(57)【要約】【解決手段】種々のアーキテクチャのＱＤの表面を、６−メルカプトヘキサノール（ＭＣＨ）及び２−［２−（２−メトキシエトキシ）−エトキシ］−酢酸（ＭＥＥＡＡ）の組合せで官能化することによって、有機的にキャッピングされた量子ドットが製造される。そのようなＭＣＨ／ＭＥＥＡＡでキャッピングされたＱＤは、発光デバイス、例えば液晶ディスプレイのＱＤ含有フィルムの組立てに用いられる溶媒との適合性の向上を示す。【選択図】図６
2020525846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
前記コアを実質的に囲む層と、
６−メルカプトヘキサノール（ＭＣＨ）キャッピングリガンド及び２−［２−（２−メトキシエトキシ）−エトキシ］−酢酸（ＭＥＥＡＡ）キャッピングリガンドと、
を含む量子ドット。
【請求項２】
前記層は、波長が約４３０ｎｍ〜約４７０ｎｍである光を吸収する直接遷移型半導体から本質的になる、請求項１に記載の量子ドット。
【請求項３】
前記コアは、インジウム及びリンを含む、請求項１又は２に記載の量子ドット。
【請求項４】
前記コアは、ＩｎＰの合金化又はドープされた誘導体を含む、請求項１乃至３の何れかに記載の量子ドット。
【請求項５】
前記コアは、ＩｎＰＺｎＳを含む、請求項４に記載の量子ドット。
【請求項６】
前記コアは、ＩｎＰＺｎＳｅＳを含む、請求項４に記載の量子ドット。
【請求項７】
前記層は、金属カルコゲニドを含む、請求項１乃至６の何れかに記載の量子ドット。
【請求項８】
前記金属カルコゲニドは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、及びＺｎＯの何れか１つである、請求項７に記載の量子ドット。
【請求項９】
前記コアを実質的に囲む前記層は、３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、請求項１乃至８の何れかに記載の量子ドット。
【請求項１０】
プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）中に分散された、請求項１乃至８の何れかに記載の複数の量子ドットを含む組成物。
【請求項１１】
インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップを有するコアと、
前記コアを実質的に囲み、且つ前記第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含む第１の層と、
前記第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第２の金属カルコゲニドを含む、前記第１の層上の第２の層と、
を含む量子ドットであって、
前記第１の層は、前記第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、量子ドット。
【請求項１２】
前記量子ドットは、ドット−イン−ロッドアーキテクチャを有する、請求項１１に記載の量子ドット。
【請求項１３】
前記コアは、前記ロッドの中心から長軸方向に位置がずれている、請求項１２に記載の量子ドット。
【請求項１４】
前記コアは追加的に、リンを含む、請求項１１乃至１３の何れかに記載の量子ドット。
【請求項１５】
前記コアは、ＩｎＰの合金化又はドープされた誘導体を含む、請求項１１乃至１４の何れかに記載の量子ドット。
【請求項１６】
前記コアは、ＩｎＰＺｎＳを含む、請求項１５に記載の量子ドット。
【請求項１７】
前記コアは、ＩｎＰＺｎＳｅＳを含む、請求項１５に記載の量子ドット。
【請求項１８】
前記第１の金属カルコゲニド及び前記第２の金属カルコゲニドの少なくとも１つが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、及びＺｎＯの何れか１つである、請求項１１乃至１７の何れかに記載の量子ドット。
【請求項１９】
第１のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含むコアと、
前記コアを実質的に囲み、インジウムを含み、且つ前記第１のバンドギャップよりも小さい第２のバンドギャップを有する第１の層と、
前記第１の層を実質的に囲み、第２の金属カルコゲニドを含み、且つ前記第１のバンドギャップと実質的に等しい第３のバンドギャップを有する第２の層と、
前記第２の層を実質的に囲み、且つ前記第１のバンドギャップよりも、そして前記第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第３の金属カルコゲニドを含む第３の層と
を含む量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子であって、
前記第２の層は、前記第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【請求項２０】
前記第１の金属カルコゲニドと前記第２の金属カルコゲニドは、異なる金属カルコゲニドである、請求項１９に記載の量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【請求項２１】
前記第１の金属カルコゲニドと前記第３の金属カルコゲニドは、同じ金属カルコゲニドである、請求項１９又は２０に記載の量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【請求項２２】
可視スペクトルの青色部分の光の源と、
青色光の前記源と光学的に繋がっており、請求項１乃至９の何れかに記載の複数の量子ドットを含むカラーフィルタアレイと、
を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【請求項２３】
可視スペクトルの青色部分の光の源と；
青色光の前記源と光学的に繋がっており、請求項１１乃至１８の何れかに記載の量子ドットを複数含有するカラーフィルタアレイと
を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【請求項２４】
可視スペクトルの青色部分の光の源と、
青色光の前記源と光学的に繋がっており、請求項１９乃至２１の何れかに記載の複数の量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子を含むカラーフィルタアレイと、
を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１７年７月５日出願の米国仮特許出願第６２／５２８，８２３号の利益を主張する。この出願は、その内容全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
＜連邦政府による資金提供を受けた研究開発＞
該当せず。
【０００２】
本発明は概ね、電子ディスプレイに関する。より詳細には、本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の放射カラーフィルタにおける半導体ナノ粒子（「量子ドット」）の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディスプレイ技術において広範な色を表示するためには、色が異なる複数のピクセル又はサブピクセルの出力を切り替えて、結果として生じる色出力の組合せが加わって、見る者に合成色を知覚させることができる必要がある。例えば、マゼンタは、青色及び赤色を示す２つの隣接するピクセルによって生じさせることができ、色調は、青色光成分及び赤色光成分の相対強度を調整することによって変えることができる。
【０００４】
ピクセル強度を調節又は切り替える方法は、ディスプレイ技術が違えば異なり、赤色、緑色、及び青色の原色サブピクセルを生じさせる方法もそうである。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は白色ＯＬＥＤ（ＷＯＬＥＤ）を用いたディスプレイの場合、ディスプレイは、白色バックライトを使用しており、これが、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを通してフィルタリングされて、原色光出力を生じさせる。
【０００５】
関心が高まっている領域として、ＬＣＤの放射カラーフィルタにおける量子ドット（ＱＤ）の使用がある。この関心をより十分に理解するには、ＬＣＤがどのように機能するかについて手短に考察することが必要である。ＬＣＤが光強度を切り替える又は調節する方法は、直交する偏光子間で液晶セルを利用する光学フィルムの複合スタックの使用に依存している。バックライトユニットが非偏光白色光を生じさせ、これが直線偏光子を通って液晶セルに入る。電圧が液晶セルに印加されると、結晶のアラインメントが変化して、直線偏光された白色光が回転し、その後、白色光がカラーフィルタを通過して、透過光（偏光が補正されている）が、第１の直線偏光子に直交して配置されている第２の直線偏光子を介して、ディスプレイを出る。電圧が印加されていないと、液晶は、入って来る偏光された光を回転させるように揃えられない。カラーフィルタの透過後、透過光はなお、元の偏光のままであるので、第２の直線偏光子によって遮断されて、システムを出ることができない。
