WO2019074083A1 - 量子ドット及びその製造方法、量子ドットを用いた波長変換部材、照明部材、バックライト装置、並びに、表示装置 - Google Patents

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由香 高三潴
飯田 和則
絵美 堤
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Definitions

  • the present invention relates to a cadmium-free quantum dot and a method of manufacturing the same, a wavelength conversion member using a quantum dot, an illumination member, a backlight device, and a display device.
  • the quantum dot is a nanoparticle having a particle diameter of several nm to several tens of nm, which is composed of several hundreds to several thousands of atoms. Quantum dots are also called fluorescent nanoparticles, semiconductor nanoparticles, or nanocrystals. The quantum dot has a feature that the emission wavelength can be variously changed according to the particle size and the composition of the nanoparticle.
  • the fluorescence quantum yield (Quantum Yield: QY) and the fluorescence half width (Full Width at Half Maximum: FWHM) can be mentioned as those representing the performance of the quantum dot.
  • QY Quantum Yield
  • FWHM Fluorescence Half Maximum
  • Cd-free quantum dots that do not use cadmium include chalcopyrite quantum dots such as CuInS 2 and AgInS 2 and indium phosphide (InP) quantum dots are in development (for example, Patent Document 1) See).
  • chalcopyrite quantum dots such as CuInS 2 and AgInS 2 and indium phosphide (InP) quantum dots
  • InP indium phosphide
  • ZnSe quantum dots have been developed as quantum dots, and many examples of synthesizing blue-emitting phosphors using ZnSe have been reported.
  • ZnSe quantum dots having a wavelength and a half width of which would be alternatives to conventional blue LEDs.
  • Non-Patent Document 1 describes in detail a direct synthesis method of ZnSe using diphenyl phosphine selenide which is considered to be relatively reactive with organic zinc compounds.
  • the ZnSe obtained in this paper is not suitable for practical use because it has a fluorescence wavelength of about 430 nm and does not reach 450 nm, which is a blue fluorescence wavelength used for practical use.
  • Non-Patent Document 2 a method of synthesizing ZnSe in a water system is reported. Although the reaction proceeds at a low temperature, the half width is 30 nm or more and a little broad, and the fluorescence wavelength is less than 430 nm, so it is not suitable for achieving high color gamut by using it as a substitute for conventional blue LED It is.
  • quantum dots As described above, although research and development of blue quantum dots are in progress, none of the quantum dots have achieved a fluorescence wavelength of 430 nm or more and a fluorescence half width of 25 nm or less at a mass producible level.
  • This invention is made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a quantum dot which emits blue fluorescence which is Cd free and whose fluorescence half width is narrow.
  • Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of mass-producing the above-mentioned quantum dots safely.
  • the quantum dot in the present invention is characterized by containing no cadmium (Cd) and having a fluorescence half width of 25 nm or less.
  • the quantum dots are preferably nanocrystals containing zinc (Zn) and selenium (Se), or zinc (Zn), selenium (Se) and sulfur (S).
  • the quantum dot has a core-shell structure in which the nanocrystal is a core and the surface of the core is coated with a shell.
  • the fluorescence wavelength is preferably in the range of 410 nm to 470 nm.
  • the surface of the quantum dot is preferably covered with a ligand (Ligand).
  • the ligand is preferably selected from at least one or two of an aliphatic amine type, a phosphine type and an aliphatic carboxylic acid type.
  • the method for producing a quantum dot according to the present invention comprises synthesizing a copper chalcogenide as a precursor from an organic copper compound or an inorganic copper compound and an organic chalcogen compound, and using the precursor, containing cadmium (Cd) It is preferable to synthesize no quantum dots.
  • transmetalate copper (Cu) and zinc (Zn) of the precursor made of copper cargogenide it is preferable to transmetalate copper (Cu) and zinc (Zn) of the precursor made of copper cargogenide.
  • the metal exchange reaction it is preferable to carry out the metal exchange reaction at 180 ° C. or more and 280 ° C. or less. Further, it is preferable to synthesize the copper chalcogenide at a reaction temperature of 140 ° C. or more and 250 ° C. or less.
  • the quantum dots are preferably nanocrystals containing zinc and selenium, or zinc, selenium and sulfur.
  • the wavelength conversion member in the present invention is characterized by including the above-described quantum dot or a quantum dot formed by the above-described method of manufacturing a quantum dot.
  • the illumination member in the present invention is characterized by including the above-described quantum dot or a quantum dot formed by the above-described method of manufacturing a quantum dot.
  • the backlight device in the present invention is characterized by including the above-described quantum dot or a quantum dot formed by the above-described method of manufacturing a quantum dot.
  • the display device in the present invention is characterized by including the above-described quantum dot or a quantum dot formed by the above-described method of manufacturing a quantum dot.
  • the present invention since it is possible to synthesize quantum dots having the same particle shape and size, it is possible to narrow the fluorescence half width and to improve the high color gamut.
  • the method for producing a quantum dot of the present invention it is possible to produce a quantum dot having a narrow fluorescence half width and not containing Cd safely and in a mass producible method.
  • FIG. 1A is a schematic view of a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic view of a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a fluorescence (Photoluminescence (PL)) spectrum of ZnSe in Example 1.
  • FIG. 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 2.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 3.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 4.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 5.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 6.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 7.
  • 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 8.
  • FIG. 7 is a PL spectrum of ZnSe in Example 9.
  • 1 is a scanning line electron microscope (SEM) photograph of ZnSe in Example 1.
  • FIG. 1 is an X-ray diffraction (Xray diffraction: XRD spectrum) of ZnSe in Example 1.
  • FIG. 7 is a SEM photograph of Cu 2 Se in Example 1.
  • FIG. 1A and 1B are schematic views of a quantum dot in the present embodiment.
  • the quantum dot 1 shown in FIG. 1A is a nanocrystal free of cadmium (hereinafter referred to as Cd).
  • the quantum dots 1 are preferably nanocrystals containing zinc and selenium (hereinafter referred to as Zn and Se) or zinc and selenium and sulfur (referred to as Zn, Se and S). .
  • the quantum dot 1 has fluorescence characteristics by band edge emission, and the quantum size effect is exhibited by the fact that the particle is nano-sized.
  • nanoclaystal refers to nanoparticles having a particle size of about several nm to several tens of nm.
  • a large number of quantum dots 1 can be generated with a substantially uniform particle size.
  • Zn and Se or Zn and Se and S contained in the quantum dot 1 are main components, elements other than these elements may be contained. However, it is preferable that Cd is not contained and that phosphorus (P) is not contained.
  • the organophosphorus compounds are expensive and easily oxidized in air, so the synthesis becomes unstable, and the cost increases, the fluorescence characteristics become unstable, and the production process becomes complicated.
  • the quantum dot 1 of the present embodiment has a fluorescence half width of 25 nm or less.
  • Fluorescent half width refers to a full width at half maximum that indicates the spread of fluorescence wavelength at half the peak value of the fluorescence intensity in the fluorescence spectrum.
  • the half width of fluorescence is preferably 23 nm or less.
  • the fluorescence half width is more preferably 20 nm or less.
  • it is further more preferable that the fluorescence half width is 17 nm or less.
  • the fluorescence half width can be narrowed, it is possible to improve the high color gamut.
  • the fluorescence half width can be narrowed, and specifically, the fluorescence half width of 25 nm or less can be achieved.
  • ligands 2 are coordinated to the surface of the quantum dot 1. Thereby, aggregation of quantum dot 1 comrades can be suppressed and the optical characteristic made into the objective expresses.
  • the ligand which can be used for reaction is not specifically limited, For example, the following ligands are mentioned as a typical thing.
  • the fluorescence quantum yield (Quantum Yield) of the quantum dot 1 in the present embodiment is 10% or more.
  • the fluorescence quantum yield is more preferably 30% or more, and still more preferably 50% or more.
  • the fluorescence quantum yield of the quantum dot can be increased.
  • the fluorescence wavelength can be freely controlled to about 410 nm or more and 470 nm or less.
