(57)【要約】【課題】工業化生産に適用し、照明、ＬＥＤ及び表示技術などの分野に広い応用の見込みが見られる。量子ドット・ガラス複合発光材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】量子ドット・ガラス複合発光材料は、その基体がナノ多孔質ガラスであり、当該ナノ多孔質ガラスに発光量子ドットがドープされている。または、量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法は、単一発光量子ドットの水溶液或いは有機溶液、または２種或いは２種以上の発光量子ドットの混合水溶液或いは混合有機溶液を調製するステップと、ナノ多孔質ガラスを上記のステップで得られた溶液の中に少なくとも１０分間を浸漬するステップと、浸漬された前記ナノ多孔質ガラスを前記溶液から取り出し且つ乾かしてから、樹脂を用いて前記ナノ多孔質ガラスを包むように封止して、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得るステップを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドット・ガラス複合発光材料であって、
前記量子ドット・ガラス複合発光材料の基体は、ナノ多孔質ガラスであり、
前記ナノ多孔質ガラスには、発光量子ドットがドープされている
ことを特徴とする量子ドット・ガラス複合発光材料。
【請求項２】
前記量子ドットは、水溶性若しくは油溶性のＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ若しくはＣｄＴｅであり、または核殻構造を持つＣｄＴｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳ／ＺｎＳ若しくはＣｄＳ／ＨｇＳであることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット・ガラス複合発光材料。
【請求項３】
前記ナノ多孔質ガラスは、均一で連通する微細孔を有するＳｉＯ２多量含有ガラスであり、且つナノ微細孔の体積が前記ナノ多孔質ガラスの総体積の２５％〜４０％を占めることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット・ガラス複合発光材料。
【請求項４】
前記ナノ多孔質ガラスは、重量％で、９４．０％〜９８．０％のＳｉＯ２成分、１．０％〜３．０％のＢ２Ｏ３成分及び１．０％〜３．０％のＡｌ２Ｏ３成分を含むことを特徴とする請求項１または３に記載の量子ドット・ガラス複合発光材料。
【請求項５】
単一発光量子ドットの水溶液若しくは有機溶液、または２種若しくは２種以上の発光量子ドットの混合水溶液若しくは混合有機溶液を調製するステップＳ０１と、
ナノ多孔質ガラスを前記ステップＳ０１で得られた溶液の中に少なくとも１０分間を浸漬するステップＳ０２と、
浸漬された前記ナノ多孔質ガラスを前記溶液から取り出し且つ乾かしてから、樹脂を用いて前記ナノ多孔質ガラスを包むように封止して、硬化させた後、量子ドット・ガラス複合発光材料を得るステップＳ０３と、
を含むことを特徴とする量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法。
【請求項６】
前記ステップＳ０２において、前記浸漬の時間は、０．５時間〜５時間であることを特徴とする請求項５に記載の量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法。
【請求項７】
前記ステップＳ０３において、前記ナノ多孔質ガラス全体の表面を空気から遮断するように包んで封止することを特徴とする請求項５に記載の量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光材料に関し、特に量子ドット・ガラス複合発光材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）は、ナノ結晶とも称し、ＩＩ−ＶＩ族或いはＩＩＩ−Ｖ族元素からなる準零次元（ｑｕａｓｉ−ｚｅｒｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）のナノ材料であり、且つ少量の原子により構成される。簡単に言えば、量子ドットの三つの次元のサイズは、全て１００ナノメートル以下にあり、外観から見ると極めて小さい点状物となり、その内部電子の全ての方向での運動が制限されるので、量子閉じ込め効果（ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）は特に顕著である。量子閉じ込め効果が原子に類似する不連続な電子エネルギー準位構造を招くことがあるので、量子ドットは「人造原子（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ａｔｏｍ）」とも呼ばれる。
【０００３】
量子ドットの粒径は、一般的に１ｎｍ〜１０ｎｍの間にあり、電子及び正孔が量子によりドメインが限定されるため、連続的なバンド構造は、分子特性を有する飛び飛びのエネルギー準位構造に変わり、且つ励起されると蛍光を発する。量子閉じ込め効果によって、量子ドットは太陽電池、発光素子及び光学生物標識などに広い応用分野を開拓できる可能性がある。
【０００４】
