(57)【要約】【課題】毒性の問題のない材料系でもって、薄膜形成が容易に可能で且つ安定性の高い量子ドット材料、量子ドット薄膜及びその形成方法が求められている。用途としては、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯などの用途に於いて、有効な照明装置を実現することが求められている。【解決手段】量子ドットを構成する薄膜に於いて、該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、該酸化物により量子ドットが安定に担持されているようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットを構成する薄膜であって、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
量子ドット薄膜。
【請求項２】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトは、
少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする、
請求項１記載の量子ドット薄膜。
【請求項３】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトは、
少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする、
請求項１記載の量子ドット薄膜。
【請求項４】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンは、
塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数により構成されることを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項５】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素は、
シリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする、
請求項１乃至４の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項６】
該量子ドットを構成する薄膜は、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、
該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする、
請求項１乃至５の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項７】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体は、
金属臭化物であることを特徴とする、
請求項１乃至６の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項８】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体は金属臭化物であって、
反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする、
請求項７記載の量子ドット薄膜。
【請求項９】
該有機溶媒は、
ジメチルホルムアミドであることを特徴とする、
請求項８記載の量子ドット薄膜。
【請求項１０】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は、
金属アルコキシドであることを特徴とする、
請求項１乃至９の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項１１】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、
シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする、
請求項１０記載の量子ドット薄膜。
【請求項１２】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドは、
３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１３】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドは、
テトラブトキシジルコンであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１４】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドは、
テトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１５】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドは、
トリブトキシアルミニウムであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１６】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドは、
ペンタエトキシ二オブであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１７】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドは、
ペンタエトキシタンタルであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１８】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドは、
ジエトキシバリウムであることを特徴とする、
請求項１０又は１１記載の量子ドット薄膜。
【請求項１９】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は、
金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とする、
請求項１０乃至１８の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項２０】
該金属塩は、
金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする、
請求項１９記載の量子ドット薄膜。
【請求項２１】
該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
トルエン又はヘキセンであることを特徴とする、
請求項１乃至２０の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項２２】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
トルエンであることを特徴とする、
請求項１０、１１、１２、１９又は２０記載の量子ドット薄膜。
【請求項２３】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
ヘキセンであることを特徴とする、
請求項１０、１１或いは１３乃至２０の何れか一に記載の量子ドット薄膜。
【請求項２４】
量子ドットを構成する薄膜の形成方法であって、
量子ドットを構成するための無機ハライドペロブスカイトの前駆体と、これを担持するための金属酸化物を構成するための金属酸化物の前駆体を用意する工程と、
該材料を有機溶媒中で混合、反応させる工程と、
該反応済みの材料を成膜する工程とを経て形成されたことにより、
金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項２５】
該反応済みの材料を成膜する工程は、
スプレー法或いは印刷法により行われることを特徴とする、
請求項２４記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項２６】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトは、
