JP6845210B2

JP6845210B2 - ルミネセント材料およびそれを用いた表示機能を有する電子デバイス

Info

Publication number: JP6845210B2
Application number: JP2018223018A
Authority: JP
Inventors: 淵仁莊; 思淳游; 耕竹林; 韋▲達▼ 陳; ▲曜▼聰莊; 正雄 ▲温▼
Original assignee: 奇美實業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: CN109913198B; KR20200068530A; CN109913198A; TWI686459B; KR102264799B1; TW201928003A; US20190177612A1; JP2019144529A; US11512246B2

Description

本開示は、ルミネセント材料および表示機能を有する電子デバイスに関する。

量子ドットは、良好な光吸収性およびルミネセンス性質を有する材料の一種である。量子ドットは、狭いＦＷＨＭ（半値全幅）、高いルミネセンス効率およびかなり広い吸収スペクトルを有しうるので、高い色純度および彩度を与えうる。近年、表示装置や表示機能を有する他の電子デバイスに量子ドットが適用されている。しかしながら、量子ドットおよび／またはそれらの応用の様々な観点での改良が続けられている。例えば、特許文献１には、量子ドットの発光効率の悪さを解消するのに適した発光材料が開示されている。これは、量子ドットを多孔質コアに均一に分布させることによって達成される。しかしながら、特許文献１には、高輝度条件下での色度シフトが大きいという問題に対する解決策に関するものではない。そのため、量子ドットを用いた、低色度シフトで高輝度のルミネセント材料の提供が望まれている。

台湾特許出願公開第２０１７４２９１０号明細書

本開示は、ルミネセント材料および表示機能を有する電子デバイスに関する。本開示の実施形態によるルミネセント材料は、低色度シフトで高い輝度を提供する。

いくつかの実施形態では、ルミネセント材料が提供される。ルミネセント材料は、不規則形状の粒子を含む。不規則形状の粒子は、不規則形状のコアと量子ドットとを含む。量子ドットはコア上に分布している。

いくつかの実施形態では、表示機能を有する電子デバイスが提供される。電子デバイスは、実施形態によるルミネセント材料を含む。電子デバイスはテレビ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話、ラップトップ、コンピュータモニター、音楽プレーヤ、ビデオゲームコンソール、カーモニター、スマートウォッチ、またはVRメガネである。

図１は、実施形態に係るルミネセント材料を示す。図２Ａおよび２Ｂは、実施形態に係るルミネセント材料のＳＥＭ写真である。図３Ａは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｂは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｃは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｄは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｅは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｆは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｇは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｈは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｉは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。図３Ｊは、実施形態に係るルミネセント材料を用いた電子デバイスを示す。

以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示された実施形態および実施態様の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が述べられている。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくても１つまたは複数の実施形態または実施態様を実施できることが明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために周知の構造およびデバイスが概略的に示されている。

本開示は、添付の図面を参照して以下により完全に説明される。実施形態の例示および添付の図面は、限定目的ではなく例示目的で提供されていることを理解されたい。例えば、明確にするために、図中の構成要素の相対的なサイズおよび構成は、現実に沿って描かれていないことがある。当技術分野で知られている代替物を使用すること、またはいくつかの要素もしくは構造を追加または削除することなど、本開示の範囲を逸脱することなく、材料およびそれらの比率、要素、および／またはデバイスの選択を修正することも可能である。さらに、一つの実施形態または実施態様の要素および特徴は、さらに詳述することなく別の実施形態または実施態様に有益に組み込まれ得ることが企図される。

図１は実施形態によるルミネセント材料を示す。ルミネセント材料は、不規則形状の粒子１００を含む。粒子１００は、不規則形状のコア１１０と量子ドット１２０とを含む。量子ドット１２０はコア１１０の表面上に分布する。いくつかの実施形態では、図１に示すように、各粒子１００はさらに封止層１３０を含む。封止層１３０はコア１１０を封止する。このような実施形態では、コア１１０の表面に分布する量子ドット１２０は、コア１１０と封止層１３０との間に配置されている。粒子１００、コア１１０、量子ドット１２０、および封止層１３０についての説明は、以下の文脈で提供される。