  • the quantum dot 1 in the present embodiment is a solid solution based on ZnSe using a chalcogen element other than zinc.
  • the fluorescence wavelength is preferably 410 nm or more, and more preferably 430 nm or more.
  • the fluorescence wavelength is preferably 440 nm or more, more preferably 470 nm or less, and still more preferably 460 nm or less.
  • the quantum dot 1 shown in FIG. 1B is a core-shell structure having a core 1a and a shell 1b coated on the surface of the core 1a. As shown in FIG. 1B, it is preferable that a large number of organic ligands 2 are coordinated to the surface of the quantum dot 1. Moreover, the fluorescence half width of the quantum dot 1 shown to FIG. 1B is 25 nm or less.
  • the core 1a of the quantum dot 1 shown in FIG. 1B is a nanocrystal shown in FIG. 1A. Therefore, the core 1a is preferably formed of ZnSe or ZnSeS.
  • the shell 1b does not contain cadmium (Cd) as the core 1a does.
  • the shell 1 b is made of, for example, zinc sulfide (ZnS) or the like, although the material is not particularly limited.
  • the shell 1 b may be in a solid solution state on the surface of the core 1 a. Although the boundary between the core 1a and the shell 1b is shown by a dotted line in FIG. 1B, this indicates that the boundary between the core 1a and the shell 1b may or may not be confirmed by analysis. In the present embodiment, only the ZnSe core has a feature of emitting fluorescence.
  • the quantum dot 1 shown in FIG. 1B can freely control the fluorescence wavelength to about 410 nm or more and 470 nm or less. And in this embodiment, it is possible to control the fluorescence wavelength to blue.
  • a copper chalcogenide (precursor) is synthesized from an organic copper compound or an inorganic copper compound and an organic chalcogen compound.
  • the precursor is preferably copper selenide: Cu 2 Se or copper selenide sulfide: Cu 2 SeS.
  • selenium uses an organic selenium compound (organic chalcogenide) as a raw material.
  • organic selenium compound organic chalcogenide
  • a solution in which selenium is dissolved at a high temperature in a high boiling point solvent which is a long chain hydrocarbon such as octadecene (Se-DDT / OLAm) or a solution in which a mixture of oleylamine and dodecanethiol is used Etc. can be used.
  • a high boiling point solvent which is a long chain hydrocarbon such as octadecene (Se-DDT / OLAm) or a solution in which a mixture of oleylamine and dodecanethiol is used Etc.
  • the organic copper compound or the inorganic copper compound and the organic chalcogen compound are mixed and dissolved.
  • octadecene can be used as a high boiling point saturated hydrocarbon or unsaturated hydrocarbon.
  • t-butylbenzene t-butylbenzene as an aromatic high-boiling solvent
  • butyl butyrate C 4 H 9 COOC 4 H 9
  • a benzyl butyrate C 6 as a high-boiling ester solvent
  • H 5 CH 2 COOC 4 H 9 or the like but it is also possible to use an aliphatic amine type or fatty acid type compound, an aliphatic phosphorus type compound, or a mixture of these as a solvent.
  • the reaction temperature is set in the range of 140 ° C. or more and 250 ° C. or less to synthesize copper chalcogenide (precursor).
  • the reaction temperature is preferably 140 ° C. or more and 220 ° C. or less at a lower temperature, and more preferably 140 ° C. or more and 200 ° C. or less at a low temperature.
  • reaction method is not particularly limited, it is important to synthesize Cu 2 Se and Cu 2 SeS having uniform particle sizes in order to obtain a quantum dot having a narrow half width.
  • thiol for example, octadecanethiol: C 18 H 37 SH, hexanedecanethiol: C 16 H 33 SH, tetradecanethiol: C 14 H 29 SH, dodecanethiol: C 12 H 25 SH, decanethiol C 10 H 21 SH, octanethiol: C 8 H 17 SH, etc.
  • organic zinc compound or an inorganic zinc compound is prepared as a raw material of ZnSe or ZnSeS.
  • Organic zinc compounds and inorganic zinc compounds are raw materials that are stable in the air and easy to handle.
  • the structures of the organic zinc compound and the inorganic zinc compound are not particularly limited, it is preferable to use a highly ionic zinc compound in order to efficiently carry out the transmetallation reaction.
  • the following organozinc compounds and inorganic zinc compounds can be used.
  • the above-described organozinc compound or inorganic zinc compound is added to the reaction solution in which the precursor of copper chalcogenide is synthesized.
  • This causes a transmetallation reaction between copper (Cu) of copper chalcogenide and zinc (Zn). It is preferable to cause the metal exchange reaction to occur at 180 ° C. or more and 280 ° C. or less. Furthermore, it is more preferable to cause the transmetallation reaction to occur at a lower temperature of 180 ° C. or more and 250 ° C. or less.
  • the transmetallation reaction between Cu and Zn proceed quantitatively, and the nanocrystal does not contain the precursor Cu. If the precursor Cu remains, Cu acts as a dopant, and light is emitted by another light emission mechanism to expand the half width. 100 ppm or less is preferable, as for the residual amount of this Cu, 50 ppm or less is more preferable, and 10 ppm or less is ideal.
  • Compounds having the above-mentioned role include ligands that can be complexed with Cu.
  • ligands that can be complexed with Cu.
  • phosphorus-based ligands, amine-based ligands, and sulfur-based ligands are preferable, and among them, phosphorus-based ligands are more preferable because of their high efficiency.
  • a copper chalcogenide is synthesized as a precursor from an organic copper compound or an inorganic copper compound and an organic chalcogen compound, and a quantum dot is synthesized by performing metal exchange using the precursor.
  • the quantum dots are synthesized through the synthesis of the precursor and not directly synthesized.
  • the precursor copper chalcogenide may be isolated and purified once and then used.
  • the synthesized quantum dots exhibit fluorescence characteristics without performing various treatments such as washing, isolation and purification, coating treatment, and ligand exchange.
  • the fluorescence quantum yield can be further increased by covering the core 1a made of nanocrystals such as ZnSe or ZnSeS with the shell 1b.
  • the precursor copper chalcogenide is Cu 2 Se / Cu 2 S. It is possible to synthesize this by continuously adding the S raw material in one reaction vessel and subsequently performing Zn—Zn transformation to obtain ZnSe / ZnS.
  • the S raw material used for the shell structure is not particularly limited, but the following raw materials can be mentioned as typical ones.
  • the application of the quantum dot 1 shown in FIGS. 1A and 1B is not particularly limited, for example, the quantum dot 1 of the present embodiment emitting blue fluorescence, a wavelength conversion member, an illumination member, a backlight device, and a display It is applicable to an apparatus etc.
  • the quantum dot 1 of the present embodiment is applied to a part of a wavelength conversion member, an illumination member, a backlight device, a display device, etc. and, for example, photoluminescence (PL) is adopted as a light emission principle
  • UV radiation makes it possible to emit blue fluorescence.
  • EL electroluminescence
  • white light can be emitted by using a light emitting element (full color LED) including the quantum dots 1 of the present embodiment emitting blue fluorescence together with the quantum dots emitting green fluorescence and the quantum dots emitting red fluorescence. It will be possible.
  • a light emitting element full color LED
  • the wavelength conversion member is formed in a sheet form, a film form or a molded body.
  • a molded body in which quantum dots are dispersed in resin is accommodated in a container having an accommodation space by press-fitting or the like.
  • the refractive index of the molded body is preferably smaller than the refractive index of the container.
  • part of the light entering the molded body is totally reflected by the inner wall of the container. Therefore, the beam of light leaking to the outside from the side of the container can be reduced.
  • the quantum dots having a narrow fluorescent half width in the present embodiment to the wavelength conversion member, the illumination member, the backlight device, the display device, and the like, the light emission characteristics can be effectively improved.
  • ⁇ Raw material> the following raw materials were used to synthesize a cadmium-free quantum dot.
  • Solvent Octadecene Aldrich Co., Ltd., Idemitsu Kosan Co., Ltd.
  • Oleylamine Kao Co., Ltd .: Pharmin Oleic acid: Kao Co., Ltd .: Lucac O-V
  • Trioctyl phosphine manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.