少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする、
請求項２４又は２５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項２７】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトは、
少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする、
請求項２４又は２５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項２８】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンは、
塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数によることを特徴とする、
請求項２４乃至２７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項２９】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素は、
シリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする、
請求項２４乃至２８の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３０】
該量子ドットを構成する薄膜は、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、
該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする、
請求項２４乃至３０の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３１】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体は、
金属臭化物であることを特徴とする、
請求項２４乃至３０の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３２】
該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体は金属臭化物であって、
反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする、
請求項３１記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３３】
該有機溶媒は、
ジメチルホルムアミドであることを特徴とする、
請求項３２記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３４】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は、
金属アルコキシドであることを特徴とする、
請求項２４乃至３３の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３５】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、
シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする、
請求項３４記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３６】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドは、
３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３７】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドは、
テトラブトキシジルコンであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３８】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドは、
テトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項３９】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドは、
トリブトキシアルミニウムであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４０】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドは、
ペンタエトキシ二オブであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４１】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドは、
ペンタエトキシタンタルであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４２】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドは、
ジエトキシバリウムであることを特徴とする、
請求項３４又は３５記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４３】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は、
金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とする、
請求項３４乃至１８の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４４】
該金属塩は、
金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする、
請求項４３記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４５】
該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
トルエン又はヘキセンであることを特徴とする、
請求項２４乃至４４の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４６】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
トルエンであることを特徴とする、
請求項３４、３５、３６、４３又は４４記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４７】
該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり材料を混合、反応させる有機溶媒は、
ヘキセンであることを特徴とする、
請求項３４、３５或いは３７乃至４４の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法。
【請求項４８】
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子。
【請求項４９】
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子。
【請求項５０】
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いた内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料として請求項１乃至２３の何れか一に記載の量子ドット薄膜を用いた内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯。
【請求項５１】
該放電灯は、
放電管内部に電極を持たない構成であることを特徴とする、
請求項５０記載の量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯。
