KR20230096853A - 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 광변환층, 컬러 필터, 파장 변환 필름 및 발광 소자 - Google Patents

발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 광변환층, 컬러 필터, 파장 변환 필름 및 발광 소자 Download PDF

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유키 노나카
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Abstract

[과제] 본 발명의 목적은, 물, 산소의 존재 하에서 광에 대한 안정성이 뛰어난 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 당해 조성물을 이용한 광변환층, 컬러 필터, 파장 변환 필름 및 발광 소자를 제공하는 것에 있다.
[해결 수단] 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 반도체 나노 결정 및 무기 피복층을 구비하는 발광 입자와, 유기 무기 복합 입자와, 광중합성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 광변환층은, 상기 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 발광 소자는, 상기 광변환층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 광변환층, 컬러 필터, 파장 변환 필름 및 발광 소자{CURABLE RESIN COMPOSITION CONTAINING LIGHT EMITTING PARTICLE, LIGHT CONVERSION LAYER, COLOR FILTER, WAVELENGTH CONVERSION FILM AND LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 광변환층, 컬러 필터, 파장 변환 필름 및 발광 소자에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 장치 등의 디스플레이에 있어서의 컬러 필터 화소부는, 예를 들면, 적색 유기 안료 입자 또는 녹색 유기 안료 입자와, 알칼리 가용성 수지 및/또는 아크릴계 단량체를 함유하는 경화성 레지스트 재료를 이용하여, 포토리소그래피법에 의해 제조되어 왔다.
근래, 디스플레이의 저(低)소비 전력화가 강하게 요구되게 되어, 상기 적색 유기 안료 입자 또는 녹색 유기 안료 입자를 대신하여, 예를 들면 양자점, 양자 막대, 그 외의 무기 형광체 입자 등의 발광성 나노 입자를 이용하여 적색광 또는 녹색광을 취출(取出)하는 광변환 시트나 컬러 필터 화소부와 같은 광변환층이, 활발하게 연구되고 있다.
상기 발광성 나노 입자는, 형광 또는 인광을 발하여, 발광 파장의 반치폭이 좁다는 특징이 있다. 상기 발광성 나노 결정으로서, 초기에는 CdSe가 사용되고 있었지만, 그 유해성을 회피하기 위해, 최근에는, InP나 페로브스카이트 구조를 갖는 것이 사용되고 있다. 페로브스카이트 구조의 발광성 나노 입자로서, 예를 들면, CsPbX3(X는 할로겐 원소이며, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.)으로 표시되는 화합물이 알려져 있다.
반도체 나노 결정 등의 발광성 나노 입자는, 수증기, 산소 등의 존재 하에서의 광조사에 의해 열화가 발생하기 쉽다. 특히, 광변환층은 백라이트로부터의 강한 광에 의해 가열되기 때문에, 고온 하에 있어서의 광조사에 의해 발광성 나노 입자가 열화하여 발광 강도가 저하한다는 문제가 있다. 이 문제에 대해서는, 예를 들면, TEOS 등의 실란 커플링제로 입자 표면을 피복함으로써, 내광성을 높이는 기술이 제안되어 있다(비특허 문헌 1 참조).
페로브스카이트형 구조를 갖는 발광성 나노 결정은, 할로겐 원소의 종류와 그 존재 비율을 조정함으로써 발광 파장을 제어할 수 있기 때문에, 생산성이 뛰어나다는 이점이 있다. 그리고, 예를 들면, 페로브스카이트형 구조를 갖는 발광성 결정과 아크릴레이트 폴리머 유래의 고체 폴리머 함유 조성물 및 발광성 부품이 개시되어 있다(특허 문헌 1). 또, 페로브스카이트 화합물을 열화시키지 않고, 광의 흡수 효율, 및 양자수율을 향상시킬 수 있는 조성물로서, 페로브스카이트 화합물, 알루미나 등의 무기 미립자를 포함하는 조성물 및 필름이 개시되어 있다(특허 문헌 2).
국제 공개 제2018/028870호 공보 국제 공개 제2019/022194호 공보
Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7, 9813
그러나, 페로브스카이트형 구조의 발광성 나노 입자는, 수분이나 산소의 존재 하에 있어서 광에 의해 열화되기 쉽기 때문에, 이들 조성물 및 필름은, 당해 조성물 또는 당해 조성물로 형성된 광변환층이 광에 노출되었을 때에, 발광 강도의 경시적 저하를 억제할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 수분이나 산소 하에서의 광에 대한 뛰어난 안정성을 구비하고, 또한, 광학 특성 및 분산성의 장기 보존성이 뛰어난 조성물을 실현할 수 있는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 제공한다. 또한, 당해 경화성 수지 조성물을 이용한 광변환층 그리고 발광 소자를 제공한다.
본 발명자들은, 예의 검토의 결과, 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 있어서, 특정한 유기 무기 복합 입자를 함유함으로써, 당해 조성물이 뛰어난 분산성을 갖고, 당해 조성물을 중합한 경화막의 내광성이 뛰어난 것을 찾아내어, 본 발명에 도달했다.
즉, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 반도체 나노 결정 및 상기 반도체 나노 결정의 표면을 피복하여 무기 재료를 포함하는 무기 피복층을 구비하는 발광 입자와, 유기 무기 복합 입자와, 광중합성 화합물을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기 무기 복합 입자가, 일반식 (Z1-1) 또는 (Z1-2)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리머 Z를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
(식 중, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RZ1은, 1급 아미노기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 4급 암모늄기, 이미노기, 피리딜기, 피리미딘기, 피페라지닐기, 피페리딜기, 이미다졸릴기, 피롤리디닐기 및 이미다졸리디닐기의 군으로부터 선택되는 1가의 염기성기를 나타내고, X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -COO-, -OCO-, 질소 원자에 의해 치환되어도 되는 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타낸다.)
상기 유기 무기 복합 입자가 하기 일반식 (G)로 표시되는 중합체를 포함하는 것이 바람직하다.
Figure pat00002
(식 중, RG1 및 RG2는, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RG3 및 RG4는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타내며, n1은 0 또는 1을 나타내고, m1은 1 이상의 정수를 나타낸다.)
상기 반도체 나노 결정이, A, M 및 X를 포함하고,
상기 A가 Cs, Rb, 메틸암모늄, 포르마미디늄, 암모늄, 2-페닐에틸암모늄, 피롤리디늄, 피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 벤질트리에틸암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 양이온을 나타내고,
상기 M이 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 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 금속 이온을 나타내며,
상기 X가 F, Cl, Br 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 할로겐화물 이온을 나타내는 것이 바람직하다.
상기 반도체 나노 결정이 페로브스카이트 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 무기 피복층이 실록산 결합을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 한 측면은, 상기 발광 입자 함유 수지 조성물의 중합체를 포함하는 광변환층에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은, 상기 광변환층을 이용한 컬러 필터에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은, 상기 광변환층을 이용한 파장 변환 필름에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은, 상기 컬러 필터를 구비한 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은, 상기 파장 변환 필름을 구비한 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 광에 대한 뛰어난 안정성을 구비하고, 또한, 광학 특성 및 분산성의 장기 보존성이 뛰어난 조성물을 실현할 수 있는 발광 입자, 당해 발광 입자를 함유하는 발광 입자 함유 수지 조성물, 당해 수지 조성물을 이용한 광변환층 그리고 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자의 일 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 유기 무기 복합 입자의 일 실시 형태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시 형태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시 형태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는, 액티브 매트릭스 회로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은, 액티브 매트릭스 회로의 구성을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물, 광변환층 및 발광 소자에 대해, 첨부 도면에 나타내는 적합한 실시 형태에 의거하여 상세하게 설명한다.
1. 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물
본 발명의 실시 형태의 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 반도체 나노 결정 및 상기 반도체 나노 결정의 표면을 피복하여 무기 재료를 포함하는 무기 피복층을 구비하는 발광 입자와, 유기 무기 복합 입자와, 광중합성 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다. 일 실시 형태의 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 후술하는 바와 같이, 유기 EL을 이용한 발광 표시 소자의 광변환층을 형성하는 용도에 적합하게 이용할 수 있다. 당해 조성물은, 비교적 고액인 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자, 경화성 수지 등의 재료를 헛되이 소비하지 않고, 필요한 개소에 필요한 양을 이용하는 것만으로 화소부(광변환층)를 형성할 수 있는 점에서, 포토리소그래피 방식보다, 잉크젯 방식에 적합하도록, 적절히 조제하여 이용하는 것이 바람직하다. 또, 당해 조성물은, 베리어 필름 혹은 유리 필름 간에 담지(擔持)시켜, 파장 변환 필름으로서 이용하는 것이 바람직하다.
1-1. 발광 입자
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 있어서의 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자는, 예를 들면, 소정의 파장의 광을 흡수함으로써, 흡수한 파장과는 상이한 파장의 광(형광 또는 인광)을 발할 수 있는 발광성을 갖는 반도체 나노 결정을 포함하는 나노 입자이다. 즉, 발광성이란, 전자의 여기에 의해 발광하는 성질인 것이 바람직하고, 여기광에 의한 전자의 여기에 의해 발광하는 성질인 것이 보다 바람직하다. 발광성을 갖는 반도체 나노 결정은, 605~665nm의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(적색광)을 발하는, 적색 발광성의 나노 결정이면 되고, 500~560nm의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(녹색광)을 발하는, 녹색 발광성의 나노 결정이면 되며, 420~480nm의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(청색광)을 발하는, 청색 발광성의 나노 결정 입자여도 된다.
발광성을 갖는 반도체 나노 결정은, 반도체 재료를 포함하는 발광성 나노 결정 입자(발광성 반도체 나노 결정)이면 된다. 발광성을 갖는 반도체 나노 결정으로서는, 양자점, 양자 막대 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 발광 스펙트럼의 제어가 용이하고, 신뢰성을 확보한 다음, 생산 비용을 저감하여, 양산성을 향상시킬 수 있는 관점에서 양자점이 바람직하다. 또한, 발광성 나노 결정은, 보다 반치폭이 좁은 발광 피크를 얻을 수 있는 관점에서, 메탈할라이드로 이루어지는 양자점인 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 이하, 메탈할라이드로 이루어지는 양자점으로 이루어지는 나노 입자에 대해 설명하는데, 본 발명은, 이것에 한정되지 않고, 여러 가지의 발광성을 갖는 반도체 나노 결정을 포함하는 나노 입자에 대해 적용 가능하다.
본 발명에 있어서의 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 입자의 1개의 형태를 도 1에 나타낸다. 발광 입자(91)는, 메탈할라이드로 이루어지며 발광성을 갖는 반도체 나노 결정(이하, 간단히 「나노 결정(911)」이라고 하기도 한다.)과, 나노 결정(911)의 표면에 배위한 배위자를 함유한다. 나노 결정(911)의 표면에 배위자가 배위하고 있음으로써 분산성을 확보할 수 있다. 배위자로서, 예를 들면, 올레인산, 옥탄산, 올레일아민, 옥틸아민, 트리옥틸포스핀 등을 이용할 수 있다.
배위자로서, 상기 올레인산 등에 더하여, 실록산 결합을 형성 가능한 화합물을 병용한다. 이에 의해, 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 포함하는 셸층(912)(이하, 「제1의 셸층(912)」이라고 기재한다.)이 형성되어 있다. 제1의 셸층(912)에 의해, 나노 결정(911)을, 열, 공기, 수분 등으로부터 보호할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 또한, 제1의 셸층(912)의 표면에, 무기 피복층으로서, 가수분해 실릴기를 갖는 실란 화합물의 분자끼리 실록산 결합을 형성한 셸층(913)(이하, 「제2의 셸층(913)」이라고 기재한다. 본 발명의 「무기 피복층」에 상당한다.)을 구비하고 있다. 제2의 셸층(913)에 의해, 제1의 셸층(912)만의 경우와 비교하여, 나노 결정(911)을 열, 공기, 수분 등으로부터 더욱 확실히 보호할 수 있다.
이러한 발광 입자(91)는, 예를 들면, 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 나노 결정(911)의 전구체와, 올레인산, 올레일아민 등의 배위자와, 실록산 결합 가능한 부위를 갖는 배위자를 혼합하여, 나노 결정(911)을 석출시킴과 동시에 당해 배위자를 나노 결정(911) 표면에 배위시키고, 그 후 이어서, 실록산 결합을 발생시켜 제1의 셸층(912)을 형성한다. 그 후, 제1의 셸층(912) 표면에 염기성기를 갖는 구조 단위를 포함하는 폴리머를 흡착시킨 후, 가수분해 실릴기를 갖는 실란 화합물을 혼합하여 실록산 결합을 발생시킴으로써 제2의 셸층(913)을 형성한다. 당해 발광 입자(91)는, 나노 결정(911)이 제1의 셸층(912) 및 제1의 셸층(912)의 표면에 위치하는 제2의 셸층(913)에 의해 보호되기 때문에, 수분이나 산소 하에서의 광에 대한 뛰어난 안정성을 얻을 수 있으며, 그 결과, 뛰어난 발광 특성을 얻을 수 있다.
이 발광 입자(91)는, 그 자체, 단체로 발광 입자로서 사용하는 것이 가능한데, 수지 조성물에 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.
＜나노 결정(911)＞
나노 결정(911)은, 메탈할라이드로 이루어지며, 여기광을 흡수하여 형광 또는 인광을 발광하는 나노 사이즈의 결정체(나노 결정 입자)이다. 이러한 나노 결정(911)은, 예를 들면, 투과형 전자현미경 또는 주사형 전자현미경에 의해 측정되는 최대 입자경이 100nm 이하인 결정체이다. 나노 결정(911)은, 예를 들면, 소정의 파장의 광 에너지나 전기 에너지에 의해 여기되어, 형광 또는 인광을 발할 수 있다.
메탈할라이드로 이루어지는 나노 결정(911)은, A, M 및 X를 포함하는 반도체이며, 일반식：AaMbXc로 표시되는 화합물이다.
식 중, A는 1가의 양이온을 나타내고, 유기 카티온 및 금속 카티온 중 적어도 1종이다. 유기 카티온으로서는, 암모늄, 메틸암모늄, 포르마미디늄, 구아니디늄, 이미다졸륨, 피리디늄, 피롤리디늄, 프로톤화 티오우레아 등을 들 수 있으며, 금속 카티온으로서는, Cs, Rb, K, Na, Li 등의 카티온을 들 수 있다.
M은 금속 이온을 나타내고, 적어도 1종의 금속 카티온이다. 금속 카티온으로서는, 1족, 2족, 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족, 10족, 11족, 13족, 14족, 15족으로부터 선택되는 금속 카티온을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 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 등의 카티온을 들 수 있다.
X는 적어도 1종의 아니온이다. 아니온으로서는, 염화물 이온, 브롬화물 이온, 요오드화물 이온, 시안화물 이온 등의 할로겐화물 이온을 들 수 있다.
a는 1~7이고, b는 1~4이며, c는 3~16이다.
이러한 나노 결정(911)은, 그 입자 사이즈, X 사이트를 구성하는 아니온의 종류 및 존재 비율을 조정함으로써, 발광 파장(발광색)을 제어할 수 있다.
일반식 AaMmXx로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, AMX, A4MX, AMX2, AMX3, A2MX3, AM2X3, A2MX4, A2MX5, A3MX5, A3M2X5, A3MX6, A4MX6, AM2X6, A2MX6, A4M2X6, A3MX8, A3M2X9, A3M3X9, A2M2X10, A7M3X16으로 표시되는 화합물이 바람직하다.
식 중, A는 유기 카티온 및 금속 카티온 중 적어도 1종이다. 유기 카티온으로서는, 암모늄, 메틸암모늄, 포르마미디늄, 구아니디늄, 이미다졸륨, 피리디늄, 피롤리디늄, 프로톤화 티오우레아 등을 들 수 있으며, 금속 카티온으로서는, Cs, Rb, K, Na, Li 등의 카티온을 들 수 있다.
식 중, M은 적어도 1종의 금속 카티온이다. 구체적으로는, 1종의 금속 카티온(M1), 2종의 금속 카티온(M1 αM2 β), 3종의 금속 카티온(M1 αM2 βM3 γ), 4종의 금속 카티온(M1 αM2 βM3 γM4 δ) 등을 들 수 있다. 단, α, β, γ, δ는, 각각 0~1의 실수를 나타내고, 또한 α＋β＋γ＋δ=1을 나타낸다. 금속 카티온으로서는, 1족, 2족, 3족, 4족, 5족, 6족, 7족, 8족, 9족, 10족, 11족, 13족, 14족, 15족으로부터 선택되는 금속 카티온을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 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 등의 카티온을 들 수 있다.
식 중, X는 적어도 1종의 할로겐을 포함하는 아니온이다. 구체적으로는, 1종의 할로겐 아니온(X1), 2종의 할로겐 아니온(X1 αX2 β) 등을 들 수 있다. 아니온으로서는, 염화물 이온, 브롬화물 이온, 요오드화물 이온, 시안화물 이온 등을 들 수 있으며, 적어도 1종의 할로겐화물 이온을 포함한다.
상기 일반식 AaMmXx로 표시되는 메탈할라이드로 이루어지는 화합물은, 발광 특성을 좋게 하기 위해, Bi, Mn, Ca, Eu, Sb, Yb 등의 금속 이온이 첨가(도프)된 것이어도 된다.
상기 일반식 AaMmXx로 표시되는 메탈할라이드로 이루어지는 화합물 중에서, 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 화합물은, 그 입자 사이즈, M 사이트를 구성하는 금속 카티온의 종류 및 존재 비율을 조정하고, 또한 X 사이트를 구성하는 아니온의 종류 및 존재 비율을 조정함으로써, 발광 파장(발광색)을 제어할 수 있는 점에서, 반도체 나노 결정으로서 이용하는데 있어서 특히 바람직하다. 구체적으로는, AMX3, A3MX5, A3MX6, A4MX6, A2MX6으로 표시되는 화합물이 바람직하다. 식 중의 A, M 및 X는 상기와 같다. 또, 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 화합물은, 상술한 바와 같이, Bi, Mn, Ca, Eu, Sb, Yb 등의 금속 이온이 첨가(도프)된 것이어도 된다.
페로브스카이트형 결정 구조를 나타내는 화합물 중에서도, 합성의 용이함, 양호한 발광 특성 및 결정 구조의 견뢰성의 관점에서, A는 Cs, Rb, K, Na, Li, 메틸암모늄, 포르마미디늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 양이온인 것이 바람직하고, A는 Cs, Rb, 메틸암모늄 및 포르마미디늄으로부터 선택되는 양이온인 것이 보다 바람직하며, A는 Cs 및 포르마미디늄으로부터 선택되는 양이온인 것이 특히 바람직하다. M은 1종의 금속 카티온(M1), 또는 2종의 금속 카티온(M1 αM2 β(단, α와 β는 각각 0~1의 실수를 나타내고, α＋β=1을 나타낸다.))이며, 합성의 용이함, 양호한 발광 특성 및 결정 구조의 견뢰성의 관점에서, Pb, Sn, Ge, Bi, Sb, Ag, In, Cu, Yb, Ti, Pd, Mn, Eu, Zr 및 Tb로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속 이온인 것이 바람직하고, M은 Pb, Sn, Bi, Sb, Ag, In, Cu, Mn 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속 이온인 것이 보다 바람직하며, M은 Pb, Sn 및 Cu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속 이온인 것이 더욱 바람직하고, M은 Pb 이온인 것이 특히 바람직하다. X는 염화물 이온, 브롬화물 이온, 요오드화물 이온인 것이 바람직하다. 합성의 용이함, 양호한 발광 특성 및 결정 구조의 견뢰성의 관점에서, X는 F, Cl, Br 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택되는 할로겐화물 이온인 것이 바람직하고, X는 Cl, Br 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택되는 할로겐화물 이온인 것이 보다 바람직하고, X는 Br 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택되는 할로겐화물 이온인 것이 더욱 보다 바람직하며, X는 Br 이온인 것이 특히 바람직하다.
메탈할라이드로 이루어지며, 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 나노 결정(911)의 구체적인 조성으로서, CsPbBr3, CH3NH3PbBr3, CHN2H4PbBr3, CsPbI3 등의 M으로서 Pb를 이용한 나노 결정(911)은, 광강도가 뛰어남과 더불어 양자 효율이 뛰어난 점에서, 바람직하다. 또, CsSnBr3, CsSnCl3, CsSnBr1.5Cl1.5, Cs3Sb2Br9, (CH3NH3)3Bi2Br9, (C4H9NH3)2AgBiBr6 등의 M으로서 Pb 이외의 금속 카티온을 이용한 나노 결정(911)은, 저독성으로서 환경으로의 영향이 적은 점에서, 바람직하다.
나노 결정(911)으로서, 605~665nm의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 광(적색광)을 발하는 적색 발광성의 결정, 500~560nm의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 광(녹색광)을 발하는 녹색 발광성의 결정, 및, 420~480nm의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 광(청색광)을 발하는 청색 발광성의 결정을 선택하여 이용할 수 있다. 또, 일 실시 형태에 있어서, 이러한 나노 결정을 복수 조합하여 이용해도 된다.
또한, 나노 결정(911)의 발광 피크의 파장은, 예를 들면, 절대 PL 양자수율 측정 장치를 이용하여 측정되는 형광 스펙트럼 또는 인광 스펙트럼에 있어서 확인할 수 있다.
