JP6729554B2 - 組成物及びそれを含有する光学機能性膜 - Google Patents

組成物及びそれを含有する光学機能性膜 Download PDF

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Description

本発明は、組成物及びそれを含有する光学機能性膜に関する。
金属や半導体などのサイズがナノ領域になってくると、バルクとは異なった物理的、化学的特性、例えば、溶融温度・焼成温度の大幅な低下、蛍光発光、触媒の高効率化・新規反応などを示すようになることが知られている。これらは高表面積を持つことによる原子の移動・拡散・溶解性の増大、量子サイズ効果、あるいは表面や界面の影響によると考えられている。例えば、半導体である酸化チタンの表面に光が当たると、酸化チタン中で電子が伝導帯に、正孔が荷電子帯に生成する。特に正孔は酸化力が強いので、汚染物質(NOx、ホルムアルデヒドなど)の除去、電気化学的太陽電池、電子写真などへの応用が試みられている。光触媒として比表面積を増大させることが活性向上につながるので、粒径の小さい超微粒子やナノ粒子の利用が有効である。
量子ドット(QD)は、半導体などの物質の励起子が三次元空間全方位で閉じ込められている。その結果、そのような物質はバルク半導体と離散分子系の中間的な電子物性を持つ。量子ドットはドットのサイズによって発光波長を制御することができ、すなわち、発光波長に応じた色変換をすることができる。青色LED等から放たれる励起光を特定の粒径の量子ドットに当てると、緑色発光や赤色発光を放ち、三原色の狭いスペクトルピークによる白色光を得ることができる。その白色光は、赤色、緑色、青色の三原色の狭い波長領域に多くの可視エネルギーを集中させることによって得られているので、つまり、その狭い波長領域以外の部分には、ほとんど光を生成しないように調整することが可能なため、鮮明な色と高い効率を得ることができる。
このように、量子ドット(QD)は、赤色、緑色、青色の三原色の狭い波長領域に多くの可視エネルギーを集中させる特性を有するため、緑色や赤色の発光スペクトルを有する量子ドットがポリマー内に拡散されてなる色域拡大フィルムの他、カラーフィルタ、色調変換フィルタなど様々な光学機能性膜としての用途でその応用が期待されている。
中でも、前述の色域拡大フィルムは、液晶ディスプレイに適用することによって、バックライトの色調(スペクトル)が向上し、液晶ディスプレイの表示可能な色が格段に向上することが期待されている。
従来の一般的な液晶ディスプレイでは、人間が識別できる色のうちの2割から3割程度しか表現できていないが、光学機能性膜として色域拡大フィルムを適用することによってそれを6割程度まで引き上げることが可能になる。
上述のように、量子ドットを適用した光学機能性膜は、上記様々な用途で、発光効率等の観点で非常に期待されているが、量子ドットは、酸素、光、熱により劣化し、発光強度(発光効率)が低下してしまうという問題がある。その原因の一つに、量子ドットは、配位子サイトとなる表面原子を有するため、反応性が高く、粒子の凝集が起こりやすくなるということが挙げられると考えられている。
かような問題を解決すべく、表面原子を保護基(配位子)でキャッピングし、不動化しようとする技術は存在する(特許文献1:米国特許出願公開第2014/275431号明細書)。
しかしながら、現状は、十分には安定化はされず、酸素、光、熱による劣化は抑制できておらず、従来の光学機能性膜では、発光効率、耐久性および発光波長ピークの安定性といった各種特性が十分ではなかった。また、量子ドットは、有機蛍光色素や蛍光蛋白質などに比べ非常に高輝度でかつ励起光による退色が起こりにくい。そのため長時間での高感度な蛍光観察が可能である。また、1つの波長で励起して多色蛍光で観測することも容易であり、量子ドットへ抗体やレセプターに対するリガンドを修飾することにより、細胞あるいは生体でのマルチカラー蛍光プローブの開発が可能である。生体ラベリング用に作用させるには、水に可溶であることが必要とされるが量子ドット自体は水に可溶ではなく、非極性溶媒中で疎水性キャッピング剤を用いて合成されていて、生体分子と共有結合する官能基を有さない。水溶化する方法には、疎水性キャッピング剤を両親媒性のチオール化合物などで交換する方法(配位子交換法)と疎水性キャッピング剤を残したまま両親媒性ポリマーで被覆する方法(カプセル化法)の二種類がある。しかし、前者の場合、量子収率の低下、凝集などの発光特性の劣化が起こり、後者の場合、分子量の大きい両親媒性ポリマーで表面修飾するため生成した水溶性量子ドットの粒径が大きくなるという欠点があり、十分ではなかった(特許文献2:特表2010−523557号公報)。
また、特許文献3:特表2014−523634号公報には、透明なポリ(メタ)クリレート封入媒体に組み込んだ発光デバイスが記載されているが、無機ナノ粒子の配位子に関する記述はない。
そこで、本発明が解決しようとするところは、無機ナノ粒子に本発明の特定の配位子を組み合わせることで、水溶性、油溶性どちらの組成物も可能であり、発光効率、耐久性および発光波長ピークの安定性の各種特性に優れ、更には、バインダ樹脂の劣化抑制にも優れた組成物および光学機能性膜を提供しようというところにある。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、無機ナノ粒子と前記無機ナノ粒子に吸着する少なくとも一種の吸着基を有する配位子を含み、前記配位子が非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、前記吸着基が、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸残基またはNオキシド基である化合物を含む組成物および光学機能性膜によって解決することが出来ることを見出し、本発明の完成に至った。
本発明は、無機ナノ粒子と;前記無機ナノ粒子に吸着する、少なくとも一種の吸着基を有する配位子とを含み、前記配位子が、非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、前記吸着基が、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸の残基またはN−オキシド基である化合物を含む組成物および光学機能性膜である。
本発明によれば、水溶性、油溶性どちらも可能であり、発光効率、耐久性および発光波長ピークの安定性の各種特性にすぐれ、耐熱性、バインダ樹脂劣化抑制にもすぐれた組成物および光学機能性膜を提供することが出来る。
上記のように、前述の色域拡大フィルムは、光学機能性膜として、液晶ディスプレイに適用することによって、バックライトの色調(スペクトル)が向上し、液晶ディスプレイの表示可能な色が格段に向上することが期待されている。そこで、以下では、本発明の一実施形態である色域拡大フィルムについて説明する。無論、本発明は、特定の配位子を使用する点に特徴があるため、光学機能性膜が、下記の実施形態の色域拡大フィルムにのみに制限されず、上記のような、カラーフィルタ、色調変換フィルタなど様々な光学機能性膜としての用途で使用することができる。
本実施形態の色域拡大フィルムは、無機ナノ粒子と;前記無機ナノ粒子に吸着する、少なくとも一種の吸着基を有する配位子と;を含み、前記配位子が、非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、前記吸着基が、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸の残基またはN−オキシド基である化合物を含む組成物を用いて形成された光学機能性膜を有する。このような構成を有することにより、本実施形態の色域拡大フィルムは、発光効率、耐熱性、および耐酸化性が向上する。
上記のように、従来の光学機能性膜が、各種特性に優れていなかった原因について、本発明者らは鋭意検討を行った。その過程で、配位子の配位元素について着目した。従来提案されている配位子では、付近に酸素が存在すると、配位子の配位元素が、酸素酸化されてしまい、その結果、配位元素の電子密度が下がり、無機ナノ粒子との配位力が弱くなってしまうのではないかと考えた。配位力が弱くなると、場合によっては当該配位子が無機ナノ粒子から脱離して、その脱離によって露出した無機ナノ粒子の欠陥部が酸化等のダメージを受けてしまい、それが各種特性の悪化に繋がっているのではないかと推測した。