【請求項５２】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の内面に形成されていることを特徴とする、
請求項５０又は５１記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項５３】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項５２記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項５４】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の外面に形成されていることを特徴とする、
請求項５０又は５１記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項５５】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の外面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項５４記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項５６】
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項２４乃至４７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＬＥＤ素子であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項２４乃至４７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＬＥＤ素子。
【請求項５７】
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項２４乃至４７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＥＬ素子であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項２４乃至４７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＥＬ素子。
【請求項５８】
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項１６乃至３２の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いた内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯であって、
用いられる量子ドットを構成する薄膜は、
該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、
且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、
該金属酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、
波長変換材料の薄膜形成方法として請求項２４乃至４７の何れか一に記載の量子ドット薄膜の形成方法を用いた内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯。
【請求項５９】
該放電灯は、
放電管内部に電極を持たない構成であることを特徴とする、
請求項５８記載の量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯。
【請求項６０】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の内面に形成されていることを特徴とする、
請求項５８又は５９記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項６１】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の内面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項６０記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項６２】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の外面に形成されていることを特徴とする、
請求項５８又は５９記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【請求項６３】
該量子ドット薄膜は、
該放電管の外面に形成され、
且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする、
請求項６２記載の量子ドット薄膜を用いた放電灯或いは無電極放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長の光を可視光に変換する機能材料としての量子ドット薄膜、量子ドット薄膜の形成方法、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
量子ドット技術は、ＬＥＤを含む多くの発光デバイスで必要な紫外域を主とする短波長の光を可視光に変換する機能材料として、本質的に非常な高効率が期待され、活発な研究が行われている。
【０００３】
また、蛍光灯をはじめとする放電灯は非常に成熟した技術であり、各種照明ランプ等に広範に用いられている。特に、無電極放電灯はＬＥＤを凌駕する長寿命を有し、高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いては非常に有効である。
【０００４】
量子ドット技術は非常に高効率の波長変換を可能とする技術であり、上記の放電灯及び無電極放電灯に用いることによりさらに高効率の照明装置を得られる可能性があった。量子ドット技術はドットマトリクスを含むＬＥＤへの応用等が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６ー１５７５５５号公報
【特許文献２】特開２０１６ー１１４８４６号公報
【特許文献３】特開２０１３ー１８３１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、量子ドットは従来カドミウム及びセレンを含む材料系が主に用いられており、特にカドミウムの毒性が普及の障害になっていた。
【０００７】
また、量子ドットはその製造工程及び材料系から薄膜形成が困難であり、さらに水及び／又は極性溶媒により分解してしまうといった課題があった。
【０００８】
また、実際の使用に於いても耐熱性が低いという課題があり、普及の妨げとなっていた。
【０００９】
このため、毒性の問題のない材料系でもって、薄膜形成が容易に可能で且つ安定性の高い量子ドット材料、量子ドット薄膜及びその形成方法が求められている。用途としては、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯などの用途に於いて、有効な照明装置を実現することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
量子ドットを構成する薄膜に於いて、該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、該酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、量子ドット薄膜、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯である。
【００１１】
