TWI753119B - 具有有機配位體之量子點及其用途 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種量子點，其在表面上具有配位體層，其中該配位體層包含丙二酸衍生物、硫代硫醇化合物、硫代羧酸化合物、及含有酯基與硫醇基之化合物中之至少一者。本發明之量子點之氧化穩定性優異，從而可有效地應用於量子點膜、彩色濾光片、量子點發光二極體等多種用途。
Description
本發明係關於一種具有有機配位體之量子點及其用途，更詳細而言，係關於一種具有丙二酸衍生物、硫代硫醇化合物、硫代羧酸化合物、及含有酯基與硫醇基之化合物中之至少一者作為有機配位體而氧化穩定性優異之量子點及其用途。
量子點為具有奈米尺寸之半導體奈米晶體，且具有能量帶間隙(Bandgap，Eg)根據尺寸或形狀而變化之特徵。此種量子點因量子侷限(quantum confinement)效應，僅藉由調節量子點之尺寸便可調節發光波長，且可顯示出優異之色純度及高的光致發光(photoluminescence，PL)效率，從而不僅在顯示器中，亦在照明用光源、太陽電池、半導體雷射/光放大器、生物成像等領域中受到許多關注。
就可大量生產具有優異之光學特性之量子點的觀點而言，量子點主要係藉由濕式化學製程來製造。濕式化學製程係 在有機溶劑中加入前驅物物質而使粒子成長之方法。在藉由此種濕式化學製程製造量子點之情況下，為防止量子點之凝聚且將量子點之粒子尺寸控制在奈米水準而使用有機配位體。作為此種有機配位體，通常使用油酸[參照韓國註冊專利第10-1,447,238號]。
然而，此種量子點容易因空氣中之氧而氧化。因此，期望進行與氧化穩定性優異之量子點相關之開發。
本發明之一目的在於提供一種氧化穩定性優異之量子點。
本發明之另一目的在於提供一種包含上述量子點之量子點膜。
本發明之再一目的在於提供一種包含上述量子點之自發光感光性樹脂組成物。
本發明之又一目的在於提供一種使用上述自發光感光性樹脂組成物而製成之彩色濾光片(color filter)。
本發明之又一目的在於提供一種包含上述量子點之量子點發光二極體(Quantum Dot Light-Emitting Diode，QLED)。
一方面，本發明提供一種量子點，其在表面上具有 配位體層，其中該配位體層包含由下述化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者。
另一方面，本發明提供一種包含上述量子點之量子點膜。
再一方面，本發明提供一種包含上述量子點之自發光感光性樹脂組成物。
又一方面，本發明提供一種使用上述自發光感光性樹脂組成物而製成之彩色濾光片。
又一方面，本發明提供一種包含上述量子點之量子點發光二極體。
藉由本發明而形成之量子點之氧化穩定性優異，因此可有效地應用於量子點膜、彩色濾光片、量子點發光二極體等多種用途。
以下，對本發明進行更詳細的說明。
本發明之一實施態樣係有關於一種量子點，其在表面上具有配位體層，上述配位體層包含由下述化學式1所表示之丙二酸衍生物、由化學式2所表示之硫代硫醇化合物、由化學式3所表示之硫代羧酸化合物、及由化學式4所表示之含有酯基與硫醇基之化合物中之至少一者。
本說明書中所使用之C1至C3之烷基係指碳數包含1個至3個之直鏈狀或分支狀之烴，例如包含甲基、乙基、正丙基、異丙基等，但並不限定於該等。
本說明書中所使用之C4至C22之烷基係指碳數包含4個至22個之直鏈狀或分支狀之烴，例如包含正丁基、異丁基、三級丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十二烷基等，但並不限定於該等。
本說明書中所使用之C4至C22之烯基係指具有一個以上的碳-碳雙鍵、碳數包含4個至22個之直鏈狀或分支狀之不飽和烴，例如包含丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯 基、癸烯基、十一烯基、十二烯基、十三烯基、十四烯基、十五烯基、十六烯基、十七烯基、十八烯基、十九烯基、二十烯基、二十二烯基等，但並不限定於該等。
本說明書中所使用之C1至C3之伸烷基係指碳數包含1個至3個之直鏈狀或分支狀之二價烴，例如包含亞甲基、伸乙基、伸正丙基、伸異丙基等，但並不限定於該等。
本說明書中所使用之C1至C5之伸烷基係指碳數包含1個至5個之直鏈狀或分支狀之二價烴，例如包含亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基等，但並不限定於該等。
在本發明之一實施態樣中，由化學式1所表示之化合物可為以下化合物：X1為氫或甲基，R1為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基。
在本發明之一實施態樣中，由化學式1所表示之化合物可為以下化合物：X1為氫，R1為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基。
在本發明之一實施態樣中，由化學式1所表示之化合物可為由下述化學式5至化學式7之任一者所表示之化合物。
在本發明之一實施態樣中，由化學式1所表示之丙二酸衍生物為有機配位體，且可配位鍵結於量子點之表面來執行使量子點穩定化之功能。
由化學式1所表示之丙二酸衍生物為二價酸，且係pKa為3以下之強酸，因此，相較於pKa為4.25且為一價酸之油酸，丙二酸衍生物與量子點之鍵結力優異。
另外，由化學式1所表示之丙二酸衍生物在X1為氫之情況下，藉由酮-烯醇互變異構性(keto-enol tautomerism)而使酸官能基與羥基能夠共同存在，可與構成量子點之金屬元素形成更強之配位鍵結。
在本發明之一實施態樣中，由化學式2所表示之化合物可為以下化合物：X2及Y1分別獨立地為氫、甲基或異丙基，R2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基，n為0至1之整數。