上記のように、配位子が酸素酸化されるということは、付与された酸素原子に電子が引き寄せられ、配位元素のδ−性が下がってしまい、配位子と、無機ナノ粒子とのエンタルピーが小さくなる。もしくは、酸素酸化され、変化した構造のエネルギーレベルが変化して、量子ドットとの良好なエネルギーレベルの関係が崩れてしまい、配位子のLUMOが深くなり電子トラップ剤として作用したり、配位子のHOMOが浅くなり、ホールトラップ剤として作用したりするという弊害が発生してしまうと考えられる。
よって、酸素酸化によって構造が変わり、配位力が弱くなることで脱離してしまうことや、エネルギーレベルのバランスの変化を回避すべく、構造的に酸素酸化をもはや受けにくい(つまり、構造変化し難い)無機ナノ粒子の配位子に採用することによって、更にはエントロピー効果により錯安定度定数を上げることで、解決したのが本発明である。
ただし、上記メカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら拘泥されるものではない。
以下、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみには限定されない。
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%RHの条件で測定する。
<<組成物>>
本発明において組成物とは、無機ナノ粒子と前記無機ナノ粒子に吸着する少なくとも一種の吸着基を有する配位子を組み合わせたものである。
<無機ナノ粒子>
本明細書において、無機ナノ粒子は、その粒径が数nm〜数百nm程度の無機微粒子である。その平均粒径は、好ましくは1〜200nmであり、より好ましくは1〜100nmであり、さらに好ましくは1〜50nmである。無機ナノ粒子の平均粒径の測定方法の説明は、下記の半導体ナノ粒子の平均粒径の説明が適用される。
無機ナノ粒子としては、半導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、金属ナノ粒子等が挙げられる。
[半導体ナノ粒子]
本明細書において、半導体ナノ粒子とは、半導体材料の結晶で構成され、量子閉じ込め効果を有する所定の大きさの粒子をいい、その粒径が数nm〜数十nm程度の微粒子であり、下記に示す量子ドット効果が得られるものをいう。本明細書では、量子ドット効果を得ることができる「半導体ナノ粒子」を、単に「量子ドット」と称する場合がある。
半導体ナノ粒子の形状としては、ドット、ロッド、ワイヤー、スクエア、テトラポット、スター等、特に制限はない。
このような半導体ナノ粒子のエネルギー準位Eは、一般に、プランク定数を「h」と、電子の有効質量を「m」と、半導体ナノ粒子の半径を「R」としたとき、下式(1)で表される。
式(1)で示されるように、半導体ナノ粒子のバンドギャップは、「R−2」に比例して大きくなり、いわゆる、量子ドット効果が得られる。このように、半導体ナノ粒子の粒径を制御、規定することによって、半導体ナノ粒子のバンドギャップ値を制御することができる。すなわち、微粒子の粒径を制御、規定することにより、通常の原子にはない多様性を持たせることができる。そのため、光によって励起させたり、光を所望の波長の光に変換して出射させたりすることができる。本明細書では、このような発光性の半導体ナノ粒子材料を半導体ナノ粒子と定義する。
半導体ナノ粒子の平均粒径は、上述したように、数nm〜数十nm程度であるが、目的とする発光色に対応する平均粒径に設定する。例えば、赤色発光を得たい場合には、半導体ナノ粒子の平均粒径としては、3.0〜20nmの範囲内に設定することが好ましく、緑色発光を得たい場合には、半導体ナノ粒子の平均粒径を1.5〜10nmの範囲内に設定することが好ましく、青色発光を得たい場合には、半導体ナノ粒子の平均粒径を1.0〜3.0nmの範囲内に設定することが好ましい。この半導体ナノ粒子の平均粒径は、公知の方法により制御することができる。
平均粒径の測定方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)により半導体ナノ粒子の粒子観察を行い、そこから粒径分布の数平均粒径として求める方法や、電子間力顕微鏡(AFM)を用いて平均粒径を求める方法、動的光散乱法による粒径測定装置、例えば、Malvern社製、「ZETASIZERNano Series Nano−ZS」を用いて測定することができる。その他にも、X線小角散乱法により得られたスペクトルから半導体ナノ粒子の粒径分布シミュレーション計算を用いて粒径分布を導出する方法などが挙げられるが、本発明においては、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて平均粒径を求める方法が好ましい。
半導体ナノ粒子の構成材料としては、例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ等の長周期型周期表第14族元素の単体;リン(黒リン)等の長周期型周期表第15族元素の単体、セレン、テルル等の長周期型周期表第16族元素の単体;炭化ケイ素(SiC)等の複数の長周期型周期表第14族元素からなる化合物;酸化スズ(IV)(SnO)、硫化スズ(II、IV)(Sn(II)Sn(IV)S)、硫化スズ(IV)(SnS)、硫化スズ(II)(SnS)、セレン化スズ(II)(SnSe)、テルル化スズ(II)(SnTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化鉛(II)(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)等の長周期型周期表第14族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、ヒ化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アルミニウム(AlP)、ヒ化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)、ヒ化インジウム(InAs)、アンチモン化インジウム(InSb)等の長周期型周期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物(あるいはIII−V族化合物半導体);硫化アルミニウム(Al)、セレン化アルミニウム(AlSe)、硫化ガリウム(Ga)、セレン化ガリウム(GaSe)、テルル化ガリウム(GaTe)、酸化インジウム(In)、硫化インジウム(In)、セレン化インジウム(InSe)、テルル化インジウム(InTe)等の長周期型周期表第13族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;塩化タリウム(I)(TlCl)、臭化タリウム(I)(TlBr)、ヨウ化タリウム(I)(TlI)等の長周期型周期表第13族元素と長周期型周期表第17族元素との化合物;酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)等の長周期型周期表第12族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物(あるいはII−VI族化合物半導体)、硫化ヒ素(III)(As)、セレン化ヒ素(III)(AsSe)、テルル化ヒ素(III)(AsTe)、硫化アンチモン(III)(Sb)、セレン化アンチモン(III)(SbSe)、テルル化アンチモン(III)(SbTe)、硫化ビスマス(III)(Bi)、セレン化ビスマス(III)(BiSe)、テルル化ビスマス(III)(BiTe)等の長周期型周期表第15族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化銅(I)(CuO)、セレン化銅(I)(CuSe)等の長周期型周期表第11族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、塩化銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)等の長周期型周期表第11族元素と長周期型周期表第17族元素との化合物;酸化ニッケル(II)(NiO)等の長周期型周期表第10族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化コバルト(II)(CoO)、硫化コバルト(II)(CoS)等の長周期型周期表第9族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物、四酸化三鉄(Fe)、硫化鉄(II)(FeS)等の長周期型周期表第8族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化マンガン(II)(MnO)等の長周期型周期表第7族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