプタン、n-ノニルシクロへプタン、n-デシルシクロへプタン、n-ウンデシルシクロへプタン、n-ドデシルシクロへプタン、n-トリデシルシクロへプタン、n-テトラデシルシクロへプタン、n-ペンタデシルシクロへプタン、n-ヘキサデシルシクロへプタン、ジ(n-ブチル)シクロへプタン、ジ(n-ペンチル)シクロへプタン、ジ(n-ヘキシル)シクロへプタン、ジ(n-オクチル)シクロへプタン;
n-ブチルシクロオクタン、n-ペンチルシクロオクタン、n-ヘキシルシクロオクタン、n-へプチルシクロオクタン、n-オクチルシクロオクタン、n-ノニルシクロオクタン、n-デシルシクロオクタン、n-ウンデシルシクロオクタン、n-ドデシルシクロオクタン、n-トリデシルシクロオクタン、n-テトラデシルシクロオクタン、n-ペンタデシルシクロオクタン、n-ヘキサデシルシクロオクタン、ジ(n-ブチル)シクロオクタン、ジ(n-ペンチル)シクロオクタン、ジ(n-ヘキシル)シクロオクタン、ジ(n-オクチル)シクロオクタン;
n-ブチルシクロノナン、n-ペンチルシクロノナン、n-ヘキシルシクロノナン、n-へプチルシクロノナン、n-オクチルシクロノナン、n-ノニルシクロノナン、n-デシルシクロノナン、n-ウンデシルシクロノナン、n-ドデシルシクロノナン、n-トリデシルシクロノナン、n-テトラデシルシクロノナン、n-ペンタデシルシクロノナン、n-ヘキサデシルシクロノナン、ジ(n-ブチル)シクロノナン、ジ(n-ペンチル)シクロノナン、ジ(n-ヘキシル)シクロノナン、ジ(n-オクチル)シクロノナン;
n-ブチルシクロデカン、n-ペンチルシクロデカン、n-ヘキシルシクロデカン、n-へプチルシクロデカン、n-オクチルシクロデカン、n-ノニルシクロデカン、n-デシルシクロデカン、n-ウンデシルシクロデカン、n-ドデシルシクロデカン、n-トリデシルシクロデカン、n-テトラデシルシクロデカン、n-ペンタデシルシクロデカン、n-ヘキサデシルシクロデカン、ジ(n-ブチル)シクロデカン、ジ(n-ペンチル)シクロデカン、ジ(n-ヘキシル)シクロデカン、ジ(n-オクチル)シクロデカン;
n-ブチルシクロウンデカン、n-ペンチルシクロウンデカン、n-ヘキシルシクロウンデカン、n-へプチルシクロウンデカン、n-オクチルシクロウンデカン、n-ノニルシクロウンデカン、n-デシルシクロウンデカン、n-ウンデシルシクロウンデカン、n-ドデシルシクロウンデカン、n-トリデシルシクロウンデカン、n-テトラデシルシクロウンデカン、n-ペンタデシルシクロウンデカン、n-ヘキサデシルシクロウンデカン、ジ(n-ブチル)シクロウンデカン、ジ(n-ペンチル)シクロウンデカン、ジ(n-ヘキシル)シクロウンデカン、ジ(n-オクチル)シクロウンデカン;
n-ブチルシクロドデカン、n-ペンチルシクロドデカン、n-ヘキシルシクロドデカン、n-へプチルシクロドデカン、n-オクチルシクロドデカン、n-ノニルシクロドデカン、n-デシルシクロドデカン、n-ウンデシルシクロドデカン、n-ドデシルシクロドデカン、n-トリデシルシクロドデカン、n-テトラデシルシクロドデカン、n-ペンタデシルシクロドデカン、n-ヘキサデシルシクロドデカン、ジ(n-ブチル)シクロドデカン、ジ(n-ペンチル)シクロドデカン、ジ(n-ヘキシル)シクロドデカン、ジ(n-オクチル)シクロドデカン;
等が挙げられる。
これら溶媒aの中でも、粘度および蒸気圧の観点から、n-デシルシクロヘキサン、n-ウンデシルシクロヘキサン、n-ドデシルシクロヘキサン、およびn-トリデシルシクロヘキサンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
混合溶媒中の溶媒aの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、30体積%以上であることが好ましい。また溶媒aの含有量は、40体積%以上であることがより好ましく、50体積%以上であることがさらに好ましい。また、溶媒aの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、99体積%以下であることが好ましく、90体積%以下であることがより好ましく、85体積%以下であることがさらに好ましい。なお、2種以上の溶媒aを用いる場合、溶媒aの含有量は、溶媒aの合計量を意味する。
すなわち、溶媒aの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、30体積%以上99体積%以下であることが好ましく、40体積%以上90体積%以下であることがより好ましく、50体積%以上85体積%以下であることがさらに好ましい。
〔溶媒b〕
溶媒bは、炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物である。溶媒bは、アルキル基を有するため、溶媒aとの分子間相互作用が働き、溶媒aの機能を効果的に発揮させる役割を果たし得る。溶媒bは、1種単独でもよいし、2種以上混合して用いてもよい。また、溶媒bは、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
溶媒bは、炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する。このようなアルキル基の例としては、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-へプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基等が挙げられる。溶媒bは、炭素数2以上12以下のアルキル基を1つのみ有していてもよいし、2つ以上有していてもよい。また、溶媒bは、炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を1つ以上有していれば、メチル基、および/または炭素数3以上12以下の分枝状のアルキル基をさらに有していてもよい。
また、溶媒bの芳香族炭化水素部分の炭素数は、6以上12以下であることが好ましい。また、該芳香族炭化水素部分は、単環であってもよく、縮合多環であってもよく、環集合であってもよい。このような芳香族炭化水素の例としては、ベンゼン、インデン、ナフタレン、ビフェニル等が挙げられる。
溶媒bは、主として下記の2種類に分類される:
溶媒b-1:表面張力が32mN/m以上40mN/m以下である化合物
溶媒b-2:表面張力が25mN/m以上32mN/m未満である化合物。
溶媒bとして上記溶媒b-1を用いる場合、インク組成物に含まれる混合溶媒は、溶媒aおよび溶媒b-1の少なくとも2種を含んでいればよい。この際、該混合溶媒は、溶媒aおよび溶媒b-1に加えて、溶媒b-2および/または溶媒cを含んでもよい。
溶媒bとして上記溶媒b-2を用いる場合、量子ドットインク組成物に含まれる溶媒は、溶媒aおよび溶媒b-2に加えて、高表面張力化合物である溶媒b-1および溶媒cの少なくとも一方を含むことが好ましい。
以下、溶媒bを、溶媒b-1と溶媒b-2とに分けて説明する。
<溶媒b-1>
溶媒b-1は、炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有し、かつ表面張力が32mN/m以上40mN/以下である芳香族炭化水素化合物である。かような溶媒b-1は、量子ドットの分散安定性をもたらす溶媒aの機能を効果的に発揮させる役割を果たすとともに、インク組成物全体の表面張力を確保する役割を果たす。溶媒b-1の表面張力は、33mN/m以上であることが好ましく、35mN/m以上であることがより好ましい。溶媒b-1の表面張力の上限値は、通常40mN/m以下である。なお、本明細書において、溶媒およびインク組成物の表面張力は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。