本明細書では、不規則形状の粒子（不規則粒子とも呼ばれる）について、長軸Ｄ１０は、粒子の重心を通り、粒子輪郭面Ｓ１０の両端を結ぶ最長の線分として定義され、短軸Ｄ２０は、粒子の重心を通り、粒子輪郭面Ｓ１０の両端を結ぶ最短の線分として定義され、平均粒径は、粒子の重心を通り、粒子輪郭面Ｓ１０の両端を結ぶ２度間隔の線分の平均値である。三次元構造の測定が困難であるため、上で定義された長軸、短軸、および平均粒径は、二次元平面上での測定に基づいており、前記重心は、二次元平面上で測定された幾何学的中心である。例えば、観察に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができ、画面上または写真中に示される長軸、短軸および平均粒径を分析することができる。したがって、長軸と短軸との比の具体的な範囲、および複数の粒子１００などの不規則な粒子の平均粒径の具体的な範囲は、このような定義の下で決定することができる。

具体的には、いくつかの実施形態では、不規則粒子の長軸と短軸の比は粒子１００に似ており、複数の前記粒子の比の平均値は１．３０〜２０．００であり、例えば、１．４０〜１８．００、１．５０〜１５．００、２．００〜１２．００、および２．５０〜１０．００である。いくつかの実施形態では、不規則粒子の長軸と短軸の前記比の標準偏差は、０．１０〜９．００、例えば、０．１５〜８．００、および０．２０〜７．００であり得る。いくつかの実施形態では、不規則粒子の長軸と短軸の前記比の差（最大と最小の間）は、０．２０〜３０．００、例えば１．５０〜２８．００、および３．００〜２５．００であり得る。

例えば、図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態によるルミネセント材料のＳＥＭ写真を示し、図２Ａでは、不規則形状の特定の粒子が示されており、図２Ｂでは、さらにその重心（三角印）、長軸（Ｄ１０線分）、短軸（Ｄ２０線分）が指定されている。図２Ｂにおいて、重心が三角印で示される不規則粒子は、約７９０．５ｎｍの長軸Ｄ１０、約１２１．６ｎｍの短軸Ｄ２０、および約６．５０の長軸と短軸の比を有する。サイズのこれらの値はすべて上記の範囲内にある。いくつかの実施形態では、不規則粒子の平均粒径は１４４．６ｎｍから４００．０ｎｍであり、２０個を超える粒子の平均粒径から計算される平均粒径は約２６３ｎｍであり得る。

本開示では、不規則形状の粒子が使用される。前記不規則形状は、二次元平面上に非周期的な輪郭を有する粒子形状を意味し、これは、輪郭が各幾何学形状を容易に認識することができる当該技術分野において一般に知られるいかなる幾何学形状を繰り返すことによって構成されないことを意味する。前記幾何学的形状は、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、三角形、台形などを含むが、これらに限定されない。前記不規則形状としては、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、三角形、台形などからなる群から選択される１つ以上の要素によって構成されていない二次元平面上の輪郭が好ましい。

コア１１０の材料はポリマーとすることができ、好適なポリマーとしては、有機ポリマー、無機ポリマー、水溶性ポリマー、有機溶媒溶性ポリマー、バイオポリマー、および合成ポリマーが挙げられ、限定されないが、例としては、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアクリルアミド、ポリオレフィン、ポリアセチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリ（ビニリデンフルオリド）、ポリ（ビニルクロリド）、エチレンビニルアセテート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、および／またはセルロースポリマーが挙げられる。コア１１０の材料は、ポリマー以外の無機媒体であってもよく、限定されないが、例としては、シリカゲル、ベントナイト、ガラス、石英、カオリン、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム、および酸化亜鉛が挙げられる。いくつかの実施形態では、コア１１０にはヒュームドシリカが好ましい。ヒュームドシリカは複数の一次粒子の凝集体であってもよく、ここで、図１に示すように各凝集体の一次粒子は実質的に組み合わされており、分離することはできない。コア１１０は、不規則形状のコアであり得る。前記不規則形状は、二次元平面上に非周期的な輪郭を有するコア形状を意味し、これは、輪郭が各幾何学形状を容易に認識することができる当該技術分野において一般的に知られるいかなる繰り返し幾何学形状によっても構成されないことを意味する。前記幾何学的形状は、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、三角形、台形などを含むが、これらに限定されない。前記不規則形状としては、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、三角形、台形などからなる群から選択される１つ以上の要素によって構成されていない二次元平面上の輪郭が好ましい。

