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技術 半導体微粒子組成物、該組成物を用いてなる塗工液、インキ組成物、及びインクジェットインキ、塗工物、印刷物、波長変換フィルム、カラーフィルター、発光素子

出願人 東洋インキSCホールディングス株式会社
発明者 鬼久保俊一
出願日 2018年9月20日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2018-175678
公開日 2020年3月26日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-045440
状態 未査定
技術分野 インクジェット(インク供給、その他) 塗料、除去剤 発光性組成物 エレクトロルミネッセンス光源 インキ、鉛筆の芯、クレヨン インクジェット記録方法及びその記録媒体 ナノ構造物
主要キーワード 構成原子団 共役ユニット フッ素化芳香族ポリマー 無水酢酸亜鉛 励起エネルギー源 フルオレンポリエステル フィルターセグメント ノズルつまり
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この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
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課題

本発明の課題は、半導体微粒子組成物の諸特性、特に量子ドット蛍光特性を損なうことなく、塗工液インキ、特にインクジェット法印刷可能なインキを提供することであり、それを使用して、特性や経時安定性に優れた塗工物印刷物、より具体的には、蛍光特性に優れた波長変換フィルムカラーフィルター発光素子を提供することである。

解決手段

上記課題は、半導体微粒子と当該粒子の表面を覆う被覆材料からなり、被覆材料が、下記一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする、半導体微粒子組成物によって解決される。

概要

背景

本発明の主要構成をなす量子ドットは、量子力学に従う独特光学特性発現させるために、電子微小な空間に閉じ込めるために形成された極小さな粒(ドット)である。1粒の量子ドットの大きさは、直径1ナノメートルから数10ナノメートルであり、約1万個以下の原子で構成されている。発する蛍光波長が、粒の大きさで連続的に制御できること、蛍光強度波長分布対称性の高いシャープな発光が得られることから近年注目を集めている。
量子ドットは、人体を透過しやすい波長に蛍光を調整でき、体内のあらゆる場所に送達できることより発光材料として生体イメージング用途(非特許文献1)、褪色の恐れがない波長変換材料として太陽電池用途(特許文献1)、鮮明な発光材料、波長変換材料としてエレクトロニクスフォトニクス用途(特許文献2,3)への展開検討が行われている。

これらの用途に展開するときに、微細パターンを形成することが必要になる。パターン形成のために感光材料を用いて、レジスト液作成し、マスクを介して光照射する方法が提案されている(特許文献4)。しかし、感光材料や光照射時に量子ドットが劣化したり、現像で取り除く部分にも量子ドットが含まれ、量子ドット材料利用効率が悪い等の問題があった。
レジスト化しない方法としてはインクジェット法が知られているが、これまでインクジェット法に用いることのできる実用的な量子ドットインキは作成されていない。

また現状の量子ドット自体の課題として、発光効率量子収率)は非常に高いものの、励起エネルギー源となる光の吸収効率はそれほど高くなく、強い蛍光発光を得るためには量子ドットを多量に使用する、厚膜化する、光散乱物質を併用する等の工夫が必要で、それらを適用しても、従来の有機無機蛍光材料に及ばなかったり、他の必要特性を低下させてしまうことがあった。

一方、量子ドットを電界発光素子の発光材料に用いる際には、電極から注入された正負電荷を量子ドット内(又は近傍)で再結合させて、量子ドットを励起状態にする必要があるが、電荷の取込みを促進させる方法として、例えば量子ドットの外側に芳香環等の共役構造を導入して電荷が量子ドット上に流れ込む設計をしている(特許文献5、6)。しかし、この方法では、量子ドット表面の被覆材料まで電荷が到達しても、量子ドット上で正負電荷の再結合が起こり、さらに量子ドット内部に励起エネルギーが移動する保証は得られない。

概要

本発明の課題は、半導体微粒子組成物の諸特性、特に量子ドットの蛍光特性を損なうことなく、塗工液やインキ、特にインクジェット法で印刷可能なインキを提供することであり、それを使用して、特性や経時安定性に優れた塗工物印刷物、より具体的には、蛍光特性に優れた波長変換フィルムカラーフィルター発光素子を提供することである。 上記課題は、半導体微粒子と当該粒子の表面を覆う被覆材料からなり、被覆材料が、下記一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする、半導体微粒子組成物によって解決される。なし

目的

本発明の目的は、半導体微粒子組成物の諸特性、特に量子ドットの蛍光特性を損なうことなく、塗工液やインキ、特にインクジェット法で印刷可能なインキを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

半導体微粒子と当該粒子の表面を覆う被覆材料からなり、被覆材料が、下記一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする、半導体微粒子組成物。一般式(1)一般式(2)[一般式(1)及び(2)において、X1〜X4は、各々独立して、N、S、O、NR1、NR2R3、OR4又はSR5であり、Y1〜Y5は、各々独立して、C又はNであり、R1〜R5は、各々独立して、水素原子又は置換基を有してもよい1価のアルキル基である。X1Y1Y2X2間及びX3Y3Y4Y5X4間はπ共役し、X1〜X4及びY1〜Y5は、隣り合う基を含む環構造Ar1〜Ar7を形成していてもよく、環構造Ar1〜Ar7を形成する場合は、Ar1〜Ar7は、各々独立して、置換基を有してもよい2価のπ共役ユニットであり、X1は、Ar1の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、X2は、Ar3の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、X3は、Ar4の構成原子団又はAr5と直接結合する基であり、X4は、Ar7の構成原子団又はAr6と直接結合する基である。]

請求項2

一般式(1)のAr1〜Ar3又は一般式(2)のAr4〜Ar7のうち、各々いずれか2個以上が、隣接するπ共役ユニット同士が縮合しても良く、置換基を有しても良い、5員若しくは6員の芳香環であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体微粒子組成物。

請求項3

前記一般式(1)及び(2)中のX1〜X4が、各々独立して、N又はOR4であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体微粒子組成物。

請求項4

前記被覆材料が、置換基を有しても良い、8−ヒドロキシキノリン環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾトリアゾール環、及びトリアジン環からなる群から選ばれる少なくとも1種の環構造を有することを特徴とする、請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

請求項5

前記被覆材料が、下記式(3)〜(6)のいずれかで表される複素芳香環構造を有することを特徴とする、請求項1〜4いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。式(3)式(4)式(5)[式(5)において、ZはO、S又はNHのいずれかを表す。] 式(6)

請求項6

半導体微粒子が量子ドットであることを特徴とする、請求項1〜5いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

請求項7

さらに溶剤を含有することを特徴とする、請求項1〜6いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

請求項8

さらに樹脂を含有することを特徴とする、請求項1〜7いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

請求項9

請求項1〜8いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物を含有することを特徴とする、塗工液

請求項10

請求項9に記載の塗工液を使用してなる塗工物

請求項11

請求項1〜8いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物を含有することを特徴とする、インキ組成物

請求項12

請求項11に記載のインキ組成物を含有することを特徴とする、インクジェットインキ

請求項13

請求項11に記載のインキ組成物を用いてなる、印刷物

請求項14

基材上に、請求項9に記載の塗工液、又は請求項11に記載のインキ組成物を用いて形成された波長変換フィルム

請求項15

基材上に、請求項9に記載の塗工液、又は請求項11に記載のインキ組成物を用いて形成されたカラーフィルター

請求項16

基材上に、発光層が請求項9に記載の塗工液、又は請求項11に記載のインキ組成物を用いて形成された発光素子

技術分野

0001

本発明は、半導体微粒子組成物及び量子ドット、及びそれらを含有する塗工液インキ組成物インクジェットインキ、及びそれらを使用した塗工物印刷物波長変換フィルムカラーフィルター発光素子に関する。

背景技術

0002

本発明の主要構成をなす量子ドットは、量子力学に従う独特光学特性発現させるために、電子微小な空間に閉じ込めるために形成された極小さな粒(ドット)である。1粒の量子ドットの大きさは、直径1ナノメートルから数10ナノメートルであり、約1万個以下の原子で構成されている。発する蛍光波長が、粒の大きさで連続的に制御できること、蛍光強度波長分布対称性の高いシャープな発光が得られることから近年注目を集めている。
量子ドットは、人体を透過しやすい波長に蛍光を調整でき、体内のあらゆる場所に送達できることより発光材料として生体イメージング用途(非特許文献1)、褪色の恐れがない波長変換材料として太陽電池用途(特許文献1)、鮮明な発光材料、波長変換材料としてエレクトロニクスフォトニクス用途(特許文献2,3)への展開検討が行われている。

0003

これらの用途に展開するときに、微細パターンを形成することが必要になる。パターン形成のために感光材料を用いて、レジスト液作成し、マスクを介して光照射する方法が提案されている(特許文献4)。しかし、感光材料や光照射時に量子ドットが劣化したり、現像で取り除く部分にも量子ドットが含まれ、量子ドット材料利用効率が悪い等の問題があった。
レジスト化しない方法としてはインクジェット法が知られているが、これまでインクジェット法に用いることのできる実用的な量子ドットインキは作成されていない。

0004

また現状の量子ドット自体の課題として、発光効率量子収率)は非常に高いものの、励起エネルギー源となる光の吸収効率はそれほど高くなく、強い蛍光発光を得るためには量子ドットを多量に使用する、厚膜化する、光散乱物質を併用する等の工夫が必要で、それらを適用しても、従来の有機無機蛍光材料に及ばなかったり、他の必要特性を低下させてしまうことがあった。

