JP7277146B2 - カドミウムフリー系量子ドット、その製造方法、これを含む組成物と複合体、及び表示素子 - Google Patents

カドミウムフリー系量子ドット、その製造方法、これを含む組成物と複合体、及び表示素子 Download PDF

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Description

本発明は、カドミウムフリー系量子ドット、その製造方法、これを含む組成物と量子ドット-ポリマー複合体、及び表示素子に関する。
量子ドット(quantum dot)(即ち、ナノサイズの半導体ナノ結晶)は、バルク材料とは異なり、ナノ結晶の大きさ及び組成を調節することによって異なるエネルギーバンドギャップを示す。量子ドットは、電界発光及び光発光物性を示す。化学的湿式法では、結晶成長時に分散剤などの有機物質が半導体ナノ結晶表面に配位して制御された大きさを有し発光特性を示す量子ドットが提供される。量子ドットの発光物性は、多様な分野で応用可能である。環境的観点で向上した発光物性を具現するカドミウムフリー系量子ドットの開発が好ましい。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、向上した発光物性及び向上した安定性を示すカドミウムフリー系量子ドット、その製造方法、これを含む組成物と量子ドット-ポリマー複合体、及び表示素子を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるカドミウムフリー系量子ドットは、インジウム(In)及びリン(P)を含む半導体ナノ結晶コア(core)、前記半導体ナノ結晶コア上に配置されて亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェル(first semiconductor nanocrystal shell)、並びに前記第1半導体ナノ結晶シェル上に配置されて亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェル(second semiconductor nanocrystal shell)を有し、カドミウムを含まないカドミウムフリー系量子ドット(cadmium free quantum dot)であって、前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合には、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.06以上0.3以下であり、前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合には、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比は、0.027以上0.1以下であり、前記カドミウムフリー系量子ドットは、量子効率(Quantum Yield)が80%超である。
前記カドミウムフリー系量子ドットは、UV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長(first absorption peak wavelength)の強度(1st OD)に対する450nmの強度(450nm OD)の比が1.1以上であり得る。
前記半導体ナノ結晶コアは、亜鉛(Zn)を更に含み得る。
前記第1半導体ナノ結晶シェルは、硫黄(S)を含まなくてもよい
前記第1半導体ナノ結晶シェルは、前記半導体ナノ結晶コアの直上に配置され得る。
前記第1半導体ナノ結晶シェルは、厚さが3モノレイヤー以上10モノレイヤー以下であり得る。
前記第2半導体ナノ結晶シェルは、前記カドミウムフリー系量子ドットの最外郭層であり得る。
前記第2半導体ナノ結晶シェルは、前記第1半導体ナノ結晶シェルの直上に配置され得る。
前記カドミウムフリー系量子ドットのUV-Vis吸収スペクトルにおける第1吸収ピーク波長の強度(1st OD)に対する450nmの強度(450nm OD)の比は、1.5以上であり得る。
前記カドミウムフリー系量子ドット1グラム当たりの青色吸収率は、1以上であり得る。
前記カドミウムフリー系量子ドットは、量子効率が85%以上、88%以上、又は90%以上であり得る。
前記カドミウムフリー系量子ドットは、半値幅が45nm以下又は40nm以下であり得る
前記カドミウムフリー系量子ドットの前記第1吸収ピーク波長は、450nm超及び前記カドミウムフリー系量子ドットの光発光ピーク波長未満の範囲内に存在し得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による上述したカドミウムフリー系量子ドットの製造方法は、亜鉛を含む第1シェル前駆体、有機リガンド、及び有機溶媒を含む第1混合物を得る段階と、前記第1混合物を選択により加熱する段階と、選択により加熱された前記第1混合物に、インジウム及びリンを含む半導体ナノ結晶コア、並びにセレニウム含有前駆体を注入して第2混合物を得る段階と、前記第2混合物を第1反応温度で加熱し、前記第1反応温度で40分以上維持して前記半導体ナノ結晶コア上に亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェルが形成された粒子を含む第3混合物を得る段階と、前記第1反応温度で、前記第3混合物に硫黄含有前駆体を付加して前記第1半導体ナノ結晶シェル上に亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェルを形成してカドミウムフリー系量子ドットを得る段階と、を有し、前記第2混合物及び前記第3混合物の前記インジウムに対する前記セレニウム含有前駆体及び前記硫黄含有前駆体の総含有量の比を調節し、前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの含有量に対する前記インジウムの含有量の比が0.06以上0.3以下になるようにし、前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットにおける硫黄及びセレニウムの含有量に対する前記インジウムの含有量の比が0.027以上0.1以下になるようにする。
前記製造方法は、前記第3混合物の温度を100℃以下(例えば、50℃以下、30℃以下)に下げる段階を含まなくてもよい。
前記第2混合物は、前記第1反応温度で50分以上維持して前記第1半導体ナノ結晶シェルの厚さを3モノレイヤー以上に形成し得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による組成物は、(例えば、複数の)上述したカドミウムフリー系量子ドットと、カルボン酸基含有バインダー高分子と、炭素-炭素二重結合を含む重合性(例えば、光重合性)単量体と、(例えば、光)開始剤と、を有する。
前記カルボン酸基含有バインダー高分子は、カルボン酸基及び炭素-炭素二重結合を含む第1モノマー、炭素-炭素二重結合及び疎水性残基を有してカルボン酸基を含まない第2モノマー、並びに選択により炭素-炭素二重結合を含み親水性残基を有してカルボン酸基を含まない第3モノマーを含むモノマー組み合わせの共重合体、主鎖内に2個の芳香族環が他の環状残基の構成原子である第4級炭素原子と結合した骨格構造を有してカルボン酸基(-COOH)を含む多重芳香族環含有ポリマー、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記カルボン酸基含有バインダー高分子は、酸価が50mgKOH/g以上240mgKOH/g以下であり得る。
前記組成物は、末端に少なくとも2個のチオール基を有する多重チオール化合物、金属酸化物微粒子、又はこれらの組み合わせを更に含み得る。
前記金属酸化物微粒子は、TiO、SiO、BaTiO、BaTiO、ZnO、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記金属酸化物の含有量は、組成物の固形分を基準に15重量%以下であり得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による量子ドット-ポリマー複合体は、ポリマーマトリックスと、前記ポリマーマトリックス内に分散された複数の量子ドットと、を有し、前記複数の量子ドットは上述したカドミウムフリー系量子ドットを含み、前記ポリマーマトリックスは、架橋重合体、カルボン酸基を有するバインダー重合体、又はこれらの組み合わせを含み、前記ポリマーマトリックスは、バインダー高分子、少なくとも2個の炭素-炭素二重結合を含む光重合性単量体の重合生成物、選択により前記光重合性単量体と末端に少なくとも2個のチオール基を有する多重チオール化合物との間の重合生成物、又はこれらの組み合わせを含む。
前記複数の量子ドットは、カドミウムを含まない。
前記量子ドットポリマー複合体は、(例えば、前記カドミウムフリー系量子ドットの含有量が複合体の総重量を基準に45%である場合)波長450nmの青色光吸収率が82%以上であり得る。
前記量子ドットポリマー複合体は、窒素雰囲気中で180℃30分間熱処理された場合、光転換効率(PCE)が20%以上であり得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による表示素子は、光源と、発光要素(例えば、光発光要素)と、を備え、前記発光要素は、上述した量子ドット-ポリマー複合体を含み、前記光源は、前記光発光要素に入射光を提供する。
前記入射光は、440nm~460nmの範囲にある発光ピーク波長を有し得る。
前記発光要素は、前記量子ドットポリマー複合体のシート(sheet)を含み得る。
前記表示素子は、液晶パネルを更に含み、前記光源と前記液晶パネルとの間に前記量子ドットポリマー複合体のシートが介在し得る。
前記表示素子は、基板及び前記基板上に配置された光発光層を含む積層構造物を前記発光要素として含み、前記光発光層は、前記量子ドットポリマー複合体のパターンを含み、前記パターンは、予め定められた波長の光を放出する一つ以上の反復区画(section)を含み得る。
前記パターンは、第1光を放出する第1区画及び前記第1光と異なる中心波長を有する第2光を放出する第2区画を含み得る。
前記光源は、前記第1区画及び前記第2区画にそれぞれ対応する複数の発光単位を含み、前記発光単位は、互いに向き合う第1電極及び第2電極、並びに前記第1電極と前記第2電極との間に配置された電界発光層を含み得る。
前記表示装置は、下部基板、前記下部基板の下に配置された偏光板、及び前記積層構造物と前記下部基板との間に介在する液晶層を更に含み、前記積層構造物は、前記光発光層が前記液晶層に対面するように配置され得る。
前記表示装置は、前記液晶層と前記発光層との間に偏光板を更に含み得る。
前記光源は、LED及び選択により導光板を更に含み得る。
本発明による量子ドットは、向上した発光物性(例えば、向上した青色光吸収率)と共に向上した安定性を示し、量子ドットを含む組成物は、向上した加工性を提供する。量子ドットは、多様な表示素子及び(例えば、バイオセンサー又はバイオイメージングなどのような)生物学的ラベリング、フォトディテクター、太陽電池、ハイブリッドコンポジットなどに活用可能である。
一実施形態による表示素子の分解図である。 一実施形態による組成物を用いて量子ドットポリマー複合体パターンを製造する工程図である。 一実施形態による表示素子の模式的断面図である。 一実施形態による表示素子の模式的断面図である。 他の実施形態による表示素子の断面図である。 実施例6で製造された量子ドットのUV吸収スペクトルを示すグラフである。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
しかし、本発明の実施形態は、以下で開示する実施形態に限定されるものではない。他の定義がない限り本明細書で使用する全ての用語(技術及び科学的用語を含む)は、当該技術分野における通常の知識を有する者に共通的に理解される意味として使用される。また一般に使用される辞書に定義されている用語は、明白に特に定義しない限り、理想的に又は過度に解釈されない。明細書全体においてある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素を更に含むことを意味する。
また、単数型は、文句で特に言及しない限り、複数型も含む。
図面において複数の層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体に亘って類似する部分については、同一の図面符号を付した。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという場合、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという場合には中間に他の部分がないことを意味する。
以下で別途の定義がない限り、「置換」とは、化合物中の水素がC1乃至C30のアルキル基、C2乃至C30のアルケニル基、C2乃至C30のアルキニル基、C6乃至C30のアリール基、C7乃至C30のアルキルアリール基、C1乃至C30のアルコキシ基、C1乃至C30のヘテロアルキル基、C3乃至C30のヘテロアルキルアリール基、C3乃至C30のシクロアルキル基、C3乃至C15のシクロアルケニル基、C6乃至C30のシクロアルキニル基、C2乃至C30のヘテロシクロアルキル基、ハロゲン(-F、-Cl、-Br又は-I)、ヒドロキシ基(-OH)、ニトロ基(-NO)、シアノ基(-CN)、アミノ基(-NRR’ここで、R及びR’は、互いに独立に、水素又はC1乃至C6アルキル基である)、アジド基(-N)、アミジノ基(-C(=NH)NH)、ヒドラジノ基(-NHNH)、ヒドラゾノ基(=N(NH))、アルデヒド基(-C(=O)H)、カルバモイル基(carbamoyl group、-C(O)NH)、チオール基(-SH)、エステル基(-C(=O)OR、ここで、Rは、C1乃至C6アルキル基又はC6乃至C12アリール基である)、カルボキシル基(-COOH)又はその塩(-C(=O)OM、ここで、Mは有機又は無機陽イオンである)、スルホン酸基(-SOH)又はその塩(-SOM、ここで、Mは有機又は無機陽イオンである)、リン酸基(-PO)又はその塩(-POMH又は-PO、ここで、Mは、有機又は無機陽イオンである)、及びこれらの組み合わせから選択される置換基で置換されることを意味する。
ここで、「1価の有機作用基」とは、C1乃至C30のアルキル基、C2乃至C30のアルケニル基、C2乃至C30のアルキニル基、C6乃至C30のアリール基、C7乃至C30のアルキルアリール基、C1乃至C30のアルコキシ基、C1乃至C30のヘテロアルキル基、C3乃至C30のヘテロアルキルアリール基、C3乃至C30のシクロアルキル基、C3乃至C15のシクロアルケニル基、C6乃至C30のシクロアルキニル基、又はC2乃至C30のヘテロシクロアルキル基を意味する。
また、以下で別途の定義がない限り、「ヘテロ」とは、N、O、S、Si、及びPから選択されるヘテロ原子を1~3個含むものを意味する。
本明細書で「アルキレン基」は、一つ以上の置換体を選択的に含む2以上の価数(valence)を有する直鎖又は分枝鎖の飽和脂肪族炭化水素基である。本明細書で「アリーレン基」は、一つ以上の置換体を選択的に含み、一つ以上の芳香族環で、少なくとも2個の水素の除去により形成された2以上の価数を有する作用基を意味する。
また「脂肪族有機基」は、C1乃至C30の直鎖又は分枝鎖アルキル、アルケニル、又はアルキニル基を意味し、「芳香族有機基」は、C6乃至C30のアリール基又はC2乃至C30のヘテロアリール基を意味し、「脂環族有機基」は、C3乃至C30のシクロアルキル基、C3乃至C30のシクロアルケニル基、及びC3乃至C30のシクロアルキニル基を意味する。
本明細書で、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及び/又はメタクリレートを含んで称する。(メタ)アクリレートは、(C1乃至C10アルキル)アクリレート及び/又は(C1乃至C10アルキル)メタクリレートを含む。
