JP7381724B2 - 発光性粒子及びその製造方法、発光性粒子分散体、光変換フィルム、積層体、光変換層、カラーフィルタ並びに発光素子 - Google Patents
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本発明の一実施形態は、メタルハライドからなる半導体ナノ結晶粒子の表面に、Siを含有する表面層を備えた発光性粒子の製造方法である。一実施形態に係る製造方法は、半導体ナノ結晶粒子の原料化合物と、半導体ナノ結晶粒子の表面に結合可能な結合性基及び加水分解性シリル基を有するシラン化合物Aと、溶媒とを含む溶液から、半導体ナノ結晶粒子及びその表面にポリシロキサン結合を形成させることにより、半導体ナノ結晶粒子の表面にシラン化合物Aの重合体を含む層を備えた前駆体粒子を得る工程S1と、前駆体粒子と、塩基性基を有する第一の構造単位及び塩基性基を有さず親溶媒性の第二の構造単位を備えたポリマーBと、溶媒とを混合して混合物を得る工程S2と、加水分解性シリル基を有するシラン化合物Cを混合物に添加し、ポリシロキサン結合を形成させることにより、前駆体粒子の表面にポリマーB及びシラン化合物Cの重合体を含む層を備えた発光性粒子を得る工程S3と、を備える。
工程S1では、例えば、半導体ナノ結晶粒子の原料化合物を含む第1の溶液と、シラン化合物Aを含む第2の溶液とを混合することにより、メタルハライドからなる半導体ナノ結晶粒子を生成すると共に当該半導体ナノ結晶粒子の表面に前記シラン化合物Aを配位させる。その後、配位した前記シラン化合物A中の加水分解性シリル基を縮合させてシロキサン結合を形成する。以上によって、前記半導体ナノ結晶の表面にシラン化合物Aの重合体を含む層を備えた前駆体粒子を得る。
式中、Aは、有機カチオンおよび金属カチオンのうちの少なくとも1種である。有機カチオンとしては、アンモニウム、ホルムアミジニウム、グアニジニウム、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、プロトン化チオウレア等が挙げられ、金属カチオンとしては、Cs、Rb、K、Na、Li等のカチオンが挙げられる。
Mは、少なくとも1種の金属カチオンである。金属カチオンとしては、1族、2族、3族、4族、5族、6族、7族、8族、9族、10族、11族、13族、14族、15族から選ばれる金属カチオンが挙げられる。より好ましくは、Ag、Au、Bi、Ca、Ce、Co、Cr、Cu、Eu、Fe、Ga、Ge、Hf、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Ni、Os、Pb、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Sb、Sc、Sm、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、V、W、Zn、Zr等のカチオンが挙げられる。
Xは、少なくとも1種のアニオンである。アニオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン等が挙げられ、少なくとも1種のハロゲンを含む。
aは、1~7の整数であり、bは、1~4の整数であり、cは、3~16の整数である。
半導体ナノ結晶粒子においては、その粒子サイズ、Xで表されるアニオンの種類および存在割合を調整することにより、発光波長(発光色)を制御することができる。
なお、半導体ナノ結晶粒子の発光ピークの波長は、例えば、絶対PL量子収率測定装置を用いて測定される蛍光スペクトルまたは燐光スペクトルにおいて確認することできる。
これらの上限値および下限値は、任意に組み合わせることができる。なお、以下の同様の記載においても、個別に記載した上限値および下限値は任意に組み合わせ可能である。
なお、半導体ナノ結晶粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡または走査型電子顕微鏡により粒子径を測定し、体積平均径を算出することにより得られる。
カルボキシル基含有化合物としては、例えば、炭素原子数1~30の直鎖状または分岐状の脂肪族カルボン酸が挙げられる。
かかるカルボキシル基含有化合物の具体例としては、例えば、アラキドン酸、クロトン酸、trans-2-デセン酸、エルカ酸、3-デセン酸、cis-4,7,10,13,16,19-ドコサヘキサエン酸、4-デセン酸、all cis-5,8,11,14,17-エイコサペンタエン酸、all cis-8,11,14-エイコサトリエン酸、cis-9-ヘキサデセン酸、trans-3-ヘキセン酸、trans-2-ヘキセン酸、2-ヘプテン酸、3-ヘプテン酸、2-ヘキサデセン酸、リノレン酸、リノール酸、γ-リノレン酸、3-ノネン酸、2-ノネン酸、trans-2-オクテン酸、ペトロセリン酸、エライジン酸、オレイン酸、3-オクテン酸、trans-2-ペンテン酸、trans-3-ペンテン酸、リシノール酸、ソルビン酸、2-トリデセン酸、cis-15-テトラコセン酸、10-ウンデセン酸、2-ウンデセン酸、酢酸、酪酸、ベヘン酸、セロチン酸、デカン酸、アラキジン酸、ヘンエイコサン酸、ヘプタデカン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、ヘプタコサン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、メリシン酸、オクタコサン酸、ノナデカン酸、ノナコサン酸、n-オクタン酸、パルミチン酸、ペンタデカン酸、プロピオン酸、ペンタコサン酸、ノナン酸、ステアリン酸、リグノセリン酸、トリコサン酸、トリデカン酸、ウンデカン酸、吉草酸等が挙げられる。