溶媒b-1は、1種単独でもよいし、2種以上混合して用いてもよい。また、溶媒b-1は、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
溶媒b-1の具体的な例としては、例えば、1-エチルナフタレン、2-エチルナフタレン、1-n-プロピルナフタレン、2-n-プロピルナフタレン、1-n-ブチルナフタレン、2-n-ブチルナフタレン、1-n-ペンチルナフタレン、2-n-ペンチルナフタレン、1-n-ヘキシルナフタレン、2-n-ヘキシルナフタレン、1-n-へプチルナフタレン、1-n-オクチルナフタレン、1-n-ノニルナフタレン、1-n-デシルナフタレン、1-n-ウンデシルナフタレン、1-n-ドデシルナフタレン、1,4-ジエチルナフタレン、1,4-ジ(n-プロピル)ナフタレン、1,4-ジ(n-ブチル)ナフタレン、1,4-ジ(n-ペンチル)ナフタレン、1,4-ジ(n-ヘキシル)ナフタレン;
2-エチルビフェニル、3-エチルビフェニル、4-エチルビフェニル、2-n-プロピルビフェニル、3-n-プロピルビフェニル、4-n-プロピルビフェニル、2-n-ブチルビフェニル、3-n-ブチルビフェニル、4-n-ブチルビフェニル、2-n-ペンチルビフェニル、3-n-ペンチルビフェニル、4-n-ペンチルビフェニル、2-n-ヘキシルビフェニル、3-n-ヘキシルビフェニル、4-n-ヘキシルビフェニル、4-n-へプチルビフェニル、4-n-オクチルビフェニル等が挙げられる。
これら溶媒b-1の中でも、粘度および蒸気圧の観点から、1-エチルナフタレン、2-エチルナフタレン、1-n-プロピルナフタレン、2-n-プロピルナフタレン、1-n-ブチルナフタレン、2-n-ブチルナフタレン、1-n-ペンチルナフタレン、および2-n-ペンチルナフタレンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
<溶媒b-2>
溶媒b-2は、炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有し、かつ表面張力が25mN/m以上32mN/m未満である芳香族炭化水素化合物である。かような溶媒b-2は、量子ドットの分散安定性をもたらす溶媒aの機能を効果的に発揮させる役割を果たし得る。溶媒b-2の表面張力は、31mN/m以下であることが好ましく、30mN/m以下であることがより好ましい。溶媒b-1の表面張力の下限値は、通常25mN/m以上である。
溶媒b-2は、1種単独でもよいし、2種以上混合して用いてもよい。また、溶媒b-2は、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
溶媒b-2の具体的な例としては、エチルベンゼン、n-プロピルベンゼン、n-ブチルベンゼン、n-ペンチルベンゼン、n-ヘキシルベンゼン、n-へプチルベンゼン、n-オクチルベンゼン、n-ノニルベンゼン、n-デシルベンゼン、n-ウンデシルベンゼン、n-ドデシルベンゼン、1,2-ジエチルベンゼン、1,3-ジエチルベンゼン、1,4-ジエチルベンゼン、1,2-ジ(n-プロピル)ベンゼン、1,3-ジ(n-プロピル)ベンゼン、1,4-ジ(n-プロピル)ベンゼン、1,2-ジ(n-ブチル)ベンゼン、1,3-ジ(n-ブチル)ベンゼン、1,4-ジ(n-ブチル)ベンゼン、1,4-ジ(n-ペンチル)ベンゼン、1,4-ジ(n-ヘキシル)ベンゼン、1,4-ジ(n-へプチル)ベンゼン、1,4-ジ(n-オクチル)ベンゼン、1.4-ジ(n-ノニル)ベンゼン、1,4-ジ(n-デシル)ベンゼン、1,4-ジ(n-ウンデシル)ベンゼン、1,4-ジ(n-ドデシル)ベンゼン;
1-エチルインデン、2-エチルインデン、3-エチルインデン、4-エチルインデン、5-エチルインデン、6-エチルインデン、7-エチルインデン、1-n-プロピルインデン、2-n-プロピルインデン、3-n-プロピルインデン、4-n-プロピルインデン、5-n-プロピルインデン、6-n-プロピルインデン、7-n-プロピルインデン、1-n-ブチルインデン、2-n-ブチルインデン、3-n-ブチルインデン、4-n-ブチルインデン、5-n-ブチルインデン、6-n-ブチルインデン、7-n-ブチルインデン;
等が挙げられる。
上記の溶媒b-2の中でも、粘度および蒸気圧の観点から、n-ヘキシルベンゼン、n-ヘプチルベンゼン、n-オクチルベンゼン、n-ノニルベンゼン、およびn-デシルベンゼンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
上記したように、溶媒bとして溶媒b-1を用いる場合、混合溶媒は、少なくとも溶媒aおよび溶媒b-1を含めばよい。この場合、混合溶媒は、必要に応じて、溶媒b-2および溶媒cの少なくとも一方を含んでもよい。溶媒bとして溶媒b-2を用いる場合、混合溶媒は、溶媒aおよび溶媒b-2に加えて、高表面張力化合物である溶媒b-1および溶媒cの少なくとも一方を含むことが好ましい。
混合溶媒中の溶媒bの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、1.0体積%以上であることが好ましい。また溶媒bの含有量は、10体積%以上であることがより好ましく、15体積%以上であることがさらに好ましい。また、溶媒bの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、70体積%以下であることが好ましく、60体積%以下であることがより好ましく、50体積%以下であることがさらに好ましい。なお、2種以上の溶媒bを用いる場合、上記溶媒bの含有量は、溶媒bの合計量を意味する。溶媒b-1と溶媒b-2とを共に用いる場合、上記溶媒bの含有量は、溶媒b-1と溶媒b-2との合計量を意味する。
すなわち、溶媒bの含有量は、溶媒aおよび溶媒bの合計体積を100体積%として、1.0体積%以上70体積%以下であることが好ましく、10体積%以上60体積%以下であることがより好ましく、15体積%以上50体積%以下であることがさらに好ましい。
また、溶媒bとして、溶媒b-1と溶媒b-2とを共に用いる場合、溶媒b-1と溶媒b-2との体積比(溶媒b-1/溶媒b-2)は、80/20~20/80であることが好ましく、35/75~75/35であることがより好ましい。
<溶媒c>
本発明に係る混合溶媒は、さらに溶媒cを含んでもよい。溶媒cは、溶媒b-1以外の、表面張力が32mN/m以上である芳香族化合物であり、高い表面張力をインクに付与することができる。溶媒cの表面張力は、33mN/m以上であることが好ましく、35mN/m以上であることがより好ましい。溶媒cの表面張力の上限値は、特に制限されないが、通常50mN/m以下である。溶媒cは、1種単独でもよいし、2種以上混合して用いてもよい。また、溶媒cは、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
溶媒cは、芳香族炭化水素環を有する化合物であってもよく、芳香族複素環を有する化合物であってもよい。
芳香族炭化水素環を有する化合物としては、ハロゲン基、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルデヒド基、ケトン基、エーテル基、カルボキシ基、エステル基、ニトロ基、およびアミド基から選択される官能基を有する芳香族化合物が挙げられる。芳香族複素環を有する化合物としては、含酸素芳香族複素環、含窒素芳香族複素環、または含硫黄芳香族複素環を有する化合物が挙げられる。