従来の有機染料と比較すると、量子ドットは、以下のような比べ物にならない優れた蛍光特性を有する。（１）量子ドットの励起光の波長範囲が非常に広いため、単一の波長はあらゆる量子ドットを励起することができる。即ち、同一励起光で複数の通路の検査を同時に行うことができる。（２）量子ドットは、正確に調整されることができる放射波長を有し、粒子の組成及び表面性質を変更せずに、粒子のサイズを調整することによって、放射された異なる蛍光量子ドットを得ることができる。即ち、同一材料で多色標識を実現することができる。（３）量子ドットは、大きいストークス変位及び狭くて対称的な蛍光スペクトルピークを有し、異なるスペクトル特徴の量子ドットを同時に使用可能であるが、放射スペクトルに重なりが現れなく、又は非常に少ない重なりのみ現れるので、標識された生物分子の蛍光スペクトルを容易に区分及び識別できる。（４）量子ドットは安定的であり、蛍光スペクトルは周りの環境（例えば、溶剤、ＰＨ値及び温度など）からの影響をほとんど受けなく、何度も繰り返して励起されることに耐え、時間識別技術を用いてその信号を検出することができる。よって、背景の強度を大幅に引き下げ、より高いＳＮ比を獲得することができる。
【０００５】
ナノ多孔質ガラスは、均一で連通するナノ微細孔を有するＳｉＯ２ガラスである。通常、ナノ多孔質ガラスは、アルカリホウケイ酸塩ガラスの分相で、熱い酸溶液の中で何度も処理して、分相のガラス中のホウ素に富んだ相を濾過して取り除くことによって得られる。ナノ多孔質ガラスは、ＳｉＯ２の含有量が９６％を超え、石英ガラスに類似する物理及び化学性能を持つため、良好な発光材料のキャリア材料として使用される。例えば、現在、ナノ多孔質ガラスの中に希土発光イオン及び有機発光染料をドープすることによる複合発光材料を製造するのは、多くの研究がなされている。もし、発光量子ドットをナノ多孔質ガラスの中に均一に分散してドープすることができれば、優れた発光性能を有する複合材料を得ることができる。
【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、今まで量子ドット・ガラス複合発光材料に関する技術報告はまだ開示されていないのが現状である。
【０００７】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、発光波長が調整可能な量子ドット・ガラス複合発光材料、及び製造プロセスが簡単で工業化生産に適用する量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、基体がナノ多孔質ガラスであり、且つ前記ナノ多孔質ガラスの中に発光量子ドットがドープされている量子ドット・ガラス複合発光材料を提供する。
【０００９】
前記量子ドット・ガラス複合発光材料において、前記量子ドットは、水溶性或いは油溶性のＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ或いはＣｄＴｅであり、または核殻構造（ｎｕｃｌｅａｒ  ｓｈｅｌｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を持つＣｄＴｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳ／ＺｎＳ或いはＣｄＳ／ＨｇＳである。
【００１０】
また、前記量子ドット・ガラス複合発光材料において、前記ナノ多孔質ガラスは、均一で連通する微細孔を有するＳｉＯ２多量含有ガラスであり、且つナノ微細孔の体積が前記ナノ多孔質ガラスの総体積の２５％〜４０％を占める。
【００１１】
また、前記量子ドット・ガラス複合発光材料において、前記ナノ多孔質ガラスは、重量％で、９４．０％〜９８．０％のＳｉＯ２成分、１．０％〜３．０％のＢ２Ｏ３成分及び１．０％〜３．０％のＡｌ２Ｏ３成分を含む。
【００１２】
また、本発明に係る量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法は、以下のステップを含む。
【００１３】
即ち、単一発光量子ドットの水溶液若しくは有機溶液、または２種若しくは２種以上の量子ドットの混合水溶液若しくは混合有機溶液を調製するステップＳ０１と、ナノ多孔質ガラスを第一ステップで得られた溶液の中に少なくとも１０分間浸漬するステップＳ０２と、浸漬された後の前記ナノ多孔質ガラスを前記溶液から取り出してから乾かして、樹脂を用いて前記ナノ多孔質ガラスを包んで封止して、硬化させた後、前記量子ドット・ガラス複合発光材料を得るステップＳ０３と、を含む。
【００１４】
また、上記の製造方法において、ステップＳ０２の浸漬時間は０．５時間〜５時間である。
【００１５】
また、上記の製造方法のステップＳ０３において、前記ナノ多孔質ガラス全体の表面に対して、空気から遮断するように封止する。
【発明の効果】
【００１６】
従来の技術と比較して、本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外線、紫色光或いは青色光により励起されると、青色、黄色、緑色、赤色或いは白色などの光を発する。該量子ドット・ガラス複合発光材料は、従来の蛍光粉末或いは有機材料に比べて、励起光スペクトルが広くて連続的であり、蛍光の発光ピークが狭くて対称的であり、光安定性がよく、抗光退色性が優れ、ユニタリ励起でマルチ放射を実現でき、単一材料で異なる周波数帯の蛍光を発することができるなどの利点を有するだけではなく、放射波長が制御されることができ、色も調整可能であり、量子ドットの種類及びサイズを変えることによって、可視光範囲のブロードバンドの連続的な発光を実現できる。
【００１７】
また、本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法は、プロセスが簡単で、操作も便利である。前記複合発光材料及びその製造方法は、産業化生産に適用し、照明、ＬＥＤ及び表示技術などの分野に広い応用の見込みが見られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る量子ドット・ガラス複合発光材料の紫外可視分光スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２０】