  • Zinc chloride manufactured by Aldrich Co., Ltd. or manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.
  • Zinc iodide manufactured by Aldrich Co.
  • Zinc acetate dihydrate manufactured by Ikoma Chemical Co., Ltd.
  • Example 1 In a 100 mL reaction vessel, 131 mg of acetylacetonato copper: Cu (acac) 2 , 1.5 mL of dodecanethiol: DDT, 4.75 mL of oleylamine: OLAm, and 6.25 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the Cu 2 Se reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 2, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 446.0 nm and a fluorescence half width of about 16.6 nm was obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 30.6%.
  • Example 2 In a 100 mL reaction vessel, 36.3 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 0.3 mL of dodecanethiol: DDT, 0.4 mL of a Se-DDT / OLAm solution (0.5 M), and 10 mL of octadecene: ODE are placed. The Then, it was heated with stirring at 220 ° C. for 10 minutes under an inert gas (N 2 ) atmosphere. The resulting reaction solution (Cu 2 Se (S)) was cooled to room temperature.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 3, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 445.5 nm and a fluorescence half width of about 23.0 nm was obtained.
  • Example 3 In a 100 mL reaction vessel, 131 mg of acetylacetonato copper: Cu (acac) 2 , 1.5 mL of dodecanethiol: DDT, 4.75 mL of oleylamine: OLAm, and 6.25 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the Cu 2 SeS reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to recover the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding TOP.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 4, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 454.0 nm and a fluorescence half width of about 19.7 nm was obtained.
  • Example 4 In a 100 mL reaction vessel, copper oleate octadecene solution (0.2 M): Cu (OLAc) 2 -ODE 1.2 mL, Se-ODE solution 3 mL, solution dodecanethiol: DDT 0.4 mL, octadecene: ODE 3 mL Put. The solution was heated with stirring at 200 ° C. for 60 minutes. The resulting reaction solution (Cu 2 SeS) was cooled to room temperature.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 5, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 434.0 nm and a fluorescence half width of about 23.5 nm were obtained.
  • Example 5 In a 300 mL reaction vessel, 543 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 9 mL of dodecanethiol: DDT, 28.5 mL of oleylamine: OLAm, and 37.5 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the Cu 2 Se (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to recover the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 6, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 445.5 nm and a fluorescence half width of about 13.3 nm was obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 52%.
  • Example 6 In a 300 mL reaction vessel, 543 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 9 mL of dodecanethiol: DDT, 9 mL of oleylamine: OLAm, and 57 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 7, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 436.0 nm and a fluorescence half width of about 15.2 nm was obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 66%.
  • Example 7 In a 300 mL reaction vessel, 546 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 9 mL of dodecanethiol: DDT, 9 mL of oleylamine: OLAm, and 57 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the Cu 2 Se reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 8, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 432.0 nm and a fluorescence half width of about 15.3 nm was obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 70%.
  • Example 8 In a 100 mL reaction vessel, 72.6 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2, 0.263 mL of oleylamine OLAm, and 10 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • Ethanol was added to the ZnSe reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 9, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 425.5 nm and a fluorescence half width of about 22.1 nm was obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 63%.
  • Example 9 In a 100 mL reaction vessel, 182 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 3 mL of dodecanethiol: DDT, 9.5 mL of oleylamine: OLAm, and 12.5 mL of octadecene: ODE were placed. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • Ethanol was added to the ZnSe (S) reaction solution to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, as shown in FIG. 10, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 452.5 nm and a fluorescence half width of about 16.2 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 25%.
  • Example 10 Into the reaction solution of Example 6, 0.6 mL of dodecylamine: DDA was added, and heated with stirring at 220 ° C. for 5 minutes under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 436.0 nm and a half width of fluorescence of about 14.7 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 58%.
  • Example 11 In 100 mL of the reaction solution of Example 6, 1 mL of dodecylamine: DDA was added, and heated with stirring at 220 ° C. for 5 minutes under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 436.0 nm and a half width of fluorescence of about 15.1 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 48%.
  • Example 12-1 Ethanol was added to 10 mL of the reaction solution of Example 5 to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the obtained hexane dispersion solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 445.5 nm and a fluorescence half width of about 22.5 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 3%.
  • Example 12-2 Ethanol was added to 12.5 mL of the reaction solution of Example 6 to generate a precipitate, which was centrifuged to recover the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the obtained hexane dispersion solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 431.0 nm and a fluorescence half width of about 18.0 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 9%.
  • Example 12-3 Ethanol was added to 10 mL of the reaction solution of Example 7 to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the obtained hexane dispersion solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 432.0 nm and a fluorescence half width of about 21.0 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 23%.
  • Example 13 Ethanol was added to 10 mL of the reaction solution of Example 7 to generate a precipitate, which was centrifuged to collect the precipitate, and the precipitate was dispersed by adding ODE.
  • the solution was heated with stirring at 280 ° C. for 3 minutes under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • the obtained hexane dispersion solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 430.0 nm and a half width of fluorescence of about 16.0 nm were obtained.
  • the resulting reaction solution was measured by a quantum efficiency measurement system. As a result, the quantum yield was about 54%.
  • Comparative Example 1 In a 100 mL reaction vessel, 0.833 mL of zinc oleate: Zn (OLAc) 2 -ODE solution (0.4 M) and 10 mL of Se-ODE solution (0.1 M) are placed under an inert gas (N 2 ) atmosphere, Heated with stirring at 280 ° C. for 35 minutes.
  • Zn (OLAc) 2 -ODE solution 0.4 M
  • Se-ODE solution 10 mL
  • N 2 inert gas
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 459.0 nm and a fluorescence half width of about 45.2 nm were obtained.
  • Comparative Example 2 A 100 mL reaction vessel was charged with 20 mL of a Se-ODE solution (0.1 M) and heated with stirring at 260 ° C. for 3 minutes under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • a Se-ODE solution 0.1 M
  • N 2 inert gas
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, an optical characteristic having a fluorescence wavelength of about 461.0 nm and a fluorescence half width of about 65.8 nm was obtained.
  • Example 14 In a 100 mL reaction vessel, 183 mg of anhydrous copper acetate: Cu (OAc) 2 , 0.66 mL of oleylamine: OLAm, 0.64 mL of octanoic acid, and 8.7 mL of octadecene: ODE. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 inert gas
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 406.5 nm and a fluorescence half width of about 20.8 nm were obtained.
  • Example 15 A 100 mL reaction vessel was charged with 141 mg of zinc octanoate and 20 mL of octadecene: ODE. Then, the raw material was dissolved by heating while stirring under an inert gas (N 2 ) atmosphere.
  • the resulting reaction solution was measured by a fluorescence spectrometer. As a result, optical characteristics having a fluorescence wavelength of about 415.0 nm and a fluorescence half width of about 22.5 nm were obtained.
  • the full width at half maximum was 25 nm or less. Moreover, it turned out that it can be 20 nm or less and, further, can be controlled to 17 nm or less.
  • FIG. 11 is a measurement result of a scanning electron microscope (SEM)
  • FIG. 12 is a measurement result of X-ray diffraction (XRD).
  • quantum dots emitting blue fluorescence can be stably obtained.
  • quantum dot of the present invention By applying the quantum dot of the present invention to an LED, a backlight device, a display device, and the like, excellent light emission characteristics can be obtained in each device.