0005

一方、量子ドットを電界発光素子の発光材料に用いる際には、電極から注入された正負電荷を量子ドット内(又は近傍)で再結合させて、量子ドットを励起状態にする必要があるが、電荷の取込みを促進させる方法として、例えば量子ドットの外側に芳香環等の共役構造を導入して電荷が量子ドット上に流れ込む設計をしている(特許文献5、6)。しかし、この方法では、量子ドット表面の被覆材料まで電荷が到達しても、量子ドット上で正負電荷の再結合が起こり、さらに量子ドット内部に励起エネルギーが移動する保証は得られない。

0006

特開2006−216560号公報
特開2008−112154号公報
特開2009−251129号公報
特開2015−127733号公報
特開2010−209141号公報
特表2005−502176号公報

先行技術

0007

神隆、「半導体量子ドット、その合成法生命科学への応用」、生産と技術、第63巻、第2号、2011年、p58〜p65
Journal of the American chemical society 2007 129 15432-15433

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の目的は、半導体微粒子組成物の諸特性、特に量子ドットの蛍光特性を損なうことなく、塗工液やインキ、特にインクジェット法で印刷可能なインキを提供することであり、それを使用して、特性や経時安定性に優れた塗工物や印刷物、より具体的には、蛍光特性に優れた波長変換フィルムやカラーフィルター、発光素子を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

本発明者は、前記課題を解決するために、鋭意検討した結果、量子ドットの被覆材料として特定構造化合物を用いることで、量子ドット等の諸特性を損なうことなく、前記塗工液やインキ、特にインクジェット法で印刷可能なインキを作製し、それらを使用した前記塗工物、印刷物、特にインキジェット法による印刷物、さらにはそれらを利用した波長変換フィルム、カラーフィルター、発光素子が提供可能であることを見出した。

0010

すなわち、本発明は、半導体微粒子と当該粒子の表面を覆う被覆材料からなり、被覆材料が、下記一一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする半導体微粒子組成物に関する。本発明〔1〕〜〔16〕は以下のとおりである。

0011

〔1〕半導体微粒子と当該粒子の表面を覆う被覆材料からなり、被覆材料が、下記一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする、半導体微粒子組成物。
一般式(1)



一般式(2)

0012

[一般式(1)及び(2)において、
X1〜X4は、各々独立して、N、S、O、NR1、NR2R3、OR4又はSR5であり、
Y1〜Y5は、各々独立して、C又はNであり、
R1〜R5は、各々独立して、水素原子又は置換基を有してもよい1価のアルキル基である。
X1Y1Y2X2間及びX3Y3Y4Y5X4間はπ共役し、
X1〜X4及びY1〜Y5は、隣り合う基を含む環構造Ar1〜Ar7を形成していてもよく、
環構造Ar1〜Ar7を形成する場合は、
Ar1〜Ar7は、各々独立して、置換基を有してもよい2価のπ共役ユニットであり、
X1は、Ar1の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、
X2は、Ar3の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、
X3は、Ar4の構成原子団又はAr5と直接結合する基であり、
X4は、Ar7の構成原子団又はAr6と直接結合する基である。]

0013

〔2〕一般式(1)のAr1〜Ar3又は一般式(2)のAr4〜Ar7のうち、各々いずれか2個以上が、隣接するπ共役ユニット同士が縮合しても良く、置換基を有しても良い、5員若しくは6員の芳香環であることを特徴とする、〔1〕に記載の半導体微粒子組成物。

0014

〔3〕 前記一般式(1)及び(2)中のX1〜X4が、各々独立して、N又はOR4であることを特徴とする、〔1〕又は〔2〕に記載の半導体微粒子組成物。

0015

〔4〕 前記被覆材料が、置換基を有しても良い、8−ヒドロキシキノリン環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾトリアゾール環、及びトリアジン環からなる群から選ばれる少なくとも1種の環構造を有することを特徴とする、〔1〕〜〔3〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

0016

〔5〕 前記被覆材料が、下記式(3)〜(6)のいずれかで表される複素芳香環構造を有することを特徴とする、〔1〕〜〔4〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

0017

式(3)

0018

式(4)

0019

式(5)



[式(5)において、ZはO、S又はNHのいずれかを表す。]

0020

式(6)

0021

〔6〕半導体微粒子が量子ドットであることを特徴とする、〔1〕〜〔5〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

0022

〔7〕 さらに溶剤を含有することを特徴とする、〔1〕〜〔6〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

0023

〔8〕 さらに樹脂を含有することを特徴とする、〔1〕〜〔7〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物。

0024

〔9〕 〔1〕〜〔8〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物を含有することを特徴とする、塗工液。

0025

〔10〕 〔9〕に記載の塗工液を使用してなる塗工物。

0026

〔11〕 〔1〕〜〔8〕いずれか1項に記載の半導体微粒子組成物を含有することを特徴とする、インキ組成物。

0027

〔12〕 〔11〕に記載のインキ組成物を含有することを特徴とする、インクジェットインキ。

0028

〔13〕 〔11〕に記載のインキ組成物を用いてなる、印刷物。

0029

〔14〕基材上に、〔9〕に記載の塗工液、又は〔11〕に記載のインキ組成物を用いて形成された波長変換フィルム。

0030

〔15〕基材上に、〔9〕に記載の塗工液、又は〔11〕に記載のインキ組成物を用いて形成されたカラーフィルター。

0031

〔16〕基材上に、発光層が〔9〕に記載の塗工液、又は〔11〕に記載のインキ組成物を用いて形成された発光素子。

発明の効果

0032

本発明により、半導体微粒子組成物の諸特性、特に量子ドットの蛍光特性を損なうことなく、塗工液やインキ、特にインクジェット法で印刷可能なインキが提供される。また、それを使用して、特性や経時安定性に優れた塗工物や印刷物、より具体的には、蛍光特性に優れた波長変換フィルムやカラーフィルター、発光素子が提供される。

0033

以下、本発明を詳細に説明する。

0034

<半導体微粒子組成物と量子ドット>
本発明の主要構成をなす量子ドットは、特定の半導体微粒子からなる組成物であり、半導体微粒子は、無機物を成分とする半導体であり、一般的には、単一組成でも、コアシェル型でも、3層以上の複数層になっていてもよい。
本発明の半導体は、2族元素、10属元素、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素及び16族元素で示される元素の群から選ばれる単体、又は2種以上の元素を含む化合物からなる半導体である。前記のうち好ましくは化合物半導体である。化合物半導体は、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、As、Sb、Pb、S,Se,Teで示される元素群から選ばれる少なくとも2種の元素を含む化合物からなる半導体である。さらに好ましくは、人に対する安全性が懸念される元素を除いた、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、S,Teで示される元素群から選ばれる少なくとも2種の元素を含む化合物からなる半導体である。可視光を発光する用途では、バンドギャップの狭さからInを構成元素として含む半導体が、さらに好ましい。

0035

材質として、より具体的には、炭素(C)(不定形炭素グラファイトグラフェンカーボンナノチューブダイアモンド等)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)等の周期表IV族元素の単体、リン(P)(黒リン)等の周期表第V族元素の単体、セレン(Se)、テルル(Te)等の周期表第VI族元素の単体、酸化錫(IV)窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アルミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウムGaP)、砒化ガリウムGaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、窒化インジウム(InN)、リン化インジウムInP)、砒化インジウムInAs)、アンチモン化インジウム(InSb)等の周期表第III族元素と周期表第V族元素との化合物硫化アルミニウム(Al2S3)、セレン化アルミニウム(Al2Se3)、硫化ガリウム(Ga2S3)、セレン化ガリウム(GaSe、Ga2Se3)テルル化ガリウム(GaTe、Ga2Te3)、酸化インジウム(In2O3)、硫化インジウム(In2S3、InS)、セレン化インジウム(In2Se3)、テルル化インジウム(In2Te3)等の周期表第III族元素と周期表第VI族元素との化合物、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫化カドミウムCdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)等の周期表第II族元素と周期表第VI族元素との化合物、酸化銅(I)(Cu2O)等の周期表第I族元素と周期表第VI族元素との化合物、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、塩化銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)等の周期表第I族元素と周期表第VII族元素との化合物等が挙げられ、必要によりこれらの2種以上を併用しても良い。これらの半導体には、構成元素以外の元素が含有されていても構わない。例えばIII−V族を例にとれば、INGaP、INGaNの様な合金系であってもよい。また上記材料中に、希土類元素あるいは遷移金属元素がドープされた半導体微粒子も使われる。例えば、ZnS:Mn、ZnS:Tb、ZnS:Ce、LaPO4:Ce等が挙げられる。

0036

この中でもケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、砒化ガリウム(GaAs)、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)、砒化インジウム(InAs)、セレン化ガリウム(GaSe、Ga2Se3)、硫化インジウム(In2S3、InS)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、InGaP、InGaN等の合金系等が好ましく用いられ、特に、リン化インジウム(InP)、セレン化カドミウム(CdSe)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)が特に好ましく用いられる。

0037

また、半導体微粒子の材質としては、ペロブスカイト結晶も好ましく用いることができる。本発明の量子ドットとして好適なペロブスカイト結晶は、下記一般式(7)で表される組成を有し、3次元結晶構造を持つものである。
一般式(7): AB(Hal)3
[一般式(7)において、Aはメチルアンモニウム(CH3NH2)、及び、ホルムアミジニウム(NH2CHNH)から選ばれる少なくとも1つであるアミン化合物の1価陽イオンであるか、又は、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、及び、フランシウム(Fr)から選ばれる少なくとも1つのアルカリ金属元素の1価陽イオンであり、Bは鉛(Pb)及び錫(Sn)から選ばれる少なくとも1つである金属元素の2価陽イオンであり、Halはヨウ素(I)、臭素(Br)、及び塩素(Cl)から選ばれる少なくとも1つのハロゲン元素の1価陰イオンである。]

