蛍光体ナノ粒子配合物
光変換に用いるための、半導体シード化ナノ粒子材料および非量子閉じ込め蛍光体粒子材料を備える物質の配合物、及びそのような配合物を備える光変換層である。様々な実施形態において、球状のコア／シェルシードナノ粒子（ＳＮＰ）またはナノロッドシードナノ粒子（ＲＳＮＰ）が、蛍光体材料と結合して、緑及び赤の両方の波長領域の蛍光体発光の再吸収及びＳＮＰ発光の再吸収が共に小さい物質の配合物を提供する。ある実施形態において、ＳＮＰまたはＲＳＮＰは、蛍光体粒子と混合される前に、第一のホスト材料内に封止される。様々な実施形態において、ＳＮＰ／ＲＳＮＰ−蛍光体混合物または封止されたＳＮＰ／ＲＳＮＰ−蛍光体混合物は、ホストマトリックスに組み込まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年１月２８日に出願された「蛍光体ナノ粒子配合物」と題する特許文献１及び２０１０年１月２８日に出願された「所定の色を発する光源」と題する特許文献２の優先権を主張するものであり、そのどちらも、本明細書において参照によってその全体が組み込まれている。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して光変換材料を含む発光デバイス、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える発光デバイスに用いられる光変換材料に関し、変換材料は、光変換及び光調整のための半導体ナノ粒子及び希土類元素に基づく蛍光体配合物を含む。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤは、高いエネルギー効率及び長い寿命に関して、白熱灯や蛍光灯に対して優れた利点を提供する。ＬＥＤは、ディスプレイ、自動車、看板の照明、家庭内の照明及び街路灯を含む様々な応用分野へ応用可能である。ＬＥＤは、製造に用いられる無機半導体複合物に依存して、様々なスペクトル領域の単色光を発することができる。しかしながら、「白色」光は、照明産業の非常に大きな部分に要求されるが、従来のＬＥＤを用いて作り出すことができない。白色光を作り出す現在の解決方法は、様々な色（例えば、赤、緑及び青、または「ＲＧＢ」）の３つまたはそれ以上のＬＥＤを使用すること、またはＬＥＤの紫外光（ＵＶ）または青色発光から、幅広い白色スペクトルの発光を生成する蛍光体材料（例えば、セリウムＹＡＧ）の色変換層を使用することを含む。しかしながら、そのような白色光は、ほとんど常に理想的ではなく、多くの場合、改善及び修正を必要としうる望ましくない、または不快な特性を有する。
【０００４】
ディスプレイ用途としては、狭い半値幅のスペクトル発光を有する３つまたはそれ以上の基本色を有することが重要であり、そのような発光はＬＥＤ（半値幅が典型的には３０ｎｍよりも小さい）で得られた。このことにより、大きな色域をカバーすることができる。「色域」とは、通常、３色の混色によって得ることができる色度の範囲として定義される。３つまたはそれ以上の異なるＬＥＤを使用するという解決方法は、高価であり、ある応用分野に対しては複雑である。それゆえ、１種類のＬＥＤで大きな色域のカバーを提供する光源を有することが望ましい。
【０００５】
ＬＥＤを利用して幅広いスペクトルの光源を提供する１つの方法は、ＬＥＤの光を幅広いスペクトルにおいてより長い波長を有する光に変換する蛍光体を利用することである。例えば、緑の波長の幅広い範囲に渡る光を発する蛍光体は、狭い青のスペクトルを生成するＬＥＤからの青で照らされることができる。そこで、蛍光体によって生成された緑色光は、白色光源の成分として用いられる。いくつかの蛍光体を配合することにより、原理的に、光変換効率が顕著に高い蛍光体が提供されて、幅広いスペクトルの白色光源を実現することができる。さらなる詳細は、非特許文献１に記載されている。
【０００６】
不運なことに、照明の設計者は、そこから選択すべき蛍光体の任意のセットを持ち合わせていない。顕著な光変換効率を有する希土類元素を含む従来の蛍光体は数が限られている。これらの蛍光体の発光スペクトルは、容易に変更することができない。さらに、波長の関数として、発光が一定でないという点で、スペクトルは理想的ではない。従って、いくつかの蛍光体を配合することによってさえも、最適な白色光源は得られない。
【０００７】
参照によってその全体が本明細書に組み込まれている特許文献３、４及び５は、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ：ＱＤ）及び非量子蛍光体材料の両方を利用し、デバイスの光源から発せられた元の光の少なくともある程度をより長い波長の光に変換し、出力光の色特性を変化させる、出力光を発光するデバイスおよび方法を開示している。ＱＤは高いＱＹを有し、大きさによって調整可能な中心発光波長（ｃｅｎｔｒａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：ＣＷＬ）を有する狭い発光スペクトルを有する。ＱＤ及び蛍光体の両方を配合することで、光の品質を向上させることができる。ＱＤの追加は、改善を提供することができるが、高い自己吸収によって損なわれる。つまり、ＱＤの追加は、励起されたときに発せられる光を吸収する。このことによって、光変換としての全エネルギー効率が低下する。さらに、そして最も重要なことに、ＱＤはまた、蛍光体の発光も再吸収し、エネルギー効率を低下させ、また、色比率の計画が非常に難しいような出力スペクトルを偏移させる。
【０００８】
さらには、ある応用分野においては、近接して詰め込まれたＱＤのクラスタが好適である。近接して詰め込まれたＱＤクラスタは、非特許文献２によれば、蛍光共鳴エネルギー移送（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＦＲＥＴ）として知られる現象を示す。ＦＲＥＴは、近接して位置し、より長い波長を発光するアクセプタＱＤに比べてより短い（例えば、より青い）波長を発光するドナーＱＤの間で発生する。ドナー発光遷移双極子モーメントとアクセプタ吸収遷移双極子モーメントとの間に、双極子―双極子相互作用が存在する。ＦＲＥＴ過程の効率は、ドナーの吸収の、アクセプタの発光に対するスペクトルの重畳に依存する。量子ドット間のＦＲＥＴ距離は、典型的には１０ｎｍまたはそれよりも小さい。ＦＲＥＴ過程の効率は、距離に対して非常に敏感である。ＦＲＥＴは、色の変化（赤の偏移）及び光変換の効率における損失につながる。従って、光変換材料におけるＱＤのクラスタ化を防ぐための試みがこれまでなされてきた。
【０００９】
コア／シェルナノ粒子（ＮＰ）が知られている。これらは、ある種類の材料の「コア」が他の材料の「シェル」によって覆われたヘテロ構造によって特徴づけられた個々のナノ粒子である。ある場合において、シェルは、「シード」として提供されるコア上に成長し、「シード成長」ＮＰまたはＳＮＰとして知られるコア／シェルＮＰとなる。「シード」または「コア」という語句は、ヘテロ構造に含まれる最も内側の半導体材料を示している。図１は、既知のコア／シェル粒子の概略図を示している。図１Ａは、ほぼ球体のシェルが対称的に配置され、類似した球状のコアを覆うＱＤを示している。図１Ｂは、細長いシェル内に非対称的に配置されたコアを有する棒状の（「ナノロッド」）ＳＮＰ（ＲＳＮＰ）を示している。ナノロッドという語句は、棒状の形状を有するナノ結晶、つまり、結晶の第１軸（「長さ」）に沿い、他の２軸に沿っては非常に小さい寸法を保ったまま成長し延長されることにより形成されたナノ結晶を示す。ナノロッドは、非常に小さな（典型的には１０ｎｍよりも小さい）直径及び６ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲を有しうる長さを有する。
【００１０】
典型的には、コアは、ほぼ球状の形状を有する。しかしながら、疑似ピラミッド、立方８面体、及びその他のような様々な形状のコアを用いることができる。典型的なコアの直径は、約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲にある。図１Ｃは、ほぼ球形のシェルが対称的に配置されほぼ球形のコアを覆う、ＱＤを示している。粒子全体の直径はｄ２であり、コアの直径ｄ１よりもずっと大きい。ｄ１と比較したｄ２の大きさの程度は、コア／シェルＮＰの光学吸収に影響を及ぼす。
【００１１】
知られているように、ＳＮＰは、より高い量子収率（ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ：ＱＹ）及びより良い耐久性のようなより優れた光学的な特性及び化学的な特性を提供することができる追加的な外部シェルを含みうる。配合物は、応用分野によって要求されるような発色を提供するように調整されうる。ＲＳＮＰの場合には、第一のシェルの長さは、概して１０ｎｍから２００ｎｍの間の範囲でよく、特に１５ｎｍから１６０ｎｍの間の範囲にあることができる。他の２つの次元（棒形状の半径方向の軸）における第一のシェルの厚さは、１ｎｍから１０ｎｍの範囲でありうる。追加的なシェルの厚さは、概して０．３ｎｍから２０ｎｍの間の範囲でありえ、特に０．５ｎｍから１０ｎｍの間の範囲でありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許仮出願公開第６１／２９９０１８号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願公開第６１／２９９０１２号明細書
【特許文献３】米国特許第７１０２１５２号明細書
【特許文献４】米国特許第７４９５３８３号明細書
【特許文献５】米国特許第７３１８６５１号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｚ．Ｌｉｕら著、“Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ｂａｓｅｄ ｗｈｉｔｅ ＬＥＤ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ”，Ｘｉａｏｂｉｎｇ Ｆｒｏｎｔ．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｃｈｉｎａ ２００９，２（２）：１１９−１４０
【非特許文献２】Ｊｏｓｅｐｈ Ｒ．Ｌａｋｏｗｉｃｚ，“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”，２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ／Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９９，ｐｐ．３６７−４４３
【非特許文献３】Ｌ．Ｃａｒｂｏｎｅ ｅｔ ａｌ，“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ−Ｓｃａｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ Ｎａｎｏｒｏｄｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａ Ｓｅｅｄｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ Ａｐｐｒｏａｃｈ” Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００７，７（１０），ｐｐ２９４２−２９５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
既知の従来のＱＤ蛍光体配合物を含む、上述した既知の光変換材料の多数の欠陥の観点から、ナノ粒子蛍光体配合物及びそのような欠陥によって悪影響を受けないような配合物を含む材料の成分が必要とされ、好適である。特に、小さくてナノ粒子による蛍光体の発光の再吸収を無視でき、ナノ粒子の自己吸収が小さく、そのため高い変換効率及び究極的な色域制御につながるナノ粒子蛍光体配合物を有することが必要とされ、好適である。加えて、このような配合は変換材料内のクラスタ化及び高充填化によるＦＲＥＴを無視できるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態は、少なくとも一つの蛍光体種を少なくとも一つの半導体ナノ粒子種、具体的にはＳＮＰまたはＲＳＮＰと配合させる材料または材料の成分（配合物または混合物とも称される）を開示する。本明細書で用いられるように、「蛍光体―ＳＮＰ配合物」、「蛍光体―ＲＳＮＰ配合物」、「蛍光体―ＳＮＰ混合物」または「蛍光体―ＲＳＮＰ混合物」は、少なくとも一つの型（「種」）の蛍光体と少なくとも一つのＳＮＰまたはＲＳＮＰ種を少なくとも一つ配合したどのような配合物も意味する。結果的に得られる材料は、自己保持する、マトリックスに組み込まれまたは配合される、及び／またはリガンドのような追加的な材料を含む、バルク材料、粉体材料、厚いまたは薄い膜材料であってもよい。本明細書で用いられるように、「蛍光体」という語句は、微粒子形状の蛍光体材料であって、通常Ｃｅ、Ｅｕ、Ｅｒのようなまたはその他の希土類元素の原子またはイオン種である発光中心を有するものを指す。一般的な蛍光体の例は、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体を含む。本発明の配合物に用いることができる蛍光体粒子は、量子閉じ込め効果を示さない。非量子閉じ込め蛍光体粒子は、シリカによって覆われたまたは覆われていない蛍光体粒子でありうる。
【００１６】
