半導体微粒子蛍光体、ならびにそれを用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置
【課題】高い発光効率を有する半導体微粒子蛍光体、ならびにそれを用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【解決手段】本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体微粒子蛍光体、ならびに前記半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで照明分野において、希土類賦活蛍光体が広く用いられてきた。しかし近年、希土類賦活蛍光体に代わり、半導体微粒子蛍光体が注目を集めている。半導体微粒子蛍光体には、希土類賦活蛍光体にはなかった、発光波長を任意に制御できるという特徴がある。このため、半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置は、さまざまな発光スペクトルを実現できる。半導体微粒子蛍光体は、演色性が高く効率のよい発光装置の作製を可能にする技術として期待されている。
【０００３】
半導体微粒子蛍光体の実用化のためには、発光効率の向上が必要不可欠であり、高効率化のために現在検討が進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１（国際公開第２００７／０８６２６７号）には、発光効率の向上のために、発光部である半導体コア粒子の周りが、半導体シェル材料で覆われた、コア／シェル構造の半導体微粒子蛍光体が提案されている。特許文献１では、半導体コア粒子を形成する半導体コア材料より大きなバンドギャップを有する半導体シェル材料を用いることで、発光効率の高い半導体微粒子蛍光体を合成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８６２６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された半導体微粒子蛍光体の高効率化の技術は、半導体シェル材料の条件として、「半導体コア材料よりバンドギャップを大きくすること」のみしか記載されていない。このような条件に基づき合成された半導体微粒子蛍光体は、実用化の観点から、発光効率が十分高くないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記のような現状に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い発光効率を有する半導体微粒子蛍光体、ならびにそれを用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【０００９】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＧａＮからなり、前記シェル層の膜厚が１．１ｎｍ以上である。
【００１０】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＡｌＮからなり、シェル層の膜厚が０．４ｎｍ以上である。
【００１１】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＺｎＯ、ＭｇＯおよびＭｇＳよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１２】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＰからなり、シェル層がＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＡｌＰよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１３】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＺｎＳであり、シェル層の膜厚が０．９ｎｍ以上である。
【００１４】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＺｎＳｅであり、シェル層の膜厚が１．３ｎｍ以上である。
【００１５】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＡｌＰであり、シェル層の膜厚が３．４ｎｍ以上である。
【００１６】
本発明は、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＰからなり、シェル層がＡｌＮ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、３Ｃ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１７】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
シェル層がＺｎＳからなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１８】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層の厚さが１．０ｎｍ以上である。
【００１９】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
シェル層がＡｌＮ、ＡｌＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００２０】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアとシェル層との格子不整合率が１５％以下である。
【００２１】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアが、直接遷移型の化合物半導体からなる。
【００２２】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光を発光する。
【００２３】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアの平均粒子径が、ボーア半径の２倍以下である。
【００２４】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、透光性部材とを備える、波長変換部材である。
【００２５】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、発光素子とを備える、発光装置である。
【００２６】
本発明に係る発光装置において好ましくは、発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体発光レーザダイオード素子である。
【００２７】
本発明に係る発光装置において好ましくは、半導体微粒子蛍光体を２種類以上含有する。
【００２８】
本発明に係る発光装置において好ましくは、半導体発光素子が青色光を発光し半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する。
【００２９】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、発光素子とを備える、画像表示装置である。
【００３０】
本発明に係る画像表示において好ましくは、半導体微粒子蛍光体を２種類または３種類含有する。
【００３１】
本発明に係る画像表示において好ましくは、発光素子が、半導体発光ダイオード素子、半導体発光レーザダイオード素子、または、有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００３２】
本発明に係る画像表示において好ましくは、半導体発光素子が青色光を発光し、半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、高い発光効率を有する半導体微粒子蛍光体を提供することができる。さらに、前記半導体微粒子蛍光体を用いることで、発光効率に優れた波長変換部材および発光装置、ならびに画面輝度に優れた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態におけるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるコア／マルチシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図、ならびに前記半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造および電子と正孔の存在確率を示す図である。
【図４】特許文献１に記載された半導体微粒子蛍光体を示す模式的な断面図、ならびに前記半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造および電子と正孔の存在確率を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における波長変換部材を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における発光装置を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における画像表示装置を示す模式的な分解斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態における画像表示装置の液晶部を示す模式的な分解斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態における画像表示装置のカラーフィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
【図１０】実施例６のシェル層の膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３６】
＜半導体微粒子蛍光体＞
本発明において、半導体微粒子蛍光体とは、励起光の少なくとも一部を吸収して、励起光とは異なる波長の光を発光する機能を有するものを指す。本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、発光部である半導体結晶コアが、粒子径が数ｎｍ程度の半導体微結晶からなる。このような半導体微結晶は、コロイド粒子、ナノ粒子、または量子ドット等とも呼称される場合がある。以下、本発明における半導体微粒子蛍光体を説明する。
【００３７】
（１）半導体微粒子蛍光体の構造
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆する１層のシェル層とを有するコア／シェル構造を有することができる。さらに、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆する複数のシェル層とを有するコア／マルチシェル構造を有することもできる。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態におけるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体１００を示す模式的断面図である。半導体微粒子蛍光体１００において、半導体材料からなる半導体結晶コア１０１の表面は、その少なくとも一部がシェル層１０２に覆われている。また、シェル層１０２の表面に、修飾有機化合物１０３が結合していても良い。
【００３９】
図２は、本発明の一実施の形態におけるコア／マルチシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体２００を示す模式的断面図である。半導体微粒子蛍光体２００において、半導体結晶コア２０１を覆うシェル層２０２は、さらに別のシェル層２０３に覆われている。
【００４０】
半導体微粒子蛍光体の構造を調べる方法は、公知のいずれの方法も用いることができる。例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による直接観察によって行うことができる。
【００４１】
（１ａ）半導体結晶コア
本発明の一実施の形態において、半導体結晶コアは、励起光を吸収した際に発生した電子と正孔が再結合する際に発光する機能を有する。従来の希土類賦活蛍光体の発光波長は、該蛍光体を構成する材料に固有の一定の値であった。しかし、半導体微粒子蛍光体においては、発光波長を、半導体結晶コアの粒子径を変化させることにより任意に制御することができる。これは、半導体結晶コアの粒子径をボーア半径の２倍以下まで小さくした場合に、量子閉じ込め効果が生じるためである。ここで、半導体結晶コアの材料の例であるＩｎＰ、ＩｎＮ、ＣｄＳｅのボーア半径は、それぞれ、８．３ｎｍ、７．０ｎｍ、４．９ｎｍである。
【００４２】
（１ｂ）シェル層
本発明の一実施の形態において、シェル層は、半導体結晶コアとは異なる材料で構成され、半導体結晶コアの表面の少なくとも一部を覆っている。また、図２に示すように、半導体微粒子結晶体は、複数のシェル層を有することもできる。
【００４３】
（１ｃ）修飾有機化合物
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、シェル層表面に修飾有機化合物を有することができる。修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体の分散性に影響を与える。さらに、修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体内部への電子の閉じ込め機能、半導体微粒子蛍光体が外界から受ける悪影響からの保護機能、半導体微粒子蛍光体同士の凝集抑制機能などを有する。
【００４４】
修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体のシェル層表面に、配位または結合する特徴を有する。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸などに代表される脂肪酸類、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリデシルホスフィンなどに代表されるアルキルホスフィン類、トリブチルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシドなどに代表されるアルキルホスフィンオキシド類、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミンなどに代表されるアルキルアミン類、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオールなどに代表されるアルキルチオール類、ならびにピリジンおよびキノリンなど等の窒素含有芳香族化合物類などを用いることが好ましい。
【００４５】
（２）半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造
本発明に係る半導体微粒子蛍光体は、エネルギーバンド構造に特徴を有する。
【００４６】
図３に、本発明の一実施の形態における、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造を示す。図３において、半導体結晶コアの伝導帯下端のエネルギー準位をＥｃ（ｃｏｒｅ）、シェル層の伝導体下端のエネルギー準位をＥｃ（ｓｈｅｌｌ）、半導体結晶コアの価電子帯上端のエネルギー準位をＥｖ（ｃｏｒｅ）、シェル層の荷電子帯のＥｖ（ｓｈｅｌｌ）、半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位をＥｃ´、半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位をＥｖ´と表記している。なお、本明細書において、量子準位Ｅｃ´またはＥｖ´とは、それぞれ室温（２５℃）におけるＥｃ以上またはＥｖ以下に存在する複数の量子準位のうち、もっともＥｃまたはＥｖに近いものを意味する。また、半導体微粒子蛍光体の表面に付着した修飾有機化合物の電子と正孔のエネルギー準位をそれぞれ、ＥHOMO、ＥLUMOと表記している。
【００４７】
図３は、半導体結晶コアのエネルギー準位Ｅｃ（ｃｏｒｅ）およびＥｖ（ｃｏｒｅ）を、シェル層のエネルギー準位Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）で挟み、さらに、シェル層のエネルギー準位Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）を、修飾有機化合物のエネルギー準位ＥHOMOおよびＥLUMOで挟んだエネルギーバンド構造を表している。
【００４８】
また、伝導帯のエネルギー障壁高さＶｃと価電子帯のエネルギー障壁高さＶｖは、それぞれ以下の式（３）および（４）で表される。
Ｖｃ＝Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｃ（ｃｏｒｅ）・・・（３）
Ｖｖ＝Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｖ（ｃｏｒｅ）・・・（４）
また、半導体結晶コアのバンドギャップＥｇ（ｃｏｒｅ）とシェル層のバンドギャップＥｇ（ｓｈｅｌｌ）は、それぞれ以下の式（５）および（６）で表される。
Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＝Ｅｃ（ｃｏｒｅ）−Ｅｖ（ｃｏｒｅ）・・・（５）
Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ）＝Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）・・・（６）
特許文献１には、発光効率が高い半導体微粒子蛍光体として、Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＜Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ）であるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体が記載されている。前記の条件を満たす半導体微粒子蛍光体は、図４（ａ）〜（ｇ）に示されるエネルギーバンド構造を有すると考えられる。なお、本明細書において発光効率とは、蛍光体が１つの光子を吸収した際に、どの程度の割合で光子を放出するかを表した指標である。実際の測定においては、「発光光子数／吸収光子数」で計算される。このような発光効率は、内部量子効率（ＩＱＥ）と呼ばれることもある。
【００４９】
本発明者は、半導体微粒子蛍光体が図４（ａ）に示されるエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が非常に大きく向上することを見出した。図４（ａ）に示されるエネルギーバンド構造は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を同時に満たし、Ｖｃ、Ｖｖの絶対値が両方とも十分大きい。さらに電子の量子準位Ｅｃ´、正孔の量子準位Ｅｖ´が、上記式（１）および式（２）を同時に満たしている。図４（ａ）のエネルギーバンド構造を有する半導体微粒子蛍光体の発光効率が高い理由としては、電子および正孔の再結合確率が高くなること、および欠陥準位を介する非発光遷移が抑制されたことが考えられる。以下に、電子および正孔の再結合確率、ならびに欠陥準位を介する非発光遷移の抑制について説明する。
【００５０】
（２ａ）電子および正孔の再結合確率
図４に示される各エネルギーバンド構造における電子および正孔の分布状態を、図４の電子の存在確率および正孔の存在確率の欄に示す。
【００５１】
図４（ａ）は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たす、半導体微粒子蛍光体を表している。該半導体微粒子蛍光体においては、伝導体のエネルギー障壁高さ（Ｖｃ）および荷電子帯のエネルギー障壁高さ（Ｖｖ）の絶対値が大きいため、電子および正孔はシェル層によって閉じ込められ、半導体結晶コアに局在する。
【００５２】
一方、図４（ｂ）の半導体微粒子蛍光体は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たすが、伝導体のエネルギー障壁高さ（Ｖｃ）の絶対値が十分に大きくないため、電子がシェル層に漏れてしまい、電子の存在確率は半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう。
【００５３】
同様に、図４（ｃ）の半導体微粒子蛍光体は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たすが、荷電子帯のエネルギー障壁高さ（Ｖｖ）の絶対値が十分に大きくないため、正孔がシェル層に漏れてしまい、正孔の存在確率は半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう。
【００５４】
なお、図４（ｄ）および（ｅ）に示されるようにＶｃ＞０、Ｖｖ＞０の場合や、図（ｆ）および（ｇ）に示されるようにＶｃ＜０、Ｖｖ＜０の場合は、電子または正孔の存在確立がシェル層に局在したり（図４（ｅ）、（ｇ））、半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう（図４（ｄ）、（ｆ））。
【００５５】
したがって、電子および正孔の存在確率を、半導体結晶コアに局在させるためには、図４（ａ）のエネルギーバンド構造を有する必要があることが分かる。
【００５６】
電子および正孔が半導体結晶コアに局在している場合、電子と正孔との再結合確率が高くなり、その結果発光しやすくなる。一方、電子または正孔の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層に広がる場合（図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ））や、電子または正孔がシェル層に局在し、電子と正孔が空間的に分離する場合（図４（ｅ）、（ｇ））は、電子と正孔との再結合が起こりにくくなり、発光効率は低下してしまう。
【００５７】
（２ｂ）欠陥準位を介する非発光遷移の抑制
半導体結晶の表面には、多数のダングリングボンドによる欠陥準位が存在する。これらの欠陥準位は、電子や正孔を捕獲して非発光遷移を引き起こす。したがって、欠陥準位を介する電子と正孔との再結合は、半導体微粒子蛍光体の発光効率を下げてしまう。コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体では、半導体結晶コアの表面をシェル層で覆うことにより、半導体結晶コア表面の欠陥準位を不活性化している。
【００５８】
図４（ｂ）〜（ｇ）の半導体微粒子蛍光体では、電子および正孔の少なくともいずれかが、シェル層に浸透してシェル層表面まで到達している。この場合、シェル層表面まで到達した電子や正孔は、欠陥準位により捕獲されてしまう。その結果として、半導体微粒子蛍光体の発光効率が低下する。
【００５９】