いくつかの実施形態では、不規則形状のコア１１０の長軸と短軸の比は、１．３０から２０．００、例えば１．４０から１８．００、および１．５０から１５．００であってもよい。ここで、不規則形状のコア１１０について、長軸はコア１１０の重心を通りコア１１０の輪郭面の両端を結ぶ最長の線分として定義され、短軸はコア１１０の重心を通り、コア１１０の輪郭面の両端を結ぶ最短の線分として定義される。

いくつかの実施形態では、コア１１０は疎水性でありうる。例えば、コア１１０は、炭素数３〜２０のアルキル基（Ｃ３−Ｃ２０アルキル基）、炭素数３〜１８のアルキル基（Ｃ３−Ｃ１８アルキル基）、または炭素数３〜１６のアルキル基（Ｃ３−Ｃ１６アルキル基）を有しうる。上記疎水性はこのようなアルキル基から提供される。いくつかの実施形態では、アルキル基は、親水性シラノール基を有する凝集体の表面を有機シランを用いて変性（表面処理）することにより凝集体の表面上にグラフトされ、コア１１０を形成する。かかる実施形態では、コア１１０は表面に、化学式１に示す末端官能基を有する：
式中、Ｒ¹は−ＯＣＨ₃であり、Ｒ²は−ＯＣＨ₃であり、Ｒ³は、Ｃ３−Ｃ２０アルキル基、例えば、Ｃ３−Ｃ１８アルキル基またはＣ３−Ｃ１６アルキル基である。それに対応して、変性のための有機シランは、Ｃ３−Ｃ２０アルキル基を有する有機シラン、例えば、Ｃ３−Ｃ１８アルキル基を有する有機シランおよびＣ３−Ｃ１６アルキル基を有する有機シランでありうる。例えば、プロピルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシランなどを使用しうる。

いくつかの実施形態によれば、２５℃〜８００℃の熱重量分析計（ＴＧＡ）を用いた測定によって、コア１１０の総残留重量は、９４％〜１００％、例えば９５％〜１００％、および９６〜１００％であり得る。コア１１０の２５℃〜８００℃のＴＧＡによる総残留重量が上述の範囲であると、コア１１０の不純物が少なく、機械的強度が高く、耐熱性に優れるため、ルミネセント材料全体の信頼性を向上させることができる。

不規則コア１１０は、量子ドット１２０が互いに近すぎるという条件に起因し得る、ルミネセンス性質の損失を防ぐために、量子ドット１２０間に適切な距離を提供することができる。特に、量子ドット１２０の吸着量が多い条件であっても、量子ドット１２０同士を適当な距離で離間させることができ、これにより、ルミネセンス性質の損失、輝度の低下、色度の大幅なシフトなどの量子ドット１２０同士の不十分な距離から生じる問題を防ぐことができる。いくつかの実施形態では、コア１１０の比表面積は１００ｍ²／ｇ〜１０００ｍ²／ｇであり得る。