溶媒cのさらに具体的な例としては、1-メチルナフタレン、2-メチルナフタレン、1,2-ジメチルナフタレン、1,3-ジメチルナフタレン、1,4-ジメチルナフタレン、1,6-ジメチルナフタレン、1,7-ジメチルナフタレン、1-フェニルナフタレン、1-ビニルナフタレン:
4-メチル安息香酸エチル、4-tert-ブチル安息香酸メチル、安息香酸n-プロピル、安息香酸n-ブチル、安息香酸n-ペンチル、安息香酸n-ヘキシル、安息香酸イソペンチル、安息香酸2-エチルヘキシル、2-メチル安息香酸エチル、安息香酸2-エトキシエチル、安息香酸ベンジル;
N,N-ジメチルベンズアミド、N,N-ジメチル-3-メチルベンズアミド、N,N-ジメチル-2,3-ジメチルベンズアミド、N-メトキシ-N-メチルベンズアミド、2-メチルベンゾフェノン、3-メチルベンゾフェノン、チオフェン、3.4-エチレンジオキシチオフェン、2-メチル-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-1,4-ジオキシン、2-エチル-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-1,4-ジオキシン、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、ジメチルフタル酸、ジエチルフタル酸、1’-アセトナフトン、1-メトキシ-4-メチルナフタレン、メチル-1-ナフタレート、メチル-1-ナフタレンアセテート、エチル-1-ナフタレンアセテート、2-メチルベンゾ[e]インデン等が挙げられる。
これら溶媒cの中でも、1-フェニルナフタレン、安息香酸ベンジル、安息香酸n-ブチル、1-メチルナフタレン、2-メチルベンゾフェノン、3-メチルベンゾフェノン、1’-アセトナフトンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
混合溶媒が溶媒cを含む場合の溶媒cの含有量は、溶媒a、溶媒b、および溶媒cの合計体積を100体積%として、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、15体積%以上であることがさらに好ましい。また、溶媒cを含む場合の溶媒cの含有量は、溶媒a、溶媒b、および溶媒cの合計体積を100体積%として、40体積%以下であることが好ましく、35体積%以下であることがより好ましく、30体積%以下であることがさらに好ましい。なお、2種以上の溶媒cを用いる場合は、上記溶媒cの含有量は、溶媒cの合計量を意味する。
すなわち、溶媒cの含有量は、溶媒a、溶媒b、および溶媒cの合計体積を100体積%として、5体積%以上40体積%以下であることが好ましく、10体積%以上35体積%以下であることがより好ましく、15体積%以上30体積%以下であることがさらに好ましい。
〔溶解度パラメータ〕
量子ドットの分散安定性をさらに向上させる観点から、インク組成物に含まれる混合溶媒の溶解度パラメータは、上記有機配位子の溶解度パラメータと近いことが好ましい。具体的には、該混合溶媒の溶解度パラメータと、上記有機配位子の溶解度パラメータとの差[(混合溶媒の溶解度パラメータ)-(有機配位子の溶解度パラメータ)]の絶対値は、1.5(cal/cm1/2以下であることが好ましく、1.0(cal/cm1/2以下であることがより好ましく、0.7(cal/cm1/2以下であることがさらに好ましい。なお、差の絶対値の下限値は0である。
本明細書において、溶媒の溶解度パラメータは、Fedorsの推算法によって算出した値を採用する。具体的には、R.F.Fedors, Polym. Eng. Sci., 14(2), pp147-154(1974)に基づき、溶媒の構造に関わるΔeiおよびΔviを参照し、下記式により、溶媒単体の溶解度パラメータを算出する(単位:(cal/cm1/2)。
混合溶媒の溶解度パラメータは、上記で求めた溶媒単体のSP値を、混合溶媒中の各溶媒の体積分率に基づいて重み付けをし、加算した値を採用する。
混合溶媒の溶解度パラメータは、混合溶媒に含まれる各溶媒の種類、各溶媒の含有量比等を適宜選択することにより制御することができる。
また、本明細書において、「有機配位子の溶解度パラメータ」とは、当該有機配位子が量子ドット表面に配位した際の溶解度パラメータを指し、具体的には、有機配位子の量子ドット表面に吸着した置換基を除いた構造から算出した値である。
〔添加剤〕
本発明のインク組成物は、必要に応じて、各種添加剤を含んでもよい。添加剤の例としては、例えば、発光層で用いられるホスト材料、酸化防止剤、レベリング剤、可塑剤、界面活性剤、消泡剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、密着促進剤等が挙げられる。
上記のホスト材料の例としては、例えば、カルバゾール骨格を有する化合物、ジアリールアミン骨格を有する化合物、ピリジン骨格を有する化合物、ピラジン骨格を有する化合物、トリアジン骨格を有する化合物、およびアリールシラン骨格を有する化合物が挙げられる。
上記添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲内で、用途に応じて適宜決定することができる。
また、本発明の目的を損なわない範囲内であれば、本発明のインク組成物は、上記の混合溶媒以外の他の溶媒をさらに含んでいてもよい。このような他の溶媒の例としては、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、1-ノナノール、1-デカノール、1-ウンデカノール、1-ドデカノール、(+)-リモネン、エチレングリコールモノブチルエーテル、α-テルピネオール、炭酸プロピレン、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、1-ブロモオクタン、1-ブロモノナン、1-ブロモデカン、1-ブロモドデカン等が挙げられる。これらの他の溶媒の含有量は、上記混合溶媒100体積部に対して、10体積部以下が好ましく、5体積部以下がより好ましい。特には、他の溶媒の含有量が0体積部、すなわち、他の溶媒は含まれないことが好ましい。
[インク組成物の製造方法]
本発明の量子ドットインク組成物の製造方法は、特に制限されない。例えば、量子ドット、溶媒a、溶媒b、および必要に応じて添加される他の成分を一括で混合してもよいし、各成分を順次混合する方法であってもよい。ただし、量子ドットの分散性をより高めるという観点から、予め溶媒a、溶媒b、および溶媒cを混合した混合溶媒を調製し、得られた混合溶媒を、別途調製した量子ドットに添加し、混合攪拌する方法が好ましい。混合時の温度は特に制限されないが、通常20℃以上30℃以下の範囲である。また、混合時間も特に制限されないが、通常0.1時間以上1時間以下の範囲である。
[インク組成物の物性]
上記の構成を有する本発明のインク組成物の表面張力は、30mN/m以上40mN/m以下である。表面張力が30mN/m未満の場合、サテライト滴が生じやすく、着弾性が低下する。また、インク組成物の表面張力が40mN/mを超える場合、バンク内への着弾後の平坦度が低下し、素子効率低下の原因となりうる。インク組成物の表面張力の下限は、31mN/m以上が好ましく、32mN/m以上がより好ましい。また、インク組成物の表面張力の上限は、39mN/m以下が好ましく、38mN/m以下がより好ましい。