一方、図４（ａ）の半導体微粒子蛍光体は、電子および正孔が半導体結晶コアに閉じ込められているため、欠陥準位を介する非発光遷移がほとんど生じない。したがって、半導体微粒子蛍光体の発光効率の低下もほとんど生じない。
【００６０】
（３）発光効率を向上させるための条件
本発明の半導体微粒子蛍光体の発光効率をさらに向上させるための方法として、エネルギー障壁高さの大きいシェル層を用い、かつ該シェル層の膜厚を厚くすること、および半導体結晶コアとシェル層との格子不整合を小さくすること、が考えられる。以下に、シェル層のエネルギー障壁高さと膜厚、および半導体結晶コアとシェル層との格子不整合について説明する。
【００６１】
（３ａ）シェル層のエネルギー障壁高さと膜厚
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、伝導体のエネルギー障壁Ｖｃおよび荷電子帯のエネルギー障壁高さＶｖの絶対値が大きいため、電子および正孔はシェル層によって閉じ込められ、半導体結晶コアに局在している。しかし、この場合においても、トンネル効果により、電子や正孔がシェル層に漏れ、シェル層表面まで到達する現象が起こりえる。シェル層表面まで到達した電子や正孔は、欠陥準位やその他の要因により失活してしまう。結果として、半導体微粒子蛍光体の発光効率が低下する。したがって、トンネル効果により、電子や正孔がシェル層に漏れる確率（トンネル確率）を低くすることが、半導体微粒子蛍光体の発光効率を向上させる観点から好ましい。
【００６２】
トンネル確率を低下させる方法としては、（１）伝導帯のエネルギー障壁高さＶｃおよび荷電子帯のエネルギー障壁高さＶｖの絶対値を大きくすることのできるシェル層材料を用いること、（２）シェル層の膜厚を厚くすること、が挙げられる。
【００６３】
発光効率を高めるためには、電子および正孔のトンネル確率を、１％以下に抑えることが好ましい。
【００６４】
シェル層の膜厚の下限値は、電子および正孔のトンネル確率を１％以下に抑えることのできる膜厚であることが、発光効率の観点から好ましい。なお、膜厚の上限値は特に制限されないが、半導体結晶コアとの格子不整合を考慮して設定すると、発光効率をさらに向上させることができるため、より好ましい。この場合、シェル層の膜厚は、半導体結晶コア材料とシェル層材料との間の格子不整合率により異なるが、一般的には１．５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
好ましいシェル層の膜厚は、半導体結晶コア材料とシェル層材料との組合せによって異なる。コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体において、シェル層の好ましい膜厚は、ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．４〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体では１．１〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ半導体微粒子蛍光体では１．３〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＡｌＰ半導体微粒子蛍光体では３．４ｎｍ、ＩｎＰ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．５〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．８〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．２ｎｍ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では２．１ｎｍ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体では１．０〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．６〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ半導体微粒子蛍光体では１．８ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体では６．４ｎｍ、ＣｅＳｅ／ＺｎＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．６ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では２．８ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．４ｎｍ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍである。
【００６６】
（３ｂ）半導体結晶コアとシェル層との格子不整合
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア表面のダングリングボンドは、シェル層のダングリングボンドと結合することにより不活性化している。半導体結晶コアの材料とシェル層の材料との格子定数が同じ場合は、両方の材料は格子整合するため、半導体結晶コア表面のダングリングボンドは、全て、シェル層のダングリングボンドと結合する。しかし実際には、異なる材料が、同じ格子定数を有することはほとんどない。したがって、半導体結晶コア材料とシェル層材料とでは異なる格子定数を有する材料を使用することになる。この場合、半導体結晶コアとシェル層との界面では、結合できず余ったダングリングボンドが発生する。このダングリングボンドは欠陥準位を形成し、非発光遷移に寄与する。したがって、発光効率を高めるためには、半導体結晶コア材料およびシェル層材料として、両者の間の格子不整合率が小さい材料を用いることが好ましい。具体的には、該格子不整合率が１５％以下の材料を用いることが好ましい。
【００６７】
（４）半導体微粒子蛍光体の発光効率を向上させるためのその他の方法
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、半導体結晶コア材料に、直接遷移型の半導体材料を用いることが好ましい。直接遷移型の半導体材料を用いると、間接遷移型の半導体材料を用いた場合よりも、発光効率の高い半導体微粒子蛍光体を実現できる。直接遷移型の半導体材料としては、たとえばＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、およびこれら半導体材料の混晶などが挙げられる。
【００６８】
半導体結晶コア材料は、微粒子にした場合に可視光波長領域の光を発光する半導体材料を用いることが好ましい。蛍光体として用いる場合、可視光で発光すると、照度の点で優れた特性を示すためである。微粒子にした場合に可視光波長領域の光を発光する半導体材料としては、たとえば、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、およびこれら半導体材料の混晶などが挙げられる。
【００６９】
半導体微粒子蛍光体の材料は、有害性・環境負荷の低い材料であることが好ましい。
シェル層は、半導体結晶コアが外界から受ける悪影響を保護するための保護機能も有していることが好ましい。具体的には、シェル層材料は、水及び酸素を透過しにくい特性を有していると良い。該シェル層を有する半導体微粒子蛍光体は、発光効率が高く製品寿命が長い点で優れている。
【００７０】
半導体微粒子蛍光体が修飾有機化合物を有していると、半導体微粒子の液体や固体への分散性を制御することができる。さらに修飾有機化合物は、半導体結晶コアへの電子の閉じ込め機能、半導体微粒子が外界から受ける悪影響からの保護機能、半導体微粒子同士の凝集抑制機能などを有することができる。
【００７１】
＜半導体微粒子蛍光体を用いたデバイス＞
本発明に係る半導体微粒子蛍光体は、優れた発光効率を示す。したがって、該半体微粒子蛍光体を用いると、発光効率などの光学特性に優れたデバイスを実現できる。具体的には、図５に示す波長変換部材、図６に示す発光装置、および図７に示す画像表示装置が例示される。
【００７２】
（１）波長変換部材
（１ａ）波長変換部材の構造
本発明の一実施の形態における波長変換部材を、図５を用いて説明する。図５は、本発明の一実施の形態における波長変換部材５００を示す模式的な断面図である。波長変換部材５００において、赤色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、緑色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｇ、青色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｂは透光性材料５０２中に分散している。
【００７３】
波長変換部材５００が含有する半導体微粒子蛍光体５０１の種類は、１種類以上であることが好ましい。波長変換部材を色純度の高い単色で発光させる場合は、半導体微粒子蛍光体５０１は、発光半値幅の狭い１種類の半導体微粒子蛍光体を用いることが好ましい。半導体微粒子蛍光体５０１の種類が多くなると、発光の演色性が向上する一方で、発光効率が低下してしまう問題がある。したがって、半導体微粒子蛍光体５０１の種類は、発光効率の観点から、４種類以下であることが好ましい。
【００７４】
透光性材料５０２には、光源および半導体微粒子蛍光体の発光を吸収しない材料を用いる。さらに、水分及び酸素を透過しない材料を用いることが好ましい。この場合、透光性材料により半導体微粒子蛍光体が水分や酸素により受ける影響を抑制することができるため、該透光性材料を用いた発光装置および画像表示装置は、耐久性が向上する。好ましい透光性材料の材料としては、たとえばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂などの透光性樹脂や、酸化アルミニウム、酸化ケイ素（ガラス）、イットリアなどの透光性無機材料などを例示することができる。
【００７５】
（１ｂ）波長変換部材の機能
本発明の一実施の形態における波長変換部材の機能を、図５を用いて説明する。波長変換部材５００は、入射光５０３の少なくとも一部を吸収し、入射光とは異なる波長の放射光５０４を放射する。
【００７６】
図５において、波長変換部材５００に、入射光５０３が入射している。入射光５０３の一部は、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂのシェル層に吸収される。光を吸収した半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂは、半導体結晶コアから吸収光とは異なる波長の蛍光を発する。一方、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂに吸収されなかった入射光５０３は、そのまま波長変換部材を透過する。したがって、波長変換部材が放射する放射光５０４は、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂの発する蛍光と、透過光を混合した光となる。
【００７７】
（２）発光装置
（２ａ）発光装置の構造
本発明の一実施の形態における発光装置を、図６を用いて説明する。図６は、本発明の一実施の形態における発光装置６００を示す模式的な断面図である。
【００７８】
発光装置６００は、半導体発光ダイオード素子６０１と半導体微粒子蛍光体６０２，６０３とを組み合わせた構造を有する。発光素子６０１は、プリント配線基板６１４側から、ｎ側電極６０９、半導体活性層６０７、ｐ側電極６０８が前記の順で積層されてなる。ｎ側電極６０９は、導電性を有する接着剤６１１を介して、プリント配線基板６１４の上面から背面にかけて設けられたｎ電極部６１０と電気的に接続されている。一方、ｐ側電極６０８は、プリント配線基板６１４の前記ｎ電極部とは異なる位置の上面から背面にかけて設けられたｐ電極部６１２と金属ワイヤ６１３を介して電気的に接続されている。枠６０５の内側には、複数の半導体微粒子蛍光体６０２、６０３が分散された透光性材料６０６が充填されている。該透光性材料６０６により半導体発光素子６０１が封止されている。
【００７９】
（２ｂ）発光装置の機能
半導体発光ダイオード素子６０１からの発光の少なくとも一部は、半導体微粒子蛍光体６０２、６０３のシェル層により吸収される。光を吸収した半導体微粒子蛍光体６０２、６０３は、半導体結晶コアから吸収光とは異なる波長の光を発する。その結果発光装置６００は、半導体発光ダイオード素子６０１からの光のうち、半導体微粒子蛍光体に吸収されなかった透過光と、半導体微粒子蛍光体６０２、６０３の発する蛍光とが混合した光を発する。
【００８０】
（２ｃ）発光素子
図６においては、発光素子の一例として、半導体発光ダイオード素子を挙げたが、半導体発光レーザダイオード素子や有機エレクトロルミネッセンス素子など、他の発光素子を用いても、同様の発光装置を作製できる。
【００８１】
（３）画像表示装置
（３ａ）画像表示装置の構造
本発明の一実施の形態における画像表示装置を、図７および図８を用いて説明する。図７は、本発明の一実施の形態における画像装置７００を示す模式的な分解斜視図である。図８は、画像装置７００の液晶部８００を示す模式的な分解斜視図である。
【００８２】
画像表示装置７００において、透明または半透明の導光板７０３の側面に、光源として複数個（図７では１６個）の発光装置７０１が配置され、導光板７０３の上面に隣接して、複数の液晶部８００から構成された画像表示部７０５が設けられている。発光装置７０１からの出射光７０２は、導光板７０３を通過し、照射光７０４として画像表示部７０５の全面に照射される。画像表示装置７００では、光源として、白色光を呈する発光装置７０１を用い、各画素の表示には液晶部８００内のカラーフィルタ８０６を用い、各画素のＯＮ／ＯＦＦには、液晶部８００内の薄膜トランジスタ８０２を用いている。
【００８３】
液晶部８００は、下部偏光板８０１ａ、薄膜トランジスタ８０２を有する透明導電膜８０３ａ、配向膜８０４ａ、液晶層８０５、配向膜８０４ｂ、上部薄膜電極８０３ｂ、カラーフィルタ８０６、上部偏光板８０１ｂが前記の順に積層されてなる。カラーフィルタ８０６は、複数の種類（図８では３種類）のカラーフィルタ８０６ｒ、８０６ｇ、８０６ｂから構成されており、各カラーフィルタは特定の波長領域の光のみを透過させる。また、カラーフィルタ８０６の各区画は、透明導電膜８０３ａに対応する大きさに分割されている。液晶部８００では、薄膜トランジスタ８０２により、下部偏光板８０１ａから上部偏光板８０１ｂへの光の透過を制御することで、ＯＮ／ＯＦＦ表示をすることができる。該構造を有する液晶部は、波長変換部と呼ばれることもある。
【００８４】
本発明の画像表示装置は、上記に示す構造に限定されるものではなく、従来公知の一般的な構造を採用することができる。
【００８５】
導光板７０３は、光源である発光装置７０１が画像表示部７０５へ照射する光７０２の面内方向の明るさのムラを緩和する。光源からの出射光７０２に、面内方向の明るさのムラが存在すると、画像表示部の明るさに面内方向のムラが生じてしまう。導光板７０３を用いることで、面内強度が均一な照射光７０４を画像表示部７０５に照射することができる。導光板７０３としては、表面に凹凸加工を施したアクリル樹脂板などが例示される。該アクリル樹脂板においては、表面の凹凸により光が散乱されるため、面内方向での明るさが均一な光を出射することが出来る。
【００８６】
カラーフィルタ８０６は、照射光７０４のうち、特定の波長の光のみを透過する。カラーフィルタの原料としては、染料や顔料などが例示される。
【００８７】
カラーフィルタの区画の数は、３つ以上であることが好ましい。区画が３つあると、自然に存在する大半の色調を、画像表示部に再現することが可能となるためである。また、３つの区画は、それぞれ、赤色・緑色・青色を透過するカラーフィルタを用いることが好ましい。
【００８８】
図９は、本発明の一実施の形態における画像表示装置に用いられる、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタおよび青色カラーフィルタのそれぞれの透過スペクトルを示すグラフである。縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表す。カラーフィルタとしては、図９のグラフに示される透過スペクトルを有するものに限られず、従来公知の一般的なカラーフィルタを用いることができる。
【００８９】
（３ｂ）画像表示装置の機能
発光装置７０１から発せられた出射光７０２は、導光板７０３を通って、複数の液晶部８００に入射する。液晶部８００では、薄膜トランジスタ８０２により、照射光７０４の透過率を制御した結果、任意の光を出射する。したがって、画像表示部７０５では、それぞれの液晶部８００が任意の光を透過した結果、画像・文字などを表示することができる。
【実施例１】
【００９０】
以下、実施例および比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９１】
＜半導体微粒子蛍光体の発光効率の検討＞
半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、発光効率との関係について検討を行った。
【００９２】
（検討１：エネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃの検討）
半導体結晶コア材料とシェル層材料との組み合わせと、荷電子帯および伝導体のエネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃとの関係について検討を行なった。
【００９３】
半導体結晶コア材料としては、可視光を発光をすることができるという観点から、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料であるＩｎＮおよびＩｎＰ、ならびにＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料であるＣｄＳｅを用いた。シェル層材料としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料であるＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料であるＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体材料である３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣを用いた。
【００９４】
各半導体結晶コア材料と各シェル層材料との組み合わせにおける、エネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃの計算結果を、表１に示す。なお、評価欄には、Ｖｖ＜０かつＶｃ＞０の条件を満たすものをＡと、満たさないものをＢと表記した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
発光効率の観点から、半導体微粒子蛍光体は、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるエネルギーバンド構造を有することが好ましい。すなわち、Ｖｖ＜０かつＶｃ＞０の条件を満たすことが好ましい。
【００９７】
表１より、エネルギー障壁高さの観点から、半導体結晶コア材料／シェル層材料の好ましい組合せは、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＮ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＡｌＡｓ、ＩｎＰ／ＧａＮ、ＩｎＰ／ＧａＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣであることが分かる。
【００９８】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、好ましいエネルギーバンド構造が得られると考えられる。
【００９９】
（検討２：量子準位の検討）
次に、検討１の結果から得られた、好ましい半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せを用いて、量子準位を計算した。なお、本検討では、半導体結晶コアが、６２０ｎｍの赤色発光をした場合の量子準位を求めた。量子準位の計算には、有効質量近似法（ＥＭＡ法）を用いて計算した。結果を表２に示す。なお、評価欄には、Ｅｖ´−Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）＞０（すなわち式（２）Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ））かつＥｃ´−Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）＜０（すなわち式（１）Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ））の条件を満たすものをＡと、満たさないものをＢと表記した。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
表２より、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＰ／ＧａＮ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳの場合は、式（１）を満たさない。したがって、図４（ｂ）に示すように、電子が半導体結晶コアに閉じ込められず、電子の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層全体に広がることが分かった。
【０１０２】
一方、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＮ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／ＧａＰ、ＩｎＰ／ＡｌＡｓの場合は、式（２）を満たさない。したがって、図４（ｃ）に示すように、正孔が半導体結晶コア閉じ込められず、正孔の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層全体に広がることが分かった。
【０１０３】
したがって、図４（ａ）に示すように、電子および正孔を半導体結晶コアに閉じ込めたエネルギーバンド構造を持つ半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せとしては、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣが挙げられる。
【０１０４】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましいエネルギーバンド構造が得られると考えられる。
【０１０５】
（検討３：シェル層膜厚の検討）