【０００６】
ＬＣＤの動作は、光の偏光の制御に決定的に依存するので、システム内での散乱は最小にされるべきである。何故ならば、散乱が光の偏光解消をもたらして、コントラスト比が減弱する虞があるからである。この例は、ピクセルがオフである場合であって、液晶は、光を回転させないので、第２の偏光子で拒絶されてシステムを出ることができないはずである。しかしながら、光の散乱及び偏光解消が多少あったならば、偏光解消された光の一部は、偏光が補正されて出て、ピクセルのブリードスルー（bleed-through）を導いて、そして、コントラストを失う虞がある。
【０００７】
先で手短に言及したように、ＬＣＤは白色のバックライトを使用しており、これが、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを通してフィルタリングされて、原色ＲＧＢピクセル光出力を生じさせる。しかしながら、ＲＧＢ三原色を生じさせるこの方法は、最も効率的なアプローチではない。というのも、何れの場合にも、多くの光がフィルタリングで取り除かれることとなるからである。例えば、赤の原色を形成するには、バックライトの緑色及び青色の部分がフィルタリングによって除去される必要があり、緑色については、赤色及び青色の部分がフィルタリングによって除去される必要があるなどである。
【０００８】
ディスプレイのカラーパフォーマンスは、通常、基準と比較した色域サイズで議論される。特に、個々の基準の重なり量が、多くの場合、最も関連する情報である。
【０００９】
透過ウィンドウの幅は、不所望の光がどの程度漏出し得るかを決定し、そしてＲＧＢ三原色の彩度と、結果として生じるディスプレイデバイスのカラーパフォーマンスに直接影響を与えるので重要である。漏出量を減らすために、メーカーは、カラーフィルタの光学密度を増大させているが、あまり透過しなくなってしまい、結果として、色の向上は、全体的な光透過及びディスプレイ輝度を犠牲にしてしまう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットについてのＵＶ／可視吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、赤色発光ＣＦＱＤ量子ドットについてのＵＶ／可視吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す。
【００１１】
【図２Ａ】緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットについてのＥＱＥ対％青色ＬＥＤ吸光度のプロットである。
【００１２】
【図２Ｂ】緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットについてのピーク発光波長対青色ＬＥＤ吸光度％のプロットである。
【００１３】
【図２Ｃ】緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットについてのＦＷＨＭ対％青色ＬＥＤ吸光度のプロットである。
【００１４】
【図２Ｄ】フィルム内の緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットの、４５０ｎｍでの吸光度対濃度のプロットである。
【００１５】
【図３】先行技術のドット−イン−ロッド型アーキテクチャの概略断面図である。
【００１６】
【図４】３つの異なるナノ粒子アーキテクチャ及びそれらの対応するエネルギー準位アラインメントの概略図である。
【００１７】
【図５】先行技術のＱＤ含有バックライトユニットを備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の概略図である。
【００１８】
【図６】カラーフィルタ内に直接ＱＤを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施形態の以下の説明は、基本的に単なる例示であって、本開示の主題、その用途又は使用を限定することを決して意図していない。
【００２０】
全体を通して用いられているように、範囲は、省略表現として用いられており、どの値も範囲内にあることを記載している。範囲内の値として、範囲の末端を選択してもよい。特に明記しない限り、本明細書中で、そして本明細書内のどこかで表される全てのパーセンテージ及び量は、重量パーセンテージを指すと理解されるべきである。
【００２１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲について、特に明記しない限り、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる量、パーセンテージ、又は割合を表す全ての数、並びに他の数字で示される値は、全ての例において、用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。用語「約」の使用は、明示的に示されるか否かを問わず、全ての数値に当てはまる。当該用語は、通常、当業者であれば、挙げられた数値に対するずれの妥当な量とみなすこととなる（即ち、機能又は結果が同等である）数の範囲を指す。例えば、当該用語は、与えられる数値の±１０パーセント、代わりに±５パーセント、代わりに±１パーセント、代わりに±０．５パーセント、そして代わりに±０．１パーセントのずれを含むと解釈されてよい。但し、そのようなずれが、値の境界機能又は結果を変更しない場合に限られる。従って、特に明記しない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲において示される数値パラメータは、本発明が得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。
【００２２】
なお、本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられる単数の形態「ある」や「その」は、明示的且つ明解に１つの指示対象に限定されない限り、複数の言及を含む。本明細書中で用いられる用語「含む」及びその文法上の変形は、リスト内の部材の説明が、リストにされた部材に置換されてよい、又は加えられてよい他の同様の部材を除外しないような非限定であることが意図される。例えば、本明細書及び以下の特許請求の範囲において用いられる用語「備える」（及びその形態、派生語、又は変形（「備えている」等））、「含む」（及びその形態、派生語、又は変形（「含んでいる」等））、及び「有する」（及びその形態、派生語、又は変形（「有している」等））は、包括的（即ち、オープンエンド）であり、追加の要素も工程も除外しない。従って、これらの用語は、挙げられた要素又は工程をカバーするだけでなく、明示的に挙げられていない他の要素又は工程を含んでもよいことが意図される。更に、本明細書中で用いられる用語「ある」の、要素と併せて用いられる場合の使用は、「１つ」を意味し得るが、「１つ以上」、「少なくとも１つ」、及び「１又は複数」の意味とも矛盾しない。従って、「ある」の後の要素は、更に制約がなければ、追加の同一要素の存在を排除しない。
【００２３】
＜青色バックライトを変換する発光カラーフィルタとしてのＱＤ＞
発光カラーフィルタとしてＱＤを用いて青色バックライトを変換することを目的とした研究が過去に行われている。この実施の欠点の１つは、この動作を十分にするには、入って来る青色光の１００％が、許容可能な効率レベルにて、必要とされる飽和色を実現するように吸収且つ変換されなければならないことである。吸光度が１００％未満であれば、非吸収青色光が透過して、緑色ピクセル又は赤色ピクセルの色純度を低下させて、カラーパフォーマンスに弊害をもたらすこととなる。
【００２４】