0038

本発明で好適に用いられるコアシェル型の半導体微粒子は、コアを形成する半導体成分と異なる半導体成分でコア構造被覆された構造となる。外部がバンギャップの大きい半導体をすることで、光等のエネルギー励起によって生成された励起子(電子−正孔対)はコア内に閉じ込められる。その結果、半導体微粒子表面での無輻射遷移の確率が減少し、発光の量子収率及び半導体量子ドットの蛍光特性の安定性が向上する。量子ドットとして使用される場合に、前記の条件を満たす好適な材料の組合せとしては、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、InP/ZnS、PbSe/PbS、GaP/ZnS、Si/ZnS、InN/GaN、InP/CdSSe、InP/ZnSeTe、InGaP/ZnSe、InGaP/ZnS、Si/AlP、InP/ZnSTe、InGaP/ZnSTe、InGaP/ZnSSe等が挙げられる。
また、微粒子シェル成分としては、ZnS、CdS、ZnSe等が良く用いられるが、この中でも微粒子のコア成分がInを構成元素として含む半導体微粒子の場合、ZnSが元素毒性がなく、量子ドットとしての励起子閉じ込め等の特性的にも特に優れており、好適に使用される。

0039

本発明の半導体微粒子の無機材料部分の平均粒径は0.5nm〜100nmであることが好ましく、所望の特性が得られる粒径を選択することができる。コア/シェル型の場合、一つの半導体微粒子の中に複数のシェル微粒子を含有してもよい。単一半導体組成である場合の半導体微粒子の平均粒径及び、コア/シェル型のコアの平均粒径は0.5nm〜10nmであることが好ましい。平均粒径が0.5nm未満となる合成は困難であり、また、量子ドットの場合、10nmを超えると量子閉じ込め効果が得られず、求める蛍光が得られない。量子ドットにおいては同じ材料であってもコア粒径を変えることで蛍光波長を任意に変化出来ることが特徴であり、求める蛍光波長に応じて粒径を設定することになる。シェルの平均厚みは無機材料部分の粒子半径コア粒子半径の差に相当するが、シェルの厚みが薄いとシェルの強度や閉じ込め効果が十分でなく、厚すぎると全体粒径が大きくなるため塗工液やインキにした場合の分散性に劣ったり、量子ドットの場合、励起方法によってはコアを励起させることが難しくなる。また、被覆材料を含む微粒子全体の平均粒径は2nm〜1μmであることが好ましい。半導体微粒子の形状は、球状に限らず、棒状、円盤状、そのほかの形状であっても良い。

0040

本発明の半導体微粒子が量子ドットの場合、塗工液やインキ中の量子ドットは、赤色と緑色のように、複数の発光ピークを得るために、それに対応した粒径の異なる複数種の量子ドットを混合して用いることもでき、その比率は合計でインキ中の含有率の範囲で、自由に選択することができる。

0041

<被覆材料>
本発明の半導体微粒子は無機材料部分が剥き出しで用いることも可能であるが、微粒子作成時に必要であったり、塗工液やインキとしたときの安定性や、塗工、印刷適性、さらに塗工物や印刷物として最終形態になった時の特性発揮や経時安定性等の環境耐性を向上させるために、有機物被覆処理されていることが好ましい。これらの有機物は被覆材料又は保護材料と称されたり、特に合成時には微粒子表面の処理剤、さらには量子ドットの場合には、リガンド又は配位子と呼ばれることも多い。

0042

本発明における被覆材料は、一般式(1)又は一般式(2)で示される構造を有することを特徴とする。

0043

一般式(1)

0044

一般式(2)

0045

[一般式(1)及び(2)において、
X1〜X4は、各々独立して、N、S、O、NR1、NR2R3、OR4又はSR5であり、
Y1〜Y5は、各々独立して、C又はNであり、
R1〜R5は、各々独立して、水素原子又は置換基を有してもよい1価のアルキル基である。
X1Y1Y2X2間及びX3Y3Y4Y5X4間はπ共役し、
X1〜X4及びY1〜Y5は、隣り合う基を含む環構造Ar1〜Ar7を形成していてもよく、
環構造Ar1〜Ar7を形成する場合は、
Ar1〜Ar7は、各々独立して、置換基を有してもよい2価のπ共役ユニットであり、
X1は、Ar1の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、
X2は、Ar3の構成原子団又はAr2と直接結合する基であり、
X3は、Ar4の構成原子団又はAr5と直接結合する基であり、
X4は、Ar7の構成原子団又はAr6と直接結合する基である。]

0046

一般式(1)又は一般式(2)で示される構造を有する化合物の多くは、金属錯体におけるキレート配位子として知られるもので、金属原子を安定化させるとともに、金属原子と配位子間の強い電子的相互作用により強い吸光性を示したり、中には強い蛍光性を示すものも多い。金属錯体のこれらの性質を利用することで、色素として使用したり、昇華性溶媒溶解性のあるものについては電界発光素子における発光材料や電荷輸送材料としても使用される。本発明においては、金属単原子に配位するのではなく、半導体微粒子表面の金属原子への吸着となるが、従来の一般的な半導体微粒子の被覆材料のように、1つの吸着基での結合ではなく、π共役で結ばれたX1及びX2からなる少なくとも2つの吸着基で結合することにより、より強く微粒子が被覆され、微粒子が安定化される。さらに、金属錯体と同様に、環構造と一体化したπ共役系により強い吸光性を示して照射された光を効率よく利用できるとともに、吸収によって得た励起エネルギーを、吸着した金属原子を介して効率的に微粒子内部に送り込むことが可能となる。また、電界発光素子に使用した場合には、π共役環を有するので電荷輸送性があり、電荷を効率よく取込むことが出来る。さらに吸着基と金属原子の結合を介することで、被覆材料上での正負電荷の再結合により生じた励起エネルギーを効率的に微粒子内部に送り込んだり、正負電荷を別々の被覆材料から微粒子内部に送り込んで微粒子内で再結合励起を起させることが可能となる。

0047

本発明で、一般式(1)又は一般式(2)で形成しても良いπ共役ユニットの具体例としては、
ベンゼントルエンキシレンエチルベンゼンナフタレンアントラセンフェナントレンフルオレンピレンクリセンナフタセンペリレンアズレンフルオレノンアントラキノンジベンゾスベレノン、テトラシアノキノジメタン等の置換若しくは未置換の芳香環又は縮合芳香環からなる基、
フランチオフェンピロールピリジンピロンオキサゾールピラジントリアジンオキサジアゾールトリアゾールチアジアゾールインドールキノリンイソキノリンカルバゾールアクリジンチオキサントンクマリンアクリドンジフニレスルホンキノキサリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾールフェナジンフェナントロリンフェノチアジンキナクリドンフラバンロンインダンスロン等の置換若しくは未置換の複素芳香環又は縮合複素芳香環からなる基、
ビフェニルターフェニルビナフチル、ビフルオレニリデンビピリジンビキノリンフラボンフェニルトリアジン、ビスベンゾチアゾール、ビチオフェン、フェニルベンゾトリアゾール、フェニルベンズイミダゾール、フェニルアクリジン、ビス(ベンゾオキサゾリル)チオフェン、ビス(フェニルオキサゾリル)ベンゼン、ビフェニリルフェニルオキサジアゾール、ジフェニルベンゾキノン、ジフェニルイソベンゾフラン、ジフェニルピリジン、スチルベンジベンジルジフェニルメタン、ビス(フェニルイソプロピル)ベンゼン、ジフェニルフルオレン、ジフェニルヘキサフルオロプロパン、ジベンジルナフチルケトン、ジベンジリデンシクロヘキサノン、ジスチリルナフタレン、(フェニルエチルベンジルナフタレン、ジフェニルエーテルメチルジフェニルアミンベンゾフェノン安息香酸フェニルジフェニル尿素ジフェニルスルフィドジフェニルスルホン、ジフェノキシビフェニル、ビス(フェノキシフェニル)スルホン、ビス(フェノキシフェニル)プロパン、ジフェノキシベンゼン、エチレングリコールジフェニルエーテル、ネオペンチルグリコールジフェニルエーテル、ジピコリルアミンジピリジルアミン等の同種又は異なる2種以上の環構造単位が2個以上連結した骨格を有する基、等が挙げられる。
このうち、好ましくは、置換若しくは未置換の芳香環、縮合芳香環、複素芳香環、縮合複素芳香環として挙げた化合物からなる基である。

0048

一般式(1)又は(2)で表される構造において、一般式(1)のAr1〜Ar3又は一般式(2)のAr4〜Ar7のうち、各々いずれか2個以上が、隣同士で縮合しても良く置換基を有しても良い環構造であることが好ましく、環構造として好ましくは芳香環又は複素芳香環であり、より好ましくはπ共役系を安定化させる観点から5員若しくは6員の芳香環又は複素芳香環であり、Y1〜Y5は、いずれも共役ユニットである環構造を構成する原子であることが好ましい。

0049

一般式(1)のX1及びX2、又は一般式(2)のX3及びX4は、それぞれ半導体微粒子表面上の同じ金属元素に配位することが好ましく、好ましくはN又はOHであり、より好ましくは、X1及びX2がN及びOHであるか、X3及びX4がN及びOHである。また、一般式(1)のX1若しくはX2、又は一般式(2)のX3若しくはX4上の1つの水素が脱離して、1価のアニオンとして金属元素に配位していることが好ましい。