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Abstract

Cdフリーで蛍光半値幅が狭い、青色蛍光を発する量子ドットを提供することを目的とする。本発明の量子ドット(1)は、カドミウムを含まず、蛍光半値幅が、25nm以下であることを特徴とする。本発明では、量子ドットは、亜鉛とセレン、或いは、亜鉛とセレンと硫黄とを含有するナノクリスタルであることが好ましい。また、量子ドットは、ナノクリスタルをコア(1a)とし、コアの表面にシェル(1b)が被覆されたコアシェル構造を有することが好ましい。

Description

量子ドット及びその製造方法、量子ドットを用いた波長変換部材、照明部材、バックライト装置、並びに、表示装置
 本発明は、カドミウムを含まない量子ドット及びその製造方法、量子ドットを用いた波長変換部材、照明部材、バックライト装置、並びに、表示装置に関する。
 量子ドットは、数百~数千個程度の原子から構成された、粒径が数nm~数十nm程度のナノ粒子である。量子ドットは、蛍光ナノ粒子、半導体ナノ粒子、又はナノクリスタルとも呼ばれる。量子ドットは、ナノ粒子の粒径や組成によって、発光波長を種々変更することができるという特徴を有する。
 量子ドットの性能を表すものとして、蛍光量子収率(Quantum Yield:QY)や蛍光半値幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)が挙げられる。量子ドットを可視光領域の波長変換材料として用いる場合、その最も大きな特徴として、表現可能な色の範囲が広いこと、すなわち高色域化が挙げられる。量子ドットを用いて高色域化を達成するためには、蛍光半値幅を狭くすることが重要である。
 量子ドットを用いたディスプレイの用途として、フォトルミネッセンス(Photoluminescence:PL)を発光原理として採用する場合、バックライトに青色LEDを用いて励起光とし、量子ドットを用いて緑色光、赤色光に変換する方法が採用されている。一方で、例えばエレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を発光原理として採用する場合、或いは、他の方法で3原色すべてを量子ドットで発光させる場合などは青色発光の量子ドットが必要となる。その際、高色域化を達成する場合には、緑色、及び、赤色のみならず、青色光の半値幅の狭いことが必要となる。従って、RGB3色すべてを量子ドットで発光させる場合、青色発光の量子ドットの蛍光半値幅が狭いことが必要となる。
 青色の量子ドットとしては、カドミウム(Cd)を用いたセレン化カドミウム(CdSe)系の量子ドットが代表的なものとして挙げられるが、カドミウムは国際的に規制されており、セレン化カドミウム系の量子ドットを用いた材料の実用化には高い障壁があった。
 一方、カドミウムを使用しない、Cdフリー系の量子ドットとしてはCuInSやAgInSなどのカルコパイライト系量子ドットや、インジウムホスフィド(InP)系量子ドットなど開発が進んでいる(例えば、特許文献1を参照)。しかしながら、現行で開発されているものは一般的に半値幅が広く、青色発光の量子ドットとしては適さない。
 一方、青色発光の材料としては、窒化ガリウム(GaN)やセレン化亜鉛(ZnSe)など、比較的バンドギャップの大きいものが知られている。量子ドットとしては、ZnSe量子ドットが開発されており、ZnSeを用いて青色発光の蛍光体を合成する例は多数報告されている。しかしながら、従来の青色LEDの代替品となるような波長、及び半値幅を備えた実用的なZnSe量子ドットの報告はほとんどされていない。
 例えば、下記の非特許文献1では、有機亜鉛化合物と比較的反応性の高いと考えられるジフェニルホスフィンセレニドを用いた直接的なZnSeの合成方法について詳細に記載されている。本論文で得られたZnSeは、蛍光波長が430nm程度であり、実用化に用いる青色の蛍光波長である450nmには満たないため実用には適さない。
 また、下記の非特許文献2においても、水系でのZnSe合成方法が報告されている。反応は低温で進行するものの、半値幅が30nm以上でやや広く、蛍光波長は430nmに満たないため、これを用いて従来の青色LEDの代替品として用いて高色域化を達成するには不適である。
国際公開第2007/060889号パンフレット
Organic Electronics 15 (2014) 126-131 Materials Science and EngineeringC 64 (2016) 167-172
 以上のように、青色量子ドットの研究開発は進んでいるものの、いずれの量子ドットも量産可能なレベルで、蛍光波長430nm以上で、且つ蛍光半値幅25nm以下を達成していない。
 上述したZnSeに関し、直接合成による合成方法では、亜鉛原料の反応性を高めるために、例えば、ジエチル亜鉛(EtZn)などの有機亜鉛化合物を使用する方法がある。しかしながら、ジエチル亜鉛は反応性が高く、空気中で発火するため不活性ガス気流下で取り扱わなければならないなど、原料の取り扱いや保管が難しく、それを用いた反応も発熱、発火等の危険を伴うため、量産には不向きである。また同様に、セレン原料の反応性を高めるために、例えば、水素化セレン(HSe)を用いた反応なども毒性、安全性の観点から量産には適さない。
 また、上記のような反応性の高い亜鉛原料やセレン原料を用いた反応系では、ZnSeは生成するものの、粒子生成が制御されておらず、結果として生じたZnSe半値幅が広くなる。
 蛍光半値幅の狭いZnSe量子ドットの合成方法は報告されているが、青色で、且つ半値幅が狭く、更に量産可能な安全な方法で半値幅が狭いZnSeの合成確認された報告例はなかった。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、Cdフリーで蛍光半値幅が狭い、青色蛍光を発する量子ドットを提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記の量子ドットを、安全に、且つ量産可能な製造方法を提供することを目的とする。
 本発明における量子ドットは、カドミウム(Cd)を含まず、蛍光半値幅が25nm以下であることを特徴とする。
 本発明では、前記量子ドットは、亜鉛(Zn)とセレン(Se)、或いは、亜鉛(Zn)とセレン(Se)と硫黄(S)とを含有するナノクリスタルであることが好ましい。
 本発明では、前記量子ドットは、前記ナノクリスタルをコアとし、前記コアの表面にシェルが被覆されたコアシェル構造を有することが好ましい。
 本発明では、蛍光波長が、410nm以上で470nm以下の範囲であることが好ましい。
 本発明では、前記量子ドットの表面が配位子(Ligand)で覆われていることが好ましい。
 本発明では、前記配位子は、脂肪族アミン系、ホスフィン系、及び、脂肪族カルボン酸系の少なくともいずれか1種又は2種から選択されることが好ましい。
 本発明の量子ドットの製造方法は、有機銅化合物、或いは、無機銅化合物と、有機カルコゲン化合物とから、前駆体としての銅カルコゲニドを合成し、前記前駆体を用いて、カドミウム(Cd)を含まない量子ドットを合成することが好ましい。
 本発明では、前記銅カルゴゲニドからなる前駆体の銅(Cu)と亜鉛(Zn)とを金属交換することが好ましい。
 本発明では、前記金属交換反応を、180℃以上280℃以下で行うことが好ましい。また、前記銅カルコゲニドを、140℃以上250℃以下の反応温度で合成することが好ましい。
 本発明では、前記量子ドットは、亜鉛とセレン、或いは、亜鉛とセレンと硫黄とを含有するナノクリスタルであることが好ましい。
 本発明における波長変換部材は、上記の量子ドット、或いは、上記の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする。
 本発明における照明部材は、上記の量子ドット、或いは、上記の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする。
 本発明におけるバックライト装置は、上記の量子ドット、或いは、上記の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする。
 本発明における表示装置は、上記の量子ドット、或いは、上記の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする。
 本発明によれば、粒子形状やサイズの揃った量子ドットを合成できるため、蛍光半値幅を狭くでき、高色域化の向上を図ることができる。
 また本発明の量子ドットの製造方法によれば、蛍光半値幅が狭く、Cdを含まない量子ドットを、安全に、且つ、量産可能な方法で製造することが可能である。
図1Aは本発明の実施形態における量子ドットの模式図である。図1Bは本発明の実施形態における量子ドットの模式図である。 実施例1におけるZnSeの蛍光(Photoluminescence:PL)スペクトルである。 実施例2におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例3におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例4におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例5におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例6におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例7におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例8におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例9におけるZnSeのPLスペクトルである。 実施例1におけるZnSeの走査線電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy:SEM)写真である。 実施例1におけるZnSeのX線回折(Xray Diffraction:XRDスペクトルである。 実施例1におけるCuSeのSEM写真である。
 以下、本発明の一実施形態(以下、「実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
 図1A及び図1Bは、本実施形態における量子ドットの模式図である。図1Aに示す量子ドット1は、カドミウム(以下、Cdと称する)を含まないナノクリスタルである。
 本実施形態では、量子ドット1は、亜鉛とセレン(以下、Zn、Seと称する)、又は、亜鉛とセレンと硫黄(Zn、Se、Sと称する)とを含有するナノクリスタルであることが好ましい。
 量子ドット1は、バンド端発光による蛍光特性を有し、その粒子がナノサイズであることより量子サイズ効果を発現する。
 ここで「ナノクリスタル」とは、数nm~数十nm程度の粒径を有するナノ粒子を指す。本実施形態では、多数の量子ドット1を、略均一の粒径にて生成することができる。
 量子ドット1に含まれる、ZnとSe、或いは、ZnとSeとSは主成分であるが、これら元素以外の元素が含まれていてもよい。ただし、Cdは含まず、また、リン(P)も含まないことが好適である。有機リン化合物は高価であり、また空気中で酸化されやすいため合成が不安定化し、コストの上昇や蛍光特性の不安定化、製造工程の煩雑性を招きやすくなる。