在本發明之一實施態樣中，由化學式2所表示之化合物可為以下化合物：X2及Y1為氫，R2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基，n為0至1之整數。
在本發明之一實施態樣中，由化學式2所表示之化合物可為由下述化學式8至化學式12之任一者所表示之化合物。
在本發明之一實施態樣中，由化學式2所表示之硫代硫醇化合物為有機配位體，且可配位鍵結於量子點之表面來執行使量子點穩定化之功能。
由化學式2所表示之硫代硫醇化合物為極性官能基，且共同具有硫醇與巰(硫)基，藉此，相較於油酸，硫代硫醇化合物與量子點之鍵結力優異。
另外，由化學式2所表示之硫代硫醇化合物在X2及Y1為氫之情況下，因立體阻礙小而可在更靠近之距離與量子點鍵結，因此，可與構成量子點之金屬元素形成更強之配位鍵結。
在本發明之一實施態樣中，由化學式3所表示之化合物可為由下述化學式13至化學式16之任一者所表示之化合物。
[化學式15]
在本發明之一實施態樣中，由化學式3所表示之化合物可為以下化合物：R3為C10至C14之烷基或C10至C14之烯基。
在本發明之一實施態樣中，由化學式3所表示之化合物可為由下述化學式17至化學式20之任一者所表示之化合物。
[化學式19]
在本發明之一實施態樣中，由化學式3所表示之硫代羧酸化合物為有機配位體，且可配位鍵結於量子點之表面來執行使量子點穩定化之功能。
由化學式3所表示之硫代羧酸化合物為極性官能基，且共同具有羧酸與巰(硫)基，藉此，相較於油酸，硫代羧酸化合物與量子點之鍵結力優異。
另外，關於由化學式3所表示之硫代羧酸化合物，相較於X3具有分支狀結構之情況，X3具有直鏈狀結構之情況係非極性，因此，有利於該等之排列而較佳。
在本發明之一實施態樣中，由化學式4所表示之化合物可為以下化合物：Y2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基。
在本發明之一實施態樣中，由化學式4所表示之化合物可為由下述化學式21至化學式27之任一者所表示之化合物。
[化學式21]
在本發明之一實施態樣中，由化學式4所表示之含有酯基與硫醇基之化合物為有機配位體，且酯基之「=O」與硫醇基之「S」可雙重地配位鍵結於量子點之表面來執行使量子點穩定化之功能。
由化學式4所表示之含有酯基與硫醇基之化合物為極性官能基，且共同具有硫醇與酯基，藉此，相較於油酸，含有酯基與硫醇基之化合物與量子點之鍵結力優異。
另外，由化學式4所表示之含有酯基與硫醇基之化合物在X4具有直鏈狀結構之情況下，因立體阻礙小而可在更靠近之距離與量子點鍵結，因此，可與構成量子點之金屬元素形成更強之配位鍵結。
相對於量子點之總表面積，由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者可覆蓋5%以上之表面。
此時，相對於量子點1莫耳，由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之含量可為0.1莫耳至10莫耳。
包含由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之配位體層可具有0.1奈米至2奈米之厚度，例如0.5奈米至1.5奈米之厚度。
在本發明之一實施態樣中，量子點可稱為奈米尺寸 之半導體物質。原子係形成分子，而分子係構成所謂團簇之小的分子集合體而形成奈米粒子，當此種奈米粒子呈現出半導體特性時便稱為量子點。量子點若自外部接受能量而成為漂浮狀態，則釋放出與該量子點自身相應之能量帶間隙所對應之能量。
量子點只要為可藉由光或電之刺激而發光之量子點粒子，則無特別限定。例如可選自由以下所組成之群組：II-VI族半導體化合物；III-V族半導體化合物；IV-VI族半導體化合物；IV族元素或包含其之化合物；及該等之組合，該等可單獨使用或混合使用二種以上。
具體而言，H-VI族半導體化合物可選自由以下所組成之群組：選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、與該等之混合物所組成之群組之二元素化合物；選自由CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、與該等之混合物所組成之群組之三元素化合物；以及選自由CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、與該等之混合物所組成之群組之四元素化合物，但II-VI族半導體化合物並不限定於該等。
III-V族半導體化合物可選自由以下所組成之群組：選自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、與該等之混合物所組成之群組之二元素化合物；選自由GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、 AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、與該等之混合物所組成之群組之三元素化合物；以及選自由GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、與該等之混合物所組成之群組之四元素化合物，但III-V族半導體化合物並不限定於該等。
IV-VI族半導體化合物可為選自由以下所組成之群組之至少一者：選自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、與該等之混合物所組成之群組之二元素化合物；選自由SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、與該等之混合物所組成之群組之三元素化合物；以及選自由SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe、與該等之混合物所組成之群組之四元素化合物，但IV-VI族半導體化合物並不限定於該等。