0050

以下に、本発明の一般式(1)又は一般式(2)で表される構造を有する被覆材料の代表例を、表1〜表6に具体的に例示するが、本発明は、これらに限定されるものではない。

0051

0052

0053

0054

0055

0056

0057

表1〜6に掲げた被覆材料の多くは、試薬工業用原料として市販されているものをそのまま用いることが出来る。その他の対象化合物についても置換基の導入や変換、部分構造カップリングなどによって適宜合成可能である。

0058

前記被覆材料としては、置換基を有しても良い、8−ヒドロキシキノリン環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾトリアゾール環、及びトリアジン環からなる群から選ばれる少なくとも1種の環構造を有することが好ましく、より好ましくは、下記式(3)〜(6)のいずれかで表される複素芳香環構造を有するものである。これら環構造は置換基を有していてもよい。

0059

式(3)

0060

式(4)

0061

式(5)



[式(5)において、ZはO、S又はNHのいずれかを表す。]

0062

式(6)

0063

すなわち、表1〜6に掲げた被覆材料のうち、特に好適なものは、式(3)に属する化合物として、化合物(1)、(2)、(3)、(47)、式(4)に属する化合物として、化合物(58)、(59)、(60)、式(5)に属する化合物として、化合物(44)、(45)、(52)、式(6)に属する化合物として、化合物(41)が挙げられる。

0064

本発明の被覆材料は、半導体微粒子の合成時の処理剤として使用することも可能であるが、性質の相違により、合成がうまく進行しなかったり、被覆材料自体が合成時に変質してしまう恐れがある。このため、合成時には一般的な処理剤を用い、後から本発明の被覆材料に交換する方が、どちらかというと好ましい。

0065

本発明の半導体微粒子の合成時の処理剤として用いることのできる有機物としては、無機半導体微粒子の金属部分に吸着する強い極性、又は非共有電子対を有し、さらに、炭素鎖や芳香環が連結した構造、ポリアルキレングリコール構造等を有することで、塗液やインキとして使用する溶剤や樹脂との親和性が高い部分構造を有する有機物である。このような有機物は一般的には、有機及び無機顔料無機化合物材料分散剤や、洗剤エマルジョン形成等の際に使用される界面活性剤乳化剤として良く知られているものであり、本発明でもこれらの化合物を使用することが出来る。また、金属錯体の配位子(リガンド)として使用される部分構造を有する化合物、特に金属への配位座を2個以上有するキレート配位子構造を有する化合物は、半導体微粒子の金属部分へ吸着しやすく、かつ脱離しにくいため、使用することが可能である。特に本発明で合成時に処理剤として用いることのできる有機物は沸点が高く、アルキル鎖部分の相互作用が期待できる、炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有する有機物が好ましい。また、半導体微粒子への作用を強固にするために極性基を有した方が良く、処理できる有機物として、有機酸有機アミン硫黄含有有機物、リン含有有機物が挙げられる。

0066

有機酸としては、芳香環、エーテル基を有しても良い、末端カルボン酸基を有する化合物を用いることができる。具体例として、安息香酸、ビフェニルカルボン酸ブチル安息香酸、ヘキシル安息香酸、シクロヘキシル安息香酸、ナフタレンカルボン酸ヘキサン酸ヘプタン酸オクタン酸エチルヘキサン酸ヘキセン酸オクテン酸、シトロネル酸、スベリン酸エチレングリコールビス(4−カルボキシフェニル)エーテル、(2−ブトキシエトキシ)酢酸等が挙げられる。
炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有する有機酸としては、有機酸のうち、炭素数8以上のアルキル基を有する化合物であり、具体的には、ノナン酸デカン酸ラウリル酸ミリスチン酸パルミチン酸ステアリン酸トリコサン酸、リグノセリン酸オレイン酸エイコサジエン酸リノレン酸セバシン酸、(2−オクチルオキシ)酢酸、等が挙げられる。

0067

有機アミンとしては、芳香環、エーテル基を有しても良い、末端にアミノ基を有する化合物を用いることができる。具体例として、n−ブチルアミン、iso−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミンシクロヘキシルアミンが挙げられる。炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有する有機アミンとしては、オクチルアミンドデカアミン、ヘプタデカン−9−アミン、N,N−ジメチルn−オクチルアミン等が挙げられる。

0068

硫黄含有有機物としては、芳香環、エーテル基を有しても良い、チオール類ジスルフィド類が挙げられる。
チオール類としては、アリルメルカプタン、1,3-ベンゼンジメタンチオール、2-アミノ-5-メルカプト-1,3,4-チアジアゾール、3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾールブタンチオールn-ヘキサンチオール、n−ヘプタンチオール、等が挙げられる。炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有するチオール類の硫黄含有有機物としては、ドデカンチオール、1-ドコサンチオール、tert-ドデシルメルカプタン等が挙げられる。
ジスルフィド類としては、ビス(4-クロロ-2-ニトロフェニル)ジスルフィド、ヘキシルスルフィド、3,3',5,5'-テトラクロロジフェニルジスルフィド等が挙げられる。炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有するスルフィド類の硫黄含有有機物としては、ドデシルジスルフィド、オクタデシルジスルフィド、ドデシルオクタデシルジスルフィド等が挙げられる。

0069

リン含有有機物としては、芳香環、エーテル基を有しても良い、末端にリン酸基を有する化合物を用いることができる。具体例として、リン酸ブチル、リン酸ヘキシル、リン酸ジイソプロピル、(2-エチルヘキシル)ホスホン酸モノ-2-エチルヘキシル、プロピルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸メチル、イソプロピルホスホン酸ヘキシル等が挙げられる。
炭素数8以上のアルキル基を部分構造として有するリン含有有機物としては、リン酸オクチル、リン酸ジドデシル、リン酸ドデシル、ドデシルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸ドデシル、デシルホスホン酸、デシルホスホン酸イソプロピル等が挙げられる。

0070

合成時の処理剤として用いることのできる有機物には、上記の有機酸基、アミノ基、硫黄含有基リン含有基のうちの同じまたは異なるグループから選ばれる基を複数有していても良い。

0071

本発明の半導体微粒子の合成方法としては、ガラス中で作成する方法、水溶液中で合成する方法、有機溶媒中で合成する方法など、一般的に知られている方法を用いることができる。特に、InP/ZnSコアシェル型量子ドットに関しては技術文献「Journal of American Chemical Society.2007,129,15432−15433」、「Journal of American Chemical Society.2016,138,5923−5929」、InCuS2/ZnSコアシェル型量子ドットに関しては技術文献「Journal of American Chemical Society.2009,131,5691−5697」 技術文献 「Chemistry of Materials.2009,21,2422−2429」、Si量子ドットに関しては技術文献「Journal of American Chemical Society.2010,132,248−253」記載されている方法を参照して合成することができる。

0072

合成時に用いた処理剤で表面処理された半導体微粒子組成物の本発明の被覆材料への交換は、表面処理された半導体微粒子組成物と本発明の被覆材料を混合し、溶剤中で撹拌するか、表面処理された半導体微粒子組成物を遠心沈降などで溶剤をおおよそ取り除いた後、本発明の被覆材料を含む溶剤に半導体微粒子を再分散させる方法などで行うことができる。これによって塗工液やインキに好適な所望の溶剤や樹脂との親和性の高い被覆材料に表面処理することで、目的とする塗工物や印刷物という最終形態を得ることができ、前記の通り、半導体微粒子組成物、特に量子ドットとして非常に高特性の組成物として最終形態に好適に使用できることになる。なお、合成時や塗工液、インキとする際に、本発明の被覆材料と、前記の一般的な合成時の処理剤を被覆材料として併用しても構わない。

0073

<溶剤と樹脂、添加剤
本発明で使用される溶剤としては、トルエン、1,2,3−トリクロロプロパン、1,3-ブチレングリコール、1,3-ブチレングリコールジアセテート、1,4−ジオキサン2−ヘプタノン、2−メチル−1,3−プロパンジオール、3,5,5-トリメチル-2-シクロヘキセン-1-オン、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メトキシ3−メチル−1−ブタノール、3−メトキシ−3−メチルブチルアセテート、3-メトキシブタノール、3−メトキシブチルアセテート4−ヘプタノンm−キシレン、m−ジエチルベンゼン、m−ジクロロベンゼン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドn−ブチルアルコールn−ブチルベンゼン、n−プロピルアセテート、N−メチルピロリドンo−キシレン、o−クロロトルエン、o−ジエチルベンゼン、o−ジクロロベンゼン、P−クロロトルエン、P−ジエチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、γ—ブチロラクトン、水、メタノールエタノールイソプロピルアルコール、ターシャルターシャルブタノールイソブチルアルコールイソホロン、エチレングリコールジエチルエーテルエチレングリコールジブチルエーテルエチレングリコールモノイソプロピルエーテルエチレングリコールモノエチルエーテルエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートエチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテルエチレングリコールモノメチルエーテルエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートジイソブチルケトンジエチレングリコールジエチルエーテルジエチレングリコールジメチルエーテルジエチレングリコールモノイソプロピルエーテルジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートジエチレングリコールモノブチルエーテルジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートジエチレングリコールモノメチルエーテルシクロヘキサノールシクロヘキサノールアセテート、シクロヘキサノン、ジプロピレングリコールジメチルエーテルジプロピレングリコールメチルエーテルアセテートジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルジプロピレングリコールモノプロピルエーテルジプロピレングリコールモノメチルエーテルダイアセトンアルコールトリアセチントリプロピレングリコールモノブチルエーテルトリプロピレングリコールモノメチルエーテルプロピレングリコールジアセテートプロピレングリコールフェニルエーテルプロピレングリコールモノエチルエーテルプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートプロピレングリコールモノブチルエーテルプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネートベンジルアルコールメチルイソブチルケトンメチルシクロヘキサノール、酢酸n−アミル、酢酸n−ブチル、酢酸イソアミル酢酸イソブチル酢酸プロピル、及び二塩基酸エステル等が挙げられる。