一実施形態で、「疎水性残基」とは、当該化合物が水溶液で凝集し、水を排除しようとする傾向を有する残基をいう。例えば、疎水性残基は、炭素数2以上の脂肪族炭化水素基(アルキル、アルケニル、アルキニルなど)、炭素数6以上の芳香族炭化水素基(フェニル、ナフチル、アルアルキル基など)、又は炭素数5以上の脂環族炭化水素基(シクロヘキシル、ノルボルネン、ノルボルナン、トリシクロデカンなど)を含む。一実施形態で、疎水性残基は、周辺媒質及び水素結合を形成する能力が事実上欠如していることもあり、極性が合わずに混合されないこともある。
ここで、光転換率とは、量子ドット複合体が励起光(例えば、青色光)から吸収した光量に対する(例えば、量子ドット複合体の)発光量の比率である。励起光のPLスペクトルの積分により励起光の総光量(B)を求め、量子ドット複合体フィルムのPLスペクトルを測定して、量子ドット複合体フィルムから放出された緑色又は赤色波長光の光量(A)と量子ドット複合体フィルムを通過した励起光の光量(B’)とを求めた後、下記式により光転換率を求める。
A/(B-B’)×100=光転換率(%)
ここで、「分散液(dispersion)」とは、分散相(dispersedphase)が固体(solid)であり、連続媒質(continuous medium)が液体を含む分散をいう。ここで「分散液」とは、分散相が1nm以上、例えば2nm以上、3nm以上、又は4nm以上、及び数マイクロメーター(μm)以下(例えば2μm以下、又は1μm以下)の大きさ(dimension)を有するコロイド型分散である。
本明細書で、「族(Group)」は、元素周基律表の族をいう。
ここで、「II族」は、IIA族及びIIB族を含み、II族金属の例は、Cd、Zn、Hg、及びMgを含むが、これに制限されない。
「III族」は、IIIA族及びIIIB族を含み、III族金属の例は、Al、In、Ga、及びTlを含むが、これに制限されない。
「IV族」は、IVA族及びIVB族を含み、IV族金属の例は、Si、Ge、Snを含むが、これに制限されない。本明細書で、「金属」という用語は、Siのような半金属も含む。
「I族」は、IA族及びIB族を含み、Li、Na、K、Rb、Csを含むが、これに制限されない。
「V族」は、VA族を含み、窒素、リン、砒素、アンチモン、及びビスマスを含むが、これに制限されない。
「VI族」は、VIA族を含み、硫黄、セレニウム、テルリウムを含むが、これに制限されない。
ここで、「量子ドット1グラム当たりの青色吸収率」は、所定の重量の量子ドット及びその100倍の重量の有機溶媒(例えば、トルエン)を含む有機溶液に対してUVスペクトロメーターを用いてUV-vis吸収分光分析を行い、波長450nm(青色)での吸収値(450nm OD)を測定し、これを上記量子ドットの所定の重量で割って求めた値である。
量子ドットとも呼ばれる半導体ナノ結晶粒子は、ナノ規模の大きさを有する結晶性半導体材料であり、単位体積当たりの表面積が広く、量子閉じ込め効果を示し、同一組成のバルク物質の特性と異なる物性を示す。量子ドットは、励起源(excitation source)から光を吸収してエネルギー励起状態になり、そのエネルギーバンドギャップに相応するエネルギーを放出する。
特有の発光特性により量子ドットは、各種素子(例えば、電子素子)で応用可能な潜在性を有する。現在、電子素子などで応用可能な程度の物性を有する量子ドットの大部分はカドミウム基盤の量子ドットである。しかし、カドミウムは深刻な環境/健康上の問題を提起し、規制対象元素のうちの一つである。カドミウムがない(cadmium-free)量子ドットとしてIII-V族基盤のナノ結晶がある。しかし、カドミウムフリー系量子ドットは、カドミウム基盤の量子ドットに比べて安定性(例えば、化学安定性及び熱安定性)がよくない。電子素子への応用のための各種工程を経る場合、カドミウムフリー系量子ドットは、顕著に劣化した発光物性を示す。
本実施形態によるカドミウムフリー系量子ドット(以下、量子ドットともいう)は、カドミウムを含まない。量子ドットは、インジウム(In)及びリン(P)を含む半導体ナノ結晶コア、半導体ナノ結晶コア上に配置されて亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェル、並びに第1半導体ナノ結晶シェル上に配置されて亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェルを含む。カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.06以上0.3以下である。カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比は、0.027以上、例えば0.028以上、0.029以上、0.03以上、又は0.035以上であり、0.1以下、例えば0.065以下、又は0.064以下である。カドミウムフリー系量子ドットは、量子効率(Quantum Yield)が80%超である。
量子ドットは、UV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長の強度に対する450nmの強度の比が1.1以上である。ここで「第1吸収ピーク波長」は、UV-Vis吸収スペクトルで、最も低いエネルギー領域から最初に現れる主ピークをいう。
量子ドットのエネルギー励起源として(例えば、波長450nmの)青色光が時々使用される。カドミウム系量子ドットの場合、このような青色光の吸収強度が高い。しかし、現在まで知られているカドミウムフリー系量子ドットの場合、(例えば、波長450nmの)青色光の吸収強度が高くないが、これは減少した輝度に繋がる。本実施形態による量子ドットは、カドミウムを含まないながらも、顕著に向上した水準の青色光吸収を示す。例えば、量子ドットは、UV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長の強度(1st OD)に対する450nmの強度(450nm OD)の比が1.2以上、1.3以上、1.4以上、1.5以上、1.6以上、1.7以上、1.8以上、1.9以上、又は2以上である。
一実施形態で、半導体ナノ結晶コアは、亜鉛を更に含む。半導体ナノ結晶コアは、InP又はInZnPである。コアの大きさは、光発光波長を考慮して適切に選択される。例えば、コアの大きさは、1nm以上、1.5nm以上、又は2nm以上である。例えば、コアの大きさは、4nm以下、又は3nm以下である。
第1半導体ナノ結晶シェルは、ZnSeを含む。第1半導体ナノ結晶シェルは、硫黄(S)を含まない。例えば、第1半導体ナノ結晶シェルは、ZnSeSを含まない。第1半導体ナノ結晶シェルは、半導体ナノ結晶コアの直上に配置される。第1半導体ナノ結晶シェルは、厚さが3ML(MonoLayers:分子層)以上、又は4ML以上である。第1半導体ナノ結晶シェルは、厚さが10ML以下、例えば9ML以下、8ML以下、7ML以下、6ML以下、5ML以下である。
一実施形態の緑色発光量子ドットで、インジウムに対するセレニウムのモル含有量の比は、5以上、10以上、又は15以上、及び40以下、35以下、30以下、25以下、又は20以下である。
一実施形態の赤色発光量子ドットで、インジウムに対するセレニウムのモル含有量の比は、15以下、13以下、12以下、10以下、8以下、6以下、又は4以下である。一実施形態の赤色発光量子ドットで、インジウムに対するセレニウムのモル含有量の比は、1以上、2以上、3以上、9以上、又は10以上である。
第2半導体ナノ結晶シェルは、ZnSを含む。第2半導体ナノ結晶シェルは、セレニウムを含まない。第2半導体ナノ結晶シェルは、第1半導体ナノ結晶シェルの直上に配置される。第2半導体ナノ結晶シェルの厚さは適切に決められる。第2半導体ナノ結晶シェルは、量子ドットの最外郭層である。一実施形態で、量子ドットは、インジウムホスファイド(例えば、InP又はInZnP)を含むコア、コアの直上に配置されてZnSeを含む第1シェル、及び第1シェルの直上に配置されてZnSを含む第2シェルを有するコア-多層シェル構造である。
一実施形態の緑色発光量子ドットで、インジウムに対する硫黄のモル含有量の比は、5以上、6以上、又は7以上である。一実施形態の緑色発光量子ドットで、インジウムに対する硫黄のモル含有量の比は、15以下、12以下、又は10以下である。
一実施形態の赤色発光量子ドットで、インジウムに対する硫黄のモル含有量の比は、15以下、13以下、12.5以下、10以下、9以下、8以下、7以下、6以下、又は5以下である。一実施形態の赤色発光量子ドットで、インジウムに対する硫黄のモル含有量の比は、1以上、2以上、6以上、7以上、8以上、又は9以上である。
カドミウムフリー系量子ドットで、緑色発光の場合、Seに対するSのモル比は、1.1以下、例えば1以下、0.9以下、又は0.8以下、及び0.5以上、又は0.6以上である。
カドミウムフリー系量子ドットで、赤色発光の場合、Seに対するSのモル比は、2.5以下、例えば2.2以下、2.0以下、1.9以下、1.8以下、1.5以下、1.4以下、1.3以下、及び0.5以上、0.6以上、0.7以上、0.8以上、又は0.9以上である。
量子ドット基盤の表示装置は、色純度、輝度などの面で向上した表示品質を提供する。例えば、液晶表示装置(以下、LCD)は、液晶を通過した偏光光(polarized light)が吸収型カラーフィルターを通過しながら色を具現するディスプレイである。LCDは、視野角が狭く、吸収型カラーフィルターの低い光透過率により輝度が低くなるという問題がある。量子ドットは、理論的量子効率(QY)が100%であり、高い色純度(例えば、40nm以下の半値幅)の光を放出するため、増加した発光効率及び向上した色再現性が達成される。吸収型カラーフィルターを、量子ドットを含む自発光型(photoluminescent type)カラーフィルターに変えることは、より広い視野角及び向上した輝度の実現に寄与する。
素子の応用のために、量子ドットは(例えば、ポリマー及び/又は無機物を含む)ホストマトリックスに分散されて複合体を形成する。量子ドットポリマー複合体又はこれを含むカラーフィルターは、高い輝度、広い視野角、及び高い色再現性を有するディスプレイを具現することが期待される。しかし、応用のために複合体内に含まれる量子ドットの重量は多様な工程上の理由などにより制限的になる。従って、定められた重量で向上した青色吸収率及び向上した輝度を同時に示し、熱安定性などを有する量子ドットの開発が要求される。
一実施形態によるカドミウムフリー系量子ドットは上述した構造及び組成を有することによって向上したシェルコーティングを有し、そのために単一の量子ドットは、比較的減少した重量を有しながらも向上した安定性(例えば、熱安定性)及び向上した光学的物性(例えば、量子効率及び青色光吸収率)を有し、定められた重量当たりの量子ドットの個数が増加する。特定理論により拘束されるものではないが、一実施形態の量子ドットは、アロイ層(例えば、ZnSeS)なしに所定の厚さを有するZnSe層がコア上に形成され、ZnSe層の上に所定の厚さを有するZnSが形成されることによって向上した安定性及び向上した光学特性を同時に示すことが考えられる。
一実施形態で、量子ドットは、InPコアを含み、赤色光を放出しながら、カルコゲン元素に対するインジウムの含有量が所定の範囲である。例えば、量子ドットは、600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、硫黄及びセレニウム(の総モル含有量)に対するインジウムモル含有量の比(In/Se+S、以下硫黄及びセレニウムに対するインジウムのモル比という)は、0.06以上、例えば0.07以上、0.08以上、0.09以上、0.1以上、0.11以上、0.12以上、0.13以上、0.14以上、0.15以上、0.16以上、0.17以上、0.18以上、0.19以上、0.20以上であり、0.3以下、0.29以下、0.28以下、0.27以下、0.26以下、0.25以下、0.24以下、0.23以下、又は0.22以下である。含有量範囲の組成は、一実施形態のカドミウムフリー系量子ドットが向上した光学物性と共に安定性を示すことに寄与すると考えられる。
一実施形態で、カドミウムフリー系量子ドットは、InZnPコアを含み、緑色光を放出しながら、カルコゲン元素のモル含有量に対するインジウムのモル含有量の比が上述した範囲内である。例えば、カドミウムフリー系量子ドットは、500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、硫黄及びセレニウムに対するインジウムのモル比は、0.027以上、0.028以上、0.029以上、0.030以上、0.035以上、0.04以上、0.041以上、0.042以上、0.043以上、0.044以上、0.045以上、0.05以上、0.055以上、又は0.06以上であり、0.1以下、例えば0.09以下、0.08以下、0.07以下、0.069以下、0.068以下、0.067以下、0.066以下、0.065以下、0.064以下、0.063以下、0.062以下、0.061以下、又は0.06以下である。
カドミウムフリー系量子ドットは、1グラム当たりの青色吸収率が1以上、1.1以上、1.2以上、1.3以上、1.4以上、1.5以上、1.6以上、1.7以上、1.8以上、1.9以上、又は2以上である。比較的向上した青色吸収率と共に、カドミウムフリー系量子ドットは、向上した発光物性を示す。例えば、カドミウムフリー系量子ドットは、量子効率が80%以上、81%以上、又は82%以上であり、半値幅が45nm以下、例えば44nm以下、43nm以下、42nm以下、又は41nm以下である。
カドミウムフリー系量子ドットのUV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長は、450nm超過、及び光発光ピーク波長未満の範囲内に存在する。例えば、緑色発光量子ドットの場合、第1吸収ピーク波長は、例えば480nm以上、485nm以上、490nm以上、及び520nm以下、515nm以下、又は510nm以下である。例えば、赤色発光量子ドットの場合、第1吸収ピーク波長は、580nm以上、例えば590nm以上であり、620nm以下、例えば610nm以下である。
量子ドットが赤色光又は緑色光を放出する場合、その大きさは、約1nm以上、2nm以上、3nm以上、4nm以上、又は5nm以上である。量子ドットが赤色光又は緑色光を放出する場合、その大きさは、約30nm以下、例えば25nm以下、24nm以下、23nm以下、22nm以下、21nm以下、20nm以下、19nm以下、18nm以下、17nm以下、15nm以下、14nm以下、13nm以下、12nm以下、11nm以下、10nm以下、9nm以下、8nm以下、又は7nm以下である。量子ドットの大きさは、粒径である。(球形でない場合)量子ドットの大きさは、透過電子顕微鏡分析により確認される2次元の面積を円に転換して計算される直径である。
量子ドットの形状は特に限定されず、例えば球形、多面体、ピラミッド型、マルチポッド、又は立方体(cubic)型、ナノチューブ、ナノワイヤー、ナノ繊維、ナノシート、又はこれらの組み合わせを含むが、これに制限されない。
量子ドットは、表面に後述する有機リガンド及び/又は後述する有機溶媒を含む。有機リガンド及び/又は有機溶媒は、量子ドット表面に結合(bound)される。
一実施形態による製造方法は、上述したカドミウムフリー系量子ドットの製造方法に関するものであって、その方法は、亜鉛を含む第1シェル前駆体、有機リガンド、及び有機溶媒を含む第1混合物を得る段階と、第1混合物を選択により加熱する段階と、選択により加熱された第1混合物に、(例えば、加熱されていない)インジウム及びリンを含む半導体ナノ結晶コア、並びにセレニウム含有前駆体を注入して第2混合物を得る段階と、第2混合物を第1反応温度で加熱し、第1反応温度で40分以上、例えば50分以上維持して半導体ナノ結晶コア上に亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェルが形成された粒子を含む第3混合物を得る段階と、第1反応温度で、第3混合物に硫黄含有前駆体を(例えば、硫黄含有前駆体を含むストック溶液)を付加し、反応を行って亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェルを第1半導体ナノ結晶シェル上に形成してカドミウムフリー系量子ドットを得る段階と、を含む。