ＣＦＱＤ（登録商標）量子ドット材料［Ｎａｎｏｃｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌｔｄ．，４６  Ｇｒａｆｔｏｎ  Ｓｔｒｅｅｔ，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ  Ｍ１３  ９ＮＴ  Ｕ．Ｋ．］は、励起子吸収と励起子発光の重なりが強い。本明細書では、「ＣＦＱＤ量子ドット」は、インジウム及びリンを含むコアを有する種々の直径の量子ドットを意味する。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、コアを少なくとも部分的に包含する１又は複数のシェルを更に含んでよい。幾つかの例では、１又は複数のシェルの少なくとも１つが、亜鉛を含む。幾つかの例では、１又は複数のシェルの少なくとも１つが、亜鉛、並びに硫黄、セレン、及び酸素の何れか１つを含む。幾つかの例では、１又は複数のシェルの少なくとも１つが、亜鉛と、並硫黄、セレン、及び酸素の１又は複数とを含む。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、赤色領域の可視スペクトル内の波長を有する光の広波長アブソーバ及びエミッタである。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、緑色領域の可視スペクトル内の波長を有する光の広波長アブソーバ及びエミッタである。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、黄色領域の可視スペクトル内の波長を有する光の広波長アブソーバ及びエミッタである。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、橙色領域の可視スペクトル内の波長を有する光の広波長アブソーバ及びエミッタである。幾つかの例では、ＣＦＱＤ量子ドットは、青色領域の可視スペクトル内の波長を有する光の広波長アブソーバ及びエミッタである。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドット及び赤色発光ＣＦＱＤ量子ドットの吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す。これに応じて、ＣＦＱＤ量子ドットからの放射は、発光ドットの近くで又は発光用のエスケープ経路内で、別のドットによって再吸収される可能性が相当ある。このことの重要性は、色変換用の全ての青色光を吸収するように装填が増すにつれ、再吸収作用が益々大きくなることである。
【００２６】
再吸収の結果として、変換効率又は外部量子効率（ＥＱＥ）が低下して、半値全幅（ＦＷＨＭ）が減少し、発光が赤方偏移することとなる。ＦＷＨＭの狭小化及びフォトルミネセンス（ＰＬ）の赤方偏移は、発光ピークの短波長側の光が、より多く再吸収されることに起因する。図２Ａ〜図２Ｄは、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットについて、ＥＱＥ、ピーク波長、及びＦＷＨＭが、％青色ＬＥＤ吸光度の増大と共にどのように変化するかを示す（注：類似の作用が、赤色ＣＦＱＤ量子ドットについて見られる）。このケースにおいて、用いたドットは、希釈溶液の光学仕様がＰＬ＝５２６．５ｎｍ；ＦＷＨＭ＝４４ｎｍ；ＰＬＱＹ＝７９％であり、フィルム厚が３００ミクロンであった。データは、ＥＱＥの変化が吸光度４０％から８０％までは小さく、その後ＥＱＥは、吸光度が増大するにつれ低下したことを示す。ピーク波長は、吸光度が増大するにつれ、ある程度の直線形の赤方偏移を示す一方、ＦＷＨＭは、吸光度が増大するにつれて最初に減少し、その後一定のままである。
【００２７】
故に、励起子吸収に対して４５０ｎｍでの吸収が向上したＱＤアーキテクチャが必要とされている。
【００２８】
厚いシェル、量子ドット−量子井戸、及びドット−イン−ロッドＱＤアーキテクチャを備えるコア／シェルＱＤが、当該技術において知られている。しかしながら、カラーフィルタ用途用の色替え媒体としてのそれらの使用を促進する特定の組成は、説明されていない。
【００２９】
厚さが≧１０モノレイヤであるシェルを備えるコア／シェルＱＤ（所謂「巨大な」ＱＤ）が調査されてきた。というのも、厚いシェルは、環境の影響に対するＱＤの光学特性の感度を引き下げる一助となることが見出されているからである。厚いシェルは、ＣｄベースのＱＤ、特にＣｄＳｅ／ＣｄＳについて調査されてきたが、Ｃｄフリー系については報告されていない。
【００３０】
ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ ＱＤが、先行技術において報告されている。しかしながら、約１モノレイヤのＺｎＳｅシェルの厚さでは、４５０ｎｍ領域でのＱＤの吸収プロファイルを大きく向上させるのに不十分であろう。
【００３１】
量子ドット−量子井戸（ＱＤ−ＱＷ）アーキテクチャが、当該技術において知られている。しかしながら、出願人の知見の及ぶ限りでは、ＱＤ−ＱＷ構造体と厚い第２のシェルとの組合せは、以前に説明されていない。
【００３２】
ドット−イン−ロッド型アーキテクチャ（図３）は、自己吸収を最小にすることができる。しかしながら、当該技術におけるそのようなナノ粒子アーキテクチャは、異方性のコアを含む。そのようなアーキテクチャへの合金化されたコアの使用は、出願人の知見の及ぶ限りでは、当該技術において明らかにされていない。
【００３３】
＜４３０〜４７０ｎｍでの吸収及びロバスト性の向上＞
コア−シェルＱＤの耐久性は、外側シェル層の品質及び厚さに大きく依存する。シェル層の役割は、コアを外部環境から電気的且つ物理的に隔離することである。厚く、エネルギー的且つ結晶学的に適合するシェルは、これを達成することができ、そして、十分に厚ければ、コアをリガンド作用から保護することができる。シェルはおそらく、厳しい環境（適合しない溶媒、高い熱、光、酸素、又は水分環境等）に曝された場合に、損傷を受ける量子ドットの第１の構成要素となろう。
【００３４】
先に議論したように、ＣＦＱＤ量子ドットは、第１の励起子吸収と放射との重なりが強い。このことは、この用途に必要な非常に高い濃度でドットが存在する場合に、変換効率及び波長偏移に悪影響を及ぼす虞がある。４３０〜４７０ｎｍの範囲、幾つかの例では４４０〜４６０ｎｍの範囲、そして幾つかの例ではおよそ４５０ｎｍである材料の吸光度が、第１の励起子吸収に対して顕著に増大できるならば、求められている高吸収カラーフィルタシステムにおける再吸収をより小さくすることができる。これを達成する方法は、約４５０ｎｍにて吸収する直接遷移型半導体からなる量子ドット上に厚い外層を成長させるものである。この層に吸収される光子は、励起子を生じさせることができ、これがコア量子井戸に流れ込んで、そこで再結合して光を放射する。そのようなアーキテクチャを達成するために、外層材料は、コアに対して、適切なバンドギャップエネルギー、伝導帯オフセット及び価電子帯オフセットを有する必要があり、そして、あまりにたくさんの歪みを生じさせることなくコア上にエピタキシャルに成長するために適合する格子定数を有する必要がある。何故ならば、格子歪みは、最終的に、フォトルミネセンス量子収量（ＰＬＱＹ）及びドットの安定性の低下に至る虞があるからである。
【００３５】
幾つかの実施形態において、量子ドットのコアは、インジウム及びリンを含む。例えば、適切な材料として、以下に制限されないが、ＩｎＰ及びその合金化又はドープされた誘導体が挙げられる。幾つかの例では、様々な量のＩｎ、Ｐ、Ｚｎ、及びＳを含む合金化量子ドットコアを、本開示の種々の態様に従って用いることができる。他の例として、様々な量のＩｎ、Ｐ、Ｚｎ、及びＳｅを含む合金化量子ドットコアを、本開示の種々の態様に従って用いることができる。更に他の例として、様々な量のＩｎ、Ｐ、Ｚｎ、Ｓ、及びＳｅを含む合金化量子ドットコアを、本開示の種々の態様に従って用いることができる。幾つかの例では、合金化量子ドットコアは、Ｉｎに加えて、又はＩｎの代わりに、様々な量のＧａ及びＡｌの１又は複数を含むことができる。
【００３６】
幾つかの例では、合金化量子ドットコアは、最大５原子％の一ドーパント又はドーパントの組合せでドープされてよい。幾つかの例では、第Ｉ族元素、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫを、ドーパントとして用いることができる。幾つかの例では、第ＩＩ族元素、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、及びＳｒを、ドーパントとして用いることができる。幾つかの例では、第ＩＩＩ族元素、例えばＢ、Ａｌ、又はＧａを、ドーパントとして用いることができる。幾つかの例では、遷移金属をドーパントとして用いることができる。
【００３７】
幾つかの例では、本開示の様々な態様に従って用いられるＱＤは、以下を含むコア材料を含んでよい。
【００３８】
ＩＩＡ−ＶＩＢ（２−１６）材料。周期表の第２族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含められる。ナノ粒子材料としては、以下に制限されないが、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅが挙げられる。
【００３９】
ＩＩＢ−ＶＩＢ（１２−１６）材料。周期表の第１２族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅが挙げられる。
【００４０】
ＩＩ−Ｖ材料。周期表の第１２族の第１の元素と、周期表の第１５族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｎ２、Ｚｎ３Ｎ２が挙げられる。
【００４１】