0074

このうちインクジェット法で印刷するためには、吐出ヘッドでの乾燥を防ぐために、常圧における沸点が120℃以上の溶剤である必要がある。常圧における沸点が120℃以上の溶剤の例を挙げる。1,4-ブタンジオール(228℃)、1,3-ブタンジオール(208℃)、2-エチル-1-ヘキサノール(185℃)、ベンジルアルコール(205℃)、ジイソブチルケトン(168℃)、シクロヘキサノン(156℃)、ジアセトンアルコール(168℃)、酢酸ブチル(121℃)、酢酸メトキシブチル(171℃)、酢酸セロソルブ(156℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(146℃)、酢酸アミル(130℃)、乳酸メチル(145℃)乳酸エチル(154℃)、乳酸ブチル(188℃)、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(145℃)、エチレングリコールモノメチルエーテル(125℃)、エチレングリコールモノエチルエーテル(134℃)、エチレングリコールモノブチルエーテル(171℃)、エチレングリコール(197℃)、プロピレングリコール(187℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(121℃)、メトキシメチルブタノール(173℃)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(162℃)、エチレングリコールジエチルエーテル(121℃)、パークロロエチレン(121℃)、ジクロロベンゼン(180℃)、N-メチル-2-ピロリドン(202℃)、ジメチルホルムアミド(153℃)、3-エトキシプロピオン酸エチル(170℃)、γ—ブチロラクトン(203℃)、ジメチルスルホキシシド(189℃)等が挙げられる。
溶解性から炭化水素系の常圧における沸点が120℃以上の溶剤が好ましく、特に芳香族炭化水素系の常圧における沸点が120℃以上の溶剤は好ましい。

0075

常圧における沸点が120℃以上の炭化水素系溶剤としては、オクタン(125℃)、デカン(174℃)、1−デセン(171℃)、デカヒドロナフタレン(191℃)、ブチルシクロヘキサン(180℃)、2,3,−ジメチルヘプタン(140℃)等が挙げられる。
常圧における沸点が120℃以上の芳香族炭化水素系溶剤としては、キシレン(138℃)、メシチレン(164℃)、メチルナフタレン(245℃)、tert−ブチルベンゼン(168℃)、n−ブチルベンゼン(183℃)等が挙げられる。

0076

また、本発明のインクジェットインキでは、沸点が120℃未満の溶剤も含有することができる。含有する溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブタノール、イソブタノールターシャリーブタノールアセトンメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル酢酸メチル酢酸ノルマルプロピル酢酸イソプロピル、1,4-ジオキサン、メチルターシャリーブチルエーテル、イソプロピルエーテル)、エチレングリコールジメチルエーテル塩化メチレントリクロロエチレンフルオロカーボンブロモプロパンクロロホルムテトラヒドロフランジメチルカーボネートジエチルカーボネートアセトニトリル、1,3-ジオキソラン等を挙げることができる。
沸点が120℃未満の溶剤は、揮発分中0〜60%の範囲内で混合することが好ましい。これ以上の含有率では、インキの乾燥が早くなり、インクジェット吐出が困難になる場合がある。

0078

本発明の塗工液、インキには、表面張力を調整し印刷基材上でのインキの濡れ性を確保する目的で、界面活性剤を添加してもよい。本発明では、陽イオン性陰イオン性両性非イオン性の何れの界面活性剤も用いる事が可能である。

0082

界面活性剤のなかでも、印刷基材への濡れ性を向上させるためにも、表面張力調整剤を用いる事が好ましく、具体的には、アセチレンジオール系シリコン系、アクリル系、フッ素系が好ましい。上記の界面活性剤は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。

0083

本発明の塗工液、インキは可塑剤紫外線防止剤光安定化剤、酸化防止剤加水分解防止剤等の種々の添加剤も使用することができる。

0084

<印刷方式>
本発明の塗工物、印刷物は、基材上に本発明の塗工液を成膜、又は塗布することで得ることができる。公知の湿式成膜法、例えば、スピンコート法キャスティング法マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法ロールコート法ワイアーバーコート法、ディップコート法スプレーコート法スクリーン印刷法フレキソ印刷法オフセット印刷法インクジェットプリント法キャピラリ−コート法、ノズルコート法等の塗布法を用いて作製することができる。
基材としては、ガラス板樹脂板等が挙げられる。

0085

このうち本発明に用いるインクジェット印刷方式として、記録媒体に対しインクジェットインキを1回だけ吐出して記録するシングルパス方式、及び、記録媒体の最大記録幅の間を、記録媒体の搬送方向と直行する方向に短尺シャトルヘッド往復走査させながら記録を行うシリアル型方式の何れを採用しても良い。またインクジェット記録装置としては、インクジェットインキを吐出するインクジェットヘッドインク吐出手段)と、インクジェットヘッドから吐出されたインキを乾燥させる乾燥工程を備える必要がある。インクジェットヘッドからインキが吐出されると、吐出されたインキは印刷基材上に着弾し画像が記録され、画像は印刷基材が搬送されるに従い、乾燥装置内に搬送され、乾燥処理が行われる。

0086

インクジェット法には特に制限は無く、公知の方法、例えば静電誘引力を利用してインキを吐出させる電荷制御方法ピエゾ素子振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号音響ビームに変えインキに照射して放射圧を利用しインキを吐出させる音響インクジェット方式、及びインキを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェットバブルジェット登録商標))方式等の何れであっても良い。

0087

またインクジェット法で用いるインクジェットヘッドは、オンデマンド方式でもコンティニアス方式でも構わない。さらに吐出法式としては、電気機械変換方式(例:シングルキャビティー型ダブルキャビティー型、ベンダー型ピストン型、シェアモード型シェアードウォール型等)、電気‐熱変換方式(例:サーマルインクジェット型、バブルジェット(登録商標)型等)、静電吸引方式(例:電解制御型、スリットジェット型等)、及び放電方式(例:スパークジェット型等)等を具体的な例として挙げる事ができるが、何れの吐出方式を用いても構わない。なお、インクジェット法により記録を行う際に使用するインクノズル等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択する事ができる。

0088

インクジェットヘッドから吐出されるインキの液滴量としては、乾燥負荷軽減効果が大きく、画像品質の向上という点でも、0.2〜20ピコリットル(pL)が好ましく、1〜15ピコリットル(pL)がより好ましい。

0089

<波長変換フィルム及びカラーフィルター>
本発明の最終形態の一つである波長変換フィルム及びカラーフィルターは、光源からの光を吸収させ、吸収されなかった透過光又は光吸収によって生じた蛍光発光によって所望の波長の光を取り出す際に用いられるものである。特に本発明において量子ドットを使用する場合には、優れた量子収率の蛍光発光を利用することになる。本発明の波長変換フィルムは、基材上に本発明の塗工液又はインキ組成物を基材に塗布することで得られ、緑色と赤色の蛍光色を発する量子ドットを含有させた塗工又は印刷フィルムで、主にディスプレイパネル照明において光源の青色光白色光に変換する、あるいは色調の整っていない疑似白色光等を所望の色調に調整する平面状の部材である。
基材としては、ガラス板や樹脂板等が挙げられる。

0090

また、本発明のカラーフィルターは本発明の塗工液又はインキ組成物を用いてフィルターセグメントの少なくとも一つのセグメントを形成することで得られるカラーフィルターであり、特に液晶ディスプレイパネルに使用されるものであり、具体的には、ガラス等の透明な基板の表面に3種以上の異なる色相の微細なストライプ状のフィルターセグメントを平行又は交差して配置したもの、あるいは微細なモザイク状のフィルターセグメントを縦横一定の配列に配置したものからなっている。本発明においては、従来の白色光源から青、緑、赤の光を取り出す光吸収型カラーフィルターとは異なり、主に青色LED等を光源に、蛍光フィルターによって緑、赤を取り出すものである。量子ドットを使用した場合、光吸収による減光ではなく量子収率の高い蛍光での取出しになるためエネルギーロスが減るとともに、波長分布が狭く純色に近い色が得られるため、高効率のディスプレイを作製可能である。またこの時に、緑、赤の蛍光を出す量子ドットとして、本発明の被覆材料を用いた青色光部の吸光度の高いものを使用すれば、効率的に蛍光へ変換できるとともに、元の青色光の抜けも防止できるので、別途、青色を吸収する色素や光散乱物質を使わずとも、色純度の高いフィルターを得ることが可能となる。

0091

カラーフィルターの製造は、一般的には、ベタ塗り薄膜を作製後に、パターニング露光と現像での不要部取り除きというレジスト法によって作製することが多く、本発明における微粒子組成物においても適用することは可能であるが、工程数の違いによる生産性及び現像工程での材料ロスがないという低コスト観点から、本発明においてはインクジェット法を適用することが有利である。