また本発明は、  該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンが塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数によることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素がシリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜が、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であることを特徴とする。また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であって、反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする。また本発明は、該有機溶媒がジメチルホルムアミドであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドが３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドがテトラブトキシジルコンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドがテトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドがトリブトキシアルミニウムであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドがペンタエトキシ二オブであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドがペンタエトキシタンタルであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドがジエトキシバリウムであることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とし、また本発明は、該金属塩が金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエン又はヘキセンであることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエンであることを特徴し、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がヘキセンであることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、量子ドットを構成する薄膜の形成方法に於いて量子ドットを構成するための無機ハライドペロブスカイトの前駆体と、これを担持するための金属酸化物を構成するための金属酸化物の前駆体を用意する工程と、該材料を有機溶媒中で混合、反応させる工程と、該反応済みの材料を成膜する工程とを経て形成されたことにより、金属酸化物により量子ドットが安定に担持されている量子ドット薄膜の形成方法であり、かかる形成方法を用いた、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯及びその形成方法である。
【００２３】
また本発明は、該反応済みの材料を成膜する工程がスプレー法或いは印刷法により行われることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、  該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンが塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数によることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素がシリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜が、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であることを特徴とする。また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であって、反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする。また本発明は、該有機溶媒がジメチルホルムアミドであることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドが３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドがテトラブトキシジルコンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドがテトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドがトリブトキシアルミニウムであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドがペンタエトキシ二オブであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドがペンタエトキシタンタルであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドがジエトキシバリウムであることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とし、また本発明は、該金属塩が金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエン又はヘキセンであることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエンであることを特徴し、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がヘキセンであることを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、波長変換材料として前記の量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、ＥＬ素子或いは内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯である。また本発明は、波長変換材料の形成方法として前記の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＬＥＤ素子、ＥＬ素子或いは内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯であり、その形成方法である。
【００３６】
また本発明は、該放電灯が放電管内部に電極を持たない構成であることを特徴とする、無電極放電灯である。
【００３７】
また本発明は、該量子ドット薄膜が該放電管の内面に形成されていることを特徴とし、さらに、該量子ドット薄膜が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の量子ドット薄膜及び量子ドット薄膜の形成方法は、非常に高効率であり、励起波長及び／又は発光波長を制御可能で、シャープな発光ピークを有することから波長変換材料として嘱望されている量子ドットを、毒性の問題のない材料系でもって、室温での合成が可能で、成膜性に優れ、水や有機溶媒に対しても安定な薄膜として形成することを可能とした。これにより、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯が実現され、これら発光素子の高性能化に非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明に係る量子ドット薄膜材料の形成方法の一例を示す図である。
【図２】図２は、本実施例にかかる量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成の結晶構造をＸ線解析した結果のグラフである。
【図３】図３は、本実施例にかかる量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成の対溶媒性の検討のため、トルエン中での効率変化を測定した結果のグラフである。
【図４】図４は、本発明に係る量子ドットを用いた無電極放電灯の一例を示した概念図である。
【図５】図５は、本発明に係る量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明に係る量子ドットを用いた無電極放電灯の他の例を示した概念図である。
