JP-2026076735-A - 波長変換層、表示素子及び波長変換層の製造方法

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Abstract

【課題】光取り出し効率が高められた波長変換層、波長変換層を用いた表示素子、及び波長変換層の製造方法を提供すること。【解決手段】配位子が配位したカチオンＡを含む第１の層と、カチオンＢとアニオンＸを含む第２の層と、が交互に積層した複合層構造を有するペロブスカイト型結晶構造を呈するナノ結晶プレートと、前記ナノ結晶プレートを支持し前記ナノ結晶プレートからの光を伝搬する媒質と、層外からの光を層内に導光する第１の光結合部と、前記第１の光結合部と異なる位置に配置され前記層内を伝搬する光を前記層外に導光する第２の光結合部と、を有し、前記複合層構造は、３以上５以下の平均積層数を呈し、前記ナノ結晶プレートは、プレート主面の法線が前記第２の光結合部と交差するように配向している波長変換層。【選択図】図１

Inventors

大橋良太
吉正泰

Assignees

キヤノン株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (9)

配位子が配位したカチオンＡを含む第１の層と、カチオンＢとアニオンＸを含む第２の層と、が交互に積層した複合層構造を有するペロブスカイト型結晶構造を呈するナノ結晶プレートと、前記ナノ結晶プレートを支持し前記ナノ結晶プレートからの光を伝搬する媒質と、層外からの光を層内に導光する第１の光結合部と、前記第１の光結合部と異なる位置に配置され前記層内を伝搬する光を前記層外に導光する第２の光結合部と、を有し、前記複合層構造は、３以上５以下の平均積層数を呈し、前記ナノ結晶プレートは、プレート主面の法線が前記第２の光結合部と交差するように配向している波長変換層。
前記プレート主面は、前記ナノ結晶プレートを直方体を基準構造としてみたとき、前記直方体を構成する面積が１番目と２番目に大きい面のいずれかに該当し、前記ナノ結晶プレートは、直方体を基準構造としてみたとき、前記法線に沿った方向の層厚ｚと、層厚方向と交差する２辺の代表プレート長となる２辺の加算平均値である代表プレート長ｙを有し、平均プレート長ｙを層厚ｚで除したアスペクト比ＡＲｙ／ｚは、２．０以上１０以下である請求項１に記載の波長変換層。
前記媒質は、２．０以上２．２以下の比誘電率を有する請求項１または２に記載の波長変換層。
前記媒質は、重合性化合物が重合した硬化物を含む請求項１または２に記載の波長変換層。
前記第２の光結合部が射出面法線を有し、前記ナノ結晶プレートの法線は前記射出面法線に対して１０度以内である前記ナノ結晶プレートの前記ナノ結晶プレートの全体に対する割合が２０％以上である請求項１または２に記載の波長変換層。
請求項１または２に記載の波長変換層と、前記第１の光結合部と光学的に結合する光源と、を有する表示素子。
前記波長変換層は、前記光源から前記第１の光結合部を介して導光される光を長波長側に波長変換する請求項６に記載の表示素子。
前記光源の発光を制御する駆動回路をさらに有する請求項７に記載の表示素子。
ペロブスカイト型ナノ結晶、重合性化合物、溶媒、及び、前記ペロブスカイト型ナノ結晶に配位する添加剤、を含むインク組成物を用意する工程と、前記インク組成物を基材上に塗布する工程と、前記塗布したインク組成物を硬化させる工程と、を有し、前記硬化後のインク組成物が、配位子が配位したカチオンＡを含む第１の層と、カチオンＢとアニオンＸを含む第２の層と、が交互に積層した複合層構造を有するペロブスカイト型結晶構造を呈するように、前記インク組成物を用意する工程が行われ、前記硬化後のインク組成物が、層外からの光を層内に導光する第１の光結合部と、前記第１の光結合部と異なる位置に配置され前記層内を伝搬する光を前記層外に導光する第２の光結合部と、を有するように、前記塗布する工程が行われることを特徴とする波長変換層の製造方法。