ＩＩＩ−Ｖ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１５族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが：ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ；ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ；ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＢＮが挙げられる。
【００４２】
ＩＩＩ−ＩＶ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが：Ｂ４Ｃ、Ａｌ４Ｃ３、Ｇａ４Ｃが挙げられる。
【００４３】
ＩＩＩ−ＶＩ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、そしてまた、三元材料及び四元材料を含む。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、Ａｌ２Ｓ３、Ａｌ２Ｓｅ３、Ａｌ２Ｔｅ３、Ｇａ２Ｓ３、Ｇａ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｇａ２Ｔｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３、ＩｎＴｅが挙げられる。
【００４４】
ＩＶ−ＶＩ材料。周期表の第１４族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、ＧｅＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅが挙げられる。
【００４５】
ナノ粒子材料、周期表の遷移金属内のあらゆる族由来の第１の元素及び周期表の第１６族由来の第２の元素からなり、そしてまた、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが：ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳ２が挙げられる。
【００４６】
本明細書及び特許請求の範囲について、用語「ドープされたナノ粒子」は、上述のナノ粒子と、大抵の場合は遷移金属又は稀土類元素である１又は複数の主族元素又は稀土類元素で構成されるドーパントとを指しており、例えば、以下に限定されないが、マンガンを有する硫化亜鉛、例えばＭｎ２＋でドープされたＺｎＳナノ粒子である。
【００４７】
用語「三元材料」は、本明細書及び特許請求の範囲について、上述のＱＤであるが、３成分材料を指す。３つの成分は、通常、言及された族由来の元素の組成物である。例として、（ＺｎｘＣｄｘ−１Ｓ）ｍＬｎナノ結晶（Ｌは、キャッピング剤である）がある。
【００４８】
用語「四元材料」は、本明細書及び特許請求の範囲について、上述のナノ粒子であるが、４成分材料を指す。４つの成分は、通常、言及された族由来の元素の組成物である。例として、（ＺｎｘＣｄｘ−１ＳｙＳｅｙ−１）ｍＬｎナノ結晶（Ｌは、キャッピング剤である）がある。
【００４９】
大抵の場合、コア粒子上に成長した任意のシェル又は以降の複数のシェルに用いる材料は、コア材料に類似の格子型の材料である、即ち、コア材料に近い格子整合を有することとなるので、コア上にエピタキシャルに成長することができるが、必ずしも、この適合性の材料に制限されるわけではない、大抵の場合、存在するコア上に成長した任意のシェル又は以降の複数のシェルに用いた材料は、より広いバンドギャップを有することとなるが、コア材料は必ずしも、この適合性の材料に制限されるわけではない。幾つかの例では、コア上に成長する任意のシェル又は以降の複数のシェルの材料として、以下を含む材料が挙げられ得る。
【００５０】
ＩＩＡ−ＶＩＢ（２−１６）材料、周期表の第２族由来の第１の元素及び周期表の第１６族由来の第２の元素からなり、そしてまた、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅが挙げられる。
【００５１】
ＩＩＢ−ＶＩＢ（１２−１６）材料。周期表の第１２族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが。ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＯが挙げられる。
【００５２】
ＩＩ−Ｖ材料。周期表の第１２族の第１の元素と、周期表の第１５族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｎ２、Ｚｎ３Ｎ２が挙げられる。
【００５３】
ＩＩＩ−Ｖ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１５族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ；ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ；ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＢＮが挙げられる。
【００５４】
ＩＩＩ−ＩＶ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなり、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、Ｂ４Ｃ、Ａｌ４Ｃ３、Ｇａ４Ｃが挙げられる。
【００５５】
ＩＩＩ−ＶＩ材料。周期表の第１３族の第１の元素と、周期表の第１６族との第２の元素からなり、三元材料及び四元材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、Ａｌ２Ｓ３、Ａｌ２Ｓｅ３、Ａｌ２Ｔｅ３、Ｇａ２Ｓ３、Ｇａ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｇａ２Ｔｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３、ＩｎＴｅが挙げられる。
【００５６】
ＩＶ−ＶＩ材料、周期表の第１４族由来の第１の元素及び周期表の第１６族由来の第２の元素からなり、そしてまた、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが：ＧｅＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅが挙げられる。
【００５７】
周期表の遷移金属における任意の族の第１の元素と、周期表の第１６族の第２の元素とからなるナノ粒子材料であって、三元材料及び四元材料、並びにドープされた材料も含まれる。ナノ粒子材料として、以下に制限されないが、ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳ２が挙げられる。
【００５８】
そのバンドギャップ及び格子定数に基づくと、ＺｎＳｅは、先で考察した良好なシェル形成材料の基準を満たす適切な材料である。これは、直接遷移型半導体であり、バンドギャップは、２５℃にておおよそ２．８ｅＶである。これは、おおよそ４４０ｎｍでの吸収オンセットに相当するので、ＺｎＳｅの比較的厚い外側シェル層は、必要とされる波長領域において、ドットの吸収プロファイルを増大させることができる。幾つかの例では、「厚い」シェルは、１モノレイヤ超、且つ２２モノレイヤ以下（１＜モノレイヤ数≦２２）の材料を含むシェルとして定義されてよい。幾つかの例では、３モノレイヤ以上、且つ２２モノレイヤ以下の材料を含む厚いシェルが用いられることが好ましい。幾つかの例では、３モノレイヤ以上、且つ１５モノレイヤ以下の材料を含む厚いシェルが用いられことがかなり好ましい。ＩｎＰ及びＺｎＳｅの格子定数は、それぞれ５．８７Å及び５．６７Åである。エピタキシャルに成長した場合、格子歪みはおおよそ３．４％であり、これは、層の厚さがかなり増大するのを阻止することができる。格子歪みが大きすぎると、ＩｎＰ−ＺｎＳｅ合金又はＩｎ０．６Ｇａ０．４Ｐ合金層からなる格子バッファ層が成長し得る。コア及びＺｎＳｅ層を電子工学的且つ物理的に隔離するために、ＺｎＳ及びＺｎＯの更なるワイドバンドギャップシェル層を成長させてもよい。
【００５９】
（格子バッファ層の有無に拘わらず）単純なコア／シェル量子ドット上への厚いＺｎＳｅシェルの使用に代わるものとして、量子ドット−量子井戸構造が用いられてもよい。量子ドット−量子井戸構造において、放射ＱＤ材料層、例えばＣＦＱＤ材料層又はＩｎＰ材料層が、ＺｎＳｅコアのまわりに成長してから、ＺｎＳｅの厚い層（１＜モノレイヤ数≦２２、好ましくは３≦モノレイヤ数≦２２、より好ましくは３≦モノレイヤ数≦１５）でオーバーコートされてもよい。材料のタイプ間の格子不整合がなお問題となり得るが、これは、ＺｎＳｅｃｏｒｅ−ＱＤｓｈｅｌｌとＱＤｓｈｅｌｌ−ＺｎＳｅｓｈｅｌｌ間でのコヒーレントな歪みに起因して打ち消され得る。
