(57)【要約】【課題】発光効率の高い電子素子を提供する。【解決手段】光を受けて発光するナノ粒子と、前記ナノ粒子と異なる屈折率を有し、前記ナノ粒子の表面に形成されたコーティング物質と、を含むことを特徴とするコーティングされたナノ粒子によって、上記課題は解決される。【選択図】図２
2006322001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受けて発光するナノ粒子と、
前記ナノ粒子と異なる屈折率を有し、前記ナノ粒子の表面に形成されたコーティング物質と、
を含むことを特徴とするコーティングされたナノ粒子。
【請求項２】
前記コーティング物質は、前記ナノ粒子の表面に多層構造に形成され、前記多層構造の下部の屈折率が前記多層構造の上部の屈折率よりさらに高いことを特徴とする請求項１に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項３】
前記コーティング物質は、前記ナノ粒子より屈折率が低いことを特徴とする請求項１または２に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項４】
前記コーティング物質と前記ナノ粒子との屈折率の差は、０．０５以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項５】
前記ナノ粒子は、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合物またはこれらの混合物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項６】
前記ＩＩ−ＶＩ族化合物は、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅなどの二元素化合物、またはＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅなどの三元素化合物、またはＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択され、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの二元素化合物、またはＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰなどの三元素化合物、またはＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂなどの四元素化合物からなる群から選択され、
前記ＩＶ−ＶＩ族化合物は、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅなどの二元素化合物、またはＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅなどの三元素化合物、またはＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、ＳｎＰｂＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択され、
前記ＩＶ族化合物は、Ｓｉ、Ｇｅなどの単一元素化合物またはＳｉＣ、ＳｉＧｅなどの二元素化合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項７】
前記二元素化合物、三元素化合物または四元素化合物は、均一な濃度で粒子内に存在するか、または濃度が部分的に異なる状態で粒子内に存在することを特徴とする請求項６に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項８】
前記ナノ粒子は、無機蛍光体またはこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項９】
前記無機蛍光体は、ＹＢＯ３：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ；Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；Ｂａ２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋；Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８．２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；（ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＳ：Ｅｕ２＋；Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項１０】
前記コーティング物質は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項１１】
前記ナノ粒子を発光させる光は、４００ｎｍないし２４００ｎｍの波長範囲であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコーティングされたナノ粒子を発光体として含むことを特徴とする電子素子。
【請求項１３】
発光ダイオード、レーザダイオード、ＬＣＤまたはＰＤＰのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１２に記載の電子素子。
【請求項１４】
発光体である前記コーティングされたナノ粒子と、
前記コーティングされたナノ粒子を分散させるマトリックスと、
前記マトリックスに光を照射する光源と、