かかるアミノ基含有化合物の具体例としては、例えば、1-アミノヘプタデカン、1-アミノノナデカン、ヘプタデカン-9-アミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、2-n-オクチル-1-ドデシルアミン、アリルアミン、アミルアミン、2-エトキシエチルアミン、3-エトキシプロピルアミン、イソブチルアミン、イソアミルアミン、3-メトキシプロピルアミン、2-メトキシエチルアミン、2-メチルブチルアミン、ネオペンチルアミン、プロピルアミン、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、1-アミノデカン、ノニルアミン、1-アミノウンデカン、ドデシルアミン、1-アミノペンタデカン、1-アミノトリデカン、ヘキサデシルアミン、テトラデシルアミン等が挙げられる。
工程S2では、例えば、前記前駆体粒子を含む固形物に、塩基性基を有する第一の構造単位及び塩基性基を有さず親溶媒性の第二の構造単位を備えたポリマーBがトルエン等の溶媒に溶解したポリマー溶液を添加する。これにより、前駆体粒子の表面にポリマーB中の塩基性基を有する第一の構造単位が当該前駆体粒子の側に向けて集まった状態が形成される。
X1及びX2は、各々独立して、-COO-、-OCO-、窒素原子によって置換されてもよい炭素原子数が1~8のアルキル鎖、単結合を表す。
式中、R4及びR5は、水素原子又はメチル基を表し、RB3は、直鎖状或いは分岐状の炭素数2~15のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数4~20のシクロアルキル基、末端がヒドロキシ基又はアルコキシ基である炭素数10~50のポリアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよい芳香族基、または一般式(B3)で表される基を表し、
X3及びX4は、-COO-、-OCO-、炭素原子数が1~8のアルキル鎖、単結合を表し、
RB4は、一般式(B3)で表される基を表し、
R6は、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状の飽和又は不飽和の2価の炭化水素基を表し、aは0または1を表し、bは1~100を表す。
非イオン性官能基としては、ヒドロキシ基、エーテル基、チオエーテル基、スルフィニル基(-SO-)、スルホニル基(-SO2-)、カルボニル基、ホルミル基、エステル基、炭酸エステル基、アミド基、カルバモイル基、ウレイド基、チオアミド基、チオウレイド基、スルファモイル基、シアノ基、アルケニル基、アルキニル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基が挙げられる。
工程S3では、例えば、工程S2で得られた、前記前駆体粒子、前記ポリマーB及び前記溶媒を含むポリマー溶液と、シラン化合物Cを含む溶液とを混合する。シラン化合物Cの加水分解性シリル基が縮合してシロキサン結合を形成することにより、前駆体粒子の表面にポリマーB及びシラン化合物Cの重合体を含む層が形成される。この結果、前記半導体ナノ結晶粒子の表面に、Siを含有する表面層を備えた発光性粒子が形成される。前記表面層は、シラン化合物A由来のポリシロキサン、ポリマーB及びシラン化合物C由来のポリシロキサンを含む。その後、得られた反応液を遠心分離し、上澄みを回収することにより、前記発光性粒子が前記溶媒に分散した発光性粒子分散体を得ることができる。
本発明の発光性粒子は、分散媒に分散して発光性粒子分散体として用いることが好ましい。分散媒として溶媒又は光重合性化合物を用いることが好ましい。発光性粒子分散体は、分散媒として少なくとも光重合性化合物を含有し、さらに光重合性化合物を含有ことが好ましい。このような発光性粒子分散体は、特に、光変換フィルム用コーティング組成物あるいは紫外線硬化型インクジェット用のインク組成物として好適である。このとき、溶媒を含んでもよく、含まなくてもよい。以下、発光性粒子と、光重合性化合物と、光重合性化合物を含む発光性分散体(以下、「インク組成物」と記載する。)について説明する。
光重合性化合物は、好ましくは光の照射によって重合する光ラジカル重合性化合物であり、光重合性のモノマーまたはオリゴマーであってよい。これらは、光重合開始剤と共に用いられる。光重合性化合物は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
4官能(メタ)アクリレートの具体例としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
5官能(メタ)アクリレートの具体例としては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
6官能(メタ)アクリレートの具体例としては、例えば、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリレート化合物は、リン酸基を有する、エチレンオキサイド変性リン酸(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性アルキルリン酸(メタ)アクリレート等であってもよい。