すなわち、本発明の一実施形態によるインク組成物の表面張力は、31mN/m以上39mN/m以下であってもよく、32mN/m以上38mN/m以下であってもよい。
なお、インク組成物の表面張力は、混合溶媒に含まれる各溶媒の種類、各溶媒の含有量比等を適宜選択することにより制御することができる。
本発明の量子ドットインク組成物の粘度は、連続吐出の際の吐出安定性向上の観点から、4mPa・s以上10mPa・s以下であることが好ましく、4.5mPa・s以上7.0mPa・s以下であることがより好ましい。なお、量子ドットインク組成物の粘度は、実施例に記載の方法により測定した値を採用する。
上記のような構成を有する本発明の量子ドットインク組成物は、フォトルミネッセンス量子収率(PLQY)が、85%以上100%以下であることが好ましく、90%以上100%以下であることがより好ましく、95%以上100%以下であることがさらに好ましい。PLQYが上記の範囲であれば、量子ドットの分散安定性に優れる。なお、PLQYは、実施例に記載の方法により測定した値を採用する。
[用途]
本発明に係るインク組成物の用途は、特に制限されず、例えば表示装置等に用いられる各種光学部材が有する量子ドット含有層の形成に用いることができる。また、本発明に係るインク組成物は、量子ドット含有層をインクジェット方式により形成するのに適した組成物であり、インクジェット用として好ましく用いることができる。光学部材としては、例えば、光変換部材、発光部材等の半導体光学部材が挙げられる。
特に、本発明に係る量子ドットインク組成物は、量子ドットエレクトロルミネッセンス素子が有する発光層を形成するために好適に用いられる。すなわ、本発明の他の一形態によれば、本発明の量子ドットインク組成物から形成される発光層を備える量子ドットエレクトロルミネッセンス素子を提供する。
以下、この量子ドットエレクトロルミネッセンス素子について、詳細に説明する。
[量子ドットエレクトロルミネッセンス素子]
図1を参照しながら、本実施形態に係る量子ドットエレクトロルミネッセンス素子について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る量子ドットエレクトロルミネッセンス素子を示す模式図である。なお、本明細書において、「量子ドットエレクトロルミネッセンス素子」は「QLED」と省略する場合がある。
図1に示すように、本実施形態に係るQLED100は、基板110と、基板110上に配置された第1電極120と、第1電極120上に配置された正孔注入層130と、正孔注入層130上に配置された正孔輸送層140と、正孔輸送層140上に配置された発光層150と、発光層150上に配置された電子輸送層160と、電子輸送層160上に配置された電子注入層170と、電子注入層170上に配置された第2電極180とを備える。
発光層150以外の層の製膜方法については、特に限定されない。発光層150以外の層は、例えば、真空蒸着法にて製膜されてもよく、溶液塗布法にて製膜されてもよい。溶液塗布法の例としては、スピンコート(spin coat)法、キャスティング(casting)法、マイクログラビアコート(micro gravure coat)法、グラビアコート(gravure coat)法、バーコート(bar coat)法、ロールコート(roll coat)法、ワイアーバーコート(wire bar coat)法、ディップコート(dip coat)法、スプレーコート(spray coat)法、スクリーン(screen)印刷法、フレキソ(flexographic)印刷法、オフセット(offset)印刷法、インクジェット(ink jet)印刷法等が挙げられる。
発光層150以外の層を溶液塗布法で形成する場合、使用される溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、メチシレン、プロピルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ジメトキシベンゼン、アニソール、エトキシトルエン、フェノキシトルエン、イソプロピルビフェニル、ジメチルアニソール、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、シクロヘキサン等が例示できる。塗布液中の溶媒の使用量は、特に制限されない。
基板110は、一般的なEL素子で使用される基板を使用することができる。例えば、基板110は、ガラス(glass)基板、シリコン(silicon)基板などの半導体基板、または透明なプラスチック(plastic)基板等であってもよい。
基板110上には、第1電極120が形成される。第1電極120は、具体的には、陽極であり、金属、合金、または導電性化合物等のうち仕事関数が大きいものによって形成される。例えば、第1電極120は、透明性および導電性に優れる酸化インジウムスズ(In-SnO:ITO)、酸化インジウム亜鉛(In-ZnO)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等によって透過型電極として形成されてもよい。また、第1電極120は、上記透明導電膜に対して、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)などを積層することによって反射型電極として形成されてもよい。また、基板110上に第1電極120を形成した後、必要であれば、洗浄、UV-オゾン処理を行ってもよい。
第1電極120上には、正孔注入層130が形成される。正孔注入層130は、第1電極120からの正孔の注入を容易にする層であり、具体的には、10nm以上1000nm以下、より具体的には20nm以上300nm以下の厚さ(乾燥膜厚;以下同様)にて形成されてもよい。
正孔注入層130は、公知の正孔注入材料にて形成することができる。正孔注入層130を形成する公知の正孔注入材料としては、例えば、トリフェニルアミン含有ポリエーテルケトン(poly(ether ketone)-containg triphenylamine:TPAPEK)、4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(4-isopropyl-4’-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate:PPBI)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス-[4-(フェニル-m-トリル-アミノ)-フェニル]-ビフェニル-4,4’-ジアミン(N,N’-diphenyl-N,N’-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4’-diamine:DNTPD)、銅フタロシアニン(copper phthalocyanine)、4,4’,4”-トリス(3-メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(4,4’,4”-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine:m-MTDATA)、N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニルベンジジン(N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenylbenzidine:NPB)、4,4’,4”-トリス(ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(4,4’,4”-tris(diphenylamino)triphenylamine:TDATA)、4,4’,4”-トリス(N,N-2-ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(4,4’,4”-tris(N,N-2-naphthylphenylamino)triphenylamine:2-TNATA)、ポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸(polyaniline/dodecylbenzenesulphonic