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特開2022-84963硬化膜形成用組成物、波長変換膜、発光表示素子、及び波長変換膜の形成方法
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  • 特開-硬化膜形成用組成物、波長変換膜、発光表示素子、及び波長変換膜の形成方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022084963
(43)【公開日】2022-06-08
(54)【発明の名称】硬化膜形成用組成物、波長変換膜、発光表示素子、及び波長変換膜の形成方法
(51)【国際特許分類】
   C08F 290/06 20060101AFI20220601BHJP
   G03F 7/004 20060101ALI20220601BHJP
   G03F 7/027 20060101ALI20220601BHJP
   G03F 7/033 20060101ALI20220601BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20220601BHJP
   B82Y 20/00 20110101ALI20220601BHJP
   C09D 4/02 20060101ALI20220601BHJP
   C09D 7/61 20180101ALI20220601BHJP
   C09D 7/62 20180101ALI20220601BHJP
   C09D 175/14 20060101ALI20220601BHJP
   C09D 201/02 20060101ALI20220601BHJP
【FI】
C08F290/06
G03F7/004 501
G03F7/027 502
G03F7/033
G02B5/20
B82Y20/00
C09D4/02
C09D7/61
C09D7/62
C09D175/14
C09D201/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2019070724
(22)【出願日】2019-04-02
(71)【出願人】
【識別番号】000004178
【氏名又は名称】JSR株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(74)【代理人】
【識別番号】100159581
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 勝誠
(74)【代理人】
【識別番号】100159499
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 義典
(74)【代理人】
【識別番号】100158540
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 博生
(74)【代理人】
【識別番号】100106264
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 耕治
(74)【代理人】
【識別番号】100139354
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 昌子
(72)【発明者】
【氏名】神井 英行
【テーマコード(参考)】
2H148
2H225
4J038
4J127
【Fターム(参考)】
2H148AA05
2H148AA07
2H148AA09
2H148AA11
2H148AA18
2H148AA19
2H148AA25
2H225AC36
2H225AC37
2H225AC57
2H225AD07
2H225AM22P
2H225AM23P
2H225AM32P
2H225AM92P
2H225AN10P
2H225AN21P
2H225AN39P
2H225AP00P
2H225AP08P
2H225AP10P
2H225BA01P
2H225BA09P
2H225CA15
2H225CA21
2H225CB05
2H225CC01
2H225CC13
4J038CG011
4J038CG061
4J038CG071
4J038CG141
4J038CH041
4J038DG211
4J038DG221
4J038FA281
4J038HA346
4J038HA386
4J038HA476
4J038KA07
4J038KA08
4J038KA15
4J038MA07
4J038NA24
4J038NA25
4J038PA17
4J038PB08
4J038PB09
4J127AA03
4J127BB051
4J127BB221
4J127BC051
4J127BC121
4J127BC141
4J127BC151
4J127BD421
4J127BD461
4J127BG041
4J127BG04Y
4J127BG121
4J127BG12Y
4J127BG141
4J127BG14Y
4J127BG271
4J127BG27Y
4J127BG281
4J127BG28Y
4J127BG311
4J127BG31Y
4J127CA01
4J127DA06
4J127DA10
4J127DA11
4J127DA46
4J127DA61
4J127FA16
4J127FA21
4J127FA41
(57)【要約】
【課題】分散安定性及び塗布性が良好であり、得られる波長変換膜の蛍光性能も良好である硬化膜形成用組成物、このような硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜及び発光表示素子、並びに上記波長変換膜の形成方法を提供する。
【解決手段】本発明の硬化膜形成用組成物は、(A)半導体ナノ粒子、及び(B)複数の重合性基を有するウレタン(メタ)アクリレートを含有する硬化膜形成用組成物である。本発明の波長変換膜は、当該硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜である。本発明の発光表示素子は、当該波長変換膜を備える発光表示素子である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)半導体ナノ粒子、及び
(B)複数の重合性基を有するウレタン(メタ)アクリレート
を含有する硬化膜形成用組成物。
【請求項2】
上記(B)ウレタン(メタ)アクリレートが、4以上30以下の重合性基を有する請求項1に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項3】
上記(A)半導体ナノ粒子がリガンドを有し、
上記リガンドが、カルボキシ基、チオール基、ホスホノ基、アミド基又はこれらの組み合わせを有する請求項1又は請求項2に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項4】
上記(B)ウレタン(メタ)アクリレートが、イソシアヌル構造、トリアジン構造又はこれらの組み合わせを有する請求項1、請求項2又は請求項3に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項5】
上記(B)ウレタン(メタ)アクリレートの分子量が、600以上6,000以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項6】
上記(B)ウレタン(メタ)アクリレートが、下記式(1)で表される請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物。
【化1】
(式(1)中、Rは、炭素数1~60のm価の有機基である。複数のRは、それぞれ独立して、1又は複数の(メタ)アクリロイル基を含む基である。mは、2又は3である。)
【請求項7】
上記式(1)中のRが、下記式(2)で表される請求項6に記載の硬化膜形成用組成物。
【化2】
(式(2)中、Rは、単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。Rは、(メタ)アクリロイル基である。nは、1又は2である。pは、0又は1である。qは、1~3の整数である。)
【請求項8】
上記式(1)中のRが下記式(3-1)又は(3-2)で表され、mが3である請求項6又は請求項7に記載の硬化膜形成用組成物。
【化3】
(式(3-1)及び(3-2)中、複数のRは、それぞれ独立して、単結合又は炭素数1~12のアルカンジイル基である。)
【請求項9】
(C)光拡散粒子
をさらに含有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項10】
(D)重合体
をさらに含有する請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項11】
上記(D)重合体が、酸性基を有する請求項10に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項12】
上記(D)重合体が、上記酸性基を含む炭素数5~15の側鎖を有する請求項11に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項13】
上記(D)重合体が、炭素数4~20の鎖状炭化水素基を有する請求項10、請求項11又は請求項12に記載の硬化膜形成用組成物。
【請求項14】
請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜。
【請求項15】
請求項14に記載の波長変換膜を備える発光表示素子。
【請求項16】
基板上に直接又は間接に塗膜を形成する工程、及び
上記塗膜を加熱する工程
を備え、
上記塗膜を請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の硬化膜形成用組成物により形成する波長変換膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、硬化膜形成用組成物、波長変換膜、発光表示素子、及び波長変換膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、硫化カドミウム(CdS)、テルル化カドミウム(CdTe)、リン化インジウム(InP)等の半導体をナノメートルサイズの大きさに形成して得られた半導体ナノ粒子が注目を集めている。このような半導体ナノ粒子は、ブロードな光吸収を示すとともにスペクトル幅の狭い蛍光を発するという特殊な光学特性を示すため、現在各種の応用が検討されている。例えば有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、マイクロサイズの発光ダイオード素子(マイクロLED素子)等を用いたディスプレイや照明等に、上述の半導体ナノ粒子が用いられるようになってきている(特開2014-174406号公報参照)。
【0003】
半導体ナノ粒子を含む波長変換膜の形成には、半導体ナノ粒子を含有する硬化性の組成物の塗工により形成する方法が広く用いられている。このような組成物としては、半導体ナノ粒子、重合性化合物、重合開始剤及び重合体等を含む組成物が知られている(特開2015-28139号公報参照)。上記公報において重合性化合物としては、1,9-ノナンジオールジアクリレート等の多官能アクリレートが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2014-174406号公報
【特許文献2】特開2015-28139号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
波長変換膜を形成するための組成物には、得られる波長変換膜における蛍光量子収率が高いこと、蛍光スペクトルの半値幅が狭いことなどの蛍光性能が求められる。特に、このような波長変換膜は、加熱により硬化される場合もあり、加熱を経て波長変換膜が得られた場合においても良好な蛍光性能を有することが重要となる。また、組成物として、分散安定性や塗布性も良好であることが望ましい。しかし、半導体ナノ粒子を含有し、重合性化合物として多官能アクリレートが用いられた従来の組成物においては、これらの得られる波長変換膜の蛍光性能や組成物の取扱性などの面から、未だ改善の余地がある。