적색 발광성의 나노 결정(911)은, 665nm 이하, 663nm 이하, 660nm 이하, 658nm 이하, 655nm 이하, 653nm 이하, 651nm 이하, 650nm 이하, 647nm 이하, 645nm 이하, 643nm 이하, 640nm 이하, 637nm 이하, 635nm 이하, 632nm 이하 또는 630nm 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하고, 628nm 이상, 625nm 이상, 623nm 이상, 620nm 이상, 615nm 이상, 610nm 이상, 607nm 이상 또는 605nm 이상의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하다.
이들의 상한값 및 하한값은, 임의로 조합할 수 있다. 또한, 이하의 동일한 기재에 있어서도, 개별적으로 기재한 상한값 및 하한값은 임의로 조합 가능하다.
녹색 발광성의 나노 결정(911)은, 560nm 이하, 557nm 이하, 555nm 이하, 550nm 이하, 547nm 이하, 545nm 이하, 543nm 이하, 540nm 이하, 537nm 이하, 535nm 이하, 532nm 이하 또는 530nm 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하고, 528nm 이상, 525nm 이상, 523nm 이상, 520nm 이상, 515nm 이상, 510nm 이상, 507nm 이상, 505nm 이상, 503nm 이상 또는 500nm 이상의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하다.
청색 발광성의 나노 결정(911)은, 480nm 이하, 477nm 이하, 475nm 이하, 470nm 이하, 467nm 이하, 465nm 이하, 463nm 이하, 460nm 이하, 457nm 이하, 455nm 이하, 452nm 이하 또는 450nm 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하고, 450nm 이상, 445nm 이상, 440nm 이상, 435nm 이상, 430nm 이상, 428nm 이상, 425nm 이상, 422nm 이상 또는 420nm 이상의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하다.
나노 결정(911)의 형상은, 특별히 한정되지 않으며, 임의의 기하학적 형상이어도 되고, 임의의 불규칙한 형상이어도 된다. 나노 결정(911)의 형상으로서는, 예를 들면, 직육면체 형상, 정육면체 형상, 구 형상, 정사면체 형상, 타원체 형상, 각뿔 형상, 디스크 형상, 가지 형상, 망 형상, 로드 형상 등을 들 수 있다. 또한, 나노 결정(911)의 형상으로서는, 직육면체 형상, 정육면체 형상 또는 구 형상이 바람직하다.
나노 결정(911)의 평균 입자경(체적 평균 직경)은, 40nm 이하인 것이 바람직하고, 30nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 20nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 나노 결정(911)의 평균 입자경은, 1nm 이상인 것이 바람직하고, 1.5nm 이상인 것이 보다 바람직하며, 2nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 평균 입자경을 갖는 나노 결정(911)은, 원하는 파장의 광을 발하기 쉬운 점에서 바람직하다. 또한, 나노 결정(911)의 평균 입자경은, 투과형 전자현미경 또는 주사형 전자현미경에 의해 측정하고, 체적 평균 직경을 산출함으로써 얻어진다.
＜제1의 셸층(912)＞
상기 제1의 셸층(912)은, 나노 결정(911)의 표면에 배위 가능하고, 또한, 분자끼리 실록산 결합을 형성 가능한 화합물을 포함하는 배위자로 구성되어 있다.
이러한 배위자는, 나노 결정(911)에 포함되는 카티온 혹은 아니온에 결합하는 결합성기를 갖는 화합물이며, Si를 함유하여 실록산 결합을 형성하는 반응성기를 갖는 화합물을 포함한다. 상기 결합성기로서는, 예를 들면, 카복실기, 카복실산 무수물기, 아미노기, 암모늄기, 메르캅토기, 포스핀기, 포스핀옥시드기, 인산기, 포스폰산기, 포스핀산기, 술폰산기, 붕소산기 및 그들의 염 중 적어도 1종인 것이 바람직하고, 카복실기, 아미노기, 메르캅토기, 술폰산기 및 그들의 염 중 적어도 1종인 것이 보다 바람직하다. 이러한 배위자로서는, 카복실기, 아미노기 함유 화합물, 술폰산기 및 그들의 염을 들 수 있으며, 이들의 1종을 단독으로 사용하고, 또는 2종 이상을 병용할 수 있다. 이러한 배위자로서는, 나노 결정(911)의 안정성을 향상시키기 위해, 카복실기 함유 화합물, 아미노기 함유 화합물, 술폰산기 함유 화합물 및 그들의 염의 1종 이상을 이용함과 더불어, Si를 함유하여, 실록산 결합을 형성 가능한 반응기를 갖는 화합물의 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 배위자는, 나노 결정(911)을 합성할 때에 사용하거나, 혹은, 나노 결정(911)을 형성한 후에, 나노 결정(911)의 합성 시에 사용한 배위자와는 상이한 화합물로 이루어지는 배위자로 치환하는 것이 바람직하다.
카복실기 함유 화합물로서는, 예를 들면, 탄소 원자수 1~30의 직쇄상 또는 분기상의 지방족 카복실산을 들 수 있다. 이러한 카복실기 함유 화합물의 구체예로서는, 예를 들면, 아라키돈산, 크로톤산, trans-2-데센산, 에루크산, 3-데센산, cis-4,7,10,13,16,19-도코사헥사엔산, 4-데센산, all cis-5,8,11,14,17-에이코사펜타엔산, all cis-8,11,14-에이코사트리엔산, cis-9-헥사데센산, trans-3-헥센산, trans-2-헥센산, 2-헵텐산, 3-헵텐산, 2-헥사데센산, 리놀렌산, 리놀산, γ-리놀렌산, 3-노넨산, 2-노넨산, trans-2-옥텐산, 페트로셀린산, 엘라이딘산, 올레인산, 3-옥텐산, trans-2-펜텐산, trans-3-펜텐산, 리시놀산, 소르브산, 2-트리데센산, cis-15-테트라코센산, 10-운데센산, 2-운데센산, 아세트산, 뷰티르산, 베헨산, 세로틴산, 데칸산, 아라키드산, 헨에이코산산, 헵타데칸산, 헵탄산, 헥산산, 헵타코산산, 라우린산, 미리스트산, 멜리신산, 옥타코산산, 노나데칸산, 노나코산산, n-옥탄산, 팔미트산, 펜타데칸산, 프로피온산, 펜타코산산, 노난산, 스테아르산, 리그노세르산, 트리코산산, 트리데칸산, 운데칸산, 발레르산 등을 들 수 있다.
아미노기 함유 화합물로서는, 예를 들면, 탄소 원자수 1~30의 직쇄상 또는 분기상의 지방족 아민을 들 수 있다. 이러한 아미노기 함유 화합물의 구체예로서는, 예를 들면, 1-아미노헵타데칸, 1-아미노노나데칸, 헵타데칸-9-아민, 스테아릴아민, 올레일아민, 2-n-옥틸-1-도데실아민, 알릴아민, 아밀아민, 2-에톡시에틸아민, 3-에톡시프로필아민, 이소부틸아민, 이소아밀아민, 3-메톡시프로필아민, 2-메톡시에틸아민, 2-메틸부틸아민, 네오펜틸아민, 프로필아민, 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, n-옥틸아민, 1-아미노데칸, 노닐아민, 1-아미노운데칸, 도데실아민, 1-아미노펜타데칸, 1-아미노트리데칸, 헥사데실아민, 테트라데실아민 등을 들 수 있다.
메르캅토기 함유 화합물로서는, 예를 들면, n-도데실티올, Tert-도데실티올, 1-도데칸티올, n-옥탄티올, 1-옥타데칸티올 등을 들 수 있다.
술폰산기 함유 화합물, 그 염으로서는, 예를 들면, 도데실벤젠술폰산, 4-n-옥틸벤젠술폰산나트륨, 4-도데실벤젠-1-술폰산나트륨, 4-운데실벤젠술폰산나트륨, 4-테트라데실벤젠-1-술폰산나트륨, 4-트리데실벤젠-1-술폰산나트륨, 1-데칸술폰산나트륨, 1-도데칸술폰산나트륨, 라우릴황산나트륨 등을 들 수 있다.
또, Si를 함유하여, 실록산 결합을 형성하는 반응성기를 갖는 실란 화합물 A는, 나노 결정(911)에 포함되는 카티온 혹은 아니온에 결합하는 결합성기를 갖는 것이 바람직하다.
반응성기로서는, 실록산 결합이 용이하게 형성되는 점에서, 실라놀기, 탄소 원자수가 1~6인 알콕시실릴기와 같은 가수분해성 실릴기가 바람직하고, 실라놀기, 탄소 원자수가 1~2인 알콕시실릴기가 보다 바람직하다.
결합성기로서는, 예를 들면, 카복실기, 아미노기, 암모늄기, 메르캅토기, 포스핀기, 포스핀옥시드기, 인산기, 포스폰산기, 포스핀산기, 술폰산기, 붕소산기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 결합성기로서는, 카복실기, 메르캅토기 및 아미노기 중 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이러한 결합성기는, 상술의 반응성기보다 나노 결정(911)에 포함되는 카티온 혹은 아니온에 대한 친화성이 높다. 이 때문에, 배위자는, 결합성기를 나노 결정(911) 측에 하여 배위하고, 보다 용이 또한 확실하게 제1의 셸층(912)을 형성할 수 있다.
Si를 함유하여, 실록산 결합을 형성하는 반응성기를 갖는 화합물로서는, 결합성기를 함유하는 규소 화합물을 1종 이상 함유하고, 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
바람직하게는, 카복실기 함유 규소 화합물, 아미노기 함유 규소 화합물, 메르캅토기 함유 규소 화합물 중 어느 1종을 함유하고, 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
카복실기 함유 규소 화합물의 구체예로서는, 예를 들면, 3-(트리메톡시실릴)프로피온산, 3-(트리에톡시실릴)프로피온산, 2-, 카르복시에틸페닐비스(2-메톡시에톡시)실란, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]-N'-카르복시메틸에틸렌디아민, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]프탈아미드, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민-N,N',N'-삼아세트산, (6-트리에톡시실릴)-3-[[[3-(트리에톡시실릴)프로필]아미노]카르보닐]헥산산 등을 들 수 있다.
한편, 아미노기 함유 규소 화합물의 구체예로서는, 예를 들면, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디프로폭시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디이소프로폭시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리이소프로폭시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노이소부틸디메틸메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노이소부틸메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-11-아미노운데실트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필실란트리올, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, (아미노에틸아미노에틸)페닐트리메톡시실란, (아미노에틸아미노에틸)페닐트리에톡시실란, (아미노에틸아미노에틸)페닐트리프로폭시실란, (아미노에틸아미노에틸)페닐트리이소프로폭시실란, (아미노에틸아미노메틸)페닐트리메톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페닐트리에톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페닐트리프로폭시실란, (아미노에틸아미노메틸)페닐트리이소프로폭시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-β-(N-비닐벤질아미노에틸)-N-γ-(N-비닐벤질)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(N-디(비닐벤질)아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(N-디(비닐벤질)아미노에틸)-N-γ-(N-비닐벤질)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, 메틸벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 디메틸벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 벤질아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 벤질아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 3-우레이드프로필트리에톡시실란, 3-(N-페닐)아미노프로필트리메톡시실란, N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, (아미노에틸아미노에틸)페네틸트리메톡시실란, (아미노에틸아미노에틸)페네틸트리에톡시실란, (아미노에틸아미노에틸)페네틸트리프로폭시실란, (아미노에틸아미노에틸)페네틸트리이소프로폭시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리메톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리에톡시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리프로폭시실란, (아미노에틸아미노메틸)페네틸트리이소프로폭시실란, N-[2-[3-(트리메톡시실릴)프로필아미노]에틸]에틸렌디아민, N-[2-[3-(트리에톡시실릴)프로필아미노]에틸]에틸렌디아민, N-[2-[3-(트리프로폭시실릴)프로필아미노]에틸]에틸렌디아민, N-[2-[3-(트리이소프로폭시실릴)프로필아미노]에틸]에틸렌디아민 등을 들 수 있다.
메르캅토기 함유 규소 화합물의 구체예로서는, 예를 들면, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디에톡시실란, 2-메르캅토에틸트리메톡시실란, 2-메르캅토에틸트리에톡시실란, 2-메르캅토에틸메틸디메톡시실란, 2-메르캅토에틸메틸디에톡시실란, 3-[에톡시비스(3,6,9,12,15-펜타옥사옥타코산-1-일옥시)실릴]-1-프로판티올 등을 들 수 있다.
제1의 셸층(912)은, 상기 나노 결정(911)의 표면에, 배위자로서, 예를 들면, 올레인산, 3-아미노프로필트리메톡시실란을 배위시키고, 추가로 3-아미노프로필트리메톡시실란을 반응시킴으로써 형성할 수 있다.
제1의 셸층(912)의 두께는, 0.5~50nm인 것이 바람직하고, 1.0~30nm인 것이 보다 바람직하다. 이러한 두께의 제1의 셸층(912)을 갖는 발광 입자이면, 나노 결정(911)의 열에 대한 안정성을 충분히 높일 수 있다.
또한, 제1의 셸층(912)의 두께는, 배위자의 결합기와 반응성기를 연결하는 연결 구조의 원자수(사슬 길이)를 조정함으로써 변경할 수 있다.
본 발명의 발광 입자는, 상기 배위자를 구비하는 것 이외에, 첨가제가 나노 결정(911) 표면에 배위하고 있어도 된다. 상기 첨가제로서는, 예를 들면 암모늄염을 들 수 있다. 상기 암모늄염으로서는, 예를 들면 디도데실디메틸암모늄브롬화물(DDAB), 페네틸암모늄브롬화물(PEAB), 페네틸암모늄요오드화물(PEAI), 메틸트리옥틸암모늄브롬화물, 테트라옥틸암모늄브롬화물, 디데실디메틸암모늄브롬화물, 디테트라데실디메틸암모늄브롬화물, 테트라옥틸암모늄브롬화물(TOAB)을 들 수 있다.
제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자는, 구체적으로는, 나노 결정(911)의 원료 화합물을 포함하는 용액과, 나노 결정(911)에 포함되는 카티온 혹은 아니온에 결합하는 결합성기를 갖는 화합물과, Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물을 포함하는 용액을 혼합한 후에, 석출된 나노 결정(911)의 표면에 배위한 Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물 중의 반응성기를 축합시킴으로써, 용이하게 제작할 수 있다. 이 때, 가열을 행하여 제조하는 방법과, 가열을 행하지 않고 제조하는 방법이 있다.
우선, 가열을 행하여 제1의 셸층(912)을 갖는 발광 입자를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 반도체 나노 결정을 반응에 의해 합성하는 2종의 원료 화합물을 포함하는 용액을 각각 조제한다. 이 때, 2종의 용액 중 어느 한쪽에 나노 결정(911)에 포함되는 카티온에 결합하는 결합성기를 갖는 화합물을, 다른 한쪽에 Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물을 더해 둔다. 이어서, 이들을 불활성 가스 분위기 하에서 혼합, 140~260℃의 온도 조건 하에 반응시킨다. 이어서, -20~30℃로 냉각하고, 교반함으로써, 나노 결정을 석출시키는 방법을 들 수 있다. 석출된 나노 결정은 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)이 형성된 것이 되고, 원심 분리 등의 정법에 의해 나노 결정을 얻을 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 탄산세슘과 올레인산과 유기용매를 포함하는 용액을 조제한다. 유기용매로서, 1-옥타데센, 디옥틸에테르, 디페닐에테르 등을 이용할 수 있다. 이 때, 유기용매 40mL에 대해, 탄산세슘이 0.2~2g, 올레인산이 0.1~10mL가 되도록, 각각의 첨가량을 조제하는 것이 바람직하다. 얻어진 용액을 90~150℃에서 10~180분간 감압 건조한 후, 아르곤, 질소 등의 불활성 가스 분위기 하에서 100~200℃로 가열함으로써, 세슘-올레인산 용액을 얻는다.
한편, 브롬화납(II)과 전술의 것과 동일한 유기용매를 포함하는 용액을 조제한다. 이 때, 유기용매 5mL에 대해 브롬화납(II)을 20~100mg 첨가한다. 얻어진 용액을 90~150℃에서 10~180분간 감압 건조한 후, 아르곤, 질소 등의 불활성 가스 분위기 하에서 0.1~2mL의 3-아미노프로필트리에톡시실란을 첨가한다.
그리고, 브롬화납(II) 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 용액을 140~260℃로 가열한 상태에서 상술의 세슘-올레인산 용액을 첨가하고, 1~10초간 가열 교반시킴으로써 반응시킨 후에, 얻어진 반응액을 아이스배스에서 냉각한다. 이 때, 브롬화납(II) 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 용액 5mL에 대해, 세슘-올레인산 용액을 0.1~1mL 첨가하는 것이 바람직하다. -20~30℃에서 교반 중에, 나노 결정(911)이 석출됨과 더불어, 나노 결정(911)의 표면에 3-아미노프로필트리에톡시실란 및 올레인산이 배위한다.
그 후, 얻어진 반응액을, 대기 하, 실온(10~30℃, 습도 5~60%)에서 5~300분간 교반한 후, 0.1~50mL의 에탄올을 첨가함으로써 현탁액을 얻는다. 대기 하, 실온에서의 교반 중에 3-아미노프로필트리에톡시실란의 알콕시실릴기가 축합하고, 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)이 형성된다.
얻어진 현탁액을 원심 분리함으로써 고형물을 회수하고, 고형물을 헥산에 첨가함으로써, 삼브롬화납세슘으로 이루어지는 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자가 톨루엔에 분산된 발광 입자 분산액을 얻을 수 있다.
다음에, 가열을 행하지 않고 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 반도체 나노 결정의 원료 화합물 및 나노 결정(911)에 포함되는 카티온에 결합하는 결합성기를 갖는 화합물(Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물은 포함하지 않는다)을 포함하는 용액을, Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물을 나노 결정에 대해 빈용매인 유기용제에 용해한 용액 중에 대기 하에서 적하·혼합함으로써, 나노 결정을 석출시키는 방법을 들 수 있다. 유기용제의 사용량은 반도체 나노 결정에 대해 질량 기준으로 10~1000배량인 것이 바람직하다. 또, 석출된 나노 결정은 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)이 형성된 것이 되고, 원심 분리 등의 정법에 의해 나노 결정을 얻을 수 있다.
구체적으로는, 반도체 나노 결정의 원료 화합물을 포함하는 용액으로서, 예를 들면, 브롬화납(II)과 브롬화세슘과 올레인산과 올레일아민과 유기용제를 포함하는 용액을 조제한다. 유기용제는, 나노 결정의 양용매이면 되는데, 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸포름아미드, 및 이들의 혼합 용매인 것이 상용성의 점에서 바람직하다. 이 때, 유기용제 10mL에 대해, 브롬화납(II)이 10~50mg, 브롬화세슘이 5~25mg, 올레인산이 0.2~2mL, 올레일아민이 0.05~0.5ml가 되도록, 각각의 첨가량을 조정하는 것이 바람직하다.
한편, Si를 함유하여 실록산 결합을 형성할 수 있는 반응성기를 갖는 화합물과 나노 결정에 대해 빈용매인 유기용제를 포함하는 용액으로서, 예를 들면, 3-아미노프로필트리에톡시실란과 빈용매를 조제한다. 빈용매로서는, 이소프로필알코올, 톨루엔, 헥산 등을 이용할 수 있다. 이 때, 빈용매 5mL에 대해, 3-아미노프로필트리에톡시실란이 0.01~0.5mL가 되도록, 각각의 첨가량을 조정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상술의 브롬화납(II)과 브롬화세슘과 올레인산과 올레일아민을 포함하는 용액 0.1~1mL를, 상술의 3-아미노프로필트리에톡시실란과 빈용매를 포함하는 용액 5mL에 대해, 대기 하, 0~30℃에서 첨가하고, 순식간에 대기 하에서 5~180초간 교반한 후에, 원심 분리에 의해 고형물을 회수한다. 혼합물을 부용매에 첨가했을 때에, 나노 결정(911)이 석출됨과 더불어, 나노 결정(911)의 표면에 3-아미노프로필트리에톡시실란, 올레인산 및 올레일아민이 배위한다. 그리고, 대기 하에서의 교반 중에 3-아미노프로필트리에톡시실란의 알콕시실릴기가 축합하여, 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)이 형성된다.
이 회수된 고형물을 톨루엔에 첨가함으로써, 삼브롬화납세슘 결정으로 이루어지는 나노 결정(911)의 표면에 실록산 결합을 갖는 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자가 톨루엔에 분산된 발광 입자 분산액을 얻을 수 있다.
＜제2의 셸층(913)＞
상기 셸층(913)을 상기 제1의 셸층(912)의 표면에 균일하게 형성하기 위해, 제2의 셸층(913)은, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머 B와, 가수분해 실릴기를 갖는 실란 화합물 C에서 유래하는 것인 것이 바람직하다. 제1의 셸층(912)의 표면에 제2의 셸층(913)을 균일하게 피복하기 위해서는, 제1의 셸층(912) 표면에 당해 실란 화합물의 반응장이 존재하는 것이 바람직하기 때문이다. 우선, 제1의 셸층(912) 표면에 폴리머 B가 갖는 염기성기를 흡착시킴으로써, 제1의 셸층(912)의 표면에 반응장을 형성한다. 이어서 실란 화합물 C를 혼합함으로써, 당해 반응장에 있어서 실란 화합물 C가 가수분해성 실릴기의 가수분해에 의해 실록산 결합을 형성하는 점에서, 제1의 셸층(912) 표면에 제2의 셸층(913)을 균일하게 형성하는 것이 가능해진다. 당해 제2의 셸층(913)을 구비한 발광 입자는, 수분이나 산소 하에 있어서의 광에 대한 뛰어난 안정성을 확실히 얻을 수 있으며, 그 결과, 뛰어난 발광 특성을 얻을 수 있다.