0092

<発光素子>
また、本発明の最終形態の一つである塗工液又はインキ組成物を使用して形成された発光層を有する発光素子について詳細に説明する。

0093

本発明における発光素子は、一般には電界発光素子と称され、陽極陰極間に一層又は多層有機層を形成した素子から構成されるが、ここで、一層型電界発光素子とは、陽極と陰極との間に発光層のみからなる素子を指す。一方、多層型電界発光素子とは、発光層の他に、発光層への正孔や電子の注入を容易にしたり、発光層内での正孔と電子との再結合を円滑に行わせたりすることを目的として、正孔注入層正孔輸送層正孔阻止層電子注入層等を積層させたものを指す。また、発光層と陽極との間で発光層に隣接して存在し、発光層と陽極、又は発光層と、正孔注入層若しくは正孔輸送層とを隔離する役割をもつ層であるインターレイヤー層を挿入しても良い。したがって、多層型電界発光素子の代表的な素子構成としては、(1)陽極/正孔注入層/発光層/陰極、(2)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極、(3)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極、(4)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極、(5)陽極/正孔注入層/発光層/正孔阻止層/電子注入層/陰極、(6)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子注入層/陰極、(7)陽極/発光層/正孔阻止層/電子注入層/陰極、(8)陽極/発光層/電子注入層/陰極(9)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/インターレイヤー層/発光層/陰極、(10)陽極/正孔注入層/インターレイヤー層/発光層/電子注入層/陰極、(11)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/インターレイヤー層/発光層/電子注入層/陰極、等の多層構成で積層した素子構成が考えられる。

0094

上述した各層は、それぞれ二層以上の層構成により形成されても良く、いくつかの層が繰り返し積層されていても良い。そのような例として、近年、光取り出し効率の向上を目的に、上述の多層型電界発光素子の一部の層を多層化する「マルチフォトンエミッション」と呼ばれる素子構成が提案されている。これは例えば、ガラス基板/陽極/正孔輸送層/電子輸送性発光層/電子注入層/電荷発生層発光ユニット/陰極から構成される電界発光素子に於いて、電荷発生層と発光ユニットの部分を複数層積層するといった方法が挙げられる。

0095

正孔注入層には、発光層に対して優れた正孔注入効果を示し、かつ陽極界面との密着性薄膜形成性に優れた正孔注入層を形成できる正孔注入材料が用いられる。また、このような材料を多層積層させ、正孔注入効果の高い材料と正孔輸送効果の高い材料とを多層積層させた場合、それぞれに用いる材料を正孔注入材料、正孔輸送材料と呼ぶことがある。本発明の電界発光素子用材料は、正孔注入材料、正孔輸送材料いずれにも好適に使用することができる。これら正孔注入材料や正孔輸送材料は、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と小さい必要がある。このような正孔注入層としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、さらに正孔の移動度が、例えば104 〜106 V/cmの電界印加時に、少なくとも10−6cm2 /V・秒であるものが好ましい。本発明の電界発光素子用材料と混合して使用することができる、他の正孔注入材料及び正孔輸送材料としては、上記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、電界発光素子の正孔注入層に使用されている公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。

0097

このうち、好適なものとして、ポルフィリン化合物芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物を用いることもできる。例えば、2個の縮合芳香族環分子内に有する4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル等や、トリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン等をあげることができる。また、正孔注入材料として銅フタロシアニン水素フタロシアニン等のフタロシアニン誘導体も挙げられる。さらに、その他、芳香族ジメチリデン系化合物、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入材料や正孔輸送材料として使用することができる。

0098

さらに、正孔注入層に使用できる材料としては、酸化モリブデン(MnOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化ルテニウム(RuOx)、酸化銅(CuOx)、酸化タングステン(WOx)、酸化イリジウム(IrOx)等の無機酸化物も挙げられる。

0099

上に説明した正孔注入層を形成するには、上述の化合物を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の公知の方法により薄膜化する。正孔注入層の膜厚は、特に制限はないが、通常は5nm〜5μmである。

0100

インターレイヤー層に用いる材料として、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリアリーレン誘導体、アリールアミン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等の芳香族アミンを含むポリマーが例示される。また、インターレイヤー層の成膜方法は、高分子量の材料を用いる場合には、溶液からの成膜による方法が例示される。

0101

溶液からのインターレイヤー層の成膜には、公知の湿式成膜法、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法、キャピラリ−コート法、ノズルコート法等の塗布法を用いることができる。

0102

インターレイヤー層の厚さは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよく、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2〜500nmであり、より好ましくは5〜200nmである。

0103

一方、電子注入層には、発光層に対して優れた電子注入効果を示し、かつ陰極界面との密着性と薄膜形成性に優れた電子注入層を形成できる電子注入材料が用いられる。そのような電子注入材料の例としては、金属錯体化合物含窒素五員環誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェノキノン誘導体チオピランジオキシド誘導体ペリレンテトラカルボン酸誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、シロール誘導体トリアリールホスフィンオキシド誘導体ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、カルシウムアセチルアセトナート酢酸ナトリウム等が挙げられる。また、セシウム等の金属をバソフェナントロリンにドープした無機/有機複合材料や、第50回応用物理学関連連合講演会講演予稿集、No.3、1402頁、2003年発行記載のBCP、TPP、T5MPyTZ等も電子注入材料の例として挙げられるが、素子作成に必要な薄膜を形成し、陰極からの電子を注入できて、電子を輸送できる材料であれば、特にこれらに限定されるものではない。

0104

上記電子注入材料の中で好ましいものとしては、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体、シロール誘導体、トリアリールホスフィンオキシド誘導体が挙げられる。本発明に使用可能な好ましい金属錯体化合物としては、8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体が好適である。8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(4−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(2−ナフトラート)アルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)アルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(4−シアノ−1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(4−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(5−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(2−ナフトラート)アルミニウム、ビス(5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)アルミニウム、ビス(5−シアノ−8−ヒドロキシキノリナート)(4−シアノ−1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)クロロアルミニウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(o−クレゾラート)アルミニウム等のアルミニウム錯体化合物、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(4−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(5−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(1−ナフトラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(2−ナフトラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(4−シアノ−1−ナフトラート)ガリウム、ビス(2、4−ジメチル−8−ヒドロキシキノリナート)(1−ナフトラート)ガリウム、ビス(2、5−ジメチル−8−ヒドロキシキノリナート)(2−ナフトラート)ガリウム、ビス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)ガリウム、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−ヒドロキシキノリナート)(4−シアノ−1−ナフトラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)クロロガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(o−クレゾラート)ガリウム等のガリウム錯体化合物の他、8−ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)銅、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)マンガン、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナートベリリウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)亜鉛、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛等の金属錯体化合物が挙げられる。

0105

また、本発明に使用可能な電子注入材料の内、好ましい含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体があげられ、具体的には、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−チアゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ビス[2−(5 −フェニルオキサジアゾリル)]ベンゼン、1,4−ビス[2−(5−フェニルオキサジアゾリル)−4−tert−ブチルベンゼン]、2−(4’−tert− ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−チアジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルチアジアゾリル)]ベンゼン、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−トリアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−トリアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルトリアゾリル)]ベンゼン等が挙げられる。

0106

さらに、電子注入層に使用できる材料としては、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO2)等の無機酸化物も挙げられる。

0107

さらに、正孔阻止層には、発光層を経由した正孔が電子注入層に達するのを防ぎ、薄膜形成性に優れた層を形成できる正孔阻止材料が用いられる。そのような正孔阻止材料の例としては、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)(4−フェニルフェノラート)アルミニウム等のアルミニウム錯体化合物や、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(4−フェニルフェノラート)ガリウム等のガリウム錯体化合物、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等の含窒素縮合芳香族化合物が挙げられる。

0108

本発明の電界発光素子の発光層としては、以下の機能を併せ持つものが好適である。
注入機能;電界印加時に陽極又は正孔注入層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入層より電子を注入することができる機能
輸送機能;注入した電荷(電子と正孔)を電界の力で移動させる機能
発光機能;電子と正孔の再結合の場を提供し、これを発光につなげる機能
ただし、正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさには、違いがあってもよく、また正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があってもよい。

0109

本発明の塗工液又はインキ組成物を使用して形成された発光層は好適に用いることが出来る。本発明の塗工液又はインキ組成物を使用して形成された発光層を得るために、本発明の塗工液又はインキ組成物に他の発光性の化合物と組み合わせて発光層を形成することができる。

0110

本発明の塗工液又はインキ組成物を使用して形成された発光層を得るために、本発明の塗工液又はインキ組成物に添加しても良い、青色から緑色の発光を示す化合物としては、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の蛍光増白剤金属キレートオキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物を用いることができる。

0111

前記金属キレート化オキシノイド化合物としては、トリス(8−キノリノール)アルミニウム等の8−ヒドロキシキノリン系金属錯体や、ジリチウムエピントリジオン等が好適な化合物としてあげることができる。

0112

また、前記スチリルベンゼン系化合物としては、例えば、ジスチリルピラジン誘導体も、発光層の材料として用いることができる。この他、ポリフェニル系化合物も、本発明の塗工液又はインキ組成物に加えても良い。

0113

さらに、上述した蛍光増白剤、金属キレート化オキシノイド化合物及びスチリルベンゼン系化合物等以外に、例えば12−フタペリノン、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン、1,1,4,4−テトラフェニル−1,3−ブタジエン、ナフタルイミド誘導体ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルジン誘導体、ピラジリン誘導体シクロペンタジエン誘導体ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体クマリン系化合物高分子化合物、9,9’,10,10’−テトラフェニル−2,2’−ビアントラセン、PPV(ポリパラフェニレンビニレン)誘導体、ポリフルオレン誘導体やそれら共重合体等が挙げられる。さらにビス(2−メチル−8−キノリノラート)(パラ−フェニルフェノラート)アルミニウム(III)、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(1−ナフトラート)アルミニウム(III)等のフェノラート配位子と、置換8−キノリノラート配位子を同時に有する金属錯体が挙げられる。