Description

本発明は、波長変換層、表示素子及び波長変換層の製造方法に関する。画像を表示する表示素子において、広い色純度に対応した色再現性と、高い発光効率を実現する手法として、半値幅の狭い発光を示す量子ドットを用いた技術がある。励起光として紫外光や青色光を用いて、量子ドットを備えた波長変換層で色変換を行うことで、色再現性と高い発光効率を両立した表示素子を実現できる。励起光の光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などを用いることができる。特に、赤色と緑色で発光する量子ドットからなる波長変換層を、黒色バンク隔壁から構成されるサブピクセルにパターニングし、励起光により画素単位で色変換を行う構成が提案されている。この構成では、サブピクセルのサイズは、ＥＶＦ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｉｅｗＦｉｎｄｅｒ）等に用いられる小型表示素子の場合は数μｍピッチ、大型の高解像度テレビでは数十μｍピッチとなる。例えば特許文献１では、ペロブスカイト構造の量子ドット、ナノ結晶、ナノシートを色変換材料として用いている。米国特許第１１２２７９８０号明細書アレイ状表示素子の平面図（ａ）、表示素子の平面図（ｂ）、表示素子の断面図（ｃ）である。緑色表示素子の断面図（ａ）、緑色表示素子の別の実施形態の断面図（ｂ）、緑色表示素子の複合層構造を有するペロブスカイト型結晶構造の模式図（ｃ）である。以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を用いて詳細に説明するが本発明はそれに限定されない。（表示素子）本発明の実施形態に係る表示素子１０について、図１（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る表示素子（画素）１０の複数が２次元状に配列された構成を示す平面図である。表示素子（画素）の配置は図１（ａ）のようなアレイ状以外にも用途に応じて適宜配置を変えることができる。図１（ｂ）は、図１（ａ）のうちの１つの表示素子（画素）１０を拡大した平面図である。表示素子１０は緑色サブ画素領域１１、赤色サブ画素領域１２、青色サブ画素領域１３、を有する。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ－Ａ’で切断した断面図である。なお、本実施形態において、各画素領域のｘ軸方向の順番は特に限定されない。また、図１（ａ）のようにｘ軸方向に各サブ画素領域が並んだ構成以外にも、３つのサブ画素領域が三角形の各頂点に配置されるような構成でもよい。なお、本願明細書において、緑色、赤色、青色は、それぞれ、波長帯域として、少なくとも、５１５ｎｍ以上５４５ｎｍ以下、６１５ｎｍ以上６４５ｎｍ以下、４４５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下のそれぞれの帯域に極大値を有するものとして扱う。より好ましくは、緑色、赤色、青色は、その極大値をとる波長が、５２８ｎｍ以上５３２ｎｍ以下、６２８ｎｍ以上６３２ｎｍ以下、４５８ｎｍ以上４６２ｎｍ以下、のそれぞれの帯域内にあるものが採用される。表示素子１０は、第１の波長の光Ｌ１（励起色、一次光）を発する光源１４と、光源１４からの一次光を受けて第２の波長の光Ｌ２（緑色、二次光（以下「波長変換光」とも呼ぶ。））を発するナノ結晶プレートを含有する波長変換層１５とが積層されている。波長変換層１５の層厚は、数μｍから１０μｍが採用される。波長変換層１５は、第１の波長の光Ｌ１をかかる層厚の伝搬経路で全吸収するために、ナノ結晶プレートを、２～３０ｗｔ％の濃度で含有する。励起光Ｌ１が紫外光の場合、第３の波長の光Ｌ３（赤色、二次光）を発するナノ結晶プレートを含有する波長変換層１６と、第４の波長の光Ｌ４（青色、二次光）を発するナノ結晶プレートを含有する波長変換層１７と、によって、緑、赤、青を発光する画素が構成される。