상기 폴리머 B는, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 화합물이며, 염기성기를 갖는 제1의 구조 단위와, 분산매로의 친화성이 뛰어난 친용매성이며 염기성기를 갖지 않는 제2의 구조 단위를 구비한 폴리머이다. 여기서 말하는 분산매란, 발광 입자를 분산시키는 화합물이며, 각종 유기용제나 광중합성 화합물 등의 수지이면 된다.
상기 염기성기를 갖는 제1의 구조 단위로서는, 반도체 나노 결정으로의 흡착성의 관점에서 하기 식 (B1), (B2)로 표시되는 구조 단위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
Figure pat00003
식 중, RB11, RB21 및 RB22는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RB12는, 염기성을 갖는 1가의 기, 예를 들면, 1급 아미노기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 4급 암모늄기, 이미노기, 피리딜기, 피리미딘기, 피페라지닐기, 피페리딜기, 이미다졸릴기, 피롤리디닐기, 이미다졸리디닐기를 포함하는 염기성기를 나타내고,
XB11 및 XB12는, 각각 독립적으로, -COO-, -OCO-, 질소 원자에 의해 치환되어도 되는 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타낸다.
상기 식 (B1)로 표시되는 제1의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 구체적으로는, 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘, 4-아미노스티렌, 4-디메틸아미노스티렌, 1-비닐이미다졸, N-비닐-2-피롤리돈, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노부틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필아크릴아미드, 디에틸아미노프로필아크릴아미드, 알릴아민 등을 들 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「(메타)아크릴레이트」란, 메타크릴레이트 및 아크릴레이트의 한쪽 또는 양쪽 모두를 의미한다.
상기 식 (B2)로 표시되는 제1의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 에틸렌이민, 프로필렌이민 등을 들 수 있다.
상기 친용매성의 제2의 구조 단위로서는, 반도체 나노 결정 입자로의 분산성의 관점에서 하기 식 (B3), (B4)로 표시되는 구조 단위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
Figure pat00004
식 중, RB21 및 RB41은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RB32는, 직쇄상 혹은 분기상의 탄소수 2~15의 알킬기, 치환기를 가져도 되는 탄소수 4~20의 시클로알킬기, 말단이 히드록시기 또는 알콕시기인 탄소수 10~50의 폴리알킬렌옥사이드기, 치환기를 가져도 되는 방향족기, 또는 일반식 (B3)으로 표시되는 기를 나타내고, XB31 및 XB41은, -COO-, -OCO-, 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타내며,
RB42는, 일반식 (B4-1)로 표시되는 기를 나타내고,
Figure pat00005
RB43은, 탄소수 1~20의 직쇄상 또는 분기상의 포화 또는 불포화의 2가의 탄화수소기를 나타내고, a는 0 또는 1을 나타내며, b는 1~100을 나타낸다.
일반식 (B4-1)에 있어서의 폴리에스테르 골격은, 히드록시카복실산, 락톤의 자기 축합, 혹은 히드록시카복실산과 락톤의 혼합 축합에 의해 얻어진다. 히드록시카복실산으로서는, 12-히드록시스테아르산 등을 들 수 있으며, 락톤으로서는, ε-카프로락톤, β-프로피오락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤 등을 들 수 있는데, 12-히드록시스테아르산, 발레로락톤 혹은 카프로락톤으로부터 유도되는 구조 단위를 적어도 하나 갖는 것이 바람직하다.
상기 식 (B3)으로 표시되는 제2의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, tert-부틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 운데실(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 트리데실(메타)아크릴레이트, 펜타데실(메타)아크릴레이트, 헥사데실(메타)아크릴레이트, 헵타데실(메타)아크릴레이트, 옥타데실(메타)아크릴레이트, 노나데실(메타)아크릴레이트, 이코사닐(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트；벤질(메타)아크릴레이트, 페닐에틸(메타)아크릴레이트 등의 방향족 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트 등의 지환식 구조를 갖는 (메타)아크릴레이트；메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 옥톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 옥톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 라우릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 라우릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 스테아록시폴리에틸렌글리콜, 스테아록시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 알릴옥시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 알릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트 등의 알킬기 말단 폴리알킬렌글리콜(메타)아크릴레이트；글리시딜(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 화합물；스티렌, α-메틸스티렌, 4-tert-부틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, p-이소부틸스티렌 등의 스티렌 유도체 모노머, 알릴아민과 폴리에스테르의 축합물 등을 들 수 있다.
상기 식 (B4)로 표시되는 제2의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 에틸렌이민과 폴리에스테르의 축합물, 프로필렌이민과 폴리에스테르의 축합물 등을 들 수 있다.
상기 폴리머 B에 있어서는, 식 (B1) 및 식 (B2)로 표시되는 구조 단위의 적어도 1종 이상을 이용할 수 있으며, 또, 식 (B3) 및 식 (B4)로 표시되는 구조 단위의 적어도 1종 이상을 이용할 수 있다. 또한, 상기 폴리머 B는, 식 (B1)로 표시되는 제1의 구조 단위를 제1의 폴리머 블록으로서 갖고, 식 (B3)으로 표시되는 제2의 구조 단위를 제2의 폴리머 블록으로서 갖는 블록 코폴리머여도 되고, 식 (B1)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (B3)으로 표시되는 제2의 구조 단위를 랜덤으로 갖는 랜덤 폴리머여도 되며, 식 (B2)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (B4)로 표시되는 제2의 구조 단위를 갖는 그라프트 폴리머여도 된다. 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자의 표면으로의 흡착성의 관점에서, 상기 폴리머 B는, 블록 코폴리머, 그라프트 폴리머인 것이 바람직하다.
폴리머 B에 있어서의 제1의 구조 단위의 함유량은, 폴리머 B를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 3몰% 이상, 4몰% 이상, 또는 5몰% 이상인 것이 바람직하고, 50몰% 이하, 30몰% 이하, 또는 20몰% 이하인 것이 바람직하다.
폴리머 B에 있어서의 제2의 구조 단위의 함유량은, 폴리머 B를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 70몰% 이상, 75몰% 이상, 또는 80몰% 이상인 것이 바람직하고, 97몰% 이하, 96몰% 이하, 또는 95몰% 이하인 것이 바람직하다.
폴리머 B는, 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위에 더하여, 다른 구조 단위를 포함하는 것이어도 된다. 그 경우, 폴리머 B에 있어서의 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위의 합계의 함유량은, 폴리머 B를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 70몰% 이상, 80몰% 이상, 또는 90몰% 이상인 것이 바람직하다.
예를 들면, 폴리머 B는, 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위에 더하여, 산성기를 갖는 구조 단위를 구비한 것이어도 된다.
산성기로서는, 카복실기(-COOH), 술포기(-SO3H), 황산기(-OSO3H), 포스폰산기(-PO(OH)3), 인산기(-OPO(OH)3), 포스핀산기(-PO(OH)-), 메르캅토기(-SH)를 들 수 있다.
비이온성 관능기로서는, 히드록시기, 에테르기, 티오에테르기, 술피닐기(-SO-), 술포닐기(-SO2-), 카르보닐기, 포르밀기, 에스테르기, 탄산에스테르기, 아미드기, 카르바모일기, 우레이드기, 티오아미드기, 티오우레이드기, 술파모일기, 시아노기, 알케닐기, 알키닐기, 포스핀옥시드기, 포스핀술피드기를 들 수 있다.
산성기를 갖는 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 카르복시기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 인산기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 술폰기를 갖는 (메타)아크릴레이트를 들 수 있다. 상기 카르복시기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 카르복시에틸(메타)아크릴레이트, 카르복시펜틸(메타)아크릴레이트, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸숙신산염, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸말레산염, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸프탈레이트 등의 히드록시기를 갖는 (메타)아크릴레이트에 무수 말레산, 무수 숙신산, 무수 프탈산 등의 산무수물을 반응시킨 모노머, (메타)아크릴산 등을 들 수 있다. 상기 술폰산기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 술폰산에틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 인산기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, (메타)아크릴산2-(포스포노옥시)에틸 등을 들 수 있다.
폴리머 B에 있어서의 중량 평균 분자량(Mw)은, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 값이며, 표준 폴리스티렌 환산값으로 나타낸다. 발광성 입자의 분산성의 관점에서, 3,000 이상 200,000 이하의 범위인 것이 바람직하고, 4,000 이상 100,000 이하의 범위인 것이 보다 바람직하며, 5,000 이상 80,000 이하의 범위인 것이 더욱 보다 바람직하다. 측정 조건은, 본 명세서의 실시예와 동일한 조건으로 한다.
상기 실란 화합물 C로서는, 예를 들면, 하기 식 (C1)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
Figure pat00006
식 중, RC1 및 RC2는, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RC3 및 RC4는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타내며, n은 0 또는 1을 나타내고, m은 1 이상의 정수를 나타낸다. m은, 10 이하의 정수인 것이 바람직하다.
식 (C1)로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 예를 들면, 테트라부톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헥실트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리메톡시실란, n-도데실트리메톡시실란, n-도데실트리에톡시실란, n-헥사데실트리메톡시실란, n-헥사데실트리에톡시실란, n-옥타데실트리메톡시실란, 트리메톡시(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리메톡시(펜타플루오로페닐)실란, 트리메톡시(11-펜타플루오로페녹시운데실)실란, 트리메톡시(1H,1H,2H,2H-노나플루오로헥실)실란, 테트라메톡시실란의 부분 가수분해 올리고머(제품명：메틸실리케이트 51, 메틸실리케이트 53A(이상, 콜코트주식회사 제조)), 테트라에톡시실란의 부분 가수분해 올리고머(제품명：에틸실리케이트 40, 에틸실리케이트 48(이상, 콜코트주식회사 제조), 테트라메톡시실란과 테트라에톡시실란 혼합물의 부분 가수분해 올리고머(제품명：EMS-485(콜코트주식회사 제조)) 등을 들 수 있다.
실란 화합물 C로서, 상술의 식 (C1)로 표시되는 화합물에 더하여, 예를 들면, 하기 식 (C2)로 표시되는 화합물 및 (C3)으로 표시되는 화합물을 병용하는 것도 가능하다.
Figure pat00007
식 중, RC21, RC22, RC31은, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RC23, RC24, RC32, RC33, 및 RC34는, 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기를 가져도 되는 알킬기, 페닐기, 시클로헥실기를 나타내며, 상기 알킬기 중의 탄소 원자는 산소 원자 혹은 질소 원자로 치환되어 있어도 되고, m2는 1 이상 10 이하의 정수를 나타낸다.
식 (C2)로 표시되는 화합물 및 식 (C3)으로 표시되는 화합물로서는, 구체적으로는, 예를 들면, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 메틸에틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란을 들 수 있다. 식 (C1)로 표시되는 화합물은, 1종을 단독으로 이용할 수 있으며, 혹은, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다. 식 (C2)로 표시되는 화합물 및 (C3)으로 표시되는 화합물은, 일반식 (C1)로 표시되는 화합물과 1종 혹은 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
제2의 셸층(913)의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 상기 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자와, 상기 폴리머 B 및 상기 용매를 포함하는 폴리머 용액과, 실란 화합물 C를 포함하는 용액을 혼합한다. 실란 화합물 C의 가수분해성 실릴기가 축합하여 실록산 결합을 형성함으로써, 제1의 셸층(912)을 구비한 발광 입자의 표면에 폴리머 B 및 실란 화합물 C의 중합체를 포함하는 층인 제2의 셸층(913)이 형성된다. 이 결과, 상기 반도체 나노 결정 입자의 표면에, Si를 함유하는 제1의 셸층(912) 및 제2의 셸층(913)을 구비한 발광성 입자가 형성된다. 상기 셸층은, 실란 화합물 A 유래의 폴리실록산, 폴리머 B 및 실란 화합물 C 유래의 폴리실록산을 포함한다. 그 후, 얻어진 반응액을 원심 분리하여, 상등액을 회수한다. 회수한 상등액에 빈용매를 더하고 원심 분리하여, 상등액을 제거한 잔류물을 얻는다. 이 잔류물에 광중합성 화합물을 더하고 균일화한 후 원심 분리하여, 상등액을 회수함으로써, 상기 발광 입자가 광중합성 화합물에 분산된 용액을 얻을 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 폴리머 B 용액 중의 실란 화합물 A 유래의 폴리실록산을 구비한 발광 입자 1질량부에 대해, 실란 화합물 C가 예를 들면 0.1~50질량부가 되도록, 폴리머 용액에 실란 화합물 C를 포함하는 용액을 첨가하고, 예를 들면 5~300분간 교반한다.
폴리머 용액과 실란 화합물 C를 포함하는 용액의 혼합 후에, 가수분해 제어의 관점에서, 물(예를 들면 이온 교환수)을 추가로 첨가해도 된다. 물의 첨가량은, 예를 들면, 실란 화합물 C 100질량부에 대해 1~100질량부이면 된다. 물을 첨가 후, 예를 들면 5~300분간 교반한다.
이어서, 얻어진 반응액을, 예를 들면 3000~15000회전/분, 1~30분간의 조건으로 원심 분리한 후, 그 상등액(예를 들면, 반응액 전량에 대해 70~100체적%분의 상등액)을 회수한다. 회수한 상등액에 대해 2배 체적%의 시클로헥산을 더하고 진탕 교반한 후, 예를 들면 3000~15000회전/분, 1~30분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액을 제거한다. 상등액 제거 후의 잔류물을 회수함으로써, 발광성 나노 결정(911)의 표면에 제1의 셸층(912) 및 제2의 셸층(913)을 구비한 발광 입자를 얻을 수 있다.
제1의 셸층(912) 및 제2의 셸층(913)을 합계한 두께는, 0.5~50nm인 것이 바람직하고, 1.0~30nm인 것이 보다 바람직하다. 이러한 두께의 제1의 셸층(912) 및 제2의 셸층(913)을 갖는 발광 입자(91)이면, 나노 결정(911)의 광에 대한 안정성을 충분히 높일 수 있다. 또한, 상기 두께는, 예를 들면 고분해능 전자현미경에 의해 측정할 수 있다.
또한, 제1의 셸층(912) 및 제2의 셸층(913)을 합계한 두께는, 배위자의 결합기와 반응성기를 연결하는 연결 구조의 원자수(사슬 길이)를 조정함으로써 변경할 수 있다.
본 발명의 발광 입자의 평균 입자경(체적 평균 직경)은, 200nm 이하인 것이 바람직하고, 150nm 이하인 것이 보다 바람직하며, 100nm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 50nm 이하인 것이 특히 바람직하다. 또, 발광 입자의 평균 입자경은, 1nm 이상인 것이 바람직하고, 1.5nm 이상인 것이 보다 바람직하며, 2nm 이상인 것이 더욱 바람직하고, 5nm 이상인 것이 특히 바람직하다. 이러한 평균 입자경을 갖는 발광 입자는, 원하는 파장의 광을 발하기 쉬운 점에서 바람직하다. 또한, 발광 입자의 평균 입자경(체적 평균 직경)은, 투과형 전자현미경 또는 주사형 전자현미경으로부터 각 입자의 입자경을 측정하고, 체적 평균 직경을 산출함으로써 얻어진다.
본 발명의 발광 입자는, 회분식 반응기를 사용하여 제조할 수 있다. 또, 입자 사이즈의 편차 저감, 불순물의 혼입 방지, 제조 효율, 온도 제어 등의 관점에서, 연속 층류, 액적 베이스 또는 강제 박막식 등의 연속식 반응기를 사용하여 제조하는 것이 보다 바람직하다. 배위자층, 실리카층 및 유기층에 있어서의 실록산 결합의 형성을 촉진하기 위해, 반응 시에 물을 첨가해도 된다. 또, 물을 첨가하지 않고 반응 용매 또는 반응 분위기에 포함되는 미량의 수분에 의해, 실록산 결합을 형성해도 된다. 또, 가열에 의해 실록산 결합의 형성을 촉진해도 된다. 그 경우, 가열 온도는 20℃ 이상, 120℃ 이하가 바람직하고, 30℃ 이상, 100℃ 이하가 보다 바람직하며, 40℃ 이상, 80℃ 이하가 특히 바람직하다.
본 발명의 발광 입자는, 용매에 분산된 콜로이드 용액으로서 얻을 수 있다. 얻어진 발광 입자를 함유하는 콜로이드 용액은, 정제에 의해, 과잉의 제조 원료 또는 전구체, 배위자, 불순물, 바람직하지 않은 입자 사이즈를 갖는 입자 등을 제거하는 것이 바람직하다. 정제 방법으로서는, 여과, 재침전, 추출, 원심 분리, 흡착, 재결정, 칼럼 크로마토그래프 등을 들 수 있다. 작업의 용이함, 비용의 관점에서, 얻어진 발광 입자를 함유하는 콜로이드 용액을, 원심 분리에 의해 정제하는 것이 바람직하다. 정제한 발광 입자는, 유기용매에 재분산시켜도 되고, 건조시켜 고체로서 취출해도 된다. 다음 공정에 바로 사용하지 않는 경우는, 광학 특성의 안정성 및 분산 안정성의 관점에서, 정제한 발광 입자는 콜로이드 용액으로 하는 것이 바람직하다. 정제 후의 발광 입자를 분산시키는 유기용매로서는, 저극성의 용매가 바람직하다. 유기용매로서 구체적으로는, 톨루엔, 헥산, 헵탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산을 들 수 있다. 얻어진 발광 입자를 함유하는 콜로이드 용액은, 광학 물성의 안정성의 관점에서, 물, 알코올 등의 불순물을 가능한 한 함유하지 않는 것이 바람직하다. 얻어진 발광 입자를 함유하는 콜로이드 용액에 있어서, 물 또는 알코올은 1.0% 이하인 것이 바람직하고, 물 또는 알코올은 0.1% 이하인 것이 보다 바람직하며, 물 또는 알코올은 100ppm 이하인 것이 특히 바람직하다. 또, 얻어진 발광 입자를 함유하는 콜로이드 용액은, 콜로이드 용액의 분산 안정성의 관점에서, 차광 하, 저온에서 보관하는 것이 바람직하다. 그 경우, 보관 온도는 -70℃ 이상, 40℃ 이하가 바람직하고, -50℃ 이상, 30℃ 이하가 보다 바람직하며, -30℃ 이상, 20℃ 이하가 더욱 바람직하고, -20℃ 이상, 10℃ 이하가 특히 바람직하다.
1-2. 유기 무기 복합 입자
유기 무기 복합 입자는, 무기 성분을 포함함과 더불어 유기 성분을 포함한다. 이 유기 성분은 발광 입자로의 친화성을 뛰어난 것으로 할 뿐만 아니라, 광중합성 화합물로의 친화성도 뛰어난 것으로 한다. 그 때문에, 유기 무기 복합 입자는, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에서 응집체를 형성하지 않고 존재할 수 있고, 따라서 당해 조성물은 분산 안정성이 뛰어난 것이 된다. 또 당해 조성물을 사용한 도막으로 하는 경우에는, 자외선 조사에 의한 광중합성 화합물의 중합에 수반하여, 친화성이 양호한 발광 입자의 근방에 국재화하기 쉬워지는 점에서, 유기 무기 복합 입자가 발광 입자의 유사 표면층으로서 작용하고, 그 결과, 발광 입자의 내광성을 향상시킬 수 있다.
상기 유기 무기 복합 입자의 유기 성분은 폴리머에서 유래하는 성분이며, 무기 성분은 실란 화합물에서 유래하는 성분이다. 당해 폴리머는 특별히 한정되지 않는데, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머인 것이 바람직하다. 또, 당해 실란 화합물은 특별히 한정되지 않는데, 가수분해 실릴기를 갖는 실란 화합물인 것이 바람직하다.
유기 무기 복합 입자의 하나의 형태를 도 2에 나타낸다. 유기 무기 복합 입자(500)는, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머(501)와, 실란 화합물인 분자끼리 실록산 결합을 형성한 무기산화물 부위(502)를 구비한다. 이러한 유기 무기 복합 입자(500)는, 폴리머(501)를 용매에 용해시키고, 가수분해 실릴기를 갖는 실란 화합물을 혼합하여 실록산 결합을 발생시킴으로써 얻을 수 있다. 당해 유기 무기 복합 입자(500)는, 당해 입자 표면으로부터 외측을 향하는 방향으로 폴리머(501) 유래의 유기 사슬이 배치되기 때문에, 뛰어난 분산 안정성을 얻을 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 우선, 폴리머를 농도 0.1~100mg/mL가 되도록 용매에 첨가하고, 20~80℃의 온도로 용해시킨다. 이어서, 실란 화합물이 예를 들면 0.1~50질량부가 되도록, 폴리머 용액에 실란 화합물을 첨가하고, 예를 들면 5~300분간 교반한다. 폴리머 용액과 실란 화합물의 혼합 후에, 가수분해 제어의 관점에서, 물(예를 들면 이온 교환수)을 추가로 첨가해도 된다. 물의 첨가량은, 예를 들면, 실란 화합물 100질량부에 대해 1~100질량부이면 된다. 물을 첨가 후, 예를 들면 5~300분간 교반한다. 얻어진 용액을, 예를 들면 3000~10000회전/분, 1~30분간의 조건으로 원심 분리한 후, 그 상등액(예를 들면, 용액 전량에 대해 70~100체적%분의 상등액)을 회수함으로써, 용매에 분산된 유기 무기 복합 입자를 얻을 수 있다.