 本実施形態の量子ドット1は、蛍光半値幅が25nm以下である。「蛍光半値幅」とは、蛍光スペクトルにおける蛍光強度のピーク値の半分の強度での蛍光波長の広がりを示す半値全幅(Full Width at Half Maximum)を指す。また、蛍光半値幅は23nm以下であることが好ましい。また、蛍光半値幅は20nm以下であることがより好ましい。また、蛍光半値幅は17nm以下であることが更により好ましい。このように、本実施形態では蛍光半値幅を狭くすることができるため、高色域化の向上を図ることができる。
 本実施形態では、後述するように、量子ドット1を合成する反応系として、銅カルコゲニドを前駆体として合成した後に、前駆体に対して金属交換反応を行う。このような間接的な合成反応に基づいて量子ドット1を製造することで、蛍光半値幅を狭くすることができ、具体的には25nm以下の蛍光半値幅を達成することができる。
 量子ドット1の表面には多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。これにより、量子ドット1同士の凝集を抑制でき、目的とする光学特性が発現する。反応に用いることのできる配位子は特に限定されないが、例えば、以下の配位子が、代表的なものとして挙げられる。
脂肪族1級アミン系、オレイルアミン:C1835NH、ステアリル(オクタデシル)アミン:C1837NH、ドデシル(ラウリル)アミン:C1225NH、デシルアミン:C1021NH、オクチルアミン:C17NH
脂肪酸、オレイン酸:C1733COOH、ステアリン酸:C1735COOH、パルミチン酸:C1531COOH、ミリスチン酸:C1327COOH、ラウリル(ドデカン)酸:C1123COOH、デカン酸:C19COOH、オクタン酸:C15COOH
チオール系、オクタデカンチオール:C1837SH、ヘキサンデカンチオール:C1633SH、テトラデカンチオール:C1429SH、ドデカンチオール:C1225SH、デカンチオール:C1021SH、オクタンチオール:C17SH
ホスフィン系、トリオクチルホスフィン:(C17P、トリフェニルホスフィン:(CP、トリブチルホスフィン:(C
ホスフィンオキシド系、トリオクチルホスフィンオキシド:(C17P=O、トリフェニルホスフィンオキシド:(CP=O、トリブチルホスフィンオキシド:(CP=O
 本実施形態における量子ドット1の蛍光量子収率(Quantum Yield)は、10%以上である。また、蛍光量子収率は、30%以上であることがより好ましく、50%以上であることが更に好ましい。このように、本実施形態では、量子ドットの蛍光量子収率を高めることができる。
 本実施形態では、蛍光波長を、410nm以上470nm以下程度にまで自由に制御することができる。本実施形態における量子ドット1は、亜鉛以外にカルコゲン元素を用いた、ZnSeをベースとする固溶体である。本実施形態では、量子ドット1の粒径及び、量子ドット1の組成を調整することによって、蛍光波長を制御することが可能である。このため、蛍光波長は、410nm以上であることが好ましく、430nm以上であることがより好ましい。また蛍光波長は、440nm以上であることが好ましく、470nm以下であることがより好ましく、460nm以下であることが更に好ましい。
 なお、本実施形態では、蛍光波長を青色に制御することが可能である。
 図1Bに示す量子ドット1は、コア1aと、コア1aの表面に被覆されたシェル1bと、を有するコアシェル構造である。図1Bに示すように、量子ドット1の表面には多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。また、図1Bに示す量子ドット1の蛍光半値幅は25nm以下である。
 図1Bに示す量子ドット1のコア1aは、図1Aに示すナノクリスタルである。したがって、コア1aは、ZnSe、或いは、ZnSeSで形成されることが好ましい。シェル1bは、コア1aと同様に、カドミウム(Cd)を含まない。シェル1bは、特に材質を問うものではないが、例えば、硫化亜鉛(ZnS)等で形成される。
 なお、シェル1bは、コア1aの表面に固溶化した状態であってもよい。図1Bでは、コア1aとシェル1bとの境界を点線で示したが、これは、コア1aとシェル1bとの境界を分析により確認できてもできなくてもどちらでもよいことを指す。なお、本実施形態では、ZnSeコアのみでも蛍光を発する特徴を有する。
 図1Bに示す量子ドット1も、図1Aと同様に、蛍光波長を、410nm以上で470nm以下程度にまで自由に制御することができる。そして、本実施形態では、蛍光波長を青色に制御することが可能である。
 続いて、本実施形態の量子ドット1の製造方法について説明する。
 まず、本実施形態では、有機銅化合物、或いは、無機銅化合物と、有機カルコゲン化合物とから銅カルコゲニド(前駆体)を合成する。具体的には、前駆体としては、セレン化銅:CuSe、或いは、セレン化硫化銅:CuSeSであることが好ましい。
 ここで、本実施形態では、CuSeのCu原料を、特に限定はしないが、例えば、下記の有機銅試薬や無機銅試薬を用いることができる。すなわち、酢酸塩として酢酸銅(I)Cu(OAc)、酢酸銅(II):Cu(OAc)、脂肪酸塩として、ステアリン酸銅:Cu(OC(=O)C1735、オレイン酸銅:Cu(OC(=O)C1733、ミリスチン酸銅:Cu(OC(=O)C1327、ドデカン酸銅:Cu(OC(=O)C1123、銅アセチルアセトネート:Cu(acac)、ハロゲン化物として1価、又は2価の両方の化合物が使用可能であり、塩化銅(I):CuCl、塩化銅(II):CuCl、臭化銅(I):CuBr、臭化銅(II):CuBr、ヨウ化銅(I):CuI、ヨウ化銅(II):CuIなどを用いることができる。
 本実施形態では、セレンは、有機セレン化合物(有機カルコゲニド)を原料として用いる。特に化合物の構造を限定するものではないが、例えば、トリオクチルホスフィンにセレンを溶解させたトリオクチルホスフィンセレニド:(C17P=Se、或いは、トリブチルホスフィンにセレンを溶解させたトリブチルホスフィンセレニド:(CP=Se等を用いることができる。又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒にセレンを高温で溶解させた溶液(Se-ODE)や、又はオレイルアミンとドデカンチオールの混合物に溶解させた溶液(Se-DDT/OLAm)などを用いることができる。
 本実施形態では、有機銅化合物、或いは、無機銅化合物と、有機カルコゲン化合物とを混合し溶解させる。溶媒としては、高沸点の飽和炭化水素又は不飽和炭化水素として、オクタデセンを用いることができる。これ以外にも芳香族系の高沸点溶媒として、t-ブチルベンゼン:t-butylbenzene、高沸点のエステル系の溶媒として、ブチルブチレート:CCOOC、ベンジルブチレート:CCHCOOCなどを用いることが可能であるが、脂肪族アミン系、又は脂肪酸系の化合物や脂肪族リン系の化合物、又はこれらの混合物を溶媒として用いることも可能である。
 このとき、反応温度を140℃以上で250℃以下の範囲に設定し、銅カルコゲニド(前駆体)を合成する。なお、反応温度は、より低温の、140℃以上で220℃以下であることが好ましく、更に低温の、140℃以上で200℃以下であることがより好ましい。
 また、本実施形態では、反応法に特に限定はないが、半値幅の狭い量子ドットを得るために、粒径の揃ったCuSe、CuSeSを合成することが重要である。
 また、本実施形態では、コアとして、より半値幅の狭いZnSeを得るためには、硫黄(S)をコアに固溶させることが重要である。このため前駆体であるCuSeの合成において、チオールを添加することが好ましく、より半値幅の狭い量子ドットを得るためには、Se原料としてSe-DDT/OLAmを使用することがより好ましい。特にチオールを限定するものでないが、例えば、オクタデカンチオール:C1837SH、ヘキサンデカンチオール:C1633SH、テトラデカンチオール:C1429SH、ドデカンチオール:C1225SH、デカンチオール:C1021SH、オクタンチオール:C17SH、等である。
 次に、ZnSe、又は、ZnSeSの原料として、有機亜鉛化合物や無機亜鉛化合物を用意する。有機亜鉛化合物や無機亜鉛化合物は、空気中でも安定で取り扱い容易な原料である。有機亜鉛化合物や無機亜鉛化合物の構造を特に限定するものではないが、金属交換反応を効率よく行うためには、イオン性の高い亜鉛化合物を使用するのが好ましい。例えば、以下に示す有機亜鉛化合物及び無機亜鉛化合物を用いることができる。すなわち、酢酸塩として酢酸亜鉛:Zn(OAc)、硝酸亜鉛:Zn(NO、脂肪酸塩として、ステアリン酸亜鉛:Zn(OC(=O)C1735、オレイン酸亜鉛:Zn(OC(=O)C1733、パルミチン酸亜鉛:Zn(OC(=O)C1531、ミリスチン酸亜鉛:Zn(OC(=O)C1327、ドデカン酸亜鉛:Zn(OC(=O)C1123、亜鉛アセチルアセトネート:Zn(acac)、ハロゲン化物として、塩化亜鉛:ZnCl、臭化亜鉛:ZnBr、ヨウ化亜鉛:ZnI、カルバミン酸亜鉛としてジエチルジチオカルバミン酸亜鉛:Zn(SC(=S)N(C、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛:Zn(SC(=S)N(CH、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛:Zn(SC(=S)N(C等を用いることができる。
 続いて、上記の有機亜鉛化合物や無機亜鉛化合物を、銅カルコゲニドの前駆体が合成された反応溶液に添加する。これにより、銅カルコゲニドの銅(Cu)と、亜鉛(Zn)との金属交換反応が生じる。金属交換反応を、180℃以上280℃以下で生じさせることが好ましい。また、金属交換反応を、より低温の、180℃以上250℃以下で生じさせることがより好ましい。
 本実施形態では、CuとZnの金属交換反応は、定量的に進行し、ナノクリスタルには前駆体のCuが含有されないことが好ましい。前駆体のCuが残留すると、Cuがドーパントとして働き、別の発光機構で発光して半値幅が広がってしまうためである。このCuの残存量は100ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、10ppm以下が理想的である。
 また、本実施形態では、金属交換を行う際に、前駆体の金属を配位又はキレートなどにより反応溶液中に遊離させる補助的な役割をもつ化合物が必要である。
 上述の役割を有する化合物としては、Cuと錯形成可能なリガンドが挙げられる。例えば、リン系リガンド、アミン系リガンド、硫黄系リガンドが好ましく、その中でも、その効率の高さからリン系リガンドが更に好ましい。
 これにより、CuとZnとの金属交換が適切に行われ、ZnとSeとをベースとする蛍光半値幅の狭い量子ドットを製造することができる。
 本実施形態では、有機銅化合物、或いは、無機銅化合物と、有機カルコゲン化合物とから、銅カルコゲニドを前駆体として合成し、前駆体を用いて金属交換することによって量子ドットを合成する。このように、本実施形態では、まず、前駆体の合成を経て量子ドットを合成しており、直接合成していない。このような間接的な合成により、反応性が高過ぎて取り扱いが危険な試薬を使う必要はなく、半値幅の狭いZnSe系量子ドットを安全かつ安定的に合成することが可能である。
 また、本実施形態では、前駆体を単離・精製することなく、ワンポットで、Cu-Znの金属交換を行い、所望の量子ドットを得ることが可能である。一方、前駆体の銅カルコゲニドを一度、単離・精製してから使用してもよい。
 また、本実施形態では、合成した量子ドットは、洗浄、単離精製、被覆処理やリガンド交換などの各種処理を行わずとも蛍光特性を発現する。