反応の間、第2混合物及び第3混合物のコア(例えば、インジウム)に対するセレニウム含有前駆体及び硫黄含有前駆体の含有量及びこれらの間の比率(そして、選択により、各段階での反応時間)を調節し、カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの含有量に対するインジウムの含有量のモル比[In/(S+Se)]が0.06以上0.3以下になるようにし、カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの含有量に対するインジウムの含有量の比[In/(S+Se)]が0.027以上0.1以下になるようにする。
コア注入時、第1混合物の温度は、50℃超、例えば100℃以上、120℃以上、150℃以上、又は200℃以上である。
上記製造方法は、第3混合物の温度を、100℃以下、例えば50℃以下(例えば、30℃以下)に下げる段階を含まない
カドミウムフリー系量子ドットに関する詳細内容は上述した通りである。
第1シェル前駆体の種類は特に制限されず、適切に選択される。例えば、第1シェル前駆体は、Zn金属粉末、アルキル化Zn化合物、Znアルコキシド、Znカルボキシレート、Znニトレート、Znペルクロレート、Znスルフェート、Znアセチルアセトネート、Znハロゲン化物、Znカーボネート、Znシアン化物、Znヒドロキシド、Znオキシド、Znペルオキシド、又はこれらの組み合わせである。第1シェル前駆体の例は、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、亜鉛アセテート、亜鉛アセチルアセトネート、亜鉛アイオダイド、亜鉛ブロマイド、亜鉛クロライド、亜鉛フルオライド、亜鉛カーボネート、亜鉛シアナイド、亜鉛ナイトレート、亜鉛オキシド、亜鉛ペルオキシド、亜鉛ペルクロレート、亜鉛スルフェートなどである。第1シェル前駆体は、単独又は2種以上の組み合わせで用いられる。
有機リガンドは、RCOOH、RNH、RNH、RN、RSH、RHPO、RHPO、RPO、RHP、RHP、RP、ROH、RCOOR’、RPO(OH)、RHPOOH、RPOOH(ここで、R、R’は、それぞれ独立に、C1乃至C40の脂肪族炭化水素(例えば、C1乃至C40、例えばC3乃至C24のアルキル基、C2乃至C40、例えばC3乃至C24のアルケニル基、C2乃至C40、例えばC3乃至C24のアルキニル基)、又はC6乃至C40の芳香族炭化水素(例えば、C6乃至C20のアリール基))、ポリマー有機リガンド、又はこれらの組み合わせを含む。有機リガンドは、製造されたナノ結晶の表面を配位し、ナノ結晶が溶液上に良好に分散されるようにするか、或いは量子ドットの発光及び電気的特性に影響を与える。有機リガンドの具体的な例は、メタンチオール、エタンチオール、プロパンチオール、ブタンチオール、ペンタンチオール、ヘキサンチオール、オクタンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール、ベンジルチオール;メタンアミン、エタンアミン、プロパンアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン;メタン酸、エタン酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ドデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、オレイン酸、安息香酸;置換又は未置換メチルホスフィン(例えば、トリメチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィンなど)、置換又は未置換エチルホスフィン(例えば、トリエチルホスフィン、エチルジフェニルホスフィンなど)、置換又は未置換プロピルホスフィン、置換又は未置換ブチルホスフィン、置換又は未置換ペンチルホスフィン、置換又は未置換オクチルホスフィン(例えば、オクチルホスフィン(TOP))などのホスフィン;置換又は未置換メチルホスフィンオキシド(例えば、トリメチルホスフィンオキシド、メチルジフェニルホスフィンオキシドなど)、置換又は未置換エチルホスフィンオキシド(例えば、トリエチルホスフィンオキシド、エチルジフェニルホスフィンオキシドなど)、置換又は未置換プロピルホスフィンオキシド、置換又は未置換ブチルホスフィンオキシド、置換又は未置換オクチルホスフィンオキシド(例えば、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などのホスフィンオキシド;ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン化合物、又はそのオキシド化合物;C5乃至C20ホスホン酸(phosphonic acid)、C5乃至C20ホスフィン酸などが挙げられるが、これに制限されるものではない。有機リガンドは、単独又は2種以上の混合物で用いられる。
溶媒は、ヘキサデシルアミンなどのC6乃至C22の第1級アミン;ジオクチルアミンなどのC6乃至C22の第2級アミン;トリオクチルアミンなどのC6乃至C40の第3級アミン;ピリジンなどの窒素含有ヘテロ環化合物;ヘキサデカン、オクタデカン、オクタデセン、スクアレン(squalane)などのC6乃至C40の脂肪族炭化水素(例えば、アルカン、アルケン、アルキンなど);フェニルドデカン、フェニルテトラデカン、フェニルヘキサデカンなどC6乃至C30の芳香族炭化水素;トリオクチルホスフィンなどのC6乃至C22のアルキル基で置換されたホスフィン;トリオクチルホスフィンオキシドなどのC6乃至C22のアルキル基で置換されたホスフィンオキシド;フェニルエーテル、ベンジルエーテルなどC12乃至C22の芳香族エーテル、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。溶媒の種類及び使用量は、用いる前駆体と有機リガンドの種類を考慮して適切に選択される。
第1混合物は、選択により、所定の温度、例えば100℃以上、120℃以上に、150℃以上、200℃以上、250℃以上、又は270℃以上に、例えば真空及び/又は不活性雰囲気下で所定の時間(例えば、5分以上及び1時間以下)加熱される。
インジウム及びリンを含む半導体ナノ結晶コアに関する内容は上述した通りである。コアは、商業的に入手可能であるか、或いは既知の方法により合成される。コアの製造方法は、特に制限されず、インジウムホスファイド系コアの製造方法が用いられる。一実施形態のコアは、インジウム前駆体などの金属前駆体、及び選択によりリガンドを含む溶液が高温(例えば、200℃以上の温度に)加熱された状態でリン前駆体を注入するホットインジェクション(hot injection)方法で形成される。
セレニウム含有前駆体の種類は、特に制限されず、適切に選択される。例えば、セレニウム含有前駆体は、セレン-トリオクチルホスフィン(Se-TOP)、セレン-トリブチルホスフィン(Se-TBP)、セレン-トリフェニルホスフィン(Se-TPP)、又はこれらの組み合わせを含むが、これに制限されない。第1反応温度は適切に選択される。例えば、第1反応温度は、280℃以上、290℃以上、300℃以上、310℃以上、又は315℃以上、及び350℃以下、340℃以下、又は330℃以下である。
第2混合物を第1反応温度に加熱した後又は加熱する過程で、セレニウム含有前駆体を1回以上(例えば、2回以上、3回以上)投入する。第2混合物を第1反応温度で所定の時間(40分以上、例えば50分以上、60分以上、70分以上、80分以上、又は90分以上、及び4時間以下、例えば3時間以下、又は2時間以下)の間に維持して半導体ナノ結晶コア上に亜鉛とセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェルが形成された粒子を含む第3混合物を得る。
第2混合物は、第1反応温度で上述した範囲の時間の間に維持して第1半導体ナノ結晶シェルの厚さを3モノレイヤー以上に形成する。この場合、第2混合物で、インジウムに対するセレニウム前駆体の含有量は、予め定められた反応時間の間に所定の厚さを有する第1半導体ナノ結晶シェルが形成されるように調節する。例えば、第2混合物で、インジウム1モル当たりのセレニウムの含有量は、3モル以上、4モル以上、5モル以上、6モル以上、7モル以上、8モル以上、9モル以上、又は10モル以上にする。第2混合物で、インジウム1モル当たりのセレニウムの含有量は、20モル以下、18モル以下、又は15モル以下にする。
第3混合物は、セレニウム含有前駆体を含まない
第1反応温度で、第3混合物に硫黄含有前駆体を含むストック溶液を付加して亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェルを第1半導体ナノ結晶シェル上に形成する。上記方法は、第3混合物の温度を100℃以下、例えば50℃以下(例えば、30℃以下、又は実温)に下げる段階を含まない。
硫黄含有前駆体の種類は、特に制限されず、適切に選択される。硫黄含有前駆体は、ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、メルカプトプロピルシラン、サルファ-トリオクチルホスフィン(S-TOP)、サルファ-トリブチルホスフィン(S-TBP)、サルファ-トリフェニルホスフィン(S-TPP)、サルファ-トリオクチルアミン(S-TOA)、トリメチルシリルスルフィド、硫化アンモニウム、硫化ナトリウム、又はこれらの組み合わせを含む。硫黄含有前駆体は、1回以上(例えば2回以上)注入される。
第1混合物、第2混合物、第3混合物で、コアのインジウムに対するセレニウム含有前駆体及び硫黄含有前駆体の含有量は、最終量子ドットの物性と構造を考慮して選択される。一実施形態で、第3混合物内のインジウム1モルに対する硫黄の含有量は、所望のIn/S+Se値、反応時間などを勘案して調節される。例えば、第3混合物内のインジウム1モルに対する硫黄の含有量は、6モル以上、7モル以上、8モル以上、9モル以上、10モル以上、11モル以上、12モル以上、13モル以上、14モル以上、15モル以上、16モル以上、17モル以上、18モル以上、19モル以上、又は20モル以上である。第3混合物内のインジウム1モルに対する硫黄の含有量は、45モル以下、40モル以下、又は35モル以下である。
製造された最終反応液に非溶媒(nonsolvent)を付加すると有機リガンドが配位されたナノ結晶が分離(例えば、沈澱)される。非溶媒は、反応に用いられた溶媒と混合されるが、ナノ結晶を分散させない極性溶媒である。非溶媒は、反応に用いた溶媒により決定され、例えばアセトン、エタノール、ブタノール、イソプロパノール、エタンジオール、水、テトラハイドロフラン(THF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジエチルエーテル(diethylether)、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、列記した溶媒に類似する溶解度パラメータ(solubility parameter)を有する溶媒、又はこれらの組み合わせを含む。分離は、遠心分離、沈澱、クロマトグラフィー、又は蒸留が利用される。分離されたナノ結晶は、必要に応じて洗浄溶媒に付加されて洗浄される。洗浄溶媒は、特に制限されず、リガンドに類似する溶解度パラメータを有する溶媒が用いられ、その例としてはヘキサン、ヘプタン、オクタン、クロロホルム、トルエン、ベンゼンなどが挙げられる。
一実施形態による量子ドット組成物は、上述したカドミウムフリー系量子ドットと、炭素-炭素二重結合を含む光重合性単量体と、選択によりバインダー高分子及び(例えば、光)開始剤と、を含む。組成物は、有機溶媒及び/又は液体ビヒクルを更に含む。一実施形態で、上記組成物は感光性組成物である。
組成物で、カドミウムフリー量子ドットに関する内容は上述した通りである。組成物内で、量子ドットの含有量は、最終用途及び組成物の組成を勘案して適切に調節される。一実施形態で、量子ドットの含有量は、組成物の固形分を基準に1重量%以上、例えば2重量%以上、3重量%以上、4重量%以上、5重量%以上、6重量%以上、7重量%以上、8重量%以上、9重量%以上、10重量%以上、15重量%以上、20重量%以上、25重量%以上、30重量%以上、35重量%以上、又は40重量%以上である。量子ドットの含有量は、固形分を基準に70重量%以下、例えば65重量%以下、60重量%以下、55重量%以下、又は50重量%以下である。
一実施形態による組成物で、バインダー高分子は、カルボン酸基を含む。バインダー高分子は、カルボン酸基及び炭素-炭素二重結合を含む第1モノマー、炭素-炭素二重結合及び疎水性残基を有してカルボン酸基を含まない第2モノマー、並びに選択により炭素-炭素二重結合を含み親水性残基を有してカルボン酸基を含まない第3モノマーを含むモノマー混合物の共重合体、主鎖内に2個の芳香族環が他の環状残基の構成原子である第4級炭素原子と結合した骨格構造を有してカルボン酸基(-COOH)を含む多重芳香族環(multiple aromatic ring)含有ポリマー、又はこれらの組み合わせを含む。
共重合体は、第1モノマーに由来する第1繰り返し単位及び第2モノマーに由来する第2繰り返し単位を含み、選択により、第3モノマーに由来する第3繰り返し単位を更に含む。
第1繰り返し単位は、下記化学式1-1で表される単位、化学式1-2で表される単位、又はこれらの組み合わせを含む。
Figure 0007277146000001
ここで、Rは、水素、C1乃至C3アルキル基、又は-(CH-COOH(nは0乃至2)であり、Rは、水素、C1乃至C3のアルキル基、又は-COOHであり、Lは、直接結合、C1乃至C15の脂肪族炭化水素基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、*は、隣接原子に連結される部分であり、
Figure 0007277146000002
ここで、Rは、水素、メチル基、又は-(CH-COOH(nは0~2)であり、Rは、水素又はC1乃至C3のアルキル基であり、Lは、C1乃至C15のアルキレン基、一つ以上のメチレン基が-CO-、-O-、又は-COO-で代替されたC1乃至C15のアルキレン基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、nは、1~3の整数であり、*は、隣接原子に連結される部分である。
第2繰り返し単位は、下記化学式2-1で表される単位、化学式2-2で表される単位、化学式2-3で表される単位、化学式2-4で表される単位、又はこれらの組み合わせを含む。
Figure 0007277146000003
ここで、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、Rは、C1乃至C15の脂肪族炭化水素基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、*は、隣接原子に連結される部分であり、
Figure 0007277146000004
ここで、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、Lは、C1乃至C15のアルキレン基、一つ以上のメチレン基が-CO-、-O-、又は-COO-で代替されたC1乃至C15のアルキレン基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、Rは、C1乃至C15の脂肪族炭化水素基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、nは、1~3の整数であり、*は、隣接原子に連結される部分であり、
Figure 0007277146000005
ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、Arは、置換又は未置換のC6乃至C30の芳香族炭化水素基又はC3乃至C30の脂環族炭化水素基であり、*は、隣接原子に連結される部分であり、
Figure 0007277146000006
ここで、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、Rは、C1乃至C15の脂肪族炭化水素基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、*は、隣接原子に連結される部分である。