検討２の結果を踏まえて、シェル層の膜厚の検討を行なった。トンネル効果による電子や正孔のシェル層への漏れを抑制して発光効率を向上させるには、シェル層の膜厚が重要であると考えられる。
【０１０６】
電子や正孔の漏れを抑制するという観点から、半導体結晶コアからシェル層への電子または正孔のトンネル確率が１％となる場合の、シェル層の膜厚を計算した。結果を表３に示す。なお、評価欄には、シェル層の必要膜厚が１．５ｎｍ以下の場合をＡと、１．５ｎｍを超える場合をＢと表記した。
【０１０７】
【表３】
【０１０８】
半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＭｅＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅの場合は、電子および正孔のトンネル確率を１％以下に抑えるためには、シェル層の膜厚を１．５ｎｍより大きくする必要がある。シェル層の膜厚が１．５ｎｍを超えると、半導体結晶コアとの格子不整合の観点から、実現が難しい。したがって、トンネル確率の観点からは、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣが好ましい。
【０１０９】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましいシェル膜厚が得られると考えられる。
【０１１０】
（検討４：格子不整合率の計算）
検討２の結果を踏まえて、半導体結晶コア材料とシェル層材料の格子不整合率の検討を行なった。半導体結晶コアとシェル層との界面における欠陥を抑制するには、両者の間の格子不整合率が小さいことが好ましい。
【０１１１】
各半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せにおける、材料間の格子不整合率の計算結果を、表４に示す。なお、評価欄には、格子不整合率が１５％以下の場合をＡと、１５％を超える場合をＢと表記した。
【０１１２】
【表４】
【０１１３】
発光効率の観点から、格子不整合率は１５％以下であることが好ましい。したがって、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅが好ましい。
【０１１４】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましい格子不整合率が得られると考えられる。
【０１１５】
（検討５：シェル層膜厚と格子不整合率の計算）
半導体微粒子蛍光体は、トンネル効果による発光効率の損失が十分小さく、かつ半導体結晶コアとシェル層との界面欠陥（格子不整合率）が十分少ないことが好ましい。したがって、検討３及び検討４の結果から、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯが好ましい。
【０１１６】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって、好ましい膜厚および格子不整合率が得られると考えられる。
【０１１７】
＜半導体微粒子蛍光体の合成＞
検討１〜４の結果を踏まえて、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成し、評価を行った。
【０１１８】
以下の実施例において、半導体微粒子蛍光体の結晶構造測定には、株式会社リガク製の粉末Ｘ線回折測定装置Ｕｌｔｉｍａ ＩＶを、半導体微粒子蛍光体の粒子径及び粒子径分布測定には、日本電子株式会社製の透過型電子顕微鏡ＪＥＭ−２１００を用いた。
【０１１９】
（実施例１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例１では、半導体結晶コア材料としてＩｎＮを、シェル層材料としてＧａＮを用いた、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。以下、半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア材料（Ａ）とシェル層材料（Ｂ）の組合せを有する半導体微粒子蛍光体を、「Ａ／Ｂ半導体微粒子蛍光体」と表記する。
【０１２０】
（ＩｎＮ半導体結晶コアの合成）
乾燥窒素雰囲気のグローブボックス内で１−オクタデセン２００ｍＬを秤量した。１−オクタデセン中に、半導体結晶コアのＩＩＩ族金属元素原料である三塩化インジウム２．２ｇ（１０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．２３ｇ（１０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミン４．８ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した後に、２０℃で１０分間攪拌することにより原料溶液Ａを得た。
【０１２１】
次に、原料溶液Ａを窒素雰囲気の圧力容器中で攪拌しながら５時間加熱することにより、原料溶液Ａに含まれる材料を合成させて合成溶液Ｂを得た。そして、合成反応終了後の合成溶液Ｂを室温まで自然放熱して冷却し、乾燥窒素雰囲気中で合成溶液Ｂを回収した。
【０１２２】
前記合成溶液Ｂに対して、貧溶媒の脱水メタノール２００ｍＬを加えることにより半導体微粒子蛍光体を析出させる操作と、４０００ｒｐｍで１０分間遠心分離することにより半導体微粒子蛍光体を沈殿させる操作と、脱水トルエンを加えることにより半導体微粒子蛍光体を再溶解させる操作とを、それぞれ各１０回ずつ繰り返す分級工程を行なうことにより、特定の粒子径の半導体微粒子蛍光体を含む脱水トルエン溶液Ｃを得た。そして、脱水トルエン溶液Ｃの一部を取り出して、脱水トルエン溶媒を蒸発させることにより、固体粉末Ｄを回収した。
【０１２３】
前記固体粉末Ｄの回折ピークを粉末Ｘ線回折により観察したところ、ＩｎＮの位置に回折ピークが見られたことから、固体粉末ＤはＩｎＮ半導体微粒子であることを確認した。さらに、固体粉末Ｄを透過型電子顕微鏡により直接観察し、２０個の粒子径を測定して、それぞれの粒子径の値の平均値から平均粒子径を算出したところ、ＩｎＮ半導体微粒子の平均粒子径は１．６ｎｍであった。なお、該ＩｎＮ半導体微粒子は、半導体結晶コアに該当する。
【０１２４】
（ＧａＮシェル層の合成）
乾燥窒素雰囲気のグローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアからなる固体粉末Ｄと、シェル層のＩＩＩ族金属元素原料である三塩化ガリウム３．５ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．４６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した後に、２０℃で１０分間攪拌することにより原料溶液Ｅを得た。
【０１２５】
次に、原料溶液Ｅを窒素雰囲気の圧力容器中で攪拌しながら３時間加熱することにより、原料溶液Ｅに含まれる材料を合成させて合成溶液Ｆを得た。そして、合成反応終了後の合成溶液Ｆを室温まで自然放熱して冷却し、乾燥窒素雰囲気中で合成溶液Ｆを回収した。前記合成溶媒Ｆに、貧溶媒の脱水メタノールを加えて遠心分離することでＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を沈殿させ、固体粉末Ｇを回収した。前記固体粉末Ｇに脱水トルエンを加えることで、脱水トルエン溶液Ｈを作製した。
【０１２６】
得られたＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体は、フォトルミネッセンス測定を行うことで、発光効率が、２８．６％であることを確認した。また、固体粉末Ｇを透過型電子顕微鏡により直接観察し、２０個の粒子径を測定して、それぞれの粒子径の値の平均値から平均粒子径を算出したところ、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の平均粒子径は４．２ｎｍであった。ＩｎＮ半導体微粒子からなる半導体結晶コアの平均粒子径が１．６ｎｍであることを考慮すると、シェル層の平均膜厚は１．３ｎｍであると考えられる。
【０１２７】
ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の特性を表５にまとめて示す。
【０１２８】
【表５】
【０１２９】
（実施例２：ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例２では、ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例２においては、ＺｎＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３０】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、エタノール２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸亜鉛二水和物４．４ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である水酸化リチウム一水和物１．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを混合した。
【０１３１】
得られたＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（実施例３：ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例３では、ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例３においては、ＡｌＮシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３２】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩＩ族金属元素原料である三塩化アルミニウム２．７ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．４６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
【０１３３】
得られたＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（実施例４：ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例４では、ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例４においては、ＭｇＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３４】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、エタノール２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸マグネシウム四水和物４．３ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、ＶＩ族元素原料である水酸化リチウム一水和物１．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを混合した。
得られたＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
【０１３５】
（実施例５：ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例５では、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例５においては、ＭｇＯシェル部の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３６】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸マグネシウム四水和物４．３ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である硫黄０．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるトリオクチルホスフィン２２．２ｇ（６０．０ｍｍｏｌ）およびヘキサデシルアミン９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
得られたＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
【０１３７】
（比較例１：ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
比較例１では、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。比較例１においては、シェル層を合成しない点以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。
【０１３８】
得られたＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（比較例２：ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の合成）
比較例２では、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。比較例２においては、ＭｇＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３９】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料であるステアリン酸亜鉛１２．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である硫黄０．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるトリオクチルホスフィンを２２．２ｇ（６０．０ｍｍｏｌ）およびヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
【０１４０】
得られたＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と発光効率との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、発光効率に与える影響を検討する。
【０１４１】
表５は、ＩｎＮ半導体結晶コアに、異なる種類のシェル層を合成した、半導体微粒子蛍光体の発光効率を示している。ここで、比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体は、シェル層を有しない比較実施例１のＩｎＮ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が低いことが確認できる。これは、ＺｎＳシェル層を合成すると、電子が半導体結晶コアに閉じ込められ、一方正孔はシェル層に閉じ込められるため、電子と正孔との再結合確率が大幅に減少したためであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、従来公知の半導体結晶コアのエネルギーギャップがシェル層のエネルギーギャップよりも小さいという条件（Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＜Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ））のみでは不十分であり、式（１）および式（２）を満たす必要があることが分かる。
【０１４２】
また、実施例３のＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体、実施例４のＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体、実施例５のＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体は、比較例１のＩｎＮコア粒子蛍光体、比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が高いことが確認できる。これは、シェル層による電子および正孔の閉じ込め効果によるものであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、式（１）および式（２）を満たしており、かつトンネル効果による電子および正孔の損失を抑えるようにシェル層の膜厚を十分厚くすることが、必要であることが分かる。
【０１４３】
また、実施例１のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体、実施例２のＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体は、実施例３のＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体、実施例４のＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体、実施例５のＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が高いことが確認できる。これは、半導体結晶コア材料とシェル層材料との格子不整合率が小さく、半導体結晶コアとシェル層との界面の欠陥による電子および正孔の失活を十分抑制できたためであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、電子および正孔の閉じ込めとともに、半導体結晶コア材料と格子不整合率の小さいシェル層材料を用いる必要があることが分かる。
【０１４４】
（実施例６：シェル層膜厚の異なるＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例６においては、ＧａＮシェル層の原料の量が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。ＧａＮシェル層の原料の量を変えることにより、シェル層膜厚の異なる複数のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。得られた半導体微粒子蛍光体を用いて、シェル層膜厚と発光効率との関係を調べた。結果を図１０に示す。
【０１４５】
＜半導体微粒子蛍光体のシェル層膜厚と発光効率との関係の考察＞
以下に、半導体微粒子蛍光体のシェル層膜厚の変化が、発光効率に与える影響を検討する。
【０１４６】
図１０は、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体のＧａＮシェル部膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。図１０より、シェル層膜厚が１．１ｎｍ〜１．５ｎｍにおいて発光効率は最大となり、それより薄くても厚くても、発光効率は低下する傾向が確認できる。また発光効率が最大値をとるシェル層膜厚は、検討３及び表３で計算した、トンネル効果による電子および正孔の損失を十分低減できるシェル層膜厚の値と近い値を示していることが確認できた。
【０１４７】
図１０において、シェル層膜厚が１．１ｎｍ未満では、シェル層膜厚が厚くなるにつれて発光効率が大きくなる。これは、シェル層が厚くなるにつれて、電子および正孔の閉じ込め効果が強くなり、電子および正孔の損失が低減したためであると考えられる。この値は、表３で求めたシェル層膜厚の理論計算結果と良い一致を示す。一方、シェル層膜厚が１．５ｎｍを超えると、シェル層が厚くなるにつれて、発光効率が低下する傾向が見られる。これは、シェル層が厚くなるにつれて、半導体結晶コアとシェル層との格子不整合により、格子欠陥が発生したためであると考えられる。
【０１４８】
ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体においても、図１０に示すＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の傾向と同様に、表３に示すシェル層必要膜厚以下で発光効率が低下する傾向が確認できた。
【０１４９】
（実施例７〜１５、比較例３〜４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体の合成）
表６に示す合成原料を用いて、実施例１と同様の方法で、実施例７〜１５のＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例３のＩｎＰ半導体微粒子蛍光体および比較例４のＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行った。
【０１５０】
得られた半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造、格子不整合率、発光効率、シェル層平均膜厚を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表６に示す。
【０１５１】
【表６】
【０１５２】
表６の結果から、ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体においても、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体と同様に、図４（ａ）に示すエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が優れていることが確認できた。
【０１５３】
（実施例１６〜２４、比較例５〜６：ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体の合成）
表６に示す合成原料を用いて、実施例１と同様の方法で、実施例１６〜２４のＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例５のＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体および比較例６のＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。
【０１５４】
得られた半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造、格子不整合率、発光効率、シェル層平均膜厚を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表６に示す。
【０１５５】
表６の結果から、ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体においても、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体と同様に、図４（ａ）に示すエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が優れていることが確認できた。