acid)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホネート)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrenesulfonate):PEDOT/PSS)、およびポリアニリン/10-カンファースルホン酸(polyaniline/10-camphorsulfonic acid)等を挙げることができる。
正孔注入層130上には、正孔輸送層140が形成される。正孔輸送層140は、正孔を輸送する機能を備えた層であり、例えば、10nm以上150nm以下、より具体的には20nm以上50nm以下の厚さで形成されてもよい。
正孔輸送層140は、公知の正孔輸送材料にて形成されてもよい。公知の正孔輸送材料としては、例えば、1,1-ビス[(ジ-4-トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane:TAPC)、N-フェニルカルバゾール(N-phenylcarbazole)およびポリビニルカルバゾール(polyvinylcarbazole)などのカルバゾール(carbazole)誘導体、N,N’-ビス(3-メチルフェニル)-N,N’-ジフェニル-[1,1-ビフェニル]-4,4’-ジアミン(N,N’-bis(3-methylphenyl)-N,N’-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4’-diamine:TPD)、4,4’,4”-トリス(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン(4,4’,4”-tris(N-carbazolyl)triphenylamine:TCTA)、N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニルベンジジン(N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenylbenzidine:NPB)、ポリ[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-コ-(4,4’-(N-(4-sec-ブチルフェニル)ジフェニルアミン(Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine):TFB)等を挙げることができる。これら正孔輸送材料は、1種単独でもよいし、2種以上の混合物であってもよい。
正孔輸送層140上には、発光層150が形成される。発光層150は、量子ドットを含み、上述したように、好ましくはインクジェット法を用いて形成される。発光層150は、例えば、10nm以上60nm以下、より具体的には20nm以上50nm以下の厚さで形成されてもよい。
本発明に係るインク組成物は、高い粘度とともに高い表面張力を有するため、これから形成される発光層は、平坦度に優れたものとなる。一例を挙げれば、当該平坦度は、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上である。なお、平坦度の上限値は100%である。すなわち、本発明の一実施形態によれば、当該発光層の平坦度は、55%以上100%以下であってもよく、60%以上100%以下であってもよい。当該平坦度は、実施例に記載の方法により測定した値を採用する。
発光層150上には、電子輸送層160が形成される。電子輸送層160は、電子を輸送する機能を備えた層であり、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法などを用いて形成される。電子輸送層160は、例えば、15nm以上50nm以下の厚さで形成されてもよい。
電子輸送層160は、公知の電子輸送材料を用いて形成されてもよい。また、当該電子輸送材料は、有機材料であってもよく無機材料であってもよい。公知の有機の電子輸送材料としては、例えば、(8-キノリノラト)リチウム(リチウムキノレート)(Liq)、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(tris(8-quinolinato)aluminium:Alq)、および含窒素芳香環を有する化合物等を挙げることができる。含窒素芳香環を有する化合物の具体例としては、例えば、1,3,5-トリ[(3-ピリジル)-フェン-3-イル]ベンゼン(1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene)のようなピリジン(pyridine)環を含む化合物、2,4,6-トリス(3’-(ピリジン-3-イル)ビフェニル-3-イル)-1,3,5-トリアジン(2,4,6-tris(3’-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine)のようなトリアジン(triazine)環を含む化合物、2-(4-(N-フェニルベンゾイニダゾリル-1-イル-フェニル)-9,10-ジナフチルアントラセン(2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-yl-phenyl)-9,10-dinaphthylanthracene)、1,3,5-トリス(N-フェニルベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン(1,3,5-tris(N-phenyl-benzimidazol-2-yl)benzene:TPBI)のようなイミダゾール(imidazole)環を含む化合物等を挙げることができる。また、公知の無機の電子輸送材料としては、特に限定されないが、例えばTiO、ZnO、ZnMgO、SiO、SnO、WO、Ta、BaTiO、BaZrO、ZrO、HfO、Al、Y、ZrSiOなどの酸化物等が挙げられる。
上記電子輸送材料は、1種単独でもよいし、2種以上の混合物であってもよい。
電子輸送層160上には、電子注入層170が形成される。電子注入層170は、第2電極180からの電子の注入を容易にする機能を備えた層である。電子注入層170は、真空蒸着法などを用いて形成される。電子注入層170は、0.1nm以上5nm以下、より具体的には0.3nm以上2nm以下の厚さで形成されてもよい。電子注入層170を形成する材料として公知の材料ならば、いずれも使用することができる。例えば、電子注入層170は、(8-キノリノラト)リチウム(リチウムキノレート)((8-quinolinato)lithium:Liq)およびフッ化リチウム(LiF)等のリチウム(lithium)化合物、塩化ナトリウム(NaCl)、フッ化セシウム(CsF)、酸化リチウム(LiO)、または酸化バリウム(BaO)等を用いて形成されてもよい。