本発明の実施形態に係る量子ドット・ガラス複合発光材料は、ナノ多孔質ガラスを基体とし、前記ナノ多孔質ガラスに発光量子ドットがドープされている。
【００２１】
また、本発明の実施形態に係る量子ドット・ガラス複合発光材料において、前記量子ドットは、水溶性或いは油溶性のＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ或いはＣｄＴｅであり、または核殻構造を持つＣｄＴｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳ／ＺｎＳ或いはＣｄＳ／ＨｇＳである。前記ナノ多孔質ガラスは、均一で連通する微細孔を持つＳｉＯ２多量含有ガラスであり、且つナノ微細孔の体積が前記ナノ多孔質ガラスの総体積の２５％〜４０％を占める。前記ナノ多孔質ガラスの成分は、重量％で、９４．０％〜９８．０％のＳｉＯ２、１．０％〜３．０％のＢ２Ｏ３及び１．０％〜３．０％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００２２】
図２に示したように、本発明の実施形態に係る量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法は、以下のステップを含む。
【００２３】
ステップＳ０１では、単一発光量子ドットの水溶液或いは有機溶液、または２種或いは２種以上の発光量子ドットの混合水溶液或いは混合有機溶液を調製する。
【００２４】
ステップＳ０２では、量子ドット・ガラス複合発光材料の基体である前記ナノ多孔質ガラスをステップＳ０１で得られた溶液の中に少なくとも１０分間を浸漬する。
【００２５】
ステップＳ０３では、浸漬された前記ナノ多孔質ガラスを前記溶液から取り出して乾かして、樹脂を用いて前記ナノ多孔質ガラスを包むように封止して、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。
【００２６】
本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法において、ステップＳ０２の浸漬時間は、好ましくは０．５時間〜５時間である。また、ステップＳ０３において、複合発光材料の安定性を維持するため、発光量子ドットがドープされた前記ナノ多孔質ガラスを包んで保護する。具体的には、樹脂を用いて前記ナノ多孔質ガラスを封止し、且つ前記ガラス全体の表面を空気から遮断するように包む。
【００２７】
従来の技術と比較して、本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外線、紫色光或いは青色光により励起されると、青色、黄色、緑色、赤色或いは白色などの光を発する。該量子ドット・ガラス複合発光材料は、従来の蛍光粉末或いは有機材料に比べて、励起光スペクトルが広くて連続的であり、蛍光の発光ピークが狭くて対称的であり、光安定性がよく、抗光退色性が優れ、ユニタリ励起でマルチ放射を実現でき、単一材料で異なる周波数帯の蛍光を発することができるなどの利点を有するだけではなく、放射波長が制御されることができ、色も調整可能であり、量子ドットの種類及びサイズを変えることによって、可視光範囲のブロードバンドの連続的な発光を実現できる。
【００２８】
また、本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料の製造方法は、プロセスが簡単で、操作も便利である。本発明の製造方法による製品の性能が安定的であり、採用した発光量子ドット及びナノ多孔質のガラスは、市場から購買することができる。前記複合発光材料及びその製造方法は、産業化生産に適用し、実用性及び投資価値があり、照明、ＬＥＤ及び表示技術などの分野に広い応用の見込みが見られる。
【００２９】
以下、実施例を挙げて、本発明の量子ドット・ガラス複合発光材料の異なる構成及びその製造方法をより詳細に説明する。
【００３０】
（実施例１）
市販のピーク発光波長が６００ｎｍの水溶液のＣｄＴｅ量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、１０ｍｌの０．１ｍｇ／ｍｌのＣｄＴｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に２時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。続いて、エキポシ樹脂で前記ナノ多孔質ガラスシートを封止してから、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、赤色光を発する。図１は、実施例１に係る量子ドット・ガラス複合発光材料の紫外可視分光スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。図１から分かるように、前記量子ドット・ガラス複合発光材料は、青色光領域で効果的に励起されて、波長が６００ｎｍの赤色光を発することができる。
【００３１】
（実施例２）
市販のピーク発光波長が６００ｎｍの水溶性のＣｄＴｅ量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、１０ｍｌの０．５ｍｇ／ｍｌのＣｄＴｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に２時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。続いて、シリカゲルで前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、赤色光を発する。
【００３２】
（実施例３）