発明者は、一般にＳＮＰ、特にＲＳＮＰが、照明の応用分野において、蛍光体と配合するのに非常によりよい選択に貢献する優れた光学特性を有することを発見した。具体的に、発明者は、本発明の蛍光体―ＳＮＰ及び蛍光体ＲＳＮＰ配合物を用いることにより、ＳＮＰによる蛍光体発光の再吸収効果、及びＳＮＰによるＳＮＰ発光の自己吸収効果が小さく、制御された色及び高効率につながることを発見した。加えて、蛍光体―ＳＮＰクラスタ及び高充填を含む配合物において、ＦＲＥＴ及びその望ましくない結果が抑制される。ＲＳＮＰは、フォトルミネセンス（ＰＬ）自己吸収が非常に低く、また蛍光発光の吸収も小さく、そのため、特に光学的に緻密な層において、よりエネルギー効率が良い。本発明の蛍光体―ＳＮＰ及び蛍光体ＲＳＮＰ配合物は、低い自己吸収及び再吸収を有する。
【００１７】
ある実施形態において、ＳＮＰ／ＲＳＮＰ材料は、蛍光体に対して０．１から１０重量％のＳＮＰまたはＲＳＮＰの混合物を形成する、上に挙げたような蛍光体材料と配合される。この混合物は、さらに、ホスト材料、典型的にはシリコーンに挿入され、応用分野の好適な光学特性に従って封止材に対して変換材料が重量で５から５０％混合されることができる。ある実施形態において、蛍光体―ＳＮＰまたは蛍光体―ＲＳＮＰ配合物を備える層は、光源の発光スペクトルを変調するのに用いられる。ある実施形態において、光源はＬＥＤである。
【００１８】
ある実施形態において、ＳＮＰ−蛍光体混合物は、少なくとも一つの蛍光体層及び少なくとも一つのＳＮＰまたはＲＳＮＰ層を備える層状構造が含まれうる。さまざまなＳＮＰ及びＲＳＮＰ光変換層が、同一の発明者による、「所定の色の発光を有する発光デバイス」と題する、本発明と同時に出願された同時係属ＰＣＴ特許出願中に開示されており、この同時係属ＰＣＴ特許出願は、本出願と同一の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。蛍光体層は、単一の蛍光体種（「型」）またはいくつかの蛍光体種の混合物を含みうる。代替的に、蛍光体層は、複数の副層を含むことができ、それぞれの副層が異なる蛍光体種を含みうる。蛍光体層は、蛍光体粒子の大きさによって限定される最小の厚さを有しうる。ＳＮＰ／ＲＳＮＰ層は、単一の型のＳＮＰまたはＲＳＮＰ、いくつかのＳＮＰまたはＲＳＮＰ種の混合物、またはそれぞれの副層が異なるＳＮＰまたはＲＳＮＰ種を含む複数の副層を含みうる。ある実施形態において、積層構造は、交互に配置された蛍光体及びＲＳＮＰの層を備えうる。ＲＳＮＰ層（蛍光体を含まない）の厚さは、５００μｍよりも小さく、より好適には５０μｍよりも小さく、あるいは、緻密に充填された層では、１μｍよりも小さく、０．２μｍよりも小さいものでさえもありうる。混合された蛍光体―ＳＮＰ層の厚さは、数ｍｍから数十μｍ、またはさらに数μｍの範囲とすることができ、主に、蛍光体粒子の大きさ及び必要な光学特性によって制約される。
【００１９】
ＬＥＤの発光の変調を含む実施形態において、単一の層または積層構造は、ＬＥＤ上に形成されることができる。代替的に、単一層又は積層構造は、ＬＥＤ上に直接配置された、または空気、真空、または充填材料によってＬＥＤから間隔を空けられた、離隔された別個の層または積層構造でありうる。充填材料（例えば、シリコーンまたはエポキシ）は、熱絶縁及び／または光学散乱層としての役割を果たしうる。
【００２０】
ＬＥＤ発光スペクトルの変調は、幅広いスペクトルの色の出力光、例えば、高い演色性（ｃｏｌｏｕｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ：ＣＲＩ）及び好適な相関色温度（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｌｏｕｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＣＣＴ）を有する「白色」光を作り出すことができる、照明の目的のためでありうる。幅広いスペクトルの色の出力光は、ＬＥＤによって生成された元の光のいくつかを、より長い波長の光に変換することによって作り出される。赤色に強さまたは強度を追加することは、ＣＣＴがより低い（例えば、２７００から３５００Ｋ）「より暖かい」光を得るために重要である。しかし、青から緑への遷移におけるようなスペクトルの「平滑な」特定領域もまた、ＣＲＩを改善しうる。ＬＥＤ発光の変調はまた、光学ディスプレイの目的のためにも用いられうる。発明された光変換材料はまた、特定の光を必要とする農業分野への応用や、照明の他の領域の応用分野にも用いられうる。
【００２１】
本発明の態様、実施形態及び特徴は、後述する本発明の詳細な説明から、添付する図面と共に考慮されて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）コアＱＤ／シェルＱＤである既知のコア／シェル粒子の概略図であり、（Ｂ）ＲＳＮＰである既知のコア／シェル粒子の概略図であり、（Ｃ）ＳＮＰである既知のコア／シェル粒子の概略図である。
【図２】棒状のＲＳＮＰと球状のＱＤ材料の間の、６００ｎｍの付近における光学吸収と発光の比較を示す。
【図３】後述する方法に従って準備され、それぞれの場合に異なる全体寸法及びほぼ類似した発光スペクトルを有する赤色発光するＲＳＮＰ（ＣｄＳｅ／ＣｄＳ）を備える、３種類のＲＳＮＰ層の規格化された吸収曲線を示す。
【図４】（Ａ）適合するホストＡに挿入されたＲＳＮＰのミクロン及びサブミクロンビーズを概略的に示し、（Ｂ）ホストＢ、例示的にはシリコーンに、蛍光体粒子と共に配合されて埋め込まれた、図４Ａのビーズを概略的に示す。
【図５】（Ａ）本発明の実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える単一層によって作り出され、（Ｂ）本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、二つの離隔された層によって作り出され、第一の層が蛍光体粒子を備え、第二の層が蛍光体―ＳＮＰ配合物を備え、（Ｃ）本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、ＬＥＤ素子上に直接堆積されたＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物によって作り出される。
【図６】（Ａ）４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積され、例１に記載されたように準備された層によって提供された、光学スペクトルを示し、（Ｂ）図６Ａに示されたスペクトルのＣＩＥ座標を示すＣＩＥ１９３１図を示す。
【図７】表面発光するＬＥＤ上に堆積された例２に記載されたように準備された材料を有する、青色ＬＥＤのスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（定義）
「コア材料」という語句は、コアが形成される半導体材料を指す。材料は、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体、またはそれらの配合物でありうる。例えば、シード／コア材料は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ２（ＺｎＳｎ）Ｓ４、Ｃｕ２（ＩｎＧａ）Ｓ４、それらの合金、及びそれらの混合物から選択されうる。
【００２４】
「シェル材料」という語句は、非球体の細長いシェルのそれぞれが形成される半導体材料を指す。材料は、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体、またはそれらの配合物でありうる。例えば、シェル材料は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ２（ＺｎＳｎ）Ｓ４、Ｃｕ２（ＩｎＧａ）Ｓ４、それらの合金、及びそれらの混合物から選択されうる。
【００２５】
「ホスト材料」という語句は、ＳＮＰまたはその他の適したナノ粒子を蛍光体材料とともに組み込むマトリックス材料を指す。マトリックス材料は、シリコーン、ポリマー（モノマーのような液体または半固体前駆材料から形成される）、エポキシ、ガラスまたはシリコーンとエポキシの複合体でありうる。具体的な（しかし限定的でない）ポリマーの例は、フッ化ポリマー、ポリアクリルアミドポリマー、ポリアクリル酸ポリマー、ポリアクリロニトリルポリマー、ポリアニリンポリマー、ポリベンゾフェノンポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）ポリマー、シリコーンポリマー、アルミニウムポリマー、ポリビスフェノールポリマー、ポリブタジエンポリマー、ポリジメチルシロキサンポリマー、ポリエチレンポリマー、ポリイソブチレンポリマー、ポリプロピレンポリマー、ポリスチレンポリマー及びポリビニルポリマー、ポリビニル―ブチラルポリマー、またはパーフルオロシクロブチルポリマーを含む。シリコーンは、ゲル、弾性体及び樹脂を含んでもよく、ゲルであるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６４５０、弾性体であるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６５２０、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６５５０、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６３０、樹脂であるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６３５、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６６５、Ｎｕｓｉｌ ＬＳ−６１４３及びその他のＮｕｓｉｌ製品、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ ＲＴＶ６１５、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ ＲＴＶ６５６及びその他の販売元からの多くのその他の製品を含みうる。
【００２６】
「リガンド」という語句は、ナノ粒子を覆う外表面を指す。被覆は、ＳＮＰを不動態化して、凝集または集合を防ぐ。リガンドは共通に、ホスフィン、酸化トリオクチルホスフィン（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリブチルホスフィン（ＴＢＰ）のような酸化ホスフィン、ドデシルホスホン酸（ＤＤＰＡ）、トリデシルホスホン酸（ＴＤＰＡ）、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）、またはヘキシルホスホン酸（ＨＰＡ）のようなホスホン酸、ドデシルアミン（ＤＤＡ）、テトラデシルアミン（ＴＤＡ）、ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ）またはオクタデシルアミン（ＯＤＡ）のようなアミン、ヘキサデカンチオールまたはヘキサンチオールのようなチオール、メルカプトプロピオン酸またはメルカプトウンデカン酸のようなメルカプトカルボキシル酸、及びオレイン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸のようなその他の酸を用いる。
【００２７】
（詳細な説明）
ここで、図２Ａ及びＢを参照する。図２Ａ及びＢは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳコア／シェル量子ドットナノ粒子を含む既知の層、並びに緑色発光するＲＳＮＰ層（図１Ａ）及びオレンジ色発光するＲＳＮＰ層（図１Ｂ）を含む本発明の実施形態に従う２種類の層の吸収と発光の比較を示す。ＱＤ層と、４５０ｎｍの励起波長に調整された吸収を有するＲＳＮＰ層と、の吸収及び規格化された発光の間の比較である。緑色のＲＳＮＰ層は、４×２７ｎｍ（直径×長さ）の大きさを備え、半値幅（ＦＷＨＭ）が２９ｎｍである５４０ｎｍの中心波長（ＣＷＬ）またはピーク波長で発光するＣｄＳｅ／ＣｄＳコア／シェルＲＳＮＰを含んでいた。オレンジ色のＲＳＮＰ層は、５×４０ｎｍの大きさで、ＣＷＬが６００ｎｍ、ＦＷＨＭが２８ｎｍであるＣｄＳｅ／ＣｄＳ ＲＳＮＰを含んでいた。オレンジ色及び緑色の発光層はともに、同じように準備され、共に厚さ１９０μｍ、直径４２ｍｍであった。
【００２８】
ＱＤ及びＲＳＮＰの元のナノ粒子両方のＰＬ量子収率（ＱＹ）は、類似しており、５０％程度であった。これは典型的な値である。他の準備されたサンプルでは、ＱＹは５から１００％の範囲であり、より頻繁には２０から９０％であり、さらにより頻繁には５０から８０％の間の範囲であった。吸収は相対光学密度（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ：ＯＤ）単位で測定され、示される大きさは、便宜的に［０ １］の範囲に規格化されている。特に、図１Ａに示される緑色の発光層に関して、発光波長範囲（例えば５２０から５５０ｎｍ）におけるＱＤ層のＯＤは、ＲＳＮＰ層のそれと比べて１０倍高い（０．６４対０．０６５）。図２Ｂのオレンジ色の発光層に関してＯＤの差は、さらに高い（０．５７５対０．０３７であり、約１５倍）。他の例（図示されない）においては、ＱＤ層の発光範囲におけるＯＤは、ＳＮＰ層のそれよりも３から３０倍高いことが分かった。従って、自己吸収による損失は、ＱＤ層の場合に顕著で、ＳＮＰ層の場合に無視できる。この特性は、量子ドットに基づく既存の層よりもはるかに優れた製品を提供する本発明の様々なＳＮＰ層（緻密に充填されているか否以下に関わらず）において用いられる。
【００２９】