【0006】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、分散安定性及び塗布性が良好であり、得られる波長変換膜の蛍光性能も良好である硬化膜形成用組成物、このような硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜及び発光表示素子、並びに上記波長変換膜の形成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】
【0007】
上記課題を解決するためになされた発明は、(A)半導体ナノ粒子、及び(B)複数の重合性基を有するウレタン(メタ)アクリレートを含有する硬化膜形成用組成物である。
【0008】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜である。
【0009】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、当該波長変換膜を備える発光表示素子である。
【0010】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板上に直接又は間接に塗膜を形成する工程、及び上記塗膜を加熱する工程を備え、上記塗膜を当該硬化膜形成用組成物により形成する波長変換膜の形成方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、分散安定性及び塗布性が良好であり、得られる波長変換膜の蛍光性能も良好である硬化膜形成用組成物、このような硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜及び発光表示素子、並びに上記波長変換膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る発光表示素子を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
<硬化膜形成用組成物>
本発明の一実施形態に係る硬化膜形成用組成物は、(A)半導体ナノ粒子、及び(B)複数の重合性基を有するウレタン(メタ)アクリレートを含有する。当該硬化膜形成用組成物においては、(A)半導体ナノ粒子と共に、重合性化合物として(B)ウレタン(メタ)アクリレートを用いることにより、分散安定性及び塗布性が良好となり、かつ得られる波長変換膜の蛍光性能も良好なものとなる。蛍光性能に関し、当該硬化膜形成用組成物から得られる波長変換膜は、蛍光量子収率が高いこと及び蛍光スペクトルの半値幅が狭いことが挙げられる。なお、蛍光スペクトルの半値幅が狭いほど、色純度の高い蛍光に波長変換できることを示す。さらに当該硬化膜形成用組成物から形成される波長変換膜は、加熱処理を経た場合も十分な蛍光量子収率を有する。
【0014】
当該硬化膜形成用組成物は、分散安定性、塗布性、蛍光性能等を高めることなどのため、(C)光拡散粒子及び(D)重合体の一方又は双方をさらに含有することが好ましい。当該硬化膜形成用組成物は、さらに(E)酸化防止剤、(F)分散媒、(G)感放射線性化合物等を含有することができる。以下、各成分について詳説する。
【0015】
((A)半導体ナノ粒子)
(A)半導体ナノ粒子は、半導体物質を含むナノ結晶を有する。(A)半導体ナノ粒子は、このナノ結晶の少なくとも一部を被覆するリガンドを有することが好ましい。なお、半導体ナノ粒子とは、半導体を含み、平均粒径が1nm以上1,000nm以下である粒子とすることができる。平均粒径とは、任意に選択した20個の粒子に対して、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定した直径の算術平均値である。また、上記直径とは、長径と短径(長径に直交する径)との平均値((長径+短径)/2)をいう(以下、平均粒径について同様である。)。
【0016】
(ナノ結晶)
ナノ結晶は、半導体物質を含む結晶体である。ナノ結晶を構成する材料としては、2族元素、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素の元素及びこれらの組み合わせを含む化合物等が挙げられる。
【0017】
上記元素としては、例えばBe(ベリリウム)、Mg(マグネシウム),Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)、Zn(亜鉛)、B(ホウ素)、Al(アルミニウム)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)、Tl(タリウム)、C(炭素)、Si(珪素)、Ge(ゲルマニウム)、Sn(錫)、N(窒素)、P(リン)、As(ヒ素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)、O(酸素)、S(硫黄)、Se(セレン)、Te(テルル)、Po(ポロニウム)等が挙げられる。
【0018】
ナノ結晶は、2族元素、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素及び16族元素からなる群より選択される少なくとも2種以上の元素を含むことが好ましい。また、ナノ結晶は、13族元素(Al、Ga、In等)を含むことが好ましく、Inを含むことがより好ましい。
【0019】
具体的にナノ結晶を構成する半導体物質としては、例えばBN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、GaN、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb等が挙げられる。上記半導体物質としては、13族元素(Al、Ga、In等)と15族元素(N、P、As等)との化合物が好ましく、InPがより好ましい。
【0020】
ナノ結晶は、1種の化合物からなる均質構造型であってもよいし、2種以上の化合物からなるコアシェル型であってもよい。コアシェル型のナノ結晶は、ある種類の化合物でコア構造を形成し、別の種類の化合物でコア構造を被覆して構成される。例えばバンドギャップのより大きい半導体を用いてコアの半導体を被覆することにより、光励起によって生成された励起子(電子-正孔対)がコア内に閉じ込められる。その結果、ナノ結晶表面での無輻射遷移の確率が減少し、蛍光量子収率が向上する。
【0021】
コアシェル型のナノ結晶の場合、コアが、2族元素、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素及び16族元素からなる群より選択される少なくとも2種以上の元素を含む半導体物質であることが好ましい。さらには、コアは、13族元素と15族元素との化合物である半導体物質であること、あるいはInを含む半導体物質であることがより好ましく、InPであることが特に好ましい。一方、シェルは、12族元素(Zn、Cd等)と16族元素(S、Se等)とを含む化合物であることが好ましく、ZnSであることがより好ましい。
【0022】
コアシェル型のナノ結晶としては、InP/ZnS、InP/ZnSe、CuInS/ZnS及び(ZnS/AgInS)固溶体/ZnS等を挙げることができ、InP/ZnSが好ましい。なお、上記InP/ZnSは、InPをコアとし、ZnSをシェルとするナノ結晶である(他の表記も同様である。)また、コアシェル型のナノ結晶としては、コア/複層シェル型のものもあり、InP/ZnSe/ZnS、InP/GaP/ZnS等を挙げることができる。なお、上記各コア/複層シェル型のものの例示においては、InPがコアであり、他がシェルである。これらのコア/複層シェル型のナノ結晶の中では、InP/ZnSe/ZnSが好ましい。
【0023】
ナノ結晶を得る方法としては、例えば配位性有機溶媒中で有機金属化合物を熱分解するなどの公知の方法を利用することができる。また、コアシェル型のナノ結晶は、例えば反応により均質なコアを形成した後、反応系内にコア表面にシェルを形成するための前駆体を添加し、コア表面にシェルを形成した後、反応を停止させ、溶媒から分離することで得られる。ナノ結晶の平均粒径を制御する方法としては、例えば反応温度や反応時間等を調整する方法が挙げられる。なお、市販されているものを利用することも可能である。また、コアシェル型ナノ結晶であるInP/ZnSは、例えば技術文献「Chemistry of Materials.2015,27,4893-4898」に記載されている方法を参照して合成することもできる。
【0024】
(リガンド)
リガンドは、ナノ結晶の少なくとも一部を被覆する。リガンドは、ナノ結晶の表面を静電的に安定化させる。
【0025】
リガンドは、カルボキシ基(-COOH)、チオール基(-SH)、ホスホノ基(-PO(OH))、アミド基(-CONR又は-CONCOR:Rは、それぞれ独立して水素原子又は炭化水素基である。)又はこれらの組み合わせである基xを有することが好ましい。これらの基は、イオン(例えば-COO)の状態で存在していてもよい。基xは、ナノ結晶の表面に良好に吸着するため、良好な分散性を発揮することができる。基xの中でも、カルボキシ基及びチオール基が好ましく、チオール基がより好ましい。
【0026】
(第1リガンド)
リガンドは、上記基xと共に、エーテル基(-O-)、エステル基(-COO-)、シロキサン基(-SiR-O-:Rは、それぞれ独立して水素原子又は炭化水素基である。)又はこれらの組み合わせである基yをさらに有する第1リガンドであることが好ましい。基yは、(F)分散媒、特に極性分散媒に対する良好な分散性を発揮する基である。基yの中でも、エーテル基及びエステル基が好ましく、エーテル基がより好ましい。
【0027】
第1リガンドとしては、下記式(4)で表されるものであることが好ましい。
【0028】
【化1】
【0029】
式(4)中、Xは、カルボキシ基、下記式(a)で表わされる基、下記式(b)で表される基、チオール基、ホスホノ基又はアミド基である。Yは、単結合、酸素原子又は硫黄原子である。Zは、エーテル基(酸素原子)、エステル基又はシロキサン基である。Rは、炭素数1~5の2価の鎖状炭化水素基である。Rは、炭素数1~8の1価の鎖状炭化水素基である。rは、自然数である。rが2以上の場合、複数のRは及びZは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【0030】
【化2】
【0031】
式(a)及び(b)中、*は、他部位との結合箇所を示す。
【0032】
上記Xとしては、カルボキシ基、上記式(a)で表わされる基、上記式(b)で表される基、及びチオール基が好ましく、チオール基がより好ましい。
【0033】
上記Yとしては、単結合及び硫黄原子が好ましく、単結合が好ましい。また、Xがチオール基、ホスホノ基又はアミド基である場合、Yは単結合であることが好ましい。
【0034】
上記Zとしては、エーテル基及びエステル基が好ましく、エーテル基がより好ましい。なお、Zがエーテル基である場合、式(1)中の-(R-Z)-Rは、ポリオキシアルキレン鎖を形成する。
【0035】
上記Rで表される炭素数1~5の2価の鎖状炭化水素基としては、メタンジイル基、エタン-1,2-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、ブタン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基等のアルカンジイル基、エテン-1,2-ジイル基等のアルケンジイル基等を挙げることができる。Rとしては、炭素数2~4の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、炭素数2の2価の鎖状炭化水素基がより好ましい。また、Rは、アルカンジイル基であることも好ましく、エタン-1,2-ジイル基が最も好ましい。
【0036】
上記Rで表される炭素数1~8の1価の鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、エテニル基、プロペニル基等のアルケニル基、及びエチニル基等のアルキニル基を挙げることができるが、アルキル基が好ましい。また、Rの炭素数の上限は、5が好ましく、3がより好ましく、1がさらに好ましい。すなわち、Rとしては、メチル基が最も好ましい。Rの炭素数が少ない場合、特に極性分散媒中での分散性がより向上する。
【0037】
上記式(4)におけるrの上限としては、例えば500であり、50が好ましい。上記rの下限は1であるが、2が好ましく、5がより好ましい。
【0038】
(第2リガンド)
リガンドとしては、上記基xと共に、炭素数6~20の炭化水素基(基z)をさらに有する第2リガンドが用いられていてもよい。基zは特に非極性分散媒に対する良好な分散性を発揮する基であるため、第1リガンドと第2リガンドとを併用することにより、極性分散媒及び非極性分散媒が両存するような分散媒中において、(A)半導体ナノ粒子の分散性がより向上する。また、第2リガンドを用いることで、波長変換膜を形成する際の他の成分との相溶性を高めることもできる。