波長変換層１５、１６、１７は、ナノ結晶プレートからの光を伝播する媒質と第１の光結合部２０－１と第２の光結合部２０－２と、を有し、隔壁１８を介して設けられている。＜複合層構造を有するペロブスカイト型結晶構造＞ナノ結晶プレート１９は、図２（ｃ）に示すように、配位子が配位したカチオンＡを含む第１の層１９－１と、カチオンＢとアニオンＸを含む第２の層１９－２と、を有する。ナノ結晶プレート１９は、第１の層１９－１と第２の層１９－２と、が交互に積層した複合層構造１９－Ｃを有するペロブスカイト型結晶構造を呈する。＜第１の光結合部＞波長変換層１５は、ナノ結晶プレート１９を支持しナノ結晶プレート１９からの光を伝搬する媒質１５－Ｍと、層外からの光Ｌ１を層内に導光する第１の光結合部２０－１を備える。＜第２の光結合部＞波長変換層１５は、第１の光結合部と異なる位置に配置され層内を伝搬する光Ｌ１を層外に光Ｌ２として導光する第２の光結合部２０－２を備える。複合層構造１９－Ｃは、３以上５以下の平均積層数を呈し、ナノ結晶プレート１９は、ナノ結晶プレート１９のプレート主面２１の法線２２（以下、「ＤＮＰＬ」とも称す。）が、第２の光結合部２０－２と交差するように配向している。励起光Ｌ１が青色光の場合、第２の波長の光Ｌ２（緑色、二次光）を発するナノ結晶プレートを含有する波長変換層１５と、第３の波長の光Ｌ３（赤色、二次光）を発するナノ結晶プレートを含有する波長変換層１６と、励起光Ｌ１が波長変換層１７を透過して、青色サブ画素領域１３から青色光が出る構成となり、緑、赤、青を発光する画素が構成される。この場合、波長変換層１７は波長変換のためのナノ結晶プレートを含有しなくてもよい。（第１の表示素子アレイ）波長変換層（緑色）１５は、ＡＢＸ３のペロブスカイト構造単位が二次元に連接して延在した層構造を有し、前記層構造が層厚方向に積層されており、前記ナノ結晶プレートの無機層の層数が３～５であるナノ結晶プレートを含む。さらに、前記ナノ結晶プレートは、プレートの法線が前記第２の光結合部と交差するように配向していている波長変換層である。以上のナノ結晶プレートはナノ結晶プレートとも呼ばれる。以下、ペロブスカイト型ナノ結晶プレートについて説明する。（表示素子）本発明の実施形態に係る表示素子は、上記波長変換層と、上記第１の光結合部と光学的に結合する光源を有する場合が好ましい。また、本発明の実施形態に係る表示素子は、上記波長変換層が、前記光源から第１の光結合部を介して導光される光を長波長側に波長変換する場合が好ましく、上記光源の発光を制御する駆動回路を更に有する場合がより好ましい。（ペロブスカイト型ナノ結晶プレートの構造）バルクのペロブスカイト型の結晶構造は式ＡＢＸ３（Ａは陽イオン、Ｂは金属、Ｘはハロゲン）で記述できる。寸法が一方向に限定されているペロブスカイト型ナノ結晶プレートの場合は、Ｌ２［ＡＢＸ３］ｎ－１ＢＸ４で記述できる。（Ｌ：配位子、ｎ：金属ハロゲン化物八面体層の数）。ここで、ｎ－１の項はバルク単位胞に換算したナノ結晶プレートの厚さを表し、ｎ＝２は完全なＡＢＸ３ペロブスカイト単位胞に対応し、ｎ＝１の場合は、構造内にカチオン種（Ａ）は含まれない。このように、ナノ結晶プレートの結晶構造の表記は厳密にはＡＢＸ３ではないが、ここでのナノ結晶プレートの結晶構造はペロブスカイト型の結晶構造を意味するＡＢＸ３として表し、ペロブスカイト型ナノ結晶プレートと呼ぶ。以降、層数はｎのことを表す。また層厚方向は、層の積層方向を意味する。ここで、ナノ結晶プレートは、直方体を基準構造としてみたとき、かかる直方体を構成する６面のうち面積が１番目と２番目に大きい対向する２面のいずれかに該当する主面を有する。ナノ結晶プレートは、プレート主面の法線が前記第２の光結合部と交差するように配向している。ナノ結晶プレートは、直方体を基準構造としてみたとき、プレート主面の法線に沿った方向に層厚ｚを有する。