量子ドット１２０は、シリコンベースのナノ結晶、第１２〜１６族の半導体ナノ結晶、第１３〜１５族の半導体ナノ結晶、第１４〜１６族の半導体ナノ結晶、ペロブスカイト型ナノ結晶などであり得る。第１２〜１６族半導体ナノ結晶の場合、第１２族元素はＺｎ、Ｃｄ、および／またはＨｇであり得、第１６族元素はＯ、Ｓ、Ｓｅ、および／またはＴｅであり得、第１２〜１６族化合物としては、限定されないが、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、および／またはＨｇＺｎＳＴｅでありうる。１３〜１５族半導体ナノ結晶の場合、１３族元素はＡｌ、Ｇａ、および／またはＩｎであり得、１５族元素はＮ、Ｐ、および／またはＡｓであり得、第１３〜１５族化合物としては、限定されないが、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＰＡｓ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＣｕＳｅ、および／またはＩｎＡｌＰＡｓでありうる。第１４〜１６族半導体ナノ結晶では、第１４族元素はＳｎおよび／またはＰｂであり、第１６族元素はＳ、Ｓｅ、および／またはＴｅであり得、第１４〜１６族化合物としては、限定されないが、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅ、ＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、および／またはＳｎＰｂＳＴｅでありうる。ペロブスカイト型ナノ結晶の場合、有機金属ハロゲン化物ＲＮＨ₃ＰｂＸ₃または純粋な無機ペロブスカイトＣｓＰｂＸ₃を使用することができ、ここでＲはＣ_nＨ_2n+1、ｎは１〜１０、ＸはＣｌ、Ｂｒ、および／またはＩであり得、ペロブスカイト化合物としては、限定されないが、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩ₃、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＣｌ₃、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＢｒ₃、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩ₂Ｃｌ、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩＣｌ₂、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩ₂Ｂｒ、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩＢｒ₂、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩＣｌＢｒ、ＣｓＰｂＩ₃、ＣｓＰｂＣｌ₃、ＣｓＰｂＢｒ₃、ＣｓＰｂＩ₂Ｃｌ、ＣｓＰｂＩＣｌ₂、ＣｓＰｂＩ₂Ｂｒ、ＣｓＰｂＩＢｒ₂、および／またはＣｓＰｂＩＣｌＢｒでありうる。

いくつかの実施形態によれば、量子ドット１２０は、二元コア、三元コア、四元コアなどの構造を有することができる。いくつかの実施形態によれば、量子ドット１２０は、コア／シェルまたはコア／マルチシェルの構造を有してもよい。いくつかの実施形態では、量子ドット１２０はドープすることができ、または分類することができる。いくつかの実施形態において、ＣｄＳｅコア／ＺｎＳシェル構造を有するナノ粒子が好ましい。

いくつかの実施形態によれば、量子ドット１２０の表面上の無機原子は、量子ドット１２０の凝集を抑制し、周囲の電子および化学的環境から量子ドット１２０を適度に隔離するように、封止剤を使用して表面変性されてもよい。封止剤は有機基であり、ルイス塩基化合物を含むかまたは実質的にルイス塩基化合物からなることができる。封止剤は、単官能または多官能配位子を含む。例えば、封止剤は、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィンなどのホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィンオキシドなどのホスフィンオキシド、アルキルホスホン酸、セチルアミン、オクチルアミンなどのアルキルアミン、アリールアミン、ピリジン、長鎖脂肪酸、および／またはチオフェンなどであり得るが、これらに限定されない。

量子ドットの平均直径の変化は発光波長の対応する変化をもたらす。したがって、量子ドットから発せられる光のピーク波長は、量子ドットの材料およびサイズにより制御しうる。いくつかの実施形態では、例えば、量子ドット１２０の平均直径は、１ｎｍ〜１５ｎｍ、または１ｎｍ〜１０ｎｍなどの１ｎｍ〜２５ｎｍである。量子ドット１２０は、赤色光を発する赤色量子ドット、緑色光を発する緑色量子ドット、青色光を発する青色量子ドットを含みうる。いくつかの実施形態では、赤色量子ドットは、４ｎｍ〜１５ｎｍ、５ｎｍ〜１０ｎｍ、または３ｎｍ〜２５ｎｍの平均直径を有しうる。緑色量子ドットは、３ｎｍ〜１５ｎｍ、４ｎｍ〜９ｎｍ、または２ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有しうる。青色量子ドットは、２ｎｍ〜１０ｎｍ、２ｎｍ〜８ｎｍ、または１ｎｍ〜１５ｎｍの平均直径を有しうる。