【０１５６】
＜波長変換部材の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体を用いて、波長変換部材を製造し、評価を行った。以下の実施例において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。また、以下実施例においては、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３種類の半導体微粒子蛍光体を混合して用い、波長変換部材を４０５ｎｍの青紫光で励起したときに、色温度が７０００Ｋの白色発光を発するように、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体の混合量を、適宜調整して、製造を行なった。なお、波長変換部材の発光効率の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１５７】
（実施例Ａ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止することにより、図５に示すような、波長変換部材を作製した。
【０１５８】
実施例１の方法を用いて、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この３種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂混合液を、スライドガラス上に塗布し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させた。その後、スライドガラスを除去することにより、実施例Ａ１の波長変換部材を作製した。
【０１５９】
得られた波長変換部材の光学評価を行ったところ、発光効率が１６．３％であることを確認した。
【０１６０】
（実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２では、実施例２〜５のＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例１のＩｎＮ半導体微粒子蛍光体および比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体をシリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２の波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６１】
【表７】
【０１６２】
（実施例Ａ６〜Ａ１４、比較例Ａ３〜Ａ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ６〜Ａ１４では、実施例７〜１５において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例３Ａでは、比較例３のＩｎＰ半導体微粒子蛍光体および比較例４Ａでは、比較例４のＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。これらの波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６３】
（実施例Ａ１５〜Ａ２３、比較例Ａ５〜Ａ６：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ１５〜Ａ２２では、実施例１６〜２３において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例Ａ５では、比較例５のＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体および比較例Ａ６では、比較例６のＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。これらの波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６４】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、波長変換部材の発光効率の関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、波長変換部材の発光効率に与える影響を検討する。
【０１６５】
表７は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、波長変換部材の発光効率を示している。波長変換部材の発光効率は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した波長変換部材においても、発光効率が向上することが確認できる。
【０１６６】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材においても、発光効率の向上を確認できた。
【０１６７】
＜発光装置の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体と、半導体発光ダイオード素子とを組み合わせて発光装置を製造し、評価を行った。発光装置の製造において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。さらに、４５０ｎｍの青色に発光する半導体発光ダイオード素子と、赤色、緑色にそれぞれ発光する半導体微粒子蛍光体を用い、色温度が５０００Ｋの白色発光が得られるように、適宜蛍光体の分量を調整して、発光装置の製造を行なった。
【０１６８】
なお、発光装置の発光効率の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１６９】
（実施例Ｂ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止することにより、図７に示すような、発光装置を作製した。
【０１７０】
最初に、実施例１の方法を用いて、赤色または緑色に発光するＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この２種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂混合液を、発光素子の上に充填し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させ、実施例Ｂ１の発光装置を作製した。
【０１７１】
（実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２では、実施例２〜５、比較例１〜２において合成した、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳのコアシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２の発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１７２】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７３】
【表８】
【０１７４】
（実施例Ｂ６〜Ｂ１４、比較例Ｂ３〜Ｂ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ６〜Ｂ１４、比較例Ｂ３〜Ｂ４では、実施例７〜１５、比較例３〜４において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。これらの発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１７５】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７６】
（実施例Ｂ１５〜Ｂ２３、比較例Ｂ５〜Ｂ６：ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ１５〜Ｂ２３、比較例Ｂ５〜Ｂ６では、実施例１６〜１３、比較例５〜６において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。これらの発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて、発光装置を作製した。
【０１７７】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７８】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、発光装置の発光効率との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、発光装置の発光効率に与える影響を検討する。
【０１７９】
表８は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、発光装置の発光効率を示している。発光装置の発光効率は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した発光装置においても、発光効率が向上することが確認できる。
【０１８０】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置においても、発光効率の向上を確認できた。
【０１８１】
＜画像表示装置の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体を用いて、画像表示装置を製造し、評価を行った。画像表示装置の製造において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。さらに、４５０ｎｍの青色に発光する半導体発光ダイオード素子と、赤色または緑色に発光する半導体微粒子蛍光体を用い、画像表示装置のバックライトとした。また、バックライトの発光色は、カラーフィルタをフルオープンしたときに、色温度が１００００Ｋの白色発光が得られるように、適宜蛍光体の分量を調整して、製造を行なった。
【０１８２】
なお、画像表示装置の画面輝度の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１８３】
（実施例Ｃ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いて、図８に示すような、画像表示装置を作製した。
【０１８４】
最初に、実施例１の方法を用いて、赤色または緑色に発光するＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この２種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂を、発光素子の上に充填し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させ、実施例Ｂ１の発光装置を作製した。
【０１８５】
（実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２では、実施例２〜５、比較例１〜２において合成した、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２の画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて、画像表示装置を作製した。
【０１８６】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ１の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１８７】
【表９】
【０１８８】
（実施例Ｃ６〜Ｃ１４、比較例Ｃ３〜Ｃ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ６〜Ｃ１４、比較例Ｃ３〜Ｃ４では、実施例７〜１５、比較例３〜４において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。これらの画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１８９】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ６の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１９０】
（実施例Ｃ１５〜Ｃ２３、比較例Ｃ５〜Ｃ６：ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ１５〜Ｃ２３、比較例Ｃ５〜Ｃ６では、実施例１６〜２３、比較例５〜６において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。これらの画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１９１】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ１５の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１９２】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、画像表示装置の画面輝度との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造型の半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、画像表示装置の画面輝度に与える影響を検討する。
【０１９３】
表９は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、画像表示装置の画面輝度を示している。画像表示装置の画面輝度は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した画像表示装置においても、画面輝度が向上することが確認できる。
【０１９４】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置においても、画面輝度の向上を確認できた。
【０１９５】
以上のように本発明の実施例について説明を行なったが、上述の実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１９６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明における半導体微粒子蛍光体は、光関連分野の多くの場面で実用化が期待される。具体的には、波長変換部材、半導体発光装置および画像表示装置は、表示用光源、小型電球の代替光源、液晶パネル用バックライト光源、一般照明、装飾照明、発光表示装置、ディスプレイ、プロジェクター等の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【０１９８】
１００，２００，５０１，５０１ｒ，５０１ｇ，５０１ｂ，６０２，６０３ 半導体微粒子蛍光体、１０１，２０１ 半導体結晶コア、１０２，２０２，２０３ シェル層、１０３，２０４ 修飾有機化合物、５００ 波長変換部材、５０２，６０６ 透光性材料、５０３ 入射光、５０４ 放射光、６００ 発光装置、６０１ 半導体発光ダイオード素子、６０５ 枠、６０７ 半導体活性層、６０８ ｐ側電極、６０９ ｎ側電極、６１０ ｎ電極部、６１１ 接着剤、６１２ ｐ電極部、６１３ 金属ワイヤ、７００ 画像表示装置、７０１ 発光装置、７０２ 出射光、７０３ 導光板、７０４ 照射光、７０５ 画像表示部、８００ 液晶部、８０１ａ 下部偏光板、８０１ｂ 上部偏光板、８０２ 薄膜トランジスタ、８０３ａ 透明導電膜、８０３ｂ 上部薄膜電極、８０４ａ 配向膜、８０４ｂ 配向膜、８０５ 液晶層、８０６ カラーフィルタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体微粒子蛍光体、ならびに前記半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで照明分野において、希土類賦活蛍光体が広く用いられてきた。しかし近年、希土類賦活蛍光体に代わり、半導体微粒子蛍光体が注目を集めている。半導体微粒子蛍光体には、希土類賦活蛍光体にはなかった、発光波長を任意に制御できるという特徴がある。このため、半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置は、さまざまな発光スペクトルを実現できる。半導体微粒子蛍光体は、演色性が高く効率のよい発光装置の作製を可能にする技術として期待されている。
【０００３】
半導体微粒子蛍光体の実用化のためには、発光効率の向上が必要不可欠であり、高効率化のために現在検討が進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１（国際公開第２００７／０８６２６７号）には、発光効率の向上のために、発光部である半導体コア粒子の周りが、半導体シェル材料で覆われた、コア／シェル構造の半導体微粒子蛍光体が提案されている。特許文献１では、半導体コア粒子を形成する半導体コア材料より大きなバンドギャップを有する半導体シェル材料を用いることで、発光効率の高い半導体微粒子蛍光体を合成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８６２６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された半導体微粒子蛍光体の高効率化の技術は、半導体シェル材料の条件として、「半導体コア材料よりバンドギャップを大きくすること」のみしか記載されていない。このような条件に基づき合成された半導体微粒子蛍光体は、実用化の観点から、発光効率が十分高くないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記のような現状に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い発光効率を有する半導体微粒子蛍光体、ならびにそれを用いた波長変換部材、発光装置および画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【０００９】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＧａＮからなり、前記シェル層の膜厚が１．１ｎｍ以上である。
【００１０】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＡｌＮからなり、シェル層の膜厚が０．４ｎｍ以上である。
【００１１】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＮからなり、シェル層がＺｎＯ、ＭｇＯおよびＭｇＳよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１２】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＰからなり、シェル層がＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＡｌＰよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１３】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＺｎＳであり、シェル層の膜厚が０．９ｎｍ以上である。
【００１４】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＺｎＳｅであり、シェル層の膜厚が１．３ｎｍ以上である。
【００１５】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層がＡｌＰであり、シェル層の膜厚が３．４ｎｍ以上である。
【００１６】
本発明は、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＩｎＰからなり、シェル層がＡｌＮ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、３Ｃ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１７】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
シェル層がＺｎＳからなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００１８】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、シェル層の厚さが１．０ｎｍ以上である。
【００１９】
本発明は、半導体結晶コアと、半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
シェル層がＡｌＮ、ＡｌＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体である。
【００２０】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアとシェル層との格子不整合率が１５％以下である。
【００２１】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアが、直接遷移型の化合物半導体からなる。
【００２２】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光を発光する。
【００２３】
本発明に係る半導体微粒子蛍光体において好ましくは、半導体結晶コアの平均粒子径が、ボーア半径の２倍以下である。
【００２４】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、透光性部材とを備える、波長変換部材である。
【００２５】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、発光素子とを備える、発光装置である。
【００２６】
本発明に係る発光装置において好ましくは、発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体発光レーザダイオード素子である。
【００２７】
本発明に係る発光装置において好ましくは、半導体微粒子蛍光体を２種類以上含有する。
【００２８】
本発明に係る発光装置において好ましくは、半導体発光素子が青色光を発光し半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する。
【００２９】
本発明は、本発明に係る半導体微粒子蛍光体と、発光素子とを備える、画像表示装置である。
【００３０】
本発明に係る画像表示において好ましくは、半導体微粒子蛍光体を２種類または３種類含有する。
【００３１】