【0039】
第2リガンドの基xは、第1リガンドの基xと同様であり、ナノ結晶の表面に良好に吸着することのできる基である。第2リガンドが有する基xとしては、カルボキシ基及びチオール基が好ましく、チオール基がより好ましい。
【0040】
基zである炭素数6~20の炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基等の脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基を挙げることができるが、脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。基zの炭素数の下限としては、8が好ましく、10がより好ましい。一方、この炭素数の上限としては、18が好ましく、16がより好ましい。
【0041】
第1リガンド及び第2リガンドは、従来公知の方法により、ナノ結晶の表面に配位させることができる。これらのリガンドは、ナノ結晶を合成するときに用られ、ナノ結晶の表面に付着(配位)したリガンドであってもよいし、ナノ結晶を合成した後にリガンド交換によりナノ結晶の表面に配位させたものであってもよい。但し、リガンド交換によっても完全にはリガンドが交換されず、元のリガンドと新しいリガンドとが共存することがある。すなわち、第2リガンドが配位したナノ結晶を合成した後、第1リガンドとのリガンド交換を行った場合、ナノ結晶の表面には、通常第1リガンドと第2リガンドとの両方が配位した状態となる。
【0042】
第1リガンドと第2リガンドとの合計含有量に対する第1リガンドの含有量の下限は、30質量%が好ましく、50質量%がより好ましく、60質量%がさらに好ましい。また、第1リガンドと第2リガンドとの合計含有量に対する第1リガンドの含有量の上限は、99質量%であってよく、90質量%であってもよい。第1リガンドの含有量が上記範囲内、特に上記下限以上であれば、(D)重合体や(F)分散媒等との親和性が良好になる結果、より良好な蛍光粒子収率や分散特性を発揮することができる。また同様に、(A)半導体ナノ粒子が有する全リガンドに占める第1リガンドの含有量も、上記下限以上又は上記上限以下であることが好ましい。なお、(A)半導体ナノ粒子中の第1リガンド等のリガンドの含有量は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
【0043】
(A)半導体ナノ粒子の平均粒径の下限としては、0.5nmが好ましく、1.0nmがより好ましい。また、上記平均粒径の上限としては、20nmが好ましく、10nmがより好ましい。平均粒径を上記下限以上とすることで、半導体ナノ粒子の蛍光特性の安定性が高まる。一方、平均粒径を上記上限以下とすることで、量子閉じ込め効果を十分に得ることができ、蛍光特性が向上する。また、平均粒径を上記上限以下とすることで、より良好な分散安定性を発揮することができる。
【0044】
なお、(A)半導体ナノ粒子の蛍光の波長領域は、ナノ結晶の構成材料や平均粒径を適宜選択することにより制御できる。また、ナノ結晶の形状は特に限定されず、例えば球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよいが、球状及び棒状が好ましい。半導体ナノ粒子が球状であれば、粒子の表面エネルギーが小さくなるため、分散安定性を高めることが出来る。また、半導体ナノ粒子が棒状であれば、偏光発光により光の利用効率を向上させることができる。
【0045】
当該硬化膜形成用組成物の全固形分に占める(A)半導体ナノ粒子の含有量の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましく、8質量%がさらに好ましい。(A)半導体ナノ粒子の含有量を上記下限以上とすることで、得られる波長変換膜における発光を十分なものとすることができる。一方、この含有量の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましい。(A)半導体ナノ粒子の含有量を上記上限以下とすることで、分散安定性や塗布性をより高めることなどができる。なお、固形分とは、(F)分散媒以外の成分をいう。
【0046】
((B)ウレタン(メタ)アクリレート)
(B)ウレタン(メタ)アクリレートは、複数の重合性基を有する。ウレタン(メタ)アクリレートとは、ウレタン結合(-NHCOO-)を有する(メタ)アクリレートをいう。ウレタン(メタ)アクリレートは、重合性基として(メタ)アクリロイル基を有するが、エポキシ基、ビニル基等の他の重合性基をさらに有していてもよい。(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基(-CO-CH=CH)又はメタクリロイル基(-CO-C(CH)=CH)をいい、アクリロイル基であることが好ましい。
【0047】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートが有する重合性基の数の下限としては、2であってよいが、4が好ましく、6がより好ましく、8がさらに好ましく、9がよりさらに好ましく、10がよりさらに好ましく、12が特に好ましい。一方、この重合性基の数の上限としては、例えば30であり、24が好ましく、18がより好ましい。このような数の重合性基を有する(B)ウレタン(メタ)アクリレートを用いることで、塗布性、分散安定性及び得られる波長変換膜の蛍光性能等がより良好なものとなる。
【0048】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートは、イソシアヌル構造、トリアジン構造又はこれらの組み合わせを有することが好ましい。(B)ウレタン(メタ)アクリレートがこのような構造を有する場合、塗布性、分散安定性及び得られる波長変換膜の蛍光性能等がより良好なものとなる。イソシアヌル構造としては、下記式(5)で表される構造が挙げられる。トリアジン構造としては、下記式(6)で表される構造が挙げられる。
【0049】
【化3】
【0050】
式(5)及び(6)中、*は、他部位との結合箇所を示す。
【0051】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートの分子量の下限としては、例えば300であり、600が好ましく、1,000がより好ましく、1,800がさらに好ましい。一方、この分子量の上限としては、例えば10,000であり、6,000が好ましく、5,000がより好ましく、4,000がさらに好ましい。分子量が上記範囲の(B)ウレタン(メタ)アクリレートを用いることで、塗布性、分散安定性及び得られる波長変換膜の蛍光性能等がより良好なものとなる。
【0052】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートの好適な形態としては、下記式(1)で表される化合物を挙げることができる。
【0053】
【化4】
【0054】
式(1)中、Rは、炭素数1~60のm価の有機基である。複数のRは、それぞれ独立して、1又は複数の(メタ)アクリロイル基を含む基である。mは、2又は3である。有機基とは、1以上の炭素原子を含む基をいう。
【0055】
で表される炭素数1~60のm価の有機基としては、m価の炭化水素基、m価の炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基、m価の炭化水素基の炭素-炭素間に、CO、CS、O、S、NR’又はこれらのうちの2種以上を組み合わせた基を含む基等が挙げられる。R’は、水素原子又は炭素数1~6の炭化水素基である。上記炭化水素基としては、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組み合わせからなる基等が挙げられる。上記置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基等が挙げられる。CO、CS、O、S及びNR’のうちの2種以上を組み合わせた基としては、-COO-、-CONR’-、-NR’COO-等が挙げられる。
【0056】
で表される有機基の炭素数の下限としては、4が好ましく、10がより好ましく、16がさらに好ましい。一方、この炭素数の上限としては、50が好ましく、40がより好ましく、30がさらに好ましい。
【0057】
mは、3であることが好ましい。
【0058】
で表される炭素数1~60のm価の有機基としては、複素環構造を含む基であることが好ましく、窒素を含む複素環構造を含む基であることがより好ましい。窒素を含む複素環構造としては、トリアジン構造及びイソシアヌル構造が挙げられる。Rで表される炭素数1~60のm価の有機基は、窒素を含む複素環構造のみからなる基、及び窒素を含む複素環構造と炭化水素基(より好ましくは鎖状炭化水素基)とからなる基が好ましい。
【0059】
好適なRとしては、下記式(3-1)及び(3-2)で表される基が挙げられ、特に、式(3-1)で表される基が好ましい。なお、Rが下記式(3-1)又は(3-2)で表されるとき、mは3である。
【0060】
【化5】
【0061】
式(3-1)及び(3-2)中、複数のRは、それぞれ独立して、単結合又は炭素数1~12のアルカンジイル基である。
【0062】
上記Rとしては、アルカンジイル基が好ましい。このアルカンジイル基の炭素数の下限としては、2が好ましく、4がより好ましい。一方、この炭素数の上限としては、10が好ましく、8がより好ましい。このアルカンジイル基は、直鎖状及び分岐鎖状のいずれであってもよいが、直鎖状であることが好ましい。
【0063】
で表される基が有する(メタ)アクリロイル基の数としては特に限定されないが、その下限としては例えば2であり、3が好ましい。一方、その上限としては例えば10であり、5が好ましい。
【0064】
好適なRとしては、下記式(2)で表される基が挙げられる。
【0065】
【化6】
【0066】
式(2)中、Rは、単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。Rは、(メタ)アクリロイル基である。nは、1又は2である。pは、0又は1である。qは、1~3の整数である。
【0067】
としては、炭素数1~3のアルカンジイル基が好ましく、メタンジイル基がより好ましい。
【0068】
としては、アクリロイル基が好ましい。
【0069】
nは、2が好ましい。pは、1が好ましい。qは、3が好ましい。
【0070】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートの市販品としては、新中村化学工業(株)のU-6HA、UA-1100H、U-6LPA、U-15HA、U-6H、U-10HA、U-10PA、UA-53H、UA-33H、根上工業(株)のUN-904、共栄社化学(株)のUA-306H、UA-306T、UA-306I、UA-510H、BASF社のLaromer UA-9048、UA-9050、PR9052、ダイセルオルネクス(株)のEBECRYL 220、5129、8301、KRM8200、8200AE、8452等が挙げられる。
【0071】
(B)ウレタン(メタ)アクリレートの含有量の下限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して、50質量部が好ましく、100質量部がより好ましく、200質量部がさらに好ましい。(B)ウレタン(メタ)アクリレートの含有量を上記下限以上とすることで、良好な硬化性等を発揮することができる。一方、この含有量の上限としては、1,000質量部が好ましく、500質量部がより好ましく、400質量部がさらに好ましい。(B)ウレタン(メタ)アクリレートの含有量を上記上限以下とすることで、(A)半導体ナノ粒子の含有比率が高まることなどにより、より良好な蛍光性能を発現することなどができる。
【0072】
((C)光拡散粒子)
(C)光拡散粒子は、光拡散により半導体ナノ粒子に入射される光の量を増加させることにより、蛍光量子収率(波長変換効率)を高める成分である。当該硬化膜形成用組成物が(C)光拡散粒子を含有することで、蛍光量子収率をより高めることなどができる。
【0073】