【００６０】
ドット−イン−ロッドアーキテクチャもまた、必要とされる吸光度及びロバスト性の増大を実現することができる。ここで、放射ＱＤコア、例えばＣＦＱＤ量子ドット又はＩｎＰ  ＱＤコアは、ＱＤコアのｘ、ｙ、又はｚ面の１つにおいて、ロッドを形成するように長寸である厚いＺｎＳｅシェル（１＜モノレイヤ数≦１５）に埋められている。長寸面内で材料が増大すると、球形のドットと比較して、吸光度が増大し得る。図４は、球形のコア−シェル−シェル（ＣＦＱＤ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ）量子ドットアーキテクチャの断面図、コア−シェル−シェル−シェル（ＺｎＳｅ／ＣＦＱＤ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ）量子ドット−量子井戸アーキテクチャの断面図、及びコア−シェル−シェル（ＣＦＱＤ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ）量子ドット−イン−ロッドアーキテクチャの断面図、並びに各アーキテクチャにおける異なる層のエネルギー準位アラインメントの配置を示す概略図である。
【００６１】
図４（一定縮尺ではない）は、本発明に従う種々のナノ粒子における異なる層のバンドギャップの相対アラインメントを示す。コア−シェル−シェル量子ドットにおいて、ＣＦＱＤ量子ドットコアは、より広いバンドギャップ材料（ＺｎＳｅ）によって囲まれており、これは、更に広いバンドギャップ材料（ＺｎＳ）によって囲まれている。異なる層の相対バンドギャップエネルギーは、ドット−イン−ロッド構造と同じである。量子ドット−量子井戸ナノ粒子において、ＺｎＳｅコアは、より狭いバンドギャップＣＦＱＤ量子ドットシェルによって囲まれており、これは、より広いバンドギャップＺｎＳｅシェル（コアと同じバンドエネルギーを有する）及び更に広いバンドギャップＺｎＳシェルによって囲まれている。
【００６２】
コア−シェル−シェルアーキテクチャ及びドット−イン−ロッドアーキテクチャについて、コアバンドギャップがシェルのバンドギャップ内に完全にあるバンドギャップの相対位置は、「タイプ１半導体ヘテロ構造（type 1 semiconductor heterostructure）」として知られている典型的なものである。逆に、量子ドット−量子井戸アーキテクチャは、「逆タイプ１半導体ヘテロ構造（reverse type 1 semiconductor heterostructure）とみなされるであろう。
【００６３】
図４に示される顕著な特徴は、以下の通りである。
・材料のバンドギャップの相対的な大きさ。
・互いに対する材料のバンドギャップの相対エネルギー（位置）。
【００６４】
＜フォトレジストにおける適合性＞
コアＱＤ、コア−シェルＱＤ、又はコア−マルチシェルＱＤであるかを問わず、量子ドットにおける樹脂、ポリマー、又は溶媒との適合性は主として、量子の表面上に存在するリガンドの種類と、当該リガンドと特定の樹脂、ポリマー、又は溶媒との化学相互作用とによって決定される。現行のインジウム系量子ドットでは、リガンド交換は困難となり得る。何故ならば、シェルが比較的薄くなって、コアに及ぼすリガンドの電子的な影響が支配的になるからである。これは、現行の材料とのリガンド交換が、量子ドット合成中になされて、最適なパフォーマンスを保持することができることを意味する。本明細書で記載されるようなより厚いＺｎＳｅシェルを組込むこと、コアを、リガンド作用からより十分に隔離することができ、そしてより従来のリガンド交換ストラテジーを利用可能にすることができる。
【００６５】
プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）は、その良好な濡れ性、被覆性、低毒性、及び低沸点のため、カラーフィルタの用途にとって望ましい溶媒である。現在利用可能なカドミウムフリー量子ドットは、典型的には、チオラートリガンド及び／又はカルボキシラートリガンドでキャッピングされている。６−メルカプトヘキサノール（ＭＣＨ）及び２−［２−（２−メトキシエトキシ）−エトキシ］−酢酸（ＭＥＥＡＡ）が、ＰＧＭＥＡ中での可溶性を与えるのに特に適したリガンド組合せを実現することが明らかになった。
【００６６】
ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡが特に適していることが分かったが、他のリガンドを、ＭＣＨ及び／又はＭＥＥＡＡに加えて、又はこれらの代替物として用いることができる。例えば、幾つかの例では、メルカプトアルキルアルコール又はメルカプトアルコキシアルコール、例えば、８−メルカプト−１−オクタノール、９−メルカプト−１−ノナノール、１１−メルカプト−１−ウンデカノール、２−｛２−［２−（２−メルカプトエトキシ）エトキシ］エトキシ｝エタノール、トリエチレングリコール−モノ−１１−メルカプトウンデシルエーテル、又は（１１−メルカプトウンデシル）テトラ（エチレングリコール）を用いることができる。幾つかの例では、チオール化されたポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、例えば、Ｏ−（２−メルカプトエチル）−Ｏ’−メチル−ヘキサ（エチレングリコール）、Ｈ３ＣＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘ−ＣＨ２ＣＨ２ＳＨ（Ｘ＝３〜１２）、又はＨ３Ｃ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｘ−ＳＨ（Ｘ＝３〜２４）を用いることができる。幾つかの例では、水酸化されたＰＥＧ、例えば、Ｈ３Ｃ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｘ−ＯＨ（Ｘ＝３〜４８）又はオクタコサエチレングリコールを用いることができる。幾つかの例では、アミン官能化されたＰＥＧ、例えばＨ３Ｃ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｘ−ＯＨ（Ｘ＝２〜４８）を用いることができる。幾つかの例では、カルボキシル化されたＰＥＧ、例えば、［２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ］酢酸、Ｈ３ＣＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘ−ＣＨ２ＣＯＯＨ（Ｘ＝８〜１０）、又はＨ３ＣＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘ−ＣＨ２ＣＨ２ＳＨ（Ｘ＝３〜４８）を用いることができる。
【００６７】
ＱＤは、以下の一般的な手順に従って、ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡで表面が官能化されていてもよい。
【００６８】
第一に、ＱＤコアを溶媒に溶解させて、ＱＤ−溶液を形成する。ＱＤ−溶液は、ＱＤ濃度が、溶媒１ミリリットル（ｍｌ）あたりＱＤ約１ミリグラム（ｍｇ）（１ｍｇ／ｍＬ）〜約５００ｍｇ／ｍｌ、或いは約５ｍｇ／ｍｌ〜約２５０ｍｇ／ｍｌ、或いは約１０ｍｇ／ｍｌ〜約１００ｍｇ／ｍｌ、或いは約２５ｍｇ／ｍｌ〜約７５ｍｇ／ｍｌであってよい。ＱＤコア上にシェルを形成するために、１又は複数のシェル金属前駆体に続いてＭＣＨをＱＤ含有溶液に加える。ＱＤ含有溶液に加えるシェル金属前駆体及びＭＣＨの量は、ＱＤコアに形成されることとなるシェルの所望の厚さに基づいて変えられてよい。幾つかの例では、１又は複数のシェル金属前駆体の１又は複数とＭＣＨと過剰に加えてよい。本開示の種々の態様に従えば、ＱＤ−溶液内のＱＤ１グラムあたり約０．５ｍｌ〜約５ｍｌのＭＣＨをＱＤ−溶液に加えてよい。幾つかの例では、ＱＤ−溶液におけるＱＤ１グラムあたり約１ｍｌ〜約４ｍｌのＭＣＨ、或いは約１．５ｍｌ〜約３ｍｌ、或いは約１．７５ｍｌ〜約２．７５ｍｌのＭＣＨをＱＤ−溶液に加えてよい。幾つかの例では、全てのＭＣＨを一度に加えてよい。幾つかの例では、ＭＣＨを、約１０分〜約６時間、或いは約１５分〜約５時間、或いは約３０分〜約４時間、或いは約１〜約３時間に及ぶ期間にわたって、逐次、又は継続的に加えてよい。
【００６９】
ＭＣＨを加えた後、第１の期間、第１の温度に溶液を加熱する。第１の温度は、１８０〜２５０℃の範囲であってよく、第１の期間は、１０分〜４時間であってよい。例えば、第１の温度は２３０℃であり、第１の期間はおおよそ１時間である。ＭＣＨ官能化されてオーバーコートされたＱＤを、例えば、非溶剤の添加後、遠心分離によって単離する。
【００７０】