;硫化モリブデン(IV)(MoS)、酸化タングステン(IV)(WO)等の長周期型周期表第6族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化バナジウム(II)(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化タンタル(V)(Ta)等の長周期型周期表第5族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化チタン(TiO、Ti、Ti、Ti等)等の長周期型周期表第4族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;硫化マグネシウム(MgS)、セレン化マグネシウム(MgSe)等の長周期型周期表第2族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;酸化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr)、セレン化カドミウム(II)クロム(III)(CdCrSe)、硫化銅(II)クロム(III)(CuCr)、セレン化水銀(II)クロム(III)(HgCrSe)等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート(BaTiO)等が挙げられる。
これらの中でも、SnS、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe等の長周期型周期表第14族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb等のIII−V族化合物半導体、Ga、Ga、GaSe、GaTe、In、In、InSe、InTe等の長周期型周期表第13族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe等のII−VI族化合物半導体、As、As、AsSe、AsTe、Sb、Sb、SbSe、SbTe、Bi、Bi、BiSe、BiTe等の長周期型周期表第15族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物;MgS、MgSe等の長周期型周期表第2族元素と長周期型周期表第16族元素との化合物が好ましく、中でも、Si、Ge、GaN、GaP、InN、InP、Ga、Ga、In、In、ZnO、ZnS、ZnSe、CdO、CdS、CdSeがより好ましい。これらの物質は、毒性の高い陰性元素を含まないので耐環境汚染性や生物への安全性に優れており、また、可視光領域で純粋なスペクトルを安定して得ることができるので、発光デバイスの形成に有利である。これらの材料のうち、InP、CdSe、ZnSe、CdSは、発光の安定性の点で好ましい。発光効率、高屈折率、安全性、経済性の観点から、ZnO、ZnSの半導体ナノ粒子が好ましい。また、上記の材料は、1種で用いるものであってもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、上述した半導体ナノ粒子には、必要に応じて微量の各種元素を不純物としてドープすることができる。このようなドープ物質を添加することにより発光特性を大きく向上させることができる。
本実施形態で用いる半導体ナノ粒子は、コア/シェル構造を有することが好ましい。コア/シェル構造を有することにより、量子井戸が形成され量子閉じ込め効果により輝度が向上する。
このコア・シェル構造は、少なくとも2種類の化合物で形成されていることが好ましく、2種類以上の化合物でグラジエント構造(傾斜構造)を形成していてもよい。
コア部の材料としては、上記で挙げた材料が挙げられる。
シェル部としては、コア部の保護膜として機能する材料であれば、特に制限はなく使用できる。シェル部は、バンドギャップ(禁制帯幅)が、コア部のバンドギャップよりも大きな半導体を含むことが好ましい。シェル部にこのような半導体を用いることによって、半導体ナノ粒子にエネルギー的な障壁が形成され、良好な発光性能を得ることができる。
シェルに好ましく用いられる半導体材料は、用いられるコアのバンドギャップにも依存するが、例えば、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaAs、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AlN、AlP、AlSbからなる群から選択される1種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶が好ましく用いられる。これらシェル部の材料の中でも、輝度向上の観点から、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSeが好ましい。
なお、本明細書中、コア/シェル構造を有する半導体ナノ粒子を、単に「コアシェル半導体ナノ粒子」とも称する。また、本明細書中、コア/シェル構造を有する半導体ナノ粒子の表記法として、例えば、コア部がCdSe、シェル部がZnSの場合、「CdSe/ZnS」と表記する場合があり、このようなコア・シェル半導体ナノ粒子を、「CdSe/ZnSコア・シェル半導体ナノ粒子」と称する場合がある。
一般に、半導体ナノ粒子の平均粒径により発光色を制御することができ、被膜の厚さが上記範囲内の値であれば、被膜の厚さが原子数個分に相当する厚さから半導体ナノ粒子1個に満たない厚さであり、半導体ナノ粒子を高密度で充填することができ、十分な発光量が得られる。また、被膜の存在により、お互いのコア粒子の粒子表面に存在する欠陥、ダングリングボンドへの電子トラップによる非発光の電子エネルギーの転移を抑制でき、量子効率の低下を抑えることができる。
コアシェル半導体ナノ粒子の平均粒径の測定方法としては、公知の方法、例えば、電子間力顕微鏡(AFM)を用いて平均粒径を求める方法、動的光散乱法による粒径測定装置(例えば、Malvern社製ZETASIZERNano Series Nano−ZS)を用いて測定する方法、X線小角散乱法により得られたスペクトルから半導体ナノ粒子の粒径分布シミュレーション計算を用いて粒径分布を導出する方法などを用いることができる。本明細書においては、透過型電子顕微鏡(TEM)により半導体ナノ粒子の粒子観察を行い、そこから粒径分布の数平均粒径(以下粒径と記す)で表している。本実施形態で用いるコアシェル半導体ナノ粒子の平均体積粒径としては、具体的には1〜20nmの範囲内であることが好ましく、1〜10nmの範囲内であることがより好ましい。なお、コア部の粒径は、1〜8nmであることが好ましく、2〜5nmであることがより好ましい。
なお、上述した半導体ナノ粒子の構成材料には、必要に応じて微量の各種元素を不純物としてドープすることができる。このようなドープ物質を添加することにより発光特性をより向上させることができる。
〔半導体ナノ粒子の製造方法〕
半導体ナノ粒子の製造方法としては、液相法、気相法等、従来行われている公知の任意の方法を用いることができる。
液相法の製造方法としては、沈殿法である、共沈法、ゾル−ゲル法、均一沈殿法、還元法などがある。そのほかに、逆ミセル法、超臨界水熱合成法、ホットソープ法などもナノ粒子を作製する上で優れた方法である(例えば、特開2002−322468号公報、特開2005−239775号公報、特開平10−310770号公報、特開2000−104058号公報等を参照)。
気相法の製造方法としては、対向する原料半導体を電極間で発生させた第一の高温プラズマによって蒸発させ、減圧雰囲気中において無電極放電で発生させた第二の高温プラズマ中に通過させる方法(例えば特開平6−279015号公報参照)、電気化学的エッチングによって、原料半導体からなる陽極からナノ粒子を分離・除去する方法(例えば特表2003−515459号公報参照)、レーザーアブレーション法(例えば特開2004−356163号参照)などが用いられる。また、原料ガスを低圧状態で気相反応させて、粒子を含む粉末を合成する方法も好ましく用いられる。
半導体ナノ粒子の製造方法としては、液相法による製造方法が好ましい。
また、本実施形態で用いる半導体ナノ粒子は、蛍光体としての機能を損なわない限り、合成過程で用いうる安定剤、界面活性剤、溶媒等、他の成分を含んでいてもよい。
[金属酸化物ナノ粒子]