いくつかの実施形態では、量子ドット１２０をフォトルミネセンス（ＰＬ）により評価したとき、３５０ｎｍ以上かつ量子ドット１２０から発せられる光の波長未満の波長の光（例えば、３９０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光）を量子ドット１２０に照射した場合、量子ドット１２０は、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍのピーク波長および１５ｎｍ〜６０ｎｍ、または２０ｎｍ〜６０ｎｍのＦＷＨＭを有する光を発する。いくつかの実施形態では、赤色量子ドットは、６００ｎｍ〜７００ｎｍ、６０５ｎｍ〜６８０ｎｍ、または６１０ｎｍ〜６６０ｎｍのピーク波長を有する、かつ１５ｎｍ〜６０ｎｍ、または２０ｎｍ〜６０ｎｍのＦＷＨＭを有する、光を発する。緑色量子ドットは、５００ｎｍ〜６００ｎｍ、５１０ｎｍ〜５６０ｎｍ、または５２０ｎｍ〜５５０ｎｍのピーク波長を有する、かつ１５ｎｍ〜６０ｎｍ、または２０ｎｍ〜６０ｎｍのＦＷＨＭを有する、光を発する。青色量子ドットは、４００ｎｍ〜５００ｎｍ、４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ、または４４０ｎｍ〜４６０ｎｍのピーク波長を有する、かつ１５ｎｍ〜６０ｎｍ、または２０ｎｍ〜６０ｎｍの半値全幅を有する、光を発する。ＰＬ分析は、ＨＯＲＩＢＡ社製の定常状態蛍光分光計ＦｌｕｏｒｏＭａｘ−３を用いて行うことができるが、それらに限定されない。

いくつかの実施形態によれば、コア１１０の１００重量部に対して、量子ドット１２０は０．２重量部から５０重量部であり得る。この範囲では、色度を大きくシフトさせることなく、量子ドット１２０の量の増加に対応して前記ルミネセント材料の輝度を安定的に増加させることができる。

封止層１３０の材料は、ポリマーであればよく、適切なポリマーは、有機ポリマー、無機ポリマー、水溶性ポリマー、有機溶媒溶性ポリマー、バイオポリマー、および合成ポリマー、例えば、限定されないが、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアクリルアミド、ポリオレフィン、ポリアセチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリ（ビニリデンフルオリド）、ポリ（ビニルクロリド）、エチレンビニルアセテート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、およびセルロースポリマーであり得る。封止層１３０の材料は、ポリマー以外の無機媒体、例えば、限定されないが、シリカゲル、ベントナイト、ガラス、石英、カオリン、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム、および／または酸化亜鉛でありうる。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素が好ましく、例えば、限定されないが、ポリシロキサン、ガラス、および／またはＳｉＯ₂である。前記ポリシロキサンは、Ｒ^a _nＳｉ（ＯＲ^b）_4-nのシロキサン化合物の加水分解縮合反応により得られ、ここで、Ｒ^aは、炭素数６〜１５のアリール基であり、Ｒ^bは、炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは０〜３である。例えば、Ｒ^aは、フェニル基、トリル基、ｐ−ヒドロキシフェニル基、１−（ｐ−ヒドロキシフェニル）エチル基、２−（ｐ−ヒドロキシフェニル）エチル基、４−ヒドロキシル−５−（ｐ−ヒドロキシフェニルカルボニルオキシ）ペンチル基、またはナフチル基であるが、それらに限定されるものではなく、Ｒ^bは、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、またはｎ−ブチル基であるが、それらに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からの加水分解縮合反応で得られたポリシロキサンが好ましい。

いくつかの実施形態では、封止層１３０が量子ドット１２０を完全にカプセル化できる限り封止層１３０の厚さが許容される。例えば、封止層１３０は、０．１ｎｍ〜２５ｎｍまたは０．５ｎｍ〜２５ｎｍの厚さを有しうる。以上の範囲内の厚さを有する封止層１３０は、量子ドット１２０に十分な保護を提供しつつ、量子ドット１２０は粒子の表面からの距離が離れすぎる条件による不十分なルミネセンスの減少を回避可能である。いくつかの実施形態では、粒子１００のような上記のような粒子の場合、粒子の炭素含有量は、粒子の全重量の１００重量％に対して０．５０重量％〜１１．００重量％である。

いくつかの実施形態のルミネセント材料では、量子ドット１２０は、光学透明媒体（コア１１０、封止層１３０）に組み込まれる。したがって、量子ドット１２０は、光源と光学的に接続しうる。このように、量子ドット１２０は、光源から発せられた一次光により励起されて二次光を発する。使用できる光源には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー光源、アーク灯、黒体光源など含まれるが、それらに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、デバイス全体から発せられる光の所要の光度および波長は、二次光のみにより達成しうる。いくつかの実施形態では、デバイス全体から発せられる光の所要の光度および波長は、一次光と二次光との適正な色混合により達成しうる。いくつかの実施形態では、光学透明媒体のサイズ、形状、および組成、ならびに光学透明媒体中の各種量子ドットのサイズおよび量を制御することにより、その後の光混合の後、ルミネセント材料は特定の所要の色および光度の光を生成しうる。いくつかの実施形態によると、ルミネセント材料は１つまたはそれ以上の色の量子ドットを含み得る。