電子注入層170上には、第2電極180が形成される。第2電極180は、真空蒸着法などを用いて形成される。第2電極180は、具体的には、陰極であり、金属、合金、または導電性化合物等のうち仕事関数が小さいものによって形成される。例えば、第2電極180は、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)等の金属、またはアルミニウム-リチウム(Al-Li)、マグネシウム-インジウム(Mg-In)、マグネシウム-銀(Mg-Ag)等の合金で反射型電極として形成されてもよい。第2電極180は、10nm以上200nm以下、より具体的には50nm以上150nm以下の厚さで形成されてもよい。または、第2電極180は、上記金属材料の20nm以下の薄膜、酸化インジウムスズ(In-SnO)および酸化インジウム亜鉛(In-ZnO)などの透明導電膜によって透過型電極として形成されてもよい。
なお、本実施形態に係るQLED100の積層構造は、上記例示に限定されない。本実施形態に係るQLED100は、他の公知の積層構造にて形成されてもよい。例えば、QLED100は、正孔注入層130、正孔輸送層140、電子輸送層160および電子注入層170のうちの1層以上が省略されてもよく、また、追加で他の層を備えていてもよい。また、QLED100の各層は、それぞれ単層で形成されてもよく、複数層で形成されてもよい。
例えば、QLED100は、励起子または正孔が電子輸送層160に拡散することを防
止するために、正孔輸送層140と発光層150との間に正孔阻止層をさらに備えていてもよい。正孔阻止層は、例えば、オキサジアゾール(oxadiazole)誘導体、トリアゾール(triazole)誘導体、または、フェナントロリン(phenanthroline)誘導体等によって形成することができる。
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
各物性は、以下の方法で測定した。
<溶解度パラメーター(SP値)の算出>
溶媒の溶解度パラメーター(SP値)は、Fedorsの推算法によって算出した。具体的には、R.F.Fedors, Polym. Eng. Sci., 14(2), pp147-154(1974)を参照し、溶媒の構造に関わるΔeiおよびΔviを参照し、下記式により、溶媒単体の溶解度パラメータを算出した。溶媒a、溶媒b、および必要に応じて溶媒cを含む混合溶媒の溶解度パラメータは、上記で求めた溶媒単体のSP値を、各溶媒の体積分率に基づいて重み付けをして求めた(単位:cal/cm1/2)。
<粘度>
粘度ηは、せん断応力τとせん断速度Dとの関係により以下の式で表される:
η=τ/D
インク組成物の粘度は、アントンパール社製、Physica MCR300(測定治具 コーンプレート PP50)を用いて、25℃で測定した。具体的には、せん断速度(1000s-1)一定で、コーンプレートと台座との間隔を0.05mmに設定して、せん断応力τを25℃で測定した。粘度の測定範囲を、粘度計校正標準液JS2.5、JS5、JS10、JS20、およびJS50(日本グリース株式会社製)から想定されるインク粘度領域の三点の標準液で校正し、その校正曲線を使ってインクの組成物の粘度を算出した。
<表面張力>
溶媒およびインク組成物の表面張力は、協和界面科学株式会社製、DMs-400を用い、室温(20℃以上25℃以下)で測定した。測定に用いる針は、15G(内径Φ1.3mm)のサイズでフッ素コーティングされたものを使用した。
測定方法は、上記装置を用いた懸滴法により行われた。針先より作製した液滴の輪郭形状および密度差の値から、画像処理によりYoung-Laplace理論曲線でフィッティングさせて表面張力を算出し、連続10回の撮影画像から得られた表面張力の平均値をインク組成物の表面張力とした。また、撮影画像は、液滴形成後1000ms後からの像を使用した。なお、表面張力測定の原理の詳細は、Y. ROTENBERG,J.Colloid Interface Sci.,93,169(1983)、およびコロイド科学 IVコロイド科学実験法、p138,(日本化学会編 東京化学同人,1996)に従う。
(実施例1)
Nature volume 575, pp634-638(2019)の“Methods”の項にある“Synthesis of InP cores”の項、および“Synthesis of InP/ZnSe/ZnS QDs”の項を参照して、量子ドット分散液を調製した(コア種:InP、シェル種:ZnSe/ZnS、分散液中の量子ドット含有量:3質量%、量子ドットの最大発光波長:627nm、量子ドットの有機配位子:オレイン酸(量子ドット表面に配位した際のSP値:8.1(cal/cm1/2、量子ドットの粒径:10nm、構造の概略は下記参照)。得られた量子ドット分散液にエタノールを添加し、沈殿の生成および遠心分離を行い、上澄み液を除去し、沈殿物を得た。
別途、n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)を70:15:15(体積比)で混合した混合溶媒1を調製した。
上記で得られた沈殿物に対して、上記で調製した混合溶媒1を3mL添加し、振とう機で攪拌し(混合時の温度:25℃、混合時間:10分)、沈殿物を混合溶媒1に分散させて、量子ドットインク組成物1(以下、インク1とも称する)を得た。インク1の粘度は5.7mPa・s、インク1の表面張力は33mN/mであった。また、混合溶媒1のSP値は8.7であり、インク1中の量子ドット(InP/ZnSe/ZnS)の濃度は、3.0質量%であった。
(実施例2)
n-デシルベンゼンに代えてn-オクチルベンゼン(溶媒b-2)を使用し、安息香酸ベンジルに代えて安息香酸n-ブチル(溶媒c)を使用した混合溶媒2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物2(以下、インク2とも称する)を作製した。
インク2の粘度は5.0mPa・sであり、インク2の表面張力は30mN/mであった。また、混合溶媒2のSP値は8.6(cal/cm1/2であった。
(実施例3)
安息香酸ベンジルに代えて、1-エチルナフタレン(溶媒b-1)を使用した混合溶媒3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物3(以下、インク3とも称する)を作製した。
インク3の粘度は5.1mPa・sであり、インク3の表面張力は31mN/mであった。また、混合溶媒3のSP値は8.6(cal/cm1/2であった。
(実施例4)
安息香酸ベンジルに代えて、1-フェニルナフタレンを使用した混合溶媒4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物4(以下、インク4とも称する)を作製した。
インク4の粘度は6.2mPa・sであり、インク4の表面張力は31mN/mであった。また、混合溶媒4のSP値は8.7(cal/cm1/2であった。
(実施例5)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)の比率を70:20:10(体積比)に変更した混合溶媒5を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物5(以下、インク5とも称する)を作製した。
インク5の粘度は4.6mPa・sであり、インク5の表面張力は31mN/mであった。また、混合溶媒5のSP値は8.4(cal/cm1/2であった。