 ただし、図1Bに示すように、ZnSe、或いは、ZnSeS等のナノクリスタルからなるコア1aをシェル1bで被覆することによって、蛍光量子収率を更に増大させることができる。
 また、本実施形態では、コア/シェル構造を前駆体の段階で合成することが可能である。例えば、シェル構造にセレン化亜鉛(ZnSe)を用いた場合、前駆体の銅カルコゲニドはCuSe/CuSである。これを1つの反応容器でS原料を連続的に添加することによって合成し、引き続き、Cu-Znの金属交換を行うことによって、ZnSe/ZnSを得ることが可能である。
 また、本実施形態では、シェル構造に用いるS原料としては、特に限定するものではないが、以下の原料が代表的なものとして挙げられる。
 チオール類:オクタデカンチオール:C1837SH、ヘキサンデカンチオール:C1633SH、テトラデカンチオール:C1429SH、ドデカンチオール:C1225SH、デカンチオール:C1021SH、オクタンチオール:C17SH、ベンゼンチオール:CSH、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒に硫黄を溶解させた溶液(S-ODE)や、又はオレイルアミンとドデカンチオールの混合物に溶解させた溶液(S-DDT/OLAm)などを用いることができる。
 図1A、図1Bに示す量子ドット1の用途を、特に限定するものでないが、例えば、青色蛍光を発する本実施形態の量子ドット1を、波長変換部材、照明部材、バックライト装置、及び、表示装置等に適用することができる。
 本実施形態の量子ドット1を波長変換部材、照明部材、バックライト装置、及び、表示装置等の一部に適用し、例えば、フォトルミネッセンス(Photoluminescence:PL)を発光原理として採用する場合、光源からのUV照射により、青色蛍光を発することを可能とする。或いは、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を発光原理として採用する場合、或いは、他の方法で3原色すべてを量子ドットで発光させる場合、本実施形態の量子ドット1を用いた青色蛍光を発する発光素子とすることができる。本実施形態では、緑色蛍光を発する量子ドット、赤色蛍光を発する量子ドットとともに、青色蛍光を発する本実施形態の量子ドット1を含む発光素子(フルカラーLED)とすることで、白色を発光させることが可能になる。
 波長変換部材は、シート状、フィルム状或いは成形体で形成される。例えば、量子ドットが樹脂に分散されてなる成形体は、収納空間を有する容器に圧入等により収納される。このとき、成形体の屈折率は、容器の屈折率より小さいことが好ましい。これにより、成形体に進入した光の一部が、容器の内壁で全反射する。したがって、容器の側方から外部に漏れる光の梁を減らすことができる。本実施の形態における蛍光半値幅の狭い量子ドットを、波長変換部材、照明部材、バックライト装置、及び、表示装置等に適用することで、発光特性を効果的に向上させることが可能となる。
 以下、本発明の実施例及び比較例により本発明の効果を説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
<原料>
 本発明では、カドミウムを含まない量子ドットを合成するにあたり以下の原料を用いた。
 溶媒
  オクタデセン:Aldrich株式会社製、出光興産株式会社製
  オレイルアミン:花王株式会社製:ファーミン
  オレイン酸:花王株式会社製:ルナックO-V
  トリオクチルホスフィン:北興化学株式会社製
 塩化亜鉛:Aldrich株式会社製、又はキシダ化学株式会社製
 ヨウ化亜鉛:Aldrich株式会社製
 酢酸亜鉛2水和物:生駒化学株式会社製
 無水酢酸亜鉛:Aldrich株式会社製
 セレン(4N:99.99%):新興化学株式会社製、又はAldrich株式会社製
 硫黄:キシダ化学株式会社製
<測定機器>
 蛍光分光計:日本分光株式会社製 F-2700
 紫外-可視光分光光度計:日立株式会社製 V-770
 量子収率測定装置:大塚電子株式会社製 QE-1100
 X線回折装置(XRD):Bruker社製 D2 PHASER
 走査線電子顕微鏡(SEM):日立株式会社製 SU9000
 [実施例1]
 100mL反応容器に、アセチルアセトナト銅:Cu(acac) 131mgと、ドデカンチオール:DDT 1.5mLと、オレイルアミン:OLAm 4.75mLと、オクタデセン:ODE 6.25mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.3M)1.75mLを添加し、220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 CuSe反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、CuSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 682mgとトリオクチルホスフィン:TOP 10mLと、オレイルアミン:OLAm 0.4mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe)を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液14mLに、塩化亜鉛:ZnCl 682mgとトリオクチルホスフィン:TOP 5mLと、オレイルアミン:OLAm 0.5mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で120分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図2に示すように、蛍光波長が約446.0nm、蛍光半値幅が約16.6nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約30.6%であった。
 また、得られた反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収した。そして、その沈殿にトルエンを加えて分散させ、ZnSe(S)粒子の分散溶液とした。
 [実施例2]
 100mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 36.3mgと、ドデカンチオール:DDT 0.3mLと、Se-DDT/OLAm溶液(0.5M)0.4mLと、オクタデセン:ODE 10mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下、220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 273mgと、トリオクチルホスフィン:TOP 3mLと、オレイルアミン:OLAm 0.1mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図3に示すように、蛍光波長が約445.5nm、蛍光半値幅が約23.0nmである光学特性が得られた。
 [実施例3]
 100mL反応容器に、アセチルアセトナト銅:Cu(acac) 131mgと、ドデカンチオール:DDT 1.5mLと、オレイルアミン:OLAm 4.75mLと、オクタデセン:ODE 6.25mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.5M)1mLを添加し、200℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.2M)1mLを添加し、200℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSeS)を、室温まで冷却した。
 CuSeS反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にTOPを加えて分散させた。
 その後、CuSeS-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 682mgと、オレイルアミン:OLAm 0.4mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSeS)を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図4に示すように、蛍光波長が約454.0nm、蛍光半値幅が約19.7nmである光学特性が得られた。
 [実施例4]
 100mL反応容器に、オレイン酸銅のオクタデセン溶液(0.2M):Cu(OLAc)-ODE 1.2mLと、Se-ODE溶液 3mLと、溶液ドデカンチオール:DDT 0.4mLと、オクタデセン:ODE 3mLを入れた。この溶液を200℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSeS)を、室温まで冷却した。
 このCuSeS反応液にトリオクチルホスフィン:TOP 5mLとオレイルアミン:OLAm 1.0mL、塩化亜鉛:ZnCl 940mgとを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、200℃で20分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSeS)を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図5に示すように、蛍光波長が約434.0nm、蛍光半値幅が約23.5nmである光学特性が得られた。
 [実施例5]
 300mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 543mgと、ドデカンチオール:DDT 9mLと、オレイルアミン:OLAm 28.5mLと、オクタデセン:ODE 37.5mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.3M)10.5mLを添加し、220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 CuSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、CuSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 4092mgとトリオクチルホスフィン:TOP 60mLと、オレイルアミン:OLAm 2.4mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 4092mgとトリオクチルホスフィン:TOP 30mLと、オレイルアミン:OLAm 3mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で120分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.1M)15mLを添加し、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 2052mgとトリオクチルホスフィン:TOP 36mLと、オレイルアミン:OLAm 1.2mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図6に示すように、蛍光波長が約445.5nm、蛍光半値幅が約13.3nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約52%であった。
 [実施例6]