インク組成物中に含まれる光重合性化合物の量は、40~80質量%であることが好ましく、45~75質量%であることがより好ましく、50~70質量%であることがさらに好ましい。インク組成物中に含まれる光重合性化合物の量を前記範囲に設定することにより、得られる発光層(光変換層)中での発光性粒子の分散状態が良好になり、よって外部量子効率をより高めることもできる。
光重合開始剤は、アルキルフェノン系化合物、アシルホスフィンオキサイド系化合物およびオキシムエステル系化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
アルキルフェノン系光重合開始剤としては、例えば、式(b-1)で表される化合物が挙げられる。
式中、R1aは、下記式(R1a-1)~式(R1a-6)から選ばれる基を表し、R2a、R2bおよびR2cは、それぞれ独立して、下記式(R2-1)~式(R2-7)から選ばれる基を表す。
光重合性化合物に溶解させるには、熱による反応が開始されないように、光重合性化合物を攪拌しながら光重合開始剤を添加することにより均一溶解させることが好ましい。
光重合開始剤の溶解温度は、用いる光重合開始剤の光重合性化合物に対する溶解性、および光重合性化合物の熱による重合性を考慮して適宜調節すればよいが、光重合性化合物の重合を開始させない観点から10~50℃であることが好ましく、10~40℃であることがより好ましく、10~30℃であることがさらに好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、p-メトキシフェノール、クレゾール、t-ブチルカテコール、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシトルエン、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4-メトキシ-1-ナフトール、4,4’-ジアルコキシ-2,2’-ビ-1-ナフトールのようなフェノール系化合物;ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、tert-ブチルヒドロキノン、p-ベンゾキノン、メチル-p-ベンゾキノン、tert-ブチル-p-ベンゾキノン、2,5-ジフェニルベンゾキノン、2-ヒドロキシ-1,4-ナフトキノン、1,4-ナフトキノン、2,3-ジクロロ-1,4-ナフトキノン、アントラキノン、ジフェノキノンのようなキノン系化合物;p-フェニレンジアミン、4-アミノジフェニルアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N-i-プロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N-(1.3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、ジフェニルアミン、N-フェニル-β-ナフチルアミン、4,4’-ジクミル-ジフェニルアミン、4,4’-ジオクチル-ジフェニルアミンのようなアミン系化合物;フェノチアジン、ジステアリルチオジプロピオネートのようなチオエーテル系化合物;2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルフリーラジカルのようなN-オキシル化合物;N-ニトロソジフェニルアミン、N-ニトロソフェニルナフチルアミン、N-ニトロソジナフチルアミン、p-ニトロソフェノール、ニトロソベンゼン、p-ニトロソジフェニルアミン、α-ニトロソ-β-ナフトール、N、N-ジメチル-p-ニトロソアニリン、p-ニトロソジフェニルアミン、p-ニトロンジメチルアミン、p-ニトロン-N,N-ジエチルアミン、N-ニトロソエタノールアミン、N-ニトロソ-ジ-n-ブチルアミン、N-ニトロソ-N-n-ブチル-4-ブタノールアミン、N-ニトロソ-ジイソプロパノールアミン、N-ニトロソ-N-エチル-4-ブタノールアミン、5-ニトロソ-8-ヒドロキシキノリン、N-ニトロソモルホリン、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム塩(富士フィルム和光純薬株式会社製、「Q-1300」)、ニトロソベンゼン、2,4,6-トリ-tert-ブチルニトロンベンゼン、N-ニトロソ-N-メチル-p-トルエンスルホンアミド、N-ニトロソ-N-エチルウレタン、N-ニトロソ-N-n-プロピルウレタン、1-ニトロソ-2-ナフトール、2-ニトロソ-1-ナフトール、1-ニトロソ-2-ナフトール-3,6-スルホン酸ナトリウム、2-ニトロソ-1-ナフトール-4-スルホン酸ナトリウム、2-ニトロソ-5-メチルアミノフェノール塩酸塩、2-ニトロソ-5-メチルアミノフェノール塩酸塩、Q-1301(富士フィルム和光純薬株式会社製)のようなニトロソ系化合物等が挙げられる。
重合禁止剤の添加量は、インク組成物に含まれる光重合性化合物の総量に対して、0.01~1.0質量%であることが好ましく、0.02~0.5質量%であることがより好ましい。