第3繰り返し単位は、下記化学式3で表される単位を含む。
Figure 0007277146000007
ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素又はC1乃至C3アルキル基であり、Lは、C1乃至C15のアルキレン基、一つ以上のメチレン基が-CO-、-O-、又は-COO-で代替されたC1乃至C15のアルキレン基、C6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基又はC6乃至C30の芳香族炭化水素基、C3乃至C30の脂環族炭化水素基で置換されたC1乃至C15の脂肪族炭化水素基であり、Zは、ヒドロキシ基(-OH)、メルカプト基(-SH)、又はアミノ基(-NHR、Rは、C1乃至C5アルキル又は水素)であり、*は、隣接原子に連結される部分である。
第1モノマーの具体的な例は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、3-ブテノン酸、酢酸ビニル、安息香酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル類化合物などを含むが、これに制限されない。第1モノマーは1種以上の化合物である。
第2モノマーの具体的な例は、スチレン、アルファ-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルメチルエーテルなどのアルケニル芳香族化合物;メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸エステル類化合物;2-アミノエチルアクリレート、2-アミノエチルメタクリレート、2-ジメチルアミノエチルアクリレート、2-ジメチルアミノエチルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル類化合物;N-フェニルマレイミド、N-ベンジルマレイミド、又はN-アルキルマレイミドなどマレイミド類;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル類化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物;アクリルアミド、メタクリルアミドなどの不飽和アミド類化合物が挙げられるが、これに制限されない。第2モノマーとして、1種以上の化合物が用いられる。
第3モノマーの具体的な例は、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレートを含むが、これに制限されない。第3モノマーとして、1種以上の化合物が用いられる。
カルボン酸高分子で、第1繰り返し単位の含有量は、10モル%以上、例えば15モル%以上、25モル%以上、又は35モル%以上である。カルボキシ基含有バインダーで、第1繰り返し単位の含有量は、90モル%以下、例えば89モル%以下、80モル%以下、70モル%以下、60モル%以下、50モル%以下、40モル%以下、35モル%以下、又は25モル%以下である。
カルボン酸高分子で、第2繰り返し単位の含有量は、10モル%以上、例えば15モル%以上、25モル%以上、又は35モル%以上である。バインダー高分子で、第2繰り返し単位の含有量は、90モル%以下、例えば89モル%以下、80モル%以下、70モル%以下、60モル%以下、50モル%以下、40モル%以下、35モル%以下、又は25モル%以下である。
カルボン酸高分子で、存在する場合、第3繰り返し単位の含有量は、1モル%以上、例えば5モル%以上、10モル%以上、又は15モル%以上である。バインダー高分子で、第3繰り返し単位の含有量は、30モル%以下、例えば25モル%以下、20モル%以下、18モル%以下、15モル%以下、又は10モル%以下である。
カルボン酸高分子は、(メタ)アクリル酸及び;アリールアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート及びスチレンから選択される1種以上の第2/第3モノマーの共重合体である。例えば、バインダー高分子は、メタクリル酸/メチルメタクリレート共重合体、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート共重合体、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート/スチレン共重合体、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート/2-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート/スチレン/2-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体である。
カルボン酸基含有高分子は、多重芳香族環含有ポリマーを含む。多重芳香族環含有ポリマーは、主鎖内に、2個の芳香族環が他の環状残基の構成原子である第4級炭素原子と結合した骨格構造を有し、(例えば、主鎖に結合された)カルボン酸基(-COOH)を含む。
多重芳香族環含有ポリマーで、骨格構造は、下記化学式A’で表される単位を含む。
Figure 0007277146000008
ここで、*は、バインダー主鎖の隣接原子に連結される部分であり、Zは、下記化学式A-1~A-6で表される連結残基のうちのいずれか一つであり、但し化学式A-1~A-6で、*は、芳香族残基に連結される部分である。
Figure 0007277146000009
ここで、Rは、水素原子、エチル基、CCl、COH、CHCH=CH、又はフェニル基である。
Figure 0007277146000010
多重芳香族環含有ポリマーは、下記化学式Bで表される構造単位を含む。
Figure 0007277146000011
ここで、Zは、上記化学式A-1~A-6で表される連結残基のうちのいずれか一つであり、
Lは、直接結合、C1乃至C10のアルキレン、炭素-炭素二重結合を含む置換基を有するC1乃至C10のアルキレン、C1乃至C10のオキシアルキレン、又は炭素-炭素二重結合を含む置換基を有するC1乃至C10のオキシアルキレンであり、
Aは、-NH-、-O-、又はC1乃至C10のアルキレンであり、
は、C6乃至C40の芳香族有機基であり、
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又は置換若しくは非置換のC1乃至C20アルキル基であり、
m1及びm2は、それぞれ独立に、0~4の整数であり、*は、隣接原子に連結される部分である。
上記化学式Bで、Zは、下記化学式B-1、化学式B-2、及び化学式B-3のうちのいずれか一つである。
Figure 0007277146000012
ここで、*は、隣接するカルボニル炭素に連結される部分であり、
Figure 0007277146000013
ここで、*は、カルボニル炭素に連結される部分であり、
Figure 0007277146000014
ここで、*は、カルボニル炭素に連結される部分であり、Lは、直接結合、-O-、-S-、-C(=O)-、-CH(OH)-、-S(=O)-、-Si(CH-、(CH(ここで、1≦p≦10)、(CF(ここで、1≦q≦10)、-CR-(ここで、Rは、それぞれ独立に、水素、C1乃至C10の脂肪族炭化水素基、C6乃至C20の芳香族炭化水素基、又はC6乃至C20の脂環族炭化水素基である)、-C(CF-、-C(CF)(C)-、又は-C(=O)NH-である。
多重芳香族環含有ポリマーは、下記化学式Cで表される構造単位を含む。
Figure 0007277146000015
ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換又は非置換の(メタ)アクリロイルオキシアルキル基であり、
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換又は非置換のC1乃至C20アルキル基であり、
は、上記化学式A-1~A-6で表される連結残基から選択される一つの残基であり、
は、C6乃至C40芳香族有機基であって、例えば上記で記載した通りであり、
m1及びm2は、それぞれ独立に、0~4の整数であり、
*は、隣接する原子に連結される部分である。
一部の実施形態で、多重芳香族環含有ポリマーは、ビスフェノールフルオレンエポキシアクリレートの酸付加物である。例えば、ビスフェノールフルオレンエポキシアクリレートは、4,4-(9-フルオレニリデン)-ジフェノールとエピクロロヒドリンとを反応させてフルオレン残基を有するエポキシ化合物を得て、エポキシ化合物をアクリル酸と反応させてヒドロキシ基を有するフルオレニルエポキシアクリレートを得た後、これを再びビフタリックアンハイドライドと反応させて得られる。このような反応式は下記のようにまとめられる。
多重芳香族環含有ポリマーは、両末端のうちの少なくとも一つに下記化学式Dで表される官能基を含む。
Figure 0007277146000016
Figure 0007277146000017
上記化学式Dで、Zは、下記化学式D-1~D-7のうちのいずれか一つで表される残基であり、*は、隣接する原子に連結される部分である。
Figure 0007277146000018
ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換又は非置換のC1乃至C20アルキル基、又は一つ以上のメチレンがエステル基、エーテル基、又はこれらの組み合わせで代替された置換又は非置換のC1乃至C20アルキル基である。
Figure 0007277146000019
ここで、Rは、O、S、NH、置換又は非置換のC1乃至C20アルキレン基、C1乃至C20アルキルアミン基、又はC2乃至C20アルケニルアミン基である。
Figure 0007277146000020
多重芳香族環含有ポリマーは、既知の方法により合成されるか、或いは(例えば、新日鉄化学社から)商業的に入手可能である。
非制限的な例で、多重芳香族環含有ポリマーは、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン(9,9-bis(4-hydroxyphenyl)fluorene)、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン(9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene)、9,9-ビス[4-(グリシジルオキシ)フェニル]フルオレン(9,9-Bis[4-(glycidyloxy)phenyl]fluorene)、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(9,9-Bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]fluorene)、及び9,9-ビス-(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレンジアンハイドライド(9,9-bis-(3,4-dicarboxyphenyl)fluorene dianhydrides)から選択されるフルオレン化合物と、これらフルオレン化合物と反応する適切な化合物(例えば、ピロメリト酸二無水物(Pyromellitic dianhydride:PDMA)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、ベンゾフェノールテトラカルボン酸二無水物、及びナフタレンテトラカルボン酸二無水物から選択される芳香族酸二無水物、C2乃至C30のジオール化合物、エピクロロヒドリンなど)との間の反応生成物に由来する残基を含む。
フルオレン化合物、酸二無水物、ジオール化合物は、商業的に入手可能であり、これらの間の反応のための条件なども知られている。
カルボン酸含有高分子は、酸価が50mgKOH/g以上である。例えば、カルボン酸高分子は、60mgKOH/g以上、70mgKOH/g、80mgKOH/g、90mgKOH/g、100mgKOH/g、110mgKOH/g以上、120mgKOH/g以上、125mgKOH/g以上、又は130mgKOH/g以上である。高分子の酸価は、例えば250mgKOH/g以下、例えば240mgKOH/g以下、230mgKOH/g以下、220mgKOH/g以下、210mgKOH/g以下、200mgKOH/g以下、190mgKOH/g以下、180mgKOH/g以下、160mgKOH/g以下であるが、これに制限されない。
量子ドットは、このような酸価の範囲を有するバインダー高分子を含有する溶液と混合されて量子ドット-バインダー分散液を形成し、形成された量子ドット-バインダー分散液は、組成物のための残りの成分(例えば、光重合性単量体、光開始剤、溶媒など)と向上した相溶性を示し、量子ドットが最終組成物(即ち、感光性組成物)内に比較的に均一に分散される。
(例えば、カルボン酸基を有する)バインダー高分子は、重量平均分子量が1000g/mol以上、例えば2000g/mol以上、3000g/mol以上、又は5000g/mol以上である。バインダー高分子は、重量平均分子量が10万g/mol以下、例えば5万g/mol以下である。
組成物で、バインダー高分子の含有量は、組成物の総重量を基準に0.5重量%以上、例えば1重量%以上、5重量%以上、10重量%以上、15重量%以上、又は20重量%以上であるが、これに制限されない。バインダー高分子の含有量は、組成物の総重量を基準に50重量%以下、40重量%以下、35重量%以下、33重量%以下、又は30重量%以下である。このような範囲内で、量子ドットの分散性が保証される。バインダー高分子の含有量は、組成物の固形分の総重量を基準に0.5重量%~55重量%である。
組成物で、炭素-炭素二重結合を少なくとも一つ、例えば2個以上、又は3個以上含む(光)重合性単量体は、(メタ)アクリル系モノマーを含む。(メタ)アクリル系モノマーの例は、C1-C10アルキル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリトリトールペンタ(メタ)アクリレート、ペンタエリトリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノボラックエポキシ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリス(メタ)アクリロイルオキシエチルホスフェート、又はこれらの組み合わせを含む。
光重合性単量体の含有量は、組成物の総重量を基準に0.5重量%以上、例えば1重量%以上、又は2重量%以上である。光重合性単量体の含有量は、組成物の総重量を基準に50重量%以下、例えば40重量%以下、30重量%以下、28重量%以下、25重量%以下、23重量%以下、20重量%以下、18重量%以下、17重量%以下、16重量%以下、又は15重量%以下である。
組成物に含まれる(例えば、光)開始剤は、(例えば、光により)上述した光重合性アクリルモノマー及び/又は(後述する)チオール化合物のラジカル重合を開始する化合物である。開始剤の種類は特に制限されない。光開始剤は、トリアジン系化合物、アセトフェノン化合物、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、ベンゾイン化合物、オキシムエステル化合物、アミノケトン化合物、ホスフィン又はホスフィンオキシド化合物、カルバゾール系化合物、ジケトン類化合物、スルホニウムボレート系化合物、ジアゾ系化合物、ビイミダゾール系化合物、又はこれらの組み合わせを含むが、これに制限されない。
非制限的に、トリアジン系化合物の例は、2,4,6-トリクロロ-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ビフェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、ビス(トリクロロメチル)-6-スチリル-s-トリアジン、2-(ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-トリクロロメチル(ピペロニル)-6-トリアジン、2,4-(トリクロロメチル(4’-メトキシスチリル)-6-トリアジンを含むが、これに制限されない。