図３は、「所定の色の発光を有する発光デバイス」と題する、同時係属ＰＣＴ特許出願国際公開ＸＸＸＸ号の例１に記載されたように準備された３種類のＲＳＮＰ層の規格化された吸収曲線を示す。ＲＳＮＰは、非特許文献３に記載されたのと同様な以下に示す手順で合成され、異なる全体寸法及びほぼ類似した発光スペクトルを有するＣｄＳｅ／ＣｄＳ構造をそれぞれの場合において備える。発光スペクトルは、６２２ｎｍの発光を有する５．８×１６ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３００、６２５ｎｍの発光を有する４．５×４５ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３０２及び６２８ｎｍの発光を有する４．５×９５ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３０４である。これらの曲線は、それぞれの材料において再吸収が最小限であることを示している。吸収曲線は、４５５ｎｍでＯＤが１となるように規格化されている。４５５ｎｍにおける吸収と発光波長における吸収との間の「吸収比」は、１６、４５及び９５ｎｍの長さのＲＳＮＰを有するＲＳＮＰ層に関して、それぞれ１：５、１：１２及び１：２３である。このことは、ＲＳＮＰの長さを変えることにより吸収比が「調整可能」であり、望ましくない再吸収効果を制御し、最小化できることを示している。この調整可能であることは、ＲＳＮＰ層において非常に便利である。なぜならば、このことによってＲＳＮＰ層が光源および応用において望まれる青色光から赤色光へ変換する効果的なスペクトルアンテナとして働くことができるようになるからである。ＲＳＮＰ層のこの特殊な特性の結果である追加的なパラメータは、可視スペクトル（例えばＣＥ：ＹＡＧによって発せられた緑―黄色及びＲＳＮＰによって発せられた赤色）の様々なスペクトル領域の間の光を、要求される特性（ＣＣＴ及びＣＲＩのような）を有する光を得るために、効果的にバランスさせることができるようにするものである。
【００３０】
本明細書において開示された層内の材料の配合物は、半導体ナノ結晶、具体的にはＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族のグループからなる粒子、さらに具体的には２から７ｎｍの直径のコア、８から５００ｎｍの長さ及び５から２０ｎｍの直径のシェルを有するＩＩ−ＶＩ族のＲＳＮＰ、または、３ｎｍよりも厚い層コアを覆う非常に厚いシェルを有する、結果的に８ｎｍよりも大きな直径を有する粒子となる、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族コアシェルナノ結晶を用いることにより実現することができる。ＲＳＮＰ材料は、ＳＮＰまたはＲＳＮＰの０．２から１０％の重量パーセントで混合された、上に列挙した中からの蛍光体材料と配合される。この混合物は、さらにホスト材料に挿入することができ、ホスト材料は、好適な層の厚さ及び発光スペクトルの好適な光学特性に従う、典型的には重さで封止材に対して５から５０％の変換材料を混合したシリコーンである。
【００３１】
例示的な一手順において、ホストマトリックスは、固体でない形（例えば、ゲルとして）で準備される。ＳＮＰ材料は、トルエンのような有機溶剤に溶解される。蛍光体粉体の重量で割ったＳＮＰ材料の重量は、０．２％から１０％の間である。有機溶剤溶液中のＳＮＰは、まず撹拌しながらホスト混合物に加えられる。蛍光体粉体が加えられ、ＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物は撹拌されて、均質な混合物を得る。次いで、ＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物は、泡または有機溶剤がなくなるまで真空処理される。次いで、混合物はＬＥＤ上にディスペンスし、その後硬化処理する準備ができる。
【００３２】
一成分材料（例えばシリコーン、エポキシ、ポリマー）は、硬化した材料を製造するために必要な全ての成分を含んでいる。それらは、硬化処理を開始し、高速化し、完全に終了させるために、空気中の水分、熱または紫外線の存在のような外部要因を用いる。また、内部のＳＮＰ及び蛍光体を混合するために、単一成分であるホストを用いることも可能である。ある特定の実施形態は、蛍光体及びＳＮＰ成分を、紫外線硬化性である一成分ホスト内に埋め込むものである。
【００３３】
多くのホスト（例えばシリコーンやエポキシ）が、硬化処理が早期に開始することを防ぐために、反応成分を分離した二成分システムとして利用可能である。それらは、硬化を促進し、高速化するために熱の追加をしばしば用いる。我々は、非反応性の成分を「Ａ成分」、反応性の成分を「Ｂ成分」として定義する。これらのシステムにおいて、我々はＳＮＰ材料を２成分システムのいずれかの成分、好適には非反応性の成分であるＡ成分に混合する。そのような実施形態において、Ａ成分中のＳＮＰは、長時間保存され、必要なときに蛍光体及びＢ成分との混合物を作り出すのに適用可能である。他の実施形態において、ＳＮＰは、ホストの反応性成分を非反応性成分に混合する間に、ホスト内に直接追加することもできる。
【００３４】
他の一実施形態において、挿入手順は二つの段階に分割される。第一の段階において、リガンドによって覆われたＳＮＰがホストＡ（例えば、ポリマー、シリコーン、クレイ、シリカなど）に挿入され、クラスタ、泡、及びＳＮＰまたはリガンドとホストとの間の「余分な」化学的相互作用がない均質な混合物を提供する。次いでホストＡは、その内部にＮＰを封止して（図４Ａを参照）乾燥され、硬化される（例えば、重合、加熱、真空処理、紫外線硬化などを介して）。次いで、ＳＮＰが封止されたホストＡは、ミクロン規模及びサブミクロン規模のビーズになるまで、機械的に研磨される。第二の段階において、ビーズは図４Ｂに示すように、互換性のある、または互換性のないホストＢ（例えば、ホストＡと異なる、ポリマー、シリコーン、クレイ、シリカなど）と混合される。最終生成物は、ホストＡによって封止され、ホストＢに均質に挿入されたＳＮＰビーズを含む。
【００３５】
表１及び表２は、本発明に従って作られた様々な例示的な蛍光体＋ＲＳＮＰ及び蛍光体＋ＳＮＰの配合物の実施形態をまとめている。ある実施形態において、これらの配合物は、シリコーンやポリマーのようなホストマトリックス内に含まれうる。ある実施形態において、これらの配合物は、シリコーンやポリマーのようなホストマトリックスとともに層内に含まれうる。これらの配合は、発光及びディスプレイへの応用に好適な物理的パラメータ及び光学的性能を有する。表１及び２にまとめられた例示的な実施形態は、本発明をどのようにも限定すると考えられるべきではない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１中の備考：
ａ）ＡＲｒｅｄは、４５５ｎｍにおける吸収と、５８０から７００ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｒｅｄ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５８０−７００ｎｍ））である。
ｂ）ＡＲｇｒｅｅｎは、４５５ｎｍにおける吸収と、５２０から５８０ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｇｒｅｅｎ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５２０−５８０ｎｍ））である。
ｃ）ＬＣ／Ｈｏｓｔは、ホスト材料の重量で割った蛍光体―ＳＮＰ混合物の重量を、パーセンテージで示したものである。
ｄ）ＰＬ赤方偏移は、低いＯＤ（＜０．１）においてトルエン中で測定されたＣＷＬと、蛍光体―ＳＮＰ混合物に関して測定されたＣＷＬとの間の、ナノメートル単位の差である。
ｅ）好適な光学的及び機械的特性を有するシリコーンは、様々な商業的な供給者から選択することができる。
ｆ）ポリマーは、定義において与えられたリストから選択することができる。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表1における備考：
ａ）ＡＲｒｅｄは、４５５ｎｍの吸収と、５８０から７００ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｒｅｄ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５８０−７００ｎｍ））である。
ｂ）ＡＲｇｒｅｅｎは、４５５ｎｍの吸収と、５２０から５８０ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｇｒｅｅｎ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５２０−５８０ｎｍ））。
ｃ）ホストＡは、ポリマーに関する定義に与えられたリストに加えて、シリカ、エポキシまたはクレイから選択できる。
ｄ）蛍光体は、定義に与えられたリストから選択できる。
ｅ）ＬＣ／ＨｏｓｔＢは、マトリックスホスト材料の重量で割った蛍光体―ＳＮＰ混合物の重量を、パーセンテージで示したものである。
ｆ）好適な光学的及び機械的特性を有するホスト材料は、様々な商業的供給者から選択できる。
ｇ）ＰＬ赤方偏移は、低いＯＤ（＜０．１）においてトルエン中で測定されたＣＷＬと、蛍光体―ＳＮＰ混合物に関して測定されたＣＷＬとの間の、ナノメートル単位の差である。
ｈ）ポリマー中のＳＮＰのパーセンテージが低い場合、ホストに対して高いパーセンテージの光変換材を用い、またその逆である。
【００４０】
図５Ａは、本発明の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える単一の層によって作り出される。図５Ｂは、本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体粒子を備える第一の層及び蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える第二の層の二つの離隔された層によって作り出される。図５Ｃは、本発明の一実施形態に従う、シリコーン変換層中にＳＮＰ及び蛍光体の混合物を含む発光デバイス５００を概略的に示す。デバイス５００は、青色または紫外線ＬＥＤ光源、光学スペーサ層（あるいはスペーサとして空気）５０４、ホスト変換層５０６中のＳＮＰ及び蛍光体の混合物、任意の封止層５０８、所望の方向へ光を抽出するための任意の透過光学素子５１０、光を平行にし、または収束する、レンズのような任意の屈折素子５１２、及びＬＥＤ素子の背後及び周囲に配置され、大角度から修正された出力方向へ発光を集めて導くための任意の反射素子５１４、を含む。ある実施形態において、高いローディング比を有するＳＮＰ層の高い屈折率は、ＬＥＤチップからの光の抽出を増加させるために好適である。
【００４１】
（例１：シリコーン中の蛍光体―ＲＳＮＰ配合物）
まず、６３８ｎｍで発光する３５×５．６ｎｍのＣｄＳｅ／ＣｄＳ ＲＳＮＰが、非特許文献３に記載された手順に類似した手順を用いて準備された。０．５ｇのＲＴＶ６１５Ａ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ，２２ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｗｏｏｄｓ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｂａｎｙ， ＮＹ １２２１１ ＵＳＡ）を、０．１５ｇのＲＴＶ６１５Ｂとともに１０分間撹拌した。４．０ｍｇのＲＳＮＰを０．４ｍｌのトルエンに溶解した。６１５ｍｇの黄色の蛍光体（ＢＹＷ０１Ａ，ＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ，３５１ Ｔｈｏｒｎｔｏｎ Ｒｄ Ｓｔｅ．１３０，Ｌｉｔｈｉａ Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＧＡ ３０１２２，ＵＳＡ）を、ＲＳＮＰの蛍光体に対する重量比を４／６１５、つまり約０．６５％になるように提供した。撹拌中に、ＲＳＮＰ溶液をシリコーンＲＴＶ混合物に加えた。次いで、ＢＹＷ０１Ａ蛍光体を加え、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーン溶液を１５分間撹拌した。次いで、気泡が残らなくなるまで、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーン溶液を真空処理した。次いで、溶液をガラス基板上に注ぎ、５２０μｍの厚さのスペーサを間に介して他のガラス基板を用いて挟み込んだ。次いで、混合された変換材料を、１００℃のホットプレート上に一時間置くと、溶液は固体となった。最終的な膜の厚さは５２０μｍであった。
【００４２】
一実施形態において、４９０μｍの厚さを有する例１中のような配合物を、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積した。図６に、この層とＬＥＤの性能が示されている。図６Ａは、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積されたときの上述した変換材料によって提供される光学スペクトルを示している。図６Ｂは、図６Ａに示されたスペクトルのＣＩＥ座標を示すＣＩＥ１９３１図を示している。光は、３０８０ＫのＣＣＴ及び８６のＣＲＩを有している。他のＬＥＤと共に配合物のその他の混合比によって、様々な色、特に異なるＣＣＴ値を有する様々な白色光を有する光源を提供することができる。蛍光体のタイプ、ＲＳＮＰのタイプ、大きさ及び形状、並びに蛍光体種とＲＳＮＰ種の間の比は、所望の必要性に従って適合させることができる。例えば、赤色発光するＲＳＮＰをより多く追加すると、青色の蛍光体及びそれゆえ緑―黄色の蛍光体もまた減少し、赤色が増強されることになる。特に、ＣＣＴが５０００Ｋより低く、ＣＲＩが７０より大きい場合、またはＣＣＴが３５００より低くＣＲＩが８０より大きい場合でさえ、(図示されない)他の混合比によって提供することができる。