상기 폴리머로서는, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머이면 뭐든지 되며 특별히 한정되는 것은 아니지만, 당해 폴리머로서는, 상기 발광 입자에 이용한 폴리머여도 된다. 당해 폴리머로서는, 유기 무기 복합 입자의 입자 사이즈를 제어하는 관점에서, 일반식 (Z1-1) 또는 (Z1-2)로 표시되는, 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머 Z인 것이 바람직하다.
Figure pat00008
식 중, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RZ1은, 염기성을 갖는 1가의 기, 예를 들면, 1급 아미노기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 4급 암모늄기, 이미노기, 피리딜기, 피리미딘기, 피페라지닐기, 피페리딜기, 이미다졸릴기, 피롤리디닐기, 이미다졸리디닐기를 포함하는 염기성기를 나타내며,
X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -COO-, -OCO-, 질소 원자에 의해 치환되어도 되는 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타낸다.
상기 식 (Z1-1)로 표시되는 제1의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 구체적으로는, 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘, 4-아미노스티렌, 4-디메틸아미노스티렌, 1-비닐이미다졸, N-비닐-2-피롤리돈, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노부틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노프로필(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필아크릴아미드, 디에틸아미노프로필아크릴아미드, 알릴아민 등을 들 수 있다.
상기 식 (Z1-2)로 표시되는 제1의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 에틸렌이민, 프로필렌이민 등을 들 수 있다.
상기 폴리머 Z는, 친용매성기로서 제2의 구조 단위를 구비하고 있어도 된다. 제2의 구조 단위로서는, 유기 무기 복합 입자의 입자 사이즈의 제어의 관점에서, 하기 식 (Z2-1), (Z2-2)로 표시되는 구조 단위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
Figure pat00009
식 중, R4 및 R5는, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RZ3은, 직쇄상 혹은 분기상의 탄소수 2~15의 알킬기, 치환기를 가져도 되는 탄소수 4~20의 시클로알킬기, 말단이 히드록시기 또는 알콕시기인 탄소수 10~50의 폴리알킬렌옥사이드기, 치환기를 가져도 되는 방향족기, 또는 일반식 (Z3)으로 표시되는 기를 나타내며,
X3 및 X4는, -COO-, -OCO-, 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타내고,
RZ4는, 일반식 (Z3)으로 표시되는 기를 나타내며,
Figure pat00010
R6은, 탄소수 1~20의 직쇄상 또는 분기상의 포화 또는 불포화의 2가의 탄화수소기를 나타내고, a는 0 또는 1을 나타내며, b는 1~100을 나타낸다.
일반식 (Z3)에 있어서의 폴리에스테르 골격은, 히드록시카복실산, 락톤의 자기 축합, 혹은 히드록시카복실산과 락톤의 혼합 축합에 의해 얻어진다. 히드록시카복실산으로서는, 12-히드록시스테아르산 등을 들 수 있으며, 락톤으로서는, ε-카프로락톤, β-프로피오락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤 등을 들 수 있는데, 12-히드록시스테아르산, 발레로락톤 혹은 카프로락톤으로부터 유도되는 구조 단위를 적어도 하나 갖는 것이 바람직하다.
상기 식 (Z2-1)로 표시되는 제2의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, tert-부틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 운데실(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 트리데실(메타)아크릴레이트, 펜타데실(메타)아크릴레이트, 헥사데실(메타)아크릴레이트, 헵타데실(메타)아크릴레이트, 옥타데실(메타)아크릴레이트, 노나데실(메타)아크릴레이트, 이코사닐(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트；벤질(메타)아크릴레이트, 페닐에틸(메타)아크릴레이트 등의 방향족 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트 등의 지환식 구조를 갖는 (메타)아크릴레이트；메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 옥톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 옥톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 라우릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 라우릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 스테아록시폴리에틸렌글리콜, 스테아록시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 알릴옥시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 알릴옥시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트 등의 알킬기 말단 폴리알킬렌글리콜(메타)아크릴레이트；글리시딜(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 화합물；스티렌, α-메틸스티렌, 4-tert-부틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, p-이소부틸스티렌 등의 스티렌 유도체 모노머, 알릴아민과 폴리에스테르의 축합물 등을 들 수 있다.
상기 식 (Z2-2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 에틸렌이민과 폴리에스테르의 축합물, 프로필렌이민과 폴리에스테르의 축합물 등을 들 수 있다.
상기 폴리머 Z에 있어서는, 식 (Z1) 및 식 (Z2)로 표시되는 구조 단위를 각각 1종으로 이용할 수도 있으며, 각각 2종 이상 병용할 수도 있다. 또한, 상기 폴리머 Z는, 식 (Z1)로 표시되는 제1의 구조 단위를 제1의 폴리머 블록으로서 갖고, 식 (Z2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 제2의 폴리머 블록으로서 갖는 블록 코폴리머여도 되고, 식 (Z1)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (Z2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 랜덤으로 갖는 랜덤 폴리머여도 되며, 식 (Z1)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (Z2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 갖는 그라프트 폴리머여도 된다. 공정 S1에서 얻어진 상기 전구체 입자를 포함하는 고형물의 표면으로의 흡착성의 관점에서, 상기 폴리머 Z는, 블록 코폴리머, 그라프트 폴리머인 것이 바람직하다.
상기 폴리머 Z에 있어서는, 식 (Z1-1) 및 식 (Z1-2)로 표시되는 구조 단위의 적어도 1종 이상을 이용할 수 있으며, 또, 식 (Z2-1) 및 식 (Z2-2)로 표시되는 구조 단위의 적어도 1종 이상을 이용할 수 있다. 또한, 상기 폴리머 B는, 식 (Z1-1)로 표시되는 제1의 구조 단위를 제1의 폴리머 블록으로서 갖고, 식 (Z2-1)로 표시되는 제2의 구조 단위를 제2의 폴리머 블록으로서 갖는 블록 코폴리머여도 되고, 식 (Z1-2)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (Z2-2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 랜덤으로 갖는 랜덤 폴리머여도 되며, 식 (Z1-2)로 표시되는 제1의 구조 단위와 식 (Z2-2)로 표시되는 제2의 구조 단위를 갖는 그라프트 폴리머여도 된다. 상기 유기 무기 복합 입자 사이즈의 균일성의 관점에서, 상기 폴리머 Z는, 블록 코폴리머, 그라프트 폴리머인 것이 바람직하다.
폴리머 Z에 있어서의 제1의 구조 단위의 함유량은, 폴리머 Z를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 3몰% 이상, 4몰% 이상, 또는 5몰% 이상인 것이 바람직하고, 50몰% 이하, 30몰% 이하, 또는 20몰% 이하인 것이 바람직하다.
폴리머 Z에 있어서의 제2의 구조 단위의 함유량은, 폴리머 Z를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 70몰% 이상, 75몰% 이상, 또는 80몰% 이상인 것이 바람직하고, 97몰% 이하, 96몰% 이하, 또는 95몰% 이하인 것이 바람직하다.
폴리머 Z는, 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위에 더하여, 다른 구조 단위를 포함하는 것이어도 된다. 그 경우, 폴리머 Z에 있어서의 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위의 합계의 함유량은, 폴리머 Z를 구성하는 전체 구조 단위를 기준으로서, 예를 들면, 70몰% 이상, 80몰% 이상, 또는 90몰% 이상인 것이 바람직하다.
예를 들면, 폴리머 Z는, 제1의 구조 단위 및 제2의 구조 단위에 더하여, 산성기를 갖는 구조 단위를 구비한 것이어도 된다.
산성기로서는, 카복실기(-COOH), 술포기(-SO3H), 황산기(-OSO3H), 포스폰산기(-PO(OH)3), 인산기(-OPO(OH)3), 포스핀산기(-PO(OH)-), 메르캅토기(-SH)를 들 수 있다.
비이온성 관능기로서는, 히드록시기, 에테르기, 티오에테르기, 술피닐기(-SO-), 술포닐기(-SO2-), 카르보닐기, 포르밀기, 에스테르기, 탄산에스테르기, 아미드기, 카르바모일기, 우레이드기, 티오아미드기, 티오우레이드기, 술파모일기, 시아노기, 알케닐기, 알키닐기, 포스핀옥시드기, 포스핀술피드기를 들 수 있다.
산성기를 갖는 구조 단위를 부여하는 화합물로서는, 카르복시기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 인산기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 술폰기를 갖는 (메타)아크릴레이트를 들 수 있다. 상기 카르복시기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 카르복시에틸(메타)아크릴레이트, 카르복시펜틸(메타)아크릴레이트, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸숙신산염, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸말레산염, 2-(메타)아크릴로일옥시에틸프탈레이트 등의 히드록시기를 갖는 (메타)아크릴레이트에 무수 말레산, 무수 숙신산, 무수 프탈산 등의 산무수물을 반응시킨 모노머, (메타)아크릴산 등을 들 수 있다. 상기 술폰산기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, 술폰산에틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 인산기를 갖는 (메타)아크릴레이트로서는, (메타)아크릴산2-(포스포노옥시)에틸 등을 들 수 있다.
폴리머 Z에 있어서의 중량 평균 분자량(Mw)은, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 값이며, 표준 폴리스티렌 환산값으로 나타낸다. 발광성 입자의 분산성의 관점에서, 3,000 이상 200,000 이하의 범위인 것이 바람직하고, 4,000 이상 100,000 이하의 범위인 것이 보다 바람직하며, 5,000 이상 80,000 이하의 범위인 것이 더욱 보다 바람직하다.
상기 실란 화합물로서는, 실란 화합물의 가수분해성 실릴기가 축합하여 실록산 결합에 의한 가교 구조를 형성하는 것이면 뭐든지 되며 특별히 한정되는 것은 아니지만, 당해 실란 화합물은, 상기 발광 입자에 이용한 실란 화합물 C여도 된다. 당해 실란 화합물로서는, 유기 무기 복합 입자의 형성하기 쉬움의 관점에서, 예를 들면, 일반식 (G)로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
Figure pat00011
식 중, RG11 및 RG12는, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RG13 및 RG14는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타내며, n11은 0 또는 1을 나타내고, m11은 1 이상의 정수를 나타내는데, m11은 10 이하의 정수인 것이 바람직하다.
식 (G)로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 예를 들면, 테트라부톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헥실트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리메톡시실란, n-도데실트리메톡시실란, n-도데실트리에톡시실란, n-헥사데실트리메톡시실란, n-헥사데실트리에톡시실란, n-옥타데실트리메톡시실란, 트리메톡시(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리메톡시(펜타플루오로페닐)실란, 트리메톡시(11-펜타플루오로페녹시운데실)실란, 트리메톡시(1H,1H,2H,2H-노나플루오로헥실)실란, 테트라메톡시실란의 부분 가수분해 올리고머(제품명：메틸실리케이트 51, 메틸실리케이트 53A(이상, 콜코트주식회사 제조)), 테트라에톡시실란의 부분 가수분해 올리고머(제품명：에틸실리케이트 40, 에틸실리케이트 48(이상, 콜코트주식회사 제조), 테트라메톡시실란과 테트라에톡시실란 혼합물의 부분 가수분해 올리고머(제품명：EMS-485(콜코트주식회사 제조)) 등을 들 수 있다.
실란 화합물로서, 상술의 식 (G)로 표시되는 화합물에 더하여, 예를 들면, 하기 식 (G2)로 표시되는 화합물 및 (G3)으로 표시되는 화합물을 병용하는 것도 가능하다.
Figure pat00012
식 중, RG21, RG22, RG31은, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RG23, RG24, RG32, RG33, 및 RG34는, 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기를 가져도 되는 알킬기, 페닐기, 시클로헥실기를 나타내며, 상기 알킬기 중의 탄소 원자는 산소 원자 혹은 질소 원자로 치환되어 있어도 되고, m21은 1 이상 10 이하의 정수를 나타낸다.
식 (G2)로 표시되는 화합물 및 식 (G3)으로 표시되는 화합물로서는, 구체적으로는, 예를 들면, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 메틸에틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란을 들 수 있다. 식 (G1)로 표시되는 화합물은, 1종을 단독으로 이용할 수 있으며, 혹은, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다. 식 (G2)로 표시되는 화합물 및 (G3)으로 표시되는 화합물은, 일반식 (G)로 표시되는 화합물과 1종 혹은 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
유기 무기 복합 입자의 평균 입자경(체적 평균 직경)은, 예를 들면, 10nm 이상, 15nm 이상, 또는 20nm 이상인 것이 바람직하고, 400nm 이하, 300nm 이하, 또는 200nm 이하인 것이 바람직하다. 유기 무기 복합 입자의 평균 입자경은, 동적 광산란법에 의해 측정되는 체적 평균 직경을 의미한다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에 포함되는 유기 무기 복합 입자의 함유량은, 광학 특성, 분산성의 관점에서, 0.01 이상 10질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 8질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5 이상 6질량% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1 이상 5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
1-3. 광중합성 화합물
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에 포함되는 광중합성 화합물은, 경화물 중에 있어서 바인더로서 기능하고, 광(활성 에너지선)의 조사에 의해 중합하는 화합물이며, 광중합성의 모노머 또는 올리고머를 이용해도 된다.
광중합성 화합물은, 라디칼 중합성 화합물, 카티온 중합성 화합물, 아니온 중합성 화합물 등을 이용할 수 있는데, 속경화성의 관점에서, 라디칼 중합성 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
라디칼 중합성 화합물은, 예를 들면, 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물이다. 본 명세서에 있어서, 에틸렌성 불포화기란, 에틸렌성 불포화 결합(중합성 탄소-탄소 이중 결합)을 갖는 기를 의미한다. 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물에 있어서의 에틸렌성 불포화 결합의 수(예를 들면 에틸렌성 불포화기의 수)는, 예를 들면, 1~4이다.
에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면, 비닐기, 비닐렌기, 비닐리덴기, (메타)아크릴로일기 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 외부 양자 효율을 보다 향상시킬 수 있는 관점에서는, (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물이 바람직하고, 단관능 또는 다관능의 (메타)아크릴레이트가 보다 바람직하며, 단관능 또는 이관능의 (메타)아크릴레이트가 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「(메타)아크릴로일기」란, 「아크릴로일기」 및 그에 대응하는 「메타크릴로일기」를 의미한다. 「(메타)아크릴레이트」라는 표현에 대해서도 동일하다. 또, 단관능의 (메타)아크릴레이트란, (메타)아크릴로일기를 1개 갖는 (메타)아크릴레이트를 의미하고, 다관능의 (메타)아크릴레이트란, (메타)아크릴로일기를 2개 이상 갖는 (메타)아크릴레이트를 의미한다.
단관능 (메타)아크릴레이트로서는, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 아밀(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 옥틸(메타)아크릴레이트, 노닐(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 헥사데실(메타)아크릴레이트, 옥타데실(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 부톡시에틸(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 노닐페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필(메타)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 페닐벤질(메타)아크릴레이트, 숙신산모노(2-아크릴로일옥시에틸), N-[2-(아크릴로일옥시)에틸]프탈이미드, N-[2-(아크릴로일옥시)에틸]테트라히드로프탈이미드 등을 들 수 있다.
다관능 (메타)아크릴레이트는, 이관능 (메타)아크릴레이트, 삼관능 (메타)아크릴레이트, 사관능 (메타)아크릴레이트, 오관능 (메타)아크릴레이트, 육관능 (메타)아크릴레이트 등이다. 예를 들면, 디올 화합물의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트, 트리올 화합물의 2개 또는 3개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디 또는 트리(메타)아크릴레이트 등을 이용할 수 있다.
이관능 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는, 예를 들면, 1,3-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,5-펜탄디올디(메타)아크릴레이트, 3-메틸-1,5-펜탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,8-옥탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,9-노난디올디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜히드록시피발산에스테르디아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트, 1몰의 네오펜틸글리콜에 4몰 이상의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 디올의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트, 1몰의 비스페놀A에 2몰의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 디올의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트, 1몰의 트리메틸올프로판에 3몰 이상의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 트리올의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트, 1몰의 비스페놀A에 4몰 이상의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 디올의 2개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
삼관능 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는, 예를 들면, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 글리세린트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 1몰의 트리메틸올프로판에 3몰 이상의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가하여 얻어지는 트리올의 3개의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 트리(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
사관능 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는, 예를 들면, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
오관능 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는, 예를 들면, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
육관능 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는, 예를 들면, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
다관능 (메타)아크릴레이트는, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트 등의 디펜타에리스리톨의 복수의 수산기가 (메타)아크릴로일옥시기에 의해 치환된 폴리(메타)아크릴레이트, 1분자 중에 에틸렌성 이중 결합을 2개 이상 갖는 방향족 우레탄 올리고머, 지방족 우레탄 올리고머, 에폭시아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르아크릴레이트 올리고머 및 그 외 특수 올리고머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 일종의 화합물이어도 된다.
(메타)아크릴레이트 화합물은, 인산기를 갖는, 에틸렌옥사이드 변성 인산(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 알킬인산(메타)아크릴레이트 등이어도 된다.
본 발명의 경화성 수지 조성물에 있어서, 경화 가능 성분을, 광중합성 화합물만 또는 그것을 주성분으로서 구성하는 경우에는, 광중합성 화합물로서는, 중합성 관능기를 1분자 중에 2 이상 갖는 이관능 이상의 광중합성 화합물을 필수 성분으로서 이용하는 것이, 경화물의 내구성(강도, 내열성 등)을 보다 높일 수 있는 점에서 보다 바람직하다.
당해 조성물을 조제했을 때의 점도 안정성이 뛰어난 관점, 토출이나 도포성에 의해 뛰어난 관점 및 발광 입자 도막의 제조 시에 있어서의 경화 수축에 기인하는 도막의 평활성의 저하를 억제할 수 있는 관점에서, 단관능 (메타)아크릴레이트와 다관능 (메타)아크릴레이트를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.
광중합성 화합물의 분자량은, 예를 들면, 50 이상이며, 100 이상 또는 150 이상이어도 된다. 광중합성 화합물의 분자량은, 예를 들면, 500 이하이며, 400 이하 또는 300 이하여도 된다. 당해 조성물을 잉크젯 방식의 인쇄 방식을 이용하여 도포하는 경우, 점도와, 토출 후의 잉크의 내휘발성을 양립하기 쉬운 관점에서, 바람직하게는 50~500이며, 보다 바람직하게는 100~400이다. 당해 조성물을 롤 코터, 그라비어 코터, 플렉소 코터, 다이 코터 등의 인쇄 방식을 이용하여 필름 등의 기재에 도포하는 경우에는, 점도와 레벨링성을 양립하기 쉬운 관점에서, 바람직하게는 100~500이며, 보다 바람직하게는 150~400이다.
당해 조성물의 경화물의 표면의 끈끈함(택)을 저감하는 관점에서는, 광중합성 화합물로서, 환상 구조를 갖는 라디칼 중합성 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 환상 구조는, 방향환 구조여도 비(非)방향환 구조여도 된다. 환상 구조의 수(방향환 및 비방향환의 수의 합계)는, 1 또는 2 이상이지만, 3 이하인 것이 바람직하다. 환상 구조를 구성하는 탄소 원자의 수는, 예를 들면, 4 이상이며, 5 이상 또는 6 이상인 것이 바람직하다. 탄소 원자의 수는, 예를 들면 20 이하이며, 18 이하인 것이 바람직하다.
방향환 구조는, 탄소수 6~18의 방향환을 갖는 구조인 것이 바람직하다. 탄소수 6~18의 방향환으로서는, 벤젠환, 나프탈렌환, 페난트렌환, 안트라센환 등을 들 수 있다. 방향환 구조는, 방향족 복소환을 갖는 구조여도 된다. 방향족 복소환으로서는, 예를 들면, 푸란환, 피롤환, 피란환, 피리딘환 등을 들 수 있다. 방향환의 수는, 1 이어도, 2 이상이어도 되지만 3 이하인 것이 바람직하다. 유기기는, 2 이상의 방향환이 단결합에 의해 결합한 구조(예를 들면, 비페닐 구조)를 갖고 있어도 된다.
비방향환 구조는, 예를 들면, 탄소수 5~20의 지환을 갖는 구조인 것이 바람직하다. 탄소수 5~20의 지환으로서는, 시클로펜탄환, 시클로헥산환, 시클로헵탄환, 시클로옥탄환 등의 시클로알칸환, 시클로펜텐환, 시클로헥센환, 시클로헵텐환, 시클로옥텐환 등의 시클로알켄환 등을 들 수 있다. 지환은, 비시클로운데칸환, 데카히드로나프탈렌환, 노르보르넨환, 노르보르나디엔환, 이소보르닐환 등의 축합환이어도 된다. 비방향환 구조는, 비방향족 복소환을 갖는 구조여도 된다. 비방향족 복소환으로서는, 예를 들면, 테트라히드로푸란환, 피롤리딘환, 테트라히드로피란환, 피페리딘환 등을 들 수 있다.