金属酸化物ナノ粒子は、特段の制限はなく、最終的に形成する金属酸化物含有層の所望の金属を含む酸化物が挙げられる。金属の種類は特に限定されず、第1族〜第12族の元素、第13族のアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、第14族のスズ、鉛、第15族のビスマス等が挙げられる。金属酸化物ナノ粒子における金属酸化物はこれらの金属を1種のみ含むものであっても、2種以上が任意の組み合わせおよび比率で含まれる複合酸化物であってもよい。例えば、酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化スズまたは酸化鉛等が挙げられる。
[金属ナノ粒子]
金属ナノ粒子は、微細な粒径からもたらされる高い結合性を有し、金属ナノ粒子を構成する金属の融点よりもはるかに低い温度で粒子間の結合が生じることが確認されている。また、得られる結合体の構造的強度は、その金属の融点付近まで保たれることが期待される。金属ナノ粒子を構成する金属として、例えば、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni、Rh、Co、Ru、Fe、Mo等の遷移金属を少なくとも一成分を含むものなどが列挙される。
金属ナノ粒子は一般に、有機殻(本発明では、配位子)で金属ナノ粒子を被覆した構造を有する有機−金属複合ナノ粒子として用いる。室温においては有機殻(配位子)がナノ粒子の自己凝集を防止し、独立分散した形態を維持することができる。
本発明の配位子との相互作用の強さの点から、好ましくは、半導体ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子であり、さらに好ましくは半導体ナノ粒子である。
なお、半導体ナノ粒子は、物性からの名称であり、金属酸化物ナノ粒子および金属ナノ粒子は、構造式からの名称であるため、これら具体例は、互いに重複している場合がある。
[配位子]
本実施形態の色域拡大フィルムにおいては、無機ナノ粒子に、少なくとも一種の吸着基を有する配位子が吸着している。該配位子は、無機ナノ粒子を外部環境から保護し、酸素等による無機ナノ粒子の劣化を抑制する機能を有する。よって、該配位子が吸着した無機ナノ粒子を有する色域拡大フィルムは、耐久性および発光波長の安定性が向上する。
該配位子は、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸の残基含有非イオン性有機化合物またはN−オキシド化合物である。これら化合物は酸素酸化を受けにくく、構造が変化しにくいため、安定して無機ナノ粒子に吸着すると考えられる。なお、本発明において「非イオン性」とは、以下のように定義する。すなわち、本明細書においては分子内に、正電荷を帯びたカチオン部位と負電荷を帯びたアニオン部位を持たないものを、「非イオン性」とする。
また、当該配位子は、吸着基として、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸の残基、またはN−オキシド基を有する。よって、上記のように酸素酸化による構造変化を受けにくく、安定的に無機ナノ粒子を保護することができる。
本発明の好ましい形態によれば、配位子は、吸着基を少なくとも2つ有する配位子、いわゆる多座配位子であることが好ましい。すなわち、前記配位子が、少なくとも二つの吸着基を有する、多座配位子であることが好ましい。多座配位子であれば、無機ナノ粒子により強固に吸着することができ、色域拡大フィルムの耐久性および発光波長の安定性をより向上させる。
本発明に係る配位子は、具体的には、無機ナノ粒子に吸着する吸着基として、下記構造:
(上記構造中、Rは、それぞれ独立して、水素原子または一価の有機基であり、*は、結合点である)、からなる群から選択される少なくとも一種を有することが好ましい。
また、本発明の一形態によると、前記結合点が、互いに単環または縮合環を形成している。また、単環、縮合環には、下記で説明する置換基を有していてもよい。互いに単環または縮合環を形成する際、酸素原子、硫黄原子および窒素原子からなる群から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を介在させてもよい。
また、本発明の一形態によると、前記一価の有機基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または、置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。
アルキル基としては、直鎖状、環状であってもよい。また、アルキル基の炭素数としては1〜24であることが好ましく、分散安定性、凝集抑制性の観点から、分子内に長鎖アルキル基を持つことが好ましい。長鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数3以上であり、より好ましくは6以上であり、さらに好ましくは8以上である。
アルキル基の具体例としては、特に制限されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、2−エチルヘキシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、ヘンエイコシル基、ドコシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、2−ヘキシルデシル基などが好適である。
アリール基の炭素数としては6〜20であることが好ましく、6〜10であることがさらに好ましい。
アリール基の具体例としては、特に制限されないが、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ベンズヒドリル基、トリチル基、ピレニル基などが好適である。
ヘテロアリール基としては、上記アリール基における炭素原子の一部が、ヘテロ原子(酸素原子、窒素原子または硫黄原子)によって置換されたものを言い、例えば、ピリジン基、ピロール基、フラン基、ピラン基、イミダゾール基、ピラゾール基、オキサゾール基、ピリダジン基、ピリミジン基、プリン基、トリアジン、トリアゾールなどが好適である。
本発明の好ましい形態によると、前記配位子が、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアルキルチオ基、置換または無置換のアルコキシカルボニル基、および、置換または無置換のヘテロアリール基からなる群から選択される少なくとも一種の基、または、当該少なくとも一種の基が互いに結合している構造を有する。
アルキル基、アリール基およびヘテロアリール基については、上記述べたとおりである。
アルコキシ基は、「−O−X」との構造を有し、「X」が、上記アルキル基である。
アルキルチオ基は、「−S−X」との構造を有し、「X」が、上記アルキル基である。
アルコキシカルボニル基は、「−COO−X」との構造を有し、「X」が、上記アルキル基である。
ここで、「当該少なくとも一種の基が互いに結合している構造」について例を挙げて説明する。例えば、アルコキシ基と、アルコキシ基とが互いに結合している構造とは、以下:
nは、例えば、1〜24である、
の構造を有する。
また、上記置換基としては、それぞれ独立して、上記で説明した、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、酸アミド基、アルキルチオ基、カルボキシル基、水酸基、アルコキシカルボニル基およびエチレン性不飽和結合基からなる群から選択される少なくとも一種などが挙げられる。
ここで、酸アミド基は、「−NHCO−X」との構造を有し、「X」が、上記アルキル基である。
エチレン性不飽和結合基とは、上記アルキル基の一部が、二重結合および三重結合の少なくとも一つを有する基である。
また、本発明の好ましい形態においては、前記配位子が、前記吸着基を含有する構成単位を少なくとも一つ有するポリマーである。なお、前記吸着基は、主鎖にあっても、側鎖にあってもよい。
以上より、配位子として、以下のようなものが挙げられる。
なお、上記L−48の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−50の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−51の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−54の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−56の化合物は、m=5〜85の構成単位と、n=5〜85の構成単位と、o=5〜85の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n+o=100である。