【００４３】
（例２：ポリマーに封止されたＲＳＮＰのシリコーンへの挿入）
例１に記載のように準備されたＲＳＮＰを、３％のローディング比（重量）でＰＶＢ内に埋め込み、細かく粉末化した。最終的な粉末の平均粒子の大きさは、１５μｍよりも小さかった。１．５ｇのＲＴＶ６１５Ａ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ，２２ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｗｏｏｄｓ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｂａｎｙ， ＮＹ １２２１１ ＵＳＡ）を、０．１５ｇのＲＴＶ６１５Ｂと共に１０分間撹拌した。撹拌中に、７７ｍｇのＲＳＮＰ／ＰＶＢ粉末をシリコーン混合物に加えた。３４５ｍｇのイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＢＹＷ０１Ａ，ＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ，３５１ Ｔｈｏｒｎｔｏｎ Ｒｄ Ｓｔｅ．１３０，Ｌｉｔｈｉａ Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＧＡ ３０１２２，ＵＳＡ）を加え、溶液を１５分間撹拌した。次いで、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーンＲＴＶ溶液を、気泡が残らなくなるまで真空処理した。次いで、溶液を、ガラス基板上に注ぎ、他のガラス基板を用いて挟み込んだ。２つのガラス基板の間に２５０μｍの厚さのスペーサを配置して、所望の厚さの膜を得た。次いで、サンドイッチ構造を１００℃のホットプレート上に１時間置くと、溶液は固体となった。最終的な膜の厚さは、約２５０μｍであった。図７は、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積したときに上述した層によって提供される光学スペクトルを示す。光変換材料を塗布されたＬＥＤの発光スペクトルのＣＩＥ色座標は、ＣＩＥ ｘが０．３５、ＣＩＥ ｙが０．３１であった。
【００４４】
本発明が、その実施形態を参照して説明された。実施形態は、例示によって提供され、発明の範囲を限定することを意図されない。説明された実施形態は、異なる特徴を備え、その全てが、本発明の全ての実施形態において必ずしも必要とはされない。本発明のある実施形態は、特徴のうちのいくつかのみ、または特徴の可能な組み合わせを利用する。説明された本発明の実施形態の変形例及び説明された実施形態において記載されたのとは異なる特徴の組み合わせを備える本発明の実施形態が、当業者によってなされるであろう。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００４５】
本明細書において言及された全ての特許文献及び刊行物は、本明細書においては、本明細書内にその全てが組み込まれており、個々の特許文献または刊行物のそれぞれが、本明細書において参照によって組み込まれていると具体的に及び個々に示されたかのように、同程度に明細書に組み込まれる。加えて、本願のどの参照の引用または特定も、そのような参照が先行技術として利用可能であることを認めるものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００４６】
３００ ６２２ｎｍの発光を有する５．８×１６ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
３０２ ６２５ｎｍの発光を有する４．５×４５ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
３０４ ６２８ｎｍの発光を有する４．５×９５ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
５００ 発光デバイス
５０４ 光学スペーサ層
５０６ ホスト変換層
５０８ 封止層
５１０ 透過光学素子
５１２、５１４ 反射素子
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年１月２８日に出願された「蛍光体ナノ粒子配合物」と題する特許文献１及び２０１０年１月２８日に出願された「所定の色を発する光源」と題する特許文献２の優先権を主張するものであり、そのどちらも、本明細書において参照によってその全体が組み込まれている。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して光変換材料を含む発光デバイス、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える発光デバイスに用いられる光変換材料に関し、変換材料は、光変換及び光調整のための半導体ナノ粒子及び希土類元素に基づく蛍光体配合物を含む。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤは、高いエネルギー効率及び長い寿命に関して、白熱灯や蛍光灯に対して優れた利点を提供する。ＬＥＤは、ディスプレイ、自動車、看板の照明、家庭内の照明及び街路灯を含む様々な応用分野へ応用可能である。ＬＥＤは、製造に用いられる無機半導体複合物に依存して、様々なスペクトル領域の単色光を発することができる。しかしながら、「白色」光は、照明産業の非常に大きな部分に要求されるが、従来のＬＥＤを用いて作り出すことができない。白色光を作り出す現在の解決方法は、様々な色（例えば、赤、緑及び青、または「ＲＧＢ」）の３つまたはそれ以上のＬＥＤを使用すること、またはＬＥＤの紫外光（ＵＶ）または青色発光から、幅広い白色スペクトルの発光を生成する蛍光体材料（例えば、セリウムＹＡＧ）の色変換層を使用することを含む。しかしながら、そのような白色光は、ほとんど常に理想的ではなく、多くの場合、改善及び修正を必要としうる望ましくない、または不快な特性を有する。
【０００４】
ディスプレイ用途としては、狭い半値幅のスペクトル発光を有する３つまたはそれ以上の基本色を有することが重要であり、そのような発光はＬＥＤ（半値幅が典型的には３０ｎｍよりも小さい）で得られた。このことにより、大きな色域をカバーすることができる。「色域」とは、通常、３色の混色によって得ることができる色度の範囲として定義される。３つまたはそれ以上の異なるＬＥＤを使用するという解決方法は、高価であり、ある応用分野に対しては複雑である。それゆえ、１種類のＬＥＤで大きな色域のカバーを提供する光源を有することが望ましい。
【０００５】
ＬＥＤを利用して幅広いスペクトルの光源を提供する１つの方法は、ＬＥＤの光を幅広いスペクトルにおいてより長い波長を有する光に変換する蛍光体を利用することである。例えば、緑の波長の幅広い範囲に渡る光を発する蛍光体は、狭い青のスペクトルを生成するＬＥＤからの青で照らされることができる。そこで、蛍光体によって生成された緑色光は、白色光源の成分として用いられる。いくつかの蛍光体を配合することにより、原理的に、光変換効率が顕著に高い蛍光体が提供されて、幅広いスペクトルの白色光源を実現することができる。さらなる詳細は、非特許文献１に記載されている。
【０００６】
不運なことに、照明の設計者は、そこから選択すべき蛍光体の任意のセットを持ち合わせていない。顕著な光変換効率を有する希土類元素を含む従来の蛍光体は数が限られている。これらの蛍光体の発光スペクトルは、容易に変更することができない。さらに、波長の関数として、発光が一定でないという点で、スペクトルは理想的ではない。従って、いくつかの蛍光体を配合することによってさえも、最適な白色光源は得られない。
【０００７】
参照によってその全体が本明細書に組み込まれている特許文献３、４及び５は、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ：ＱＤ）及び非量子蛍光体材料の両方を利用し、デバイスの光源から発せられた元の光の少なくともある程度をより長い波長の光に変換し、出力光の色特性を変化させる、出力光を発光するデバイスおよび方法を開示している。ＱＤは高いＱＹを有し、大きさによって調整可能な中心発光波長（ｃｅｎｔｒａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：ＣＷＬ）を有する狭い発光スペクトルを有する。ＱＤ及び蛍光体の両方を配合することで、光の品質を向上させることができる。ＱＤの追加は、改善を提供することができるが、高い自己吸収によって損なわれる。つまり、ＱＤの追加は、励起されたときに発せられる光を吸収する。このことによって、光変換としての全エネルギー効率が低下する。さらに、そして最も重要なことに、ＱＤはまた、蛍光体の発光も再吸収し、エネルギー効率を低下させ、また、色比率の計画が非常に難しいような出力スペクトルを偏移させる。
【０００８】
さらには、ある応用分野においては、近接して詰め込まれたＱＤのクラスタが好適である。近接して詰め込まれたＱＤクラスタは、非特許文献２によれば、蛍光共鳴エネルギー移送（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＦＲＥＴ）として知られる現象を示す。ＦＲＥＴは、近接して位置し、より長い波長を発光するアクセプタＱＤに比べてより短い（例えば、より青い）波長を発光するドナーＱＤの間で発生する。ドナー発光遷移双極子モーメントとアクセプタ吸収遷移双極子モーメントとの間に、双極子―双極子相互作用が存在する。ＦＲＥＴ過程の効率は、ドナーの吸収の、アクセプタの発光に対するスペクトルの重畳に依存する。量子ドット間のＦＲＥＴ距離は、典型的には１０ｎｍまたはそれよりも小さい。ＦＲＥＴ過程の効率は、距離に対して非常に敏感である。ＦＲＥＴは、色の変化（赤の偏移）及び光変換の効率における損失につながる。従って、光変換材料におけるＱＤのクラスタ化を防ぐための試みがこれまでなされてきた。
【０００９】
コア／シェルナノ粒子（ＮＰ）が知られている。これらは、ある種類の材料の「コア」が他の材料の「シェル」によって覆われたヘテロ構造によって特徴づけられた個々のナノ粒子である。ある場合において、シェルは、「シード」として提供されるコア上に成長し、「シード成長」ＮＰまたはＳＮＰとして知られるコア／シェルＮＰとなる。「シード」または「コア」という語句は、ヘテロ構造に含まれる最も内側の半導体材料を示している。図１は、既知のコア／シェル粒子の概略図を示している。図１Ａは、ほぼ球体のシェルが対称的に配置され、類似した球状のコアを覆うＱＤを示している。図１Ｂは、細長いシェル内に非対称的に配置されたコアを有する棒状の（「ナノロッド」）ＳＮＰ（ＲＳＮＰ）を示している。ナノロッドという語句は、棒状の形状を有するナノ結晶、つまり、結晶の第１軸（「長さ」）に沿い、他の２軸に沿っては非常に小さい寸法を保ったまま成長し延長されることにより形成されたナノ結晶を示す。ナノロッドは、非常に小さな（典型的には１０ｎｍよりも小さい）直径及び６ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲を有しうる長さを有する。
【００１０】
典型的には、コアは、ほぼ球状の形状を有する。しかしながら、疑似ピラミッド、立方８面体、及びその他のような様々な形状のコアを用いることができる。典型的なコアの直径は、約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲にある。図１Ｃは、ほぼ球形のシェルが対称的に配置されほぼ球形のコアを覆う、ＱＤを示している。粒子全体の直径はｄ２であり、コアの直径ｄ１よりもずっと大きい。ｄ１と比較したｄ２の大きさの程度は、コア／シェルＮＰの光学吸収に影響を及ぼす。
【００１１】
知られているように、ＳＮＰは、より高い量子収率（ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ：ＱＹ）及びより良い耐久性のようなより優れた光学的な特性及び化学的な特性を提供することができる追加的な外部シェルを含みうる。配合物は、応用分野によって要求されるような発色を提供するように調整されうる。ＲＳＮＰの場合には、第一のシェルの長さは、概して１０ｎｍから２００ｎｍの間の範囲でよく、特に１５ｎｍから１６０ｎｍの間の範囲にあることができる。他の２つの次元（棒形状の半径方向の軸）における第一のシェルの厚さは、１ｎｍから１０ｎｍの範囲でありうる。追加的なシェルの厚さは、概して０．３ｎｍから２０ｎｍの間の範囲でありえ、特に０．５ｎｍから１０ｎｍの間の範囲でありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許仮出願公開第６１／２９９０１８号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願公開第６１／２９９０１２号明細書
【特許文献３】米国特許第７１０２１５２号明細書
【特許文献４】米国特許第７４９５３８３号明細書