환상 구조를 갖는 라디칼 중합성 화합물은, 바람직하게는, 환상 구조를 갖는 단관능 또는 다관능 (메타)아크릴레이트이다. 환상 구조를 갖는 단관능 (메타)아크릴레이트로서는, 예를 들면, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 페녹시벤질(메타)아크릴레이트, 비페닐(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 환상 구조를 갖는 다관능 (메타)아크릴레이트로서는, 예를 들면, 디메틸올-트리시클로데칸디아크릴레이트, EO 변성 비스페놀A 디아크릴레이트, PO 변성 비스페놀A 디아크릴레이트 등을 들 수 있다.
환상 구조를 갖는 라디칼 중합성 화합물의 함유량은, 당해 경화성 수지 조성물의 표면의 끈끈함(택)을 억제하기 쉬운 관점에서, 당해 경화성 수지 조성물 중에 있어서의 광중합성 화합물의 전체 질량을 기준으로서, 3~85질량%인 것이 바람직하고, 5~65질량%인 것이 보다 바람직하며, 10~45질량%인 것이 더욱 바람직하고, 15~35질량%인 것이 특히 바람직하다.
광중합성 화합물로서는, 화소부의 표면의 균일성이 뛰어난 관점, 당해 경화성 수지 조성물의 경화성이 양호해지는 관점, 화소부(당해 경화성 수지 조성물의 경화물)의 내용제성 및 내마모성이 향상되는 관점, 및, 보다 뛰어난 광학 특성(예를 들면 외부 양자 효율)이 얻어지는 관점에서, 2종 이상의 라디칼 중합성 화합물을 이용하는 것이 바람직하고, 단관능 (메타)아크릴레이트와 다관능 (메타)아크릴레이트를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 발광 입자 함유 조성물 중에 포함되는 광중합성 화합물의 양은, 40질량% 이상, 95질량% 이하인 것이 바람직하고, 45질량% 이상, 94질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 50질량% 이상, 93질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
광중합성 화합물은, 신뢰성이 뛰어난 화소부(당해 경화성 수지 조성물의 경화물)가 얻어지기 쉬운 관점에서, 알칼리 불용성인 것이 바람직하다. 본 명세서 중, 광중합성 화합물이 알칼리 불용성이라는 것은, 1질량%의 수산화칼륨 수용액에 대한 25℃에 있어서의 광중합성 화합물의 용해량이, 광중합성 화합물의 전체 질량을 기준으로서, 30질량% 이하인 것을 의미한다. 광중합성 화합물의 상기 용해량은, 바람직하게는, 10질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 3질량% 이하이다.
1-4. 광중합 개시제
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에 이용되는 광중합 개시제는, 예를 들면 광 라디칼 중합 개시제를 들 수 있다. 광 라디칼 중합 개시제로서는, 분자 개열(開裂)형 또는 수소 뽑아내기형 광 라디칼 중합 개시제가 적합하다.
분자 개열형 광 라디칼 중합 개시제로서는, 벤조인이소부틸에테르, 2,4-디에틸티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀옥사이드, (2,4,6-트리메틸벤조일)에톡시페닐포스핀옥사이드 등이 적합하게 이용된다. 이들 이외의 분자 개열형 광 라디칼 중합 개시제로서, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 벤조인에틸에테르, 벤질디메틸케탈, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온 및 2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온을 병용해도 된다.
수소 뽑아내기형 광 라디칼 중합 개시제로서는, 벤조페논, 4-페닐벤조페논, 이소프탈페논, 4-벤조일-4'-메틸-디페닐술피드 등을 들 수 있다. 분자 개열형 광 라디칼 중합 개시제와 수소 뽑아내기형 광 라디칼 중합 개시제를 병용해도 된다.
본 발명의 경화성 수지 조성물 중에 이용되는 광중합 개시제는, 광퇴색성을 갖는 개시제를 함유하는 것이 바람직하다. 이 경우, 경화물의 광투과성이 높아지기 쉽다. 광퇴색성을 갖는 개시제는, 예를 들면, 광퇴색성을 갖는 옥심에스테르계 화합물과 아실포스핀옥사이드계 화합물 중 적어도 한쪽을 함유한다.
광퇴색성을 갖는 옥심에스테르계 화합물로서는, 예를 들면, 1-[4-(페닐티오)페닐]-1,2-옥탄디온2-(O-벤조일옥심), 에타논, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-, 1-(O-아세틸옥심) 등을 들 수 있다.
광퇴색성을 갖는 아실포스핀옥사이드계 화합물로서는, 예를 들면, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드 등을 들 수 있다.
본 발명의 경화성 수지 조성물 중에 이용되는 광중합 개시제는, 적어도 1종 이상의 아실포스핀옥사이드계 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도막의 내부 경화성이 뛰어나고, 또한 경화막의 초기 착색도가 작은 도막을 형성할 수 있다. 특히, 적어도 1종 이상의 아실포스핀옥사이드계 화합물을 함유하는 경우에는, 365나노미터, 385나노미터, 395나노미터 또는 405나노미터 등, 특정 파장을 중심으로 하는 ±15나노미터역의 협(狹)스펙트럼 출력을 갖는 자외 발광 다이오드(UV-LED)에 적합하며, 바람직하다.
광중합 개시제의 함유량은, 광중합성 화합물로의 용해성의 관점, 경화성 수지 조성물의 경화성의 관점, 화소부(당해 조성물의 경화물)의 경시(經時) 안정성(외부 양자 효율의 유지 안정성)의 관점에서, 광중합성 화합물 100질량%에 대해, 0.1~20질량%인 것이 바람직하고, 0.5~15질량%인 것이 보다 바람직하며, 1~15질량%인 것이 더욱 바람직하고, 3~7질량%인 것이 특히 바람직하다.
광중합 개시제에 있어서의 아실포스핀옥사이드계 화합물의 함유 비율은, 당해 경화성 수지 조성물의 경화성의 관점에서, 50~100질량%인 것이 바람직하고, 60~100질량%인 것이 보다 바람직하며, 70~100질량%인 것이 특히 바람직하다.
1-5. 그 외의 성분
본 발명의 경화성 수지 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상술한 성분 이외의 성분을 추가로 함유하고 있어도 된다. 구체적으로는, 중합 금지제, 산화 방지제, 분산제, 계면활성제, 광산란 입자, 연쇄 이동제, 용제 등을 들 수 있다.
중합 금지제로서 구체적으로는, p-메톡시페놀, 크레졸, tert-부틸카테콜, 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시톨루엔 등의 퀴논계 화합물, p-페닐렌디아민, 4-아미노디페닐아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민 등의 아민계 화합물, 페노티아진, 디스테아릴티오디프로피오네이트 등의 티오에테르계 화합물, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실프리라디칼, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실프리라디칼 등의 N-옥실 화합물, N-니트로소디페닐아민, N-니트로소페닐나프틸아민, N-니트로소디나프틸아민 등의 니트로소계 화합물을 들 수 있다. 중합 금지제의 첨가량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 광중합성 화합물의 총량에 대해, 0.01질량% 이상, 1.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.02질량% 이상, 0.5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
산화 방지제로서, 예를 들면, 페놀계 산화 방지제, 아민계 산화 방지제, 인계 산화 방지제, 황계 산화 방지제 등의 종래 공지의 산화 방지제로서 이용되는 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는, 펜타에리스리톨테트라키스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(「IRGANOX1010」(IRGANOX는 등록상표이다.)), 티오디에틸렌비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(「IRGANOX1035」), 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(「IRGANOX1076」)를 들 수 있다. 산화 방지제의 첨가량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 광중합성 화합물의 총량에 대해, 0.01질량% 이상, 2.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.02질량% 이상, 1.0질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
분산제로서 구체적으로는, TOP(트리옥틸포스핀), TOPO(트리옥틸포스핀옥사이드), 헥실포스폰산(HPA) 등의 인 원자 함유 화합물, 올레일아민, 옥틸아민, 트리옥틸아민 등의 질소 원자 함유 화합물, 1-데칸티올, 옥탄티올, 도데칸티올 등의 황 원자 함유 화합물, 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지 등의 고분자 분산제, DISPERBYK(비크케미사 제조, 등록상표), TEGO Dispers(에보닉사 제조, TEGO는 등록상표이다.), EFKA(BASF사 제조, 등록상표), SOLSPERSE(일본루브리졸사 제조, 등록상표), 아지스퍼(아지노모토파인테크노사 제조, 등록상표), DISPARLON(쿠스모토화성사 제조, 등록상표), 플로렌(쿄에이샤화학사 제조)을 들 수 있다. 분산제의 첨가량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 광중합성 화합물의 총량에 대해, 0.05질량% 이상, 10질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상, 5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
계면활성제는, 발광 입자(91)를 함유하는 박막을 형성하는 경우에, 막두께 불균일을 저감시킬 수 있는 화합물이 바람직하다. 예를 들면, 디알킬술포숙신산염류, 알킬나프탈렌술폰산염류 및 지방산염류 등의 아니온성 계면활성제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌알킬알릴에테르류, 아세틸렌글리콜류 및 폴리옥시에틸렌·폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머류 등의 비이온성 계면활성제, 알킬아민염류, 및 제4급 암모늄염류 등의 카티온성 계면활성제, 그리고 실리콘계나 불소계의 계면활성제를 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 「메가팍F-114」, 「메가팍F-251」, 「메가팍F-281」(이상, DIC사 제조, 메가팍은 등록상표이다.), 「프터젠트100」, 「프터젠트100C」, 「프터젠트110」(이상, 네오스사 제조, 프터젠트는 등록상표이다.), 「BYK-300」, 「BYK-302」, 「BYK-306」(이상, BYK사 제조, BYK는 등록상표이다.), 「TEGO Rad2100」, 「TEGO Rad2011」, 「TEGO Rad2200N」(이상, 에보닉사 제조, TEGO는 등록상표이다.), 「DISPARLON OX-880EF」, 「DISPARLON OX-881」, 「DISPARLON OX-883」(이상, 쿠스모토화성사 제조, DISPARLON은 등록상표이다.), 「폴리플로우No.7」, 「플로렌AC-300」, 「플로렌AC-303」(이상, 쿄에이샤화학사 제조)을 들 수 있다. 계면활성제의 첨가량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 광중합성 화합물의 총량에 대해, 0.005질량% 이상, 2질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상, 0.5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
광산란 입자는 광학적으로 불활성인 무기 미립자인 것이 바람직하다. 광산란 입자는, 발광층(광변환층)에 조사된 광원부로부터의 광을 산란시킬 수 있다. 광산란 입자를 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 텅스텐, 지르코늄, 티타늄, 백금, 비스무트, 로듐, 팔라듐, 은, 주석, 플라티나, 금과 같은 단체 금속；실리카, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 활석, 산화티타늄, 점토, 카올린, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 알루미나백, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화바륨, 산화알루미늄, 산화비스무트, 산화지르코늄, 산화아연과 같은 금속 산화물；탄산마그네슘, 탄산바륨, 차탄산비스무트, 탄산칼슘과 같은 금속 탄산염；수산화알루미늄과 같은 금속 수산화물；지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 티타늄산칼슘, 티타늄산바륨, 티타늄산스트론튬 등의 복합 산화물, 차질산비스무트와 같은 금속염 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 광산란 입자를 구성하는 재료로서는, 누설광의 저감 효과에 의해 뛰어난 관점에서, 산화티타늄, 알루미나, 산화지르코늄, 산화아연, 탄산칼슘, 황산바륨 및 실리카로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 산화티타늄, 황산바륨 및 탄산칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는 것이 보다 바람직하고, 산화티타늄인 것이 특히 바람직하다.
광산란 입자의 함유량은, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 컬러 필터층의 형성 재료로서 이용하는 경우, 백라이트의 청색광의 투과를 억제하는 관점에서, 당해 조성물의 100질량부에 있어서, 1질량부~10질량부인 것이 바람직하고, 2질량부~7.5질량부인 것이 보다 바람직하며, 3질량부~5질량부인 것이 특히 바람직하다. 또, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 광변환 시트의 형성 재료로서 이용하는 경우, 백라이트의 청색광의 취출의 관점에서, 당해 조성물의 100질량부에 있어서, 0.1질량부~5질량부인 것이 바람직하고, 0.15질량부~3질량부인 것이 보다 바람직하며, 0.2질량부~1.5질량부인 것이 특히 바람직하다.
연쇄 이동제는, 당해 조성물의 기재와의 밀착성을 보다 향상시키는 것 등을 목적으로 하여 사용되는 성분이다. 연쇄 이동제로서는, 예를 들면, 방향족 탄화수소류；클로로폼, 사염화탄소, 사브롬화탄소, 브로모트리클로로메탄과 같은 할로겐화 탄화수소류；옥틸메르캅탄, n-부틸메르캅탄, n-펜틸메르캅탄, n-헥사데실메르캅탄, n-테트라데실메르캅탄, n-도데실메르캅탄, t-테트라데실메르캅탄, t-도데실메르캅탄과 같은 메르캅탄 화합물；헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부틸레이트), 펜타에리스리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리스리톨테트라키스티오프로피오네이트, 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트), 트리메르캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1,4-디메틸메르캅토벤젠, 2,4,6-트리메르캅토-s-트리아진, 2-(N,N-디부틸아미노)-4,6-디메르캅토-s-트리아진과 같은 티올 화합물；디메틸크산토겐디술피드, 디에틸크산토겐디술피드, 디이소프로필크산토겐디술피드, 테트라메틸티우람디술피드, 테트라에틸티우람디술피드, 테트라부틸티우람디술피드와 같은 술피드 화합물；N,N-디메틸아닐린, N,N-디비닐아닐린, 펜타페닐에탄, α-메틸스티렌 다이머, 아크롤레인, 알릴알코올, 테르피놀렌, α-테르피넨, γ-테르피넨, 디펜텐 등을 들 수 있는데, 2,4-디페닐-4-메틸-1-펜텐, 티올 화합물이 바람직하고, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부틸레이트), 펜타에리스리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리스리톨테트라키스티오프로피오네이트, 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트), 트리메르캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트가 보다 바람직하고, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부틸레이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트)가 특히 바람직하다.
연쇄 이동제의 첨가량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 광중합성 화합물의 총량에 대해, 0.1질량% 이상 30질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이상 25질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 5.0질량% 이상 20질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
용제로서는, 예를 들면, 시클로헥산, 헥산, 헵탄, 클로로폼, 톨루엔, 옥탄, 클로로벤젠, 테트랄린, 디페닐에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트, 또는 그들의 혼합물 등을 들 수 있다. 용제의 비점은, 화소부의 형성 시에, 당해 조성물의 경화 전에 당해 조성물로부터 용제를 제거할 필요가 있기 때문에, 용제를 제거하기 쉬운 관점에서, 용제의 비점은 300℃ 이하인 것이 바람직하고, 200℃ 이하인 것이 보다 바람직하며, 150℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물이 용제를 포함하는 경우, 용제의 함유량은, 당해 조성물의 전체 질량(용제를 포함한다)을 기준으로서, 0~5질량% 이하인 것이 바람직하다.
1-5. 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 조제 방법
본 발명의 당해 경화성 수지 조성물, 예를 들면, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물은, 상기한 각 성분을 배합함으로써 조제할 수 있다. 당해 조성물을 조제하는 구체적인 방법은, 상기 발광 입자(91)를 유기용제 중에서 합성, 원심 분리에 의해 분취한 침전물로부터 유기용제를 제거하고, 이어서 광중합성 화합물에 분산시킨다. 또, 상기 유기 무기 복합 입자를 유기용제 중에서 합성, 원심 분리에 의해 분취하고 유기용제를 제거한 후 광중합성 화합물에 분산시킨다. 발광 입자(91) 및 유기 무기 복합 입자의 분산에는, 예를 들면, 볼 밀, 샌드 밀, 비즈 밀, 쓰리 롤 밀, 페인트 컨디셔너, 아트리터, 분산 교반기, 초음파 등의 분산기를 사용함으로써 행할 수 있다. 또한, 이들 분산액을 혼합한 용액에 광중합 개시제, 필요에 따라, 발광 입자, 유기 무기 복합 입자, 광중합성 화합물 및 광중합 개시제 이외의 성분을 첨가, 교반 혼합함으로써 조제할 수 있다. 또, 광산란 입자를 사용하는 경우는, 당해 광산란 입자와 고분자 분산제를 혼합, 비즈 밀에 의해 상기 광중합성 화합물에 분산시킨 밀 베이스를 별도 작성하고, 상기 발광 입자와 함께 광중합성 화합물, 광중합 개시제를 혼합함으로써 조제할 수 있다.
2. 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 사용예
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 파장 변환 필름 용도에 적합하다. 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 기판 상에 담지(擔持)시킬 때의 방법으로서는, 스핀 코팅, 다이 코팅, 압출 코팅, 롤 코팅, 와이어 바 코팅, 그라비어 코팅, 스프레이 코팅, 디핑, 잉크젯법, 프린트법 등을 들 수 있다. 또 코팅 시, 발광 입자 함유 조성물에 유기용매를 첨가해도 된다. 유기용매로서는, 탄화수소계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 비(非)프로톤성 용매를 들 수 있는데, 발광 입자의 안정성의 관점에서, 탄화수소계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에스테르계 용매가 바람직하다. 유기용매로서 구체적으로는, 톨루엔, 헥산, 헵탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산을 들 수 있다. 이들은 단독으로도, 조합하여 이용해도 되고, 그 증기압과 발광 입자 함유 조성물의 용해성을 고려하여, 적절히 선택하면 된다. 첨가한 유기용매를 휘발시키는 방법으로서는, 자연 건조, 가열 건조, 감압 건조, 감압 가열 건조를 이용할 수 있다. 필름의 막두께는, 용도에 따라 적절히 조정해도 되는데, 예를 들면 0.1μm 이상, 10mm 이하인 것이 바람직하고, 1μm 이상, 1mm 이하인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 기판 상에 담지시킬 때의 기판의 형상으로서는, 평판 외에, 곡면을 구성 부분으로서 갖고 있어도 된다. 기판을 구성하는 재료는, 유기 재료, 무기 재료를 불문하고 이용할 수 있다. 기판의 재료가 되는 유기 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리메타크릴산메틸, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 트리아세틸셀룰로스, 셀룰로스, 폴리에테르에테르케톤 등을 들 수 있으며, 또, 무기 재료로서는, 예를 들면, 실리콘, 유리, 방해석 등을 들 수 있다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 기판 상에 담지시켜 중합시킬 때, 신속히 중합이 진행되는 것이 바람직하기 때문에, 자외선 또는 전자선 등의 활성 에너지선을 조사함으로써 중합시키는 방법이 바람직하다. 조사 시의 온도는, 본 발명의 발광 입자의 입자 형상이 유지되는 온도 범위 내인 것이 바람직하다. 광중합에 의해 필름을 제조하려고 하는 경우에는, 의도하지 않은 열중합의 유기(誘起)를 피하는 의미로부터도 가능한 한 실온에 가까운 온도, 즉, 전형적으로는 25℃에서의 온도로 중합시키는 것이 바람직하다. 활성 에너지선의 강도는, 0.1mW/cm2 이상, 2.0W/cm2 이하인 것이 바람직하다. 강도가 0.1mW/cm2 미만인 경우, 광중합을 완료시키는데 다대한 시간이 필요하게 되어 생산성이 악화되어 버리고, 2.0W/cm2보다 높은 경우, 발광 입자 또는 발광 입자 함유 조성물이 열화해 버리는 위험이 있다.
중합에 의해 얻어진 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 형성 재료로 하는 파장 변환 필름은, 초기의 특성 변화를 경감하여, 안정적인 특성 발현을 도모하는 것을 목적으로 하여 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리의 온도는 50~250℃의 범위인 것이 바람직하고, 열처리 시간은 30초~12시간의 범위인 것이 바람직하다.
이러한 방법에 따라 제조된 본 발명의 발광 입자 함유 조성물을 형성 재료로 하는 파장 변환 필름은, 기판으로부터 박리하여 단체로 이용해도 되고, 박리하지 않고 이용해도 된다. 또, 얻어진 파장 변환 필름을 적층해도 되고, 다른 기판에 합착하여 이용해도 된다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 형성 재료로 하는 파장 변환 필름을 적층 구조체에 이용하는 경우, 적층 구조체는, 예를 들면 기판, 베리어층, 광산란층 등의 임의의 층을 갖고 있어도 된다. 기판을 구성하는 재료로서는 예를 들면 상기의 것을 들 수 있다. 적층 구조체의 구성예로서는, 예를 들면, 2장의 기판 간에 본 발명의 발광 입자 함유 조성물을 형성 재료로 하는 광변환층을 협지한 구조를 들 수 있다. 그 경우, 공기 중의 수분이나 산소로부터 발광 입자 함유 조성물을 형성 재료로 하는 광변환층을 보호하기 위해, 기판 간의 외주부를 봉지(封止)재에 의해 봉지해도 된다. 또, 베리어층으로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 유리를 들 수 있다. 광을 균일하게 산란시키기 위해, 광산란층을 가져도 된다. 광산란층으로서는, 예를 들면, 상기 광산란 입자를 함유하는 층 및 광산란 필름을 들 수 있다. 도 3은, 본 실시 형태의 적층 구조체의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 3에서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위해, 단면을 나타내는 해칭의 기재를 생략하고 있다. 적층 구조체(40)는, 제1의 기판(41) 및 제2의 기판(42) 사이에, 본 실시 형태의 파장 변환 필름(44)이 협지되어 있다. 파장 변환 필름(44)은, 광산란 입자(441)와 발광 입자(442)를 함유하는 발광 입자 함유 조성물을 형성 재료로서 형성되고, 광산란 입자(441) 및 발광 입자(442)는, 파장 변환 필름 중에 균일하게 분산되어 있다. 파장 변환 필름(44)은, 봉지재에 의해 형성된 봉지층(43)에 의해 봉지되어 있다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 형성 재료로 하는 적층 구조체는, 발광 디바이스 용도에 적합하다. 발광 디바이스의 구성예로서는, 예를 들면, 프리즘 시트, 도광판, 본 발명의 발광 입자를 포함하는 적층 구조체 및 광원을 갖는 구조를 들 수 있다. 광원으로서는, 예를 들면, 발광 다이오드, 레이저, 전계 발광 디바이스를 들 수 있다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 형성 재료로 하는 적층 구조체는, 디스플레이용 파장 변환 부재로서 사용되는 것이 바람직하다. 파장 변환 부재로서 사용하는 경우의 구성예로서는, 예를 들면, 2장의 베리어층 사이에 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 형성 재료로 하는 파장 변환 필름을 봉지한 적층 구조체를, 도광판 상에 설치하는 구조를 들 수 있다. 이 경우, 도광판의 측면에 설치된 발광 다이오드로부터의 청색광을, 상기 적층 구조체를 통하게 함으로써, 녹색광이나 적색광으로 변환하고, 청색광, 녹색광 및 적색광이 혼색되어 백색광을 얻을 수 있는 점에서, 디스플레이용 백라이트로서 사용할 수 있다.