なお、上記L−57の化合物は、m=5〜85の構成単位と、n=5〜85の構成単位と、o=5〜85の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n+o=100である。
なお、上記L−58の化合物は、m=5〜85の構成単位と、n=5〜85の構成単位と、o=5〜85の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n+o=100である。
なお、上記L−59の化合物は、m=5〜85の構成単位と、n=5〜85の構成単位と、o=5〜85の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n+o=100である。
なお、上記L−68の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−69の化合物は、nが100である。
なお、上記L−74の化合物は、nが100である。
なお、上記L−75の化合物は、nが100である。
なお、上記L−77の化合物は、nが100である。
なお、L−69、74、75、77はホモポリマーなので、質量%は100となる。
なお、上記L−78の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−79の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−80の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−82の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−83の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−84の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
なお、上記L−85の化合物は、m=5〜95の構成単位と、n=5〜95の構成単位とを含む共重合体である。なおm+n=100である。
上記の配位子は、当業者であれば、市販の原料を用いて、過度の試行錯誤なく、合成することができる。以下に、代表化合物としてL−68の合成処方を記載する。
<L−68の合成例>
窒素置換した100mlの3頭コルベンに、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル1.5g、メタクリル酸ドデシル1.95gを量り取り、脱酸素トルエン15mlを加えて溶解した後、AIBN 1.17gを加え、窒素雰囲気下、90℃で7時間撹拌して、重合反応を行った。その後、還流まで昇温してさらに1時間撹拌した。放冷した後、メタノール300mlを激しく撹拌している中へ、前記反応溶液を滴下した。しばらく撹拌した後、オイルアウト成分をデカンテーションにより分離した。
得られたオイル成分をジクロロメタン30mlに溶解して、過酸化水素尿素1.32gを加え、0℃に冷却しながら撹拌した。次に無水トリフルオロ酢酸2.81gを0℃に保ちながらゆっくり滴下した。そのまま2時間撹拌した後、室温まで昇温してさらに24時間反応させた。反応終了後、亜硫酸ナトリウム1.7gを水10mlに溶解した水溶液を加え、40℃で激しく撹拌して過剰の酸化剤をクエンチ処理した。その後、ジクロロメタンを減圧留去してTHFを加え抽出して、炭酸水素ナトリウム水で洗い、pHを中性にした。抽出したTHFを一度減圧留去して、再度THFに溶解して不溶物をろ過除去した。その後、THF溶液を、激しく撹拌しているメタノール中に滴下してしばらく撹拌した。オイルアウト成分をデカンテーションにより分離して、L−68 1.1gを得た。構造はNMRにより確認出来た。
他の配位子も、上記合成例を適宜参照したり、あるいは、従来公知の知見を組み合わせることで合成することができる。
なお、m、n、oは質量%を表す。
該配位子は、単独でもまたは2種以上組み合わせて用いてもよい。
無機ナノ粒子分散液中の無機ナノ粒子の含有量は、1mg/ml〜100mg/mlであることが好ましく、3mg/ml〜40mg/mlであることがより好ましい。
本発明化合物を無機ナノ粒子に表面配位させる際の分散液中の配位子の含有量は、無機ナノ粒子分散液の全体積に対し、10mmol/l〜5000mmol/lであることが望ましい。
[バインダ樹脂]
本発明に係る組成物と、組み合わせて用いることができるバインダ樹脂としては、特に制限されず、水溶性バインダ樹脂でも、疎水性バインダ樹脂でもよく、例えば、ポリエステル、熱可塑性ポリエステルエラストマー(TPEE)、トリアセチルセルロース(TAC)、ジアセチルセルロース(DAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートプチレート、セルロースアセテートプロピオネートブチレート、セルロースベンゾエート、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(例えば、ポリアクリル酸)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリメチルメタクリレート(PMMA)(ポリメタクリル酸)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、脂環式ポリオレフィン、フェノール樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。これらバインダ樹脂は単独でも、または2種以上組み合わせても用いることができる。
これらの中でも、溶解性の観点から、ポリエステル、トリアセチルセルロース(TAC)、ジアセチルセルロース(DAC)、ポリスチレン、セルロースアセテートプロピオネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、脂環式ポリオレフィン、PVA、ポリビニルピロリドンが好ましい。
バインダ樹脂の含有量は、光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)の全質量を基準として、30〜99質量%であることが好ましく、50〜98質量%であることがより好ましい。
[酸化防止剤]
本実施形態の色域拡大フィルムは、酸化防止剤を含むことが好ましい。酸化防止剤を含むことにより、耐久性や発光波長の安定性がより向上する。
本発明における「酸化防止剤」とは、紫外線吸収機能、ラジカル捕捉機能(ラジカルクエンチャー)、または過酸化物分解機能を有する化合物の他に、一重項酸素クエンチャー、2次酸化防止剤を使用することができ、具体的には、以下のような公知の酸化防止剤等が使用できる。
これらの酸化防止剤は、単独でもまたは2種以上混合して用いることができる。
酸化防止剤の含有量は、光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)の全質量を基準として、0.1〜50質量%であることが好ましく、1〜35質量%であることがより好ましい。なお、本実施例では、10〜30質量%であった。
[微粒子]
本実施形態の色域拡大フィルムは、滑り性を良くするために微粒子を含有することが好ましい。
本発明に使用される微粒子としては、無機化合物の例として、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、焼成カオリン、焼成ケイ酸カルシウム、水和ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムおよびリン酸カルシウムを挙げることができる。また、有機化合物の微粒子も好ましく使用することができる。有機化合物の例としては、ポリテトラフルオロエチレン、セルロースアセテート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプピルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチレンカーボネート、アクリルスチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、メラミン系樹脂、ポリオレフィン系粉末、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、またはポリフッ化エチレン系樹脂、澱粉等の有機高分子化合物の粉砕分級物もあげられる。あるいは懸濁重合法で合成した高分子化合物、スプレードライ法もしくは分散法等により球型にした高分子化合物、または無機化合物を用いることができる。
微粒子はケイ素を含むものが、濁度が低くなる点で好ましく、特に二酸化ケイ素が好ましい。
微粒子の一次粒子の平均粒径は5〜400nmが好ましく、10〜300nmがより好ましい。