いくつかの実施形態のルミネセント材料では、量子ドット１２０が不規則形状のコア１１０上に分布しているので、ルミネセント材料の輝度は、非常に高い輝度であっても、高輝度でさえも、色度の大幅なシフトなく、高いレベルに調整することができる。より具体的には、一般的な球状コアと比較して、不規則コア１１０はより高い比表面積を有する。このように、量子ドット１２０の吸着量が増加した状態でも、量子ドット１２０の高分散を維持することができ、量子ドット１２０同士を適切な距離だけ離間させることができるため、これにより、光の自己吸収の増大、輝度の低下、および色度の大幅なシフトなど、量子ドット１２０間の距離が不十分であることによる問題を防止することができる。

いくつかの実施形態によれば、ルミネセント材料は、ＬＥＤのためのカプセル材料中に適用しうる。使用できるカプセル材料は、エポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、アクリレート樹脂、ガラスなどでありうるが、それらに限定されるものではない。この類のＬＥＤは、バックライトユニットもしくは他の発光デバイスの発光素子、または、ＱＬＥＤ表示デバイスのアレイのピクセルに適用しうる。いくつかの実施形態によると、上記ルミネセント材料は光学フィルム、光学シート、透明管、光学部品、バックライトユニット、色変換材料、光学材料、インク、標識剤などに適用しうる。

いくつかの実施形態によれば、ルミネセント材料は、表示機能を有する電子デバイスのような電子デバイスにさらに適用できる。言い換えると、前記電子デバイスは実施形態のルミネセント材料を含む。表示機能を有する電子デバイスは、図３Ａに示されるようなテレビ３０１、図３Ｂに示されるようなデジタルカメラ３０２、図３Ｃに示されるようなデジタルビデオカメラ３０３、図３Ｄに示されるようなデジタルフォトフレーム３０４、図３Ｅに示されるようなモバイルフォン３０５、図３Ｆに示されるようなラップトップ３０６、図３Ｇに示されるようなコンピューターモニター３０７、図３Ｈに示されるようなミュージックプレーヤー３０８、図３Ｉに示されるようなビデオゲームコンソール３０９、図３Ｊに示されるような自動車モニター３１０、およびスマートウォッチまたはＶＲメガネのようなウェアラブルデバイスなどでありうる。

実施形態によるルミネセント材料をさらに理解するために、特定の実施形態および比較実施形態を以下の文脈で提供する。

［量子ドット溶液の調製］
［量子ドット溶液（１）］
２６０ｍｇの酸化カドミウム（ＣｄＯ）、７０２０ｍｇの酢酸亜鉛（ＺｎＡｃ）、および４５ｍｇのオレイン酸を三口フラスコに添加し、さらに、１４０ｍｌのオクタデセン（ＯＤＥ）を三口フラスコに添加した。１２０℃の温度の真空環境で溶液を混合して反応を行った。次いで、窒素ガスを三口フラスコに充填し、温度を２５０℃に上昇させた。次いで、２０ｍｌの０．０２５ｍｏｌのトリオクチルホスフィンセレニド（ＴＯＰＳｅ）および１０８０ｍｇの硫黄（Ｓ）を溶液に注入し、溶液を２５０℃に加熱した。撹拌後、黄緑色懸濁液が形成された。懸濁液を冷却し、３００ｍｌのエタノールを用いて懸濁液の沈殿を行った。次いで、遠心分離した沈殿物は緑色量子ドットであり、これは、５３０ｎｍのピーク波長および４０ｎｍのＦＷＨＭを有する光を発することが可能である。緑色量子ドットから溶媒を除いた。次いで、緑色量子ドットをｎ−ヘキサンと混合し、１重量％の緑色量子ドットを有する緑色量子ドット溶液を形成した。これが量子ドット溶液（１）であった。