IV族元素或包含其之化合物可選自由以下所組成之群組：選自由Si、Ge及該等之混合物所組成之群組之元素；以及選自由SiC、SiGe、與該等之混合物所組成之群組之二元素化合物，但IV族元素或包含其之化合物並不限定於該等。
量子點可具有以下結構：均質之(homogeneous)單一結構；如核-殼(core-shell)結構、梯度(gradient)結構等之雙重結構；或該等之混合結構。較佳為量子點可具有包含核、及覆蓋核之殼之核-殼結構。
具體而言，在核-殼之雙重結構中，分別形成核與殼之物質可包含前文所述之彼此不同之半導體化合物。例如，核可 包含InP、InZnP、InGaP、CdSe、CdS、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSeTe、CdZnS、CdSeS、PbSe、PbS、PbTe、AgInZnS、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InGaN、InAs、及ZnO中之至少一者，殼可包含ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、CdS、CdSe、CdTe、CdO、InP、InS、GaP、GaN、GaO、InZnP、InGaP、InGaN、InZnSCdSe、PbS、TiO、SrSe、及HgSe中之至少一者，但並不限定於該等。
量子點可藉由濕式化學製程(wet chemical process)來合成。
所謂濕式化學製程，係在有機溶劑中加入前驅物物質而使粒子成長之方法。當晶體成長時，有機溶劑係自然地配位於量子點晶體之表面，並發揮分散劑之作用而對晶體之成長進行調節，因此，相較於有機金屬化學蒸鍍製程或分子束磊晶之類的氣相蒸鍍法，可經由容易且廉價之製程來控制奈米粒子之成長，故較佳使用濕式化學製程來製造量子點。
在藉由濕式化學製程來製造量子點之情況下，為防止量子點之凝聚且將量子點之粒子尺寸控制在奈米水準而使用有機配位體。作為此種有機配位體，通常可使用油酸。
在本發明之一實施態樣中，在量子點之製造過程中所使用之油酸係利用由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者並藉由配位體交換方法而被交換。
配位體交換可藉由以下方式來進行：在含有具有原本之有機配位體(即油酸)之量子點的分散液中，添加欲交換之 有機配位體(即由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者)，將其在常溫至200℃下攪拌30分鐘至3小時，從而獲得鍵結有由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者的量子點。視需要，亦可進一步進行將該鍵結有由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者的量子點分離並加以純化之過程。
本發明之一實施態樣之量子點可如上所述在常溫下之簡單攪拌處理下藉由有機配位體交換方法來製造，因此具有可大量生產之優點。
另外，本發明之一實施態樣之量子點即便在10天以後亦可相對於初期之量子效率保持80%以上之量子效率，可長期穩定地保管，因此可達成作為多種用途之商用化。
本發明之一實施態樣係有關於一種包含前述量子點之量子點膜。
量子點膜包括量子點分散層，量子點分散層包含高分子樹脂、及分散於高分子樹脂中之前述量子點。
作為高分子樹脂，例如可使用環氧樹脂、丙烯酸環氧基酯、丙烯酸月桂基酯、降冰片烯、聚乙烯、聚苯乙烯、乙烯-苯乙烯共聚物、包含雙酚A及雙酚A衍生物之丙烯酸酯、包含茀衍生物之丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、聚苯基烷基矽氧烷、聚二苯基矽氧烷、聚二烷基矽氧烷、矽倍半氧烷、氟化矽酮、以及經乙 烯基取代之矽酮與經氫化物取代之矽酮等，該等高分子樹脂可單獨使用或混合使用二種以上。
量子點膜可在量子點分散層之至少單面上進一步包括障壁層。
障壁層可具有0.001立方公分/平方公尺．天．巴(cm3/m2．day．bar)以下之氧透過率與0.001公克/平方公尺．天(g/m2．day)以下之水分透過率，且例如可包含聚酯、聚碳酸酯、聚烯烴、環狀烯烴聚合物、或聚醯亞胺。
量子點分散層之厚度可為10微米至100微米，障壁層之厚度可為50微米至70微米。
本發明之一實施態樣係有關於一種包含前述量子點之自發光感光性樹脂組成物。
自發光感光性樹脂組成物包含量子點、鹼可溶性樹脂、光聚合性化合物、及光聚合起始劑。
在自發光感光性樹脂組成物中之量子點之含量並無特別限定，例如，相對於自發光感光性樹脂組成物之全體固體成分100重量%，可為3重量%至80重量%，例如可為5重量%至70重量%。
鹼可溶性樹脂可執行以下功能：使由自發光感光性 樹脂組成物製造之圖案的非曝光部成為鹼可溶性而可予以去除，並使曝光區域殘留。另外，在自發光感光性樹脂組成物包含鹼可溶性樹脂之情況下，可執行以下功能：可使量子點均勻地分散於組成物中，且在製程中保護量子點以保持亮度。
鹼可溶性樹脂可選定並使用具有50至200(KOH毫克/公克(KOHmg/g))之酸價者。所謂「酸價」，係作為中和1公克聚合物所需要之氫氧化鉀之量(毫克)而測定之值，且與溶解性相關。若鹼可溶性樹脂之酸價未達該範圍，則有時難以確保充分之顯影速度，另外，若超過該範圍，則有時會產生以下問題：與基板之密接性降低而容易發生圖案之短路，組成物全體之保存穩定性降低而黏度上升。
另外，鹼可溶性樹脂之重量平均分子量可為3,000至30,000，較佳為5,000至20,000，分子量之分佈度可為1.5至6.0，較佳為1.8至4.0。
鹼可溶性樹脂可為含羧基之不飽和單體之聚合物、或含羧基之不飽和單體及可與其共聚之具有不飽和鍵之單體的共聚物、以及該等之組合。