상술의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 예를 들면, 잉크젯 프린터, 포토리소그래피, 스핀 코터 등, 여러 가지의 방법에 따라 기판 상에 피막을 형성하고, 이 피막을 가열하여 경화시킴으로써 경화물을 얻을 수 있다. 이하, 청색 유기 LED 백라이트를 구비한 발광 소자의 컬러 필터 화소부를 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물로 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 4는, 본 발명의 발광 소자의 일 실시 형태를 나타내는 단면도이며, 도 5 및 도 6은, 각각 액티브 매트릭스 회로의 구성을 나타내는 개략도이다. 또한, 도 4에서는, 편의상, 각 부의 치수 및 그들의 비율을 과장하여 나타내어, 실제와는 상이한 경우가 있다. 또, 이하에 나타내는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은, 그들에 한정되지 않으며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 이하에서는, 설명의 형편상, 도 4의 상측을 「상측」 또는 「상방」으로, 하측을 「하측」 또는 「하방」으로 한다. 또, 도 4에서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위해, 단면을 나타내는 해칭의 기재를 생략하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 발광 소자(100)는, 하측 기판(1)과, EL 광원부(200)와, 충전층(10)과, 보호층(11)과, 발광 입자(91)를 함유하고 발광층으로서 작용하는 광변환층(12)과, 상측 기판(13)을 이 순서대로 적층한 구조를 구비한다. 광변환층(12)에 함유되는 발광 입자(91)는, 폴리머 피복 발광 입자(91)이어도 되고, 폴리머층(92)으로 피복되어 있지 않은 발광 입자(91)이어도 된다. EL 광원부(200)는, 양극(2)과, 복수의 층으로 이루어지는 EL층(14)과, 음극(8)과, 도시하지 않는 편광판과, 봉지층(9)을 순서대로 구비한다. EL층(14)은, 양극(2) 측으로부터 순차적으로 적층된 정공 주입층(3)과, 정공 수송층(4)과, 발광층(5)과, 전자 수송층(6)과, 전자 주입층(7)을 포함한다.
이러한 발광 소자(100)는, EL 광원부(200)(EL층(14))로부터 발하여진 광을 광변환층(12)에 의해 흡수 및 재방출하거나 혹은 투과시켜, 상측 기판(13) 측으로부터 외부로 취출하는 포토루미네선스 소자이다. 이 때, 광변환층(12)에 포함되는 발광 입자(91)에 의해 소정의 색의 광으로 변환된다. 이하, 각 층에 대해 순차적으로 설명한다.
＜하측 기판(1) 및 상측 기판(13)＞
하측 기판(1) 및 상측 기판(13)은, 각각 발광 소자(100)를 구성하는 각 층을 지지 및/또는 보호하는 기능을 갖는다. 발광 소자(100)가 톱 에미션형인 경우, 상측 기판(13)이 투명 기판으로 구성된다. 한편, 발광 소자(100)가 보텀 에미션형인 경우, 하측 기판(1)이 투명 기판으로 구성된다. 여기서, 투명 기판이란, 가시광 영역의 파장의 광을 투과 가능한 기판을 의미하고, 투명에는, 무색 투명, 착색 투명, 반투명이 포함된다.
투명 기판으로서는, 예를 들면, 석영 유리, 파이렉스(등록상표) 유리, 합성 석영판 등의 투명한 유리 기판, 석영 기판, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC) 등으로 구성되는 플라스틱 기판(수지 기판), 철, 스테인리스, 알루미늄, 구리 등으로 구성되는 금속 기판, 실리콘 기판, 갈륨비소 기판 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 유리 중에 알칼리 성분을 포함하지 않는 무알칼리 유리로 이루어지는 유리 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 코닝사 제조의 「7059유리」, 「1737유리」, 「이글2000」 및 「이글XG(등록상표)」, 아사히유리사 제조의 「AN100」, 일본전기유리사 제조의 「OA-10G」 및 「OA-11」이 적합하다. 이들은, 열팽창률이 작은 소재이며 치수 안정성 및 고온 가열 처리에 있어서의 작업성이 뛰어나다. 또, 발광 소자(100)에 가요성을 부여하는 경우에는, 하측 기판(1) 및 상측 기판(13)에는, 각각, 플라스틱 기판(고분자 재료를 주재료로서 구성된 기판), 비교적 두께가 작은 금속 기판이 선택된다.
하측 기판(1) 및 상측 기판(13)의 두께는, 각각 특별히 한정되지 않는데, 100~1,000μm의 범위인 것이 바람직하고, 300~800μm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
또한, 발광 소자(100)의 사용 형태에 따라, 하측 기판(1) 및 상측 기판(13) 중 어느 한쪽 또는 쌍방을 생략할 수도 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 하측 기판(1) 상에는, R, G, B로 나타내어지는 화소 전극(PE)을 구성하는 양극(2)으로의 전류의 공급을 제어하는 신호선 구동 회로(C1) 및 주사선 구동 회로(C2)와, 이들 회로의 작동을 제어하는 제어 회로(C3)와, 신호선 구동 회로(C1)에 접속된 복수의 신호선(706)과, 주사선 구동 회로(C2)에 접속된 복수의 주사선(707)을 구비하고 있다. 또, 각 신호선(706)과 각 주사선(707)의 교차부 근방에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 콘덴서(701)와, 구동 트랜지스터(702)와, 스위칭 트랜지스터(708)가 설치되어 있다.
콘덴서(701)는, 한쪽의 전극이 구동 트랜지스터(702)의 게이트 전극에 접속되고, 다른 쪽의 전극이 구동 트랜지스터(702)의 소스 전극에 접속되어 있다. 구동 트랜지스터(702)는, 게이트 전극이 콘덴서(701)의 한쪽의 전극에 접속되고, 소스 전극이 콘덴서(701)의 다른 쪽의 전극 및 구동 전류를 공급하는 전원선(703)에 접속되며, 드레인 전극이 EL 광원부(200)의 양극(2)에 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터(708)는, 게이트 전극이 주사선(707)에 접속되고, 소스 전극이 신호선(706)에 접속되며, 드레인 전극이 구동 트랜지스터(702)의 게이트 전극에 접속되어 있다. 또, 본 실시 형태에 있어서, 공통 전극(705)은, EL 광원부(200)의 음극(8)을 구성하고 있다. 또한, 구동 트랜지스터(702) 및 스위칭 트랜지스터(708)는, 예를 들면, 박막 트랜지스터 등으로 구성할 수 있다.
주사선 구동 회로(C2)는, 주사선(707)을 통해, 스위칭 트랜지스터(708)의 게이트 전극에 주사 신호에 따른 주사 전압을 공급 또는 차단하여, 스위칭 트랜지스터(708)의 온 또는 오프한다. 이에 의해, 주사선 구동 회로(C2)는, 신호선 구동 회로(C1)가 신호 전압을 써넣는 타이밍을 조정한다. 한편, 신호선 구동 회로(C1)는, 신호선(706) 및 스위칭 트랜지스터(708)를 통해, 구동 트랜지스터(702)의 게이트 전극에 영상 신호에 따른 신호 전압을 공급 또는 차단하여, EL 광원부(200)에 공급하는 신호 전류의 양을 조정한다.
따라서, 주사선 구동 회로(C2)로부터 주사 전압이 스위칭 트랜지스터(708)의 게이트 전극에 공급되고, 스위칭 트랜지스터(708)가 온하면, 신호선 구동 회로(C1)로부터 신호 전압이 스위칭 트랜지스터(708)의 게이트 전극에 공급된다. 이 때, 이 신호 전압에 대응한 드레인 전류가 전원선(703)으로부터 신호 전류로서 EL 광원부(200)에 공급된다. 그 결과, EL 광원부(200)는, 공급되는 신호 전류에 따라 발광한다.
＜EL 광원부(200)＞
[양극(2)]
양극(2)은, 외부 전원으로부터 발광층(5)을 향하여 정공을 공급하는 기능을 갖는다. 양극(2)의 구성 재료(양극 재료)로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 금(Au)과 같은 금속, 요오드화구리(CuI)와 같은 할로겐화 금속, 인듐주석 산화물(ITO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO)과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
양극(2)의 두께는, 특별히 제한되지 않는데, 10~1,000nm의 범위인 것이 바람직하고, 10~200nm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
양극(2)은, 예를 들면, 진공 증착법이나 스퍼터링법과 같은 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 이 때, 포토리소그래피법이나 마스크를 이용한 방법에 의해, 소정의 패턴을 갖는 양극(2)을 형성해도 된다.
[음극(8)]
음극(8)은, 외부 전원으로부터 발광층(5)을 향하여 전자를 공급하는 기능을 갖는다. 음극(8)의 구성 재료(음극 재료)로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 리튬, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 은, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
음극(8)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 0.1~1,000nm의 범위인 것이 바람직하고, 1~200nm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
음극(8)은, 예를 들면, 증착법이나 스퍼터링법과 같은 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다.
[정공 주입층(3)]
정공 주입층(3)은, 양극(2)으로부터 공급된 정공을 수취하여, 정공 수송층(4)에 주입하는 기능을 갖는다. 또한, 정공 주입층(3)은, 필요에 따라 형성하도록 하면 되고, 생략할 수도 있다.
정공 주입층(3)의 구성 재료(정공 주입 재료)로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 구리프탈로시아닌과 같은 프탈로시아닌 화합물；4,4',4''-트리스[페닐(m-톨릴)아미노]트리페닐아민과 같은 트리페닐아민 유도체；1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴, 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노-퀴노디메탄과 같은 시아노 화합물；산화바나듐, 산화몰리브덴과 같은 금속 산화물；아몰퍼스 카본；폴리아닐린(에메랄딘), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌술폰산)(PEDOT-PSS), 폴리피롤과 같은 고분자 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 정공 주입 재료로서는, 고분자인 것이 바람직하고, PEDOT-PSS인 것이 보다 바람직하다. 또, 상술의 정공 주입 재료는, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
정공 주입층(3)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 0.1~500mm의 범위인 것이 바람직하고, 1~300nm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 2~200nm의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 정공 주입층(3)은, 단층 구성이어도, 2층 이상이 적층된 적층 구성이어도 된다.
이러한 정공 주입층(3)은, 습식 성막법 또는 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 정공 주입층(3)을 습식 성막법으로 형성하는 경우에는, 통상, 상술의 정공 주입 재료를 함유하는 잉크를 각종 도포법에 의해 도포하고, 얻어진 도막을 건조시킨다. 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 한편, 정공 주입층(3)을 건식 성막법으로 형성하는 경우에는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등을 적합하게 이용할 수 있다.
[정공 수송층(4)]
정공 수송층(4)은, 정공 주입층(3)으로부터 정공을 수취하여, 발광층(5)까지 효율적으로 수송하는 기능을 갖는다. 또, 정공 수송층(4)은, 전자의 수송을 방지하는 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 정공 수송층(4)은, 필요에 따라 형성하도록 하면 되고, 생략할 수도 있다.
정공 수송층(4)의 구성 재료(정공 수송 재료)로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, TPD(N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'디아민), α-NPD(4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐), m-MTDATA(4,4',4''-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민)과 같은 저분자 트리페닐아민 유도체；폴리비닐카르바졸；폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘](poly-TPA), 폴리플루오렌(PF), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(Poly-TPD), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌일-2,7-디일)-코-(4,4'-(N-(sec-부틸페닐)디페닐아민))(TFB), 폴리페닐렌비닐렌(PPV)과 같은 공역계 화합물 중합체； 및 이들의 모노머 단위를 포함하는 공중합체 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 정공 수송 재료로서는, 트리페닐아민 유도체, 치환기가 도입된 트리페닐아민 유도체를 중합함으로써 얻어진 고분자 화합물인 것이 바람직하고, 치환기가 도입된 트리페닐아민 유도체를 중합함으로써 얻어진 고분자 화합물인 것이 보다 바람직하다. 또, 상술의 정공 수송 재료는, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
정공 수송층(4)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 1~500nm의 범위인 것이 바람직하고, 5~300nm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 10~200nm의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 정공 수송층(4)은, 단층 구성이어도, 2층 이상이 적층된 적층 구성이어도 된다.
이러한 정공 수송층(4)은, 습식 성막법 또는 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 정공 수송층(4)을 습식 성막법으로 형성하는 경우에는, 통상, 상술의 정공 수송 재료를 함유하는 잉크를 각종 도포법에 의해 도포하고, 얻어진 도막을 건조시킨다. 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 한편, 정공 수송층(4)을 건식 성막법으로 형성하는 경우에는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등을 적합하게 이용할 수 있다.
[전자 주입층(7)]
전자 주입층(7)은, 음극(8)으로부터 공급된 전자를 수취하여, 전자 수송층(6)에 주입하는 기능을 갖는다. 또한, 전자 주입층(7)은, 필요에 따라 형성하도록 하면 되고, 생략할 수도 있다.
전자 주입층(7)의 구성 재료(전자 주입 재료)로서는, 특별히 제한되지 않는데, 예를 들면, Li2O, LiO, Na2S, Na2Se, NaO와 같은 알칼리 금속 칼코게나이드；CaO, BaO, SrO, BeO, BaS, MgO, CaSe와 같은 알칼리 토류 금속 칼코게나이드；CsF, LiF, NaF, KF, LiCl, KCl, NaCl과 같은 알칼리 금속 할라이드；8-히드록시퀴놀리놀라토리튬(Liq)과 같은 알칼리 금속염；CaF2, BaF2, SrF2, MgF2, BeF2와 같은 알칼리 토류 금속 할라이드 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토류 금속 할라이드, 알칼리 금속염인 것이 바람직하다. 또, 상술의 전자 주입 재료는, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
전자 주입층(7)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 0.1~100nm의 범위인 것이 바람직하고, 0.2~50nm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 0.5~10nm의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 전자 주입층(7)은, 단층 구성이어도, 2층 이상이 적층된 적층 구성이어도 된다.
이러한 전자 주입층(7)은, 습식 성막법 또는 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 전자 주입층(7)을 습식 성막법으로 형성하는 경우에는, 통상, 상술의 전자 주입 재료를 함유하는 잉크를 각종 도포법에 의해 도포하고, 얻어진 도막을 건조시킨다. 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 한편, 전자 주입층(7)을 건식 성막법으로 형성하는 경우에는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등이 적용될 수 있다.
[전자 수송층(6)]
전자 수송층(6)은, 전자 주입층(7)으로부터 전자를 수취하여, 발광층(5)까지 효율적으로 수송하는 기능을 갖는다. 또, 전자 수송층(6)은, 정공의 수송을 방지하는 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 전자 수송층(6)은, 필요에 따라 형성하도록 하면 되고, 생략할 수도 있다.
전자 수송층(6)의 구성 재료(전자 수송 재료)로서는, 특별히 제한되지 않는데, 예를 들면, 트리스(8-퀴놀리레이트)알루미늄(Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리네이트)베릴륨(BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)(p-페닐페놀레이트)알루미늄(BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이트)아연(Znq)과 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체；비스[2-(2'-히드록시페닐)벤즈옥사졸레이트]아연(Zn(BOX)2)과 같은 벤즈옥사졸린 골격을 갖는 금속 착체；비스[2-(2'-히드록시페닐)벤조티아졸레이트]아연(Zn(BTZ)2)과 같은 벤조티아졸린 골격을 갖는 금속 착체；2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(PBD), 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]카르바졸(CO11)과 같은 트리 또는 디아졸 유도체；2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤조이미다졸)(TPBI), 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤조이미다졸(mDBTBIm-II)과 같은 이미다졸 유도체；퀴놀린 유도체；페릴렌 유도체；4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen)과 같은 피리딘 유도체；피리미딘 유도체；트리아진 유도체；퀴녹살린 유도체；디페닐퀴논 유도체；니트로 치환 플루오렌 유도체；산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO2)과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 전자 수송 재료로서는, 이미다졸 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트리아진 유도체, 금속 산화물(무기산화물)인 것이 바람직하다. 또, 상술의 전자 수송 재료는, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
전자 수송층(6)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 5~500nm의 범위인 것이 바람직하고, 5~200nm의 범위인 것이 보다 바람직하다. 전자 수송층(6)은, 단층이어도, 2 이상이 적층된 것이어도 된다.
이러한 전자 수송층(6)은, 습식 성막법 또는 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 전자 수송층(6)을 습식 성막법으로 형성하는 경우에는, 통상, 상술의 전자 수송 재료를 함유하는 잉크를 각종 도포법에 의해 도포하고, 얻어진 도막을 건조시킨다. 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 한편, 전자 수송층(6)을 건식 성막법으로 형성하는 경우에는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등이 적용될 수 있다.
[발광층(5)]
발광층(5)은, 발광층(5)에 주입된 정공 및 전자의 재결합에 의해 발생하는 에너지를 이용하여 발광을 발생시키는 기능을 갖는다. 본 실시 형태의 발광층(5)은, 400~500nm의 범위의 파장의 청색광을 발하고, 보다 바람직하게는 420~480nm의 범위이다.
발광층(5)은, 발광 재료(게스트 재료 또는 도펀트 재료) 및 호스트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료와 발광 재료의 질량비는, 특별히 제한되지 않는데, 10：1~300：1의 범위인 것이 바람직하다. 발광 재료에는, 일중항 여기 에너지를 광으로 변환 가능한 화합물 또는 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환 가능한 화합물을 사용할 수 있다. 또, 발광 재료로서는, 유기 저분자 형광 재료, 유기 고분자 형광 재료 및 유기 인광 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
일중항 여기 에너지를 광으로 변환 가능한 화합물로서는, 형광을 발하는 유기 저분자 형광 재료 또는 유기 고분자 형광 재료를 들 수 있다.
유기 저분자 형광 재료로서는, 안트라센 구조, 테트라센 구조, 크리센 구조, 페난트렌 구조, 피렌 구조, 페릴렌 구조, 스틸벤 구조, 아크리돈 구조, 쿠마린 구조, 페녹사진 구조 또는 페노티아진 구조를 갖는 화합물이 바람직하다.
유기 저분자 형광 재료의 구체예로서는, 예를 들면, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-비피리딘, 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)비페닐-4-일]-2,2'-비피리딘(N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민, 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민, 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민, N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민, 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민, 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴렌, N,N'-디페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-디아민, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민, N,N'-비스(디벤조퓨란-2-일)-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민, N,N'-비스(디벤조티오펜-2-일)-N,N'-디페닐피렌-1,6-디아민, N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민], N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민, N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민, 쿠마린30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민, N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민, 쿠마린6, 쿠마린545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈, 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센, 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-이리덴)프로판디니트릴, 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로판디니트릴, N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민, 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민, 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로판디니트릴, 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로판디니트릴, 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-이리덴)프로판디니트릴, 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-이리덴}프로판디니트릴, 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd：1',2',3'-lm]페릴렌 등을 들 수 있다.
유기 고분자 형광 재료의 구체예로서는, 예를 들면, 플루오렌 유도체에 의거하는 단위로 이루어지는 호모폴리머, 플루오렌 유도체에 의거하는 단위와 테트라페닐페닐렌디아민 유도체에 의거하는 단위로 이루어지는 코폴리머, 테르페닐 유도체에 의거하는 단위로 이루어지는 호모폴리머, 디페닐벤조플루오렌 유도체에 의거하는 단위로 이루어지는 호모폴리머 등을 들 수 있다.
삼중항 여기 에너지를 광으로 변환 가능한 화합물로서는, 인광을 발하는 유기 인광 재료가 바람직하다. 유기 인광 재료의 구체예로서는, 예를 들면, 이리듐, 로듐, 백금, 루테늄, 오스뮴, 스칸듐, 이트륨, 가돌리늄, 팔라듐, 은, 금, 알루미늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 원자를 포함하는 금속 착체를 들 수 있다. 그 중에서도, 유기 인광 재료로서는, 이리듐, 로듐, 백금, 루테늄, 오스뮴, 스칸듐, 이트륨, 가돌리늄 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 원자를 포함하는 금속 착체가 바람직하고, 이리듐, 로듐, 백금 및 루테늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 원자를 포함하는 금속 착체가 보다 바람직하며, 이리듐 착체 또는 백금 착체가 더욱 바람직하다.
