JP2009527876A - ナノ構造のエレクトロルミネセンスデバイス及びディスプレイ - Google Patents

ナノ構造のエレクトロルミネセンスデバイス及びディスプレイ Download PDF

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Abstract

エレクトロルミネセンスデバイスは、（１）少なくとも一方が光に対して透明な第１及び第２の電極と、（２）上記第１電極に接続され、第１のナノ粒子を含んでなるホール伝導層と、（３）上記ホール伝導層及び上記第２電極に接続され、第２ナノ粒子を含んでなる電子伝導層と、任意ではあるが、（４）上記第１電極に正極が接続され、上記第２電極に負極が接続され、正及び負の電圧を発生させることができる電源と、を備える。ある実施の形態では、エレクトロルミネセンスデバイスはさらにホール伝導層及び電子伝導層との間に電子ホール結合層を備える。

Description

技術分野
本発明は、エレクトロルミネセンスデバイス及びこれを含む発光ディスプレイに関する。
優先権の主張
本願は、３５Ｕ.Ｓ.Ｃ.１１９（ｅ）に基づき、２００６年２月１７日に提出した、米国仮出願第６０/７７４,７９４の利益を主張する。これは、全体を通して本明細書において引用して援用する。
発光ディスプレイは、ディスプレイの発光装置のタイプに依存して、３つのカテゴリー、すなわち（１）有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電場発光ディスプレイ（ＦＥＤ）及び無機薄膜フィルムエレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬ）に分けられる。これらの３つのカテゴリーの中で、ＯＬＥＤは、世界中で最も注目され資本が投下されている。およそ１００の会社が様々な態様のＯＬＥＤ技術を開発している。市販のＯＬＥＤ製品は、携帯電話及びＭＰ３マーケットにおいて見られる。ＯＬＥＤデバイスは、低分子（コダックにより開発される）若しくはポリマー（ケンブリッジディスプレイテクノロジーにより開発される）により作製されている。ＯＬＥＤデバイスは、リン光材料（ユニバーサルディスプレイテクノロジーにより開発）から構成される。市販の製品の９０％以上が、コダックの蛍光性低分子材料を用いている。一方、ポリマーマテリアルは、スピンコーティング及びインクジェットプリンティング等の溶液プロセス技術を使用することにより、より低コストの製造が提供されている。ポリマー材料は、大きなサイズの（＞２０”）ＯＬＥＤディスプレイにおいては高い費用効果の解決策を提供することが期待されている。リン光材料は、より高い効率を提供し、電力消費を低減する。
ＯＬＥＤディスプレイは、いくつかの材料に基づく問題、製造プロセスに依存する問題に悩まされている。ＯＬＥＤにおいては、例えば、ライフタイムが短く、時間経過によりカラーバランスが損なわれ、そして製造コストが高い。ライフタイムが短いこと及びカラーバランスの問題は、ＯＬＥＤ発光装置の化学的特性のためである。例えば、青色スペクトルにおいてはエネルギーが高いため、ＯＬＥＤにおいて使用される有機分子を不安定にする傾向にあり、青色ＯＬＥＤのライフタイムを改善することは困難である。低分子のフルカラーディスプレイの製造コストは、非常に高い。これは、赤、緑及び青のマテリアルを析出させるためには、高価なシャドウマスクを用いることが必要であるからである。コダック等は、この問題を解決するためカラーフィルター技術を用いることにより白色ＯＬＥＤを開発した。しかしながら、カラーフィルターを使用することにより、マテリアルの請求額が増大し、ディスプレイの品質が低下する。このため、ＯＬＥＤディスプレイの主な利点のいくつかは消失する。
ポリマー材料は、インクジェットプリンティングを用いることによって、低コストな大量生産を達成するための可能な手段を提供する。しかしながら、ポリマーは、低分子と比較して、ライフタイムがより短い。ポリマー材料が商業的に実現される前に、ライフタイムを、あるオーダーの大きさで増加させなければならない。
次世代の発光ディスプレイ技術は、量子ドット（ＱＤ）と称される新興ナノ材料に基づくものであると期待されている。ＱＤにおける発光色は、単にドットの大きさを変更することにより調整することができる。発光ディスプレイを作製する際の量子ドットの実用性は、ＱＤ-ＯＬＥＤに既に示されている。セス コーら、ネイチャー４２０, ８００（２００２）参照。これらのディスプレイにおいて、本来ＯＬＥＤ材料より安定な、ＣｄＳｅ等の無機材料を発光させる。安定な青色マテリアルは、単に量子ドットのサイズを減少させることにより達成することができる。