作為含羧基之不飽和單體，可列舉：不飽和單羧酸、不飽和二羧酸、不飽和三羧酸等。具體而言，作為不飽和單羧酸，例如可列舉：丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、α-氯丙烯酸、桂皮酸等。作為不飽和二羧酸，例如可列舉：順丁烯二酸、反丁烯二酸、伊康酸、檸康酸、中康酸等。不飽和二羧酸亦可為酸酐，具體而言，可列舉：順丁烯二酸酐、伊康酸酐、檸康酸酐等。另外， 不飽和二羧酸亦可為其單(2-(甲基)丙烯醯基氧基烷基)酯，例如可列舉：琥珀酸單(2-丙烯醯基氧基乙基)酯、琥珀酸單(2-甲基丙烯醯基氧基乙基)酯、酞酸單(2-丙烯醯基氧基乙基)酯、酞酸單(2-甲基丙烯醯基氧基乙基)酯等。不飽和二羧酸亦可為其兩末端二羧基聚合物之單(甲基)丙烯酸酯，例如可列舉：ω-羧基聚己內酯單丙烯酸酯、ω-羧基聚己內酯單甲基丙烯酸酯等。該等含羧基之單體分別可單獨使用或混合使用二種以上。
另外，可與含羧基之不飽和單體共聚之單體可為選自由以下所組成之群組之至少一者：芳香族乙烯基化合物、不飽和羧酸酯化合物、不飽和羧酸胺基烷基酯化合物、不飽和羧酸縮水甘油酯化合物、羧酸乙烯酯化合物、不飽和醚化合物、氰化乙烯基化合物、不飽和醯胺化合物、不飽和醯亞胺化合物、脂肪族共軛二烯化合物、在分子鏈之末端具有單丙烯醯基或單甲基丙烯醯基之大分子單體、大體積性單體、及該等之組合。
更具體而言，作為可共聚之單體，可列舉：苯乙烯、α-甲基苯乙烯、鄰乙烯基甲苯、間乙烯基甲苯、對乙烯基甲苯、對氯苯乙烯、鄰甲氧基苯乙烯、間甲氧基苯乙烯、對甲氧基苯乙烯、鄰乙烯基苄基甲基醚、間乙烯基苄基甲基醚、對乙烯基苄基甲基醚、鄰乙烯基苄基縮水甘油基醚、間乙烯基苄基縮水甘油基醚、對乙烯基苄基縮水甘油基醚、茚等芳香族乙烯基化合物；丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基 丙烯酸異丁酯、丙烯酸二級丁酯、甲基丙烯酸二級丁酯、丙烯酸三級丁酯、甲基丙烯酸三級丁酯、丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-2-羥基丙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯、丙烯酸-3-羥基丙酯、甲基丙烯酸-3-羥基丙酯、丙烯酸-2-羥基丁酯、甲基丙烯酸-2-羥基丁酯、丙烯酸-3-羥基丁酯、甲基丙烯酸-3-羥基丁酯、丙烯酸-4-羥基丁酯、甲基丙烯酸-4-羥基丁酯、丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸環己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸-2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸-2-甲氧基乙酯、丙烯酸-2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸-2-苯氧基乙酯、甲氧基二乙二醇丙烯酸酯、甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基丙二醇丙烯酸酯、甲氧基丙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基二丙二醇丙烯酸酯、甲氧基二丙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸二環戊二烯酯、甲基丙烯酸二環戊二烯酯、(甲基)丙烯酸金剛烷基酯、(甲基)丙烯酸降冰片酯、丙烯酸-2-羥基-3-苯氧基丙酯、甲基丙烯酸-2-羥基-3-苯氧基丙酯、甘油單丙烯酸酯、甘油單甲基丙烯酸酯等不飽和羧酸酯；丙烯酸-2-胺基乙酯、甲基丙烯酸-2-胺基乙酯、丙烯酸-2-二甲基胺基乙酯、甲基丙烯酸-2-二甲基胺基乙酯、丙烯酸-2-胺基丙酯、甲基丙烯酸-2-胺基丙酯、丙烯酸-2-二甲基胺基丙酯、甲基丙烯酸-2-二甲基胺基丙酯、丙烯酸-3-胺基丙酯、甲基丙烯酸-3-胺基丙酯、丙烯酸-3-二甲基胺基丙酯、甲基丙烯酸-3-二甲基胺基丙酯等不飽和羧酸胺基烷基酯化合物；丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯等不飽和羧酸縮水甘油酯化合物； 乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯等羧酸乙烯酯化合物；乙烯基甲醚、乙烯基乙醚、烯丙基縮水甘油基醚等不飽和醚化合物；丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、二氰亞乙烯等氰化乙烯基化合物；丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、α-氯丙烯醯胺、N-2-羥基乙基丙烯醯胺、N-2-羥基乙基甲基丙烯醯胺等不飽和醯胺化合物；馬來醯亞胺、苄基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺等不飽和醯亞胺化合物；1,3-丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯等脂肪族共軛二烯化合物；以及聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、在聚矽氧烷之聚合物分子鏈末端具有單丙烯醯基或單甲基丙烯醯基之大分子單體；使相對介電常數值降低之具有降冰片基骨架之單體、具有金剛烷骨架之單體、具有松香骨架之單體等大體積性單體等。
相對於自發光感光性樹脂組成物之全體固體成分100重量%，可包含5重量%至80重量%、具體為10重量%至70重量%、更具體為15重量%至60重量%之鹼可溶性樹脂。
光聚合性化合物係藉由光及後述之光聚合起始劑之作用而可聚合之化合物，可列舉單官能單體、二官能單體、其他多官能單體等。