これらは主に粒径0.05〜0.3μmの二次凝集体として含有されていてもよく、平均粒径100〜400nmの粒子であれば凝集せずに一次粒子として含まれていることも好ましい。
光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)中のこれらの微粒子の含有量は0.01〜1質量%であることが好ましく、0.05〜0.5質量%がより好ましい。なお、本実施例では、0.3質量%であった。
二酸化ケイ素の微粒子は、例えば、アエロジル(登録商標)R972、R972V、R974、R812、200、200V、300、R202、OX50、TT600(以上日本アエロジル株式会社製)の商品名で市販されており、使用することができる。
酸化ジルコニウムの微粒子は、例えば、アエロジル(登録商標)R976およびR811(以上日本アエロジル株式会社製)の商品名で市販されており、使用することができる。
ポリマーの例として、シリコーン樹脂、フッ素樹脂およびアクリル樹脂を挙げることができる。シリコーン樹脂が好ましく、特に三次元の網状構造を有するものが好ましく、例えば、トスパール103、同105、同108、同120、同145、同3120および同240(以上東芝シリコーン株式会社製)の商品名で市販されており、使用することができる。
これらの中でもアエロジル200V、アエロジルR972Vが光学フィルムの濁度を低く保ちながら、摩擦係数を下げる効果が大きいため特に好ましく用いられる。
各種添加剤は光学機能性膜を形成するための主ドープ(ドープ溶液)にバッチ添加してもよいし、添加剤溶解液を別途用意してインライン添加してもよい。特に微粒子はろ過材への負荷を減らすために、一部または全量をインライン添加することが好ましい。
〔他の成分〕
本発明の光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)は、上記効果を損なわない限り、上記の他に、可塑剤、加水分解抑制剤、紫外線吸収剤等、他の成分を含んでいてもよい。
本発明の光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)の厚さは、好ましくは20〜500μm、より好ましくは50〜300μm、さらに好ましくは70〜150μmである。
〔光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)の製造方法〕
本発明の光学機能性膜(例えば、色域拡大フィルム)の製造方法としては、特に制限なく、溶融流涎法や溶液流涎法など公知の手法を用いることができるが、本発明に係る組成物と、必要に応じて他の成分を溶媒中で混合しドープ溶液を調製した後、ドープ溶液をガラス等の支持体上に流延(キャスト)し乾燥することを含む製造方法が好ましい。
各成分の混合に用いることができる上記溶媒(あるいは分散媒)としては、例えば、水、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素等の炭化水素系溶媒;脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル系溶媒;アルコール系溶媒;ケトン系溶媒;エステル系溶媒;極性溶媒等が挙げられる。さらに具体的には、ペンタン、ヘキサン、オクタデセン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ソルベッソ、ターペン、メチレンクロライド、トリクロロエタン等の炭化水素系溶媒;ジブチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)等エーテル系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−ヘキサフルオロ−1−プロパノール、1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メチル−2−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ニトロエタン等の極性溶媒、等が挙げられる。これらの溶媒は単独でも、または2種以上を混合しても用いることができる。なお、実施例5の配位子は水溶性である。
ドープ溶液の調製は、溶媒に各成分を添加し混合する方法で行ってもよいし、各成分の溶液や分散液をそれぞれ用意して、その溶液または分散液を混合する方法で行ってもよい。
流延の方法としては、エアドクターコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、含浸コーター、グラビアコーター、キスロールコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、トランスファーロールコーター、スプレーコーターなどを用いた方法を使用することができる。
乾燥時の条件も、特に制限されず、乾燥後の残留溶媒量は適宜設定することができる。なお、残留溶媒量は、フィルムの残留溶媒量は、下記式で定義される。
残留溶媒量(%)=(フィルムの加熱処理前質量−フィルムの加熱処理後質量)/(フィルムの加熱処理後質量)×100
なお、残留溶媒量を測定する際の加熱処理は、115℃で1時間の加熱処理を意味する。
フィルムの乾燥方法は、熱風、赤外線、加熱ローラー、またはマイクロ波等で乾燥する方法であってよく、簡便であることから熱風で乾燥する方法が好ましい。
[用途]
本発明の光学機能性膜は、上記のように、例えば、ディスプレーバックライトユニット等に好適に用いられる色域拡大フィルム、色調変換フィルタ、カラーフィルタに好適に使用されうる。
以下、具体的な実施例および比較例について説明する。ただし、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。また、下記操作において、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%RHの条件で行う。
(実施例1−1)
(半導体ナノ粒子Aの合成:InP/ZnS半導体ナノ粒子Aの合成)
ミリスチン酸インジウム 1.5mmol、ミリスチン酸 1.5mmol、トリメチルシリルホスフィン 1.5mmol、ドデカンチオール 1.5mmol、およびウンデシレン酸亜鉛1.5mmolを、オクタデセン120mlとともに三口フラスコに入れ、窒素雰囲気下で還流を行いながら300℃で1時間加熱し、InP/ZnS(半導体ナノ粒子A)を含むオクタデセン溶液を得た。次に、真空下で乾燥して、InP/ZnS半導体ナノ粒子Aの粉末を得た。なお、本明細書中において、コアシェル構造を有する半導体ナノ粒子の表記方法として、例えば、コアがInPであり、シェルがZnSである場合には、InP/ZnSと表記する。
得られた半導体ナノ粒子Aを透過型電子顕微鏡により直接観察することで、InPコア部の表面をZnSシェルが覆ったコアシェル構造であることを確認することができた。また、当該観察により、本合成方法で合成したInP/ZnS半導体ナノ粒子Aは、コア部の粒径が2.1〜3.8nm、コア部の粒径分布が6〜40%であった。ここで、当該観察には、日本電子株式会社製の透過型電子顕微鏡JEM−2100を用いた。
なお、InP/ZnS半導体ナノ粒子Aのコアシェル粒径は、3.0〜8.3nmである。
また、上記で得られた半導体ナノ粒子Aを含むオクタデセン溶液を用いて、InP/ZnS半導体ナノ粒子Aの光学特性を測定した。発光ピーク波長が430〜720nmであり、発光半値幅が35〜90nmであることを確認した。発光効率が、最大で70.9%に達した。本発明において、InP/ZnS半導体ナノ粒子Aの発光特性の測定には、JOBIN YVON社製の蛍光分光光度計FluoroMax−4を使用し、InP/ZnS半導体微粒子蛍光体の吸収スペクトル測定には、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計U−4100を用いた。
上記で得られた半導体ナノ粒子Aを、遠心分離法に従い、粒径を調整し分離した。
半導体ナノ粒子Aはミリスチン酸で表面修飾されている。
(半導体ナノ粒子Bの合成:本発明に係る配位子が配位したInP/ZnS半導体ナノ粒子Bの合成))
上記で得られた半導体ナノ粒子Aを、遠心分離法により、緑色発光を呈するナノ粒子成分を分離し、粒径を調整した。
半導体ナノ粒子Bの合成は、事前に遠心分離法により緑色発光粒子成分を分離させた半導体ナノ粒子Aを用いて実施した。