【特許文献５】米国特許第７３１８６５１号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｚ．Ｌｉｕら著、“Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ｂａｓｅｄ ｗｈｉｔｅ ＬＥＤ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ”，Ｘｉａｏｂｉｎｇ Ｆｒｏｎｔ．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｃｈｉｎａ ２００９，２（２）：１１９−１４０
【非特許文献２】Ｊｏｓｅｐｈ Ｒ．Ｌａｋｏｗｉｃｚ，“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”，２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ／Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９９，ｐｐ．３６７−４４３
【非特許文献３】Ｌ．Ｃａｒｂｏｎｅ ｅｔ ａｌ，“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ−Ｓｃａｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ Ｎａｎｏｒｏｄｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａ Ｓｅｅｄｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ Ａｐｐｒｏａｃｈ” Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００７，７（１０），ｐｐ２９４２−２９５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
既知の従来のＱＤ蛍光体配合物を含む、上述した既知の光変換材料の多数の欠陥の観点から、ナノ粒子蛍光体配合物及びそのような欠陥によって悪影響を受けないような配合物を含む材料の成分が必要とされ、好適である。特に、小さくてナノ粒子による蛍光体の発光の再吸収を無視でき、ナノ粒子の自己吸収が小さく、そのため高い変換効率及び究極的な色域制御につながるナノ粒子蛍光体配合物を有することが必要とされ、好適である。加えて、このような配合は変換材料内のクラスタ化及び高充填化によるＦＲＥＴを無視できるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態は、少なくとも一つの蛍光体種を少なくとも一つの半導体ナノ粒子種、具体的にはＳＮＰまたはＲＳＮＰと配合させる材料または材料の成分（配合物または混合物とも称される）を開示する。本明細書で用いられるように、「蛍光体―ＳＮＰ配合物」、「蛍光体―ＲＳＮＰ配合物」、「蛍光体―ＳＮＰ混合物」または「蛍光体―ＲＳＮＰ混合物」は、少なくとも一つの型（「種」）の蛍光体と少なくとも一つのＳＮＰまたはＲＳＮＰ種を少なくとも一つ配合したどのような配合物も意味する。結果的に得られる材料は、自己保持する、マトリックスに組み込まれまたは配合される、及び／またはリガンドのような追加的な材料を含む、バルク材料、粉体材料、厚いまたは薄い膜材料であってもよい。本明細書で用いられるように、「蛍光体」という語句は、微粒子形状の蛍光体材料であって、通常Ｃｅ、Ｅｕ、Ｅｒのようなまたはその他の希土類元素の原子またはイオン種である発光中心を有するものを指す。一般的な蛍光体の例は、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体を含む。本発明の配合物に用いることができる蛍光体粒子は、量子閉じ込め効果を示さない。非量子閉じ込め蛍光体粒子は、シリカによって覆われたまたは覆われていない蛍光体粒子でありうる。
【００１６】
発明者は、一般にＳＮＰ、特にＲＳＮＰが、照明の応用分野において、蛍光体と配合するのに非常によりよい選択に貢献する優れた光学特性を有することを発見した。具体的に、発明者は、本発明の蛍光体―ＳＮＰ及び蛍光体ＲＳＮＰ配合物を用いることにより、ＳＮＰによる蛍光体発光の再吸収効果、及びＳＮＰによるＳＮＰ発光の自己吸収効果が小さく、制御された色及び高効率につながることを発見した。加えて、蛍光体―ＳＮＰクラスタ及び高充填を含む配合物において、ＦＲＥＴ及びその望ましくない結果が抑制される。ＲＳＮＰは、フォトルミネセンス（ＰＬ）自己吸収が非常に低く、また蛍光発光の吸収も小さく、そのため、特に光学的に緻密な層において、よりエネルギー効率が良い。本発明の蛍光体―ＳＮＰ及び蛍光体ＲＳＮＰ配合物は、低い自己吸収及び再吸収を有する。
【００１７】
ある実施形態において、ＳＮＰ／ＲＳＮＰ材料は、蛍光体に対して０．１から１０重量％のＳＮＰまたはＲＳＮＰの混合物を形成する、上に挙げたような蛍光体材料と配合される。この混合物は、さらに、ホスト材料、典型的にはシリコーンに挿入され、応用分野の好適な光学特性に従って封止材に対して変換材料が重量で５から５０％混合されることができる。ある実施形態において、蛍光体―ＳＮＰまたは蛍光体―ＲＳＮＰ配合物を備える層は、光源の発光スペクトルを変調するのに用いられる。ある実施形態において、光源はＬＥＤである。
【００１８】
ある実施形態において、ＳＮＰ−蛍光体混合物は、少なくとも一つの蛍光体層及び少なくとも一つのＳＮＰまたはＲＳＮＰ層を備える層状構造が含まれうる。さまざまなＳＮＰ及びＲＳＮＰ光変換層が、同一の発明者による、「所定の色の発光を有する発光デバイス」と題する、本発明と同時に出願された同時係属ＰＣＴ特許出願中に開示されており、この同時係属ＰＣＴ特許出願は、本出願と同一の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。蛍光体層は、単一の蛍光体種（「型」）またはいくつかの蛍光体種の混合物を含みうる。代替的に、蛍光体層は、複数の副層を含むことができ、それぞれの副層が異なる蛍光体種を含みうる。蛍光体層は、蛍光体粒子の大きさによって限定される最小の厚さを有しうる。ＳＮＰ／ＲＳＮＰ層は、単一の型のＳＮＰまたはＲＳＮＰ、いくつかのＳＮＰまたはＲＳＮＰ種の混合物、またはそれぞれの副層が異なるＳＮＰまたはＲＳＮＰ種を含む複数の副層を含みうる。ある実施形態において、積層構造は、交互に配置された蛍光体及びＲＳＮＰの層を備えうる。ＲＳＮＰ層（蛍光体を含まない）の厚さは、５００μｍよりも小さく、より好適には５０μｍよりも小さく、あるいは、緻密に充填された層では、１μｍよりも小さく、０．２μｍよりも小さいものでさえもありうる。混合された蛍光体―ＳＮＰ層の厚さは、数ｍｍから数十μｍ、またはさらに数μｍの範囲とすることができ、主に、蛍光体粒子の大きさ及び必要な光学特性によって制約される。
【００１９】
ＬＥＤの発光の変調を含む実施形態において、単一の層または積層構造は、ＬＥＤ上に形成されることができる。代替的に、単一層又は積層構造は、ＬＥＤ上に直接配置された、または空気、真空、または充填材料によってＬＥＤから間隔を空けられた、離隔された別個の層または積層構造でありうる。充填材料（例えば、シリコーンまたはエポキシ）は、熱絶縁及び／または光学散乱層としての役割を果たしうる。
【００２０】
ＬＥＤ発光スペクトルの変調は、幅広いスペクトルの色の出力光、例えば、高い演色性（ｃｏｌｏｕｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ：ＣＲＩ）及び好適な相関色温度（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｌｏｕｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＣＣＴ）を有する「白色」光を作り出すことができる、照明の目的のためでありうる。幅広いスペクトルの色の出力光は、ＬＥＤによって生成された元の光のいくつかを、より長い波長の光に変換することによって作り出される。赤色に強さまたは強度を追加することは、ＣＣＴがより低い（例えば、２７００から３５００Ｋ）「より暖かい」光を得るために重要である。しかし、青から緑への遷移におけるようなスペクトルの「平滑な」特定領域もまた、ＣＲＩを改善しうる。ＬＥＤ発光の変調はまた、光学ディスプレイの目的のためにも用いられうる。発明された光変換材料はまた、特定の光を必要とする農業分野への応用や、照明の他の領域の応用分野にも用いられうる。
【００２１】
本発明の態様、実施形態及び特徴は、後述する本発明の詳細な説明から、添付する図面と共に考慮されて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）コアＱＤ／シェルＱＤである既知のコア／シェル粒子の概略図であり、（Ｂ）ＲＳＮＰである既知のコア／シェル粒子の概略図であり、（Ｃ）ＳＮＰである既知のコア／シェル粒子の概略図である。
【図２】棒状のＲＳＮＰと球状のＱＤ材料の間の、６００ｎｍの付近における光学吸収と発光の比較を示す。
【図３】後述する方法に従って準備され、それぞれの場合に異なる全体寸法及びほぼ類似した発光スペクトルを有する赤色発光するＲＳＮＰ（ＣｄＳｅ／ＣｄＳ）を備える、３種類のＲＳＮＰ層の規格化された吸収曲線を示す。
【図４】（Ａ）適合するホストＡに挿入されたＲＳＮＰのミクロン及びサブミクロンビーズを概略的に示し、（Ｂ）ホストＢ、例示的にはシリコーンに、蛍光体粒子と共に配合されて埋め込まれた、図４Ａのビーズを概略的に示す。
【図５】（Ａ）本発明の実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える単一層によって作り出され、（Ｂ）本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、二つの離隔された層によって作り出され、第一の層が蛍光体粒子を備え、第二の層が蛍光体―ＳＮＰ配合物を備え、（Ｃ）本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、ＬＥＤ素子上に直接堆積されたＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物によって作り出される。
【図６】（Ａ）４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積され、例１に記載されたように準備された層によって提供された、光学スペクトルを示し、（Ｂ）図６Ａに示されたスペクトルのＣＩＥ座標を示すＣＩＥ１９３１図を示す。
【図７】表面発光するＬＥＤ上に堆積された例２に記載されたように準備された材料を有する、青色ＬＥＤのスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（定義）
「コア材料」という語句は、コアが形成される半導体材料を指す。材料は、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体、またはそれらの配合物でありうる。例えば、シード／コア材料は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ２（ＺｎＳｎ）Ｓ４、Ｃｕ２（ＩｎＧａ）Ｓ４、それらの合金、及びそれらの混合物から選択されうる。
【００２４】
「シェル材料」という語句は、非球体の細長いシェルのそれぞれが形成される半導体材料を指す。材料は、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体、またはそれらの配合物でありうる。例えば、シェル材料は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ２（ＺｎＳｎ）Ｓ４、Ｃｕ２（ＩｎＧａ）Ｓ４、それらの合金、及びそれらの混合物から選択されうる。
【００２５】
「ホスト材料」という語句は、ＳＮＰまたはその他の適したナノ粒子を蛍光体材料とともに組み込むマトリックス材料を指す。マトリックス材料は、シリコーン、ポリマー（モノマーのような液体または半固体前駆材料から形成される）、エポキシ、ガラスまたはシリコーンとエポキシの複合体でありうる。具体的な（しかし限定的でない）ポリマーの例は、フッ化ポリマー、ポリアクリルアミドポリマー、ポリアクリル酸ポリマー、ポリアクリロニトリルポリマー、ポリアニリンポリマー、ポリベンゾフェノンポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）ポリマー、シリコーンポリマー、アルミニウムポリマー、ポリビスフェノールポリマー、ポリブタジエンポリマー、ポリジメチルシロキサンポリマー、ポリエチレンポリマー、ポリイソブチレンポリマー、ポリプロピレンポリマー、ポリスチレンポリマー及びポリビニルポリマー、ポリビニル―ブチラルポリマー、またはパーフルオロシクロブチルポリマーを含む。シリコーンは、ゲル、弾性体及び樹脂を含んでもよく、ゲルであるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６４５０、弾性体であるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６５２０、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６５５０、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６３０、樹脂であるダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６３５、ダウコーニング（登録商標）ＯＥ−６６６５、Ｎｕｓｉｌ ＬＳ−６１４３及びその他のＮｕｓｉｌ製品、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ ＲＴＶ６１５、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ ＲＴＶ６５６及びその他の販売元からの多くのその他の製品を含みうる。