單官能單體之種類並無特別限定，例如可列舉：壬基苯基卡必醇丙烯酸酯、丙烯酸-2-羥基-3-苯氧基丙酯、2-乙基己基卡必醇丙烯酸酯、丙烯酸-2-羥基乙酯、N-乙烯基吡咯啶酮等。
二官能單體之種類並無特別限定，例如可列舉：1,6- 己二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A之雙(丙烯醯基氧基乙基)酯、3-甲基戊二醇二(甲基)丙烯酸酯等。
其他多官能單體之種類並無特別限定，例如可列舉：三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等。可較佳地使用該等中之二官能以上之多官能單體。
相對於自發光感光性樹脂組成物之全體固體成分100重量%，可包含5重量%至70重量%、具體為10重量%至60重量%、更具體為15重量%至50重量%之光聚合性化合物。
光聚合起始劑只要為可使光聚合性化合物聚合者，則其種類可不受特別限制地使用。尤其就聚合特性、起始效率、吸收波長、可得性、價格等觀點而言，光聚合起始劑較佳使用選自由以下所組成之群組之至少一種化合物：苯乙酮系化合物、二苯甲酮系化合物、三嗪系化合物、聯咪唑系化合物、肟系化合物、及硫雜蒽酮系化合物。
作為苯乙酮系化合物之具體例，可列舉：二乙氧基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、苄基二甲基縮酮、2-羥 基-1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-甲基丙烷-1-酮、1-羥基環己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲基硫苯基)-2-嗎福林基丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-嗎福林基苯基)丁烷-1-酮、2-羥基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙烷-1-酮、2-(4-甲基苄基)-2-(二甲基胺基)-1-(4-嗎福林基苯基)丁烷-1-酮等。
作為二苯甲酮系化合物，例如可列舉：二苯甲酮、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、4-苯甲醯基-4'-甲基二苯基硫醚、3,3',4,4'-四(三級丁基過氧化羰基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基二苯甲酮等。
作為三嗪系化合物之具體例，可列舉：2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基萘基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-向日葵基-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-(4-甲氧基苯乙烯基)-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(5-甲基呋喃-2-基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(呋喃-2-基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(4-二乙基胺基-2-甲基苯基)乙烯基]-1,3,5-三嗪、2,4-雙(三氯甲基)-6-[2-(3,4-二甲氧基苯基)乙烯基]-1,3,5-三嗪等。
作為聯咪唑系化合物之具體例，可列舉：2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2'-雙(2,3-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四(烷氧基苯基)聯咪唑、2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四(三烷氧基苯基)聯咪唑、2,2-雙(2,6-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基-1,2'-聯咪唑或4,4',5,5'位之 苯基經羰烷氧基取代之聯咪唑化合物等。該等中，較佳可使用2,2'-雙(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2'-雙(2,3-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基聯咪唑、2,2-雙(2,6-二氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基-1,2'-聯咪唑。
作為肟系化合物之具體例，可列舉鄰乙氧基羰基-α-氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮等，作為市售品，巴斯夫(BASF)公司製造之Irgacure OXE 01、Irgacure OXE 02具有代表性。
作為硫雜蒽酮系化合物，例如可列舉：2-異丙基硫雜蒽酮、2,4-二乙基硫雜蒽酮、2,4-二氯硫雜蒽酮、1-氯-4-丙氧基硫雜蒽酮等。
相對於自發光感光性樹脂組成物之全體固體成分100重量%，可包含0.1重量%至20重量%、較佳為0.5重量%至15重量%、更佳為1重量%至10重量%之光聚合起始劑。
為提高本發明之自發光感光性樹脂組成物之感度，光聚合起始劑可進一步包含光聚合起始輔助劑。在包含光聚合起始輔助劑之情況下，具有感度進一步升高而生產性提高之優點。
光聚合起始輔助劑例如較佳可使用選自由以下所組成之群組之至少一種化合物：胺化合物、羧酸化合物、及具有硫醇基之有機硫化合物，但並不限定於該等。
自發光感光性樹脂組成物可進一步包含溶劑，溶劑並無特別限制，可為本發明所屬技術領域中所通常使用之有機溶劑。