市販のピーク発光波長が５４０ｎｍの水溶性のＣｄＴｅ量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、１０ｍｌの１ｍｇ／ｍｌのＣｄＴｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に２時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。続いて、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）で前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、黄色光を発する。
【００３３】
（実施例４）
市販のピーク発光波長が６００ｎｍの水溶性のＣｄＳ量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、５ｍｌの０．２ｍｇ／ｍｌのＣｄＳ発光量子ドット溶液を得ると共に、市販のピーク発光波長が５７０ｎｍの水溶性のＺｎＳ量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、５ｍｌの０．２ｍｇ／ｍｌのＺｎＳ発光量子ドット溶液を得る。その後、この２種の溶液を均一に混合して１０ｍｌの混合発光量子ドット溶液を調製する。次に、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に２時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。さらに、エキポシ樹脂で前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、黄色光及び赤色光を発する。
【００３４】
（実施例５）
市販のピーク発光波長が６３０ｎｍの核殻構造のＣｄＳｅ／ＺｎＳ水溶性発光量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、１０ｍｌの０．０５ｍｇ／ｍｌのＣｄＴｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に５時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。さらに、エキポシ樹脂で前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、赤色光を発する。
【００３５】
（実施例６）
市販のピーク発光波長が５７０ｎｍの核殻構造のＣｄＴｅ／ＺｎＳｅ水溶性発光量子ドット溶液を脱イオン水で希釈して、１０ｍｌの０．１５ｍｇ／ｍｌのＣｄＴｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に３０分間を浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。さらに、シリカゲルで前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、黄色光を発する。
【００３６】
（実施例７）
市販のピーク発光波長が５５０ｎｍの油溶性ＺｎＳ発光量子ドット溶液をシクロヘキサンで希釈して、１０ｍｌの２ｍｇ／ｍｌのＺｎＳ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に４時間浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。さらに、表面が洗浄された前記ナノ多孔質ガラスシートをシリカゲルにより封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、黄色光を発する。
【００３７】
（実施例８）  
市販のピーク発光波長が６００ｎｍの油溶性ＣｄＳｅ発光量子ドット溶液をクロロホルムで希釈して、１０ｍｌの３ｍｇ／ｍｌのＣｄＳｅ発光量子ドット溶液を得る。その後、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に１時間浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。さらに、表面が洗浄された前記ナノ多孔質ガラスシートをシリカゲルにより封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、赤色光を発する。
【００３８】
（実施例９）
市販のピーク発光波長が６３０ｎｍの油溶性ＣｄＳｅ／ＣｄＳ量子ドット溶液をクロロホルムで希釈して、５ｍｌの１ｍｇ／ｍｌのＣｄＳｅ／ＣｄＳ発光量子ドット溶液を得ると共に、市販のピーク発光波長が５４０ｎｍの油溶性ＣｄＳ／ＺｎＳ量子ドット溶液をクロロホルムで希釈して、５ｍｌの１ｍｇ／ｍｌのＣｄＳ／ＺｎＳ発光量子ドット溶液を得る。その後、この２種の溶液を均一に混合して１０ｍｌの混合発光量子ドット溶液を調製する。次に、ナノ多孔質ガラスシートを前記溶液に３時間（ｈ）浸漬してから、それを取り出して乾燥させる。続いて、シリカゲルで前記ナノ多孔質ガラスシートを封止して、それをオーブンに入れて、硬化させた後、所望の量子ドット・ガラス複合発光材料を得る。この方法による量子ドット・ガラス複合発光材料は、紫外光、紫色光及び青色光により励起されると、黄色光及び赤色光を発する。
【００３９】
上記の説明は、本発明の好適な実施例に関するものであり、本発明はそれに限定されず、本発明の主旨範囲内にある様々な修正や等価変換や変更などは、全て本発明の保護範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2013525243.tif 000007
2013525243.tif 000008
2013525243.tif 000009
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