単離の後、ＭＣＨ官能化されてオーバーコートされたＱＤ（ＭＣＨ−ＱＤ）を、第２の溶媒に再分散させて、減圧下で脱ガスして、ＭＣＨ−ＱＤ含有溶液を形成する。ＭＣＨ−ＱＤ含有溶液のＱＤ濃度は、溶媒１ミリリットル（ｍｌ）あたりＭＣＨ−ＱＤ約１ミリグラム（ｍｇ）（１ｍｇ／ｍＬ）〜約５００ｍｇ／ｍｌ、或いは約５ｍｇ／ｍｌ〜約２５０ｍｇ／ｍｌ、或いは約１０ｍｇ／ｍｌ〜約１００ｍｇ／ｍｌ、或いは約１５ｍｇ／ｍｌ〜約５０ｍｇ／ｍｌ、或いは約２０ｍｇ／ｍｌ〜約４０ｍｇ／ｍｌであってよい。ＭＥＥＡＡを加えて、第２の期間、第２の温度に溶液を加熱する。本開示の種々の態様に従えば、ＭＣＨ−ＱＤ含有溶液のＭＣＨ−ＱＤ１グラムあたり約０．５ｍｌ〜約５ｍｌのＭＥＥＡＡをＭＣＨ−ＱＤ含有溶液に加えてよい。幾つかの例では、ＭＣＨ−ＱＤ含有溶液内のＭＣＨ−ＱＤ１グラムあたり約１ｍｌ〜約４ｍｌのＭＣＨ、代わりに約１．５ｍｌ〜約３ｍｌ、そして代わりに約１．５ｍｌ〜約２．５ｍｌのＭＥＥＡＡを、ＱＤ−溶液に加えてよい。幾つかの例では、ＭＥＥＡＡの過剰量を加えてよい。幾つかの例では、全てのＭＥＥＡＡを一度に加えてよい。幾つかの例では、ＭＥＥＡＡを、逐次、約１０秒〜約１０分、或いは約１５秒〜約５分、或いは約３０秒〜約３分、或いは約３０秒から約２分に及ぶ期間にわたって加えてよい。第２の温度は、８０〜１４０℃の範囲であってよく、そして第２の期間は、約１時間〜約２４時間、或いは約２時間〜約２０時間、或いは約４時間〜約１６時間であってよい。
【００７１】
次に、結果として生じる、ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡ官能化されてオーバーコートされたＱＤ（ＭＣＨ／ＭＥＥＡＡ−ＱＤ）を単離する。幾つかの例では、結果として生じるＭＣＨ／ＭＥＥＡＡ−ＱＤを、非溶剤の添加の後遠心分離によって単離する。結果として生じるＭＣＨ／ＭＥＥＡＡ−ＱＤは、広範な溶媒、例えば、トルエン、アセトン、イソプロパノール、及びＰＧＭＥＡで可溶性であることが見出された。興味深いことに、本開示の種々の態様に従って形成されるＭＣＨ／ＭＥＥＡＡ−ＱＤは、極めて無極性の溶媒、例えばヘキサン、及び極めて極性のある溶媒、例えばメタノール中で不溶性であることが見出された。
【００７２】
ＱＤコアの調製は、当該技術において知られている任意の方法で達成されてよい。先で考察されるように、本開示の種々の態様に従えば、ＣＦＱＤ量子ドットを、コアとして用いてよい。幾つかの例では、例えば、米国特許第７，５８８，８２８号明細書（Ｍｕｓｈｔａｑ  ｅｔ  ａｌ．、表題「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」）（その全体が参照によって本明細書に組み込まれる）に記載されるＱＤコアの調製方法を用いてよい。
【００７３】
金属前駆体は、ＱＤコア上に堆積することが所望される半導体オーバーコーティングに応じて選択されてよい。例えば、ＺｎＳオーバーコートティングが設けられる場合、１又は複数の金属前駆体は、少なくとも１つの亜鉛前駆体を含んでよい。適切な金属前駆体として、以下に制限されないが、カルボキシラート（例えば、アセタート、ステアラート、ミリスタート）、アセチルアセトナート、ハロゲン化物（例えば、フッ化物、塩化物、臭化物、及びヨウ化物）、ニトラート、及び金属アルキル前駆体（例えば、亜鉛前駆体の場合、ジメチル亜鉛又はジエチル亜鉛）が挙げられる。
【００７４】
第１及び第２の溶媒は、同じであっても異なってもよい。幾つかの例では、第１及び第２の溶媒の一方又は双方は、配位性溶媒である。本開示の種々の態様に従って用いられる配位性溶媒として、以下に限定されないが、飽和若しくは不飽和ＣｒＣ２４アルキル若しくはアリールアルコール、飽和若しくは不飽和Ｃ２−Ｃ２４アルキル若しくはアリールアミン、飽和若しくは不飽和Ｃ２−Ｃ２４アルキル若しくはアリールチオール、飽和若しくは不飽和Ｃ２−Ｃ２４アルキル若しくはアリールセレノール、飽和若しくは不飽和ＣｒＣ２４アルキル若しくはアリールカルボン酸、ホスフィン、例えばトリオクチルホスフィン、又はホスフィンオキシド、例えばトリオクチルホスフィンオキシドが挙げられる。幾つかの例では、第１及び第２の溶媒の一方又は双方は非配位性溶媒である。適切な非配位性溶媒の例として、以下に制限されないが、１２個以上の炭素原子を有する直鎖状若しくは分枝状アルカン、例えば、ドデカン、ペンタデカン、オクタデカン、エイコサン、トリアコンタン、直鎖状若しくは分枝状アルケン（例えば、１−オクタデセン、１−エイコセン、１−ヘプタデセン）、又は伝熱流体（例えば、Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ（登録商標）６６［ＳＯＬＵＴＩＡ  ＩＮＣ．、５７５  ＭＡＲＹＶＩＬＬＥ  ＣＥＮＴＲＥ  ＤＲＩＶＥ、ＳＴ．ＬＯＵＩＳ、ＭＩＳＳＯＵＲＩ  ６３１  ４  １］、修飾テルフェニルを含む伝熱流体）が挙げられる。一般に、非配位性溶媒は、用いられるならば、沸点が大気条件下で約２００℃以上であることが好ましい。好ましい実施形態において、第１及び第２の溶媒は非配位性溶媒である。
【００７５】
代替的な実施形態において、ＰＧＭＥＡでの可溶性を達成するために、内在するＱＤリガンドを、カルボン酸官能化及びチオール官能化されたポリエチレングリコール（ＰＥＧ）リガンド、例えば、ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡと交換してもよい。一部の実施形態において、リガンド交換ストラテジーは、例えば、形成された状態の（as-formed）ＱＤを、ＱＤ表面上に既に配置されたリガンドと交換されることとなる所望のリガンドの溶液中で加熱するものである。
【００７６】
＜ＱＤ含有カラーフィルタを備える液晶ディスプレイ＞
先行技術のＱＤ含有バックライトユニットを備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５００が、図５に概略的に示される。ＬＣＤ５００は、青色光源５０１、例えば、青色発光ダイオードを備えており、これは、光ガイド部（ＬＧＰ）５１０と光学的に結合されている。青色光は、ＬＧＰ５１０から量子ドット含有フィルム（ＱＤＦ）５２０に伝達される。ＱＤＦ５２０は、２つの異なる種類のＱＤを有しており、一方の種類は、ＬＧＰ５１０から青色光を吸収して赤色光を放射することができ、他方の種類は、ＬＧＰ５１０から青色光を吸収して緑色光を放射することができる。ＱＤＦ５２０は、ＬＧＰ５１０の真上にあり、光源５０１からの青色光の一部を緑色及び赤色の光に変換し、これらは、光源５０１からの変換されていない青色光と混合されると、白色光が生じる。その後、白色光は、ＱＤＦ  ５２０から、ディフューザフィルム５３０、輝度増強フィルム（ＢＥＦ）５４０、二重輝度増強フィルム（ＤＢＥＦ）５５０、第１の反射偏光子５６０、及び液晶層（ＬＣＬ）５７０中をこの順で移動する。ＬＣＬ５７０を移動した後に、白色光は、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）５８０の赤色フィルタ５８２、緑色フィルタ５８４、及び青色フィルタ５８６を介して、赤色、緑色、及び青色に選択的にフィルタリングされる。従って、ＣＦＡ５８０は、白色光を選択的にフィルタリングして、個々のＲＧＢピクセルを形成する。その後、赤色、緑色、及び青色の光は、第２の偏光子５９０を移動して、赤色光５９２、緑色光５９４、及び青色光５９６がユーザに視覚化される。図に示すように、そのようなシステムに関する問題の１つは、光のかなりの割合がフィルタから除かれてしまい、システムの非効率性の原因となることである。
【００７７】
ＱＤフィルムを用いるのではなく、ＬＣＤのカラーフィルタアレイのカラーフィルタ中にＱＤを直接組み込むことによって、より効率的なシステムを提供し、且つＬＣＤディスプレイ、例えばＬＣＤ５００の不完全性を改善することができる。これを達成する一方法が、図６に示される。図６は、カラーフィルタアレイのカラーフィルタ内に直接ＱＤを有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）６００の概略図である。ＬＣＤ５００とは異なり、ＬＣＤ６００は、所望の量の青色光がＬＣＤ６００から放射され得るようにし、且つ残りの青色光の実質的に１００％を、赤色又は緑色の光に変換することによって、色純度を達成することができる。ＬＣＤ６００は、青色光源６０１、例えば、青色発光ダイオードを備え、これは、光ガイド部（ＬＧＰ）６１０と光学的に結合されている。青色光は、ＬＧＰ６１０を出て、ディフューザフィルム６２０、輝度増強フィルム（ＢＥＦ）６３０、二重輝度増強フィルム（ＤＢＥＦ）６４０、第１の反射偏光子６５０、並びに液晶層（ＬＣＬ）６６０及び第２の反射偏光子６７０中をこの順に移動する。
【００７８】
第２の偏光子６７０を出た直後に、青色光の一部は、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）６８０の赤色変換フィルタ６８２によって吸収され、青色光の別の一部は、ＣＦＡ  ６８０の緑色変換フィルタ６８４によって吸収され、青色光の別の一部は、色変換フィルタを含まないＣＦＡ  ６８０の領域６８６中を移動する。赤色変換フィルタ６８２は、適切なマトリックス材料に分散した第１の種類の量子ドットの集団を含む。第１の種類の量子ドットは、青色光を吸収して赤色光６９２を放射することができる任意の量子ドットであってよい。緑色変換フィルタ６８４は、適切なマトリックス材料に分散した第２のタイプの量子ドットの集団を含む。第２の種類の量子ドットは、青色光を吸収して緑色光６９４を放射することができる任意の量子ドットであってよい。領域６８６は、青色光を変更しない適切なマトリックス材料でできている。