호스트 재료로서는, 발광 재료의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 화합물의 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 발광 재료가 인광 재료인 경우, 호스트 재료로서는, 발광 재료의 삼중항 여기 에너지(기저 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차)보다 삼중항 여기 에너지가 큰 화합물을 선택하는 것이 바람직하다.
호스트 재료로서는, 예를 들면, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II), 비스[2-(2-벤조옥사졸릴)페놀라토]아연(II), 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II), 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠, 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸, 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤조이미다졸), 바토페난트롤린, 바토쿠프로인, 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸, 9,10-디페닐안트라센, N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민, 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민, N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카르바졸-3-아민, 6,12-디메톡시-5,11-디페닐크리센, 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸, 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸, 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸, 6-[3-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]푸란, 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)비페닐-4'-일}안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센, 9,10-디(2-나프틸)안트라센, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 9,9'-(스틸벤-3,3'-디일)디페난트렌, 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디페난트렌, 1,3,5-트리(1-피렌일)벤젠, 5,12-디페닐테트라센 또는 5,12-비스(비페닐-2-일)테트라센 등을 들 수 있다. 이들 호스트 재료는, 1종을 단독으로 사용해도, 2종 이상을 병용해도 된다.
발광층(5)의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 1~100nm의 범위인 것이 바람직하고, 1~50nm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
이러한 발광층(5)은, 습식 성막법 또는 건식 성막법에 의해 형성할 수 있다. 발광층(5)을 습식 성막법으로 형성하는 경우에는, 통상, 상술의 발광 재료 및 호스트 재료를 함유하는 잉크를 각종 도포법에 의해 도포하고, 얻어진 도막을 건조시킨다. 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 한편, 발광층(5)을 건식 성막법으로 형성하는 경우에는, 진공 증착법, 스퍼터링법 등이 적용될 수 있다.
또한, EL 광원부(200)는, 또한, 예를 들면, 정공 주입층(3), 정공 수송층(4) 및 발광층(5)을 구획하는 뱅크(격벽)를 갖고 있어도 된다. 뱅크의 높이는, 특별히 한정되지 않는데, 0.1~5μm의 범위인 것이 바람직하고, 0.2~4μm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 0.2~3μm의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
뱅크의 개구의 폭은, 10~200μm의 범위인 것이 바람직하고, 30~200μm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 50~100μm의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 뱅크의 개구의 길이는, 10~400μm의 범위인 것이 바람직하고, 20~200μm의 범위인 것이 보다 바람직하며, 50~200μm의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 또, 뱅크의 경사 각도는, 10~100°의 범위인 것이 바람직하고, 10~90°의 범위인 것이 보다 바람직하며, 10~80°의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
＜광변환층(12)＞
광변환층(12)은, EL 광원부(200)로부터 발하여진 광을 변환하여 재발광하거나, 혹은, EL 광원부(200)로부터 발하여진 광을 투과한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 화소부(20)로서, 상기 범위의 파장의 광을 변환하여 적색광을 발하는 제1의 화소부(20a)와, 상기 범위의 파장의 광을 변환하여 녹색광을 발하는 제2의 화소부(20b)와, 상기 범위의 파장의 광을 투과하는 제3의 화소부(20c)를 갖고 있다. 복수의 제1의 화소부(20a), 제2의 화소부(20b) 및 제3의 화소부(20c)가, 이 순서대로 반복하도록 격자 형상으로 배열되어 있다. 그리고, 서로 이웃하는 화소부의 사이, 즉, 제1의 화소부(20a)와 제2의 화소부(20b) 사이, 제2의 화소부(20b)와 제3의 화소부(20c) 사이, 제3의 화소부(20c)와 제1의 화소부(20a) 사이에, 광을 차폐하는 차광부(30)가 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 이러한 서로 이웃하는 화소부끼리는, 차광부(30)에 의해 이격되어 있다. 또한, 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)는, 각각의 색에 대응한 색재를 포함해도 된다.
제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)는, 각각 상술한 실시 형태의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물을 함유한다. 경화물은, 발광 입자(91)와 경화 성분을 필수로서 함유하고, 추가로, 광을 산란시켜 외부로 확실히 취출하기 위해 광산란 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 경화 성분은, 열경화성 수지의 경화물이며, 예를 들면 에폭시기를 함유하는 수지의 중합에 의해 얻어지는 경화물이다. 즉, 제1의 화소부(20a)는, 제1의 경화 성분(22a)과, 제1의 경화 성분(22a) 중에 각각 분산된 제1의 발광 입자(91a) 및 제1의 광산란 입자(21a)를 포함한다. 마찬가지로, 제2의 화소부(20b)는, 제2의 경화 성분(22b)과, 제2의 경화 성분(22b) 중에 각각 분산된 제1의 발광 입자(91a) 및 제2의 광산란 입자(21b)를 포함한다. 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)에 있어서, 제1의 경화 성분(22a)과 제2의 경화 성분(22b)은 동일하거나 상이해도 되고, 제1의 광산란 입자(21a)와 제2의 광산란 입자(21b)는 동일하거나 상이해도 된다.
제1의 발광 입자(91a)는, 420~480nm의 범위의 파장의 광을 흡수하여 605~665nm의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광을 발하는, 적색 발광 입자이다. 즉, 제1의 화소부(20a)는, 청색광을 적색광으로 변환하기 위한 적색 화소부로 바꾸어 말해도 된다. 또, 제2의 발광 입자(91b)는, 420~480nm의 범위의 파장의 광을 흡수하여 500~560nm의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광을 발하는, 녹색 발광 입자이다. 즉, 제2의 화소부(20b)는, 청색광을 녹색광으로 변환하기 위한 녹색 화소부로 바꾸어 말해도 된다.
발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물을 포함하는 화소부(20a, 20b)에 있어서의 발광 입자(91)의 함유량은, 외부 양자 효율의 향상 효과에 의해 뛰어난 관점 및 뛰어난 발광 강도가 얻어지는 관점에서, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물의 전체 질량을 기준으로서, 바람직하게는 0.1질량% 이상이다. 동일한 관점에서, 발광 입자(91)의 함유량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물의 전체 질량을 기준으로서, 1질량% 이상, 2질량% 이상, 3질량% 이상, 5질량% 이상인 것이 바람직하다. 발광 입자(91)의 함유량은, 화소부(20a, 20b)의 신뢰성이 뛰어난 관점 및 뛰어난 발광 강도가 얻어지는 관점에서, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 전체 질량을 기준으로서, 바람직하게는 30질량% 이하이다. 동일한 관점에서, 발광 입자(91)의 함유량은, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물의 전체 질량을 기준으로서, 25질량% 이하, 20질량% 이하, 15질량% 이하, 10질량% 이하인 것이 바람직하다.
발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 경화물을 포함하는 화소부(20a, 20b)에 있어서의 광산란 입자(21a, 21b)의 함유량은, 외부 양자 효율의 향상 효과에 의해 뛰어난 관점에서, 당해 경화성 수지 조성물의 경화물의 전체 질량을 기준으로서, 0.1질량% 이상, 1질량% 이상, 5질량% 이상, 7질량% 이상, 10질량% 이상, 12질량% 이상인 것이 바람직하다. 광산란 입자(21a, 21b)의 함유량은, 외부 양자 효율의 향상 효과에 의해 뛰어난 관점 및 화소부(20)의 신뢰성이 뛰어난 관점에서, 당해 경화성 수지 조성물의 경화물의 전체 질량을 기준으로서, 60질량% 이하, 50질량% 이하, 40질량% 이하, 30질량% 이하, 25질량% 이하, 20질량% 이하, 15질량% 이하인 것이 바람직하다.
제3의 화소부(20c)는, 420~480nm의 범위의 파장의 광에 대해 30% 이상의 투과율을 갖는다. 그 때문에, 제3의 화소부(20c)는, 420~480nm의 범위의 파장의 광을 발하는 광원을 이용하는 경우에, 청색 화소부로서 기능한다. 제3의 화소부(20c)는, 예를 들면, 상술의 열경화성 수지를 함유하는 조성물의 경화물을 포함한다. 경화물은, 제3의 경화 성분(22c)을 함유한다. 제3의 경화 성분(22c)은, 열경화성 수지의 경화물이며, 구체적으로는, 에폭시기를 함유하는 수지의 중합에 의해 얻어지는 경화물이다. 즉, 제3의 화소부(20c)는, 제3의 경화 성분(22c)을 포함한다. 제3의 화소부(20c)가 상술의 경화물을 포함하는 경우, 열경화성 수지를 함유하는 조성물은, 420~480nm의 범위의 파장의 광에 대한 투과율이 30% 이상이 되는 한에 있어서, 상술의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 함유되는 성분 중, 열경화성 수지, 경화제, 용제 이외의 성분을 추가로 함유하고 있어도 된다. 또한, 제3의 화소부(20c)의 투과율은, 현미 분광 장치에 의해 측정할 수 있다.
화소부(제1의 화소부(20a), 제2의 화소부(20b) 및 제3의 화소부(20c))의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 1μm 이상, 2μm 이상, 3μm 이상인 것이 바람직하다. 화소부(제1의 화소부(20a), 제2의 화소부(20b) 및 제3의 화소부(20c))의 두께는, 예를 들면, 30μm 이하, 25μm 이하, 20μm 이하인 것이 바람직하다.
[광변환층(12)의 형성 방법]
이상의 제1~3의 화소부(20a~20c)를 구비하는 광변환층(12)은, 습식 성막법에 의해 형성한 도막을 건조, 가열하여 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)는, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 이용하여 형성할 수 있으며, 제3의 화소부(20c)는 당해 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 포함되는 발광 입자(91)를 포함하지 않는 당해 경화성 수지 조성물을 이용하여 형성할 수 있다. 이하, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 이용한 도막 형성 방법에 대해 상세하게 서술하는데, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 이용하는 경우도 동일하게 행할 수 있다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 도막을 얻기 위한 도포법으로서는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 잉크젯 인쇄법(피에조 방식 또는 써멀 방식의 액적 토출법), 스핀 코트법, 캐스트법, LB법, 볼록판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 노즐 프린트 인쇄법 등을 들 수 있다. 여기서, 노즐 프린트 인쇄법이란, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 노즐 구멍으로부터 액주로 하여 스트라이프 형상으로 도포하는 방법이다. 그 중에서도, 도포법으로서는, 잉크젯 인쇄법(특히, 피에조 방식의 액적 토출법)이 바람직하다. 이에 의해, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물을 토출할 때의 열부하를 작게 할 수 있어, 발광 입자(91)의 열에 의한 열화를 막을 수 있다.
잉크젯 인쇄법의 조건은, 다음과 같이 설정하는 것이 바람직하다. 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 토출량은, 특별히 한정되지 않는데, 1~50pL/회인 것이 바람직하고, 1~30pL/회인 것이 보다 바람직하며, 1~20pL/회인 것이 더욱 바람직하다.
또, 노즐 구멍의 개구 직경은, 5~50μm의 범위인 것이 바람직하고, 10~30μm의 범위인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 노즐 구멍의 눈막힘을 방지하면서, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 토출 정밀도를 높일 수 있다.
도막을 형성할 때의 온도는, 특별히 한정되지 않는데, 10~50℃의 범위인 것이 바람직하고, 15~40℃의 범위인 것이 보다 바람직하며, 15~30℃의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 온도로 액적을 토출하도록 하면, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에 포함되는 각종 성분의 결정화를 억제할 수 있다.
또, 도막을 형성할 때의 상대 습도도, 특별히 한정되지 않는데, 0.01ppm~80%의 범위인 것이 바람직하고, 0.05ppm~60%의 범위인 것이 보다 바람직하며, 0.1ppm~15%의 범위인 것이 더욱 바람직하고, 1ppm~1%의 범위인 것이 특히 바람직하며, 5~100ppm의 범위인 것이 가장 바람직하다. 상대 습도가 상기 하한값 이상이면, 도막을 형성할 때의 조건의 제어가 용이해진다. 한편, 상대 습도가 상기 상한값 이하이면, 얻어지는 광변환층(12)에 악영향을 미칠 수 있는 도막에 흡착하는 수분량을 저감할 수 있다.
발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 중에 유기용제를 함유하는 경우, 도막을 경화시키기 전에, 건조에 의해 유기용제를 도막으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 상기 건조는, 실온(25℃)에서 방치하여 행해도, 가열함으로써 행해도 되는데, 생산성의 관점에서 가열함으로써 행하는 것이 바람직하다. 건조를 가열에 의해 행하는 경우, 건조 온도는 특별히 한정되지 않는데, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 사용되는 유기용제의 비점 및 증기압을 고려한 온도로 하는 것이 바람직하다. 건조 온도는, 도막 중의 유기용제를 제거하는 프리 베이크 공정으로서, 50~130℃인 것이 바람직하고, 60~120℃인 것이 보다 바람직하며, 70~110℃인 것이 특히 바람직하다. 건조 온도가 50℃ 이하이면 유기용제를 제거할 수 없는 경우가 있으며, 한편, 130℃ 이상이면 유기용제의 제거가 순식간에 일어나, 도막의 외관이 현저하게 떨어지는 경우가 있기 때문에, 바람직하지 않다. 또, 건조는, 감압 하에서 행하는 것이 바람직하고, 0.001~100Pa의 감압 하에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 건조 시간은, 1~30분간인 것이 바람직하고, 1~15분간인 것이 보다 바람직하며, 1~10분간인 것이 특히 바람직하다. 이러한 건조 조건으로 도막을 건조함으로써, 유기용제가 확실히 도막 중으로부터 제거되어, 얻어지는 광변환층(12)의 외부 양자 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 활성 에너지선(예를 들면, 자외선)의 조사에 의해 경화시킬 수 있다. 조사원(광원)으로서는, 예를 들면, 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논 램프, LED 등이 사용되는데, 도막으로의 열부하의 저감, 저소비 전력의 관점에서 LED가 바람직하다.
조사하는 광의 파장은, 200nm 이상인 것이 바람직하고, 440nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 광의 강도는, 0.2~2kW/cm2인 것이 바람직하고, 0.4~1kW/cm2인 것이 보다 바람직하다. 0.2kW/cm2 미만의 광의 강도로는 충분히 도막을 경화할 수 없으며, 2kW/cm2 이상의 광의 강도로는 도막 표면과 내부의 경화도에 불균일이 발생하여, 도막 표면의 평활성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 광의 조사량(노광량)은, 10mJ/cm2 이상인 것이 바람직하고, 4000mJ/cm2 이하인 것이 보다 바람직하다.
도막의 경화는, 공기 중 혹은 불활성 가스 중에서 행할 수 있는데, 도막 표면의 산소 저해 및 도막의 산화를 억제하기 위해, 불활성 가스 중에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 불활성 가스로서는, 질소, 아르곤, 이산화탄소 등을 들 수 있다. 이러한 조건으로 도막을 경화시킴으로써, 도막이 완전하게 경화할 수 있는 점에서, 얻어지는 광변환층(12)의 외부 양자 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은 열에 대한 안정성이 뛰어난 점에서, 열경화 후의 성형체인 화소부(20)에 있어서도, 양호한 발광을 실현할 수 있다. 나아가서는, 본 발명의 발광 입자 조성물은 분산성이 뛰어나기 때문에, 발광 입자(91)의 분산성이 뛰어나고, 또한, 평탄한 화소부(20)를 얻을 수 있다.
또한, 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)에 포함되는 발광 입자(91)는, 페로브스카이트형을 갖는 반도체 나노 결정을 포함하기 때문에, 300~500nm의 파장 영역의 흡수가 크다. 그 때문에, 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)에 있어서, 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)에 입사한 청색광이 상측 기판(13) 측으로 투과하는, 즉, 청색광이 상측 기판(13) 측으로 누설되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1의 화소부(20a) 및 제2의 화소부(20b)에 의하면, 청색광이 혼색되지 않고, 색순도가 높은 적색광 및 녹색광을 취출할 수 있다.
차광부(30)는, 서로 이웃하는 화소부(20)를 이격하여 혼색을 막는 목적 및 광원으로부터의 광누설을 막는 목적으로 설치되는, 이른바 블랙 매트릭스이다. 차광부(30)를 구성하는 재료는, 특별히 한정되지 않으며, 크롬 등의 금속 외, 바인더 폴리머에 카본 미립자, 금속 산화물, 무기 안료, 유기 안료 등의 차광성 입자를 함유시킨 잉크 조성물의 경화물 등을 이용할 수 있다. 여기서 이용되는 바인더 폴리머로서는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올, 젤라틴, 카세인, 셀룰로스 등의 수지를 1종 또는 2종 이상 혼합한 것, 감광성 수지, O/W 에멀젼형 잉크 조성물(예를 들면, 반응성 실리콘을 에멀젼화한 것) 등을 이용할 수 있다. 차광부(30)의 두께는, 예를 들면, 1μm 이상 15μm 이하인 것이 바람직하다.
발광 소자(100)는, 톱 에미션형을 대신하여, 보텀 에미션형으로 하여 구성할 수도 있다. 또, 발광 소자(100)는, EL 광원부(200)를 대신하여, 다른 광원을 사용할 수도 있다.
이상, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 및 그 제조 방법, 그리고, 당해 조성물을 이용하여 제조한 광변환층을 구비한 발광 소자에 대해 설명했는데, 본 발명은, 상술한 실시 형태의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 발광 입자, 발광 입자 분산체, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 및 발광 소자는, 각각, 상술한 실시 형태의 구성에 있어서, 다른 임의의 구성을 추가하여 갖고 있어도 되고, 동일한 기능을 발휘하는 임의의 구성과 치환되어 있어도 된다. 또, 본 발명의 발광 입자의 제조 방법은, 상술한 실시 형태의 구성에 있어서, 다른 임의의 목적의 공정을 갖고 있어도 되며, 동일한 효과를 발휘하는 임의의 공정과 치환되어 있어도 된다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특별히 언급이 없는 한, 「부」 및 「%」는 질량 기준이다.
[발광 입자 함유 분산액의 조제]
(발광 입자 함유 분산액 1의 조제)
우선, 0.12g의 탄산세슘과, 5mL의 1-옥타데센과, 0.5mL의 올레인산을 혼합하여 혼합액을 얻었다. 다음에, 이 혼합액을 120℃에서 30분간, 감압 건조한 후, 아르곤 분위기 하에 150℃에서 가열했다. 이에 의해, 세슘-올레인산 용액을 얻었다.
한편, 0.2g의 브롬화납(II)과 15mL의 1-옥타데센과, 1.5mL의 올레인산을 혼합하여 혼합액을 얻었다. 다음에, 이 혼합액을 90℃에서 10분간, 감압 건조한 후, 아르곤 분위기 하에 혼합액에 1.5mL의 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 첨가했다. 그 후 추가로 20분간 감압 건조를 행한 후, 아르곤 분위기 하에 140℃에서 가열했다.
그 후, 상기 브롬화납(II)을 포함하는 혼합액에 150℃에서 1.5mL의 상기 세슘-올레인산 용액을 첨가하고, 5초간 가열 교반함으로써 반응시킨 후, 아이스배스에서 냉각했다. 이어서, 30mL의 아세트산메틸을 첨가했다. 얻어진 현탁액을 원심 분리(10,000회전/분, 1분간)한 후, 상등액을 제거하고 얻어진 고형물(중간체 입자 1)에 톨루엔 20mL를 더하고 진탕 교반하여 분산시켰다. 얻어진 콜로이드 용액을 25℃, 10,000rpm으로 3분간 원심 분리했다. 상등액을 회수함으로써, 페로브스카이트 구조를 갖는 CsPbBr3을 코어에 갖고, 또한 실록산 결합을 포함하는 배위자층을 갖는 중간체 입자 1의 콜로이드 용액 1을 얻었다. 중간체 입자 1을 구성하는 나노 결정을 주사 투과 전자현미경 관찰에 의해 분석한 결과 그 평균 입자경은 10nm였다.
하기 식 (B4)로 표시되는 구조를 갖는 블록 코폴리머(S2VP, PolymerSource.사 제조) 0.8g을 톨루엔 80mL에 첨가하고, 60℃에서 가열 용해시켰다. 상기 콜로이드 용액 1에, 블록 코폴리머가 용해된 톨루엔 용액 80mL를 첨가하고, 15분간 교반한 후, 원심 분리하고, 상등액을 회수함으로써, 중간체 입자 1 및 블록 코폴리머를 포함하는 톨루엔 분산액 1을 얻었다.
Figure pat00013
상기 톨루엔 분산액 1의 2mL에 대해, 하기 식 (C4)로 표시되는 화합물(MS-51, 콜코트주식회사 제조, 식 (C4) 중의 m의 평균값은 4) 0.01mL를 첨가하고, 실온에서 2시간 교반하고, 이어서, 이온 교환수 0.05mL를 추가로 첨가하여 2시간 교반했다.