例如，作為溶劑，可列舉：乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚等乙二醇單烷基醚類；二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚等二乙二醇二烷基醚類；甲基賽路蘇乙酸酯、乙基賽路蘇乙酸酯等乙二醇烷基醚乙酸酯類；丙二醇單甲醚等丙二醇單烷基醚類；丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單丙醚乙酸酯、甲氧基丁基乙酸酯、甲氧基戊基乙酸酯等烷二醇烷基醚乙酸酯類；苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香族烴類；甲基乙基酮、丙酮、甲基戊基酮、甲基異丁基酮、環己酮、環戊酮等酮類；乙醇、丙醇、丁醇、己醇、環己醇、乙二醇、甘油等醇類；3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯等酯類；γ-丁內酯等環狀酯類等。該等溶劑可單獨使用或混合使用二種以上。
關於自發光感光性樹脂組成物中之溶劑之含量，相對於自發光感光性樹脂組成物之全體100重量%，可包含20重量%至90重量%，較佳包含25重量%至85重量%，更佳包含30重量%至80重量%。
本發明之自發光感光性樹脂組成物可進一步包含密接促進劑、界面活性劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、抗凝聚劑等添加劑。
以自發光感光性樹脂組成物之全體100重量%為基準，可使用0.05重量%至10重量%、具體為0.1重量%至10重量%、更具體為0.1重量%至5重量%之添加劑，但並不限定於該等。
本發明之一實施態樣係有關於一種使用前述自發光 感光性樹脂組成物而製成之彩色濾光片。
本發明之彩色濾光片係包含本發明之包含量子點之自發光感光性樹脂組成物的硬化物，因此量子點之氧化穩定性優異，從而具有發光特性優異之優點。
彩色濾光片包括基板、及形成於基板之上部的圖案層。
基板可為彩色濾光片其本身，或者亦可為在顯示器裝置等中彩色濾光片所處之部位，並無特別限制。基板可為玻璃、矽(Si)、矽氧化物(SiOx)或高分子基板，高分子基板可為聚醚碸(polyethersulfone，PES)或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)等。
圖案層可為包含本發明之自發光感光性樹脂組成物之層，亦可為藉由塗佈自發光感光性樹脂組成物並以既定之圖案進行曝光、顯影、及熱硬化而製成之層。圖案層只要藉由本發明所屬技術領域中所通常已知之方法來形成即可。
如前所述包括基板及圖案層之彩色濾光片可進一步包括形成於各圖案間之間隔壁或黑色矩陣，但並不限定於該等。
另外，可進一步包括形成於彩色濾光片之圖案層之上部的保護膜。
彩色濾光片可包括選自由以下所組成之群組之至少一者：紅色圖案層、綠色圖案層、及藍色圖案層。具體而言，彩色濾光片可包括選自由以下所組成之群組之至少一者：包含本發明之紅量子點之紅色圖案層、包含本發明之綠量子點之綠色圖案 層、及包含本發明之藍量子點之藍色圖案層。紅色圖案層、綠色圖案層、及藍色圖案層分別可在光照射時發射紅色光、綠色光、及藍色光，此時，光源之發射光並無特別限定，但就優異之色彩再現性之方面而言，可使用發射藍色光之光源。
彩色濾光片可具備紅色圖案層、綠色圖案層、及藍色圖案層中之僅二種色相之圖案層，但並不限定於此。再者，在彩色濾光片具備僅二種色相之圖案層之情況下，圖案層可進一步具備不含有量子點之透明圖案層。
在彩色濾光片具備僅二種色相之圖案層之情況下，可使用以下光源：所發射之光係呈現該二種色相以外之色相的波長。例如，在彩色濾光片包括紅色圖案層及綠色圖案層之情況下，可使用發射藍色光之光源，在該情況下，紅量子點發射紅色光，綠量子點發射綠色光，且透明圖案層因來自該光源之藍色光清楚可見而可呈現藍色。
本發明之一實施態樣係有關於一種具備前述彩色濾光片之圖像顯示裝置。
本發明之彩色濾光片不僅可應用於通常之液晶顯示裝置，而且亦可應用於電場發光顯示裝置、電漿顯示裝置、電場發射顯示裝置等各種圖像顯示裝置。
本發明之一實施態樣係有關於一種包含前述量子點之量子點發光二極體(Quantum Dot Light-Emitting Diode，QLED)。
量子點發光二極體係將量子點電性地激發而使其發光之電致發光(Electroluminescence，EL)方式之元件。
在量子點發光二極體中，自二個電極注入之電子與電洞係在量子點發光層中形成激子，並藉由激子之發光再結合(輻射再結合(radiative recombination))而發光。此與有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)之工作原理相同，因此，可為在直接使用通常之OLED之電子/電洞注入層及傳輸層等的多層元件結構中，僅代替有機發光原材料而使用量子點來構成發光層者。
另外，本發明之一實施態樣之量子點不僅可應用於前述顯示器，而且亦可應用作為照明用光源、太陽電池、半導體雷射/光放大器、生物成像等之原材料。
以下，藉由實施例、比較例及實驗例對本發明進行更具體說明。再者，對熟習此項技術者而言顯而易見的是，該等實施例、比較例及實驗例僅係用以說明本發明，本發明之範圍並不限定於彼等。
在三口燒瓶(3-neck flask)中加入乙酸銦0.05839公克、油酸0.12019公克及1-十八烯(1-Octadecene，ODE)10毫升。在經過一邊對燒瓶進行攪拌一邊在110℃、100毫托(mTorr)下脫氣(degassing)30分鐘之過程後，在惰性氣體下於270℃之溫度加熱，直至溶液變得透明。