酸化防止剤としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(「IRGANOX1010」)、チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(「IRGANOX1035」)、オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(「IRGANOX1076」)、「IRGANOX1135」、「IRGANOX1330」、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール(「IRGANOX1520L」)、「IRGANOX1726」、「IRGANOX245」、「IRGANOX259」、「IRGANOX3114」、「IRGANOX3790」、「IRGANOX5057」、「IRGANOX565」(以上、BASF株式会社製であり、IRGANOXは登録商標である。);「アデカスタブAO-20」、「アデカスタブAO-30」、「アデカスタブAO-40」、「アデカスタブAO-50」、「アデカスタブAO-60」、「アデカスタブAO-80」(以上、株式会社ADEKA製であり、アデカスタブは登録商標である。);「JP-360」、「JP-308E」、「JPE-10」(以上、城北化学工業株式会社製);「スミライザーBHT」、「スミライザーBBM-S」、「スミライザーGA-80」(以上、住友化学株式会社製であり、スミライザーは登録商標である。)等が挙げられる。
酸化防止剤の添加量は、インク組成物に含まれる光重合性化合物の総量に対して、0.01~2.0質量%であることが好ましく、0.02~1.0質量%であることがより好ましい。
分散剤は、発光性粒子のインク組成物中での分散安定性を向上させ得る化合物であれば、特に限定されない。分散剤は、低分子分散剤と高分子分散剤とに分類される。
本明細書中において、「低分子」とは、重量平均分子量(Mw)が5,000以下の分子を意味し、「高分子」とは、重量平均分子量(Mw)が5,000超の分子を意味する。なお、本明細書中において、「重量平均分子量(Mw)」は、ポリスチレンを標準物質としたゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)を用いて測定された値を採用することができる。
低分子分散剤としては、例えば、オレイン酸;リン酸トリエチル、TOP(トリオクチルフォスフィン)、TOPO(トリオクチルフォスフィンオキサイド)、ヘキシルホスホン酸(HPA)、テトラデシルホスホン酸(TDPA)、オクチルホスフィン酸(OPA)のようなリン原子含有化合物;オレイルアミン、オクチルアミン、トリオクチルアミン、ヘキサデシルアミンのような窒素原子含有化合物;1-デカンチオール、オクタンチオール、ドデカンチオール、アミルスルフィドのような硫黄原子含有化合物等が挙げられる。
なお、高分子分散剤の市販品としては、例えば、ビックケミー社製のDisperbyk(登録商標)シリーズ、エボニック社製のTEGO(登録商標) Dispersシリーズ、BASF社製のEFKA(登録商標)シリーズ、日本ルーブリゾール社製のSOLSPERSE(登録商標)シリーズ、味の素ファインテクノ社製のアジスパー(登録商標)シリーズ、楠本化成製のDISPARLON(登録商標)シリーズ、共栄社化学社製のフローレンシリーズ等を使用することができる。
分散剤の配合量は、100質量部の発光性粒子に対して、0.05~10質量部であることが好ましく、0.1~5質量部であることがより好ましい。
レベリング剤としては、特に限定はないが、発光性粒子の薄膜を形成する場合に、膜厚ムラを低減させ得る化合物が好ましい。
かかるレベリング剤としては、例えば、アルキルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルスルホン酸塩、フルオロアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルリン酸塩、フルオロアルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン誘導体、フルオロアルキルエチレンオキシド誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、アルキルアンモニウム塩、フルオロアルキルアンモニウム塩類等が挙げられる。
レベリング剤の添加量は、インク組成物に含まれる光重合性化合物の総量に対して、0.005~2質量%であることが好ましく、0.01~0.5質量%であることがより好ましい。
連鎖移動剤は、インク組成物の基材との密着性をより向上させること等を目的として使用される成分である。
連鎖移動剤としては、例えば、芳香族炭化水素類;クロロホルム、四塩化炭素、四臭化炭素、ブロモトリクロロメタンのようなハロゲン化炭化水素類;オクチルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン、n-ペンチルメルカプタン、n-ヘキサデシルメルカプタン、n-テトラデシルメル、n―ドデシルメルカプタン、t-テトラデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタンのようなメルカプタン化合物;ヘキサンジチオール、デカンジチオール、1,4-ブタンジオールビスチオプロピオネート、1,4-ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、1,4-ジメチルメルカプトベンゼン、2、4、6-トリメルカプト-s-トリアジン、2-(N,N-ジブチルアミノ)-4,6-ジメルカプト-s-トリアジンのようなチオール化合物;ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィドのようなスルフィド化合物;N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジビニルアニリン、ペンタフェニルエタン、α-メチルスチレンダイマー、アクロレイン、アリルアルコール、ターピノーレン、α-テルピネン、γ-テルビネン、ジペンテン等が挙げられるが、2,4-ジフェニル-4-メチル-1-ペンテン、チオール化合物が好ましい。