また、ナノ結晶プレートは、プレート主面の法線と交差する方向に２辺を有し、かかる２辺のうちの一方の長さｌと他方の長さｗを有する。長さｌと長さｗの加算平均値であるｙは、ナノ結晶プレートを直方体とみなしたときプレート長の代表値となる。すなわち、加算平均値であるｙは、ナノ結晶プレートのプレート長を代表する代表プレート長ｙ、平均プレート長ｙと換言される。ナノ結晶プレートは、平均プレート長を層厚ｚで除したアスペクト比ＡＲｙ／ｚを有する。［ペロブスカイト型構造のＡサイト（カチオンＡ）］Ａサイトは、１価のカチオンが採用される。Ａサイト（カチオンＡ）に採用される１価のカチオンは、アンモニウムカチオン（ＮＨ４＋）、及び炭素数６以下のアルキルアンモニウムカチオン、ホルムアミジニウムカチオン（ＨＣ（ＮＨ２）２＋）、グアニジニウムカチオン（Ｃ（ＮＨ２）３＋）、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン等の含窒素有機化合物カチオンが挙げられ、リチウムカチオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムカチオン（Ｎａ＋）、カリウムカチオン（Ｋ＋）、ルビジウムカチオン（Ｒｂ＋）、及びセシウムカチオン（Ｃｓ＋）等のアルカリ金属カチオンが挙げられる。これらのＡサイトに採用される１価のカチオンは、イオン径が小さく結晶格子内に入る大きさであるため、ペロブスカイト化合物が、安定な３次元結晶を形成することができる。炭素数６以下のアルキルアンモニウムカチオンの好ましい例としては、メチルアンモニウムカチオン（ＣＨ３ＮＨ３＋）、エチルアンモニウムカチオン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ３＋）、プロピルアンモニウムカチオン（Ｃ３Ｈ７ＮＨ３＋）等が挙げられる。高い発光効率を得るという観点では、メチルアンモニウムカチオン、ホルムアミジニウムカチオン又はセシウムカチオンの少なくともいずれかをＡサイトとすることが好ましく、色変化抑制の観点からは、セシウムカチオンをＡサイトとすることがより好ましい。これらのＡサイトに採用される１価のカチオンは２種以上を併用してもよい。Ａサイトがセシウムカチオンである場合、ナノ粒子合成時の原料としては、セシウム塩が挙げられる。かかるセシウム塩は、塩化セシウム、臭化セシウム、よう化セシウム、水酸化セシウム、炭酸セシウム、炭酸水素セシウム、重炭酸セシウム、ぎ酸セシウム、酢酸セシウム、プロピオン酸セシウム、ピバル酸セシウム、シュウ酸セシウムが適宜採用される。これらのセシウム塩の候補の中から、合成方法に応じて適切なものを使用できる。Ａサイトがその他のアルカリ金属カチオンである場合は、上述のセシウム化合物のセシウム元素を、その他のアルカリ金属カチオン元素に置き換えた塩等を原料として用いることができる。Ａサイトがメチルアンモニウムカチオン等の含窒素有機化合物カチオンである場合は、例えば、メチルアミン等の塩以外の中性化合物を原料として使用することができる。これらの原料は２種以上を併用してもよい。［ペロブスカイト型結晶構造Ｂサイト（カチオンＢ）］ペロブスカイト型結晶構造のＢサイト（カチオンＢ）は、２価の遷移金属カチオン又は２価の典型金属カチオンを含む２価のカチオンが採用される。２価の遷移金属カチオンは、スカンジウムカチオン（Ｓｃ２＋）、チタンカチオン（Ｔｉ２＋）、バナジウムカチオン（Ｖ２＋）、クロムカチオン（Ｃｒ２＋）、マンガンカチオン（Ｍｎ２＋）、鉄カチオン（Ｆｅ２＋）、コバルトカチオン（Ｃｏ２＋）、ニッケルカチオン（Ｎｉ２＋）、銅カチオン（Ｃｕ２＋）、パラジウムカチオン（Ｐｄ２＋）、ユウロピウムカチオン（Ｅｕ２＋）、イッテルビウムカチオン（Ｙｂ２＋）が採用される。２価の典型金属カチオンは、マグネシウムカチオン（Ｍｇ２＋）、カルシウムカチオン（Ｃａ２＋）、ストロンチウムカチオン（Ｓｒ２＋）、バリウムカチオン（Ｂａ２＋）、亜鉛カチオン（Ｚｎ２＋）、カドミウムカチオン（Ｃｄ２＋