アセトフェノン系化合物の例は、2,2’-ジエトキシアセトフェノン、2,2’-ジブトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、p-t-ブチルトリクロロアセトフェノン、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、4-クロロアセトフェノン、2,2’-ジクロロ-4-フェノキシアセトフェノン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オンなどを含むが、これに制限されない。
ベンゾフェノン系化合物の例は、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-2-メトキシベンゾフェノンなどを含むが、これに制限されない。
チオキサントン系化合物の例は、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントンなどを含むが、これに制限されない。
ベンゾイン系化合物の例は、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタールなどを含むが、これに制限されない。
オキシム系化合物の例は、2-(o-ベンゾイルオキシム)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン、及び1-(o-アセチルオキシム)-1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]エタノンを含むが、これに制限されない。
組成物で、開始剤の含有量は、使用された光重合性モノマーの種類及び含有量を考慮して適切に調節される。一実施形態で、開始剤の含有量は、組成物の総重量を基準に0.01重量%~10重量%の範囲であるが、これに制限されない。
組成物は、末端に少なくとも1個のチオール基を有する(多重又は単官能性)チオール化合物、金属酸化物微粒子、又はこれらの組み合わせを更に含む。
金属酸化物微粒子は、TiO、SiO、BaTiO、BaTiO、ZnO、又はこれらの組み合わせを含む。組成物内で、金属酸化物の含有量は、組成物の固形分を基準に15重量%以下である。金属酸化物微粒子の直径は、特に制限されず、適切に選択される。金属酸化物微粒子の直径は、100nm以上、例えば150nm以上、又は200nm以上及び1000nm以下、又は800nm以下である。
多重チオール化合物は、下記化学式6で表される化合物を含む。
Figure 0007277146000021
上記化学式6で、
は、水素;置換又は非置換のC1乃至C30の直鎖又は分枝鎖アルキル基;置換又は非置換のC6乃至C30のアリール基;置換又は非置換のC7乃至C30のアリールアルキル基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロアリール基;置換又は非置換のC4乃至C30のヘテロアリールアルキル基;置換又は非置換のC3乃至C30のシクロアルキル基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロシクロアルキル基;C1乃至C10のアルコキシ基;ヒドロキシ基;-NH;置換又は非置換のC1乃至C30のアミン基(-NRR’、ここで、R及びR’は、互いに独立に、水素又はC1乃至C30の直鎖又は分枝鎖アルキル基であるが、但し、同時に水素ではない);イソシアネート基;ハロゲン;-ROR’(ここで、Rは、置換又は非置換のC1乃至C20のアルキレン基であり、R’は、水素又はC1乃至20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である);アシルハライド(-RC(=O)X、ここで、Rは、置換又は非置換のアルキレン基であり、Xは、ハロゲンである);-C(=O)OR’(ここで、R’は、水素又はC1乃至C20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である);-CN;-C(=O)NRR’、又は-C(=O)ONRR’(ここで、R及びR’は、互いに独立に、水素又はC1乃至C20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)より選択され、
は、炭素原子、置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基、置換又は非置換のC3乃至C30のシクロアルキレン基、置換又は非置換のC6乃至C30のアリーレン基、又は置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロアリーレン基であるが、置換されたC1乃至C30のアルキレン基に含まれるメチレン(-CH-)は、スルホニル(-SO-)、カルボニル(CO)、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)、スルホキシド(-SO-)、エステル(-C(=O)O-)、アミド(-C(=O)NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10のアルキル基である)、又はこれらの組み合わせで置換され、
は、単一結合;置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基;置換又は非置換のC2乃至C30のアルケニレン基;少なくとも一つのメチレン(-CH-)がスルホニル(-S(=O)-)、カルボニル(-C(=O)-)、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)、スルホキシド(-S(=O)-)、エステル(-C(=O)O-)、アミド(-C(=O)NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、イミン(-NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、又はこれらの組み合わせで置換されたC1乃至C30のアルキレン基又はC2乃至C30のアルケニレン基であり、
mは、1以上の整数であり、
k1は、0又は1以上の整数であり、k2は、1以上の整数であり、
mとk2との合計は、3以上の整数であって、
が単一結合でない場合、mは、Y1の原子価を越えず、k1とk2との合計は、Lの原子価を超えない。
多重チオール化合物は、下記化学式6-1で表される化合物を含む。
Figure 0007277146000022
ここで、L’は、炭素、置換又は非置換のC2乃至C20のアルキレン基、置換又は非置換のC6乃至C30のアリーレン基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロアリーレン基;置換又は非置換のC3乃至C30のシクロアルキレン基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロシクロアルキレン基であり、
乃至Yは、それぞれ独立に、直接結合;置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基;置換又は非置換のC2乃至C30のアルケニレン基;又は少なくとも一つのメチレン(-CH-)がスルホニル(-S(=O)-)、カルボニル(-C(=O)-)、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)、スルホキシド(-S(=O)-)、エステル(-C(=O)O-)、アミド(-C(=O)NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、イミン(-NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、又はこれらの組み合わせで置換されたC1乃至C30のアルキレン基又はC2乃至C30のアルケニレン基であり、
乃至Rは、それぞれ独立に、化学式6のR又はSHであるが、但し、R乃至Rのうちの少なくとも2つはSHである。
チオール化合物は、ジチオール化合物、トリチオール化合物、テトラチオール化合物、又はこれらの組み合わせである。例えば、チオール化合物は、グリコールジ-3-メルカプトプロピオネート、グリコールジメルカプトアセテート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリトリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリトリトールテトラキス(2-メルカプトアセテート)、1,6-ヘキサンジチオール、1,3-プロパンジチオール、1,2-エタンジチオール、エチレングリコール繰り返し単位を1~10個含むポルリエチレングリコールジチオール、又はこれらの組み合わせである。
チオール化合物の含有量は、組成物の総重量を基準に50重量%以下、40重量%以下、30重量%以下、20重量%以下、10重量%以下、例えば9重量%以下、8重量%以下、7重量%以下、6重量%以下、又は5重量%以下である。チオール化合物の含有量は、組成物の総重量を基準に0.1重量%以上、例えば0.5重量%以上、1重量%以上、2重量%以上、3重量%以上、4重量%以上、5重量%以上、6重量%以上、7重量%以上、8重量%以上、9重量%以上、又は10重量%以上である。
組成物は、有機溶媒及び/又は液体ビヒクルを更に含む。使用可能な有機溶媒及び/又は液体ビヒクルの種類は特に制限されない。有機溶媒の種類と量は、上述した主要成分(即ち、量子ドット、COOH基含有バインダー、光重合性単量体、光開始剤、存在する場合、チオール化合物)、及びその他後述する添加剤の種類及び量を考慮して適切に決められる。組成物は、所望の固形分(非揮発成分)の含有量を除いた残りの量の溶媒を含む。溶媒は、組成物内に他の成分(例えば、バインダー、光重合性単量体、光開始剤、その他添加剤)との親和性、アルカリ現像液との親和性、及び沸点などを考慮して適切に選択される。溶媒/液体ビヒクルの例は、エチル3-エトキシプロピオネート、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのエチレングリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;エチレングリコールアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;プロピレングリコールなどのプロピレングリコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレンモノブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテルなどのプロピレングリコールエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールエーテルアセテート類;N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノンなどのケトン類;トルエン、キシレン、ソルベントナフサ(solvent naphtha)などの石油類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチルなどのエステル類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルエーテルなどのエテール類、クロロホルム、C1乃至C40脂肪族炭化水素(アルカン、アルケン、アルキン)、ハロゲン(例えば、クロロ)置換されたC1乃至C40脂肪族炭化水素(ジクロロエタン、トリクロロメタンなど)、C6乃至C40芳香族炭化水素(トルエン、キシレンなど)、ハロゲン置換されたC6乃至C40芳香族炭化水素、及びこれらの混合物を含む。
組成物は、上述した成分以外に、必要に応じて、光拡散剤、レベリング剤、カップリング剤などの各種添加剤を更に含む。添加剤含有量は、特に制限されず、組成物の製造及び量子ドット-ポリマー複合体の製造と選択により複合体のパターン化に否定的な影響を与えない範囲内で適切に調節される。
光拡散剤は、複合体の屈折率を高めて複合体内に入射した光が量子ドットと会う確率を高める。光拡散剤は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニウム酸化物微粒子、酸化亜鉛などの無機酸化物粒子、金、銀、銅、白金などの金属粒子などを含むが、これに制限されない。
レベリング剤は、複合体フィルムの染みや斑点を防止し、複合体形成前の組成物のレベリング特性向上のためのものである。レベリング剤の種類は特に制限されない。例えば、フッ素系レベリング剤の例としては、BM Chemie社のBM-1000(登録商標)、BM-1100(登録商標)など;大日本インキ化学工業(株)社のメガファックF142D(登録商標)、同F172(登録商標)、同F173(登録商標)、同F183(登録商標)など;住友スリエム(株)社のフロラードFC-135(登録商標)、同FC-170C(登録商標)、同FC-430(登録商標)、同FC-431(登録商標)など;旭硝子(株)社のサーフロンS-112(登録商標)、同S-113(登録商標)、同S-131(登録商標)、同S-141(登録商標)、同S-145(登録商標)など;東レシリコン(株)社のSH-28PA(登録商標)、同-190(登録商標)、同-193(登録商標)、SZ-6032(登録商標)、SF-8428(登録商標)などの市販品が挙げられる。
カップリング剤は、量子ドット-ポリマー複合体又はそのための組成物の基板に対する接着力を高めるためのものであり、シラン系カップリング剤が挙げられる。シラン系カップリング剤の具体的な例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシシラン)、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。添加剤の種類及び含有量は、必要に応じて調節される。
存在する場合、添加剤の含有量は、組成物の総重量を基準に0.1重量%以上、例えば0.5重量%以上、1重量%以上、2重量%以上、又は5重量%以上であるが、これに制限されない。存在する場合、添加剤の含有量は、組成物の総重量を基準に20重量%以下、例えば19重量%以下、18重量%以下、17重量%以下、16重量%以下、又は15重量%以下であるが、これに制限されない。
一実施形態による組成物は、上述したカドミウムフリー系量子ドット、(カルボン酸基(-COOH)含有)バインダー高分子、及び有機溶媒を含む量子ドット-バインダー分散液を準備する段階と、量子ドット-バインダー分散液に光開始剤、光重合性単量体(例えば、アクリル系モノマー)、選択によりチオール化合物、選択により金属酸化物微粒子、及び選択により上述した添加剤を混合する段階と、を含む方法により製造される。量子ドットバインダー分散液は、バインダー高分子溶液と量子ドット溶液とを混合して準備される。上述したそれぞれの成分は順次に或いは同時に混合され、その順序は特に制限されない。
組成物は(例えば、光により開始される)重合により量子ドット-ポリマー複合体又は量子ドットパターンを提供する。従って、他の実施形態で、量子ドット-ポリマー複合体は、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス内に分散される上述したカドミウムフリー系量子ドットと、を含む。
ポリマーマトリックスは、バインダー高分子、炭素-炭素二重結合を(1個以上、例えば2個以上、3個以上、4個以上、又は5個以上)含む光重合性単量体の重合生成物、及び選択により光重合性単量体と末端に少なくとも2個のチオール基を有する多重チオール化合物との間の重合生成物を含む。他の実施形態で、ポリマーマトリックスは、架橋ポリマー、及び選択により(カルボキシ基含有)バインダー高分子を含む。架橋ポリマーは、チオレン樹脂、架橋ポリ(メタ)アクリレート、又はこれらの組み合わせを含む。一実施形態で、架橋ポリマーは、上述した光重合性モノマー、及び選択により多重チオール化合物の重合生成物である。バインダー高分子は、上述した通りである。