本発明化合物(L−4)のトルエン溶液(濃度:40mM)と半導体ナノ粒子Aのオクタデセン溶液(濃度:5mg/ml)とを1:1の質量比で混合し、グローブボックス中、暗所で一晩攪拌して、その後遠心分離(6000rpm、約1分間)し、上澄みを排液した。メタノールによる洗浄を繰り返し、その後、トルエン(15mL)中に再分散させて、本発明化合物(L−4)で表面修飾されたコアシェル構造のInP/ZnS半導体ナノ粒子の分散液1−1を得た。表面修飾の状態は、FTIR、NMRで測定し、InP/ZnS半導体ナノ粒子の表面が本発明化合物(L−4)によって修飾されていることを確認した。
なお、半導体ナノ粒子Aを遠心分離した半導体ナノ粒子Bのコアシェル粒径は、3.0〜5.0nmであった。
<微粒子分散液の調製>
微粒子(平均一次粒径:16nm)(アエロジル(登録商標)R972V 日本アエロジル株式会社製) 9質量部
エタノール 89質量部
微粒子およびエタノールを上記の割合で、ディゾルバーを用いて50分間攪拌混合した後、マントンゴーリンで分散させて、微粒子分散液を調製した。
<微粒子添加液の調製>
メチレンクロライド 89質量部
微粒子分散液 98質量部(上記微粒子分散液全量)
メチレンクロライドを容器に投入し、上記で調製した微粒子分散液を上記の添加量で、十分攪拌しながらゆっくりと添加した。次いで、微粒子の二次粒子の粒径が所定の大きさとなるようにアトライターにて分散させた後、ファインメット(登録商標)NF(日本精線株式会社製)でろ過して、微粒子添加液を得た。
<ドープ溶液の調製>
メチレンクロライド: 15ml
バインダ樹脂としてセルロースアセテートプロピオネート CAP482
−20(重量平均分子量215000、イーストマンケミカル社製):
3g
半導体ナノ粒子の分散液1−1: 15ml
微粒子添加液: 0.18g
上記メチレンクロライドと半導体ナノ粒子の分散液1−1とを混合した。次いで、バインダ樹脂である上記セルロースアセテートプロピオネート、および上記で調製した微粒子添加液を攪拌しながら投入し、暗所で、攪拌して完全に溶解させ、ドープ溶液を調製した。
<色域拡大フィルム101の作製>
得られたドープ溶液を、ガラスステージ上に流し、このステージに対して所定の間隔を保って相対的に水平に移動可能なブレードコーターを引いて、流延(キャスト)した。このキャストした膜中の溶媒を、残留溶媒量が75質量%になるまで蒸発させ、得られた膜をガラスステージから剥離して乾燥させて、色域拡大フィルム101(以下、単に「膜101」とも称する)を得た。膜101の膜厚は、100μmであった。
(実施例1−2〜1−10:色域拡大フィルム102〜110の作製)
本発明化合物(L−4)を表1に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、色域拡大フィルム102〜110(膜102〜110)を作製した。
(比較例1−1〜1−2(膜111〜112))
本発明化合物(L−4)の代わりに、比較化合物1(トリデカン酸)、比較化合物2を用いたこと以外は、実施例1−1と同様にして、色域拡大フィルム111(膜111)および色域拡大フィルム112(膜112)を作製した。
(実施例1−11:色域拡大フィルム113の作製)
本発明化合物(L−4)を表1に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、色域拡大フィルム113(膜113)を作製した。
(実施例2−1)
メチレンクロライド: 15ml
バインダ樹脂としてセルロースアセテートプロピオネート CAP482
−20(重量平均分子量215,000 イーストマンケミカル社製):
3g
半導体ナノ粒子分散液2−1: 15ml
酸化防止剤(AO−1): 0.3g
微粒子添加液: 0.18g
上記メチレンクロライド、酸化防止剤(AO−1)を溶解し、次いで半導体ナノ粒子分散液2−1を混合した。その後、上記セルロースアセテートプロピオネート、および上記で調製した微粒子添加液を攪拌しながら投入し、暗所で攪拌して完全に溶解させ、ドープ溶液を調製した。
なお、半導体ナノ粒子分散液2−1は、本発明化合物(L−4)を本発明化合物(L−48)に変更した以外は、半導体ナノ粒子分散液1−1の作製と同様にして作製した。
<色域拡大フィルム201の作製>
得られたドープ溶液を、ガラスステージ上に流し、このステージに対して所定の間隔を保って相対的に水平に移動可能なブレードコーターを引いて、流延(キャスト)し膜を得た。このキャストした膜中の溶媒を、残留溶媒量が75質量%になるまで蒸発させ、得られた膜をガラスステージから剥離して乾燥させて色域拡大フィルム201(以下、単に「膜201」とも称するいう)を得た。膜厚は100μmであった。
(実施例2−2〜2−12)
本発明化合物(L−48)、酸化防止剤(AO−1)を、下記表2に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例2−1と同様にして、色域拡大フィルム202〜212(膜202〜212)を作製した。
(比較例2−1〜2−2)
本発明化合物(L−48)、酸化防止剤(AO−1)を、下記表2に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例2−1と同様にして、色域拡大フィルム213〜214を作製した。
(実施例2−13〜2−15)
本発明化合物(L−48)、酸化防止剤(AO−1)を、下記表2に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例2−1と同様にして、色域拡大フィルム215〜217(膜215〜217)を作製した。
(実施例3−1)
メチレンクロライド: 15ml
CAP482−20: 3g
半導体ナノ粒子分散液3−1: 15ml
酸化防止剤(AO−1): 0.3g
酸化防止剤(AO−6): 0.3g
酸化防止剤(AO−11): 0.3g
微粒子添加液: 0.18g
上記メチレンクロライドと酸化防止剤とを混合して溶解し、次いで半導体ナノ粒子分散液3−1を混合した。その後、バインダ樹脂である上記CAP482−20、および上記で調製した微粒子添加液を攪拌しながら投入し、暗所で、攪拌して完全に溶解させ、ドープ溶液を調製した。なお、半導体ナノ粒子分散液3−1は、本発明化合物(L−4)を本発明化合物(L−44)に変更した以外は、半導体ナノ粒子分散液1−1の作製と同様にして作製した。
<色域拡大フィルム301の作製>
得られたドープ溶液を、ガラスステージ上に流し、このステージに対して所定の間隔を保って相対的に水平に移動可能なブレードコーターを引いて、流延(キャスト)した。このキャストしたドープ溶液膜中の溶媒を、残留溶媒量が75質量%になるまで蒸発させ、得られた膜をガラスステージから剥離して乾燥させて色域拡大フィルム301(以下、単に「膜301」ととも称する)を得た。膜厚は100μmであった。
(実施例3−2〜3−12)
本発明化合物(L−44)、バインダ樹脂(CAP482−20)、酸化防止剤(AO−1、AO−6、AO−11)を、下記表3に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例3−1と同様にして、色域拡大フィルム302〜312(膜302〜312)を作製した。
(比較例3−1〜3−2)
本発明化合物(L−44)、バインダ樹脂(CAP482−20)、酸化防止剤(AO−1、AO−6、AO−11)を、下記表3に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例3−1と同様にして、色域拡大フィルム313〜314(膜313〜314)を作製した。
(実施例3−13〜3−15)
本発明化合物(L−44)、バインダ樹脂(CAP482−20)、酸化防止剤(AO−1、AO−6、AO−11)を、下記表3に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例3−1と同様にして、色域拡大フィルム315〜317(膜315〜317)を作製した。
<評価方法>
上記のようにして作製した色域拡大フィルムについて、以下の評価を行った。
(発光効率)
色域拡大フィルムを405nmの青紫光で励起したとき、色温度が7000Kの白色発光のそれぞれの発光効率を測定した。
なお、測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムMCPD−7000を用いた。
また、得られた各発光効率の結果に対し、比較膜(比較1−1、比較2−1、比較3−1)の上記方法で測定した際の発光効率を100とした時の相対発光効率を求め、下記の基準に従って、発光特性としての相対発光効率を評価した。
◎ :相対発光効率が125以上である
○ :相対発光効率が115以上125未満である
○△:相対発光効率が105以上115未満である
△ :相対発光効率が95以上105未満である
△×:相対発光効率が85以上95未満である