0114

白色の発光を得る場合の発光層としては特に制限はないが、下記のものを用いることができる。電界発光積層構造体の各層のエネルギー準位を規定し、トンネル注入を利用して発光させるもの(欧州特許第0390551号公報)。同じくトンネル注入を利用する素子で実施例として白色発光素子が記載されているもの(特開平3−230584号公報)。二層構造の発光層が記載されているもの(特開平2−220390号公報及び特開平2−216790号公報)。発光層を複数に分割してそれぞれ発光波長の異なる材料で構成されたもの(特開平4−51491号公報)。青色発光体蛍光ピーク380〜480nm)と緑色発光体(480〜580nm)とを積層させ、さらに赤色蛍光体を含有させた構成のもの(特開平6−207170号公報)。青色発光層青色蛍光色素を含有し、緑色発光層赤色蛍光色素を含有した領域を有し、さらに緑色蛍光体を含有する構成のもの(特開平7−142169号公報)。

0115

さらに、本発明の電界発光素子の陽極に使用される材料は、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Au等の金属、CuI、ITO、SnO2 、ZnO等の導電性材料が挙げられる。この陽極を形成するには、これらの電極物質を、蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることができる。この陽極は、上記発光層からの発光を陽極から取り出す場合、陽極の発光に対する透過率が10%より大きくなるような特性を有していることが望ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω/□以下としてあるものが好ましい。さらに、陽極の膜厚は、材料にもよるが通常10nm〜1μm、好ましくは10〜200nmの範囲で選択される。

0116

また、本発明の電界発光素子の陰極に使用される材料は、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウムナトリウム−カリウム合金マグネシウム、リチウム、マグネシウム・銀合金、アルミニウム/酸化アルミニウム、アルミニウム・リチウム合金、インジウム、希土類金属等が挙げられる。この陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。ここで、発光層からの発光を陰極から取り出す場合、陰極の発光に対する透過率は10%より大きくすることが好ましい。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、さらに、膜厚は通常10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmである。

0117

本発明の電界発光素子を作製する方法については、上記の材料及び方法により陽極、発光層、必要に応じて正孔注入層、及び必要に応じて電子注入層を形成し、最後に陰極を形成すればよい。また、陰極から陽極へ、前記と逆の順序で電界発光素子を作製することもできる。

0118

この電界発光素子は、透光性の基板上に作製する。この透光性基板は電界発光素子を支持する基板であり、その透光性については、400〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上、好ましくは90%以上であるものが望ましく、さらに平滑な基板を用いるのが好ましい。

0119

これら基板は、機械的、熱的強度を有し、透明であれば特に限定されるものではないが、例えば、ガラス板、合成樹脂板等が好適に用いられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラスバリウムストロンチウム含有ガラス、鉛ガラスアルミノケイ酸ガラスホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英などで成形された板が挙げられる。また、合成樹脂板としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂ポリエーテルサルファイド樹脂ポリサルフォン樹脂等の板が挙げられる。

0120

本発明の電界発光素子の発光層を除く各層の形成方法としては、真空蒸着電子線ビーム照射、スパッタリング、プラズマイオンプレーティング等の乾式成膜法、若しくはスピンコーティングディッピングフローコーティング等の湿式成膜法のいずれかの方法を適用することができる。また、特表2002−534782や、S.T.Lee, et al., Proceedings of SID’02, p.784(2002)に記載されているLITI(Laser Induced Thermal Imaging、レーザー熱転写)法や、印刷(オフセット印刷フレキソ印刷グラビア印刷スクリーン印刷)、インクジェット等の方法を適用することもできる。

0121

ポリマー材料を除く有機層は、特に分子堆積膜であることが好ましい。ここで分子堆積膜とは、気相状態材料化合物から沈着され形成された薄膜や、溶液状態又は液相状態の材料化合物から固体化され形成された膜のことであり、通常この分子堆積膜は、LB法により形成された薄膜(分子累積膜)とは凝集構造高次構造の相違や、それに起因する機能的な相違により区分することができる。また特開昭57−51781号公報に開示されているように、樹脂等の結着剤と材料化合物とを溶剤に溶かして溶液とした後、これをスピンコート法等により薄膜化することによっても、有機層を形成することができる。各層の膜厚は特に限定されるものではないが、膜厚が厚すぎると一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要となり効率が悪くなり、逆に膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生し、電界を印加しても充分な発光輝度が得にくくなる。したがって、各層の膜厚は、1nmから1μmの範囲が適しているが、10nmから0.2μmの範囲がより好ましい。

0122

また、電界発光素子の温度、湿度雰囲気等に対する安定性向上のために、素子の表面に保護層を設けたり、樹脂等により素子全体を被覆や封止を施したりしても良い。特に素子全体を被覆や封止する際には、光によって硬化する光硬化性樹脂が好適に使用される。

0123

本発明の電界発光素子に印加する電流は通常、直流であるが、パルス電流交流を用いてもよい。電流値電圧値は、素子破壊しない範囲内であれば特に制限はないが、素子の消費電力寿命を考慮すると、なるべく小さい電気エネルギーで効率良く発光させることが望ましい。

0124

本発明の電界発光素子の駆動方法は、パッシブマトリクス法のみならず、アクティブマトリックス法での駆動も可能である。また、本発明の電界発光素子から光を取り出す方法としては、陽極側から光を取り出すボトム・エミッションという方法のみならず、陰極側から光を取り出すトップ・エミッションという方法にも適用可能である。これらの方法や技術は、戸淳二著、「電界発光のすべて」、日本実業出版社(2003年発行)に記載されている。

0125

本発明の電界発光素子のフルカラー化方式の主な方式としては、3色塗り分け方式、色変換方式カラーフィルター方式が挙げられる。3色塗り分け方式では、シャドウマスクを使った蒸着法や、インクジェット法や印刷法が挙げられる。また、特表2002−534782や、S.T.Lee, et al., Proceedings of SID’02, p.784(2002)に記載されているレーザー熱転写法(Laser Induced Thermal Imaging、LITI法ともいわれる)も用いることができる。色変換方式では、青色発光の発光層を使って、蛍光色素を分散した色変換(CCM)層を通して、青色より長波長の緑色と赤色に変換する方法である。カラーフィルター方式では、白色発光の電界発光素子を使って、液晶用カラーフィルターを通して3原色の光を取り出す方法であるが、これら3原色に加えて、一部白色光をそのまま取り出して発光に利用することで、素子全体の発光効率をあげることもできる。

0126

さらに、本発明の電界発光素子は、マイクロキャビティ構造を採用しても構わない。これは、電界発光素子は、発光層が陽極と陰極との間に挟持された構造であり、発光した光は陽極と陰極との間で多重干渉を生じるが、陽極及び陰極の反射率、透過率等の光学的な特性と、これらに挟持された有機層の膜厚とを適当に選ぶことにより、多重干渉効果を積極的に利用し、素子より取り出される発光波長を制御するという技術である。これにより、発光色度を改善することも可能となる。この多重干渉効果のメカニズムについては、J.Yamada等によるAM−LCD Digest of Technical Papers,OD−2,p.77〜80(2002)に記載されている。

0127

以上述べたように、本発明の塗工液又はインキ組成物を使用して形成された発光層を用いた電界発光素子は、低い駆動電圧で長時間の発光を得ることが可能である。故に、本電界発光素子は、壁掛けテレビ等のフラットパネルディスプレイや各種の平面発光体として、さらには、複写機プリンター等の光源、液晶ディスプレイ計器類等の光源、表示板標識灯等への応用が考えられる。

0128

以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。なお、実施例中、「部」及び「%」は「質量部」及び「質量%」を表す。

0129

<半導体微粒子(量子ドット)組成物の調整>
[実施例1](量子ドット分散液QD−1)
QD:InP/ZnSコアシェル型量子ドットは技術文献「Inorganic Chemistry 2016,(17)、pp8381−8386」の記載に従い、次のように合成した。
塩化インジウム0.22部、オクチルアミン8.25部を反応容器に入れ、窒素バブリングを行いながら、180℃に加熱した。塩化インジウムが溶解した後、ジエチルアミノホスフィン0.86部を短時間で注入し、20分間180℃に制御した。その後、40℃まで急冷した。別途、無水酢酸亜鉛0.55部、表6に記載の化合物(58)の15.0部を加熱溶解した添加液を注入し、220℃で5時間加熱した後に、室温まで放冷した。放冷後、ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。さらにトルエンを用いて、固形分濃度10%に調製し、化合物(58)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−1を得た。

0130

[比較例1](量子ドット分散液QD−2)
塩化インジウム0.22部、オクチルアミン8.25部を反応容器に入れ、窒素バブリングを行いながら、165℃に加熱した。塩化インジウムが溶解した後、ジエチルアミノホスフィン0.86部を短時間で注入し、20分間165℃に制御した。その後、40℃まで急冷した。別途、無水酢酸亜鉛0.55部、ドデカンチオール7.0部、オレイルアミン5.0部を加熱溶解した添加液を注入し、240℃で2時間加熱した後に、室温まで放冷した。放冷後、ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。さらにトルエンを用いて、固形分濃度10%に調製し、ドデカンチオール(C−1)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−2を得た。