R96は炭素原子数2~18のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1つ以上のメチレン基は酸素原子および硫黄原子が相互に直接結合することなく、酸素原子、硫黄原子、-CO-、-OCO-、-COO-または-CH=CH-で置換されていてもよい。
連鎖移動剤の添加量は、インク組成物に含まれる光重合性化合物の総量に対して、0.1~10質量%であることが好ましく、1.0~5質量%であることがより好ましい。
分散助剤としては、例えば、フタルイミドメチル誘導体、フタルイミドスルホン酸誘導体、フタルイミドN-(ジアルキルアミノ)メチル誘導体、フタルイミドN-(ジアルキルアミノアルキル)スルホン酸アミド誘導体のような有機顔料誘導体等が挙げられる。これらの分散助剤は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
<<熱可塑性樹脂>>
熱可塑性樹脂としては、例えば、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、スチレンマレイン酸系樹脂、スチレン無水マレイン酸系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂等が挙げられる。
<<増感剤>>
増感剤としては、光重合性化合物と付加反応を起こさないアミン類を使用することができる。かかる増感剤としては、例えば、トリメチルアミン、メチルジメタノールアミン、トリエタノールアミン、p-ジエチルアミノアセトフェノン、p-ジメチルアミノ安息香酸エチル、p-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、N,N-ジメチルベンジルアミン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げられる。
光散乱性粒子は、例えば、光学的に不活性な無機微粒子であることが好ましい。光散乱性粒子は、発光層(光変換層)に照射された光源部からの光を散乱させることができる。
光散乱性粒子を構成する材料としては、例えば、タングステン、ジルコニウム、チタン、白金、ビスマス、ロジウム、パラジウム、銀、スズ、プラチナ、金のような単体金属;シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、酸化チタン、クレー、カオリン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナホワイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛のような金属酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、次炭酸ビスマス、炭酸カルシウムのような金属炭酸塩;水酸化アルミニウムのような金属水酸化物;ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の複合酸化物、次硝酸ビスマスのような金属塩等が挙げられる。
中でも、光散乱性粒子を構成する材料としては、漏れ光の低減効果により優れる観点から、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウムおよびシリカからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、酸化チタン、硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムからなる群より選択される少なくとも一種を含むことがより好ましい。
また、インク組成物の表面張力は、インクジェット印刷法に適した表面張力であることが好ましい。表面張力の具体的な値は、20~40mN/mの範囲であることが好ましく、25~35mN/mの範囲であることがより好ましい。表面張力を前記範囲に設定することにより、インク組成物の液滴の飛行曲がりの発生を抑制することができる。なお、飛行曲がりとは、インク組成物をインク吐出孔から吐出させたとき、インク組成物の着弾位置が目標位置に対して30μm以上ズレることをいう。
本発明の他の一実施形態は、インク組成物セットである。一実施形態のインク組成物セットは、上述した実施形態のインク組成物を備える。インク組成物セットは、上述した実施形態のインク組成物(発光性インク組成物)に加えて、発光性粒子を含有しないインク組成物(非発光性インク組成物)を備えていてよい。非発光性インク組成物は、例えば、硬化性のインク組成物である。非発光性インク組成物は、従来公知のインク組成物であってよく、発光性粒子を含まないこと以外は、上述した実施形態のインク組成物(発光性インク組成物)と同様の組成であってもよい。
本発明の他の一実施形態は、光変換層、カラーフィルタ及び発光素子である。以下、上述した実施形態のインク組成物又はインク組成物セットを用いて得られる光変換層及びカラーフィルタの詳細について、図面を参照しつつ説明する。ただし、以下の実施形態は、インク組成物が光散乱性粒子を含有する場合の実施形態である。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