を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の電子素子。
【請求項１５】
前記光源は、４００ｎｍないし２４００ｎｍの範囲の波長の光を発光することを特徴とする請求項１４に記載の電子素子。
【請求項１６】
前記マトリックスは、前記コーティングされたナノ粒子のコーティング物質よりさらに低い屈折率を有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子素子。
【請求項１７】
前記マトリックスと前記コーティングされたナノ粒子のコーティング物質との屈折率の差は、０．０５以上であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項１８】
前記マトリックスは、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ガラス、カーボネート系樹脂およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子で発光体として使われるナノ粒子に係り、特に電子素子の発光効率を向上させるように、ナノ粒子の表面にナノ粒子より屈折率の低い物質でコーティングされたナノ粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ナノ粒子を電子素子の発光体として使用しようとする試みが多く行われつつある。かかるナノ粒子のうちでも研究が活発なものは、化合物半導体ナノ粒子である量子ドット（ＱＤ）である。
【０００３】
量子ドットは、ナノサイズの半導体物質であって、量子制限効果を表す物質である。このような量子ドットは、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すれば、該量子ドットのエネルギーバンドギャップに該当するエネルギーを放出する。したがって、量子ドットのサイズまたは物質の組成を調節すれば、該エネルギーバンドギャップを調節できて多様な光を発光できて、電子素子の発光体として利用されうる。
【０００４】
特許文献１には、量子ドットをマトリックスに分散させて発光体として利用した発光ダイオードに関して開示されている。前記特許文献１には、発光ダイオードを製造するために、量子ドットの表面に置換されている有機リガンド、親和力の強い単量体および少量の触媒を量子ドットと混合した後で塗布し、熱を加えて量子ドットが分散された高分子の製造方法について開示されている。
【特許文献１】米国特許第６，５０１，０９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に、量子ドットをマトリックスに分散させて発光体として利用した従来の素子において、光源からの光を発光体が吸収して外部に発光する過程を示した。
【０００６】
マトリックスを通じて伝達された光源Ｌからの入射光Ｌｉｎは、ナノ粒子ＰとマトリックスＭとの界面で一部の光は反射され（Ｓ２）、残りは、発光体であるナノ粒子Ｐに吸収される。このように吸収された光は、ナノ粒子のエネルギー状態を励起させて変化された光として放出される（Ｌｏｕｔ）。しかしながら、このとき、ナノ粒子ＰとマトリックスＭとの屈折率の差によりナノ粒子から発光される光が反射されれば、発光体に再吸収されうるので、発光効率が低下する。すなわち、マトリックスＭの屈折率Ｎｍと発光体であるナノ粒子Ｐの屈折率Ｎｐとの差により、マトリックスと発光体との界面で光の散乱が起きるので、光源エネルギーの吸収率が低下するだけでなく、発光体から放出される光がマトリックスとの界面から反射されて発光体に再吸収されて、発光効率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、前記のような従来の技術の問題点を解決するためのものであって、損失される光を最小化して発光効率を向上させるナノ粒子および前記ナノ粒子を含む電子素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、光を受けて発光するナノ粒子と、前記ナノ粒子の表面に形成されたコーティング物質と、を含むことを特徴とするコーティングされたナノ粒子を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記コーティング物質は、前記ナノ粒子の表面に多層構造に形成され、前記多層構造の下部の屈折率が前記多層構造の上部の屈折率よりさらに高いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記コーティング物質は、前記ナノ粒子より屈折率が低いことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記コーティング物質と前記ナノ粒子との屈折率の差は、０．０５以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記ナノ粒子は、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合物またはこれらの混合物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記ＩＩ−ＶＩ族化合物は、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅなどの二元素化合物、またはＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅなどの三元素化合物、またはＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択され、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの二元素化合物、またはＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰなどの三元素化合物、またはＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂなどの四元素化合物からなる群から選択され、前記ＩＶ−ＶＩ族化合物は、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅなどの二元素化合物、またはＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅなどの三元素化合物、またはＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、ＳｎＰｂＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択され、前記ＩＶ族化合物は、Ｓｉ、Ｇｅなどの単一元素化合物またはＳｉＣ、ＳｉＧｅなどの二元素化合物からなる群から選択されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記二元素化合物、三元素化合物または四元素化合物は、均一な濃度で粒子内に存在するか、または濃度が部分的に異なる状態で粒子内に存在することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記ナノ粒子は、無機蛍光体またはこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記無機蛍光体は、ＹＢＯ３：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ；Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；Ｂａ２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋；Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８．２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＳ：Ｅｕ２＋；Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記コーティング物質は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記ナノ粒子を発光させる光は、４００ｎｍないし２４００ｎｍの波長範囲であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、コーティングされたナノ粒子を発光体として含む電子素子を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるコーティングされたナノ粒子は、光源からの光の散乱量を調節し、ナノ粒子で発生する光の反射を減らして外部に効果的に伝達できるので、該ナノ粒子を用いることにより、発光効率の高い発光体が提供され得、これを発光体として使用した電子素子は、発光効率が向上しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明は、本発明は、光を受けて発光するナノ粒子と、前記ナノ粒子の表面に形成されたコーティング物質と、を含むことを特徴とするコーティングされたナノ粒子を提供する。
【００２３】
図３は、光源からの光を本発明のコーティングされたナノ粒子が吸収して発光し、外部に伝達される過程を示す図面であり、これをによって本発明のコーティングされたナノ粒子の効果を説明できる。
【００２４】
図３に示すように、本発明の一実施形態であるコーティングされたナノ粒子は、発光体であるナノ粒子Ｐにナノ粒子より低い屈折率を有する物質Ｃがコーティングされている。光源Ｌからの入射光Ｌｉｎが照射されれば、空気の屈折率とマトリックスＭの屈折率Ｎ１との差により、マトリックスＭの表面で入射光Ｌｉｎが一部反射され（Ｓ１）て損失し、マトリックスＭを通過した光は、マトリックスＭとコーティング物質Ｃとの界面で、マトリックスＭの屈折率Ｎ１とコーティング物質Ｃの屈折率Ｎ２との差により一部の光が散乱される（Ｓ２）。コーティング物質Ｃを通過した光は、再びコーティング物質Ｃとナノ粒子Ｐとの界面で、コーティング物質Ｃの屈折率Ｎ２とナノ粒子Ｐの屈折率Ｎ３との差により一部の光が散乱され（Ｓ３）、残りの光がナノ粒子Ｐに吸収される。吸収された光は、ナノ粒子Ｐのエネルギー励起過程を経て、ナノ粒子Ｐによりエネルギーが変換されて異なる波長の光として発光する。発光した光は、ナノ粒子Ｐとコーティング物質Ｃとの屈折率の差、およびコーティング物質ＣとマトリックスＭとの屈折率の差により、それぞれの界面で一部の光が反射され（ｒ２、ｒ１）、反射された光は、再びナノ粒子により再吸収されうる。反射されていない残りの光である出射光Ｌｏｕｔは、外部から観察でき、最終的に発光素子の効率を決定する。
【００２５】
本発明の一実施形態によるコーティングされたナノ粒子は、ナノ粒子の表面に前記ナノ粒子より屈折率の低いコーティング物質Ｃが存在する。したがって、屈折率がナノ粒子に比べて顕著に低いマトリックスの屈折率Ｎ１とナノ粒子の屈折率Ｎ３との差により、界面で散乱あるいは反射されて再吸収される光量が減少されうる。また、コーティング物質は、ナノ粒子の表面をさらに安定化させる効果、ならびに発光効率および寿命を向上させる効果を与える。
【００２６】
本発明において、前記コーティング物質の屈折率Ｎ２は、発光体であるナノ粒子の屈折率Ｎ３より低いことが望ましく、マトリックスの屈折率Ｎ１より高いことが望ましい。
【００２７】