【００２６】
「リガンド」という語句は、ナノ粒子を覆う外表面を指す。被覆は、ＳＮＰを不動態化して、凝集または集合を防ぐ。リガンドは共通に、ホスフィン、酸化トリオクチルホスフィン（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリブチルホスフィン（ＴＢＰ）のような酸化ホスフィン、ドデシルホスホン酸（ＤＤＰＡ）、トリデシルホスホン酸（ＴＤＰＡ）、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）、またはヘキシルホスホン酸（ＨＰＡ）のようなホスホン酸、ドデシルアミン（ＤＤＡ）、テトラデシルアミン（ＴＤＡ）、ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ）またはオクタデシルアミン（ＯＤＡ）のようなアミン、ヘキサデカンチオールまたはヘキサンチオールのようなチオール、メルカプトプロピオン酸またはメルカプトウンデカン酸のようなメルカプトカルボキシル酸、及びオレイン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸のようなその他の酸を用いる。
【００２７】
（詳細な説明）
ここで、図２Ａ及びＢを参照する。図２Ａ及びＢは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳコア／シェル量子ドットナノ粒子を含む既知の層、並びに緑色発光するＲＳＮＰ層（図１Ａ）及びオレンジ色発光するＲＳＮＰ層（図１Ｂ）を含む本発明の実施形態に従う２種類の層の吸収と発光の比較を示す。ＱＤ層と、４５０ｎｍの励起波長に調整された吸収を有するＲＳＮＰ層と、の吸収及び規格化された発光の間の比較である。緑色のＲＳＮＰ層は、４×２７ｎｍ（直径×長さ）の大きさを備え、半値幅（ＦＷＨＭ）が２９ｎｍである５４０ｎｍの中心波長（ＣＷＬ）またはピーク波長で発光するＣｄＳｅ／ＣｄＳコア／シェルＲＳＮＰを含んでいた。オレンジ色のＲＳＮＰ層は、５×４０ｎｍの大きさで、ＣＷＬが６００ｎｍ、ＦＷＨＭが２８ｎｍであるＣｄＳｅ／ＣｄＳ ＲＳＮＰを含んでいた。オレンジ色及び緑色の発光層はともに、同じように準備され、共に厚さ１９０μｍ、直径４２ｍｍであった。
【００２８】
ＱＤ及びＲＳＮＰの元のナノ粒子両方のＰＬ量子収率（ＱＹ）は、類似しており、５０％程度であった。これは典型的な値である。他の準備されたサンプルでは、ＱＹは５から１００％の範囲であり、より頻繁には２０から９０％であり、さらにより頻繁には５０から８０％の間の範囲であった。吸収は相対光学密度（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ：ＯＤ）単位で測定され、示される大きさは、便宜的に［０ １］の範囲に規格化されている。特に、図１Ａに示される緑色の発光層に関して、発光波長範囲（例えば５２０から５５０ｎｍ）におけるＱＤ層のＯＤは、ＲＳＮＰ層のそれと比べて１０倍高い（０．６４対０．０６５）。図２Ｂのオレンジ色の発光層に関してＯＤの差は、さらに高い（０．５７５対０．０３７であり、約１５倍）。他の例（図示されない）においては、ＱＤ層の発光範囲におけるＯＤは、ＳＮＰ層のそれよりも３から３０倍高いことが分かった。従って、自己吸収による損失は、ＱＤ層の場合に顕著で、ＳＮＰ層の場合に無視できる。この特性は、量子ドットに基づく既存の層よりもはるかに優れた製品を提供する本発明の様々なＳＮＰ層（緻密に充填されているか否以下に関わらず）において用いられる。
【００２９】
図３は、「所定の色の発光を有する発光デバイス」と題する、同時係属ＰＣＴ特許出願国際公開ＸＸＸＸ号の例１に記載されたように準備された３種類のＲＳＮＰ層の規格化された吸収曲線を示す。ＲＳＮＰは、非特許文献３に記載されたのと同様な以下に示す手順で合成され、異なる全体寸法及びほぼ類似した発光スペクトルを有するＣｄＳｅ／ＣｄＳ構造をそれぞれの場合において備える。発光スペクトルは、６２２ｎｍの発光を有する５．８×１６ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３００、６２５ｎｍの発光を有する４．５×４５ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３０２及び６２８ｎｍの発光を有する４．５×９５ｎｍのＲＳＮＰに関する曲線３０４である。これらの曲線は、それぞれの材料において再吸収が最小限であることを示している。吸収曲線は、４５５ｎｍでＯＤが１となるように規格化されている。４５５ｎｍにおける吸収と発光波長における吸収との間の「吸収比」は、１６、４５及び９５ｎｍの長さのＲＳＮＰを有するＲＳＮＰ層に関して、それぞれ１：５、１：１２及び１：２３である。このことは、ＲＳＮＰの長さを変えることにより吸収比が「調整可能」であり、望ましくない再吸収効果を制御し、最小化できることを示している。この調整可能であることは、ＲＳＮＰ層において非常に便利である。なぜならば、このことによってＲＳＮＰ層が光源および応用において望まれる青色光から赤色光へ変換する効果的なスペクトルアンテナとして働くことができるようになるからである。ＲＳＮＰ層のこの特殊な特性の結果である追加的なパラメータは、可視スペクトル（例えばＣＥ：ＹＡＧによって発せられた緑―黄色及びＲＳＮＰによって発せられた赤色）の様々なスペクトル領域の間の光を、要求される特性（ＣＣＴ及びＣＲＩのような）を有する光を得るために、効果的にバランスさせることができるようにするものである。
【００３０】
本明細書において開示された層内の材料の配合物は、半導体ナノ結晶、具体的にはＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族のグループからなる粒子、さらに具体的には２から７ｎｍの直径のコア、８から５００ｎｍの長さ及び５から２０ｎｍの直径のシェルを有するＩＩ−ＶＩ族のＲＳＮＰ、または、３ｎｍよりも厚い層コアを覆う非常に厚いシェルを有する、結果的に８ｎｍよりも大きな直径を有する粒子となる、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族コアシェルナノ結晶を用いることにより実現することができる。ＲＳＮＰ材料は、ＳＮＰまたはＲＳＮＰの０．２から１０％の重量パーセントで混合された、上に列挙した中からの蛍光体材料と配合される。この混合物は、さらにホスト材料に挿入することができ、ホスト材料は、好適な層の厚さ及び発光スペクトルの好適な光学特性に従う、典型的には重さで封止材に対して５から５０％の変換材料を混合したシリコーンである。
【００３１】
例示的な一手順において、ホストマトリックスは、固体でない形（例えば、ゲルとして）で準備される。ＳＮＰ材料は、トルエンのような有機溶剤に溶解される。蛍光体粉体の重量で割ったＳＮＰ材料の重量は、０．２％から１０％の間である。有機溶剤溶液中のＳＮＰは、まず撹拌しながらホスト混合物に加えられる。蛍光体粉体が加えられ、ＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物は撹拌されて、均質な混合物を得る。次いで、ＳＮＰ／蛍光体／ホスト混合物は、泡または有機溶剤がなくなるまで真空処理される。次いで、混合物はＬＥＤ上にディスペンスし、その後硬化処理する準備ができる。
【００３２】
一成分材料（例えばシリコーン、エポキシ、ポリマー）は、硬化した材料を製造するために必要な全ての成分を含んでいる。それらは、硬化処理を開始し、高速化し、完全に終了させるために、空気中の水分、熱または紫外線の存在のような外部要因を用いる。また、内部のＳＮＰ及び蛍光体を混合するために、単一成分であるホストを用いることも可能である。ある特定の実施形態は、蛍光体及びＳＮＰ成分を、紫外線硬化性である一成分ホスト内に埋め込むものである。
【００３３】
多くのホスト（例えばシリコーンやエポキシ）が、硬化処理が早期に開始することを防ぐために、反応成分を分離した二成分システムとして利用可能である。それらは、硬化を促進し、高速化するために熱の追加をしばしば用いる。我々は、非反応性の成分を「Ａ成分」、反応性の成分を「Ｂ成分」として定義する。これらのシステムにおいて、我々はＳＮＰ材料を２成分システムのいずれかの成分、好適には非反応性の成分であるＡ成分に混合する。そのような実施形態において、Ａ成分中のＳＮＰは、長時間保存され、必要なときに蛍光体及びＢ成分との混合物を作り出すのに適用可能である。他の実施形態において、ＳＮＰは、ホストの反応性成分を非反応性成分に混合する間に、ホスト内に直接追加することもできる。
【００３４】
他の一実施形態において、挿入手順は二つの段階に分割される。第一の段階において、リガンドによって覆われたＳＮＰがホストＡ（例えば、ポリマー、シリコーン、クレイ、シリカなど）に挿入され、クラスタ、泡、及びＳＮＰまたはリガンドとホストとの間の「余分な」化学的相互作用がない均質な混合物を提供する。次いでホストＡは、その内部にＮＰを封止して（図４Ａを参照）乾燥され、硬化される（例えば、重合、加熱、真空処理、紫外線硬化などを介して）。次いで、ＳＮＰが封止されたホストＡは、ミクロン規模及びサブミクロン規模のビーズになるまで、機械的に研磨される。第二の段階において、ビーズは図４Ｂに示すように、互換性のある、または互換性のないホストＢ（例えば、ホストＡと異なる、ポリマー、シリコーン、クレイ、シリカなど）と混合される。最終生成物は、ホストＡによって封止され、ホストＢに均質に挿入されたＳＮＰビーズを含む。
【００３５】
表１及び表２は、本発明に従って作られた様々な例示的な蛍光体＋ＲＳＮＰ及び蛍光体＋ＳＮＰの配合物の実施形態をまとめている。ある実施形態において、これらの配合物は、シリコーンやポリマーのようなホストマトリックス内に含まれうる。ある実施形態において、これらの配合物は、シリコーンやポリマーのようなホストマトリックスとともに層内に含まれうる。これらの配合は、発光及びディスプレイへの応用に好適な物理的パラメータ及び光学的性能を有する。表１及び２にまとめられた例示的な実施形態は、本発明をどのようにも限定すると考えられるべきではない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１中の備考：
ａ）ＡＲｒｅｄは、４５５ｎｍにおける吸収と、５８０から７００ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｒｅｄ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５８０−７００ｎｍ））である。
ｂ）ＡＲｇｒｅｅｎは、４５５ｎｍにおける吸収と、５２０から５８０ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｇｒｅｅｎ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５２０−５８０ｎｍ））である。
ｃ）ＬＣ／Ｈｏｓｔは、ホスト材料の重量で割った蛍光体―ＳＮＰ混合物の重量を、パーセンテージで示したものである。
ｄ）ＰＬ赤方偏移は、低いＯＤ（＜０．１）においてトルエン中で測定されたＣＷＬと、蛍光体―ＳＮＰ混合物に関して測定されたＣＷＬとの間の、ナノメートル単位の差である。
ｅ）好適な光学的及び機械的特性を有するシリコーンは、様々な商業的な供給者から選択することができる。
ｆ）ポリマーは、定義において与えられたリストから選択することができる。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表1における備考：
ａ）ＡＲｒｅｄは、４５５ｎｍの吸収と、５８０から７００ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｒｅｄ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５８０−７００ｎｍ））である。
ｂ）ＡＲｇｒｅｅｎは、４５５ｎｍの吸収と、５２０から５８０ｎｍの範囲の波長における最大吸収との比である。つまり、ＡＲｇｒｅｅｎ＝（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ４５５ｎｍ／ｍａｘ（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ５２０−５８０ｎｍ））。
ｃ）ホストＡは、ポリマーに関する定義に与えられたリストに加えて、シリカ、エポキシまたはクレイから選択できる。
ｄ）蛍光体は、定義に与えられたリストから選択できる。
ｅ）ＬＣ／ＨｏｓｔＢは、マトリックスホスト材料の重量で割った蛍光体―ＳＮＰ混合物の重量を、パーセンテージで示したものである。
ｆ）好適な光学的及び機械的特性を有するホスト材料は、様々な商業的供給者から選択できる。
ｇ）ＰＬ赤方偏移は、低いＯＤ（＜０．１）においてトルエン中で測定されたＣＷＬと、蛍光体―ＳＮＰ混合物に関して測定されたＣＷＬとの間の、ナノメートル単位の差である。
ｈ）ポリマー中のＳＮＰのパーセンテージが低い場合、ホストに対して高いパーセンテージの光変換材を用い、またその逆である。
【００４０】