［コア溶液の作製］
［コア溶液（１）］
まず、１ｇのヒュームドシリカ（商品名：ＳＩＳ６９６０．０、Ｇｅｌｅｓｔ製）を４０ｇのジメチルスルホキシド中に分散し、変性剤として０．２ｇのヘキサデシルトリメトキシシランを添加した。混合物を窒素ガスの環境下で溶液を８５℃に加熱し、そして７２時間撹拌して反応させた。次いで、遠心分離およびエタノールでの３回洗浄後、真空乾燥により溶液の溶媒を除去し、不規則な疎水性ヒュームドシリカを得て、コア（１）として用いた。コア（１）はＣ１６アルキル基を有する不規則コアであった。２５℃〜８００℃のＴＧＡ測定で、コア（１）の総残留重量は、９７．７％であった。コア（１）をｎ−ヘキサンと混合し、５重量％のコアを有するコア溶液を形成した。これがコア溶液（１）であった。

［コア溶液（２）］
まず、１ｇのヒュームドシリカ（商品名：ＳＩＳ６９６０．０、Ｇｅｌｅｓｔ製）を４０ｇのジメチルスルホキシド中に分散し、変性剤として０．２ｇのプロピルトリメトキシシランを添加した。混合物を窒素ガスの環境下で８５℃に加熱し、そして７２時間撹拌して反応させた。遠心分離およびエタノールでの３回洗浄後、真空乾燥により溶媒を除去し、不規則な疎水性ヒュームドシリカを得て、コア（２）として用いた。コア（２）はＣ３アルキル基を有する不規則コアであった。コア（２）をｎ−ヘキサンと混合し、５重量％のコアを有するコア溶液を形成した。これがコア溶液（２）であった。

［コア溶液（３）］
平均粒径０．１５μｍを有し、表面に実質的に孔の開いていない球状の疎水性ＳｉＯ₂をコア（３）として用いた。コア（３）は、小型の規則的な球形の非多孔質コアであった。２５℃から８００℃のＴＧＡ測定により、コア（３）の総残留重量は９３．０％であった。コア（３）をｎ−ヘキサンと混合して、５重量％のコアを有するコア溶液を形成した。これがコア溶液（３）であった。

［コア溶液（４）］
平均粒径４０μｍを有し、多孔質の球状の疎水性ＳｉＯ₂をコア（４）として用いた。コア（４）は、大型の規則的な球形の多孔質コアであった。コア（４）をｎ−ヘキサンと混合して、５重量％のコアを有するコア溶液を形成した。これがコア溶液（４）であった。

［実施態様および比較実施態様の準備］
［実施態様１］
まず、０．０５ｇの量子ドット溶液（１）を５ｇのコア溶液（１）と混合し、混合物を１０分間放置した。次いで、１０，０００ｒｐｍで遠心分離を実施し、量子ドットが装着されたコアを得た。量子ドットの吸着量を表１に示す。次いで、量子ドットが装着されたコアを２５０ｇのエタノール中に添加し、均一に分散させた。次いで、０．５ｇのＴＥＯＳおよび２．５ｇの２９重量％のアンモニア水（ＮＨ₄ＯＨ）を添加し、混合物を室温で４時間撹拌した。そのとき、混合物はｐＨ１０とｐＨ１１との間であった。１０，０００ｒｐｍで遠心分離を行った後、エタノールで３回洗浄し、不規則形状のミクロサイズの粒子を得た。

［実施態様２〜７および比較実施態様１〜１３］
実施形態は実施態様１と同様であるが、各実施態様または比較実施態様について、量子ドット溶液（１）をコア溶液（１）〜（４）のうちの１つと表１に記載の比率に基づいて混合するか、またはどのコア溶液とも混合しなかった。

［寸法特性の測定と解析］
実施態様５の不規則粒子をエタノールで分散した。次に、ＳＥＭを使用して分散粒子を観察し、ソフトウェアｉｍａｇｅ−ｐｒｏＰｌｕｓ６．０を使用して特定の粒子を選択し、粒子サイズなどの寸法特性を計算した。表２は、これらの粒子のうちの２１個の寸法分析の結果を示す。このルミネセント材料の粒子は、長軸と短軸の比率が１．７８から１４．６６であり、長軸の平均値が約５０３．６ｎｍであり、短軸の平均値が約１０７．６ｎｍであり、（長軸および短軸の）前記比率の平均値は約６．１２であり、前記比率の標準偏差は約３．７２であり、前記比率の差（最大値と最小値との間）は約１２．８８であり、平均粒径の平均値（すなわち、図１に関して段落に記載されている平均サイズ）は、約２６３．３ｎｍである。