カドミウムフリー量子ドット、バインダー高分子、光重合性単量体、多重チオール化合物に対する記載は、上述した通りである。
量子ドットポリマー複合体は、(例えば、カドミウムフリー系量子ドットの含有量が複合体の総重量を基準に45%である場合)波長450nmの青色光吸収率が82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上である。
量子ドットポリマー複合体は、フィルム又はシート形態である。量子ドットポリマー複合体のフィルム又は後述する量子ドットポリマー複合体パターンは、例えば30μm以下の厚さ、例えば10μm以下、8μm以下、又は7μm以下、及び2μm超、例えば3μm以上、3.5μm以上、4μm以上の厚さを有する。シートは、1000μm以下、例えば900μm以下、800μm以下、700μm以下、600μm以下、500μm以下、又は400μm以下である。シートは、10μm以上、50μm以上、又は100μm以上である。
量子ドットポリマー複合体は、高い青色光吸収率を有する場合にも向上した熱安定性を示す。従って、量子ドットポリマー複合体は、窒素雰囲気中で、180℃で30分間熱処理された場合、光転換効率(PCE)が20%以上である。
他の実施形態で、表示素子は、光源と、発光要素(例えば、光発光要素)と、を備え、発光要素は、上述した量子ドット-ポリマー複合体を含み、光源は、発光要素に入射光を提供する。入射光は、440nm以上、例えば450nm以上460nm以下の範囲にある光発光ピーク波長を有する。
一実施形態で、光発光要素は、量子ドットポリマー複合体のシート(sheet)を含む。表示素子は、液晶パネルを更に含み、光源と液晶パネルとの間に量子ドットポリマー複合体のシートが介在する。
図1は、一実施形態による表示素子の分解図である。図1を参照すると、表示素子は、反射板(reflector)、導光板(LGP)及び青色LED光源(Blue-LED)、上述した量子ドット-ポリマー複合体シート(QDシート)、例えばプリズム、二重輝度向上フィルム(Double brightness enhance film:DBEF)などの各種光学フィルムが積層され、その上に液晶パネルが位置する構造を有する。
他の実施形態で、表示素子は、(例えば、透明の)基板、及び基板上に配置された発光層(例えば、光発光層)を含む積層構造物を発光要素(例えば、光発光要素)として含み、積層構造物で、光発光層は、量子ドットポリマー複合体のパターンを含み、パターンは、予め定められた波長の光を放出する一つ以上の反復区画(section)を含む。量子ドットポリマー複合体のパターンは、第1光を放出する第1区画、及び第2光を放出する第2区画から選択される少なくとも一つの反復区画(section)を含む。
第1光及び第2光は、光発光スペクトルの最大発光ピーク波長が異なる。一実施形態で、第1光は、最大発光ピーク波長が600nm~650nm(例えば、620nm~650nm)に存在する赤色光であり、第2光は、最大発光ピーク波長が500nm~550nm(例えば、510nm~550nm)に存在する緑色光である。
基板は、絶縁材料を含む基板である。基板は、ガラス;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)などポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレートなどのような多様なポリマー;ポリシロキサン(e.g.PDMS);Al2O3、ZnOなどの無機材料;又はこれらの組み合わせを含むが、これに制限されない。基板の厚さは、基板材料などを考慮して適切に選択され、特に制限されない。基板は柔軟性であってもよい。基板は、量子ドットから放出される光に対して透過率が50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、又は90%以上になるように構成される。
基板の少なくとも一部は、青色光を遮断(例えば、吸収又は反射)するように構成される。基板の少なくとも一部表面には青色光を遮断する層(青色光遮断層)が配置される。例えば、青色光遮断層は、有機材料(例えば、ポリマー)及び所定の染料(黄色染料又は緑色/赤色光を透過し、青色光を吸収する染料)を含むが、これに制限されない。
他の実施形態で、上述した積層構造物の製造方法は、基板上に上述した組成物の膜(film)を形成する段階と、膜の選択された領域を(例えば、波長400nm以下の)光に露出させる段階と、露出されたフィルムをアルカリ現像液で現像して量子ドットポリマー複合体のパターンを得る段階と、を含む。
基板及び組成物に関する内容は、上述した通りである。
図2は、一実施形態による組成物を用いて量子ドットポリマー複合体パターンを製造する工程図である。上述した組成物を基板上にスピンコーティング、スリットコーティングなどの適切な方法を用いて、所定の厚さに塗布して膜を形成する。形成された膜は選択によりプリベーク(PRB)を経る。プリベークの温度及び時間、雰囲気などの条件は既知であり、適切に選択される。
形成された(又は選択によりプリベークされた)膜を所定のパターンを有するマスク下で所定の波長を有する光に露出させる。光の波長及び強さは、光開始剤の種類及び含有量、量子ドットの種類及び含有量などを考慮して選択される。
露光されたフィルムをアルカリ現像液で処理(例えば、浸漬又はスプレー)し、フィルム未照射部分を溶解して所望のパターンを得る。得られたパターンは、必要に応じてパターンの耐クラック性及び耐溶剤性の向上のために、例えば150℃~230℃の温度で所定の時間(例えば10分以上、又は20分以上)ポストベーク(POB)する。
量子ドット-ポリマー複合体パターンが複数の反復区画を有する場合、各反復区画の形成のために所望の発光物性(光発光ピーク波長など)を有する量子ドット(例えば、赤色発光量子ドット、緑色量子ドット、又は選択により青色量子ドット)を含む複数の組成物を製造し、それぞれの組成物に対して上述したパターン形成過程を必要な回数(例えば、2回以上、又は3回以上)繰り返して所望のパターンの量子ドット-ポリマー複合体を得る。
他の実施形態で、上述したカドミウムフリー量子ドットを含むインク組成物がパターン形成のために用いられる。例えば、基板の所望の領域上にナノ材料(例えば、カドミウムフリー系量子ドット)、及び液体ビヒクル、モノマーなどを含むインクを堆積させ、選択により液体ビヒクルを除去するか又は重合を行ってパターンを形成する。
例えば、量子ドット-ポリマー複合体は、2個以上の異なる色区画(例えば、RGB色区画)が繰り返されるパターンである。このような量子ドット-ポリマー複合体パターンは、表示素子で光発光型カラーフィルターとして有利に用いられる。
また他の実施形態で、表示素子は、光源及び積層構造物を含む発光要素を含む。
光源は、積層構造物を含む発光要素に入射光を提供する。入射光は、440nm~480nm、又は440nm~470nmの範囲にある光発光ピーク波長を有する。入射光は、第3光である。
上述した積層構造物を含む表示素子で、光源は、第1区画及び第2区画にそれぞれ対応する複数の発光単位を含み、発光単位は、互いに向き合う第1電極と第2電極、及び第1電極と第2電極との間に配置された電界発光層を含む。
電界発光層は、有機発光物質を含む。
例えば、光源のそれぞれの発光単位は、所定の波長の光(例えば、青色光、緑色光、又はこれらの組み合わせ)を放出する電界発光素子(例えば、有機発光ダイオード)を含む。電界発光素子及び有機発光ダイオードの構造及び材料は知られており、特に制限されない。
図3A及び図3Bは、一実施形態による表示素子の模式的断面図である。図3A及び図3Bを参照すると、光源は(例えば、青色光又は波長500nm以下の光を放出する)有機発光ダイオードを含む。有機発光ダイオードは、基板上に形成された2以上の画素電極、隣接する画素電極の間に形成された画素定義膜、及びそれぞれの画素電極上に形成された有機発光層、有機発光層上に形成された共通電極層を含む。
有機発光ダイオードの下には薄膜トランジスター及び基板が配置される。有機発光ダイオードに関する内容は上述した通りである。有機発光ダイオードの画素領域は、それぞれ後述する第1、第2、及び第3区画に対応するように配置される。
光源上には(例えば、光源の直上には)量子ドットポリマー複合体の(例えば、緑色量子ドットを含む第1区画、及び赤色量子ドットを含む第2区画を含む)パターン及び基板を含む積層構造物又は量子ドットポリマー複合体パターンが配置される。
光源から放出された(例えば、青色)光は、パターンの第2区画及び第1区画に入射されてそれぞれ赤色及び緑色光を放出する。光源から放出された青色光は、第3区画を通過する。赤色光を放出する第2区画及び緑色光を放出する第1区画上には青色(及び選択により緑色)光を遮断(例えば、反射又は吸収)する光学要素(青色光遮断層又は第1光学フィルター)が配置される。青色光遮断層は、基板上に配置される。青色光遮断層は、基板と量子ドット-ポリマー複合体パターンとの間で第1区画及び第2区画上に配置される。青色光遮断層に対する詳細内容は以下で後述する第1光学フィルターに対する記載の通りである。
このような素子は、上述した積層構造物と(例えば、青色光放出)OLEDとを別途に製造した後に結合して製造される。代替的に、素子は、OLED上に量子ドットポリマー複合体のパターンを直接形成することによって製造される。
他の実施形態で、表示装置は、下部基板、下部基板の下に配置された偏光板、及び積層構造物と下部基板との間に介在する液晶層を更に含み、積層構造物は、光発光層(即ち、量子ドットポリマー複合体パターン)が液晶層に対面するように配置される。表示装置は、液晶層と光発光層との間に偏光板を更に含む。光源は、LED、及び選択により導光板を更に含む。
図4は、他の実施形態による表示素子の断面図である。図4を参照すると、非制限的な一実施形態で、表示素子は、液晶パネル200、液晶パネル200の上に及び/又は下に配置された光学素子300(例えば、偏光板)、及び下側光学素子300の下に配置された青色光放出光源を含むバックライトユニットを含む。バックライトユニットは、光源110及び導光板120を含む(エッジ型)。バックライトユニットは、導光板がない直下型であってもよい(図示せず)。液晶パネル200は、下部基板210、上部基板240、上部基板と下部基板との間に介在する液晶層220を含み、上部基板240の上面又は底面に配置されたカラーフィルター230を含む。カラーフィルター層230は、上述した量子ドット-ポリマー複合体(又はそのパターン)を含む。
内部表面、例えば下部基板210の上面には配線板211が提供される。配線板211は、画素領域を定義する複数個のゲート配線(図示せず)及びデータ配線(図示せず)、ゲート配線とデータ配線との交差部に隣接して提供された薄膜トランジスター、各画素領域のための画素電極を含むが、これに制限されない。このような配線板の具体的内容は知られており、特に制限されない。
配線板211の上には液晶層220が提供される。液晶層220は、その内部に含まれる液晶物質の初期配向のために、層の上及び下に配向膜221を含む。液晶物質及び配向膜に対する具体的内容(例えば、液晶物質、配向膜材料、液晶層形成方法、液晶層の厚さなど)は知られており、特に制限されない。
一実施形態で、液晶層220と上部基板240との間に上部光学素子又は偏光板300が提供されるが、これに制限されない。例えば、上部偏光板は、液晶層220又は共通電極231と光発光層230(又は量子ドットポリマー複合体パターン)との間に配置される。一実施形態で、光学素子300は、偏光子(polarizer)である。上部基板(例えばその底面)には、開口部を含み、下部基板上に提供された配線板のゲート線、データ線、及び薄膜トランジスターなどを覆うブラックマトリックス241が提供される。赤色光を放出する第2カラーフィルター(R)、緑色光を放出する第1カラーフィルター(G)、及び/又は青色光(放出又は透過)のための第3カラーフィルター(B)がブラックマトリックス241上のブラックマトリックスの開口部に配置される。例えば、ブラックマトリックス241は格子形状を有する。所望の場合、光発光層は、一つ以上の第4区画を更に含む。第4区画は、第1~3区画から放出される光と異なる色(例えば、青緑色(cyan)、赤紫色(magenta)、及び黄色(yellow))の光を放出する量子ドットを含む
カラーフィルター層230は、透明共通電極231上に配置される。
所望の場合、表示素子は、青色光遮断層(以下、第1光学フィルター層という)を更に有する。青色光遮断層は、第2区画(R)及び第1区画(G)の底面と上部基板240との間に、又は上部基板240の上面に配置される。青色光遮断層は、青色を表示する画素領域(第3区画)に対応する部分に開口部を有するシートを含み、第1及び第2区画に対応する部分に形成される。第1光学フィルター層は、第3区画に重なる部分を除いた残りの部分上に一体構造で形成されるが、これに制限されない。第1及び第2区画にそれぞれ重なる位置に2以上の第1光学フィルター層がそれぞれ離隔配置される。
第1光学フィルター層は、例えば可視光領域中の一部の波長領域の光を遮断させ、残りの波長領域の光を透過させ、例えば青色光を遮断させ、青色光を除いた光を透過させる。例えば、緑色光、赤色光、及び/又はこれらの混色光である黄色光を透過させる。
第1光学フィルター層は、遮断しようとする波長を吸収する染料及び/又は顔料を含む高分子薄膜を含み、例えば480nm以下の青色光を80%以上、90%以上、更には95%以上を吸収する反面、約500nm超~700nm以下の残りの可視光に対しては約70%以上、80%以上、90%以上、更には100%の光透過度を有する。
第1光学フィルター層は、約500nm以下の青色光を吸収して実質的に遮断するが、例えば緑色光、又は赤色光を選択的に透過する。この場合、第1光学フィルター層は、2以上が第1又は第2区画に重なる位置毎にそれぞれ互いに離隔配置される。例えば、赤色光を選択的に透過する第1光学フィルター層は赤色光放出区画に重なる位置に、緑色光を選択的に透過する第1光学フィルター層は緑色光放出区画に重なる位置にそれぞれ配置される。
例えば、第1光学フィルター層は、青色光及び赤色光を遮断(例えば、吸収)し、所定の範囲(例えば、約500nm以上、約510nm以上、又は約515nm以上、及び約550nm以下、約540nm以下、約535nm以下、約530nm以下、約525nm以下、又は約520nm以下)の光を選択的に透過させる第1領域、及び青色光及び緑色光を遮断(例えば、吸収)し、所定の範囲(例えば、約600nm以上、約610nm以上、又は約615nm以上、及び約650nm以下、約640nm以下、約635nm以下、約630nm以下、約625nm以下、又は約620nm以下)の光を選択的に透過させる第2領域のうちの少なくとも一つを含む。第1領域は緑色光放出区画に重なる位置に配置され、第2領域は赤色光放出区画に重なる位置に配置される。第1領域及び第2領域は、例えばブラックマトリックスなどにより、光学的に孤立される。このような第1光学フィルター層は、表示素子の色純度の向上に寄与する。
第1光学フィルター層は、屈折率が異なる複数の層(例えば、無機材料層)を含む反射型フィルターであり、例えば屈折率が異なる2層が交互に積層して形成され、例えば高屈折率を有する層と低屈折率を有する層とを交互に積層して形成される。
表示素子は、光発光層と液晶層との間に(例えば、光発光層と上部偏光子との間に)配置され、第3光の少なくとも一部を透過し、第1光及び/又は第2光の少なくとも一部を反射させる第2光学フィルター層(例えば、赤色/緑色光又は黄色光リサイクル層)を更に含む。第2光学フィルター層は、500nm超の波長領域を有する光を反射する。第1光は緑色(又は赤色)光であり、第2光は赤色(又は緑色)光であり、第3光は青色光である。
表示素子は(例えば、100nit以上の)向上した輝度を示し、広い(例えば160度又はそれ以上の)視野角を有する。
一実施形態は、上述した量子ドットを含む電子素子を提供する。電子素子は、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、センサー(sensor)、太陽電池、イメージングセンサー、又は液晶表示装置を含むが、これに制限されない。