(C)光拡散粒子は、金属酸化物を含むことが好ましく、金属酸化物粒子であることがより好ましい。金属酸化物の中でも、Al、SiO、ZnO、ZrO、BaTiO、TiO、Ta、Ti、ITO(スズをドープした酸化インジウム)、IZO(亜鉛をドープした酸化インジウム)、ATO(アンチモンをドープした酸化スズ)、AZO(アルミニウムをドープした酸化亜鉛)、Nb、SnO、CeO、MgO又はこれらの組み合わせが好ましく、酸化チタン(TiO及びTi)及び酸化セリウム(CeO)がより好ましい。
【0074】
また、(C)光拡散粒子は、酸化チタン(TiO及びTi)と、この酸化チタンの表面の少なくとも一部を被覆する酸化アルミニウム(Al)とを有する粒子であることが好ましい。すなわち(C)光拡散粒子は、酸化チタン粒子の表面の少なくとも一部が酸化アルミニウムによって被覆されている粒子であることが好ましい。酸化チタンは光触媒作用を強く発揮する材料のため、光によって波長変換膜が劣化し、(A)半導体ナノ粒子の波長変換機能を低下させる場合がある。そこで、(C)光拡散粒子が酸化チタンの場合、表面を酸化アルミニウムによって被覆することで光触媒機能を低減させ、良好な蛍光量子収率を得ることができる。
【0075】
(C)光拡散粒子の平均粒径の下限としては、5nmが好ましく、10nmがより好ましく、30nmがさらに好ましい。(C)光拡散粒子の平均粒径を上記下限以上とすることで、十分な光拡散性を発揮することができる。一方、この平均粒径の上限としては、500nmが好ましく、300nmがより好ましく、250nmがさらに好ましい。(C)光拡散粒子の平均粒径を上記上限以下とすることで、十分な光拡散性、分散性、塗布性等を発揮することができる。
【0076】
(C)光拡散粒子の含有量の下限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して、10質量部が好ましく、50質量部がより好ましい。(C)光拡散粒子の含有量を上記下限以上とすることで、十分な光拡散性が発揮され、蛍光量子収率を高めることができる。一方、この含有量の上限としては、500質量部が好ましく、300質量部がより好ましく、200質量部がさらに好ましい。(C)光拡散粒子の含有量を上記上限以下とすることで、分散性や塗布性がより向上することなどにより、蛍光量子収率をより高めることができる。
【0077】
((D)重合体)
(D)重合体は、通常、得られる硬化膜の母材となるバインダー樹脂として機能するものである。なお、(B)ウレタン(メタ)アクリレートは、(D)重合体には含まれない。(D)重合体の一部又は全部は、分散剤として機能するものであってもよい。当該硬化膜形成用組成物が(D)重合体をさらに含むことで、得られる波長変換膜における加熱に伴う(A)半導体ナノ粒子の劣化が抑制され蛍光性能をより高めることなどができる。
【0078】
(D)重合体は、酸性基を有することが好ましい。(D)重合体が酸性基を有することにより、分散安定性等が高まり、また、良好なアルカリ可溶性を示す。(D)重合体がアルカリ可溶性である場合、アルカリ現像液などによる良好なパターニングが可能となる。酸性基としては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基等を挙げることができ、カルボキシ基が好ましい。なお、酸性基における水素原子は、金属原子等で置換されていてもよく、解離していてもよい。
【0079】
(D)重合体は、酸性基を含む側鎖を有することが好ましく、酸性基を含む炭素数5~15の側鎖を有することがより好ましい。側鎖とは、主鎖から分岐した部分である1価の基をいう。(D)重合体がこのような側鎖を有する場合、(A)半導体ナノ粒子との親和性がより良好になる結果、分散性等が特に高まる。上記側鎖の炭素数の下限は、6が好ましく、7がより好ましい。この炭素数の上限は、13がより好ましい。酸性基は、鎖状の側鎖の主鎖側とは反対側の先端に位置していることが好ましい。
【0080】
酸性基を含む側鎖としては、*-COO-R-COOH(Rは、炭素数3~13の2価の有機基である。*は、主鎖との結合箇所を示す。)で表される基が好ましい。Rとしては、2価の炭化水素基、及びこの炭化水素基の炭素-炭素間に-COO-を含む基が好ましく、2価の炭化水素基の炭素―炭素間に-COO-を含む基がより好ましい。Rには複数の-COO-が含まれていてよい。Rの炭素数の下限としては、4が好ましく、5がより好ましい。Rの炭素数の上限としては、11が好ましい。
【0081】
(D)重合体は、酸性基を有する構造単位を含むことが好ましく、酸性基を含む側鎖を有する構造単位を含むことがより好ましい。このような構造単位を与える単量体としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、フタル酸モノ[2-(メタ)アクリロイルオキシエチル]、コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、コハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノアクリレート、ヘキサヒドロフタル酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)等を挙げることができる。これらの中でも、フタル酸モノ[2-(メタ)アクリロイルオキシエチル]、コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、コハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノアクリレート、ヘキサヒドロフタル酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)等、炭素数5~15の側鎖を与えるものが好ましい。
【0082】
(D)重合体における酸性基を含む構造単位の含有割合の下限としては、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。また、この含有割合の上限としては、50質量%が好ましく、40質量%がより好ましい。
【0083】
(D)重合体は、炭素数4~20の鎖状炭化水素基を有することが好ましい。(D)重合体が炭素数4~20の鎖状炭化水素基を有することにより、分散安定性及び塗布性が高まり、得られる波長変換膜の蛍光性能もより良好なものとなる。上記鎖状炭化水素基としては、アルキル基が好ましい。また、この鎖状炭化水素基の炭素数の下限としては、6が好ましく、8がより好ましい。一方、この炭素数の上限としては、16が好ましく、12がより好ましい。
【0084】
(D)重合体は、炭素数4~20の鎖状炭化水素基を有する構造単位を含むことが好ましい。このような構造単位を与える単量体としては、例えばブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどが挙げられる。
【0085】
(D)重合体における炭素数4~20の鎖状炭化水素基を含む構造単位の含有割合の下限としては、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。また、この含有割合の上限としては、40質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。
【0086】
(D)重合体は、炭素数4~20の鎖状炭化水素基以外の炭化水素基を有する構造単位を含むことが好ましく、環状炭化水素基を有する構造単位を含むことがより好ましい。環状炭化水素基としては、アリール基やシクロアルキル基等が挙げられ、シクロアルキル基が好ましい。炭素数4~20の鎖状炭化水素基以外の炭化水素基の炭素数の下限としては、1であってよいが、2が好ましく、4がより好ましい。また、この炭素数の上限としては、20が好ましく、12がより好ましく、8がさらに好ましい。このような構造単位を与える単量体としては、炭素数1~3のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられ、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル及び(メタ)アクリル酸アリールエステルが好ましく、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルがより好ましい。(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルとしては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0087】
(D)重合体における炭素数4~20の鎖状炭化水素基以外の炭化水素基を含む構造単位の含有割合の下限としては、10質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。また、この含有割合の上限としては、80質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、60質量%がさらに好ましい。
【0088】
また、(D)重合体において、酸性基を含む構造単位、炭素数4~20の鎖状炭化水素基を有する構造単位、及び環状炭化水素基を有する構造単位の合計含有割合の下限が、80質量%であることが好ましいこともあり、90質量%、95質量%、さらには99質量%がより好ましいこともある。
【0089】
(D)重合体は、さらにその他の構造単位を有していてもよい。このような構造単位を与える単量体としては、不飽和ジカルボン酸ジエステル、マレイミド化合物、不飽和芳香族化合物、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格を有する不飽和化合物、その他の不飽和化合物等が挙げられる。
【0090】
上記各構造単位を有する(D)重合体は、各構造単位を与えるモノマーを公知の方法により重合することにより得ることができる。(D)重合体としては、その他、ポリイミド、ポリシロキサン、ノボラック樹脂等を用いることもできる。
【0091】
(D)重合体の重量平均分子量(Mw)の下限としては、3,000が好ましく、6,000がより好ましく、10,000がさらに好ましい。一方、この重量平均分子量(Mw)の上限としては、50,000が好ましく、30,000がより好ましく、20,000がさらに好ましい。(D)重合体の重量平均分子量(Mw)が上記範囲であることにより、分散安定性や塗布性をより高めることなどができる。
【0092】
なお、本明細書における重量平均分子量(Mw)は、下記の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した値である。
装置:例えば昭和電工社の「GPC-101」
カラム:例えば昭和電工社の「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及び「GPC-KF-804」を連結したもの
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
【0093】
(D)重合体の含有量の下限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して、10質量部が好ましく、100質量部がより好ましく、200質量部がさらに好ましい。一方、この含有量の上限としては、1,000質量部が好ましく、500質量部がより好ましい。(D)重合体の含有量を上記範囲とすることで、分散安定性及び塗布性並びに得られる波長変換膜の蛍光性能をより良好なものとすることができる。
【0094】
((E)酸化防止剤)
(E)酸化防止剤は、熱や光照射による(A)半導体ナノ粒子、(D)重合体等の酸化劣化を抑制することができる。従って当該硬化膜形成用組成物が(E)酸化防止剤をさらに含有する場合、特に加熱処理等を経て得られる波長変換膜の蛍光量子収率をより高めることができる。
【0095】
(E)酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ベンゾフェノン系酸化防止剤等を挙げることができる。これらの中でも、フェノール系酸化防止剤が好ましい。フェノール系酸化防止剤を用いることで、加熱処理等を経て得られる波長変換膜の蛍光量子収率をより高めることができる。
【0096】