【図７】図７は、本実施例に係る量子ドット複合材料の作成方法を示す概念図である。
【図８】図８は、本実施例に於ける複合化メカニズムの仮説を説明する概念図である。
【図９】図９は、本実施例に於ける量子ドットーシリカ複合体のＸ線回折パターン及びＴＥＭ像を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施例に於ける量子ドットーシリカ複合体の未複合化及び複合化後のフォトルミネッセンス及び吸光度を示す図である。
【図１１】図１１は、量子ドットの組成を変更して赤色及び青色の発光を得た場合の複合化後のフォトルミネッセンス及び吸光度を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る量子ドットー酸化物複合体の各種溶媒に対する安定性を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る量子ドットー酸化物複合体の各種溶媒に対する安定性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
量子ドットを構成する薄膜に於いて、該薄膜中に存在する量子ドットは無機ハライドペロブスカイトにより構成され、且つ、該薄膜は金属酸化物を含んでなり、該酸化物により量子ドットが安定に担持されていることを特徴とする、量子ドット薄膜、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯である。
【００４１】
また本発明は、  該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする。
【００４２】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする。
【００４３】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンが塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数によることを特徴とする。
【００４４】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素がシリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする。
【００４５】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜が、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする。
【００４６】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であることを特徴とする。また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であって、反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする。また本発明は、該有機溶媒がジメチルホルムアミドであることを特徴とする。
【００４７】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする。
【００４８】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドが３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする。
【００４９】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドがテトラブトキシジルコンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドがテトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドがトリブトキシアルミニウムであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドがペンタエトキシ二オブであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドがペンタエトキシタンタルであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドがジエトキシバリウムであることを特徴とする。
【００５０】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とし、また本発明は、該金属塩が金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする。
【００５１】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエン又はヘキセンであることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエンであることを特徴し、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がヘキセンであることを特徴とする。
【００５２】
また本発明は、量子ドットを構成する薄膜の形成方法に於いて量子ドットを構成するための無機ハライドペロブスカイトの前駆体と、これを担持するための金属酸化物を構成するための金属酸化物の前駆体を用意する工程と、該材料を有機溶媒中で混合、反応させる工程と、該反応済みの材料を成膜する工程とを経て形成されたことにより、金属酸化物により量子ドットが安定に担持されている量子ドット薄膜の形成方法であり、かかる形成方法を用いた、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯及びその形成方法である。
【００５３】
また本発明は、該反応済みの材料を成膜する工程がスプレー法或いは印刷法により行われることを特徴とする。
【００５４】
また本発明は、  該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム及び／又は鉛を含んで構成されていることを特徴とする。
【００５５】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトが少なくともセシウム、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されていることを特徴とする。
【００５６】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトに含まれるハロゲンが塩素、臭素或いは沃素の何れか一又はその複数によることを特徴とする。
【００５７】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物に用いられる金属元素がシリコン、ジルコン、チタン、アルミニウム、二オブ、タンタル或いはバリウムの何れか又はその混合であることを特徴とする。
【００５８】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜が、該金属酸化物の前駆体と、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体を用いて成膜され、該成膜は有機溶媒中で該材料を混合、反応させて得られることを特徴とする。
【００５９】
また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であることを特徴とする。また本発明は、該量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの前駆体が金属臭化物であって、反応にあたっては該金属臭化物を水及び／又は有機溶媒に分散したものを用いることを特徴とする。また本発明は、該有機溶媒がジメチルホルムアミドであることを特徴とする。
【００６０】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体は金属アルコキシドであって、シリコンメトキシド、ジルコンブトキシド、チタンプロピオキシド、アルミニウムブトキシド、ニオブエトキシド、タンタルエトキシド又はバリウムエトキシド、或いはこれらのうちの複数の材料の混合物であることを特徴とする。