× :相対発光効率が85未満である。
(耐久性)
上記で作製した色域拡大フィルムを、85℃、85%RHの環境下で1000時間の加速劣化処理を施した。その後、上記発光特性の評価と同様の方法によりそれぞれの発光効率を測定し、加速劣化処理前の発光効率に対する加速劣化処理後の発光効率の比(加速劣化処理後の発光効率/加速劣化処理前の発光効率)の値を求め、下記の基準に従って、耐久性を評価した。
◎ :比の値が0.95以上である
○ :比の値が0.85以上0.95未満である
△ :比の値が0.75以上0.85未満である
△×:比の値が0.50以上0.75未満である
× :比の値が0.50未満である。
(発光波長安定性)
色域拡大フィルムを405nmの青紫光で励起したときの発光波長ピークを測定した。その後、同じ色域拡大フィルムを、85℃、85%RHの環境下で1000時間の加速劣化処理を施した後、上記発光波長ピークの測定と同様に測定し、加速劣化処理前の発光波長ピークに対する加速劣化処理後の波長ピークのズレ(加速劣化処理後の発光波長ピーク−加速劣化処理前の発光波長ピーク)の値を求め、下記の基準に従って、発光波長ピークの安定性を評価した。
◎ :ズレの値が5nm未満である
○ :ズレの値が5nm以上10nm未満である
△ :ズレの値が10nm以上15nm未満である
× :ズレの値が15nm以上である。
各実施例および比較例の構成および評価結果を、下記表1〜3に示す。
なお、「CAP」と、「CAP482−20」とは、同じものである。
上記表から明らかなように、実施例の色域拡大フィルムは、発光効率、耐熱性、および耐酸化性に優れる。
(実施例4−1)
本発明化合物(L−69)の水溶液(濃度40mM)と、前記半導体ナノ粒子Aを含むオクタデセン溶液(濃度:5mg/ml)とを1:1の質量比で混合し、3時間室温で撹拌した。その後、オクタデセン層を除去して、残った水層にテトラヒドロフランを添加してオイルアウト成分をデカンテーションにより集めた。デカンテーションで集めた前記組成物401(オイル成分)のFT−IRを測定して、L−69と半導体ナノ粒子Aには見られないピークが観測され、半導体ナノ粒子と本発明化合物の相互作用が発現したことが確認された。次に前記オイル成分を水に再分散させて、発光効率を測定した。
なお、測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムMCPD−7000を用いた。
半導体ナノ粒子Aを含むオクタデセン溶液(濃度:5mg/ml)を測定した際の発光効率を100とした時の相対発光効率を求め、下記の基準に従って、発光特性としての相対発光効率を評価した。
◎:相対発光効率が90以上
○:相対発光効率が75以上90未満
△:相対発光効率が60以上75未満
×:相対発光効率が60未満。
(実施例4−2〜4−3)
本発明化合物(L−69)を下記表4に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例4−1と同様にして組成物402〜403を作製して、実施例4−1と同様にしてFT−IR、発光効率の測定を行った。
(比較例4−1〜4−2)
本発明化合物(L−69)の代わりに、比較化合物3、比較化合物4を用いたこと以外は、実施例4−1と同様にして組成物404〜405を作製して、実施例4−1と同様にしてFT−IR、発光効率の測定を行った。
比較化合物3:メルカプトプロピオン酸
比較化合物4:ポリエチレンイミン(和光純薬工業社製 branched, M.W. 1,800)
(実施例5−1)
本発明化合物(L−62)の水溶液(濃度40mM)と、酸化チタン水分散液(X線粒径20nm、石原産業社製STS−21)とを1:1の質量比で混合し、3時間室温で撹拌した。その後、混合液の一部を抜き取り、水を乾燥させて、残った固体のFT−IRを測定して、L−62と酸化チタンには見られないピークが観測され、金属酸化物ナノ粒子と本発明化合物との相互作用が発現したことが確認された。
次に、前記混合液と、PVA(和光純薬工業社製 (CH(OH)CH n=2000)分散水溶液(濃度10wt%)とを1:50の質量比で加えて、45℃で十分撹拌した後、脱泡し、ガラス板上に乾燥後の厚みが70μmになるように流涎し、80℃で乾燥して光学機能性膜501を作製した。
作製した膜の着色を目視で観察して以下の4段階評価をした。
膜の着色(外観)
◎:白色または無色で、着色は認められず
○:淡黄色で、着色はほとんどなし
△:黄色〜黄褐色で、わずかに着色が認められる
×:褐色〜赤褐色で、明瞭に着色が認められる。
(実施例5−2〜5−3)
本発明化合物(L−62)を下記表5に示すような化合物に変更したこと以外は、実施例5−1と同様にして光学機能性膜502〜503を作製した。
(比較例5−1〜5−2)
本発明化合物(L−62)の代わりに比較化合物5を用いた、またはブランクにしたこと以外は、実施例5−1と同様にして光学機能性膜504〜505を作製した。
比較化合物5:トリエチルアミン
上記の結果より、酸化チタン+配位子+PVAの構成で、配位子が酸化チタンと強い相互作用をすることにより(ナノ粒子と配位子の強い相互作用を利用し)、PVAへの悪影響を抑制することができる、ということが示唆される。
なお、本出願は、2015年3月23日に出願された日本国特許出願第2015−059048号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。

Claims (10)

  1. 無機ナノ粒子と;
    前記無機ナノ粒子に吸着する、少なくとも一種の吸着基を有する配位子と
    を含み、
    前記配位子が、非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、
    前記吸着基が、中心原子が硫黄原子であるオキソ酸の残基またはN−オキシド基である化合物を含む、組成物。
  2. 前記吸着基が、下記構造:
    上記構造中、
    Rは、それぞれ独立して、水素原子または一価の有機基であり、
    *は、結合点である、
    からなる群から選択される少なくとも一種を有する、請求項に記載の組成物。
  3. 無機ナノ粒子と;
    前記無機ナノ粒子に吸着する、少なくとも一種の吸着基を有する配位子と
    を含み、
    前記配位子が、非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、
    前記吸着基が、下記構造:
    上記構造中、
    Rは、それぞれ独立して、水素原子または一価の有機基であり、
    *は、結合点である、
    からなる群から選択される少なくとも一種を有する、組成物。
  4. 無機ナノ粒子と;
    前記無機ナノ粒子に吸着する、少なくとも一種の吸着基を有する配位子と
    を含み、
    前記配位子が、非イオン性有機化合物またはオキシド化合物であり、
    前記吸着基が、中心原子が硫黄原子もしくはリン原子であるオキソ酸の残基またはN−オキシド基である化合物を含前記配位子が、前記吸着基を含有する構成単位を少なくとも一つ有するポリマーである、組成物。
  5. 前記吸着基が、下記構造:
    上記構造中、
    Rは、それぞれ独立して、水素原子または一価の有機基であり、
    *は、結合点である、
    からなる群から選択される少なくとも一種を有する、請求項に記載の組成物。
  6. 前記配位子が、少なくとも二つの吸着基を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
  7. 前記一価の有機基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または、置換もしくは無置換のヘテロアリール基である、請求項2、3または5に記載の組成物。
  8. 前記配位子が、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアルキルチオ基、置換または無置換のアルコキシカルボニル基、および、置換または無置換のヘテロアリール基からなる群から選択される少なくとも一種の基、または、当該少なくとも一種の基が互いに結合している構造を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 前記請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物とバインダ樹脂とを含有する光学機能性膜。
  10. 酸化防止剤を含む、請求項に記載の光学機能性膜。
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