作為磷(P)前驅物而準備三(三甲基矽基)膦0.025054公克，加入至1-十八烯0.5毫升與三正辛基膦0.5毫升中並進行攪拌，將其快速地注入至在惰性氣體下於270℃被加熱過之燒瓶中。在進行了1小時反應後，進行快速冷卻以使反應終止。接著，當燒瓶之溫度達到100℃時注入10毫升之甲苯，然後移至50毫升之離心分離管中。在添加了乙醇10毫升後，使用沈澱及再分散方法進行二次純化。使經純化之InP核奈米粒子分散於1-十八烯中之後予以保存。
在三口燒瓶中加入乙酸鋅3.669公克、油酸20毫升及1-十八烯20毫升，在經過一邊進行攪拌一邊在110℃、100毫托下脫氣(degassing)30分鐘之過程後，在惰性氣體下於270℃之溫度加熱，直至溶液變得透明，然後冷卻至60℃，獲得了透明之油酸鋅形態之前驅物溶液。
在三口燒瓶中加入硫0.6412公克及三正辛基膦10毫升，在惰性氣體環境下一邊進行攪拌一邊於80℃之溫度加熱，直至溶液變得透明，然後冷卻至常溫，獲得了磷酸三辛酯(Trioctyl phosphate，TOP)：S形態之S前驅物溶液。
在另一三口燒瓶中加入合成例1中預先製備之InP核之奈米粒子溶液，將燒瓶之溫度調節為300℃後，藉由注射器快速注入預先製備之鋅前驅物溶液0.6毫升。接著，藉由注射器泵，以2毫升/小時(mL/hr)之速度向燒瓶中注入預先製備之S前驅物溶液0.3毫升。在注入結束後，進一步進行3小時反應，並進行快速冷 卻以使反應終止。當燒瓶之溫度達到100℃時注入10毫升之甲苯，然後移至50毫升之離心分離管中。在添加了乙醇10毫升後，使用沈澱及再分散方法進行二次純化。使經純化之InP/ZnS核-殼結構之奈米粒子分散於1-十八烯中之後予以保存。
在使表面鍵結有油酸之合成例1的InP核單獨之量子點1公克分散於甲苯10毫升中而成的溶液中，加入由化學式5所表示之丙二酸衍生物新穎配位體0.5公克，進行了30分鐘以上之混合。在該過程中，由化學式5所表示之新穎配位體代替了核單獨之量子點之表面的油酸。接著，在混雜有量子點-新穎配位體鍵結體與未反應配位體之混合溶液中加入乙醇10毫升，使量子點-新穎配位體鍵結體凝聚。藉由離心分離(8000rpm、30分鐘)將凝聚後之量子點-新穎配位體鍵結體與自量子點脫落之油酸及未反應配位體分離。接著，使量子點-新穎配位體鍵結體以0.1公克/毫升(g/ml)之濃度分散於甲苯中。
在使表面鍵結有油酸之合成例2之InP/ZnS量子點1公克分散於甲苯10毫升中而成的溶液中，加入由化學式5所表示之丙二酸衍生物新穎配位體0.5公克，進行了30分鐘以上之混合。在 該過程中，新穎配位體代替了量子點表面之油酸。接著，在混雜有量子點-新穎配位體鍵結體與未反應配位體之混合溶液中加入乙醇10毫升，使量子點-新穎配位體鍵結體凝聚。藉由離心分離(8000rpm、30分鐘)將凝聚後之量子點-新穎配位體鍵結體與自量子點脫落之油酸及未反應配位體分離。接著，使量子點-新穎配位體鍵結體以0.1公克/毫升之濃度分散於甲苯中。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式6所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式6所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式7所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式7 所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式8所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式8所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式9所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式9所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式 12所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式12所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式17所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式17所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式18所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式 18所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式19所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式19所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式21所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式21所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式 22所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式22所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式27所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式27所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
使表面鍵結有油酸之合成例1的InP核單獨之量子點1公克以0.1公克/毫升之濃度分散於甲苯中。