フェノール系酸化防止剤としては、例えば2,4,6-トリス(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンジル)メシチレン、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(例えばBASF社の「Irganox1010」)、2,6-ジ-t-ブチル-4-ノニルフェノール、チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](例えばBASF社の「Irganox1035」)、2,2’-メチレンビス-(6-(1-メチルシクロヘキシル)-p-クレゾール)、N,N-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナムアミド)、2,5-ジ-t-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-t-アミル-ヒドロキノン、2,4-ジメチル-6-(1-メチルシクロヘキシル)-フェノール、6-t-ブチル-o-クレゾール、6-t-ブチル-2,4-キシレノール、2,4-ジメチル-6-(1-メチルペンタデシル)フェノール、2,4-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール、2,4-ビス(ドデシルチオメチル)-o-クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオネート](例えばBASF社の「Irganox245」)、3,9-ビス[2-〔3-(t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕-1,1-ジメチルエチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(例えば住友化学社の「スミライザーGA-80」)、トリエチレングリコールビス[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオネート(例えばADEKA社の「アデカスタブAO-70」)、2-t-アミルフェノール、2-t-ブチルフェノール、2,4-ジ-t-ブチルフェノール、1,1,3-トリス-(2’-メチル-4’-ヒドロキシ-5’-t-ブチルフェニル)-ブタン、4,4’-ブチリデン-ビス-(2-t-ブチル-5-メチルフェノール)等を挙げることができる。
【0097】
リン系酸化防止剤としては、例えばトリス(イソデシル)フォスファイト、トリス(トリデシル)フォスファイト、フェニルイソオクチルフォスファイト、フェニルイソデシルフォスファイト、フェニルジ(トリデシル)フォスファイト、ジフェニルイソオクチルフォスファイト、ジフェニルイソデシルフォスファイト、ジフェニルトリデシルフォスファイト、トリフェニルフォスファイト、トリス(ノニルフェニル)フォスファイト、4,4’-イソプロピリデンジフェノールアルキルフォスファイト、トリスノニルフェニルフォスファイト、トリスジノニルフェニルフォスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト、トリス(ビフェニル)フォスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジフォスファイト、ジ(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、ジ(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、フェニルビスフェノールAペンタエリスリトールジフォスファイト、テトラトリデシル4,4’-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)ジフォスファイト、ヘキサトリデシル1,1,3-トリス(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタントリフォスファイト、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルフォスファイトジエチルエステル、1,3-ビス(ジフェノキシフォスフォニロキシ)-ベンゼン、亜リン酸エチルビス(2,4-ジ-t-ブチル-6-メチルフェニル)、トリ-o-トリルホスフィン等を挙げることができる。
【0098】
(E)酸化防止剤の含有量の下限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して、10質量部が好ましく、30質量部がより好ましい。(E)酸化防止剤の含有量を上記下限以上とすることで、十分な酸化防止性能が発揮され、蛍光量子収率を高めることができる。一方、この含有量の上限としては、200質量部が好ましく、100質量部がより好ましい。(E)酸化防止剤の含有量を上記上限以下とすることで、(A)半導体ナノ粒子の含有比率が高まることなどにより、より良好な蛍光性能を発現することなどができる。
【0099】
((F)分散媒)
当該硬化膜形成用組成物がさらに(F)分散媒を含有することで、各成分の均一分散性や塗布性が向上する。(F)分散媒としては、極性分散媒及び非極性分散媒を挙げることができるが、分散安定性をより高める観点などから、極性分散媒を含むことが好ましい。
【0100】
極性分散媒としては、アルコール類、多価アルコールのアルキルエーテル類、多価アルコールのモノアルキルエーテルモノエステル類、ヒドロキシカルボン酸エステル類、カルボン酸類、エーテル類、ケトン類、アミド類、アミン類又はこれらの組み合わせを挙げることができる。
【0101】
アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、n-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘキサノール、イソプロパノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール類を挙げることができる。
【0102】
多価アルコールのアルキルエーテル類としては、例えばエチ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、エチ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、エチ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プロピルエーテル、エチ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ブチルエーテル等の多価アルコールのモノアルキルエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピ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プロピルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等の多価アルコールのポリアルキルエーテル類などを挙げることができる。
【0103】
多価アルコールのモノアルキルエーテルモノエステル類としては、多価アルコールのモノアルキルエーテルとカルボン酸とのエステルが挙げられ、多価アルコールのモノアルキルエーテルと酢酸とのエステルが好ましい。多価アルコールのモノアルキルエーテルモノエステル類の具体例としては、エチ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アセテート、エチ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エ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アセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブ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アセテート等を挙げることができる。
【0104】
ヒドロキシカルボン酸エステル類としては、例えばグリコール酸メチル、グリコール酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、ヒドロキシプロピオン酸メチル、ヒドロキシプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酪酸メチル、ヒドロキシ酪酸エチル等を挙げることができる。
【0105】
カルボン酸類としては、例えばギ酸、酢酸等を挙げることができる。
【0106】
エーテル類としては、環状又は鎖状のアルキルエーテルなどが挙げられる。エーテル類の具体例としては、例えばテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等を挙げることができる。
【0107】
ケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン等を挙げることができる。ケトン類は、置換基を有していてもよく、中でもヒドロキシケトン類が好ましい。ヒドロキシケトン類としては、例えばヒドロキシアセトン、1-ヒドロキシ-2-ブタノン、1-ヒドロキシ-2-ペンタノン、3-ヒドロキシ-2-ブタノン、3-ヒドロキシ-3-ペンタノン等のα-ヒドロキシケトン類;4-ヒドロキシ-2-ブタノン、3-メチル-4-ヒドロキシ-2-ブタノン、ジアセトンアルコール、4-ヒドロキシ-5,5-ジメチル-2-ヘキサノン等のβ-ヒドロキシケトン類;5-ヒドロキシ-2-ペンタノン、5-ヒドロキシ-2-ヘキサノンなどを挙げることができる。
【0108】
アミド類としては、例えばN,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等を挙げることできる。
【0109】
アミン類としては、例えばトリエチルアミン、ピリジン等を挙げることができる。
【0110】
極性分散媒の中でも、多価アルコールのアルキルエーテル類及び多価アルコールのモノアルキルエーテルモノエステル類が好ましく、多価アルコールのモノアルキルエーテルモノエステル類がより好ましい。
【0111】
非極性分散媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素などの炭化水素を挙げることができる。
【0112】
(F)分散媒に占める極性分散媒の含有量の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましいことがあり、90質量%がさらに好ましいこともある。(F)分散媒に占める極性分散媒の含有量は、実質的に100質量%であってもよい。
【0113】
(F)分散媒の含有量は特に限定されないが、当該硬化膜形成用組成物に占める(F)分散媒の含有量の下限としては、20質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。一方、この含有量の上限としては、90質量%が好ましく、80質量%がより好ましい。(F)分散媒の含有量を上記範囲とすることで、分散安定性、塗布性等をより良好なものとすることができる。
【0114】
((G)感放射線性化合物)
当該硬化膜形成用組成物は、さらに(G)感放射線性化合物を含有することができる。この場合、当該硬化膜形成用組成物に感放射線性を付与できる。
【0115】
(G)感放射線性化合物としては、例えば感放射線性ラジカル重合開始剤、感放射線性酸発生剤、感放射線性塩基発生剤、これらの組み合わせ等が挙げられる。これらの中でも、放射線の照射により(B)ウレタン(メタ)アクリレートの硬化反応を促進させることができることから、感放射線性ラジカル重合開始剤等、ラジカル重合性の化合物を用いることが好ましい。
【0116】
感放射線性ラジカル重合開始剤の具体例としては、例えばO-アシルオキシム化合物、α-アミノケトン化合物、α-ヒドロキシケトン化合物、アシルホスフィンオキシド化合物等が挙げられる。
【0117】
O-アシルオキシム化合物としては、例えば1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル〕-エタン-1-オンオキシム-O-アセタート、1-[9-エチル-6-ベンゾイル-9.H.-カルバゾール-3-イル]
-オクタン-1-オンオキシム-O-アセテート、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、1-[9-n-ブチル-6-(2-エチルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロピラニルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチル-5-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-{2-メチル-4-(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、1,2-オクタンジオン-1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9.H.-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)等が挙げられる。