 300mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 543mgと、ドデカンチオール:DDT 9mLと、オレイルアミン:OLAm 9mLと、オクタデセン:ODE 57mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.3M)10.5mLを添加し、220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 4092mgとトリオクチルホスフィン:TOP 60mLと、オレイルアミン:OLAm 2.4mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe)を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 6150mgとトリオクチルホスフィン:TOP 30mLと、オレイルアミン:OLAm 3mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.1M)15mLを添加し、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 その後、この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 2052mgとトリオクチルホスフィン:TOP 36mLと、オレイルアミン:OLAm 1.2mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図7に示すように、蛍光波長が約436.0nm、蛍光半値幅が約15.2nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約66%であった。
 [実施例7]
 300mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 546mgと、ドデカンチオール:DDT 9mLと、オレイルアミン:OLAm 9mLと、オクタデセン:ODE 57mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.3M)8.4mLを添加し、220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 CuSe反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、CuSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 4092mgとトリオクチルホスフィン:TOP 60mLと、オレイルアミン:OLAm 2.4mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe)を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 4092mgとトリオクチルホスフィン:TOP 30mLと、オレイルアミン:OLAm 3mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.1M)15mLを添加し、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 2052mgとトリオクチルホスフィン:TOP 36mLと、オレイルアミン:OLAm 1.2mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で60分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図8に示すように、蛍光波長が約432.0nm、蛍光半値幅が約15.3nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約70%であった。
 [実施例8]
 100mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 72.6mgと、オレイルアミン:OLAm 0.263mLと、オクタデセン:ODE 10mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-ODE溶液(0.1M)2mLを添加し、145℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe)を、室温まで冷却した。
 この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 546mgとトリオクチルホスフィン:TOP 5mLと、オレイルアミン:OLAm 0.1mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe)を、室温まで冷却した。
 ZnSe反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 546mgとトリオクチルホスフィン:TOP 5mLと、オレイルアミン:OLAm 0.1mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe)を、室温まで冷却した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.1M)2mLを添加し、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 その後、この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 274mgとトリオクチルホスフィン:TOP 6mLと、オレイルアミン:OLAm 0.2mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、230℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図9に示すように、蛍光波長が約425.5nm、蛍光半値幅が約22.1nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約63%であった。
 [実施例9]
 100mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 182mgと、ドデカンチオール:DDT 3mLと、オレイルアミン:OLAm 9.5mLと、オクタデセン:ODE 12.5mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、Se-DDT/OLAm溶液(0.5M)2mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱し、さらに、Se-ODE溶液(0.1M)8mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(CuSe(S))を、室温まで冷却した。
 この溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 1364mgとトリオクチルホスフィン:TOP 20mLと、オレイルアミン:OLAm 0.8mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 ZnSe(S)反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 その後、ZnSe(S)-ODE溶液に、塩化亜鉛:ZnCl 2050mgとトリオクチルホスフィン:TOP 10mLと、オレイルアミン:OLAm 1mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で120分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S))を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、図10に示すように、蛍光波長が約452.5nm、蛍光半値幅が約16.2nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約25%であった。
 [実施例10]
 実施例6の反応溶液に、ドデシルアミン:DDA 0.6mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で5分間、攪拌しつつ加熱した。
 この溶液に、S-ODE溶液(0.1M)6mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱し、さらに、オクタン酸亜鉛溶液(0.1M)12mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。S-ODE溶液、オクタン酸亜鉛溶液の加熱撹拌の操作を計2回行った。その後、200℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約436.0nm、蛍光半値幅が約14.7nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約58%であった。
 [実施例11]
 実施例6の反応溶液100mLに、ドデシルアミン:DDA 1mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、220℃で5分間、攪拌しつつ加熱した。
 この溶液に、S-DDT/OLAm溶液(0.1M)10mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱し、さらに、オクタン酸亜鉛溶液(0.1M)20mLを添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。S-ODE溶液、オクタン酸亜鉛溶液の加熱撹拌の操作を計2回行った。その後、200℃で30分間、攪拌しつつ加熱した。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約436.0nm、蛍光半値幅が約15.1nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約48%であった。
 [実施例12-1]
 実施例5の反応溶液10mLに、エタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 この溶液に、オレイルアミン:OLAm 0.75mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、320℃で3分間、攪拌しつつ加熱した。
 その後、オレイン酸亜鉛溶液(0.4M)5mLとドデカンチオール:DDT 0.375mLの混合液を0.25mL添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。この混合液を追加添加し、加熱撹拌を行う操作を計3回行った。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 また、得られた反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収した。そして、その沈殿にヘキサンを加えて分散させ、ZnSe(S)-ZnS粒子の分散溶液とした。