(実施例6)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)の比率を70:10:20(体積比)に変更した混合溶媒6を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物6(以下、インク6とも称する)を作製した。
インク6の粘度は5.8mPa・sであり、インク6の表面張力は30mN/mであった。また、混合溶媒6のSP値は8.9(cal/cm1/2であった。
(実施例7)
n-デシルベンゼンに代えてn-オクチルベンゼン(溶媒b-2)を使用した混合溶媒7を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物7(以下、インク7とも称する)を作製した。
インク7の粘度は5.2mPa・sであり、インク7の表面張力は32mN/mであった。また、混合溶媒7のSP値は8.8(cal/cm1/2であった。
(実施例8)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-オクチルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)の比率を70:10:20に変更した混合溶媒8を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、量子ドットインク組成物8(以下、インク8とも称する)を作製した。
インク8の粘度は5.8mPa・sであり、インク8の表面張力は32mN/mであった。また、混合溶媒8のSP値は8.4(cal/cm1/2であった。
(実施例9)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)の比率を30:35:35(体積比)に変更した混合溶媒9を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物9(以下、インク9とも称する)を作製した。
インク9の粘度は5.0mPa・sであり、インク9の表面張力は31mN/mであった。また、混合溶媒9のSP値は9.4(cal/cm1/2であった。
(実施例10)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、1-エチルナフタレン(溶媒b-1)の比率を60:40(体積比)に変更した混合溶媒10を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物10(以下、インク10とも称する)を作製した。
インク10の粘度は5.2mPa・sであり、インク10の表面張力は32mN/mであった。また、混合溶媒10のSP値は8.9(cal/cm1/2であった。
(実施例11)
n-トリデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-オクチルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)の比率を35:35:15:15(体積比)に変更した混合溶媒11を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物11(以下、インク11とも称する)を作製した。
インク11の粘度は5.3mPa・sであり、インク11の表面張力は33mN/mであった。また、混合溶媒11のSP値は8.8(cal/cm1/2であった。
(実施例12)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、1-エチルナフタレン(溶媒b-1)、および1-フェニルナフタレンの比率を45:30:25(体積比)に変更した混合溶媒12を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドットインク組成物12(以下、インク12とも称する)を作製した。
インク12の粘度は6.8mPa・sであり、インク12の表面張力は32mN/mであった。また、混合溶媒12のSP値は9.3(cal/cm1/2であった。
(比較例1)
n-オクチルシクロヘキサン(溶媒a)のみ(以下、比較溶媒1とも称する)を溶媒として用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物1(以下、比較インク1とも称する)を作製した。
比較インク1の粘度は3.2mPa・sであり、比較インク1の表面張力は28mN/mであった。また、比較溶媒1のSP値は8.2(cal/cm1/2であった。
(比較例2)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)およびn-デシルベンゼン(溶媒b-2)を85:15(体積比)で混合した比較溶媒2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物2(以下、比較インク2とも称する)を作製した。
比較インク2の粘度は6.0mPa・sであり、比較インク2の表面張力は29mN/mであった。また、比較溶媒2のSP値は8.4(cal/cm1/2であった。
(比較例3)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)および安息香酸ベンジル(溶媒c)を50:50(体積比)で混合した比較溶媒3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物3(以下、比較インク3とも称する)を作製した。
比較インク3の粘度は7.3mPa・sであり、比較インク3の表面張力は31mN/mであった。また、比較溶媒3のSP値は9.6(cal/cm1/2であった。
(比較例4)
n-オクチルシクロヘキサンおよび4-メチルシクロヘキサノールを50:50(体積比)で混合した比較溶媒4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物4(以下、比較インク4とも称する)を作製した。
比較インク4の粘度は10.6mPa・sであり、比較インク4の表面張力は28mN/mであった。また、比較溶媒4のSP値は9.7(cal/cm1/2であった。
(比較例5)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)および安息香酸ベンジル(溶媒c)を70:30(体積比)で混合した比較溶媒5を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物5(以下、比較インク5とも称する)を作製した。
比較インク5の粘度は6.1mPa・sであり、比較インク5の表面張力は29mN/mであった。また、比較溶媒5のSP値は9.1(cal/cm1/2であった。
(比較例6)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-テトラデカン、および安息香酸ベンジル(溶媒c)を70:15:15(体積比)で混合した比較溶媒6を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物6(以下、比較インク6とも称する)を作製した。
比較インク6の粘度は5.9mPa・sであり、比較インク6の表面張力は29mN/mであった。また、比較溶媒6のSP値は8.6(cal/cm1/2であった。
(比較例7)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、1-フェニルナフタレン(溶媒c)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)を70:15:15(体積比)で混合した比較溶媒7を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物7(以下、比較インク7とも称する)を作製した。