【００７９】
赤色変換フィルタ６８２、緑色変換フィルタ６８４、及び領域６８６のマトリックス材料は、適切な任意の光硬化性ポリマー又は樹脂であってよい。本開示の種々の態様に従えば、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）の光の少なくとも約７０％の透過を許容する光硬化性ポリマー又は樹脂が選択されてよい。他の例では、ＲＧＢ光の少なくとも約８０％の透過、ＲＧＢ光の少なくとも約９０％の透過、ＲＧＢ光の少なくとも約９５％の透過、そしてＲＧＢ光の少なくとも９９％の透過を許容する光硬化性ポリマー又は樹脂が選択される。
【００８０】
本開示の種々の態様に従えば、色変換フィルタ６８２、色変換フィルタ６８４、及び領域６８６の厚さは、約５μｍ〜約１００μｍ、或いは約５μｍ〜約７５μｍ、或いは約５μｍ〜約５０μｍ、或いは約１０μｍ〜約４０μｍ、或いは約１５μｍ〜約３０μｍに及んでよい。また、本開示の種々の態様に従えば、色変換フィルタ６８２及び色変換フィルタ６８４は、約５〜約８０ｗｔ％の量子ドット、或いは約５〜約７０ｗｔ％の量子ドット、或いは約１０〜約７０ｗｔ％の量子ドット、或いは約１０〜約６０ｗｔ％の量子ドット、に或いは約１０〜約５０ｗｔ％の量子ドットでできていてよい。一般に、フィルタ６８２及びフィルタ６８４の厚さが増すにつれ、分散させる量子ドットの量を少なくしてよい。例えば、本開示の種々の態様に従えば、厚さが約１５μｍであるフィルタ６８２及びフィルタ６８４は、約４０〜約６０ｗｔ％の、或いは約５０ｗｔ％の量子ドットでできていてよい。また、例えば、本開示の種々の態様に従えば、厚さが約３０μｍであるフィルタ６８２及びフィルタ６８４は、約２０〜約３０ｗｔ％の、或いは約２５ｗｔ％の量子ドットでできていてよい。幾つかの例では、色変換フィルタ６８２、色変換フィルタ６８４及び領域６８６の１又は複数が、光散乱剤、例えば、硫酸バリウム、チタニア、シリカ、又は他の類似の材料の粒子を適切な量で更に含んでよい。
【実施例】
【００８１】
用いたＭＣＨキャップ量子ドット及びＭＥＥＡＡキャップ量子ドットについて、ＰＧＭＥＡ中での適合性を求めるために、ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡでキャッピングした緑色発光量子ドットを、先で記載した方法に従う方法で生成した（実施例１）。また、比較のために、他の４つの緑色発光量子ドット又は赤色発光量子ドットを合成して、ポリエチレングリコール即ちＰＥＧ（Ｍｗ＝３５０、実施例２〜５）（これもまたＰＧＭＥＡとの適合性が良好であることが知られている）でキャッピングした。キャッピングしたＱＤの各タイプの量子収量（ＱＹ）を、表１に報告する。表に示すように、ＭＣＨ及びＭＥＥＡＡでキャッピングした緑色発光量子ドットは、ＰＧＭＥＡ中にある場合、８７％の高いＱＹを維持する。他方、ＰＥＧでコーティングした量子ドットは、３２〜６３％にしか及ばないＱＹを示した。このことは、ＰＥＧでキャッピングされたＱＤは、ＰＧＭＥＡに入れられると、実質的なクエンチングを被ったことを示している。
【表１】
2020525846.tif 000003
【００８２】
＜開示についてのステートメント＞
開示についてのステートメントは、以下を含む。
【００８３】
ステートメント１：コアと、コアを実質的に囲む層と、６−メルカプトヘキサノール（ＭＣＨ）キャッピングリガンド及び２−［２−（２−メトキシエトキシ）−エトキシ］−酢酸（ＭＥＥＡＡ）キャッピングリガンドとを含む量子ドット。
【００８４】
ステートメント２：層は、波長が約４３０ｎｍ〜約４７０ｎｍである光を吸収する直接遷移型半導体から本質的になる、ステートメント１に従う量子ドット。
【００８５】
ステートメント：層は、波長が約４５０ｎｍである光を吸収する直接遷移型半導体から本質的になる、ステートメント１又は２に従う量子ドット。
【００８６】
ステートメント４：コアは、インジウム及びリンを含む、ステートメント１〜３の何れか１つに従う量子ドット。
【００８７】
ステートメント５：コアは、ＩｎＰの、合金化された、又はドープされた誘導体を含む、ステートメント１〜４の何れか１つに従う量子ドット。
【００８８】
ステートメント６：コアは、ＩｎＰＺｎＳを含む、ステートメント１〜５の何れか１つに従う量子ドット。
【００８９】
ステートメント７：コアは、ＩｎＰＺｎＳｅを含む、ステートメント１〜５の何れか１つに従う量子ドット。
【００９０】
ステートメント８：コアは、ＩｎＰＺｎＳｅＳを含む、ステートメント１〜５の何れか１つに従う量子ドット。
【００９１】
ステートメント９：層は、金属カルコゲニドを含む、ステートメント１〜８の何れか１つに従う量子ドット。
【００９２】
ステートメント１０：金属カルコゲニドは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、及びＺｎＯの何れか１つである、ステートメント９に従う量子ドット。
【００９３】
ステートメント１１：コアを実質的に囲む層は、１モノレイヤ超且つ２２モノレイヤ以下を含む、ステートメント１〜１０の何れか１つに従う量子ドット。
【００９４】
ステートメント１２：コアを実質的に囲む層は、３モノレイヤ以上且つ２２モノレイヤ以下を含む、ステートメント１〜１１の何れか１つに従う量子ドット。
【００９５】
ステートメント１３：コアを実質的に囲む層は、３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、ステートメント１〜１２の何れか１つに従う量子ドット。
【００９６】
ステートメント１４：プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）中に分散された、ステートメント１〜１３の何れか１つに従う量子ドットを複数含む組成物。
【００９７】
ステートメント１５：インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップを有するコアと、コアを実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含む第１の層と、第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第２の金属カルコゲニドを含む、第１の層上の第２の層とを含む量子ドットであって、第１の層は、第１の金属カルコゲニドの１モノレイヤ超且つ２２モノレイヤ以下を含む、量子ドット。
【００９８】
ステートメント１６：インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップを有するコアと、コアを実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含む第１の層と、第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第２の金属カルコゲニドを含む、第１の層上の第２の層とを含む量子ドットであって、第１の層は、第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ２２モノレイヤ以下を含む、量子ドット。
【００９９】
ステートメント１７：インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップを有するコアと、コアを実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含む第１の層と、第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第２の金属カルコゲニドを含む、第１の層上の第２の層とを含む量子ドットであって、第１の層は、第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、量子ドット。
【０１００】
ステートメント１８：量子ドットは、ドット−イン−ロッドアーキテクチャを有する、ステートメント１５〜１７の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０１】
ステートメント１９：コアは、ロッドの中心から長軸方向に位置がずれている、ステートメント１８に従う量子ドット。
【０１０２】
ステートメント２０：コアは追加的に、リンを含む、ステートメント１５〜１９の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０３】