<合成例1>
反応容器に、12ヒドロキシステアリン酸15部、ε-カプロラクトン285部、及び触媒としてモノブチルスズオキシド0.05部を仕込み、窒素ガスで置換した後、120℃で4時間加熱撹拌し、ポリエステル中間体を得た。次に反応容器に、ポリアリルアミン10%水溶液(日東紡績(株)製「PAA-1LV」、数平均分子量約3,000)100部を160℃で撹拌し、分離装置を使用して水を溜去すると共に、これにポリエステル中間体200部を160℃まで昇温したものを加え、2時間160℃で反応を行い、グラフトコポリマーB4を得た。得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)を、後述する条件のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定により求めたところ、ポリスチレン標準で、44,000であり、常温で淡黄色固体であった。
反応容器に、ポリエチレンイミン((株)日本触媒製「Epomin SP-018」)6部、ε-カプロラクトン60部、δ-バレロラクトン40部、12ヒドロキシステアリン酸15部、ジラウリン酸ジブチルスズ0.05部を混合し、5時間170℃で反応を行い、グラフトコポリマーB5を得た。得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)を、後述する条件のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定により求めたところ、ポリスチレン標準で、25,000であり、常温で褐色液体であった。
[GPCを用いた重量平均分子量(Mw)の測定条件]
N,N-ジメチルホルムアミドに、リチウムブロマイドを10mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定〔東ソー株式会社製、GPC装置(HLC-8220GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSK-GEL super AWM-H×2本)、流速:0.6mL/min〕により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定した。
[発光性粒子分散体の調製]
(工程S1)
まず、0.12gの炭酸セシウムと、5mLの1-オクタデセンと、0.5mLのオレイン酸とを混合して混合液を得た。次に、この混合液を120℃で30分間、減圧乾燥した後、アルゴン雰囲気下に150℃で加熱した。これにより、セシウム-オレイン酸溶液を得た。
ポリマーBとして、下記式(B6)で表される構造を有するブロックコポリマー(S2VP、PolymerSource.社製)800mgをトルエン80mLに添加し、60℃で加熱溶解させた。上記前駆体粒子P1を含む固形物に、ブロックコポリマーが溶解したトルエン80mLを添加し、15分間撹拌した後、遠心分離して、上澄み液を回収することにより、前駆体粒子及びブロックコポリマーを含むトルエン分散液を得た。
上記トルエン分散液2mLに対して、下記式(C4)で表される化合物(MS-51、コルコート株式会社製、式(C4)中のmの平均値は4)10μLを添加し、5分間撹拌し、次いで、イオン交換水5μLを更に添加して2時間撹拌した。
工程S1において、さらに3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン(MPTES)を0.15mL添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体2を調製した。
工程S1において、さらに3-トリエトキシシリルプロピルコハク酸無水物(SAPTES)を0.15mL添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体3を調製した。
工程S2において、ポリマーBとして、S2VPに代えて「EFKA(登録商標) PX4701」(BASFジャパン株式会社製)を添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体4を調製した。前記EFKA PX4701は、塩基性の第一の構造単位としてビニルピリジンを含み、親溶媒性の第二の構造単位としてポリエチレングリコール構造を含むブロックコポリマーである。
工程S2において、ポリマーBとして、S2VPに代えて合成例1で合成したポリマーB4を添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体5を調製した。
工程S2において、ポリマーBとして、S2VPに代えて合成例1で合成したポリマーB5を添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体6を調製した。
工程S2においてポリマーBを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体7を調製した。
工程S3において式(C4)で表される化合物及びイオン交換水を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体8を調製した。
工程S2においてポリマーBを添加せず、工程S3において式(C4)で表される化合物及びイオン交換水を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体9を調製した。