比較実施態様６〜１３の球状コアを有する粒子をエタノールで分散した。次に、ＳＥＭを使用して分散粒子を観察し、ソフトウェアｉｍａｇｅ−ｐｒｏＰｌｕｓ６．０を使用して特定の粒子を選択し、粒子サイズなどの寸法特性を計算した。球状コアを有するこれらの種類の粒子について、長軸と短軸の比率は１．０５〜１．２９であった。例えば、球状コアを有する比較実施態様８の粒子に関して、表３は、これらの粒子のうちの２１個の寸法分析の結果を示す。球状コアを有するこの種の粒子では、長軸と短軸の比率は１．１０から１．２９であり、前記比率（長軸と短軸の）の平均値は約１．１７であり、前記比率の標準偏差は０．０５であり、前記比率の（最大と最小の）差は約０．１９である。

［光学特性の測定と解析］
［試料の調製と測定］
実施態様及び比較実施態様の試料に波長４５５ｎｍの光を照射し、青色フィルターを有するトプコン社製分光放射計ＳＲ−３Ａを用いて輝度及びＮＴＳＣ色度座標を測定した。

[炭素含有量の分析]
実施態様１〜７の不規則粒子の炭素含有量を、ＥＬＴＲＡＧｍｂＨ製の炭素／硫黄分析計ＣＳ−８００を使用して分析した。

[結果分析]
表４は実施態様及び比較実施態様の試料の輝度および色度座標を示す。これらの試料が発する緑色の光の場合、ｘ座標のシフトはｙ座標のシフトよりも人間の目に大きな影響を与える。比較実施態様６〜９および比較実施態様１０〜１３は、不規則ではないコアを用いる条件において、量子ドットの吸着量を多くして輝度を上げると、ＮＴＳＣ色域のｘ座標が０．０２から０．０３まで大きくシフトすることを示している。これに対し、実施態様１〜７の結果は、量子ドットの吸着量を５０重量％まで増加させても、ＮＴＳＣ色域のｘ座標のシフトは０．００４６程度であり、コア（３）とコア（４）を用いた比較実施態様６〜１３のシフトよりも、非常に小さいことがわかる。同時に、輝度は７６．７を達成することができる。単に輝度を上げるという用途に加えて、実施態様１〜７は、本開示の実施形態によるルミネセント材料では、量子ドットの吸着量を調整することによって、明らかな色の変化なしに所望の輝度が得られることを示している（吸着量が増加すると輝度が増加する）。コア（２）が異なる修飾子によって修飾されている実施態様３のように、異なるコアが使用される条件であっても、輝度および色度座標に大きな影響はない。また、比較実施態様１〜５は、コアを用いない場合、同じ量の量子ドットを設けても輝度が悪化することを示している。

当業者には明らかなように、開示した実施形態および実施態様に対して様々な修正および変更を加えることができる。明細書および実施例は例示としてのみ考慮されることを意図しており、開示の真の範囲は次の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示される。

１００粒子
１１０コア
１２０量子ドット
１３０封止層

Claims

ルミネセント材料であって、
不規則形状の粒子を含み、
前記不規則形状の粒子は不規則形状のコアと前記コア上に分布する量子ドットとを含み、
前記不規則形状の粒子の長軸と短軸との比の平均値が２．５０〜１０．００であり、
前記不規則形状の粒子の平均粒径が１４４．６ｎｍから４００．０ｎｍである、前記ルミネセント材料。
前記粒子がさらに前記コアを封止する封止層を含み、
前記コア上に分布する前記量子ドットが前記コアと前記封止層との間に配置されており、
前記封止層の厚さは０．５ｎｍ〜２５ｎｍである、請求項１に記載のルミネセント材料。
表示機能を有する電子デバイスであって、
請求項１または２に記載のルミネセント材料を含み、
前記電子デバイスが、テレビ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、モバイルフォン、ラップトップ、コンピューターモニター、ミュージックプレーヤー、ビデオゲームコンソール、自動車モニター、スマートウォッチ、またはＶＲメガネである、前記電子デバイス。