ステートメント２１：コアは、ＩｎＰの合金化又はドープされた誘導体を含む、ステートメント１５〜２０の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０４】
ステートメント２２：コアは、ＩｎＰＺｎＳを含む、ステートメント１５〜２１の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０５】
ステートメント２３：コアは、ＩｎＰＺｎＳｅを含む、ステートメント１５〜２１の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０６】
ステートメント２４：コアは、ＩｎＰＺｎＳｅＳを含む、ステートメント１５〜２１の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０７】
ステートメント２５：第１の金属カルコゲニド及び第２の金属カルコゲニドの少なくとも１つが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、及びＺｎＯの何れか１つである、ステートメント１５〜２４の何れか１つに従う量子ドット。
【０１０８】
ステートメント２６：プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）中に分散された、ステートメント１５〜２５の何れか１つに従う量子ドットを複数含む組成物。
【０１０９】
ステートメント２７：第１のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含むコアと、コアを実質的に囲み、インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップよりも小さい第２のバンドギャップを有する第１の層と、第１の層を実質的に囲み、第２の金属カルコゲニドを含み、且つ第１のバンドギャップと実質的に等しい第３のバンドギャップを有する第２の層と；第２の層を実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも、そして第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第３の金属カルコゲニドを含む第３の層とを含む量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子であって、第２の層は、第１の金属カルコゲニドの１モノレイヤ超且つ２２モノレイヤ以下を含む、量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１０】
ステートメント２８：第１のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含むコアと、コアを実質的に囲み、インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップよりも小さい第２のバンドギャップを有する第１の層と、第１の層を実質的に囲み、第２の金属カルコゲニドを含み、且つ第１のバンドギャップと実質的に等しい第３のバンドギャップを有する第２の層と、第２の層を実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも、そして第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第３の金属カルコゲニドを含む第３の層とを含む量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子であって、第２の層は、第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ２２モノレイヤ以下を含む、量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１１】
ステートメント２９：第１のバンドギャップを有する第１の金属カルコゲニドを含むコアと、コアを実質的に囲み、インジウムを含み、且つ第１のバンドギャップよりも小さい第２のバンドギャップを有する第１の層と、第１の層を実質的に囲み、第２の金属カルコゲニドを含み、且つ第１のバンドギャップと実質的に等しい第３のバンドギャップを有する第２の層と、第２の層を実質的に囲み、且つ第１のバンドギャップよりも、そして第２のバンドギャップよりも大きい第３のバンドギャップを有する第３の金属カルコゲニドを含む第３の層とを含む量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子であって、第２の層は、第１の金属カルコゲニドの３モノレイヤ以上且つ１５モノレイヤ以下を含む、量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１２】
ステートメント３０：第１の金属カルコゲニドと第２の金属カルコゲニドは、異なる金属カルコゲニドである、ステートメント２７〜２９の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１３】
ステートメント３１：第１の金属カルコゲニドと第３の金属カルコゲニドは、同じ金属カルコゲニドである、ステートメント２７〜２９の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１４】
ステートメント３２：第１の金属カルコゲニド、第２の金属カルコゲニド、及び第３の金属カルコゲニドは各々、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、及びＺｎＯの何れか１つである、ステートメント２７〜３１の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１５】
ステートメント３３：第１の層は、インジウム及びリンを含む、ステートメント２７〜３２の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１６】
ステートメント３４：第１の層は、ＩｎＰの、合金化された、又はドープされた誘導体を含む、ステートメント２７〜３３の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１７】
ステートメント３５：第１の層は、ＩｎＰＺｎＳを含む、ステートメント２７〜３４の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１８】
ステートメント３６：第１の層は、ＩｎＰＺｎＳｅを含む、ステートメント２７〜３４の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１１９】
ステートメント３７：第１の層は、ＩｎＰＺｎＳｅＳを含む、ステートメント２７〜３４の何れか１つに従う量子ドット−量子井戸半導体ナノ粒子。
【０１２０】
ステートメント３８：プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）中に分散された、ステートメント２７〜３７の何れか１つに従う量子ドットを複数含む組成物。
【０１２１】
ステートメント３９：可視スペクトルの青色部分の光の源と、青色光の源と光学的に繋がっており、且つステートメント１〜１３、１５〜２５、及び２７〜３７の何れか１つに従う量子ドットを複数含有するカラーフィルタアレイとを備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【０１２２】
ステートメント４０：可視スペクトルの青色部分の光の源と、青色光の源と光学的に繋がっており、且つステートメント１〜１３、１５〜２５、及び２７〜３７の何れか１つに従う量子ドットを複数含有するカラーフィルタアレイとを備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であって、カラーフィルタは、ステートメント１４、２６、及び３８の何れか１つに従う組成物から形成される、液晶ディスプレイ。
【０１２３】
前述のものは、本発明の原理を具体化するシステムの特定の実施形態を示す。当業者であれば、本明細書中でたとえ明示的に開示されていないとしても、その原理を具体化する代替物及び変形物を案出することができるであろうから、これらは本発明の範囲内である。本発明の特定の実施形態が示され、且つ説明されてきたが、本特許が包含するものを限定することは意図していない。当業者であれば、以下の特許請求の範囲によって字義通りに、且つ等しく包含される本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更及び修飾がなされてもよいことを理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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