工程S1において、3-アミノプロピルトリエトキシシランに代えてオレイルアミンを添加した以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体10を調製した。
工程S1において、3-アミノプロピルトリエトキシシランに代えてオレイルアミンを添加し、工程S2においてポリマーBを添加せず、工程S3において式(C4)で表される化合物及びイオン交換水を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして発光性粒子分散体11を調製した。
実施例及び比較例の各発光性粒子分散体について、工程S3の遠心分離直後及び1週間保管した後の当該分散体の色及び状態を目視で確認した。結果を表1に示す。評価基準は以下のとおりである。なお、比較例1は、評価がCであり、遠心分離によって発光性粒子が沈殿し、遠心分離後の上澄み液に発光性粒子が実質的に存在しないと考えられるため、これ以降の評価を行わなかった。
A:工程S3の遠心分離直後及び1週間保管後も黄緑色に着色していて、1週間保管後も沈殿が確認されなかった。
B:工程S3の遠心分離直後は黄緑色に着色していたが、1週間保管後は無色に変化していて沈殿が生じていた。
C:工程S3の遠心分離直後に無色だった。
実施例及び比較例の各発光性粒子分散体について、絶対PL量子収率測定装置(浜松ホトニクス株式会社製、「Quantaurus-QY」)を用いて初期の量子収率QY0を測定した。結果を表1に示す。
上述したように、ペロブスカイト型の半導体ナノ結晶は水等の極性溶媒に対して不安定化しやすいため、量子収率の低下を招くおそれがある。そこで、極性溶媒としてエタノールを用いて、発光性粒子分散体に分散した発光性粒子の極性溶媒に対する安定性を評価した。実施例及び比較例の各発光性粒子分散体に対し、10体積%となるようにエタノールを添加し、撹拌により均一化した後、上記と同様にして、エタノール添加後の量子収率QY1を測定した。エタノール添加前後での量子収率保持率(%)は以下の式(1)によって算出した。結果を表2に示した。
エタノール添加前後での量子収率保持率(%)=QY1/QY0×100…(1)
実施例及び比較例の各発光性粒子分散体中のトルエンを、エバポレーターを用いて揮発させることで各発光性粒子を固体として回収し、初期の量子収率QY2を測定した。さらに100℃で1時間加熱した後の量子収率QY3を測定した。加熱前後での量子収率保持率(%)は、以下の式(2)によって算出した。結果を表2に示した。
加熱前後での量子収率保持率(%)=QY3/QY2×100…(2)
[発光性粒子を含有するフィルムの製造]
実施例1において調製した、発光性粒子分散体1を2mLとヘキサン4mLを混合し、得られた懸濁液を4,000rpmで1分間遠心分離した。上澄み液を除去することにより、発光性粒子を含有する固形物(X-1)を得た。
得られた発光性粒子を含有する各フィルムについて、遮光下、空気中、80℃、50%RHで5時間加熱した。加熱前後におけるフィルムの絶対量子収率(PLQY)を測定し、加熱後PLQY保持率(%)を求めた。加熱後PLQY保持率(%)は、下記の式(3)によって算出した。
加熱後PLQY保持率(%)=(加熱後のフィルムのPLQY)/(加熱前のフィルムのPLQY)×100…(3)
得られた発光性粒子を含有する各フィルムについて、耐光性試験機(シーシーエス社製)を用いて、空気中、ピーク発光波長450nmの青色光を、ステージ温度30℃で60mW/cm2、2時間照射した。光照射前後におけるフィルムの絶対量子収率(PLQY)を測定し、光照射後PLQY保持率(%)を求めた。光照射後PLQY保持率(%)は、下記の式(4)によって算出した。
光照射後PLQY保持率(%)=(光照射後のフィルムのPLQY)/(光照射前のフィルムのPLQY)×100…(4)
得られた発光性粒子を含有する各フィルムについて、加熱後PLQY保持率(%)及び光照射後PLQY保持率(%)を下記の表3に示した。
発光性粒子分散体1を、下記表2に示す発光性粒子分散体に変更した以外は、発光性粒子分散体12の調製と同一条件で、実施例8~12の発光性粒子分散体12~17及び比較例6~9の発光性粒子分散体18~21を得た。
調製した発光性粒子分散体を用いて、実施例7と同様に、フィルムを作製し、絶対量子収率及び絶対量子収率保持率(%)の評価を行った。結果を表3に示す。
[光散乱粒子分散液1の調製]
窒素ガスで満たした容器内で、酸化チタン(石原産業株式会社製「CR60-2」)10.0質量部と、高分子分散剤「Efka PX4701」(アミン価:40.0mgKOH/g、BASFジャパン株式会社製)1.0質量部と、フェノキシエチルアクリレート(ライトエステルPO-A;共栄社化学株式会社製)14.0質量部とを混合した。さらに、得られた配合物にジルコニアビーズ(直径:1.25mm) を加え、前記容器を密栓しペイントコンディショナーを用いて2時間振とうさせて配合物の分散処理を行うことにより、光拡散粒子分散体1を得た。分散処理後の光拡散粒子の平均粒子径は、NANOTRAC WAVE IIを用いて測定したところ、0.245μmであった。
波長500nm以下の光をカットしたクリーンルーム内で、撹拌子を備えたガラス製バイアルに、ライトアクリレートIB-XA(共栄社化学社製)58.5質量部、ライトエステル1,6HX(共栄社化学社製)29.5質量部及びOmnirad TPO(IGM Resin社製)3質量部を加え、室温で撹拌し溶解させた。つぎに、1.5質量部の発光性粒子を含有する固形物(X-1)を加え、室温で撹拌し溶解させた。さらに、8質量部の光散乱粒子分散液1を加えて攪拌し均一溶液とし、メンブレンフィルター(孔径0.6μm)により濾過することによって、発光性粒子分散体22を調製した。