【0118】
O-アシルオキシム化合物の市販品としては、例えばNCI-831、NCI-930(以上、株式会社ADEKA社製)、DFI-020、DFI-091(以上、ダイトーケミックス株式会社製)イルガキュアOXE01、OXE02、OXE03(以上、BASF社製)等を使用することもできる。
【0119】
α-アミノケトン化合物としては、例えば2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン等が挙げられる。
【0120】
α-ヒドロキシケトン化合物としては、例えば1-フェニル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-i-プロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等が挙げられる。
【0121】
アシルホスフィンオキシド化合物としては、例えば2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド等が挙げられる。
【0122】
感放射線性ラジカル重合開始剤としては、放射線による硬化反応をより促進させる観点から、O-アシルオキシム化合物及びアシルホスフィンオキシド化合物が好ましい。
【0123】
感放射線性酸発生剤の具体例としては、例えば
ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート等のヨードニウム塩系感放射線性酸発生剤;
トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のスルホニウム塩系感放射線性酸発生剤;
4-ヒドロキシ-1-ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4-メトキシ-1-ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート等のテトラヒドロチオフェニウム塩系感放射線性酸発生剤;
トリフルオロメチルスルホニルオキシビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エンジカルボキシイミド、スクシンイミドトリフルオロメチルスルホネート等のイミドスルホネート系感放射線性酸発生剤;
(5-プロピルスルホニルオキシイミノ-5H-チオフェン-2-イリデン)-(2-メチルフェニル)アセトニトリル、(5-オクチルスルホニルオキシイミノ-5H-チオフェン-2-イリデン)-(2-メチルフェニル)アセトニトリル等のオキシムスルホネート系感放射線性酸発生剤;
トリヒドロキシベンゾフェノンの1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル等のキノンジアジド化合物等が挙げられる。
【0124】
感放射線性塩基発生剤の具体例としては、例えば4-(メチルチオベンゾイル)-1-メチル-1-モルホリノエタン、(4-モルホリノベンゾイル)-1-ベンジル-1-ジメチルアミノプロパン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン、N-(2-ニトロベンジルオキシカルボニル)ピロリジン、1-(アントラキノン-2-イル)エチルイミダゾールカルボキシレート等の複素環基含有感放射線性塩基発生剤;
2-ニトロベンジルシクロヘキシルカルバメート、[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カルボニル]シクロヘキシルアミン、ビス[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキサン-1,6-ジアミン、トリフェニルメタノール、o-カルバモイルヒドロキシルアミド、o-カルバモイルオキシム、ヘキサアンミンコバルト(III)トリス(トリフェニルメチルボレート)、1,2-ジシクロヘキシル-4,4,5,5-テトラメチルビグアニジウムn-ブチルトリフェニルボラート等が挙げられる。
【0125】
(G)感放射線性化合物の含有量の下限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して、1質量部が好ましく、30質量部がより好ましい。また、上記含有量の上限としては、200質量部が好ましく、100質量部がより好ましい。(G)感放射線性化合物の含有量を上記範囲とすることにより、当該硬化膜形成用組成物の放射線感度や得られる波長変換膜の硬度などをより高めることができる。
【0126】
(その他の成分)
当該硬化膜形成用組成物は、上述した(A)~(G)成分以外のその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、熱重合開始剤、接着助剤、保存安定剤、ウレタン(メタ)アクリレート以外の重合性化合物等を挙げることができる。当該硬化膜形成用組成物における上記その他の成分の含有量の上限としては、(A)半導体ナノ粒子100質量部に対して10質量部が好ましいことがあり、1質量部がより好ましいことがある。
【0127】
当該硬化膜形成用組成物は、公知の方法により調製することが可能である。当該硬化膜形成用組成物は、例えば(F)分散媒中で、(A)半導体ナノ粒子、(B)ウレタン(メタ)アクリレート及び必要に応じて任意成分を混合することにより調製できる。
【0128】
<波長変換膜>
本発明の一実施形態に係る波長変換膜は、当該硬化膜形成用組成物から形成される硬化膜である。当該波長変換膜は当該硬化膜形成用組成物から得られるため、蛍光量子収率が高く、その結果例えば高い色再現性を有することができる。当該波長変換膜は、パターン化されていてもよいし、パターン化されていなくてもよいが、当該波長変換膜がパターン化されていると、サブ画素として有用な発光層に適用することができる。当該波長変換膜の形成方法は、特に限定されず、例えば放射線照射により硬化させる方法であっても、加熱により硬化させる方法であってもよい。但し、当該硬化膜形成用組成物を用いているため、加熱により硬化させる方法であっても、蛍光量子収率の高い波長変換膜を得ることができる。当該波長変換膜の具体的な形成方法は後述する。
【0129】
当該波長変換膜は、発光表示素子の発光層としての利用に適している。以下、当該発光表示素子の好適な実施形態について説明する。
【0130】
<発光表示素子>
図1は、本発明の一実施形態に係る発光表示素子100を模式的に示す断面図である。発光表示素子100は、第1基材12上に発光層13(13a、13b、13c)及びブラックマトリクス14を設けて構成された波長変換基板11と、波長変換基板11上に接着剤層15を介して貼り合わされた光源基板18とを有する。発光層13が、本発明の一実施形態に係る波長変換膜である。
【0131】
第1基材12は、ガラス、石英、透明樹脂等により構成される。上記透明樹脂としては、例えば透明ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィン系樹脂等が挙げられる。
【0132】
波長変換基板11の発光層13は、上述した硬化膜形成用組成物を用い、パターニングして形成される。発光層13は、当該硬化膜形成用組成物を用いて形成しているため、半導体ナノ粒子の蛍光量子収率が高く、例えば色再現性の高い発光層とすることができる。
【0133】
波長変換基板11は、発光層13のそれぞれが含有する半導体ナノ粒子により、光源基板18の光源17からの励起光を波長変換し、所望とする波長の蛍光を発する。波長変換基板11では、第1発光層13aと第2発光層13bと第3発光層13cとが、それぞれ異なる半導体ナノ粒子を含んで構成され、異なる蛍光を発することができる。例えば波長変換基板11は、第1発光層13aが励起光を赤色の光に変換し、第2発光層13bが励起光を緑色の光に変換し、第3発光層13cが励起光を青色の光に変換するように構成することができる。
【0134】
その場合、各発光層13a、13b、13cは、それぞれが所望とする蛍光特性を有するように、含有する半導体ナノ粒子の選択がなされる。そのため、波長変換基板11の各発光層13a、13b、13cの形成においては、異なる発光特性の半導体ナノ粒子を含む、例えば3種の硬化膜形成用組成物が準備される。
【0135】
波長変換基板11の発光層13の平均厚さの下限としては、100nmが好ましく、1μmがより好ましい。また、上記平均厚さの上限としては、100μmが好ましい。上記平均厚さを上記下限以上とすることで、励起光を特に十分吸収することができるため、光変換効率が高まり、発光表示素子の輝度を高めることができる。
【0136】
第1基材12上の各発光層13の間には、ブラックマトリクス14が配置されている。ブラックマトリクス14は、公知の遮光性の材料を用い、公知の方法に従ってパターニングして形成することができる。なお、ブラックマトリクス14は、波長変換基板11において、必須の構成要素ではなく、波長変換基板11は、ブラックマトリクス14を設けない構成とすることも可能である。
【0137】
接着剤層15は、紫外光又は青色光を透過する公知の接着剤を用いて形成される。なお、接着剤層15は、図1に示すように、第1基材12上に各発光層13の全面を被覆するように設ける必要はなく、波長変換基板11の外縁のみに設けることも可能である。
【0138】
光源基板18は、第2基材16と、第2基材16の波長変換基板11側に配置された光源17とを備えている。光源17からはそれぞれ励起光として紫外光又は青色光が出射される。
【0139】
光源17(17a、17b、17c)としては、特に限定されるものではなく、公知の構造の紫外発光有機EL素子、青色発光有機EL素子、紫外発光LED素子、青色発光LED素子等の使用が可能であり、公知の製造方法により作製することが可能である。ここで、紫外光としては、主発光ピークが360nm以上435nm以下であることが好ましく、青色光としては、主発光ピークが435nmを超えて480nm以下であることが好ましい。光源17は、それぞれの出射光が対向する発光層13を照射するように、指向性を有していることが好ましい。
【0140】
発光表示素子100は、第1光源17aからの励起光を波長変換基板11の第1発光層13aの半導体ナノ粒子により波長変換する。同様に、第2光源17bからの励起光を波長変換基板11の第2発光層13bの半導体ナノ粒子により波長変換し、第3光源17cからの励起光を波長変換基板11の第3発光層13cの半導体ナノ粒子により波長変換する。このようにして、各光源17からの励起光が、それぞれ所望とする波長の可視光に変換されて表示に用いられる。
【0141】
発光表示素子100においては、第1発光層13aの設けられた部分が、赤色表示を行うサブ画素を構成する。すなわち、波長変換基板11の第1発光層13aは、光源基板18の対向する第1光源17aからの励起光を赤色光に変換する。また、第2発光層13bの設けられた部分が、緑色表示を行うサブ画素を構成する。すなわち、第2発光層13bは、光源基板18の対向する第2光源17bからの励起光を緑色光に変換する。また、第3発光層13cの設けられた部分が、青色表示を行うサブ画素を構成する。例えば励起光として紫外光を用いる場合、第3発光層13cは、光源基板18の対向する第3光源17cからの紫外光を青色光に変換する。
【0142】
なお、発光表示素子100においては、第3光源17cからの励起光として青色光を用いることもできる。この場合、波長変換基板11は、第3発光層13cの代わりに樹脂中に光散乱粒子を分散して構成された光散乱層を用いることも可能である。こうすることで、励起光である青色光を波長変換することなく、そのままの波長特性で使用することができる。
【0143】
発光表示素子100は、第1発光層13aを備えたサブ画素、第2発光層13bを備えたサブ画素及び第3発光層13cを備えたサブ画素の3種のサブ画素により、画像を構成する最小単位となる1つの画素を構成する。
【0144】
以上の構成を有する発光表示素子100は、第1発光層13aを備えたサブ画素、第2発光層13bを備えたサブ画素及び第3発光層13cを備えたサブ画素毎に、赤色、緑色又は青色の光の発光が制御され、フルカラーの表示が行われる。