Figure pat00014
얻어진 용액을, 9,000회전/분, 5분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액 2mL를 회수함으로써, 중간체 입자 1의 표면에 실리카층을 갖는 발광 입자 1이 톨루엔에 분산된 발광 입자 함유 분산액 1을 얻었다. 이 실리카층은, 상술한 무기 피복층인 제2의 셸층(913)에 상당한다. 상기 발광 입자 1에 대해, 주사 투과 전자현미경을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(STEM-EDS)에 따라 원소 분포를 평가한 결과, 발광 입자의 표면층에 Si가 포함되어 있는 것을 확인했다. 당해 표면층의 두께를 측정한 결과, 약 4nm였다. 또, 상기 발광 입자 1에 대해, 열중량 시차열 분석(TG-DTA；승온 속도 10℃/분, 질소 분위기 하) 측정에 의해, 200~550℃의 범위에서 중량 감소가 확인된 점에서, 유기 성분이 포함되어 있는 것이 시사되었다. 한편, 열분해 가스 크로마토그래프 질량 분석계(TD/Py-GC/MS) 측정에 의해, 사용한 폴리머 B4가 성분으로서 동정(同定)되었다.
(발광 입자 함유 분산액 2의 조제)
아르곤 분위기 하, 3구 플라스크에 포름아미딘아세트산염 0.06g, 올레인산 0.50mL, 1-옥타데센 5mL를 더했다. 진공 펌프로 감압하면서(15±3kPa), 120℃에서 30분간 가열 교반했다. 아르곤 분위기인 채로 대기압에 되돌렸다. 150℃로 승온하고, 균일한 용액이 될 때까지 교반하고, 포르마미디늄-올레인산 용액을 얻었다.
아르곤 분위기 하, 상기와는 다른 3구 플라스크에 브롬화납(II) 0.20g, 올레인산 1.50mL, 1-옥타데센 15mL를 더했다. 진공 펌프로 감압하면서(15±3kPa), 120℃에서 30분간 가열 교반했다. 아르곤 분위기인 채로 대기압에 되돌리고, 1.5mL의 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 더했다. 140℃로 승온하고, 균일한 용액이 될 때까지 교반했다. 그 후, 상기 브롬화납(II)을 포함하는 혼합액에 150℃에서 상기 포르마미디늄-올레인산 용액 1.5mL를 첨가하고, 5초간 가열 교반함으로써 반응시킨 후, 아이스배스에서 냉각했다. 이어서, 30mL의 아세트산메틸을 첨가했다. 얻어진 현탁액을 원심 분리(10,000회전/분, 3분간)한 후, 상등액을 제거하고 얻어진 고형물(중간체 입자 2)에 톨루엔 20mL를 더하고 진탕 교반하여 분산시켰다. 얻어진 콜로이드 용액을 25℃, 10,000rpm으로 3분간 원심 분리했다. 상등액을 회수함으로써, 페로브스카이트 구조를 갖는 FAPbBr3을 코어에 갖고, 또한 실록산 결합을 포함하는 배위자층을 갖는 중간체 입자 2의 콜로이드 용액 2를 얻었다. 또한, 중간체 입자 2를 주사 투과 전자현미경 관찰에 의해 분석한 결과 그 평균 입자경은 11nm였다.
식 (B4)로 표시되는 구조를 갖는 블록 코폴리머(S2VP, PolymerSource.사 제조) 0.8g을 톨루엔 80mL에 첨가하고, 60℃에서 가열 용해시켰다. 상기 콜로이드 용액 2에, 블록 코폴리머가 용해된 톨루엔 용액 80mL를 첨가하고, 15분간 교반한 후, 원심 분리하고, 상등액을 회수함으로써, 중간체 입자 2 및 블록 코폴리머를 포함하는 톨루엔 분산액 2를 얻었다.
상기 톨루엔 분산액 2의 2mL에 대해, 식 (C4)로 표시되는 화합물(MS-51, 콜코트주식회사 제조, 식 (C4) 중의 m의 평균값은 4) 0.01mL를 첨가하고, 실온에서 2시간 교반하고, 이어서, 이온 교환수 0.05mL를 추가로 첨가하고 2시간 교반했다.
얻어진 용액을, 9,000회전/분, 5분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액 2mL를 회수함으로써, 중간체 입자 2의 표면에 실리카층을 갖는 발광 입자 2가 톨루엔에 분산된 발광 입자 함유 분산액 2를 얻었다. 이 실리카층은, 상술한 무기 피복층인 제2의 셸층(913)에 상당한다. 상기 발광 입자 2에 대해, 주사 투과 전자현미경을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(STEM-EDS)에 따라 원소 분포를 평가한 결과, 발광 입자의 표면층에 Si가 포함되어 있는 것을 확인했다. 당해 표면층의 두께를 측정한 결과, 약 4nm였다.
(발광 입자 함유 분산액 3의 조제)
교반자를 구비한 유리제 바이알에, 중간체 입자 1의 콜로이드 용액 2mL를 더했다. 1mg의 중간체 입자 1에 대해 0.3μmol이 되도록 도데실벤젠술폰산(DBSA)을 더하고, 실온에서 1시간 교반했다. 그 후, 교반하면서, 아세트산메틸 30mL를 더했다. 얻어진 현탁액을 고속 냉각 원심기 Avanti J-E(Beckman Coulter사 제조)를 이용하여, 25℃, 10,000rpm으로 1분간 원심 분리했다. 상등액을 제거하고, 얻어진 고형물에 톨루엔 20mL를 더하고 흔들어 섞어 용해시켰다. 얻어진 콜로이드 용액을 25℃, 10,000rpm으로 3분간 원심 분리했다. 상등액을 회수함으로써, 중간체 입자 1의 배위자를 일부 DBSA로 치환한, 페로브스카이트 구조를 갖는 CsPbBr3을 코어에 갖고, 또한 실록산 결합을 포함하는 배위자층을 갖는 중간체 입자 3의 콜로이드 용액을 얻었다.
식 (B4)로 표시되는 구조를 갖는 블록 코폴리머(S2VP, PolymerSource.사 제조) 0.8g을 톨루엔 80mL에 첨가하고, 60℃에서 가열 용해시켰다. 상기 콜로이드 용액 2에, 블록 코폴리머가 용해된 톨루엔 용액 80mL를 첨가하고, 15분간 교반한 후, 원심 분리하고, 상등액을 회수함으로써, 중간체 입자 3 및 블록 코폴리머를 포함하는 톨루엔 분산액 3을 얻었다.
상기 톨루엔 분산액 3의 2mL에 대해, 식 (C4)로 표시되는 화합물(MS-51, 콜코트주식회사 제조, 식 (C4) 중의 m의 평균값은 4) 0.01mL를 첨가하고, 실온에서 2시간 교반하고, 이어서, 이온 교환수 0.05mL를 추가로 첨가하고 2시간 교반했다.
얻어진 용액을, 9,000회전/분, 5분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액 2mL를 회수함으로써, 중간체 입자 3의 표면에 실리카층을 갖는 발광 입자 3이 톨루엔에 분산된 발광 입자 함유 분산액 3을 얻었다. 이 실리카층은, 상술한 무기 피복층인 제2의 셸층(913)에 상당한다. 상기 발광 입자 3에 대해, 주사 투과 전자현미경을 이용한 에너지 분산형 X선 분석법(STEM-EDS)에 따라 원소 분포를 평가한 결과, 발광 입자의 표면층에 Si가 포함되어 있는 것을 확인했다. 당해 표면층의 두께를 측정한 결과, 약 4nm였다.
(발광 입자 함유 분산액 4의 조제)
발광 입자 함유 분산액 3의 조제에 있어서, 도데실벤젠술폰산을 옥틸포스폰산(OctPA)으로 치환한 이외는 동일한 방법에 의해, 페로브스카이트 구조를 갖는 CsPbBr3을 코어에, 또한 실록산 결합을 포함하는 배위자층을 갖고, 그 표면에 추가로 실리카층을 갖는 발광 입자 4의 콜로이드 용액을 얻었다.
(발광 입자 함유 분산액 5의 조제)
발광 입자 함유 분산액 3의 조제에 있어서, 중간체 입자 1을 중간체 입자 2로 치환한 이외는 동일한 방법에 의해, 페로브스카이트 구조를 갖는 FAPbBr3을 코어에, 또한 실록산 결합을 포함하는 배위자층을 갖고, 그 표면에 추가로 실리카층을 갖는 발광 입자 5의 콜로이드 용액을 얻었다.
＜유기 무기 복합 입자의 합성＞
(유기 무기 복합 입자 1의 조제)
폴리머 Z로서, 상기 발광 입자의 조제에 이용한 하기 식 (Z4)로 표시되는 구조를 갖는 블록 코폴리머(S2VP, 상기 B4와 동일품) 800mg을 톨루엔 80mL에 첨가하고, 60℃에서 가열 용해시켰다.
Figure pat00015
상기 톨루엔 용액 80mL에 대해, 하기 식 (G4)로 표시되는 화합물(MS-51, 콜코트주식회사 제조, 식 (G4) 중의 m의 평균값은 4, 상기 C4와 동일품) 400μL를 첨가하고, 5분간 교반하고, 이어서, 이온 교환수 100μL를 추가로 첨가하고 2시간 교반했다.
Figure pat00016
얻어진 용액을, 9,000회전/분, 5분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액 80mL를 회수하여 건조함으로써, 유기 무기 복합 입자 1을 얻었다. 당해 복합 입자를 메틸에틸케톤에 분산시키고, 동적 광산란식 나노트랙 입도 분포계를 이용하여 평균 입자경을 측정한 결과 165nm였다. 상기 유기 무기 복합 입자 1을 충분히 아세톤 세정한 후, 열중량 시차열 분석(TG-DTA；승온 속도 10℃/분, 질소 분위기 하) 측정을 행한 결과, 200~550℃의 범위에서 중량 감소가 확인된 점에서, 당해 복합 입자 1에는 유기 성분이 포함되어 있는 것이 시사되었다. 한편, 열분해 가스 크로마토그래프 질량 분석계(TD/Py-GC/MS) 측정에 의해, 사용한 폴리머 B4가 성분으로서 동정되었다.
(유기 무기 복합 입자 2의 조제)
반응 용기에, 12히드록시스테아르산 15부, ε-카프로락톤 285부, 및 촉매로서 모노부틸주석옥시드 0.05부를 주입하고, 질소 가스로 치환한 후, 120℃에서 4시간 가열 교반하고, 폴리에스테르 중간체를 얻었다. 다음에 반응 용기에, 폴리알릴아민 10% 수용액(닛토방적(주) 제조 「PAA-1LV」, 수평균 분자량 약 3,000) 100부를 160℃에서 교반하고, 분리 장치를 사용하여 물을 증류제거함과 더불어, 이것에 폴리에스테르 중간체 200부를 160℃까지 승온한 것을 더하고, 2시간 160℃에서 반응을 행하여, 그라프트 코폴리머 Z1을 얻었다. 얻어진 폴리머의 중량 평균 분자량(Mw)을, 후술하는 조건의 겔 침투 크로마토그래피(GPC) 측정에 의해 구한 결과, 폴리스티렌 표준으로, 44,000이며, 상온에서 담황색 고체였다.
얻어진 그라프트 코폴리머 Z5를 톨루엔 80mL에 첨가하고, 60℃에서 가열 용해시켰다. 이어서, 실란 화합물 MS-51(콜코트주식회사 제조) 400μL를 첨가하고, 5분간 교반하고, 이어서, 이온 교환수 100μL를 추가로 첨가하고 2시간 교반했다.
얻어진 용액을, 9,000회전/분, 5분간의 조건으로 원심 분리한 후, 상등액 80mL를 회수하여 건조함으로써, 유기 무기 복합 입자 2를 얻었다. 당해 복합 입자를 메틸에틸케톤에 분산시키고, 동적 광산란식 나노트랙 입도 분포계를 이용하여 평균 입자경을 측정한 결과 190nm였다. 상기 유기 무기 복합 입자 2를 충분히 아세톤 세정한 후, 열중량 시차열 분석(TG-DTA；승온 속도 10℃/분, 질소 분위기 하) 측정을 행한 결과, 200~550℃의 범위에서 중량 감소가 확인된 점에서, 당해 복합 입자 2에는 유기 성분이 포함되어 있는 것이 시사되었다. 한편, 열분해 가스 크로마토그래프 질량 분석계(TD/Py-GC/MS) 측정에 의해, 사용한 폴리머 Z1이 성분으로서 동정되었다.
(유기 무기 복합 입자 3의 조제)
유기 무기 복합 입자 1의 조제에 있어서, MS-51을 테트라에톡시실란(TEOS)으로 치환한 이외는 동일한 방법에 따라 유기 무기 복합 입자 3을 얻었다.
＜발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 조제＞
(실시예 1)
(발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)의 조제)
상기에서 얻어진 발광 입자 함유 분산액 1을 100mL와 헥산 200mL를 혼합하고, 얻어진 현탁액을 4,000rpm으로 1분간 원심 분리했다. 상등액을 제거함으로써 얻어진 잔류물에 대해, 라이트아크릴레이트PO-A(쿄에이샤화학주식회사 제조) 및 라이트아크릴레이트DCPA(쿄에이샤화학주식회사 제조)를 각각 10μL 더하고, 실온에서 진탕 교반함으로써 균일 분산시켰다. 그 후, Omnirad TPO(BASF재팬주식회사 제조) 1.1μg을 더하고 균일 용해시켰다. 용해 후, 유기 무기 복합 입자 1 0.2μg을 추가로 더하고, 진탕 교반함으로써 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)을 얻었다.
(분산 안정성)
얻어진 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)을, 차광 하, 35℃에서 3개월간 보관했다. 분산 안정성을, 육안에 의해 평가한 결과, 침전물의 응집물은 전혀 발생하지 않았다.
평가 기준：
S：보존 후의 발광 입자 함유 조성물에, 침전물의 응집물이 전혀 발생하지 않았다.
A：침전물의 응집물이 극히 약간 발생했다.
B：침전물의 응집물이 약간 많이 발생했다.
C：침전물의 응집물이 매우 많이 발생했다.
(광변환층 1의 제조)
얻어진 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)을, 유리 기판 EagleXG(코닝사 제조)에 적하하고, 다른 한 장의 유리 기판 EagleXG를 중첩해 두고, 질소 분위기 하, 주파장이 395nm인 UV광을, 적산 광량이 10J/cm2가 되도록 조사함으로써, 발광 입자를 함유하는 두께 50μm의 광변환층 1을 제조했다.
(내광성의 평가)
얻어진 광변환층 1에 대해, 내광성 시험기(씨씨에스사 제조)를 이용하여, 공기 중, 피크 발광 파장 450nm의 청색광을, 스테이지 온도 30℃에서 100mW/cm2, 100시간 조사했다. 광조사 전후에 있어서의 필름의 절대 양자수율(PLQY)을 측정하고, 광조사 후의 PLQY 유지율(%)을 구한 결과 94%였다. 또한, 광조사 후의 PLQY 유지율(%)은, 하기의 식 (2)에 의해 산출했다.
광조사 후 PLQY 유지율(%)=(광조사 후의 광변환층의 PLQY)/(광조사 전의 광변환층의 PLQY)×100 (2)
(실시예 2~12)
(발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (2)~(12) 및 (C1)~(C3)의 조제)
유기 무기 복합 입자의 첨가량을 하기 표 1~4에 나타내는 첨가량으로 변경한 이외는, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)의 조제와 동일 조건으로, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (2)~(12) 및 비교용 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (C1)~(C3)을 얻었다.
얻어진 당해 조성물의 분산 안정성을 표 1~4에 나타낸다.
또한, 각 수지 조성물에 사용한 광중합성 화합물 및 광중합 개시제는, 이하와 같다.
(광중합성 화합물)
PhEA：페녹시에틸아크릴레이트(제품명：라이트아크릴레이트PO-A, 쿄에이샤화학주식회사 제조)
DCPA：디메틸올-트리시클로데칸디아크릴레이트(제품명：라이트아크릴레이트DCP-A, 쿄에이샤화학주식회사 제조)
(광중합 개시제)
TPO：디페닐(2,4,6-트리메톡시벤조일)포스핀옥시드(제품명：Omnirad TPO, BASF재팬주식회사 제조)
(연쇄 이동 화합물)
PE1：펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트)(제품명：카렌즈MT PE1, 쇼와전공주식회사 제조)
(광변환층 2~12 및 C1~C3의 제조)
발광 입자 함유 경화성 수지 조성물 (1)을 당해 조성물 (2)~(12) 및 (C1)~(C3)으로 변경한 이외는, 광변환층 1의 제조와 동일 조건으로, 본 발명의 광변환층 2~12 및 비교용 광변환층 C1~C3을 제조했다. 얻어진 광변환층 2~12 및 C1~C3에 대해, 광조사 후의 PLQY 유지율(%)을 하기의 표 1~4에 나타냈다.
[표 1]
Figure pat00017
[표 2]
Figure pat00018
[표 3]
Figure pat00019
[표 4]
Figure pat00020
실시예 1에서 실시예 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물은, 비교예 1에서 비교예 3에 나타낸 유기 무기 복합 입자를 함유하지 않는 당해 조성물과 비교하여, 장기 보존 후의 분산 안정성이 모두 높은 것을 알 수 있다. 또, 광조사 후 PLQY 유지율(%)이 모두 높은 점에서, 수분 및 산소 존재 하에서의 광에 대한 안정성이 높은 것을 알 수 있다. 이것은, 발광 입자 표면의 유기 성분과 유기 무기 복합 입자 표면의 유기 성분이 상호 작용하기 쉽고, 막 중에 있어서 발광 입자의 표면 근방에 유기 무기 복합 입자가 존재하기 쉬운 점에서, 유기 무기 복합 입자가 유사적으로 무기 피복층으로서 작용함으로써 발광 입자의 열화를 억제할 수 있다고 추정된다.
이상의 점에서, 실시예 1~12의 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물에 의해 얻어진 광변환층은, 발광 특성이 뛰어나고, 또한 내광성이 뛰어난 것이 분명하다. 따라서, 이러한 광변환층을 이용하여, 발광 소자의 광변환 필름이나 컬러 필터 화소부를 구성했을 경우에는, 뛰어난 발광 특성을 얻을 수 있는 것으로 기대할 수 있다.
100 발광 소자
200 EL 광원부
1 하측 기판
2 양극
3 정공 주입층
4 정공 수송층
5 발광층
6 전자 수송층
7 전자 주입층
8 음극
9 봉지층
10 충전층
11 보호층
12 광변환층
13 상측 기판
14 EL층
20 화소부
20a 제1의 화소부
20b 제2의 화소부
20c 제3의 화소부
21a 제1의 광산란 입자
21b 제2의 광산란 입자
21c 제3의 광산란 입자
22a 제1의 경화 성분
22b 제2의 경화 성분
22c 제3의 경화 성분
91a 제1의 발광 입자
91b 제2의 발광 입자
30 차광부
40 적층 구조체
41 제1의 기판
42 제2의 기판
43 봉지층
44 파장 변환 필름
441 광산란 입자
442 발광 입자
500 유기 무기 복합 입자
501 염기성기를 포함하는 구조 단위를 갖는 폴리머
502 무기산화물층
91 발광 입자
911 반도체 나노 결정
912 제1의 셸층
913 제2의 셸층(무기 피복층)
701 콘덴서
702 구동 트랜지스터
705 공통 전극
706 신호선
707 주사선
708 스위칭 트랜지스터
C1 신호선 구동 회로
C2 주사선 구동 회로
C3 제어 회로
PE, R, G, B 화소 전극

Claims (11)

  1. 반도체 나노 결정 및 상기 반도체 나노 결정의 표면을 피복하여 무기 재료를 포함하는 무기 피복층을 구비하는 발광 입자와, 유기 무기 복합 입자와, 광중합성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 무기 복합 입자가, 일반식 (Z1-1) 또는 (Z1-2)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리머 Z를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
    Figure pat00021

    (식 중, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, RZ1은, 1급 아미노기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 4급 암모늄기, 이미노기, 피리딜기, 피리미딘기, 피페라지닐기, 피페리딜기, 이미다졸릴기, 피롤리디닐기 및 이미다졸리디닐기의 군으로부터 선택되는 1가의 염기성기를 나타내고, X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -COO-, -OCO-, 질소 원자에 의해 치환되어도 되는 탄소 원자수가 1~8인 알킬쇄, 단결합을 나타낸다.)
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 무기 복합 입자가 하기 일반식 (G)로 표시되는 실란 화합물의 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
    Figure pat00022

    (식 중, RG1 및 RG2는, 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, RG3 및 RG4는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타내며, n1은 0 또는 1을 나타내고, m1은 1 이상의 정수를 나타낸다.)
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 나노 결정이, A, B 및 X를 포함하고,
    상기 A가 Cs, Rb, 메틸암모늄, 포르마미디늄, 암모늄, 2-페닐에틸암모늄, 피롤리디늄, 피페리디늄, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 벤질트리에틸암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 양이온을 나타내고,
    상기 B가 Pb, Sn, Ge, Bi, Sb, Ag, In, Cu, Yb, Ti, Pd, Mn, Eu, Zr 및 Tb로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속 이온을 나타내며,
    상기 X가 F, Cl, Br 및 I로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 할로겐화물 이온을 나타내는, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반도체 나노 결정이 페로브스카이트 구조를 갖는, 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 무기 피복층이 실록산 결합을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발광 입자 함유 경화성 수지 조성물의 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변환층.
  8. 청구항 7에 기재된 광변환층을 구비한, 컬러 필터.
  9. 청구항 7에 기재된 광변환층을 구비한, 파장 변환 필름.
  10. 청구항 8에 기재된 컬러 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  11. 청구항 9에 기재된 파장 변환 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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