本発明のナノ粒子は、光源の光を受けて発光する特性を有する粒子ならば特に制限されない。このようなナノ粒子としては、例えば化合物半導体量子ドットおよび無機蛍光体などが挙げられる。
【００２８】
量子ドットは、好ましくは、ＩＩ−ＶＩ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＶ−ＶＩ族化合物、ＩＶ族化合物またはこれらの混合物から選択される化合物から形成されるものであって、さらに詳しくは、ＩＩ−ＶＩ族化合物は、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅなどの二元素化合物、またはＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅなどの三元素化合物、またはＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択されることが好ましく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの二元素化合物、またはＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰなどの三元素化合物、またはＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂなどの四元素化合物からなる群から選択されることが好ましく、ＩＶ−ＶＩ族化合物は、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅなどの二元素化合物、またはＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅなどの三元素化合物、またはＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、ＳｎＰｂＳＴｅなどの四元素化合物からなる群から選択されることが好ましく、ＩＶ族化合物は、Ｓｉ、Ｇｅなどの単一元素化合物またはＳｉＣ、ＳｉＧｅなどの二元素化合物からなる群から選択されることが好ましい。
【００２９】
前記二元素化合物、三元素化合物または四元素化合物の結晶構造は、部分的に分けられて同じ粒子内に存在するか、または合金形態に存在しうる。
【００３０】
本発明で使われる無機蛍光体は、好ましくは、ＹＢＯ３：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋；ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ；Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋；Ｂａ２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋；（Ｂａ，Ｓｒ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋；Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８．２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋；（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＳｒＳ：Ｅｕ２＋；Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋；Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋およびこれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つである。
【００３１】
本発明のコーティングされたナノ粒子のコーティング物質の屈折率とナノ粒子の屈折率との差は、理論的に０以上であればよく、望ましくは、０．０５以上であり、さらに望ましくは、０．０５ないし２である。
【００３２】
前記コーティング物質は、好ましくは、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮまたはこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種が使われうる。
【００３３】
本発明のコーティングされたナノ粒子のコーティング物質の厚さは、特に制限されないが、望ましくは、１ないし１０ｎｍの厚さを有する。
【００３４】
また、本発明のコーティングされたナノ粒子のコーティング物質は、前述した物質のなかの１つの物質から構成される層を有することができ、また、複数の被覆層から形成される多層構造を有することもできる。最外層にあるコーティング物質は最も低い屈折率を有さねばならず、内側へ行くほど屈折率の高い物質が使用されうる。このように、コーティングされたナノ粒子が様々な屈折率を有する多層構造のコーティング物質を有する場合、界面で接触している一つの物質と他の物質との屈折率の差が小さくなり、屈折率の差が小さくなれば、界面での光の散乱が効果的に抑制されうる。
【００３５】
本発明に用いられるコーティングされたナノ粒子を分散させるマトリックスは、発光素子の特性に適した物質が使われ、前記コーティング物質より低い屈折率を有するものが使われる。前記マトリックスと前記コーティング物質との屈折率の差は、理論的に０以上であり、望ましくは、０．０５以上である。
【００３６】
本発明のマトリックスは、好ましくは、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ガラス、カーボネート系樹脂およびこれらの混合物からなる群から選択して使われうる。
【００３７】