【0145】
なお、発光表示素子100においては、発光層13と第1基材12との間に、カラーフィルタを設けることが可能である。すなわち、第1発光層13aと第1基材12との間に赤色のカラーフィルタを設け、第2発光層13bと第1基材12との間に緑色のカラーフィルタを設け、第3発光層13cと第1基材12との間に青色のカラーフィルタを設けることができる。これにより、表示の色の純度を高めることができる。ここで、カラーフィルタとしては、表示素子用等として公知のものを公知の方法で形成して用いることができる。
【0146】
<波長変換膜の形成方法>
本発明の一実施形態に係る波長変換膜の形成方法は、基板上に直接又は間接に塗膜を形成する工程(塗膜形成工程)、及び上記塗膜を加熱する工程(加熱工程)を備え、上記塗膜を当該硬化膜形成用組成物により形成する。当該硬化膜形成用組成物が(G)感放射線性化合物等を含有するときなどは、当該形成方法は、上記塗膜形成工程と加熱工程との間に、上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射(露光)する工程(放射線照射工程)、及び放射線照射後の塗膜を現像する工程(現像工程)をさらに備えていてよい。以下、各工程についてそれぞれ説明する。
【0147】
(塗膜形成工程)
塗膜形成工程では、例えば当該硬化膜形成用組成物を基板上に直接又は間接に塗布することにより塗膜を形成する。当該硬化膜形成用組成物を塗布後、塗布面を加熱(プレベーク)することにより溶媒等を除去してもよい。
【0148】
塗膜を形成する基板の材質としては、特に限定されるものではないが、例えばガラス、石英、シリコン、樹脂等が挙げられる。上記樹脂の具体例としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、環状オレフィンの付加重合体、環状オレフィンの開環重合体、その水素添加物等が挙げられる。また、これらの基板には、所望により、シランカップリング剤等による薬剤処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、真空蒸着等の前処理を施しておいてもよい。
【0149】
当該硬化膜形成用組成物の塗布方法としては特に限定されず、例えばスプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法等の方法を採用することができる。これらの塗布方法の中でも、スピンコート法及びスリットダイ塗布法が好ましい。加熱(プレベーク)の条件は、各成分の種類、配合割合等によっても異なるが、例えば70℃以上130℃以下、好ましくは100℃未満の温度で、1分以上10分以下の加熱時間とすればよい。
【0150】
(放射線照射工程)
放射線照射工程では、基板上に形成された塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する。塗膜の一部にのみ放射線を照射する際には、例えば所望の形状のパターンを有するフォトマスクを介して放射線を照射してもよい。このフォトマスクを用いることにより、照射された放射線の一部がフォトマスクを通過し、その一部の放射線が塗膜に照射される。
【0151】
照射に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等が挙げられる。これらの放射線の中でも、波長が190nm以上450nm以下の範囲にある放射線が好ましく、365nmの紫外線を含む放射線がより好ましい。
【0152】
放射線照射工程における積算照射量(露光量)の下限としては、100J/mが好ましく、200J/mがより好ましい。また、上記積算照射量の上限としては、2,000J/mが好ましく、1,000J/mがより好ましい。なお、本明細書において「積算照射量」とは、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(例えばOAI Optical Associates Inc.社の「OAI model 356」)により測定した値の積算値をいう。
【0153】
(現像工程)
現像工程では、放射線照射後の塗膜を現像して不要な部分を除去する。現像に使用される現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解した水溶液を使用することができる。上述のアルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒を適当量添加して使用することもできる。
【0154】
現像方法としては、例えば液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法、スプレー法等が挙げられる。現像時間は、硬化膜形成用組成物の組成によって異なるが、その現像時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。また、現像時間の上限としては、300秒が好ましく、180秒がより好ましい。現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30秒以上90秒以下の時間で行った後、圧縮空気や圧縮窒素で乾燥させることにより、所望のパターンが得られる。
【0155】
(加熱工程)
加熱工程では、塗膜を、ホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置により加熱する(ポストベーク)。これにより基板上に十分な硬化がされた波長変換膜が得られる。
【0156】
本工程の加熱温度の下限としては100℃が好ましく、140℃がより好ましい。加熱温度を上記下限以上とすることで、より十分な硬化を行うことができる。また、上記加熱温度の上限としては250℃が好ましく、220℃がより好ましい。加熱温度を上記上限以下とすることで、半導体ナノ粒子等の劣化を抑え、得られる波長変換膜の蛍光量子収率をより高めることができる。加熱をホットプレートで行う場合、加熱時間の下限としては、5分が好ましく、上限としては30分が好ましい。また、加熱をオーブン中で行う場合、加熱時間の下限としては10分が好ましく、上限としては180分が好ましい。
【0157】
上述した発光表示素子100の発光層の形成に上記方法を適用する場合は、3種の硬化膜形成用組成物をそれぞれ用いて、上述した工程を含む発光層の形成方法を繰り返して、第1発光層13a、第2発光層13b及び第3発光層13cをそれぞれ形成すればよい。
【実施例0158】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0159】
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
下記条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりMw及びMnを測定した。
装置:昭和電工社の「GPC-101」
カラム:昭和電工社の「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及び「GPC-KF-804」を連結したもの
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
【0160】
[合成例1]半導体ナノ粒子(A-1)の合成
(In(OLA)溶液(溶液A)の調製)
真空ライン及び窒素ラインへの連結管、熱電対温度計並びにセプタムを3つの口に取り付け、攪拌子を入れた3つ口フラスコを用意した。この3つ口フラスコ中で、酢酸インジウム(In(OAc))0.57g、オレイン酸(OLA)1.66g及びオクタデセン(ODE)7.52gを混合した。この後、混合物を減圧下、260℃まで加熱し、260℃で1時間保持し、副生する酢酸、水及び酸素を除いた。これにより、溶液Aを得た。
【0161】
(P(SiMe・オクタデセン溶液(溶液B)の調製)
グローブボックス中でトリス(トリメチルシリル)ホスフィン(P(SiMe)0.25g及びODE0.98gを混合し、得られた溶液Bを耐圧バイアルに封入した。
【0162】
(InPコアの合成)
上記調製した溶液Aを300℃に加熱し、別途調製し脱気した、亜鉛ミリスチン酸塩の20質量%ODE溶液を添加した。その後、上記調製した溶液Bをキャニュラにより迅速に溶液Aが入ったフラスコに圧送した。圧送後、反応液温度は265℃に低下したので、反応温度を270℃にし、2時間反応を進行させた。その後、反応液を室温まで冷却した。なお、In(OLA)、P(SiMe、及びコア合成の際のリガンドとなる亜鉛ミリスチン酸塩が、それぞれ2mmol、1mmol及び3mmolのモル数となるように、溶液A、溶液B及び亜鉛ミリスチン酸塩を用いた。
【0163】
(コア分散液の調製)
上記反応液の入ったフラスコをグローブボックス中に移し、内容液をビーカーに移した。反応液が入ったビーカーにトルエン8gを加えた後、n-ブタノール100gを加え、粒子を沈降させた。その後、遠心分離を行ってから粒子を沈降分離させた。沈降した粒子から上澄み溶媒を除き、粒子を再びトルエン20gに分散させた。同様の操作を5回繰り返し行った。その後、再分散液にn-ブタノール100gを加え、粒子を再度沈降させ、真空乾燥(50℃、1.0Torr、1時間)により粒子を乾燥させた。本乾燥粒子にヘキサン10gを加え再分散させ、InPコアのヘキサン分散液を得た。
【0164】
(ZnSシェルの合成)
得られたコア分散液から、InPコアが100mg含有する量のコア分散液を取り出した。取り出したコア分散液をZn(OLA)3.75mmol/ODE5g溶液と混合した後、真空下60℃で1時間加熱し、ヘキサンを十分に取り除いた。なお、Zn(OLA)とドデカンチオールとの反応により、ZnSシェルが形成される。フラスコの中を窒素で戻し、窒素雰囲気にした。その後、この溶液を200℃まで加熱し、30分間同温度で維持し、InPコアをZnSシェルが被覆したコアシェル型のナノ結晶からなる半導体ナノ粒子(A-1)を得た。
【0165】
[合成例2]半導体ナノ粒子(A-2)の合成
(リガンド添加)
上記合成例1で得られたコアシェル型のナノ結晶からなる半導体ナノ粒子(A-1)を含む反応液を210℃に加熱し、ドデカンチオール3.75mmol/ODE5g溶液を30分かけて添加し、その後1.5時間同温度で維持した。さらに、Zn(OLA)/ODE溶液を添加した後、ドデカンチオールをシリンジポンプより適当な時間かけて混合溶液に添加することにより、半導体ナノ粒子(A-2)を合成した。なお、最後に添加したドデカンチオールが、リガンド(第2リガンド)としてZnSシェルの外面に付着することとなる。すなわち、得られたこの半導体ナノ粒子(A-2)は、InPコアにZnSシェルが被覆したコアシェル型のナノ結晶と、リガンドとしてこのナノ結晶に付着するドデカンチオールとを有する。
【0166】
合成された半導体ナノ粒子(A-2)を含む反応液が入ったビーカー中でトルエン10gを加えた後、n-ブタノール150gを加え、粒子を沈降させ遠心分離により粒子を分離した。沈降した粒子から上澄み溶媒を除き、粒子を再びトルエン20gに分散した。その後、分散液にn-ブタノール1100gを加え、粒子を沈降させ遠心分離により粒子を分離した。同様の操作を5回行った後、粒子を真空乾燥(50℃、1.0Torr、1時間)により乾燥させた。
【0167】
(平均粒径の測定)
得られた半導体ナノ粒子(A-2)について、透過型電子顕微鏡(日本電子社の「JEM-2010F」)を用いて平均粒径を測定した。具体的には、任意に選択した20個の粒子の長径及び短径をそれぞれ測定し、各粒子の直径((長径+短径)/2)を求め、平均値を算出した。半導体ナノ粒子(A-2)の平均粒径は、4.8nmであった。
【0168】
(シェル被覆状況の判定)
上記半導体ナノ粒子(A-2)のTEM測定のEDS(エネルギー分散型X線分析)を用いた元素マッピングにより、ZnSのみを含む粒子がコアシェルナノ結晶100個あたり1個未満であることを確認した。これより、実質的に全てのZn及びSが、In及びPを含むコアシェルナノ結晶を被覆していることを確認した。
【0169】
[合成例3]半導体ナノ粒子(A-3)の合成
(リガンド交換)