以下、具体的な実施例を提示する。但し、下記に記載した実施例は、発明を具体的に例示するか又は説明するためのものに過ぎず、これによって発明の範囲が制限されない。
[実施例]
≪分析方法≫
[1]UV-Vis分光分析
Agilent Cary5000スペクトロメーターを用いてUV分光分析を行い、UV-Visible吸収スペクトルを得る。
[2]Photoluminescence分析
Hitachi F-7000スペクトロメーターを利用して励起波長450nmで製造された量子ドットの光発光(photoluminescence:PL)スペクトルを得る。
[3]量子ドットの絶対量子効率(Quantum Yield)
量子効率は、サンプルから光発光として放出されたフォトンの個数をサンプルにより吸収されたフォトンの個数で割ったものである。量子ドット分散液又は量子ドット-ポリマー複合体に対してHAMAMATSU-Quantaurus-QY、C11347(製造会社:浜松株式会社)を用いて量子効率を測定する。
[4]ICP分析
Shimadzu ICPS-8100を用いて誘導結合プラズマ原子発光分光分析(ICP-AES)を行う。
[5]量子ドットのグラム当たりの青色吸収率
所定重量の量子ドットを(重量基準)100倍のトルエン溶媒で希釈して量子ドット溶液を得る。得られた溶液に対してAgilent Cary5000スペクトロメーターを用いてUV分光分析を行い、450nm波長での吸収値を求め、得られた値を量子ドットの重量で割って量子ドットのグラム当たりの青色吸収率を求める。
[6]複合体に対する青色光吸収率及び光転換率(CE)
積分球を用いて青色励起光の光量(B)を測定する。次いで、QDポリマー複合体を積分球に入れ、青色励起光を照射して複合体から出て来た緑色(又は赤色)光の光量(A)及び青色光の光量(B’)を測定する。
測定された値から下記の式により青色光吸収率及び光転換率を求める。
青色光吸収率=(B-B’)/B
光転換率=A/(B-B’)
[InP及びInZnPコアの製造]
参照例1:以下のような方式でInPコアを準備する。
200mL反応フラスコでインジウムアセテート(indium acetate)パルミチン酸(palmitic acid)を1-オクタデセン(octadecene)に溶解させ、真空下で120℃に加熱する。インジウムとパルミチン酸のモル比は1:3にする。1時間後反応器内雰囲気を窒素に転換する。280℃に加熱した後、トリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine:TMS3P)及びトリオクチルホスフィンの混合溶液を迅速に注入し、20分間反応させる。常温で迅速に冷ました反応溶液にアセトンを入れ、遠心分離して得られた沈澱をトルエンに再び分散させる。TMS3Pの含有量はインジウム1モル当たり0.5モルにする。得られたInPコアは、大きさが3nm程度である。
参照例2:以下のような方式でInZnPコアを準備する。
インジウム前駆体1モル当たり略1モルの含有量で亜鉛アセテートを更に用いることを除いては、参照例1と同様な方式でInZnPコアを準備する。得られたInZnPコアは大きさが2nm程度である。
[赤色量子ドット]
<実施例1>
[1]量子ドット合成及び特性分析
(1)セレニウムをトリオクチルホスフィンに分散させてSe/TOP stock solutionを準備し、硫黄をトリオクチルホスフィンに分散させてS/TOP stock solutionを準備する。
200mL反応フラスコで亜鉛アセテート(zinc acetate)及びオレイン酸(oleic acid)をトリオクチルアミン(trioctylamine)に溶解させて120℃で10分間真空処理する。N2に反応フラスコの中を転換した後、得られた溶液の温度を320℃まで上げ、InP半導体ナノ結晶のトルエン分散液を入れて所定量のSe/TOPを3回にかけて反応フラスコに注入する。反応を行ってコア上にZnSeシェルが配置された粒子を含む反応液を得る。総反応時間は80分であり、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量は4モルである。
次いで、反応温度で、反応液にS/TOP stock溶液を注入する。反応を行ってZnSeシェルにZnSシェルが配置された粒子を含む反応液を得る。総反応時間は80分であり、インジウム1モルに対して使用されたSの総含有量は9モルである。
InP/ZnSe/ZnS量子ドットを含む反応物に過量のエタノールを入れて遠心分離する。遠心分離後、上澄み液を捨て、沈殿物を乾燥してからクロロホルム又はトルエンに分散させて量子ドット溶液(以下、QD溶液)を得る。
(2)得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表1に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表2に示す。
[2]量子ドットポリマー複合体及びそのパターンの製造
(1)量子ドット-バインダー分散液の製造
上記で得られた量子ドットのクロロホルム分散液を、バインダー(メタクリル酸、ベンジルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びスチレンの4元共重合体、酸価:130mgKOH/g、分子量:8000、メタクリル酸:ベンジルメタクリレート:ヒドロキシエチルメタクリレート:スチレン(モル比)=61.5%:12%:16.3%:10.2%)溶液(濃度30wt%のポリプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)と混合して量子ドット-バインダー分散液を製造する。
(2)感光性組成物の製造
上記量子ドットバインダー分散液に、光重合性単量体として下記構造を有するヘキサアクリレート、グリコールジ-3-メルカプトプロピオネート(以下、2T)、開始剤としてオキシムエステル化合物、金属酸化物微粒子としてTiO及びPGMEAを混合して組成物を製造する。
Figure 0007277146000023
製造された組成物は、組成物の固形分重量を基準に40重量%の量子ドット、12.5重量%のバインダー高分子、25重量%の2T、12重量%の光重合性単量体、並びに0.5重量%の開始剤及び10重量%の金属酸化物微粒子を含み、Total Solid Contentは25%である。
(3)量子ドット-ポリマー複合体パターンの製造及び熱処理
上記感光性組成物をガラス基板に150rpmで5秒間スピンコーティングしてフィルムを得る。得られたフィルムを100℃でプリベーク(PRB)する。プリベークされたフィルムに所定のパターン(例えば、スクエアドット(square dot)又はストライプパターン)を有するマスク下で光(波長:365nm、強さ:100mJ)を1秒間照射し、これを水酸化カリウム水溶液(濃度:0.043%)で50秒間現像して量子ドット-ポリマー複合体パターン(厚さ:6μm)を得る。
製造されたパターンを180℃で30分間、窒素雰囲気でPOB熱処理する。
得られたフィルムパターンに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表3に示す。
<実施例2>
[1]インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を3モルにし、Sの総含有量を6モルにすることを除いては、実施例1と同様な方式でInP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表1に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表2に示す。
[2]上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表3に示す。
<比較例1>
[1]インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を9モルにし、Sの総含有量を27モルにし、第1シェル形成時間を120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表1に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光物性分析を行い、その結果を下記表2に示す。
[2]上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率及び光転換効率を測定してその結果を下記表3に示す。
<比較例2-1>
[1]インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を3モルにし、Sの総含有量を6モルにし、第1シェル形成時間を30分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表1に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表2に示す。
[2]上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率及び光転換効率を測定してその結果を下記表3に示す。
<比較例2-2>
[1]インジウム1モル当たり5モルのSe及び33モルのSを用い、S前駆体及びSe前駆体の混合物及びS前駆体を順次に投入することを除いては、実施例1と同様な方式でInPコア上にZnSeSシェルを含む量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表1に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表2に示す。
Figure 0007277146000024
Figure 0007277146000025
Figure 0007277146000026
上記表1~3の結果から、In(Se+S)含有量の比が0.06以上0.3以下である場合、向上した光学物性と安定性を示すことが確認される。製造された量子ドットは、向上した青色光吸収率を示し、これは量子ドットポリマー複合体の光効率増加に寄与する。
[緑色量子ドット]
<実施例3>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を13モルにし、Sの総含有量を36モルにし、第1シェル形成時間を略120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表5に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<実施例4>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を10モルにし、Sの総含有量を33モルにし、第1シェル形成時間を略120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表5に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<実施例5>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を5モルにし、Sの総含有量を30モルにし、第1シェル形成時間を略120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDのUV-vis分光分析及び光発光分析を行い、その結果を下記表5に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<実施例6>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を12モルにし、Sの総含有量を36モルにし、第1シェル形成時間を略120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDのUV-vis分光分析を行い、その結果を図5に示す。得られたQDの光発光物性を分析してその結果を下記表5に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<比較例3>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を26モルにし、Sの総含有量を39モルにし、第1シェル形成時間を120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDのUV-vis分光分析を行う。得られたQDの光発光物性を分析してその結果を下記表5に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<比較例4>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を3モルにし、Sの総含有量を18モルにし、第1シェル形成時間を120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。
上記で製造された量子ドットを用いることを除いては、実施例1と同様な方式で量子ドット-ポリマー複合体パターンを得る。得られたフィルムに対して、発光波長、青色光吸収率、及び光転換効率を測定してその結果を下記表6に示す。
<比較例5>
参照例2で製造されたコアを用い、インジウム1モルに対して使用されたSeの総含有量を14モルにし、Sの総含有量を51モルにし、第1シェル形成時間を120分にすることを除いては、実施例1と同様な方式でInZnP/ZnSe/ZnS量子ドットを得る。得られたQDのICP-AES分析を行い、その結果を下記表4に示す。得られたQDの光発光物性を分析してその結果を下記表5に示す。
Figure 0007277146000027
Figure 0007277146000028
Figure 0007277146000029
上記表4~6の結果から、In/(Se+S)含有量の比が0.027以上0.1以下である場合、向上した光学物性と安定性を示すことが確認される。製造された量子ドットは、向上した青色光吸収率を示し、これは量子ドットポリマー複合体の光効率増加に寄与する。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
110 光源
120 導光板
200 液晶パネル
210 下部基板
211 配線板
220 液晶層
221 配向膜
230 カラーフィルター層
231 共通電極
240 上部基板
241 ブラックマトリックス
300 光学素子

Claims (32)

  1. インジウム(In)及びリン(P)を含む半導体ナノ結晶コア(core)、前記半導体ナノ結晶コア上に配置されて亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェル(first semiconductor nanocrystal shell)、並びに前記第1半導体ナノ結晶シェル上に配置されて亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェル(second semiconductor nanocrystal shell)を有し、カドミウムを含まないカドミウムフリー系量子ドット(cadmium free quantum dot)であって、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.06以上0.3以下であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比は、0.027以上0.1以下であり、
    UV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長(first absorption peak wavelength)の強度(1st OD)に対する450nmの強度(450nm OD)の比が、1.5以上であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットは、80%超の量子効率(Quantum Yield)を有することを特徴とするカドミウムフリー系量子ドット。