合成されたナノ粒子の表面にコーティングする方法として、例えば、結晶面を維持しつつ結晶化させる結晶成長方法、ナノ粒子の表面にコーティング物質の前駆体に置換した後、重合反応を通じて合成する表面開始重合方法、または非結晶コーティング方法などがある。
【００３８】
本発明のナノ粒子は、好ましくは、公知の量子ドットの製造方法のうち化学的な湿式合成法により製造されうる。化学的な湿式合成法によりナノサイズの量子ドットを合成するためには、窒素ガスまたはアルゴンガスのような不活性ガス雰囲気下で、適切な溶媒に界面活性剤の種類および濃度を調節して入れて、結晶構造が成長できる反応温度を維持する。そして、量子ドットの前駆体物質を混合反応溶液に注入して、量子ドットのサイズを調節するために反応時間が維持される。反応を終了して温度を下げた後、量子ドットを溶液から分離する。
【００３９】
本発明の一実施形態で使われる溶媒は、例えば、炭素数６ないし２２のアルキルホスフィン、炭素数６ないし２２のアルキルホスフィンオキサイド、炭素数６ないし２２のアルキルアミン、炭素数６ないし２２のアルカン、炭素数６ないし２２のアルケンまたはこれらの混合物が挙げられる。結晶成長の容易さ、および溶媒の安定性のための望ましい反応温度の範囲は、１００ないし４０００℃であり、さらに望ましくは、１８０ないし３６０℃である。そして、反応時間は、望ましくは、１秒ないし４時間であり、さらに望ましくは、１０秒ないし３時間である。
【００４０】
一方、化学的な湿式合成法により製造された量子ドットは、コロイド状態で溶液内に分散されているので、量子ドットは遠心分離を通じて溶媒から分離される。分離した量子ドットを、非溶媒であるエタノールを添加して再び遠心分離した後、沈殿を活性塩基を有する溶媒に分散させて攪拌して、量子ドットに活性塩基を置換させる。
【００４１】
このように製造された置換された活性塩基を有する量子ドットにコーティング物質の前駆体が添加され、所定の時間攪拌され、量子ドットの表面にコーティング層が形成される。
【００４２】
本発明で使われる前記活性塩基は、例えば、ピリジン、３−メルカプトプロピルアルコール、３−メルカプトプロピルシラン、３−アミノプロピルシランなどが挙げられる。また、本発明で使われるコーティング物質の前駆体としては、例えば、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリブトキシシラン、ケイ酸ナトリウム、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシド、スズブトキシド、スズ酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００４３】
本発明は、上述のコーティングされたナノ粒子を発光体として含む電子素子を提供する。
【００４４】
本発明の電子素子は、発光体を使用する全ての電子素子を意味するものであって、かかる電子素子としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード、ＬＣＤ、ＰＤＰなどが挙げられる。
【００４５】
本発明の電子素子の一例として、発光ダイオードは、図８に示したように、コーティングされたナノ粒子、前記コーティングされたナノ粒子を分散するマトリックス、前記マトリックスを取り囲む成形用樹脂および光源を含んで構成されうる。
【００４６】
本発明のコーティングされたナノ粒子を分散させるマトリックスは、光源から出てくる波長の範囲の光を吸収しない材質が使われ、前記コーティング物質よりさらに低い屈折率を有するものが用いられうる。マトリックスと前記コーティング物質との屈折率の差は、理論的に０以上であり、望ましくは、０．０５以上である。本発明のマトリックスは、好ましくは、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ガラス、カーボネート系樹脂およびこれらの混合物からなる群から選択して使われうる。
【００４７】
本発明で使われる光源の波長は、ナノ粒子を発光させる波長ならばいずれも使われ、一例として、光源の波長は、好ましくは、４００ｎｍないし２４００ｎｍの範囲であり、このような波長の光を受けた本発明のコーティングされたナノ粒子は、４００ｎｍないし２５００ｎｍの光を発光できる。
【００４８】
また、前記のような本発明の電子素子を製造するためには、本発明のコーティングされたナノ粒子をマトリックスに分散させた後、前記マトリックスを光源が発光される素子のチップ上に塗布し、１２０℃のオーブンで硬化させて１次塗布および硬化工程を行う。このように１次塗布されて硬化された混合物をランプ状にするために、成形できる枠内に成形用の樹脂を入れ、１次塗布および硬化工程を経たチップを浸す。再び硬化させた後、オーブンから取り出す。最後に、枠を除去すれば、量子ドット蛍光体を発光体として使用したランプ状の発光ダイオードを製造できる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、下記の実施例は、説明の目的のためのものであり、本発明が下記の実施例にのみ限定されるものではない。
【００５０】
＜ピリジン置換したＣｄＳｅＳナノ粒子の合成＞
トリオクチルアミン（ＴＯＡ）１６ｇ、オレイン酸０．５ｇおよび酸化カドミウム０．４ｍｍｏｌを同時に還流コンデンサが設置された１２５ｍｌのフラスコに入れ、攪拌しつつ反応温度を３００℃に調節した。これと別途に、Ｓｅ粉末をトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）に溶かしてＳｅ濃度が約０．２５ＭであるＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液を作り、Ｓ粉末をＴＯＰに溶かしてＳ濃度が約１．０ＭであるＳ−ＴＯＰ錯体溶液を作った。前記カドミウムを含む反応混合物にＳ−ＴＯＰ錯体溶液０．９ｍｌおよびＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液０．１ｍｌの混合物を速く注入し、４分ほどさらに攪拌した。反応が終結した後、反応混合物の温度を可能な限り速く下げ、非溶媒であるエタノールを添加して遠心分離を実施した。遠心分離した溶液の上澄液は捨て、沈殿をトルエンに約１質量％溶液となるように分散させた。