使表面鍵結有油酸之合成例2之InP/ZnS核殼量子點1公克以0.1公克/毫升之濃度分散於甲苯中。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由下述化學式a所表示之配位體以外，與實施例1-1同樣地實施。
除代替由化學式5所表示之配位體而使用由化學式a所表示之配位體以外，與實施例1-2同樣地實施。
使用紫外-可見光(UV-Visible)分光光度計，對實施例1-1至實施例12-1與比較例1-1及比較例2-1之量子點分散液在製造初期的最大吸光波長(λmax)、與在常溫下放置4天後的最大吸光波長(λmax)進行了測定。
若量子點之表面氧化，則量子點之尺寸減小，從而最大吸光波長(λmax)減小，因此可測定最大吸光波長(λmax)之減小量來確認氧化穩定性。即，可測定△λmax來確認氧化穩定性。
將測定結果表示於下述表1中。
如表1所示，可確認到：相較於比較例1-1及比較例2-1之量子點，具有本發明由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之有機配位體的實施例1-1至實施例12-1之量子點係在氧化穩定性上更優異。
使用PL分光光度計及紫外-可見光(UV-Vis)分光光度計，對實施例1-2至實施例12-2與比較例1-2及比較例2-2之量子點分散液在製造初期的量子效率(QY%)、與在常溫下放置10天後的量子效率(QY%)進行了測定。
若量子點之表面氧化，則量子效率減少，因此可測定量子效率之減少量來確認氧化穩定性。即，可測定△QY%來確認氧化穩定性。
如表2所示，可確認到：相較於比較例1-2及比較例2-2之量子點，具有本發明由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之有機配位體的實施例1-2至實施例12-2之量子點係在量子效率之降低方面得到抑制。因此，可確認到：相較於比較例 1-2及比較例2-2之量子點，具有本發明由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之有機配位體的實施例1-2至實施例12-2之量子點係在氧化穩定性上更優異。
尤其可確認到：具有本發明由化學式1至化學式4所表示之化合物中之至少一者之有機配位體的實施例1-2至實施例12-2之量子點即便在10天以後亦相對於初期之量子效率保持80%以上之量子效率，相對於此，具有油酸配位體之比較例1-2之量子點之量子效率係相對於初期之量子效率而大幅降低至35%之水準，具有硫醇基位於末端之配位體之比較例2-2之量子點亦相對於初期之量子效率顯示出65%水準之量子效率，量子效率降低之抑制效果較差。
以上對本發明之特定部分進行了詳細記述，但對本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見的是，此種具體之記述僅係較佳之實現例，本發明之範圍並不受此限制。若係本發明所屬技術領域中具有通常知識者，則可基於該內容而在本發明之範疇內進行各種應用及變形。
因此，可謂本發明之實質性範圍係藉由申請專利範圍及其等效形式來定義。
Claims (14)
- 一種量子點，其在表面上具有配位體層，其中該配位體層包含由下述化學式2至化學式4所表示之化合物中之至少一者：
- 如請求項1所述之量子點，其中在由化學式2所表示之化合物中，X2及Y1分別獨立地為氫、甲基或異丙基，R2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基，n為0至1之整數。
- 如請求項2所述之量子點，其中X2及Y1為氫，R2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基，n為0至1之整數。
- 如請求項1所述之量子點，其中由化學式2所表示之化合物係由下述化學式8至化學式12之任一者所表示之化合物：
- 如請求項1所述之量子點，其中由化學式3所表示之化合物係由下述化學式13至化學式16之任一者所表示之化合物：
- 如請求項5所述之量子點，其中R3為C10至C14之烷基或C10至C14 之烯基。
- 如請求項1所述之量子點，其中由化學式3所表示之化合物係由下述化學式17至化學式20之任一者所表示之化合物：
- 如請求項1所述之量子點，其中在由化學式4所表示之化合物中，Y2為C16至C20之烷基或C16至C20之烯基。
- 如請求項1所述之量子點，其中由化學式4所表示之化合物係由下述化學式21至化學式27之任一者所表示之化合物：[化學式21]
- 如請求項1所述之量子點，其中該量子點具有包含核、及覆蓋核之殼之核-殼結構，該核包含InP、InZnP、InGaP、CdSe、CdS、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSeTe、CdZnS、CdSeS、PbSe、PbS、PbTe、AgInZnS、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InGaN、InAs、及ZnO中之至少一者，該殼包含ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、CdS、CdSe、CdTe、CdO、InP、InS、GaP、GaN、GaO、InZnP、InGaP、InGaN、InZnSCdSe、PbS、TiO、SrSe、及HgSe中之至少一者。
- 一種量子點膜，其包含如請求項1至請求項10中任一項所述之量子點。
- 一種自發光感光性樹脂組成物，其包含如請求項1至請求項10中任一項所述之量子點。
- 一種彩色濾光片，其係使用如請求項12所述之自發光感光性樹脂組成物而製成。
- 一種量子點發光二極體(Quantum Dot Light-Emitting Diode，QLED)，其包含如請求項1至請求項10中任一項所述之量子點。
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