【００６１】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのシリコンメトキシドが３ーアミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする。
【００６２】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのジルコンブトキシドがテトラブトキシジルコンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのチタンプロピオキシドがテトライソプロピオキシチタンであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのアルミニウムブトキシドがトリブトキシアルミニウムであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのニオブエトキシドがペンタエトキシ二オブであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのタンタルエトキシドがペンタエトキシタンタルであることを特徴とする。また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体としてのバリウムエトキシドがジエトキシバリウムであることを特徴とする。
【００６３】
また本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドとともに金属塩を含んでなることを特徴とし、また本発明は、該金属塩が金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物であることを特徴とする。
【００６４】
また本発明は、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエン又はヘキセンであることを特徴とする。さらに本発明は、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が３ーアミノプロピルトリメトキシシランである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がトルエンであることを特徴し、該量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体がテトラブトキシジルコン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムである場合に、該量子ドットを構成する薄膜の成膜にあたり料を混合、反応させる有機溶媒がヘキセンであることを特徴とする。
【００６５】
また本発明は、波長変換材料として前記の量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、ＥＬ素子或いは内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯である。また本発明は、波長変換材料の形成方法として前記の量子ドット薄膜の形成方法を用いたＬＥＤ素子、ＥＬ素子或いは内部にガスを封入した放電管を備えた放電灯であり、その形成方法である。
【００６６】
また本発明は、該放電灯が放電管内部に電極を持たない構成であることを特徴とする、無電極放電灯である。
【００６７】
また本発明は、該量子ドット薄膜が該放電管の内面に形成されていることを特徴とし、さらに、該量子ドット薄膜が該放電管の内面に形成され、且つ、該量子ドット材料表面に保護層が形成されていることを特徴とする。
【実施例１】
【００６８】
図１は、本発明に係る量子ドット薄膜材料の形成方法の一例を示す図である。本発明の工程により、非常に高効率であり、励起波長及び／又は発光波長を制御可能で、シャープな発光ピークを有することから波長変換材料として嘱望されている量子ドットを、毒性の問題のない材料系でもって、室温での合成が可能で、成膜性に優れ、水や有機溶媒に対しても安定な薄膜として形成することを可能とした。これにより、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯が実現され、これら発光素子の高性能化に非常に有効であった。
【００６９】
本実施例に於いては、量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトの構成元素としてセシウム、鉛及びハロゲンとして臭素を用いた。なお、本発明はこれらの材料系に限定されるものではなく、錫、ビスマス及び／又はアンチモンを含んで構成されてもよく、ハロゲンとしては塩素或いは沃素を用いても良い。
【００７０】
これらの材料から量子ドット材料の前駆体を構成した。本実施例に於いては、臭化セシウムの水溶液及び臭化鉛のジメチルホルムアミド溶液を前駆体として用いた。ここで、本発明に係る量子ドット材料前駆体及び溶剤はこれらに限定されるものではなく、前記したような様々な材料を用いることができる。
【００７１】
さらに、量子ドット薄膜に於いて担体として機能する金属酸化物の前駆体を用意した。本実施例では、金属酸化物としてはジルコニアを用いることとし、その前駆体として金属アルコキシドであるテトラブトキシジルコンを選択した。ここで、本発明に係る担体として機能する金属酸化物の前駆体としてはテトラブトキシジルコンに限定されるものではなく金属アルコキシドであれば用いることができ、特に３ーアミノプロピルトリメトキシシラン、テトライソプロピオキシチタン、トリブトキシアルミニウム、ペンタエトキシ二オブ、ペンタエトキシタンタル或いはジエトキシバリウムなども好適に用いられる。また、量子ドット薄膜を構成する金属酸化物の前駆体が金属アルコキシドとともに金属塩を含んでいてもよく、該金属塩としては、例えば金属酢酸塩及び／又は脂肪酸塩、或いはその混合物が好適に用いられる。
【００７２】
さらにこの材料を有機溶媒中で混合、反応させることにより、酸化物が量子ドット材料を担持した状態が得られ、これにより水や有機溶媒に対する耐性が良好で、耐熱性も高く、水或いは有機溶媒及びそれらの混合溶媒中で安定であり、スプレー法或いは印刷法により容易に薄膜を成膜可能な量子ドット材料を得ることができた。
【００７３】
図２は、本実施例にかかる量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成の結晶構造をＸ線解析した結果のグラフである。ここで、図中上段が量子ドット材料のみ、下段が本実施例の構成（量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成）のデータを示す。これにより、量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成に於いても量子ドットの構造が維持され、機能的なデメリットはないことがわかる。なお、外部量子効率の比較でも量子ドット材料のみの場合９７％であったが、量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成とした場合は９８．８％となり、少なくとも量子効率の面でもデメリットがないことがわかった。
【００７４】
さらに、本実施例にかかる量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成の耐溶媒性を検討した。図３は、本実施例にかかる量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成の対溶媒性の検討のため、トルエン中での効率変化を測定した結果のグラフである。ここで、図中上段が量子ドット材料のみ、下段が本実施例の構成（量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成）のデータを示す。これにより、量子ドット材料がジルコニアにより担持された構成に於いて耐溶媒性が格段に改善されていることが立証された。
【００７５】
以下、本発明に係る量子ドット材料を発光素子に応用した一例として無電極放電灯の例を示す。なお、本発明に係る量子ドット薄膜及び量子ドット薄膜の形成方法は様々な発光素子への応用が可能であり、本実施例に限定されることなく量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯などが実現される。
【００７６】
図４は、本発明に係る無電極放電灯の一例を示した概念図である。図２に示されているのはリング状の放電管１と放電管外部に配設された電界印加用コイル２を有し、上部に反射板３を備えたものである。ここで、本発明にかかる放電灯としては無電極放電灯に限定されるものではなく、放電管内に電極を有する通常の蛍光灯と同様の構造を持つものでも問題ない。また、反射板の有無は全く問題なく、セード型の反射板や拡散板などを備えた形態でも全く問題ない。或いは、放電管は電球型のものでも問題なく、無電極放電管の場合は電界印加用コイルを内側に備えたものでも良い。
【００７７】
本実施例において、リング形状の放電管を有する無電極放電灯の放電管１は外部に電界印加用コイル２を備えており、これから生ずる電界により放電管内にプラズマを励起する。このプラズマにより内部に封入されたガスが励起されて主として紫外域にピークを持つ励起光が放出され、これが本発明に係る量子ドット層に入射して可視光に波長変換されて発光素子として機能する。
【００７８】
図５は、本発明に係る量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程の一例を示すフローチャートである。本実施例に於いては、リング状の放電管を有する無電極放電灯に量子ドットを用いた。放電管に於いて生起される紫外光を可視光に変換する機能材料として量子ドットを用いている。ここで、本発明にかかる放電灯としては無電極放電灯に限定されるものではなく、放電管内に電極を有する通常の蛍光灯と同様の構造を持つものでも問題ない。また、反射板の有無は全く問題なく、セード型の反射板や拡散板などを備えた形態でも全く問題ない。或いは、放電管は電球型のものでも問題なく、無電極放電管の場合は電界印加用コイルを内側に備えたものでも良い。
【００７９】
本実施例に係る量子ドットを用いた放電灯及び無電極放電灯の製造工程に於いては、まずリングを二つに分割した形状のガラス管を用意した。この管の内面に量子ドット層を形成するため、前処理を行った。本実施例では前処理として親水化処理を行った。本実施例では、親水化処理は過酸化水素により管内面を洗浄することにより行ったが、処理はアンモニアの水溶液により行ってもよい。さらに、オゾン或いはプラズマによる処理によっても問題ない。
【００８０】
続いて、管内面に量子ドット層を形成した。本発明に係る量子ドット薄膜及び量子ドット薄膜の形成方法は、簡便に安定な量子ドット薄膜が得られるため、その効果は大である。なお、本実施例に於いては薄膜形成にスプレー法を用いたが、印刷法も同様に好適に用いられる。。
【００８１】
本実施例に於いては、前記の工程を経て管内面に量子ドット層を形成したリングを二つに分割した形状のガラス管を融着してリング状に形成し、内部を減圧したのちプラズマ励起のためのガスを注入して封止し、放電管を形成した。
【００８２】
ここで、リングを二つに分割した形状のガラス管の接続はセラミックセメント等を用いる等の他の方法によっても問題ない。封入するガスは通常の水銀を含むものでも良いが、硫黄系等の水銀を用いない他の励起ガスであっても問題ない。
【００８３】
本実施例に於いては、無電極放電管に近接して配置される誘導コイルとして２個のリングコイルを配設した。かかる構成により、本発明の放電灯及び無電極放電灯は、放電灯及び無電極放電灯のプラズマ励起による紫外光を可視光に変換する波長変換材料として量子ドット材料を応用し、高効率の波長変換を可能として、高天井やトンネル内などメンテナンスが困難な用途に於いて有効な照明装置を実現することができた。
【実施例２】
【００８４】
以下、本発明に係る量子ドット材料を発光素子に応用した一例として無電極放電灯の他の例を示す。図６は、本発明にかかる無電極放電灯の他の例を示した概念図である。本実施例では、電球形状の無電極放電管を使用し、誘導コイルは管球の内部に設置されている。
【００８５】
本実施例に於いては、量子ドット材料を放電管の外面に形成した。なお、管球を形成する材料は紫外線の吸収が少ないものが求められ、本実施例に於いては石英ガラスを用いたが、高耐久性の樹脂等の他の材料を用いても問題ない。
【００８６】
量子ドット材料、成膜方法及び減圧加熱による後処理方法は実施例１に記載の方法と同様のものを用いた。かかる構成により、管内面に量子ドット層を形成したものに較べて製造工程が簡易化され、より低コストで高効率な照明装置を実現することができた。
【実施例３】
【００８７】
以下、量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトとしてセシウム及び鉛の複合ハロゲン化物を用い、これと酸化物の複合化によって安定性を改善した実施例について説明する。図７は、本実施例に係る量子ドット複合材料の作成方法を示す概念図である。本実施例に於いては、前駆体として０．２ミリモルの臭化セシウム、０．２ミリモルの臭化鉛及び１ミリリットルのＮ，Ｎージメチルホルムアミドに分散した４０マイクロリットルの３ーアミノプロピルトリメトキシシランを１０ミリリットルのトルエン溶媒中で４時間撹拌し、複合材料を得た。ここで、本実施例に於いては量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイトとしてセシウム及び鉛の複合臭化物を用いたが、本発明はかかる材料に限定されるものではなく、さまざまな金属及びハロゲンを好適に用いることができる。
【００８８】
図８は、本実施例に於ける複合化メカニズムの仮説を説明する概念図である。量子ドットを構成する無機ハライドペロブスカイト表面において３ーアミノプロピルトリメトキシシランの加水分解が段階的に生じ、結果的に量子ドットが酸化物（この場合はシリカ）により被覆されたような形態となり、安定性が向上すると考えられる。
【００８９】
図９は、本実施例に於ける量子ドットーシリカ複合体のＸ線回折パターン及びＴＥＭ像を示す図である。Ｘ線回折パターンデータ及びＴＥＭ像が示すように、図９下部に示すような形態の量子ドットーシリカ複合体が形成されていることがわかる。
【００９０】
図１０は、本実施例に於ける量子ドットーシリカ複合体の未複合化及び複合化後のフォトルミネッセンス及び吸光度を示す図である。かかる比較データより、複合化によっても光学特性が損なわれることなく維持されていることがわかる。
【００９１】
図１１は、量子ドットの組成を変更して赤色及び青色の発光を得た場合の複合化後のフォトルミネッセンス及び吸光度を示す図である。このように、無機ハライドペロブスカイト量子ドットの組成を変えることによって簡単に発光波長を調節できることが実証された。
【００９２】
図１２は、本発明に係る量子ドットー酸化物複合体の各種溶媒に対する安定性を示す図である。代表的な溶媒であるトルエン、エタノール、アセトン及びクロロホルム中での安定性を示すが、いずれも複合化を行っていない場合よりも格段に安定性が向上していることがわかる。
【００９３】
図１３は、本発明に係る量子ドットー酸化物複合体の水に対する安定性を示す図である。複合化により水に対する安定性も向上しており、特にチタニアによる複合体の場合、水中で２４時間発光を維持することが示され、その効果は非常に大きい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上述べてきたように本発明の量子ドット薄膜及び量子ドット薄膜の形成方法は、非常に高効率であり、励起波長及び／又は発光波長を制御可能で、シャープな発光ピークを有することから波長変換材料として嘱望されている量子ドットを、毒性の問題のない材料系でもって、室温での合成が可能で、成膜性に優れ、水や有機溶媒に対しても安定な薄膜として形成することを可能とした。これにより、量子ドット薄膜を用いたＬＥＤ素子、量子ドット薄膜を用いたＥＬ素子、量子ドット薄膜を用いた放電灯及び量子ドット薄膜を用いた無電極放電灯が実現され、これら発光素子の高性能化に非常に有効であり、産業上の利用可能性は大であると言える。
【符号の説明】
【００９５】
１    無電極放電灯の放電管
２    電界印加用コイル
３    反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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