本発明に係る画像表示において好ましくは、発光素子が、半導体発光ダイオード素子、半導体発光レーザダイオード素子、または、有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００３２】
本発明に係る画像表示において好ましくは、半導体発光素子が青色光を発光し、半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、高い発光効率を有する半導体微粒子蛍光体を提供することができる。さらに、前記半導体微粒子蛍光体を用いることで、発光効率に優れた波長変換部材および発光装置、ならびに画面輝度に優れた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態におけるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるコア／マルチシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体微粒子蛍光体を示す模式的断面図、ならびに前記半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造および電子と正孔の存在確率を示す図である。
【図４】特許文献１に記載された半導体微粒子蛍光体を示す模式的な断面図、ならびに前記半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造および電子と正孔の存在確率を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における波長変換部材を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における発光装置を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における画像表示装置を示す模式的な分解斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態における画像表示装置の液晶部を示す模式的な分解斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態における画像表示装置のカラーフィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
【図１０】実施例６のシェル層の膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３６】
＜半導体微粒子蛍光体＞
本発明において、半導体微粒子蛍光体とは、励起光の少なくとも一部を吸収して、励起光とは異なる波長の光を発光する機能を有するものを指す。本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、発光部である半導体結晶コアが、粒子径が数ｎｍ程度の半導体微結晶からなる。このような半導体微結晶は、コロイド粒子、ナノ粒子、または量子ドット等とも呼称される場合がある。以下、本発明における半導体微粒子蛍光体を説明する。
【００３７】
（１）半導体微粒子蛍光体の構造
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆する１層のシェル層とを有するコア／シェル構造を有することができる。さらに、半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆する複数のシェル層とを有するコア／マルチシェル構造を有することもできる。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態におけるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体１００を示す模式的断面図である。半導体微粒子蛍光体１００において、半導体材料からなる半導体結晶コア１０１の表面は、その少なくとも一部がシェル層１０２に覆われている。また、シェル層１０２の表面に、修飾有機化合物１０３が結合していても良い。
【００３９】
図２は、本発明の一実施の形態におけるコア／マルチシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体２００を示す模式的断面図である。半導体微粒子蛍光体２００において、半導体結晶コア２０１を覆うシェル層２０２は、さらに別のシェル層２０３に覆われている。
【００４０】
半導体微粒子蛍光体の構造を調べる方法は、公知のいずれの方法も用いることができる。例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による直接観察によって行うことができる。
【００４１】
（１ａ）半導体結晶コア
本発明の一実施の形態において、半導体結晶コアは、励起光を吸収した際に発生した電子と正孔が再結合する際に発光する機能を有する。従来の希土類賦活蛍光体の発光波長は、該蛍光体を構成する材料に固有の一定の値であった。しかし、半導体微粒子蛍光体においては、発光波長を、半導体結晶コアの粒子径を変化させることにより任意に制御することができる。これは、半導体結晶コアの粒子径をボーア半径の２倍以下まで小さくした場合に、量子閉じ込め効果が生じるためである。ここで、半導体結晶コアの材料の例であるＩｎＰ、ＩｎＮ、ＣｄＳｅのボーア半径は、それぞれ、８．３ｎｍ、７．０ｎｍ、４．９ｎｍである。
【００４２】
（１ｂ）シェル層
本発明の一実施の形態において、シェル層は、半導体結晶コアとは異なる材料で構成され、半導体結晶コアの表面の少なくとも一部を覆っている。また、図２に示すように、半導体微粒子結晶体は、複数のシェル層を有することもできる。
【００４３】
（１ｃ）修飾有機化合物
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、シェル層表面に修飾有機化合物を有することができる。修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体の分散性に影響を与える。さらに、修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体内部への電子の閉じ込め機能、半導体微粒子蛍光体が外界から受ける悪影響からの保護機能、半導体微粒子蛍光体同士の凝集抑制機能などを有する。
【００４４】
修飾有機化合物は、半導体微粒子蛍光体のシェル層表面に、配位または結合する特徴を有する。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸などに代表される脂肪酸類、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリデシルホスフィンなどに代表されるアルキルホスフィン類、トリブチルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシドなどに代表されるアルキルホスフィンオキシド類、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミンなどに代表されるアルキルアミン類、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオールなどに代表されるアルキルチオール類、ならびにピリジンおよびキノリンなど等の窒素含有芳香族化合物類などを用いることが好ましい。
【００４５】
（２）半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造
本発明に係る半導体微粒子蛍光体は、エネルギーバンド構造に特徴を有する。
【００４６】
図３に、本発明の一実施の形態における、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造を示す。図３において、半導体結晶コアの伝導帯下端のエネルギー準位をＥｃ（ｃｏｒｅ）、シェル層の伝導体下端のエネルギー準位をＥｃ（ｓｈｅｌｌ）、半導体結晶コアの価電子帯上端のエネルギー準位をＥｖ（ｃｏｒｅ）、シェル層の荷電子帯のＥｖ（ｓｈｅｌｌ）、半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位をＥｃ´、半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位をＥｖ´と表記している。なお、本明細書において、量子準位Ｅｃ´またはＥｖ´とは、それぞれ室温（２５℃）におけるＥｃ以上またはＥｖ以下に存在する複数の量子準位のうち、もっともＥｃまたはＥｖに近いものを意味する。また、半導体微粒子蛍光体の表面に付着した修飾有機化合物の電子と正孔のエネルギー準位をそれぞれ、ＥHOMO、ＥLUMOと表記している。
【００４７】
図３は、半導体結晶コアのエネルギー準位Ｅｃ（ｃｏｒｅ）およびＥｖ（ｃｏｒｅ）を、シェル層のエネルギー準位Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）で挟み、さらに、シェル層のエネルギー準位Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）を、修飾有機化合物のエネルギー準位ＥHOMOおよびＥLUMOで挟んだエネルギーバンド構造を表している。
【００４８】
また、伝導帯のエネルギー障壁高さＶｃと価電子帯のエネルギー障壁高さＶｖは、それぞれ以下の式（３）および（４）で表される。
Ｖｃ＝Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｃ（ｃｏｒｅ）・・・（３）
Ｖｖ＝Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｖ（ｃｏｒｅ）・・・（４）
また、半導体結晶コアのバンドギャップＥｇ（ｃｏｒｅ）とシェル層のバンドギャップＥｇ（ｓｈｅｌｌ）は、それぞれ以下の式（５）および（６）で表される。
Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＝Ｅｃ（ｃｏｒｅ）−Ｅｖ（ｃｏｒｅ）・・・（５）
Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ）＝Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）−Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）・・・（６）
特許文献１には、発光効率が高い半導体微粒子蛍光体として、Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＜Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ）であるコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体が記載されている。前記の条件を満たす半導体微粒子蛍光体は、図４（ａ）〜（ｇ）に示されるエネルギーバンド構造を有すると考えられる。なお、本明細書において発光効率とは、蛍光体が１つの光子を吸収した際に、どの程度の割合で光子を放出するかを表した指標である。実際の測定においては、「発光光子数／吸収光子数」で計算される。このような発光効率は、内部量子効率（ＩＱＥ）と呼ばれることもある。
【００４９】
本発明者は、半導体微粒子蛍光体が図４（ａ）に示されるエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が非常に大きく向上することを見出した。図４（ａ）に示されるエネルギーバンド構造は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を同時に満たし、Ｖｃ、Ｖｖの絶対値が両方とも十分大きい。さらに電子の量子準位Ｅｃ´、正孔の量子準位Ｅｖ´が、上記式（１）および式（２）を同時に満たしている。図４（ａ）のエネルギーバンド構造を有する半導体微粒子蛍光体の発光効率が高い理由としては、電子および正孔の再結合確率が高くなること、および欠陥準位を介する非発光遷移が抑制されたことが考えられる。以下に、電子および正孔の再結合確率、ならびに欠陥準位を介する非発光遷移の抑制について説明する。
【００５０】
（２ａ）電子および正孔の再結合確率
図４に示される各エネルギーバンド構造における電子および正孔の分布状態を、図４の電子の存在確率および正孔の存在確率の欄に示す。
【００５１】
図４（ａ）は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たす、半導体微粒子蛍光体を表している。該半導体微粒子蛍光体においては、伝導体のエネルギー障壁高さ（Ｖｃ）および荷電子帯のエネルギー障壁高さ（Ｖｖ）の絶対値が大きいため、電子および正孔はシェル層によって閉じ込められ、半導体結晶コアに局在する。
【００５２】
一方、図４（ｂ）の半導体微粒子蛍光体は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たすが、伝導体のエネルギー障壁高さ（Ｖｃ）の絶対値が十分に大きくないため、電子がシェル層に漏れてしまい、電子の存在確率は半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう。
【００５３】
同様に、図４（ｃ）の半導体微粒子蛍光体は、Ｖｃ＞０、Ｖｖ＜０を満たし、かつ上記式（１）および式（２）を満たすが、荷電子帯のエネルギー障壁高さ（Ｖｖ）の絶対値が十分に大きくないため、正孔がシェル層に漏れてしまい、正孔の存在確率は半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう。
【００５４】
なお、図４（ｄ）および（ｅ）に示されるようにＶｃ＞０、Ｖｖ＞０の場合や、図（ｆ）および（ｇ）に示されるようにＶｃ＜０、Ｖｖ＜０の場合は、電子または正孔の存在確立がシェル層に局在したり（図４（ｅ）、（ｇ））、半導体結晶コアおよびシェル層全体に大きく広がってしまう（図４（ｄ）、（ｆ））。
【００５５】
したがって、電子および正孔の存在確率を、半導体結晶コアに局在させるためには、図４（ａ）のエネルギーバンド構造を有する必要があることが分かる。
【００５６】
電子および正孔が半導体結晶コアに局在している場合、電子と正孔との再結合確率が高くなり、その結果発光しやすくなる。一方、電子または正孔の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層に広がる場合（図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ））や、電子または正孔がシェル層に局在し、電子と正孔が空間的に分離する場合（図４（ｅ）、（ｇ））は、電子と正孔との再結合が起こりにくくなり、発光効率は低下してしまう。
【００５７】
（２ｂ）欠陥準位を介する非発光遷移の抑制
半導体結晶の表面には、多数のダングリングボンドによる欠陥準位が存在する。これらの欠陥準位は、電子や正孔を捕獲して非発光遷移を引き起こす。したがって、欠陥準位を介する電子と正孔との再結合は、半導体微粒子蛍光体の発光効率を下げてしまう。コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体では、半導体結晶コアの表面をシェル層で覆うことにより、半導体結晶コア表面の欠陥準位を不活性化している。
【００５８】
図４（ｂ）〜（ｇ）の半導体微粒子蛍光体では、電子および正孔の少なくともいずれかが、シェル層に浸透してシェル層表面まで到達している。この場合、シェル層表面まで到達した電子や正孔は、欠陥準位により捕獲されてしまう。その結果として、半導体微粒子蛍光体の発光効率が低下する。
【００５９】
一方、図４（ａ）の半導体微粒子蛍光体は、電子および正孔が半導体結晶コアに閉じ込められているため、欠陥準位を介する非発光遷移がほとんど生じない。したがって、半導体微粒子蛍光体の発光効率の低下もほとんど生じない。
【００６０】
（３）発光効率を向上させるための条件
本発明の半導体微粒子蛍光体の発光効率をさらに向上させるための方法として、エネルギー障壁高さの大きいシェル層を用い、かつ該シェル層の膜厚を厚くすること、および半導体結晶コアとシェル層との格子不整合を小さくすること、が考えられる。以下に、シェル層のエネルギー障壁高さと膜厚、および半導体結晶コアとシェル層との格子不整合について説明する。
【００６１】
（３ａ）シェル層のエネルギー障壁高さと膜厚
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、伝導体のエネルギー障壁Ｖｃおよび荷電子帯のエネルギー障壁高さＶｖの絶対値が大きいため、電子および正孔はシェル層によって閉じ込められ、半導体結晶コアに局在している。しかし、この場合においても、トンネル効果により、電子や正孔がシェル層に漏れ、シェル層表面まで到達する現象が起こりえる。シェル層表面まで到達した電子や正孔は、欠陥準位やその他の要因により失活してしまう。結果として、半導体微粒子蛍光体の発光効率が低下する。したがって、トンネル効果により、電子や正孔がシェル層に漏れる確率（トンネル確率）を低くすることが、半導体微粒子蛍光体の発光効率を向上させる観点から好ましい。
【００６２】
トンネル確率を低下させる方法としては、（１）伝導帯のエネルギー障壁高さＶｃおよび荷電子帯のエネルギー障壁高さＶｖの絶対値を大きくすることのできるシェル層材料を用いること、（２）シェル層の膜厚を厚くすること、が挙げられる。
【００６３】
発光効率を高めるためには、電子および正孔のトンネル確率を、１％以下に抑えることが好ましい。
【００６４】
シェル層の膜厚の下限値は、電子および正孔のトンネル確率を１％以下に抑えることのできる膜厚であることが、発光効率の観点から好ましい。なお、膜厚の上限値は特に制限されないが、半導体結晶コアとの格子不整合を考慮して設定すると、発光効率をさらに向上させることができるため、より好ましい。この場合、シェル層の膜厚は、半導体結晶コア材料とシェル層材料との間の格子不整合率により異なるが、一般的には１．５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
好ましいシェル層の膜厚は、半導体結晶コア材料とシェル層材料との組合せによって異なる。コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体において、シェル層の好ましい膜厚は、ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．４〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体では１．１〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ半導体微粒子蛍光体では１．３〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＡｌＰ半導体微粒子蛍光体では３．４ｎｍ、ＩｎＰ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．５〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．８〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．２ｎｍ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では２．１ｎｍ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体では１．０〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体では０．６〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ半導体微粒子蛍光体では１．８ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体では６．４ｎｍ、ＣｅＳｅ／ＺｎＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．６ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体では０．９〜１．５ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体では２．８ｎｍ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ半導体微粒子蛍光体では２．４ｎｍ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体では１．４〜１．５ｎｍである。
【００６６】
（３ｂ）半導体結晶コアとシェル層との格子不整合
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア表面のダングリングボンドは、シェル層のダングリングボンドと結合することにより不活性化している。半導体結晶コアの材料とシェル層の材料との格子定数が同じ場合は、両方の材料は格子整合するため、半導体結晶コア表面のダングリングボンドは、全て、シェル層のダングリングボンドと結合する。しかし実際には、異なる材料が、同じ格子定数を有することはほとんどない。したがって、半導体結晶コア材料とシェル層材料とでは異なる格子定数を有する材料を使用することになる。この場合、半導体結晶コアとシェル層との界面では、結合できず余ったダングリングボンドが発生する。このダングリングボンドは欠陥準位を形成し、非発光遷移に寄与する。したがって、発光効率を高めるためには、半導体結晶コア材料およびシェル層材料として、両者の間の格子不整合率が小さい材料を用いることが好ましい。具体的には、該格子不整合率が１５％以下の材料を用いることが好ましい。
【００６７】
（４）半導体微粒子蛍光体の発光効率を向上させるためのその他の方法
本発明の一実施の形態において、半導体微粒子蛍光体は、半導体結晶コア材料に、直接遷移型の半導体材料を用いることが好ましい。直接遷移型の半導体材料を用いると、間接遷移型の半導体材料を用いた場合よりも、発光効率の高い半導体微粒子蛍光体を実現できる。直接遷移型の半導体材料としては、たとえばＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、およびこれら半導体材料の混晶などが挙げられる。
【００６８】
半導体結晶コア材料は、微粒子にした場合に可視光波長領域の光を発光する半導体材料を用いることが好ましい。蛍光体として用いる場合、可視光で発光すると、照度の点で優れた特性を示すためである。微粒子にした場合に可視光波長領域の光を発光する半導体材料としては、たとえば、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、およびこれら半導体材料の混晶などが挙げられる。
【００６９】
半導体微粒子蛍光体の材料は、有害性・環境負荷の低い材料であることが好ましい。
シェル層は、半導体結晶コアが外界から受ける悪影響を保護するための保護機能も有していることが好ましい。具体的には、シェル層材料は、水及び酸素を透過しにくい特性を有していると良い。該シェル層を有する半導体微粒子蛍光体は、発光効率が高く製品寿命が長い点で優れている。