比較インク7の粘度は9.5mPa・sであり、比較インク7の表面張力は31mN/mであった。また、比較溶媒7のSP値は9.0(cal/cm1/2であった。
(比較例8)
n-ドデシルシクロヘキサン(溶媒a)、n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、およびラウリン酸エチルを70:15:15(体積比)で混合した比較溶媒8を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物8(以下、比較インク8とも称する)を作製した。
比較インク8の粘度は5.1mPa・sであり、比較インク8の表面張力は28mN/mであった。また、比較溶媒8のSP値は8.4(cal/cm1/2であった。
(比較例9)
n-デシルベンゼン(溶媒b-2)、および安息香酸ベンジル(溶媒c)を50:50(体積比)で混合した比較溶媒9を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較量子ドットインク組成物9(以下、比較インク9とも称する)を作製しようと試みた。しかしながら、各成分の混合時に懸濁や沈殿が発生し、インク組成物が得られなかった。
各実施例および比較例の混合溶媒の構成を下記表1に示す。
[評価]
(PLQY(フォトルミネッセンス量子収率)測定)
各インク組成物をn-ヘキサンを用いて1000倍に希釈し、浜松ホトニクス株式会社製、Quantaurus-QY C11347-01を用いて、検出波長610~640nmでのPLQYを測定した。この値が85%以上であれば、量子ドットの分散安定性に優れており、実用可能であることを意味する。
(着弾精密度測定)
FUJIFILM Dimatix社製、マテリアルプリンター DMP-2850を用いて、各実施例および比較例のインクを10pl/dot、100dpiの吐出条件で、ITOガラスの表面に印刷した。評価方法は、インクジェット装置で連続吐出試験をして、すべての着弾が目標点から半径10μm以内の誤差範囲内であるものを合格とし、これを満たさないものを不合格とした。
各実施例および各比較例のインク組成物の評価結果を、下記表2に示す。
上記表2の結果から明らかなように、本発明に係る量子ドットインク組成物は、量子ドットの分散安定性および着弾性が、共に優れていることが分かった。比較例9のインク組成物は、懸濁・沈殿が発生し、各評価ができなかった。
(発光層の平坦度評価)
平坦度評価サンプルは、フッ素を含有したバンク基板上に正孔注入層「インクジェット用HIL」、および正孔輸送層「Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4′-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine)](TFB)」をこの順に形成し、その上にインクを吐出した。バンク内に着弾したインクは、油拡散ポンプを用いて常温減圧乾燥を15分間行い、その後、窒素雰囲気下120℃で30分間加熱乾燥を行った。
微細形状測定機(株式会社小坂研究所製、ET200)を用いて断面形状を計測し、中心から±30%の幅の平均膜厚を求め、その膜厚に5nm加算し、その値の範囲内にある幅をバンク幅で除したものを平坦度とした。
実施例1のインクと比較例2のインクとをそれぞれバンク内に吐出し乾燥させ、その平坦度を評価した。その結果、実施例1のインクを用いた場合の平坦度は61%であり、比較例2のインクを用いた場合の平坦度は45%であった。
また、バンク基板、実施例1のインクの着弾後、および比較例2のインクの着弾後の断面形状のプロファイルを図2に示す。図2に示すように、実施例1のインクは比較例2のインクに対して、バンク側面への付着が抑制され、平坦度が向上することが分かった。
以上、本発明について実施形態および実施例を挙げて説明したが、本発明は特定の実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
100 量子ドットエレクトロルミネッセンス素子(QLED)、
110 基板、
120 第1電極、
130 正孔注入層、
140 正孔輸送層、
150 発光層、
160 電子輸送層、
170 電子注入層、
180 第2電極。

Claims (10)

  1. 量子ドットと、
    下記溶媒aおよび下記溶媒bを少なくとも含有する混合溶媒と、
    を含み、
    表面張力が30mN/m以上40mN/以下である、量子ドットインク組成物:
    溶媒a:炭素数4以上16以下の直鎖状のアルキル基を有するシクロアルカン化合物
    溶媒b:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有する芳香族炭化水素化合物。
  2. 前記混合溶媒は、前記溶媒aおよび下記溶媒b-1を含むか、または
    前記溶媒a、下記溶媒b-2、ならびに下記溶媒b-1および下記溶媒cの少なくとも一方を含む、請求項1に記載の量子ドットインク組成物:
    溶媒b-1:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有し、かつ表面張力が32mN/m以上40mN/m以下である芳香族炭化水素化合物
    溶媒b-2:炭素数2以上12以下の直鎖状のアルキル基を有し、かつ表面張力が25mN/m以上32mN/m未満である芳香族炭化水素化合物
    溶媒c:溶媒b-1以外の表面張力が32mN/m以上50mN/m以下である芳香族化合物。
  3. 前記量子ドットの平均粒径は、7nm以上15nm以下である、請求項1または2に記載の量子ドットインク組成物。
  4. 前記量子ドットは、カドミウム(Cd)および鉛(Pb)を含まない、請求項1~3のいずれか1項に記載の量子ドットインク組成物。
  5. 前記量子ドットの表面が、ハロゲン化アルキル化合物、メルカプト基含有化合物、および脂肪族カルボン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種の有機配位子で配位されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の量子ドットインク組成物。
  6. 前記量子ドット中の前記有機配位子の含有量は、前記量子ドットと前記有機配位子との合計質量を100質量%として、0.5質量%以上15質量%以下である、請求項5に記載の量子ドットインク組成物。
  7. 前記混合溶媒の溶解度パラメータと、前記有機配位子の溶解度パラメータとの差[(混合溶媒の溶解度パラメータ)-(有機配位子の溶解度パラメータ)]の絶対値は、1.5(cal/cm1/2以下である、請求項5または6に記載の量子ドットインク組成物。
  8. フォトルミネッセンス量子収率が90%以上100%以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載の量子ドットインク組成物。
  9. 請求項1~8のいずれか1項に記載の量子ドットインク組成物から形成される発光層を備える、量子ドットエレクトロルミネッセンス素子。
  10. 前記発光層の平坦度は60%以上100%以下である、請求項9に記載の量子ドットエレクトロルミネッセンス素子。
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