  2. インジウム(In)及びリン(P)を含む半導体ナノ結晶コア(core)、前記半導体ナノ結晶コア上に配置されて亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェル(first semiconductor nanocrystal shell)、並びに前記第1半導体ナノ結晶シェル上に配置されて亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェル(second semiconductor nanocrystal shell)を有し、カドミウムを含まないカドミウムフリー系量子ドット(cadmium free quantum dot)であって、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.06以上0.3以下であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比は、0.027以上0.1以下であり、インジウムに対する硫黄のモル含有量比は7~12.1であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットは、UV-Vis吸収スペクトルで、第1吸収ピーク波長(first absorption peak wavelength)の強度(1st OD)に対する450nmの強度(450nm OD)の比が1.2以上であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットは、80%超の量子効率(Quantum Yield)を有することを特徴とするカドミウムフリー系量子ドット。
  3. 前記半導体ナノ結晶コアは、亜鉛を更に含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  4. 前記第1半導体ナノ結晶シェルは、硫黄(S)を含まないことを特徴とする請求項1に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  5. 前記第1半導体ナノ結晶シェルは、前記半導体ナノ結晶コアの直上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  6. 前記第1半導体ナノ結晶シェルは、厚さが3モノレイヤー以上10モノレイヤー以下であることを特徴とする請求項1に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  7. 前記第2半導体ナノ結晶シェルは、前記カドミウムフリー系量子ドットの最外郭層であることを特徴とする請求項1に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  8. 前記第2半導体ナノ結晶シェルは、前記第1半導体ナノ結晶シェルの直上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  9. 前記カドミウムフリー系量子ドットは、600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有し、
    硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.064以上0.25以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  10. インジウム(In)及びリン(P)を含む半導体ナノ結晶コア(core)、前記半導体ナノ結晶コア上に配置されて亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェル(first semiconductor nanocrystal shell)、並びに前記第1半導体ナノ結晶シェル上に配置されて亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェル(second semiconductor nanocrystal shell)を有し、カドミウムを含まないカドミウムフリー系量子ドット(cadmium free quantum dot)であって、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.06以上0.3以下であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.027以上0.046以下であり、
    前記カドミウムフリー系量子ドットは、80%超の量子効率(Quantum Yield)を有することを特徴とするカドミウムフリー系量子ドット。
  11. 前記カドミウムフリー系量子ドット1グラム当たりの青色吸収率は、1以上であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  12. 前記カドミウムフリー系量子ドットは、量子効率が85%以上であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項10に記載の量子ドット。
  13. 前記カドミウムフリー系量子ドットは、450nm超及び光発光ピーク波長未満の範囲内に第1吸収ピーク波長を有することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項10、または請求項1、請求項2、または請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  14. 前記カドミウムフリー系量子ドットは、半値幅が44nm以下であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項10に記載の量子ドット。
  15. 請求項1、請求項2、または請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドットの製造方法であって、
    亜鉛を含む第1シェル前駆体、有機リガンド、及び有機溶媒を含む第1混合物を得る段階と、
    前記第1混合物を選択により加熱する段階と、
    選択により加熱された前記第1混合物に、インジウム及びリンを含む半導体ナノ結晶コア、並びにセレニウム含有前駆体を注入して第2混合物を得る段階と、
    前記第2混合物を第1反応温度で加熱し、前記第1反応温度で40分以上維持して前記半導体ナノ結晶コア上に亜鉛及びセレニウムを含む第1半導体ナノ結晶シェルが形成された粒子を含む第3混合物を得る段階と、
    前記第1反応温度で、前記第3混合物に硫黄含有前駆体を付加して亜鉛及び硫黄を含む第2半導体ナノ結晶シェルを前記第1半導体ナノ結晶シェル上に形成してカドミウムフリー系量子ドットを得る段階と、を有し、
    前記第2混合物及び前記第3混合物の前記インジウムに対する前記セレニウム含有前駆体の総含有量及び前記硫黄含有前駆体の総含有量を調節し、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対する前記インジウムのモル含有量の比が0.06以上0.3以下になるようにし、
    前記カドミウムフリー系量子ドットが500nm~550nmの範囲で光発光ピーク波長を有する場合、前記カドミウムフリー系量子ドットの硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比が0.027以上0.1以下になるようにすることを特徴とする製造方法。
  16. 前記製造方法は、前記第3混合物の温度を100℃以下に下げる段階を含まないことを特徴とする請求項15に記載の製造方法。
  17. 請求項1、請求項2、または請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドットと
    カルボン酸基含有バインダー高分子と、
    炭素-炭素二重結合を含む光重合性単量体と、
    光開始剤と、を有することを特徴とする組成物。
  18. 前記カルボン酸基含有バインダー高分子は、
    カルボン酸基及び炭素-炭素二重結合を含む第1モノマー、炭素-炭素二重結合及び疎水性残基を有してカルボン酸基を含まない第2モノマー、並びに選択により炭素-炭素二重結合を含み親水性残基を有してカルボン酸基を含まない第3モノマーを含むモノマー組み合わせの共重合体、
    主鎖内に2個の芳香族環が他の環状残基の構成原子である第4級炭素原子と結合した骨格構造を有してカルボン酸基(-COOH)を含む多重芳香族環含有ポリマー、
    又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項17に記載の組成物。
  19. 前記カルボン酸基含有バインダー高分子は、酸価が50mgKOH/g以上240mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項17に記載の組成物。
  20. 前記組成物は、末端に少なくとも1個のチオール基を有するチオール化合物、金属酸化物微粒子、又はこれらの組み合わせを更に含むことを特徴とする請求項17に記載の組成物。
  21. 前記金属酸化物微粒子は、TiO、SiO、BaTiO、BaTiO、ZnO、又はこれらの組み合わせを含み、
    前記チオール化合物は、下記化学式6で表される化合物を含むことを特徴とする請求項20に記載の組成物。
    Figure 0007277146000030
    前記化学式6で、
    は、水素;置換又は非置換のC1乃至C30の直鎖又は分枝鎖アルキル基;置換又は非置換のC6乃至C30のアリール基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロアリール基;置換又は非置換のC3乃至C30のシクロアルキル基;置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロシクロアルキル基;C1乃至C10のアルコキシ基;ヒドロキシ基;-NH;置換又は非置換のC1乃至C30のアミン基(-NRR’、ここで、R及びR’は、互いに独立に、水素又はC1乃至C30の直鎖又は分枝鎖アルキル基であり、但し、同時に水素ではない);イソシアネート基;ハロゲン;-ROR’(ここで、Rは、置換又は非置換のC1乃至C20のアルキレン基であり、R’は、水素又はC1乃至C20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である);アシルハライド(-RC(=O)X、ここで、Rは、置換又は非置換のアルキレン基であり、Xは、ハロゲンである);-C(=O)OR’(ここで、R’は、水素又はC1乃至C20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である);-CN;-C(=O)ORR’又は-C(=O)ONRR’(ここで、R及びR’は、互いに独立に、水素又はC1乃至C20の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)より選択され、
    は、炭素原子、置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基、一つ以上のメチレン(-CH-)がスルホニル(-SO-)、カルボニル(CO)、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)、スルホキシド(-SO-)、エステル(-C(=O)O-)、アミド(-C(=O)NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10のアルキル基である)、又はこれらの組み合わせで代替された置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基、置換又は非置換のC3乃至C30のシクロアルキレン基、置換又は非置換のC6乃至C30のアリーレン基、置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロアリーレン基、又は置換又は非置換のC3乃至C30のヘテロシクロアルキレン残基であり、
    は、単一結合;置換又は非置換のC1乃至C30のアルキレン基;置換又は非置換のC2乃至C30のアルケニレン基;少なくとも一つのメチレン(-CH-)がスルホニル(-S(=O)-)、カルボニル(-C(=O)-)、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)、スルホキシド(-S(=O)-)、エステル(-C(=O)O-)、アミド(-C(=O)NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、イミン(-NR-)(ここで、Rは、水素又はC1乃至C10の直鎖又は分枝鎖アルキル基である)、又はこれらの組み合わせで置換されたC1乃至C30のアルキレン基又はC2乃至C30のアルケニレン基であり、
    mは、1以上の整数であり、
    k1は、0又は1以上の整数であり、k2は、1以上の整数であり、
    mとk2との合計は、3以上の整数であって、
    mは、Yの原子価を越えず、k1とk2との合計は、Lの原子価を超えない。
  22. 前記組成物内の前記金属酸化物微粒子の含有量は、組成物の固形分を基準に15重量%以下であることを特徴とする請求項20に記載の組成物。
  23. ポリマーマトリックスと、
    前記ポリマーマトリックス内に分散された請求項1、請求項2、または請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドットと、を有し、
    前記ポリマーマトリックスは、バインダー高分子、少なくとも一つの炭素-炭素二重結合を含む光重合性単量体の重合生成物、及び選択により前記光重合性単量体と末端に少なくとも2個のチオール基を有する多重チオール化合物との間の重合生成物を含むことを特徴とする量子ドット-ポリマー複合体。
  24. 前記量子ドット-ポリマー複合体は、前記カドミウムフリー系量子ドットの含有量が前記量子ドット-ポリマー複合体の総重量を基準に45%である場合、波長450nmの青色光吸収率が82%以上であることを特徴とする請求項23に記載の量子ドット-ポリマー複合体。
  25. 前記量子ドット-ポリマー複合体は、窒素雰囲気中で180℃30分間熱処理された場合、光転換効率(CE)が20%以上であることを特徴とする請求項23に記載の量子ドット-ポリマー複合体。
  26. 光源と、
    発光要素と、を備え、
    前記発光要素は、請求項23に記載の量子ドット-ポリマー複合体を含み、
    前記光源は、前記発光要素に入射光を提供することを特徴とする表示素子。
  27. 前記入射光は、440nm~460nmの範囲にある光発光ピーク波長を有することを特徴とする請求項26に記載の表示素子。
  28. 前記発光要素は、前記量子ドット-ポリマー複合体のシート(sheet)を含むことを特徴とする請求項26に記載の表示素子。
  29. 前記発光要素は、基板及び前記基板上に配置された発光層を含む積層構造物であり、
    前記発光層は、前記量子ドット-ポリマー複合体のパターンを含み、
    前記パターンは、予め定められた波長の光を放出する一つ以上の反復区画(section)を含むことを特徴とする請求項26に記載の表示素子。
  30. 前記パターンは、第1光を放出する第1区画及び前記第1光と異なる中心波長を有する第2光を放出する第2区画を含むことを特徴とする請求項29に記載の表示素子。
  31. 前記半導体ナノ結晶コアは、亜鉛を更に含むことを特徴とする請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
  32. 前記カドミウムフリー系量子ドットは、600nm~650nmの範囲で光発光ピーク波長を有し、
    硫黄及びセレニウムの総モル含有量に対するインジウムのモル含有量の比[In/(Se+S)]は、0.064以上0.25以下であることを特徴とする請求項10に記載のカドミウムフリー系量子ドット。
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