0131

[実施例2](量子ドット分散液QD−3)
得られた分散液QD−2を、トルエンを用いてさらに固形分濃度1%まで希釈した。表1に記載の化合物(2)の5%トルエン溶液を調製して同量添加し、12時間撹拌した。ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。トリメチルベンゼンを用いて、固形分濃度10%に調製し、化合物(2)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−3を得た。

0132

[実施例3〜10](量子ドット分散液QD−4〜QD−11)
分散液QD−3の表面被覆処理剤である化合物(2)を、表7に記載の被覆材料(表1〜6に記載の化合物)に変えて、表面被覆処理し、前記と同様の精製、調製を行うことで、本発明のそれぞれの化合物で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−4〜QD−11を得た。

0133

[比較例2](量子ドット分散液QD−12)
塩化インジウム0.22部、オクチルアミン8.25部を反応容器に入れ、窒素バブリングを行いながら、165℃に加熱した。塩化インジウムが溶解した後、ジエチルアミノホスフィン0.86部を短時間で注入し、20分間165℃に制御した。その後、40℃まで急冷した。別途、無水酢酸亜鉛0.55部、3,6,9,12−テトラオキサデカンアミン15.0部を加熱溶解した添加液を注入し、240℃で2時間加熱した後に、室温まで放冷した。放冷後、ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。さらに2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを用いて、固形分濃度10%に調製し、3,6,9,12−テトラオキサデカンアミン(C−2)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−12を得た。

0134

[実施例11〜14](量子ドット分散液QD−13〜QD−16)
得られた分散液QD−12を、2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを用いてさらに固形分濃度1%まで希釈した。表7に記載の被覆材料(表1〜6に記載の化合物)の5%2−アセトキシ−1−メトキシプロパン溶液をそれぞれ調製して同量添加し、12時間撹拌した。ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを用いて、固形分濃度10%に調製し、本発明のそれぞれの化合物で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−13〜QD−16を得た。

0135

0136

樹脂溶液の調製>
(樹脂溶液1)
パラフィンワックス155(日本精製)をデカンにNV10%となるように溶解し、樹脂溶液1を調製した。

0137

(樹脂溶液2)
セパラブル口フラスコ温度計冷却管窒素ガス導入管撹拌装置を取り付けた反応容器にキシレン70.0部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管よりn−ブチルメタクリレート18.0部、メタクリル酸メチル12.0部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、質量平均分子量(Mw)26000のアクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにキシレンを添加して樹脂溶液2を調製した。

0138

<インクジェットインキの作成>
[実施例1〜14 、比較例1、2]
表7に示した配合組成にて、密閉できる容器に、量子ドット分散液、樹脂溶液、溶剤の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。

0139

<インクジェットインキの評価>
[粘度]
インクジェットインキの粘度は、振動式粘度計ビスコメイトVM−10A−L(SEKONIC社製)を用いて、25℃における粘度を測定した。

0140

[インキ外観
得られたインクジェットインキについて、下記基準でインキ外観の目視評価を行った。△〜×ではインキを作成することができない。
○:インキ外観濁りなく透明な状態なもの(使用可能)
△:濁りがあるもの(使用不可
×:析出物が生じたもの(使用不可)

0141

吐出性
得られたインクジェットインキについて、下記条件にて印刷を行い、下記基準で吐出性を評価した。
○ :印刷パターン通りに吐出できたもの(良好)
○△:吐出中断後の再吐出で僅かに異常があったもの(使用可能)
△ :連続吐出で徐々にノズルつまり等が生じたもの(使用不可)
× :初期からノズルつまり等異常があったもの(使用不可)
インクジェット吐出試験条件
印刷機:DimatixMaterialsPrinter
カートリッジ:10DimatixMaterialsCartriges、10pL
印刷パターン:1mm間隔の格子模様
基板:丸カバーガラスガラス工業製
基板温度:30℃
印刷後乾燥:40℃20分

0142

[印刷物外観]
吐出性試験で得られた印刷物について、下記基準で印刷物外観を評価した。
○ :印刷物外観印字パターン通りの画像である場合(良好)
○△:かすれが見られる場合(使用可能)
△ :歪んだ画像である場合(使用不可)
× :印刷パターンの形跡なく付着した状態である場合(使用不可)

0143

[量子収率測定]
得られたインクジェットインキについて、下記条件で量子収率を測定した。QY維持率印刷初期量子効率(以下、QYともいう)を1として、4週間後の比率を示した。
測定機:大塚電子(株)量子効率測定装置QE−2000
励起波長:400nm、積分範囲:375〜425nm
蛍光積分範囲:430〜800nm

0144

0145

本発明のインクジェットインキを用いると、インクジェット印刷可能であり、量子収率も高く印刷できることが確認された。その他の塗工液、インキを用いて他の塗工法、印刷法で作製した塗工物、印刷物もほぼ同等の特性を有すると想定され、これらを使用した波長変換フィルム、カラーフィルターが所望の性能を発揮できることが示された。

0146

<電界発光素子用半導体微粒子(量子ドット)組成物の調製>
[実施例29〜33](量子ドット分散液QD−17〜QD−21)
電界発光素子用の量子ドット分散液として、分散液QD−2を、トルエンを用いてさらに固形分濃度1%まで希釈した。表1〜6に記載の化合物(1)、(39)又は(51)の5%トルエン溶液をそれぞれ調製して同量添加し、12時間撹拌した。ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。トリメチルベンゼンを用いて、固形分濃度10%に調製し、それぞれ化合物(1)、(39)又は(51)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−17〜QD−19を得た。また、分散液QD−16を、2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを用いてさらに固形分濃度1%まで希釈した。表1の化合物(50)又は(59)の5%2−アセトキシ−1−メトキシプロパン溶液をそれぞれ調製して同量添加し、12時間撹拌した。ヘキサンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを用いて、固形分濃度10%に調製し、それぞれ化合物(50)又は(59)で表面被覆処理された量子ドット分散液QD−20、QD−21を得た。

0147

0148

<電界発光素子の作製>
以下に記載のとおり、電界発光素子を作成した。実施例においては、特に断りのない限り、混合比は全て質量比を示す。蒸着(真空蒸着)は10−6Torrの真空中にて、基板の加熱や冷却といった温度制御無しの条件下で行った。また、素子の発光特性は、発光素子面積2mm×2mmの電界発光素子を用いて特性を測定した。
≪インクジェット吐出試験条件≫
印刷機:DimatixMaterialsPrinter
カートリッジ:10DimatixMaterialsCartriges、10pL
印刷パターン:ベタ印刷パターン(2mm×2mmの素子が合計6つ形成される1.2cm×1.2cm範囲の面積のもの)
基板温度:30℃
印刷後乾燥:40℃20分

0149

[実施例34]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−1を1部、樹脂溶液1を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを調整した。
洗浄したITO電極付きガラス板上に、PEDOT/PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシ)−2,5−チオフェン/ポリスチレンスルホン酸、Heraeus社製CLEVIOUS(登録商標)PVP CH8000)をスピンコート法にて製膜し、110℃にて20分間乾燥させて膜厚35nmの正孔注入層を得た。次いで、ポリ(N−ビニルカルバゾール)を、1.0質量%の濃度でモノクロロベンゼンに溶解させ、スピンコート法で製膜し110℃にて20分間乾燥させて、35nmの膜厚の正孔輸送層を形成した。その上に、作成したインクジェットインキを用い、上述の吐出条件でインクジェット印刷を行い、20nmの膜厚の発光層を形成した。その上に、Avantama社製酸化亜鉛のイソプロパノール分散液 N−10を、スピンコート法で製膜し、80nmの電子輸送層を形成した。最後に、アルミニウム(Al)を200nm蒸着して電極を形成し、電界発光素子を得た。
この素子は、8Vにて外部量子効率5.0%、発光輝度32000(cd/m2)の赤色発光を示し、その発光スペクトルピーク波長は655nmであり、半値全幅は52nmであった。この素子を発光輝度1000(cd/m2)で室温にて定電流駆動したときの輝度半減寿命は1000時間以上であった。また、電流密度10(mA/cm2)で駆動させた時の発光効率は6.3(cd/A)、及び80℃の環境で100時間連続駆動させた後の相対輝度(=(100時間後の輝度)/(初期輝度))は0.86であった。

0150

[実施例35]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−6を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0151

[実施例36]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−10を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0152

[実施例37]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−15を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤として2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0153

[実施例38]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−17を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0154

[実施例39]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−18を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0155

[実施例40]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−19を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤としてトリメチルベンゼンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。この素子は、8Vにて外部量子効率7.2%、発光輝度56000(cd/m2)の緑色発光を示し、その発光スペクトルのピーク波長は547nmであり、半値全幅は37nmであった。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0156

[実施例41]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−20を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤として2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0157

[実施例42]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−21を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤として2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0158

[比較例5]
密閉できる容器に、量子ドット分散液QD−12を1部、樹脂溶液2を1部、次いで、溶剤として2−アセトキシ−1−メトキシプロパンを30部の順番で計量し、その後、密閉して、3分間、振とうしてインクジェットインキを作成した。
これを実施例34のインクジェットインキに変えて発光層を形成する以外は実施例34と同様に各層を作成し、電界発光素子を得た。得られた電界発光素子について、実施例34と同様にして、外部量子効率等の評価を行った。

0159

<電界発光素子の評価>
得られた電界発光素子について評価結果を表10に示す。

0160

実施例

0161

本発明の半導体微粒子組成物からなるインクジェットインキを用いて発光素子を作成することにより、発光特性及び安定性に優れた素子を作成することができた。その他の塗工液、インキを用いて他の塗工法、印刷法で作製した発光素子においても優れた特性を発揮できると想定される。

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