【００７０】
半導体微粒子蛍光体が修飾有機化合物を有していると、半導体微粒子の液体や固体への分散性を制御することができる。さらに修飾有機化合物は、半導体結晶コアへの電子の閉じ込め機能、半導体微粒子が外界から受ける悪影響からの保護機能、半導体微粒子同士の凝集抑制機能などを有することができる。
【００７１】
＜半導体微粒子蛍光体を用いたデバイス＞
本発明に係る半導体微粒子蛍光体は、優れた発光効率を示す。したがって、該半体微粒子蛍光体を用いると、発光効率などの光学特性に優れたデバイスを実現できる。具体的には、図５に示す波長変換部材、図６に示す発光装置、および図７に示す画像表示装置が例示される。
【００７２】
（１）波長変換部材
（１ａ）波長変換部材の構造
本発明の一実施の形態における波長変換部材を、図５を用いて説明する。図５は、本発明の一実施の形態における波長変換部材５００を示す模式的な断面図である。波長変換部材５００において、赤色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、緑色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｇ、青色発光半導体微粒子蛍光体５０１ｂは透光性材料５０２中に分散している。
【００７３】
波長変換部材５００が含有する半導体微粒子蛍光体５０１の種類は、１種類以上であることが好ましい。波長変換部材を色純度の高い単色で発光させる場合は、半導体微粒子蛍光体５０１は、発光半値幅の狭い１種類の半導体微粒子蛍光体を用いることが好ましい。半導体微粒子蛍光体５０１の種類が多くなると、発光の演色性が向上する一方で、発光効率が低下してしまう問題がある。したがって、半導体微粒子蛍光体５０１の種類は、発光効率の観点から、４種類以下であることが好ましい。
【００７４】
透光性材料５０２には、光源および半導体微粒子蛍光体の発光を吸収しない材料を用いる。さらに、水分及び酸素を透過しない材料を用いることが好ましい。この場合、透光性材料により半導体微粒子蛍光体が水分や酸素により受ける影響を抑制することができるため、該透光性材料を用いた発光装置および画像表示装置は、耐久性が向上する。好ましい透光性材料の材料としては、たとえばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂などの透光性樹脂や、酸化アルミニウム、酸化ケイ素（ガラス）、イットリアなどの透光性無機材料などを例示することができる。
【００７５】
（１ｂ）波長変換部材の機能
本発明の一実施の形態における波長変換部材の機能を、図５を用いて説明する。波長変換部材５００は、入射光５０３の少なくとも一部を吸収し、入射光とは異なる波長の放射光５０４を放射する。
【００７６】
図５において、波長変換部材５００に、入射光５０３が入射している。入射光５０３の一部は、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂのシェル層に吸収される。光を吸収した半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂは、半導体結晶コアから吸収光とは異なる波長の蛍光を発する。一方、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂに吸収されなかった入射光５０３は、そのまま波長変換部材を透過する。したがって、波長変換部材が放射する放射光５０４は、半導体微粒子蛍光体５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂの発する蛍光と、透過光を混合した光となる。
【００７７】
（２）発光装置
（２ａ）発光装置の構造
本発明の一実施の形態における発光装置を、図６を用いて説明する。図６は、本発明の一実施の形態における発光装置６００を示す模式的な断面図である。
【００７８】
発光装置６００は、半導体発光ダイオード素子６０１と半導体微粒子蛍光体６０２，６０３とを組み合わせた構造を有する。発光素子６０１は、プリント配線基板６１４側から、ｎ側電極６０９、半導体活性層６０７、ｐ側電極６０８が前記の順で積層されてなる。ｎ側電極６０９は、導電性を有する接着剤６１１を介して、プリント配線基板６１４の上面から背面にかけて設けられたｎ電極部６１０と電気的に接続されている。一方、ｐ側電極６０８は、プリント配線基板６１４の前記ｎ電極部とは異なる位置の上面から背面にかけて設けられたｐ電極部６１２と金属ワイヤ６１３を介して電気的に接続されている。枠６０５の内側には、複数の半導体微粒子蛍光体６０２、６０３が分散された透光性材料６０６が充填されている。該透光性材料６０６により半導体発光素子６０１が封止されている。
【００７９】
（２ｂ）発光装置の機能
半導体発光ダイオード素子６０１からの発光の少なくとも一部は、半導体微粒子蛍光体６０２、６０３のシェル層により吸収される。光を吸収した半導体微粒子蛍光体６０２、６０３は、半導体結晶コアから吸収光とは異なる波長の光を発する。その結果発光装置６００は、半導体発光ダイオード素子６０１からの光のうち、半導体微粒子蛍光体に吸収されなかった透過光と、半導体微粒子蛍光体６０２、６０３の発する蛍光とが混合した光を発する。
【００８０】
（２ｃ）発光素子
図６においては、発光素子の一例として、半導体発光ダイオード素子を挙げたが、半導体発光レーザダイオード素子や有機エレクトロルミネッセンス素子など、他の発光素子を用いても、同様の発光装置を作製できる。
【００８１】
（３）画像表示装置
（３ａ）画像表示装置の構造
本発明の一実施の形態における画像表示装置を、図７および図８を用いて説明する。図７は、本発明の一実施の形態における画像装置７００を示す模式的な分解斜視図である。図８は、画像装置７００の液晶部８００を示す模式的な分解斜視図である。
【００８２】
画像表示装置７００において、透明または半透明の導光板７０３の側面に、光源として複数個（図７では１６個）の発光装置７０１が配置され、導光板７０３の上面に隣接して、複数の液晶部８００から構成された画像表示部７０５が設けられている。発光装置７０１からの出射光７０２は、導光板７０３を通過し、照射光７０４として画像表示部７０５の全面に照射される。画像表示装置７００では、光源として、白色光を呈する発光装置７０１を用い、各画素の表示には液晶部８００内のカラーフィルタ８０６を用い、各画素のＯＮ／ＯＦＦには、液晶部８００内の薄膜トランジスタ８０２を用いている。
【００８３】
液晶部８００は、下部偏光板８０１ａ、薄膜トランジスタ８０２を有する透明導電膜８０３ａ、配向膜８０４ａ、液晶層８０５、配向膜８０４ｂ、上部薄膜電極８０３ｂ、カラーフィルタ８０６、上部偏光板８０１ｂが前記の順に積層されてなる。カラーフィルタ８０６は、複数の種類（図８では３種類）のカラーフィルタ８０６ｒ、８０６ｇ、８０６ｂから構成されており、各カラーフィルタは特定の波長領域の光のみを透過させる。また、カラーフィルタ８０６の各区画は、透明導電膜８０３ａに対応する大きさに分割されている。液晶部８００では、薄膜トランジスタ８０２により、下部偏光板８０１ａから上部偏光板８０１ｂへの光の透過を制御することで、ＯＮ／ＯＦＦ表示をすることができる。該構造を有する液晶部は、波長変換部と呼ばれることもある。
【００８４】
本発明の画像表示装置は、上記に示す構造に限定されるものではなく、従来公知の一般的な構造を採用することができる。
【００８５】
導光板７０３は、光源である発光装置７０１が画像表示部７０５へ照射する光７０２の面内方向の明るさのムラを緩和する。光源からの出射光７０２に、面内方向の明るさのムラが存在すると、画像表示部の明るさに面内方向のムラが生じてしまう。導光板７０３を用いることで、面内強度が均一な照射光７０４を画像表示部７０５に照射することができる。導光板７０３としては、表面に凹凸加工を施したアクリル樹脂板などが例示される。該アクリル樹脂板においては、表面の凹凸により光が散乱されるため、面内方向での明るさが均一な光を出射することが出来る。
【００８６】
カラーフィルタ８０６は、照射光７０４のうち、特定の波長の光のみを透過する。カラーフィルタの原料としては、染料や顔料などが例示される。
【００８７】
カラーフィルタの区画の数は、３つ以上であることが好ましい。区画が３つあると、自然に存在する大半の色調を、画像表示部に再現することが可能となるためである。また、３つの区画は、それぞれ、赤色・緑色・青色を透過するカラーフィルタを用いることが好ましい。
【００８８】
図９は、本発明の一実施の形態における画像表示装置に用いられる、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタおよび青色カラーフィルタのそれぞれの透過スペクトルを示すグラフである。縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表す。カラーフィルタとしては、図９のグラフに示される透過スペクトルを有するものに限られず、従来公知の一般的なカラーフィルタを用いることができる。
【００８９】
（３ｂ）画像表示装置の機能
発光装置７０１から発せられた出射光７０２は、導光板７０３を通って、複数の液晶部８００に入射する。液晶部８００では、薄膜トランジスタ８０２により、照射光７０４の透過率を制御した結果、任意の光を出射する。したがって、画像表示部７０５では、それぞれの液晶部８００が任意の光を透過した結果、画像・文字などを表示することができる。
【実施例１】
【００９０】
以下、実施例および比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９１】
＜半導体微粒子蛍光体の発光効率の検討＞
半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、発光効率との関係について検討を行った。
【００９２】
（検討１：エネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃの検討）
半導体結晶コア材料とシェル層材料との組み合わせと、荷電子帯および伝導体のエネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃとの関係について検討を行なった。
【００９３】
半導体結晶コア材料としては、可視光を発光をすることができるという観点から、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料であるＩｎＮおよびＩｎＰ、ならびにＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料であるＣｄＳｅを用いた。シェル層材料としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料であるＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料であるＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体材料である３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣを用いた。
【００９４】
各半導体結晶コア材料と各シェル層材料との組み合わせにおける、エネルギー障壁高さＶｖ、Ｖｃの計算結果を、表１に示す。なお、評価欄には、Ｖｖ＜０かつＶｃ＞０の条件を満たすものをＡと、満たさないものをＢと表記した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
発光効率の観点から、半導体微粒子蛍光体は、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるエネルギーバンド構造を有することが好ましい。すなわち、Ｖｖ＜０かつＶｃ＞０の条件を満たすことが好ましい。
【００９７】
表１より、エネルギー障壁高さの観点から、半導体結晶コア材料／シェル層材料の好ましい組合せは、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＮ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＡｌＡｓ、ＩｎＰ／ＧａＮ、ＩｎＰ／ＧａＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣであることが分かる。
【００９８】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、好ましいエネルギーバンド構造が得られると考えられる。
【００９９】
（検討２：量子準位の検討）
次に、検討１の結果から得られた、好ましい半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せを用いて、量子準位を計算した。なお、本検討では、半導体結晶コアが、６２０ｎｍの赤色発光をした場合の量子準位を求めた。量子準位の計算には、有効質量近似法（ＥＭＡ法）を用いて計算した。結果を表２に示す。なお、評価欄には、Ｅｖ´−Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）＞０（すなわち式（２）Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ））かつＥｃ´−Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）＜０（すなわち式（１）Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ））の条件を満たすものをＡと、満たさないものをＢと表記した。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
表２より、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＰ／ＧａＮ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳの場合は、式（１）を満たさない。したがって、図４（ｂ）に示すように、電子が半導体結晶コアに閉じ込められず、電子の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層全体に広がることが分かった。
【０１０２】
一方、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＮ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／ＧａＰ、ＩｎＰ／ＡｌＡｓの場合は、式（２）を満たさない。したがって、図４（ｃ）に示すように、正孔が半導体結晶コア閉じ込められず、正孔の存在確率が半導体結晶コアおよびシェル層全体に広がることが分かった。
【０１０３】
したがって、図４（ａ）に示すように、電子および正孔を半導体結晶コアに閉じ込めたエネルギーバンド構造を持つ半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せとしては、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣが挙げられる。
【０１０４】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましいエネルギーバンド構造が得られると考えられる。
【０１０５】
（検討３：シェル層膜厚の検討）
検討２の結果を踏まえて、シェル層の膜厚の検討を行なった。トンネル効果による電子や正孔のシェル層への漏れを抑制して発光効率を向上させるには、シェル層の膜厚が重要であると考えられる。
【０１０６】
電子や正孔の漏れを抑制するという観点から、半導体結晶コアからシェル層への電子または正孔のトンネル確率が１％となる場合の、シェル層の膜厚を計算した。結果を表３に示す。なお、評価欄には、シェル層の必要膜厚が１．５ｎｍ以下の場合をＡと、１．５ｎｍを超える場合をＢと表記した。
【０１０７】
【表３】
【０１０８】
半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せが、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＭｅＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅの場合は、電子および正孔のトンネル確率を１％以下に抑えるためには、シェル層の膜厚を１．５ｎｍより大きくする必要がある。シェル層の膜厚が１．５ｎｍを超えると、半導体結晶コアとの格子不整合の観点から、実現が難しい。したがって、トンネル確率の観点からは、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣが好ましい。
【０１０９】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましいシェル膜厚が得られると考えられる。
【０１１０】
（検討４：格子不整合率の計算）
検討２の結果を踏まえて、半導体結晶コア材料とシェル層材料の格子不整合率の検討を行なった。半導体結晶コアとシェル層との界面における欠陥を抑制するには、両者の間の格子不整合率が小さいことが好ましい。
【０１１１】
各半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せにおける、材料間の格子不整合率の計算結果を、表４に示す。なお、評価欄には、格子不整合率が１５％以下の場合をＡと、１５％を超える場合をＢと表記した。
【０１１２】
【表４】
【０１１３】
発光効率の観点から、格子不整合率は１５％以下であることが好ましい。したがって、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅが好ましい。
【０１１４】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって好ましい格子不整合率が得られると考えられる。
【０１１５】
（検討５：シェル層膜厚と格子不整合率の計算）
半導体微粒子蛍光体は、トンネル効果による発光効率の損失が十分小さく、かつ半導体結晶コアとシェル層との界面欠陥（格子不整合率）が十分少ないことが好ましい。したがって、検討３及び検討４の結果から、半導体結晶コア材料／シェル層材料の組合せは、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯが好ましい。
【０１１６】
なお、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅと類似の性質を有するＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＺｎＣｄＳｅなどを半導体結晶コアに用いた場合においても、シェル層材料を適宜選択することによって、好ましい膜厚および格子不整合率が得られると考えられる。
【０１１７】
＜半導体微粒子蛍光体の合成＞
検討１〜４の結果を踏まえて、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成し、評価を行った。
【０１１８】
以下の実施例において、半導体微粒子蛍光体の結晶構造測定には、株式会社リガク製の粉末Ｘ線回折測定装置Ｕｌｔｉｍａ ＩＶを、半導体微粒子蛍光体の粒子径及び粒子径分布測定には、日本電子株式会社製の透過型電子顕微鏡ＪＥＭ−２１００を用いた。
【０１１９】
（実施例１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例１では、半導体結晶コア材料としてＩｎＮを、シェル層材料としてＧａＮを用いた、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。以下、半導体微粒子蛍光体の半導体結晶コア材料（Ａ）とシェル層材料（Ｂ）の組合せを有する半導体微粒子蛍光体を、「Ａ／Ｂ半導体微粒子蛍光体」と表記する。
【０１２０】
（ＩｎＮ半導体結晶コアの合成）
乾燥窒素雰囲気のグローブボックス内で１−オクタデセン２００ｍＬを秤量した。１−オクタデセン中に、半導体結晶コアのＩＩＩ族金属元素原料である三塩化インジウム２．２ｇ（１０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．２３ｇ（１０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミン４．８ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した後に、２０℃で１０分間攪拌することにより原料溶液Ａを得た。
【０１２１】
次に、原料溶液Ａを窒素雰囲気の圧力容器中で攪拌しながら５時間加熱することにより、原料溶液Ａに含まれる材料を合成させて合成溶液Ｂを得た。そして、合成反応終了後の合成溶液Ｂを室温まで自然放熱して冷却し、乾燥窒素雰囲気中で合成溶液Ｂを回収した。
【０１２２】
前記合成溶液Ｂに対して、貧溶媒の脱水メタノール２００ｍＬを加えることにより半導体微粒子蛍光体を析出させる操作と、４０００ｒｐｍで１０分間遠心分離することにより半導体微粒子蛍光体を沈殿させる操作と、脱水トルエンを加えることにより半導体微粒子蛍光体を再溶解させる操作とを、それぞれ各１０回ずつ繰り返す分級工程を行なうことにより、特定の粒子径の半導体微粒子蛍光体を含む脱水トルエン溶液Ｃを得た。そして、脱水トルエン溶液Ｃの一部を取り出して、脱水トルエン溶媒を蒸発させることにより、固体粉末Ｄを回収した。
【０１２３】
前記固体粉末Ｄの回折ピークを粉末Ｘ線回折により観察したところ、ＩｎＮの位置に回折ピークが見られたことから、固体粉末ＤはＩｎＮ半導体微粒子であることを確認した。さらに、固体粉末Ｄを透過型電子顕微鏡により直接観察し、２０個の粒子径を測定して、それぞれの粒子径の値の平均値から平均粒子径を算出したところ、ＩｎＮ半導体微粒子の平均粒子径は１．６ｎｍであった。なお、該ＩｎＮ半導体微粒子は、半導体結晶コアに該当する。
【０１２４】
（ＧａＮシェル層の合成）
乾燥窒素雰囲気のグローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアからなる固体粉末Ｄと、シェル層のＩＩＩ族金属元素原料である三塩化ガリウム３．５ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．４６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した後に、２０℃で１０分間攪拌することにより原料溶液Ｅを得た。
【０１２５】
次に、原料溶液Ｅを窒素雰囲気の圧力容器中で攪拌しながら３時間加熱することにより、原料溶液Ｅに含まれる材料を合成させて合成溶液Ｆを得た。そして、合成反応終了後の合成溶液Ｆを室温まで自然放熱して冷却し、乾燥窒素雰囲気中で合成溶液Ｆを回収した。前記合成溶媒Ｆに、貧溶媒の脱水メタノールを加えて遠心分離することでＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を沈殿させ、固体粉末Ｇを回収した。前記固体粉末Ｇに脱水トルエンを加えることで、脱水トルエン溶液Ｈを作製した。
【０１２６】
得られたＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体は、フォトルミネッセンス測定を行うことで、発光効率が、２８．６％であることを確認した。また、固体粉末Ｇを透過型電子顕微鏡により直接観察し、２０個の粒子径を測定して、それぞれの粒子径の値の平均値から平均粒子径を算出したところ、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の平均粒子径は４．２ｎｍであった。ＩｎＮ半導体微粒子からなる半導体結晶コアの平均粒子径が１．６ｎｍであることを考慮すると、シェル層の平均膜厚は１．３ｎｍであると考えられる。
【０１２７】
ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の特性を表５にまとめて示す。
【０１２８】
【表５】
【０１２９】
（実施例２：ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例２では、ＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例２においては、ＺｎＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３０】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、エタノール２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸亜鉛二水和物４．４ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である水酸化リチウム一水和物１．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを混合した。
【０１３１】
得られたＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（実施例３：ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例３では、ＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例３においては、ＡｌＮシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３２】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩＩ族金属元素原料である三塩化アルミニウム２．７ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶ族元素原料であるリチウムアミド０．４６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
【０１３３】
得られたＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（実施例４：ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例４では、ＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例４においては、ＭｇＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３４】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、エタノール２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸マグネシウム四水和物４．３ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、ＶＩ族元素原料である水酸化リチウム一水和物１．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを混合した。
得られたＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
【０１３５】
（実施例５：ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例５では、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。実施例５においては、ＭｇＯシェル部の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３６】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料である酢酸マグネシウム四水和物４．３ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である硫黄０．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるトリオクチルホスフィン２２．２ｇ（６０．０ｍｍｏｌ）およびヘキサデシルアミン９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
得られたＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
【０１３７】
（比較例１：ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
比較例１では、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。比較例１においては、シェル層を合成しない点以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。
【０１３８】
得られたＩｎＮ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
（比較例２：ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の合成）
比較例２では、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。比較例２においては、ＭｇＯシェル層の原料が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。
【０１３９】
すなわち、実施例１と同様の方法を用いて、ＩｎＮ半導体結晶コアを合成した。その後、グローブボックス内で、１−オクタデセン２００ｍＬ中に、ＩｎＮ半導体結晶コアと、シェル層のＩＩ族金属元素原料であるステアリン酸亜鉛１２．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）およびＶＩ族元素原料である硫黄０．６ｇ（２０．０ｍｍｏｌ）と、修飾有機化合物であるトリオクチルホスフィンを２２．２ｇ（６０．０ｍｍｏｌ）およびヘキサデシルアミンを９．７ｇ（４０．０ｍｍｏｌ）とを加えて混合した。
【０１４０】
得られたＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体の特性を、表５に示す。
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と発光効率との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、発光効率に与える影響を検討する。
【０１４１】
表５は、ＩｎＮ半導体結晶コアに、異なる種類のシェル層を合成した、半導体微粒子蛍光体の発光効率を示している。ここで、比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体は、シェル層を有しない比較実施例１のＩｎＮ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が低いことが確認できる。これは、ＺｎＳシェル層を合成すると、電子が半導体結晶コアに閉じ込められ、一方正孔はシェル層に閉じ込められるため、電子と正孔との再結合確率が大幅に減少したためであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、従来公知の半導体結晶コアのエネルギーギャップがシェル層のエネルギーギャップよりも小さいという条件（Ｅｇ（ｃｏｒｅ）＜Ｅｇ（ｓｈｅｌｌ））のみでは不十分であり、式（１）および式（２）を満たす必要があることが分かる。
【０１４２】
また、実施例３のＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体、実施例４のＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体、実施例５のＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体は、比較例１のＩｎＮコア粒子蛍光体、比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が高いことが確認できる。これは、シェル層による電子および正孔の閉じ込め効果によるものであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、式（１）および式（２）を満たしており、かつトンネル効果による電子および正孔の損失を抑えるようにシェル層の膜厚を十分厚くすることが、必要であることが分かる。
【０１４３】
また、実施例１のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体、実施例２のＩｎＮ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体は、実施例３のＩｎＮ／ＡｌＮ半導体微粒子蛍光体、実施例４のＩｎＮ／ＭｇＯ半導体微粒子蛍光体、実施例５のＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体より、発光効率が高いことが確認できる。これは、半導体結晶コア材料とシェル層材料との格子不整合率が小さく、半導体結晶コアとシェル層との界面の欠陥による電子および正孔の失活を十分抑制できたためであると考えられる。このことから、発光効率の高いコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体を合成するには、電子および正孔の閉じ込めとともに、半導体結晶コア材料と格子不整合率の小さいシェル層材料を用いる必要があることが分かる。
【０１４４】
（実施例６：シェル層膜厚の異なるＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成）
実施例６においては、ＧａＮシェル層の原料の量が異なる以外は、実施例１と同様の方法を用いて、合成を行なった。ＧａＮシェル層の原料の量を変えることにより、シェル層膜厚の異なる複数のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。得られた半導体微粒子蛍光体を用いて、シェル層膜厚と発光効率との関係を調べた。結果を図１０に示す。
【０１４５】
＜半導体微粒子蛍光体のシェル層膜厚と発光効率との関係の考察＞
以下に、半導体微粒子蛍光体のシェル層膜厚の変化が、発光効率に与える影響を検討する。
【０１４６】
図１０は、ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体のＧａＮシェル部膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。図１０より、シェル層膜厚が１．１ｎｍ〜１．５ｎｍにおいて発光効率は最大となり、それより薄くても厚くても、発光効率は低下する傾向が確認できる。また発光効率が最大値をとるシェル層膜厚は、検討３及び表３で計算した、トンネル効果による電子および正孔の損失を十分低減できるシェル層膜厚の値と近い値を示していることが確認できた。
【０１４７】
図１０において、シェル層膜厚が１．１ｎｍ未満では、シェル層膜厚が厚くなるにつれて発光効率が大きくなる。これは、シェル層が厚くなるにつれて、電子および正孔の閉じ込め効果が強くなり、電子および正孔の損失が低減したためであると考えられる。この値は、表３で求めたシェル層膜厚の理論計算結果と良い一致を示す。一方、シェル層膜厚が１．５ｎｍを超えると、シェル層が厚くなるにつれて、発光効率が低下する傾向が見られる。これは、シェル層が厚くなるにつれて、半導体結晶コアとシェル層との格子不整合により、格子欠陥が発生したためであると考えられる。
【０１４８】
ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体においても、図１０に示すＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体の傾向と同様に、表３に示すシェル層必要膜厚以下で発光効率が低下する傾向が確認できた。
【０１４９】
（実施例７〜１５、比較例３〜４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体の合成）
表６に示す合成原料を用いて、実施例１と同様の方法で、実施例７〜１５のＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例３のＩｎＰ半導体微粒子蛍光体および比較例４のＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体の合成を行った。
【０１５０】
得られた半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造、格子不整合率、発光効率、シェル層平均膜厚を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表６に示す。
【０１５１】
【表６】
【０１５２】
表６の結果から、ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体においても、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体と同様に、図４（ａ）に示すエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が優れていることが確認できた。
【０１５３】
（実施例１６〜２４、比較例５〜６：ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体の合成）
表６に示す合成原料を用いて、実施例１と同様の方法で、実施例１６〜２４のＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例５のＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体および比較例６のＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体の合成を行なった。
【０１５４】
得られた半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造、格子不整合率、発光効率、シェル層平均膜厚を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表６に示す。
【０１５５】
表６の結果から、ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体においても、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体と同様に、図４（ａ）に示すエネルギーバンド構造を有する場合に、発光効率が優れていることが確認できた。
【０１５６】
＜波長変換部材の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体を用いて、波長変換部材を製造し、評価を行った。以下の実施例において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。また、以下実施例においては、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３種類の半導体微粒子蛍光体を混合して用い、波長変換部材を４０５ｎｍの青紫光で励起したときに、色温度が７０００Ｋの白色発光を発するように、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体の混合量を、適宜調整して、製造を行なった。なお、波長変換部材の発光効率の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１５７】
（実施例Ａ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止することにより、図５に示すような、波長変換部材を作製した。
【０１５８】
実施例１の方法を用いて、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この３種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂混合液を、スライドガラス上に塗布し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させた。その後、スライドガラスを除去することにより、実施例Ａ１の波長変換部材を作製した。
【０１５９】
得られた波長変換部材の光学評価を行ったところ、発光効率が１６．３％であることを確認した。
【０１６０】
（実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２では、実施例２〜５のＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例１のＩｎＮ半導体微粒子蛍光体および比較例２のＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体をシリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。実施例Ａ２〜Ａ５、比較例Ａ１〜Ａ２の波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６１】
【表７】
【０１６２】
（実施例Ａ６〜Ａ１４、比較例Ａ３〜Ａ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ６〜Ａ１４では、実施例７〜１５において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例３Ａでは、比較例３のＩｎＰ半導体微粒子蛍光体および比較例４Ａでは、比較例４のＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。これらの波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６３】
（実施例Ａ１５〜Ａ２３、比較例Ａ５〜Ａ６：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材）
実施例Ａ１５〜Ａ２２では、実施例１６〜２３において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、比較例Ａ５では、比較例５のＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体および比較例Ａ６では、比較例６のＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止した、波長変換部材を作製した。これらの波長変換部材は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ａ１と同様の方法を用いて作製した。得られた波長変換部材の特性を、表７に示す。
【０１６４】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、波長変換部材の発光効率の関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、波長変換部材の発光効率に与える影響を検討する。
【０１６５】
表７は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、波長変換部材の発光効率を示している。波長変換部材の発光効率は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した波長変換部材においても、発光効率が向上することが確認できる。
【０１６６】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた波長変換部材においても、発光効率の向上を確認できた。
【０１６７】
＜発光装置の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体と、半導体発光ダイオード素子とを組み合わせて発光装置を製造し、評価を行った。発光装置の製造において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。さらに、４５０ｎｍの青色に発光する半導体発光ダイオード素子と、赤色、緑色にそれぞれ発光する半導体微粒子蛍光体を用い、色温度が５０００Ｋの白色発光が得られるように、適宜蛍光体の分量を調整して、発光装置の製造を行なった。
【０１６８】
なお、発光装置の発光効率の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１６９】
（実施例Ｂ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂に封止することにより、図７に示すような、発光装置を作製した。
【０１７０】
最初に、実施例１の方法を用いて、赤色または緑色に発光するＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この２種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂混合液を、発光素子の上に充填し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させ、実施例Ｂ１の発光装置を作製した。
【０１７１】
（実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２では、実施例２〜５、比較例１〜２において合成した、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳのコアシェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。実施例Ｂ２〜Ｂ５、比較例Ｂ１〜Ｂ２の発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１７２】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７３】