【００５１】
このように製造されたＣｄＳｅＳナノ結晶のトルエン溶液に非溶媒であるエタノールを付加して遠心分離を実施した後、沈殿をピリジンに分散させて約３０分間攪拌した。攪拌後、再び非溶媒であるヘキサンを付加して遠心分離を実施し、沈殿をブタノール（屈折率：１．４）に約１質量％溶液となるように分散させた。
【００５２】
このようにブタノールに分散されたＣｄＳｅＳ溶液の光吸収スペクトルおよび光励起発光スペクトルを図６および図７にそれぞれ示した。
【００５３】
＜ピリジン置換したＣｄＳｅＳナノ結晶をＳｉＯ２でコーティングする工程＞
上述の方法で製造されたＣｄＳｅＳナノ粒子のトルエン溶液に非溶媒であるエタノールを添加して、遠心分離を実施した。遠心分離された沈殿を除いた溶液の上澄液は捨て、沈殿をピリジンに分散させて約３０分間常温で攪拌した。攪拌後、非溶媒であるヘキサンを添加して遠心分離を実施した。遠心分離した沈殿を再びピリジンに分散させた後、トリエトキシシラン（ＴＥＯＳ）０．１ｍＬを加えて約３時間常温で攪拌し、ＣｄＳｅＳの表面にＳｉＯ２膜を形成させた。攪拌後、非溶媒であるヘキサンを添加して遠心分離を実施した。遠心分離した溶液の上澄液を捨て、沈殿をブタノール（屈折率：１．４）に約１質量％溶液となるように分散させた。分散されたナノ結晶溶液の光吸収スペクトルおよび光励起発光スペクトルを図６および図７にそれぞれ示した。
【００５４】
図６および図７は、ＣｄＳｅＳナノ粒子およびシリカでコーティングしたＣｄＳｅＳ／ＳｉＯ２ナノ粒子の、ブタノールに分散させた溶液の光吸収スペクトルおよび光励起発光スペクトルをそれぞれ示した図面である。
【００５５】
図６に示したように、ＣｄＳｅＳナノ粒子および本発明のＣｄＳｅＳ／ＳｉＯ２ナノ粒子の吸収波長および吸光度の同一の条件下では、図７に示したように、ＣｄＳｅＳナノ粒子に比べて、本発明のＣｄＳｅＳ／ＳｉＯ２ナノ粒子では発光強度が約１．２倍であった。これは、屈折率２．４であるＣｄＳｅＳ物質と屈折率１．４であるブタノール溶媒との高い屈折率差のために起きる発光効率の損失を、屈折率１．５であるＳｉＯ２が中間に存在することによって減少させるためであると説明されうる。
【００５６】
図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、ＣｄＳｅＳナノ粒子および本発明のＣｄＳｅＳ／ＳｉＯ２ナノ粒子の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。図４Ｂに示すように、本発明のコーティングされたナノ粒子は、粒子の周辺に非晶質の薄い膜を有しているということが分かる。しかし、これに対して、図４Ａに示すように、コーティングされていないナノ粒子は、非晶質の構造のない結晶構造のみが観察される。
【００５７】
本発明のコーティングされたナノ粒子の成分を分析するために、エネルギー分散分光法（ＥＤＳ）によって確認した結果、図５に示したように、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓ元素以外にＳｉ、Ｏが検出され、これによって、コーティングされたナノ粒子は、化合物半導体物質以外にコーティング物質であるシリカ成分を有しているということが分かった。
【００５８】
本発明は、図面に示した一実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、電子素子関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の技術により光源からの光を発光体が吸収して外部に発光する過程を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態により製造されたコーティングされたナノ粒子がマトリックスに分散されたことを示す概略図である。
【図３】光源からの光を本発明の一実施形態であるコーティングされたナノ粒子が吸収して外部に発光する過程を示す概略図である。
【図４Ａ】コーティング前のナノ粒子の構造についてのＴＥＭ写真である。
【図４Ｂ】シリカでコーティングされたナノ粒子の構造についてのＴＥＭ写真である。
【図５】シリカでコーティングされたナノ粒子の成分についてのＥＤＳ分析結果を示す図面である。
【図６】コーティング前後のナノ粒子の光吸収スペクトルを示す図面である。
【図７】コーティング前後のナノ粒子の光励起発光スペクトルを示す図面である。
【図８】本発明のコーティングされたナノ粒子を用いた電子素子の概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｌ    光源、
Ｍ    マトリックス、
Ｐ    ナノ粒子、
Ｃ    コーティング物質、
Ｌｉｎ    入射光、
Ｌｏｕｔ    出射光、
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３    屈折率、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ｒ１、ｒ２    反射光または散乱光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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