図５Ａは、本発明の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える単一の層によって作り出される。図５Ｂは、本発明の他の一実施形態に従う発光デバイスを概略的に示しており、改善された白色光が、蛍光体粒子を備える第一の層及び蛍光体―ＳＮＰ配合物を備える第二の層の二つの離隔された層によって作り出される。図５Ｃは、本発明の一実施形態に従う、シリコーン変換層中にＳＮＰ及び蛍光体の混合物を含む発光デバイス５００を概略的に示す。デバイス５００は、青色または紫外線ＬＥＤ光源、光学スペーサ層（あるいはスペーサとして空気）５０４、ホスト変換層５０６中のＳＮＰ及び蛍光体の混合物、任意の封止層５０８、所望の方向へ光を抽出するための任意の透過光学素子５１０、光を平行にし、または収束する、レンズのような任意の屈折素子５１２、及びＬＥＤ素子の背後及び周囲に配置され、大角度から修正された出力方向へ発光を集めて導くための任意の反射素子５１４、を含む。ある実施形態において、高いローディング比を有するＳＮＰ層の高い屈折率は、ＬＥＤチップからの光の抽出を増加させるために好適である。
【００４１】
（例１：シリコーン中の蛍光体―ＲＳＮＰ配合物）
まず、６３８ｎｍで発光する３５×５．６ｎｍのＣｄＳｅ／ＣｄＳ ＲＳＮＰが、非特許文献３に記載された手順に類似した手順を用いて準備された。０．５ｇのＲＴＶ６１５Ａ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ，２２ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｗｏｏｄｓ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｂａｎｙ， ＮＹ １２２１１ ＵＳＡ）を、０．１５ｇのＲＴＶ６１５Ｂとともに１０分間撹拌した。４．０ｍｇのＲＳＮＰを０．４ｍｌのトルエンに溶解した。６１５ｍｇの黄色の蛍光体（ＢＹＷ０１Ａ，ＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ，３５１ Ｔｈｏｒｎｔｏｎ Ｒｄ Ｓｔｅ．１３０，Ｌｉｔｈｉａ Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＧＡ ３０１２２，ＵＳＡ）を、ＲＳＮＰの蛍光体に対する重量比を４／６１５、つまり約０．６５％になるように提供した。撹拌中に、ＲＳＮＰ溶液をシリコーンＲＴＶ混合物に加えた。次いで、ＢＹＷ０１Ａ蛍光体を加え、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーン溶液を１５分間撹拌した。次いで、気泡が残らなくなるまで、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーン溶液を真空処理した。次いで、溶液をガラス基板上に注ぎ、５２０μｍの厚さのスペーサを間に介して他のガラス基板を用いて挟み込んだ。次いで、混合された変換材料を、１００℃のホットプレート上に一時間置くと、溶液は固体となった。最終的な膜の厚さは５２０μｍであった。
【００４２】
一実施形態において、４９０μｍの厚さを有する例１中のような配合物を、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積した。図６に、この層とＬＥＤの性能が示されている。図６Ａは、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積されたときの上述した変換材料によって提供される光学スペクトルを示している。図６Ｂは、図６Ａに示されたスペクトルのＣＩＥ座標を示すＣＩＥ１９３１図を示している。光は、３０８０ＫのＣＣＴ及び８６のＣＲＩを有している。他のＬＥＤと共に配合物のその他の混合比によって、様々な色、特に異なるＣＣＴ値を有する様々な白色光を有する光源を提供することができる。蛍光体のタイプ、ＲＳＮＰのタイプ、大きさ及び形状、並びに蛍光体種とＲＳＮＰ種の間の比は、所望の必要性に従って適合させることができる。例えば、赤色発光するＲＳＮＰをより多く追加すると、青色の蛍光体及びそれゆえ緑―黄色の蛍光体もまた減少し、赤色が増強されることになる。特に、ＣＣＴが５０００Ｋより低く、ＣＲＩが７０より大きい場合、またはＣＣＴが３５００より低くＣＲＩが８０より大きい場合でさえ、(図示されない)他の混合比によって提供することができる。
【００４３】
（例２：ポリマーに封止されたＲＳＮＰのシリコーンへの挿入）
例１に記載のように準備されたＲＳＮＰを、３％のローディング比（重量）でＰＶＢ内に埋め込み、細かく粉末化した。最終的な粉末の平均粒子の大きさは、１５μｍよりも小さかった。１．５ｇのＲＴＶ６１５Ａ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ，２２ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｗｏｏｄｓ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｂａｎｙ， ＮＹ １２２１１ ＵＳＡ）を、０．１５ｇのＲＴＶ６１５Ｂと共に１０分間撹拌した。撹拌中に、７７ｍｇのＲＳＮＰ／ＰＶＢ粉末をシリコーン混合物に加えた。３４５ｍｇのイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＢＹＷ０１Ａ，ＰｈｏｓｐｈｏｒＴｅｃｈ，３５１ Ｔｈｏｒｎｔｏｎ Ｒｄ Ｓｔｅ．１３０，Ｌｉｔｈｉａ Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＧＡ ３０１２２，ＵＳＡ）を加え、溶液を１５分間撹拌した。次いで、ＲＳＮＰ／蛍光体／シリコーンＲＴＶ溶液を、気泡が残らなくなるまで真空処理した。次いで、溶液を、ガラス基板上に注ぎ、他のガラス基板を用いて挟み込んだ。２つのガラス基板の間に２５０μｍの厚さのスペーサを配置して、所望の厚さの膜を得た。次いで、サンドイッチ構造を１００℃のホットプレート上に１時間置くと、溶液は固体となった。最終的な膜の厚さは、約２５０μｍであった。図７は、４５５ｎｍのＬＥＤ上に堆積したときに上述した層によって提供される光学スペクトルを示す。光変換材料を塗布されたＬＥＤの発光スペクトルのＣＩＥ色座標は、ＣＩＥ ｘが０．３５、ＣＩＥ ｙが０．３１であった。
【００４４】
本発明が、その実施形態を参照して説明された。実施形態は、例示によって提供され、発明の範囲を限定することを意図されない。説明された実施形態は、異なる特徴を備え、その全てが、本発明の全ての実施形態において必ずしも必要とはされない。本発明のある実施形態は、特徴のうちのいくつかのみ、または特徴の可能な組み合わせを利用する。説明された本発明の実施形態の変形例及び説明された実施形態において記載されたのとは異なる特徴の組み合わせを備える本発明の実施形態が、当業者によってなされるであろう。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００４５】
本明細書において言及された全ての特許文献及び刊行物は、本明細書においては、本明細書内にその全てが組み込まれており、個々の特許文献または刊行物のそれぞれが、本明細書において参照によって組み込まれていると具体的に及び個々に示されたかのように、同程度に明細書に組み込まれる。加えて、本願のどの参照の引用または特定も、そのような参照が先行技術として利用可能であることを認めるものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００４６】
３００ ６２２ｎｍの発光を有する５．８×１６ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
３０２ ６２５ｎｍの発光を有する４．５×４５ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
３０４ ６２８ｎｍの発光を有する４．５×９５ｎｍのＲＳＮＰに関する発光スペクトル
５００ 発光デバイス
５０４ 光学スペーサ層
５０６ ホスト変換層
５０８ 封止層
５１０ 透過光学素子
５１２、５１４ 反射素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）蛍光体材料、及び
ｂ）５８０から６８０ｎｍの範囲に中心発光波長（ＣＷＬ）を有する少なくとも１種類の半導体シード化ナノ粒子（ＳＮＰ）材料、を備え、
前記蛍光体材料および前記ＳＮＰ材料が、３．５：１より大きな、４５５ｎｍにおける光学吸収の５８０から７００ｎｍの範囲の光学吸収の最大値に対する吸収比（ＡＲ）を提供するように、適切な量で混合される、光変換に用いるための材料配合物。
【請求項２】
前記適切な量が、前記ＳＮＰと前記蛍光体材料の間の重量比が０．１から１０％の間であることを含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項３】
前記ＳＮＰが、ナノロッドＳＮＰ（ＲＳＮＰ）である、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項４】
前記ＡＲが、７：１より大きい、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項５】
２．５：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項６】
６：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項４に記載の材料配合物。
【請求項７】
どの前記ＳＮＰの表面にも結合されていない、少なくとも一つの種類の余分な有機リガンドをさらに備える、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項８】
前記蛍光体及び前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰ材料を組み込むホストマトリックス材料をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項９】
前記ホストマトリックス材料が、シリコーン、エポキシまたはポリマーである、請求項８に記載の材料配合物。
【請求項１０】
前記ホストマトリックス材料に対する前記蛍光体―ＳＮＰ配合物の重量パーセンテージが、５から５０％の範囲内にある、請求項８に記載の材料配合物。
【請求項１１】
前記蛍光体材料が、希土類元素の発光中心を有する粒子を含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１２】
前記蛍光体材料が、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体からなる群から選択される、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１３】
前記ＳＮＰ材料が、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ−ＶＩ族半導体、及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１４】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅＳ／ＣｄＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ及びＣｕＩｎＳ２／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／シェル構造を有する、請求項１３に記載の材料配合物。
【請求項１５】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／二重シェル構造を有する、請求項１３に記載の材料配合物。
【請求項１６】
約５ｎｍよりも小さなフォトルミネセンス（ＰＬ）偏移を有することをさらなる特徴とし、前記ＰＬ偏移が、ＯＤが０．１より小さいときにトルエン中のＳＮＰについて測定されたＣＷＬと変換層中で測定されたＣＷＬとの間の差を表す、請求項１、５または６のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項１７】
ａ）蛍光体材料、
ｂ）第一のホスト材料、及び、
ｂ）５８０から６８０ｎｍの範囲に中心発光波長（ＣＷＬ）を有する少なくとも１種類の半導体シード化ナノ粒子（ＳＮＰ）材料、を備え、
前記ＳＮＰのそれぞれが、前記第一のホスト材料に封止され、前記蛍光体材料及び封止された前記ＳＮＰが、３．５：１より大きな、４５５ｎｍにおける光学吸収の、５８０から７００ｎｍの範囲の光学吸収の最大値に対する吸収比（ＡＲ）を提供するように適切な量で混合される、光変換に用いるための材料配合物。
【請求項１８】
前記ＳＮＰと前記第一のホスト材料との間の重量パーセンテージが、０．５から１０％の間であることを特徴とする、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項１９】
前記適切な量が、前記蛍光体に対する封止された前記ＳＮＰの重量比が１から５０％の間であることを含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２０】
前記ＳＮＰが、ナノロッドＳＮＰ（ＲＳＮＰ）である、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２１】
前記ＡＲが、７：１より大きい、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２２】
２．５：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２３】
６：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項２１に記載の材料配合物。
【請求項２４】