【表８】
【０１７４】
（実施例Ｂ６〜Ｂ１４、比較例Ｂ３〜Ｂ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ６〜Ｂ１４、比較例Ｂ３〜Ｂ４では、実施例７〜１５、比較例３〜４において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。これらの発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１７５】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７６】
（実施例Ｂ１５〜Ｂ２３、比較例Ｂ５〜Ｂ６：ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置）
実施例Ｂ１５〜Ｂ２３、比較例Ｂ５〜Ｂ６では、実施例１６〜１３、比較例５〜６において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を用いた、発光装置を作製した。これらの発光装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｂ１と同様の方法を用いて、発光装置を作製した。
【０１７７】
得られた発光装置の発光効率を、実施例Ｂ１の発光装置の発光効率を基準として確認した。結果を、表８に示す。
【０１７８】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、発光装置の発光効率との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、発光装置の発光効率に与える影響を検討する。
【０１７９】
表８は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、発光装置の発光効率を示している。発光装置の発光効率は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した発光装置においても、発光効率が向上することが確認できる。
【０１８０】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた発光装置においても、発光効率の向上を確認できた。
【０１８１】
＜画像表示装置の製造＞
実施例１〜５、７〜２４、比較例１〜６において合成した半導体微粒子蛍光体を用いて、画像表示装置を製造し、評価を行った。画像表示装置の製造において、シリコーン樹脂には、信越化学工業株式会社製のシリコーン樹脂ＳＣＲ−１０１５を用いた。さらに、４５０ｎｍの青色に発光する半導体発光ダイオード素子と、赤色または緑色に発光する半導体微粒子蛍光体を用い、画像表示装置のバックライトとした。また、バックライトの発光色は、カラーフィルタをフルオープンしたときに、色温度が１００００Ｋの白色発光が得られるように、適宜蛍光体の分量を調整して、製造を行なった。
【０１８２】
なお、画像表示装置の画面輝度の測定には、大塚電子株式会社製の発光測定システムＭＣＰＤ−７０００を用いた。
【０１８３】
（実施例Ｃ１：ＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ１では、実施例１で合成したＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を用いて、図８に示すような、画像表示装置を作製した。
【０１８４】
最初に、実施例１の方法を用いて、赤色または緑色に発光するＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を合成した。この２種類のＩｎＮ／ＧａＮ半導体微粒子蛍光体を、シリコーン樹脂Ａ液約５００ｍｇと混合した。その後、シリコーン樹脂Ｂ液約５００ｍｇと混合した。得られたシリコーン樹脂を、発光素子の上に充填し、８０℃で１時間、１５０℃で５時間加熱硬化させ、実施例Ｂ１の発光装置を作製した。
【０１８５】
（実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２：各種半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２では、実施例２〜５、比較例１〜２において合成した、ＩｎＮ／ＺｎＯ、ＩｎＮ／ＡｌＮ、ＩｎＮ／ＭｇＯ、ＩｎＮ／ＭｇＳ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＮ／ＺｎＳ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。実施例Ｃ２〜Ｃ５、比較例Ｃ１〜Ｃ２の画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて、画像表示装置を作製した。
【０１８６】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ１の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１８７】
【表９】
【０１８８】
（実施例Ｃ６〜Ｃ１４、比較例Ｃ３〜Ｃ４：ＩｎＰ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ６〜Ｃ１４、比較例Ｃ３〜Ｃ４では、実施例７〜１５、比較例３〜４において合成した、ＩｎＰ／ＡｌＮ、ＩｎＰ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＭｇＯ、ＩｎＰ／ＭｇＳ、ＩｎＰ／ＭｇＳｅ、ＩｎＰ／３Ｃ−ＳｉＣ、ＩｎＰ／６Ｈ−ＳｉＣのコア／シェル構造を有する半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ半導体微粒子蛍光体、ＩｎＰ／ＺｎＯ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。これらの画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１８９】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ６の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１９０】
（実施例Ｃ１５〜Ｃ２３、比較例Ｃ５〜Ｃ６：ＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置）
実施例Ｃ１５〜Ｃ２３、比較例Ｃ５〜Ｃ６では、実施例１６〜２３、比較例５〜６において合成した、ＣｄＳｅ／ＡｌＮ、ＣｄＳｅ／ＡｌＰ、ＣｄＳｅ／ＧａＮ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＭｇＯ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳ、ＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ、ＣｄＳｅ／６Ｈ−ＳｉＣ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ半導体微粒子蛍光体、ＣｄＳｅ／ＧａＰ半導体微粒子蛍光体を用いた、画像表示装置を作製した。これらの画像表示装置は、半導体微粒子蛍光体の種類以外は、実施例Ｃ１と同様の方法を用いて作製した。
【０１９１】
得られた画像表示装置の画面輝度を、実施例Ｃ１５の画像表示装置の画面輝度を基準として確認した。結果を表９に示す。
【０１９２】
＜半導体微粒子蛍光体のコア／シェル構造と、画像表示装置の画面輝度との関係の考察＞
以下に、コア／シェル構造型の半導体微粒子蛍光体のエネルギーバンド構造が、画像表示装置の画面輝度に与える影響を検討する。
【０１９３】
表９は、各種半導体微粒子蛍光体を用いて製造した、画像表示装置の画面輝度を示している。画像表示装置の画面輝度は、表５に示す半導体微粒子蛍光体の発光効率と、同様の傾向が見られる。したがって、本発明の半導体微粒子蛍光体を用いて製造した画像表示装置においても、画面輝度が向上することが確認できる。
【０１９４】
なお、ＩｎＮ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体のみでなく、ＩｎＰ半導体結晶コアやＣｄＳｅ半導体結晶コアを有する半導体微粒子蛍光体を用いた画像表示装置においても、画面輝度の向上を確認できた。
【０１９５】
以上のように本発明の実施例について説明を行なったが、上述の実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１９６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明における半導体微粒子蛍光体は、光関連分野の多くの場面で実用化が期待される。具体的には、波長変換部材、半導体発光装置および画像表示装置は、表示用光源、小型電球の代替光源、液晶パネル用バックライト光源、一般照明、装飾照明、発光表示装置、ディスプレイ、プロジェクター等の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【０１９８】
１００，２００，５０１，５０１ｒ，５０１ｇ，５０１ｂ，６０２，６０３ 半導体微粒子蛍光体、１０１，２０１ 半導体結晶コア、１０２，２０２，２０３ シェル層、１０３，２０４ 修飾有機化合物、５００ 波長変換部材、５０２，６０６ 透光性材料、５０３ 入射光、５０４ 放射光、６００ 発光装置、６０１ 半導体発光ダイオード素子、６０５ 枠、６０７ 半導体活性層、６０８ ｐ側電極、６０９ ｎ側電極、６１０ ｎ電極部、６１１ 接着剤、６１２ ｐ電極部、６１３ 金属ワイヤ、７００ 画像表示装置、７０１ 発光装置、７０２ 出射光、７０３ 導光板、７０４ 照射光、７０５ 画像表示部、８００ 液晶部、８０１ａ 下部偏光板、８０１ｂ 上部偏光板、８０２ 薄膜トランジスタ、８０３ａ 透明導電膜、８０３ｂ 上部薄膜電極、８０４ａ 配向膜、８０４ｂ 配向膜、８０５ 液晶層、８０６ カラーフィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＮからなり、
前記シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項２】
前記シェル層がＧａＮからなり、前記シェル層の膜厚が１．１ｎｍ以上である、請求項１に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項３】
前記シェル層がＡｌＮからなり、前記シェル層の膜厚が０．４ｎｍ以上である、請求項１に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項４】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＮからなり、
前記シェル層がＺｎＯ、ＭｇＯおよびＭｇＳよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項５】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＰからなり、
前記シェル層がＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＡｌＰよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項６】
前記シェル層がＺｎＳであり、前記シェル層の膜厚が０．９ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項７】
前記シェル層がＺｎＳｅであり、前記シェル層の膜厚が１．３ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項８】
前記シェル層がＡｌＰであり、前記シェル層の膜厚が３．４ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項９】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＰからなり、
前記シェル層がＡｌＮ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、３Ｃ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１０】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
前記シェル層がＺｎＳからなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１１】
前記シェル層の厚さが１．０ｎｍ以上である、請求項１０に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１２】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
前記シェル層がＡｌＮ、ＡｌＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１３】
前記半導体結晶コアとシェル層との格子不整合率が１５％以下である、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１４】
前記半導体結晶コアが、直接遷移型の化合物半導体からなる、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１５】
３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光を発光する、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１６】
前記半導体結晶コアの平均粒子径が、ボーア半径の２倍以下である、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
透光性部材とを備える、波長変換部材。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
発光素子とを備える、発光装置。
【請求項１９】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体発光レーザダイオード素子である、請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２０】
前記半導体微粒子蛍光体を２種類以上含有する、請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２１】
前記半導体発光素子が青色光を発光し、
前記半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する、請求項２０に記載の発光装置。
【請求項２２】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
発光素子とを備える、画像表示装置。
【請求項２３】
前記半導体微粒子蛍光体を２種類または３種類含有する、請求項２２に記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子、半導体発光レーザダイオード素子、または、有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項２２に記載の画像表示装置。
【請求項２５】
前記半導体発光素子が青色光を発光し、
前記半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する、請求項２２に記載の画像表示装置。
【請求項１】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＮからなり、
前記シェル層がＧａＮおよびＡｌＮの少なくともいずれかの化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項２】
前記シェル層がＧａＮからなり、前記シェル層の膜厚が１．１ｎｍ以上である、請求項１に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項３】
前記シェル層がＡｌＮからなり、前記シェル層の膜厚が０．４ｎｍ以上である、請求項１に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項４】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＮからなり、
前記シェル層がＺｎＯ、ＭｇＯおよびＭｇＳよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項５】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＰからなり、
前記シェル層がＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＡｌＰよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項６】
前記シェル層がＺｎＳであり、前記シェル層の膜厚が０．９ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項７】
前記シェル層がＺｎＳｅであり、前記シェル層の膜厚が１．３ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項８】
前記シェル層がＡｌＰであり、前記シェル層の膜厚が３．４ｎｍ以上である、請求項５に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項９】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＩｎＰからなり、
前記シェル層がＡｌＮ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、３Ｃ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１０】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
前記シェル層がＺｎＳからなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１１】
前記シェル層の厚さが１．０ｎｍ以上である、請求項１０に記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１２】
半導体結晶コアと、該半導体結晶コアを被覆するシェル層とを有する半導体微粒子蛍光体であって、下記一般式（１）および一般式（２）を満たし、
Ｅｃ´＜Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ） （１）
Ｅｖ´＞Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ） （２）
（式中、Ｅｃ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の伝導帯下端のエネルギー準位を示し、Ｅｖ（ｓｈｅｌｌ）はシェル層の価電子帯上端のエネルギー準位を示し、Ｅｃ´は半導体微粒子蛍光体の内部への電子の閉じ込め効果により形成される量子準位を示し、Ｅｖ´は半導体微粒子蛍光体の内部への正孔の閉じ込め効果により形成される量子準位を示す。）
前記半導体結晶コアがＣｄＳｅからなり、
前記シェル層がＡｌＮ、ＡｌＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＭｇＯ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅおよび６Ｈ−ＳｉＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物半導体からなる、半導体微粒子蛍光体。
【請求項１３】
前記半導体結晶コアとシェル層との格子不整合率が１５％以下である、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１４】
前記半導体結晶コアが、直接遷移型の化合物半導体からなる、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１５】
３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光を発光する、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１６】
前記半導体結晶コアの平均粒子径が、ボーア半径の２倍以下である、請求項１、４、５、９、１０および１２のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
透光性部材とを備える、波長変換部材。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
発光素子とを備える、発光装置。
【請求項１９】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体発光レーザダイオード素子である、請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２０】
前記半導体微粒子蛍光体を２種類以上含有する、請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２１】
前記半導体発光素子が青色光を発光し、
前記半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する、請求項２０に記載の発光装置。
【請求項２２】
請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体微粒子蛍光体と、
発光素子とを備える、画像表示装置。
【請求項２３】
前記半導体微粒子蛍光体を２種類または３種類含有する、請求項２２に記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子、半導体発光レーザダイオード素子、または、有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項２２に記載の画像表示装置。
【請求項２５】
前記半導体発光素子が青色光を発光し、
前記半導体微粒子蛍光体が、少なくとも緑色発光半導体微粒子蛍光体および赤色発光半導体微粒子蛍光体を含有する、請求項２２に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２５２１１７（Ｐ２０１１−２５２１１７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８１０７（Ｐ２０１０−１２８１０７）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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