 得られたヘキサン分散溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約445.5nm、蛍光半値幅が約22.5nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約3%であった。
 [実施例12-2]
 実施例6の反応溶液12.5mLに、エタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 この溶液に、オレイルアミン:OLAm 0.75mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、320℃で3分間、攪拌しつつ加熱した。
 その後、オレイン酸亜鉛溶液(0.4M)5mLとドデカンチオール:DDT 0.375mLの混合液を0.25mL添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。この混合液を追加添加し、加熱撹拌を行う操作を計3回行った。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 また、得られた反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収した。そして、その沈殿にヘキサンを加えて分散させ、ZnSe(S)-ZnS粒子の分散溶液とした。
 得られたヘキサン分散溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約431.0nm、蛍光半値幅が約18.0nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約9%であった。
 [実施例12-3]
 実施例7の反応溶液10mLに、エタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 この溶液に、オレイルアミン:OLAm 0.75mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下にて、320℃で3分間、攪拌しつつ加熱した。
 その後、オレイン酸亜鉛溶液(0.4M)5mLとドデカンチオール:DDT 0.375mLの混合液を0.25mL添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。この混合液を追加添加し、加熱撹拌を行う操作を計3回行った。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 また、得られた反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収した。そして、その沈殿にヘキサンを加えて分散させ、ZnSe(S)-ZnS粒子の分散溶液とした。
 得られたヘキサン分散溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約432.0nm、蛍光半値幅が約21.0nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約23%であった。
 [実施例13]
 実施例7の反応溶液10mLに、エタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収し、その沈殿にODEを加えて分散させた。
 この溶液を、不活性ガス(N)雰囲気下にて、280℃で3分間、攪拌しつつ加熱した。
 その後、オレイン酸亜鉛溶液(0.4M)5mLとドデカンチオール:DDT 0.375mLの混合液を0.25mL添加し220℃で10分間、攪拌しつつ加熱した。この混合液を追加添加し、加熱撹拌を行う操作を計12回行った。得られた反応溶液(ZnSe(S)-ZnS)を、室温まで冷却した。
 また、得られた反応液にエタノールを加え沈殿を発生させ、遠心分離を施して沈殿を回収した。そして、その沈殿にヘキサンを加えて分散させ、ZnSe(S)-ZnS粒子の分散溶液とした。
 得られたヘキサン分散溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約430.0nm、蛍光半値幅が約16.0nmである光学特性が得られた。
 得られた反応溶液を、量子効率測定システムで測定した。その結果、量子収率が約54%であった。
 [比較例1]
 100mL反応容器に、オレイン酸亜鉛:Zn(OLAc)-ODE溶液(0.4M)0.833mLと、Se-ODE溶液(0.1M)10mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下、280℃で35分間攪拌しつつ加熱した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約459.0nm、蛍光半値幅が約45.2nmである光学特性が得られた。
 [比較例2]
 100mL反応容器に、Se-ODE溶液(0.1M)20mLを入れ、不活性ガス(N)雰囲気下、260℃で3分間攪拌しつつ加熱した。
 この溶液に、オレイン酸亜鉛:Zn(OLAc)-ODE溶液(0.4M)1.67mLを添加し、240℃で30分間攪拌しつつ加熱した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約461.0nm、蛍光半値幅が約65.8nmである光学特性が得られた。
 [実施例14]
 100mL反応容器に、無水酢酸銅:Cu(OAc) 183mgと、オレイルアミン:OLAm 0.66mLと、オクタン酸 0.64mL、オクタデセン:ODE 8.7mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、トリオクチルホスフィンセレニド溶液:Se-TOP溶液(0.2M)2.5mLを添加し、230℃で120分間攪拌しつつ加熱した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約406.5nm、蛍光半値幅が約20.8nmである光学特性が得られた。
 [実施例15]
 100mL反応容器に、オクタン酸亜鉛:141mgと、オクタデセン:ODE 20mLを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下で攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
 この溶液に、トリブチルホスフィンセレニド溶液:Se-TBP溶液(0.2M)0.2mLを添加し、280℃で30分間攪拌しつつ加熱した。
 得られた反応溶液を、蛍光分光計で測定した。その結果、蛍光波長が約415.0nm、蛍光半値幅が約22.5nmである光学特性が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表8に示すように、本実施例では、いずれも蛍光半値幅が25nm以下であった。また、20nm以下にすることができ、更に、17nm以下に制御することが可能であるとわかった。
 また、表8に示すように、蛍光波長を、410nm~470nmの範囲内で調整することが可能であるとわかった。また、蛍光波長を、430nm~470nmの範囲に調整することが可能であり、更には、440nm~460nmの範囲内に調整することも可能であるとわかった。
 また、実施例1のZnSe粒子の分散溶液を、走査型電子顕微鏡(SEM)、及びX線回折(XRD)装置を用いて測定した。図11が、走査型電子顕微鏡(SEM)の測定結果であり、図12が、X線回折(XRD)の測定結果である。
 また、実施例1のCuSe粒子の分散溶液を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定した。その結果が図13に示されている。
 図11及び図13に示すように、量子ドットとしてのZnSe粒子、及び前駆体としてのCuSeの各粒子径をほぼ均一に生成できたことがわかった。
 また、図12に示すZnSeのXRDスペクトルのピーク値より、ZnSe固溶体が生成していることが証明された。
 本発明によれば、青色蛍光を発する量子ドットを安定して得ることができる。そして本発明の量子ドットを、LEDやバックライト装置、表示装置等に適用することで、各装置において優れた発光特性を得ることができる。
 本出願は、2017年10月12日出願の特願2017-198667に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (15)

  1.  カドミウムを含まず、蛍光半値幅が、25nm以下であることを特徴とする量子ドット。
  2.  前記量子ドットは、亜鉛とセレン、或いは、亜鉛とセレンと硫黄とを含有するナノクリスタルであることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット。
  3.  前記量子ドットは、前記ナノクリスタルをコアとし、前記コアの表面にシェルが被覆されたコアシェル構造を有することを特徴とする請求項2に記載の量子ドット。
  4.  蛍光波長が、410nm以上470nm以下の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の量子ドット。
  5.  前記量子ドットの表面が配位子で覆われていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の量子ドット。
  6.  前記配位子は、脂肪族アミン系、ホスフィン系、及び、脂肪族カルボン酸系の少なくともいずれか1種から選択されることを特徴とする請求項5に記載の量子ドット。
  7.  有機銅化合物、或いは、無機銅化合物と、有機カルコゲン化合物とから、前駆体としての銅カルコゲニドを合成し、銅カルコゲニド前駆体を用いて、カドミウムを含まない量子ドットを合成することを特徴とする量子ドットの製造方法。
  8.  前記銅カルゴゲニドからなる前駆体の銅と亜鉛とを金属交換することを特徴とする請求項7に記載の量子ドットの製造方法。
  9.  前記金属交換反応を、180℃以上280℃以下で行うことを特徴とする請求項8に記載の量子ドットの製造方法。
  10.  前記銅カルコゲニドを、140℃以上250℃以下の反応温度で合成することを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
  11.  前記量子ドットは、亜鉛とセレン、或いは、亜鉛とセレンと硫黄とを含有するナノクリスタルであることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
  12.  請求項1から請求項6のいずれかに記載の量子ドット、或いは、請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする波長変換部材。
  13.  請求項1から請求項6のいずれかに記載の量子ドット、或いは、請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする照明部材。
  14.  請求項1から請求項6のいずれかに記載の量子ドット、或いは、請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とするバックライト装置。
  15.  請求項1から請求項6のいずれかに記載の量子ドット、或いは、請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の量子ドットの製造方法で形成された量子ドットを含むことを特徴とする表示装置。
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