どの前記ＳＮＰの表面にも結合されていない、少なくとも一つの種類の余分な有機リガンドをさらに備える、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２５】
前記蛍光体及び封止された前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰ材料を組み込む第二のホスト材料をさらに備える、請求項１７から２５のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項２６】
前記第二のホスト材料が、ポリマー、エポキシまたはシリコーンである、請求項２５に記載の材料配合物。
【請求項２７】
前記第二のホスト材料に対する前記蛍光体―封止されたＳＮＰ配合物の重量パーセンテージが、５から５０％の範囲内にある、請求項２５に記載の材料配合物。
【請求項２８】
前記蛍光体材料が、希土類元素の発光中心を有する粒子を含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２９】
前記蛍光体材料が、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体からなる群から選択される、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項３０】
前記ＳＮＰ材料が、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ−ＶＩ族半導体、及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体からなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項３１】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅＳ／ＣｄＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ及びＣｕＩｎＳ２／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／シェル構造を有する、請求項３０に記載の材料配合物。
【請求項３２】
前記ＳＮＰまたはＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／二重シェル構造を有する、請求項３０に記載の材料配合物。
【請求項３３】
約８ｎｍよりも小さなフォトルミネセンス（ＰＬ）偏移を有することをさらなる特徴とし、前記ＰＬ偏移が、ＯＤが０．１より小さいときにトルエン中で測定されたＣＷＬと変換層中で測定されたＣＷＬとの間の差を表す、請求項１７、２２または２３のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項３４】
請求項１から７または請求項９から１５のいずれか一項に記載の物質の配合物を備える、光変換層。
【請求項３５】
請求項１７から２４または２６から３２のいずれか一項に記載の物質の配合物を備える、光変換層。
【請求項１】
ａ）蛍光体材料、及び
ｂ）５８０から６８０ｎｍの範囲に中心発光波長（ＣＷＬ）を有する少なくとも１種類の半導体シード化ナノ粒子（ＳＮＰ）材料、を備え、
前記蛍光体材料および前記ＳＮＰ材料が、３．５：１より大きな、４５５ｎｍにおける光学吸収の５８０から７００ｎｍの範囲の光学吸収の最大値に対する吸収比（ＡＲ）を提供するように、適切な量で混合される、光変換に用いるための材料配合物。
【請求項２】
前記適切な量が、前記ＳＮＰと前記蛍光体材料の間の重量比が０．１から１０％の間であることを含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項３】
前記ＳＮＰが、ナノロッドＳＮＰ（ＲＳＮＰ）である、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項４】
前記ＡＲが、７：１より大きい、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項５】
２．５：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項６】
６：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項４に記載の材料配合物。
【請求項７】
どの前記ＳＮＰの表面にも結合されていない、少なくとも一つの種類の余分な有機リガンドをさらに備える、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項８】
前記蛍光体及び前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰ材料を組み込むホストマトリックス材料をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項９】
前記ホストマトリックス材料が、シリコーン、エポキシまたはポリマーである、請求項８に記載の材料配合物。
【請求項１０】
前記ホストマトリックス材料に対する前記蛍光体―ＳＮＰ配合物の重量パーセンテージが、５から５０％の範囲内にある、請求項８に記載の材料配合物。
【請求項１１】
前記蛍光体材料が、希土類元素の発光中心を有する粒子を含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１２】
前記蛍光体材料が、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体からなる群から選択される、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１３】
前記ＳＮＰ材料が、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ−ＶＩ族半導体、及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載の材料配合物。
【請求項１４】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅＳ／ＣｄＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ及びＣｕＩｎＳ２／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／シェル構造を有する、請求項１３に記載の材料配合物。
【請求項１５】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／二重シェル構造を有する、請求項１３に記載の材料配合物。
【請求項１６】
約５ｎｍよりも小さなフォトルミネセンス（ＰＬ）偏移を有することをさらなる特徴とし、前記ＰＬ偏移が、ＯＤが０．１より小さいときにトルエン中のＳＮＰについて測定されたＣＷＬと変換層中で測定されたＣＷＬとの間の差を表す、請求項１、５または６のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項１７】
ａ）蛍光体材料、
ｂ）第一のホスト材料、及び、
ｂ）５８０から６８０ｎｍの範囲に中心発光波長（ＣＷＬ）を有する少なくとも１種類の半導体シード化ナノ粒子（ＳＮＰ）材料、を備え、
前記ＳＮＰのそれぞれが、前記第一のホスト材料に封止され、前記蛍光体材料及び封止された前記ＳＮＰが、３．５：１より大きな、４５５ｎｍにおける光学吸収の、５８０から７００ｎｍの範囲の光学吸収の最大値に対する吸収比（ＡＲ）を提供するように適切な量で混合される、光変換に用いるための材料配合物。
【請求項１８】
前記ＳＮＰと前記第一のホスト材料との間の重量パーセンテージが、０．５から１０％の間であることを特徴とする、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項１９】
前記適切な量が、前記蛍光体に対する封止された前記ＳＮＰの重量比が１から５０％の間であることを含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２０】
前記ＳＮＰが、ナノロッドＳＮＰ（ＲＳＮＰ）である、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２１】
前記ＡＲが、７：１より大きい、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２２】
２．５：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２３】
６：１よりも大きな、４５５ｎｍにおける吸収と５２０から５８０ｎｍの波長範囲の吸収の最大値との間のＡＲを有することをさらに特徴とする、請求項２１に記載の材料配合物。
【請求項２４】
どの前記ＳＮＰの表面にも結合されていない、少なくとも一つの種類の余分な有機リガンドをさらに備える、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２５】
前記蛍光体及び封止された前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰ材料を組み込む第二のホスト材料をさらに備える、請求項１７から２５のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項２６】
前記第二のホスト材料が、ポリマー、エポキシまたはシリコーンである、請求項２５に記載の材料配合物。
【請求項２７】
前記第二のホスト材料に対する前記蛍光体―封止されたＳＮＰ配合物の重量パーセンテージが、５から５０％の範囲内にある、請求項２５に記載の材料配合物。
【請求項２８】
前記蛍光体材料が、希土類元素の発光中心を有する粒子を含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項２９】
前記蛍光体材料が、ガーネット系蛍光体、ケイ酸系蛍光体、オルトケイ酸系蛍光体、チオガレート系蛍光体、硫化物系蛍光体及び窒化物系蛍光体からなる群から選択される、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項３０】
前記ＳＮＰ材料が、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ−ＶＩ族半導体、及びＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体からなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の材料配合物。
【請求項３１】
前記ＳＮＰまたは前記ＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅＳ／ＣｄＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ及びＣｕＩｎＳ２／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／シェル構造を有する、請求項３０に記載の材料配合物。
【請求項３２】
前記ＳＮＰまたはＲＳＮＰが、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳからなる群から選択される材料を有するコア／二重シェル構造を有する、請求項３０に記載の材料配合物。
【請求項３３】
約８ｎｍよりも小さなフォトルミネセンス（ＰＬ）偏移を有することをさらなる特徴とし、前記ＰＬ偏移が、ＯＤが０．１より小さいときにトルエン中で測定されたＣＷＬと変換層中で測定されたＣＷＬとの間の差を表す、請求項１７、２２または２３のいずれか一項に記載の材料配合物。
【請求項３４】
請求項１から７または請求項９から１５のいずれか一項に記載の物質の配合物を備える、光変換層。
【請求項３５】
請求項１７から２４または２６から３２のいずれか一項に記載の物質の配合物を備える、光変換層。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５１８１６６（Ｐ２０１３−５１８１６６Ａ）
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５０５４６（Ｐ２０１２−５５０５４６）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５０３６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９２６４７
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５０３０８３１６６）イサム・リサーチ・デベロツプメント・カンパニー・オブ・ザ・ヘブルー・ユニバーシテイ・オブ・エルサレム・リミテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１１／０５０３６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９２６４７
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５０３０８３１６６）イサム・リサーチ・デベロツプメント・カンパニー・オブ・ザ・ヘブルー・ユニバーシテイ・オブ・エルサレム・リミテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
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