100mgの上記合成例2で得られた半導体ナノ粒子(A-2)を含むトルエン分散液を調製した。この分散液に、リガンドとなる下記式で表されるポリエチレングリコールメチルエーテルチオールを加え70℃で1時間加熱した。その後、分散液を室温に冷却し、n-ブタノール12gを加え、粒子を沈降させ遠心分離により粒子を分離した。沈降した粒子から上澄み溶媒を除き、粒子を再びトルエン1.0gに分散し、n-ブタノール6gを用いて沈降、遠心分離する操作を3回行った。その後、粒子を真空乾燥(50℃、1.0Torr、1時間)により乾燥させた。同様の沈降、遠心分離操作を3回行い、トルエンへの分散を行い、半導体ナノ粒子(A-3)の分散液を得た。その後、粒子を再びトルエン1.0gに分散し、n-ブタノール6gを用いて粒子を沈降、遠心分離する操作を3回行い、粒子を真空乾燥(50℃、1.0Torr、1時間)により半導体ナノ粒子(A-3)を乾燥させた。なお、得られた半導体ナノ粒子(A-3)は、半導体ナノ粒子(A-2)のリガンドのドデカンチオールの一部が、ポリエチレングリコールメチルエーテルチオールに交換されたものである。すなわち、半導体ナノ粒子(A-3)は、InPコアにZnSシェルが被覆したコアシェル型のナノ結晶と、リガンドとしてこのナノ結晶に付着するポリエチレングリコールメチルエーテルチオール(第1リガンド)及びドデカンチオール(第2リガンド)とを有する。なお、得られた半導体ナノ粒子(A-3)の第1リガンドと第2リガンドの含有量を核磁気共鳴装置にて測定(BRUKER社製AVANCEIII HDを用い、CDClにサンプルの固形分濃度が2質量%になるように半導体ナノ粒子を溶解させ、H NMR測定の標準シークエンスにより測定)したところ、第1リガンドと第2リガンドの合計含有量に対する第1リガンドの含有量は40質量%であった。
【0170】
【化7】
上記式中、nは、約20である。
【0171】
[合成例4]半導体ナノ粒子(A-4)の合成
上記合成例3で記載のリガンド交換のうち、ポリエチレングリコールメチルエーテルチオールを加え70℃で1時間加熱する工程と、n-ブタノール12gを加え、粒子を沈降させ遠心分離により粒子を分離する工程とを2回繰り返して行ったこと以外は、合成例3と同様の操作を行った。これにより、第1リガンドと第2リガンドの合計量に対する第1リガンドの含有量が60質量%である半導体ナノ粒子(A-4)を得た。
【0172】
[合成例5]重合体(D-1)の合成
攪拌機を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200質量部、シクロヘキシルメタクリレート70質量部、コハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)20質量部、メタクリル酸10質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル3.0質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル3.0質量部、及びペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)7.0質量部を仕込んで窒素置換した。混合溶液を80℃にて保持して4時間重合した。その後、反応溶液の温度を100℃に昇温させ、さらに1時間重合した後、室温に冷却した。これにより、シクロヘキシルメタクリレートとコハク酸モノ(2-メタクリロイルアクリレート)とメタクリル酸の共重合体(D-1)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た。得られた重合体(D-1)のMwは13,500、Mnは7,100であった。なお、合成例5~8において、得られた重合体における各構造単位の含有割合は、対応する単量体の仕込量の比率と同じとみなすことができる。
【0173】
[合成例6]重合体(D-2)の合成
合成例5のコハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)20質量部を2-エチルヘキシルメタクリレート20質量部とした以外は、合成例5と同様にして重合体(D-2)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た。得られた重合体(D-2)のMwは13,300、Mnは7,000であった。
【0174】
[合成例7]重合体(D-3)の合成
合成例5のシクロヘキシルメタクリレートの仕込量を50質量部にし、さらに2-エチルヘキシルメタクリレート20質量部を仕込んだ以外は、合成例5と同様にして重合体(D-3)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た。得られた重合体(D-3)のMwは13,700、Mnは7,100であった。
【0175】
[合成例8]重合体(D-4)の合成
合成例5のシクロヘキシルメタクリレートの仕込量を55質量部にし、さらに2官能ウレタンアクリレート(共栄社化学製のAH-600)5質量部を仕込んだ以外は、合成例5と同様にして重合体(D-4)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た。得られた重合体(D-4)のMwは14,200、Mnは7,200であった。
【0176】
以下に実施例及び比較例で用いた各成分を示す。
(A)半導体ナノ粒子
・A-1:上記合成例1で得られた半導体ナノ粒子(A-1)
・A-2:上記合成例2で得られた半導体ナノ粒子(A-2)
・A-3:上記合成例3で得られた半導体ナノ粒子(A-3)
・A-4:上記合成例4で得られた半導体ナノ粒子(A-4)
【0177】
(B)ウレタン(メタ)アクリレート及びその他の(メタ)アクリレート
・B-1:ウレタン(メタ)アクリレート(イソシアヌル構造及びウレタン結合を有し、重合性基数が15であり、分子量が約2300である下記式で表されるウレタンアクリレート 新中村化学社製の「U-15HA」)
【0178】
【化8】
【0179】
・B-2:ウレタン(メタ)アクリレート(ウレタン結合を有し、イソシアヌル構造又はトリアジン構造を有さず、重合性基数が10であり、分子量が約4900であるウレタンアクリレート 根上工業社製の「UN-904」)
【0180】
・B-3:ウレタン(メタ)アクリレート(ウレタン構造を有し、官能基数が9であり、分子量が約1400であるウレタンアクリレート 新中村化学社製の「UA-33H」)
【0181】
・B-4:ウレタン(メタ)アクリレート(ウレタン構造を有し、官能基数が6であり、分子量が約760である下記式で表されるウレタンアクリレート 新中村化学社製の「U-6LPA」)
【0182】
【化9】
【0183】
・b-1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
【0184】
(C)光拡散粒子
・C-1:酸化アルミニウムでコーティングされた酸化チタン粒子(平均粒径150nm、 堺化学社の「A-190」)
・C-2:酸化セリウム粒子(平均粒径60nm SOLVAY社の「ZENUS HC60」)
【0185】
(D)重合体
・D-1:上記合成例5で得られた重合体(D-1)
・D-2:上記合成例6で得られた重合体(D-2)
・D-3:上記合成例7で得られた重合体(D-3)
・D-4:上記合成例8で得られた重合体(D-4)
【0186】
(E)酸化防止剤
・E-1:フェノール系酸化防止剤(3,9-ビス[2-〔3-(t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕-1,1-ジメチルエチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(住友化学社の「スミライザーGA-80」)
【0187】
(F)分散媒
・F-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・F-2:トルエン
【0188】
(G)感放射線性化合物
・G-1:2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド(BASF社の「ルシリンLR8953X」)とO-アシルオキシム化合物(ADEKA社の「NCI-930」)との質量比1:1の混合物
【0189】
[実施例1]
分散媒(F-1)100質量部に、半導体ナノ粒子(A-4)10質量部、ウレタン(メタ)アクリレート(B-1)30質量部、光拡散粒子(C-1)10質量部、酸化防止剤(E-1)5質量部、及び感放射線性化合物(G-1)5質量部を加え、実施例1の硬化膜形成用組成物を調製した。
【0190】
[実施例2~11、及び比較例1~4]
各配合成分の種類及び配合量を下記表1に記載の通りとしたこと以外は、実施例1と同様にして各硬化膜形成用組成物を調製した。
【0191】
得られた各硬化膜形成用組成物について、下記の方法に従い評価した。
【0192】
[蛍光量子収率]
蛍光量子収率は、下記形成方法により得られた波長変換膜について、絶対PL蛍光量子収率測定装置(浜松ホトニクス社の「C11347-01」)を用いて、25℃において測定した。励起光の波長は450nmとした。また、別途、下記形成方法により得られた波長変換膜をクリーンオーブンにて180℃、20分の加熱処理(ポストベーク)を行った後に、上記と同様の方法で蛍光量子収率を測定した。前者の蛍光量子収率(未処理)及び後者の蛍光量子収率(熱処理後)について、以下の基準にて評価した。
・蛍光量子収率(未処理)
AA:60%以上
A :55%以上60%未満
B :50%以上55%未満
C :50%未満
・蛍光量子収率(熱処理後)
AA:55%以上
A :50%以上55%未満
B :40%以上50%未満
C :40%未満
AA、A及びBの場合、蛍光量子収率が高く、蛍光性能が良好であると判断した。評価結果を表1に示す。
【0193】
(波長変換膜の形成方法)
無アルカリガラス基板上に、各半導体ナノ粒子含有組成物をスピンナにより塗布した後、90℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより塗膜を形成した。次に、得られた塗膜に、フォトマスクを介さずに、高圧水銀ランプを用いて365nm、405nm及び436nmの各波長を含む放射線を700J/mの積算照射量で照射することにより、平均厚さ5μmの波長変換膜を形成した。
【0194】
[半値幅]
上記方法にて得られた波長変換膜(加熱処理後)について、絶対PL蛍光量子収率測定装置(浜松ホトニクス社の「C11347-01」)を用いて、25℃において蛍光半値幅を測定した。励起光の波長は450nmとした。半値幅は、その値が小さいほど加熱処理後においても色純度の高い蛍光に波長変換できているため良いことを示す。半値幅について、以下の基準で評価した。
AA:45nm未満
A :45nm以上50nm未満
B :50nm以上55nm未満
C :55nm以上
AA、A及びBの場合、半値幅が十分に狭く、蛍光性能が良好であると判断した。評価結果を表1に示す。
【0195】
[塗布性]
上記波長変換膜(加熱処理後)の表面の算術平均表面粗さ(Ra)を、触診式段差計(商品名「Alpha-Step IQ surface Profiler ASIQ」、KLA-tencor社製)を用いて測定し、以下の基準にて評価した。
A:Ra 500Å未満
B:Ra 500Å以上1000Å未満
C:Ra 1000Å以上
A及びBの場合、塗布性が良好であると判断した。評価結果を表1に示す。
【0196】
[分散安定性]
各硬化膜形成用組成物を調製後、攪拌機を用い10分攪拌し、2時間経過後の沈降の様子を確認し、以下の基準にて評価した。
AA:沈降が見られなかった
A :殆ど沈降がなかった
B :沈降が一部見られた
C :沈降が多く見られた
AA、A及びBの場合、分散安定性が良好であると判断した。評価結果を表1に示す。
【0197】
【表1】
【0198】
表1に示されるように、重合性化合物としてウレタン(メタ)アクリレートを用いた実施例1~11の硬化膜形成用組成物は、得られる波長変換膜の蛍光性能(蛍光量子収率及び半値幅)が良好であり、分散安定性及び塗布性も良好であることがわかる。一方、ウレタン(メタ)アクリレートを含まない比較例1~4の硬化膜形成用組成物は、得られる波長変換膜の蛍光性能、分散安定性及び塗布性の全てが良好な結果にはならなかった。
【産業上の利用可能性】
【0199】
本発明の硬化膜形成用組成物は、発光表示素子の波長変換膜等の形成材料として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【0200】
11 波長変換基板
12 第1基材
13 発光層(波長変換膜)
13a 第1発光層
13b 第2発光層
13c 第3発光層
14 ブラックマトリクス
15 接着剤層
16 第2基材
17 光源
17a 第1光源
17b 第2光源
17c 第3光源
18 光源基板
100 発光表示素子
図1