面発光光源としてのシーシーエス株式会社社製の青色LED(ピーク発光波長:450nm)の上方に積分球を設置し、この積分球に大塚電子株式会社製の放射分光光度計(商品名「MCPD-9800」)を接続した。次に、青色LEDと積分球との間に上述の評価用試料1を挿入して、青色LEDを点灯させ、観測されるスペクトル及び各波長における照度を放射分光光度計によって測定した。得られたスペクトル及び照度から、以下のようにして外部量子効率(EQE)を求めた。
EQE[%]=P2/E(Blue)×100…(5)
式中、E(Blue)は、380~490nmの波長域における「照度×波長÷hc」の合計値を表し、P2は、500~650nmの波長域における「照度×波長÷hc」の合計値を表し、これらは観測した光子数に相当する値である。なお、hは、プランク定数、cは光速を表す。
得られた光変換層について、遮光下、空気中、80℃、50%RHで100時間加熱した。加熱前後における光変換層の外部量子効率(EQE)を測定し、加熱後EQE保持率(%)を求めた。加熱後EQE保持率(%)は、下記の式(6)によって算出した。
加熱後EQE保持率(%)=(加熱後の光変換層のEQE)/(加熱前の光変換層のEQE)×100…(6)
得られた光変換層について、耐光性試験機(シーシーエス社製)を用いて、空気中、ピーク発光波長450nmの青色光を、ステージ温度30℃で100mW/cm2、100時間照射した。光照射前後における光変換層の外部量子効率(EQE)を測定し、光照射後のEQE保持率(%)を、下記の式(7)によって算出した。
光照射後のEQE保持率(%)=(光照射後の光変換層のEQE)/(光照射前の光変換層のEQE)×100 式(7)
得られた発光性粒子を含有する各光変換層について、加熱後EQE保持率(%)及び光照射後のEQE保持率(%)を下記の表4に示した。
発光性粒子分散体1を、下記表2に示す発光性粒子分散体に変更した以外は、発光性粒子分散体22の調製と同一条件で、実施例14~18の発光性粒子分散体23~27及び比較例10~13の発光性粒子分散体28~31を得た。
調製した発光性粒子分散体を用いて、実施例13と同様に、光変換層を作製し、外部量子効率及び外部量子効率保持率(%)の評価を行った。結果を表4に示す。
Claims (11)
- メタルハライドからなる半導体ナノ結晶粒子の表面に、Siを含有する表面層を備えた発光性粒子であって、
前記メタルハライドが、一般式AMX 3 で表されペロブスカイト型結晶構造を示す化合物であり、
前記一般式中、Aは、ホルムアミジニウム及びCsからなる群より選択される少なくとも1種のカチオンを表し、
Mは、Pbのカチオンを表し、
Xは、少なくとも1種のアニオンを表し、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンからなる群より選択され、
前記表面層が、下記式(A1)で表されるシラン化合物Aの重合体と、塩基性基を有する第一の構造単位及び塩基性基を有さず親溶媒性の第二の構造単位を備えたポリマーBと、下記式(C1)で表されるシラン化合物Cの重合体とを含有し、
前記ポリマーBは、前記第一の構造単位としてビニルピリジンを含み、前記第二の構造単位としてポリスチレンを含むブロックコポリマー、前記第一の構造単位としてビニルピリジンを含み、前記第二の構造単位としてポリエチレングリコール構造を含むブロックコポリマー、前記第一の構造単位としてアリルアミン構造を含み、前記第二の構造単位として、アリルアミンとカプロラクトンから誘導されるポリエステルとの縮合物と、アリルアミンと12-ヒドロキシステアリン酸から誘導されるポリエステルとの縮合物とを含むグラフトコポリマー、及び、前記第一の構造単位としてエチレンイミン構造を含み、
前記第二の構造単位として、エチレンイミンとバレロラクトンから誘導されるポリエステルとの縮合物と、エチレンイミンとカプロラクトンから誘導されるポリエステルとの縮合物と、エチレンイミンと12-ヒドロキシステアリン酸から誘導されるポリエステルとの縮合物とを含むグラフトコポリマーからなる群から選択されるポリマーである、発光性粒子。
- 前記表面層において、前記シラン化合物Aの重合体が半導体ナノ結晶側に偏在し、前記シラン化合物Cの重合体が前記シラン化合物Aの重合体の外方に偏在する請求項1に記載の発光性粒子。
- 請求項1又は請求項2に記載の発光性粒子と分散媒とを含有する、発光性粒子分散体。
- 前記分散媒が溶媒又は光重合性化合物である、請求項3に記載の発光性粒子分散体。
- 前記分散媒として少なくとも光重合性化合物を含有し、さらに光重合開始剤を含有する、請求項3に記載の発光性粒子分散体。
- 請求項5に記載の発光性粒子分散体の重合体を含む光変換フィルム。
- 請求項6に記載の光変換フィルムを備える積層構造体。
- 請求項7に記載の積層構造体を備える発光素子。
- 複数の画素部と、当該複数の画素部間に設けられた遮光部と、を備え、
前記複数の画素部は、請求項5に記載の発光性粒子分散体の硬化物を含む発光性画素部を有する、光変換層。 - 請求項9に記載の光変換層を備える、カラーフィルタ。
- 請求項10に記載のカラーフィルタを備える、発光素子。
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