ＱＤを有してなるディスプレイは、ＯＬＥＤよりあるオーダーだけ小さい量子効率を有する。ＱＤは、効率を改善するため、ＯＬＥＤ材料と組み合わされる。米国特許第２００４/００２３０１０参照。しかしながら、この方法では、効率は僅かに改善するが、ディスプレイライフタイムは減少し、製造プロセスは複雑となる。
エレクトロルミネセンスデバイスは、（１）少なくとも一方が光に対して透明な第１及び第２の電極と、（２）上記第１電極に接続され、第１のナノ粒子を含んでなるホール伝導層と、（３）上記ホール伝導層及び上記第２電極に接続され、第２ナノ粒子を含んでなる電子伝導層と、任意ではあるが、（４）上記第１電極に正極が接続され、上記第２電極に負極が接続され、正及び負の電圧を発生させることができる電源と、を備える。
ある実施の形態では、エレクトロルミネセンスデバイスはまた上記ホール伝導層及び電子伝導層との間に電子ホール結合層を備える。当該電子ホール結合層は、金属若しくは金属酸化物の層であっても良い。これは、ホール及び／又は電子伝導層において使用される第１及び／又は第２ナノ粒子と組み合わせた金属若しくは金属酸化物の層であっても良い。電子ホール結合層は、上述のコンポーネントが典型的には熱により処理され、上記粒子を固体の塊に接着された焼結層であってもよい。電子ホール結合層は、単に金属若しくは金属酸化物が無い状態でホール伝導層及び電子伝導層を焼結することにより、これらの２つの層の接合部において形成される。典型的には、電子ホール結合層は５〜１０ナノメートルの厚さを有する。
エレクトロルミネセンスデバイスはまた上記第１電極と上記ホール伝導層との間にホールインジェクション層を備える。当該ホールインジェクション層は、ｐ型半導体、金属、金属酸化物を含んでいても良い。典型的な金属酸化物には、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタンが含まれ、一方典型的な金属には、アルミニウム、金若しくは銀が含まれる。ｐ型半導体はｐドープされたＳｉであってもよい。
上記エレクトロルミネセンスデバイスは、第２電極と電子伝導層との間に電子インジェクション層を含んでいても良い。当該電子インジェクション層は、金属、フッ化物塩、若しくはｎ型半導体であってもよい。フッ化物塩の具体例には、ＮａＦ、ＣａＦ２若しくはＢａＦ２が含まれる。
ホール伝導層及び電子伝導層に使用されるナノ粒子は、ナノ結晶である。具体的なナノ結晶には、量子ドット、ナノロッド、ナノバイポッド、ナノトリポッド、ナノマルチポッド、若しくはナノワイヤーが含まれる。このナノ結晶は、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＰｂＳ、Ｓｉ若しくはII-Ｖ、II-IＶ若しくはIII-Ｖ材料から構成されていてもよい。
あるエレクトロルミネセンスデバイスでは、ナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤー等のナノ構造体が、ホール伝導層、電子伝導層及び／又は電子ホール結合層において含まれていても良い。好ましいナノ構造体は、カーボンナノチューブである。ナノ構造体を用いる場合、ナノ粒子は、ナノ構造体と共有結合していることが好ましい。
エレクトロルミネセンスデバイスは、（１）少なくとも一方が光に対して透明な２つの電極と、（２）第１ナノ粒子を含むホール伝導層と、（３）第２ナノ粒子を含む電子伝導層と、を備える。上記第１及び第２ナノ粒子は、組成及び／又はサイズのそれぞれにおいて異なる。さらに、上記第１及び第２ナノ粒子は、上記ホール伝導層の第１粒子がホールを伝導し、一方電子伝導層の第２粒子が電子を伝導するように選択される。上記ナノ粒子は、相対的バンドギャップがII族バンドオフセットを発生するように選択される。ＣｄＴｅ及びＣｄＳｅは、II族バンドオフセットを示すナノ粒子である。しかしながら、上記伝導帯及び価電子帯がII族バンドオフセットを形成する限り、異なる組成及び/又はサイズを有する異なるナノ粒子を選択しても良い。任意ではあるが、上記エレクトロルミネセンスデバイスは、正及び負の電圧を発生させる電源を含んでいても良い。これを含む場合は、上記電源の正極は電気的に第１電極及びホール伝導層に接続され、一方負極は第２電極及び電子伝導層に接続される。
ある実施の形態では、上記ホール伝導層と電子伝導層との間に電子ホール結合層を配置する。当該電子ホール結合層には、金属、金属酸化物、金属若しくは金属酸化物の混合物が含まれ、ホール伝導層のナノ粒子若しくは電子伝導層のナノ粒子を有する。ある態様では、上記金属若しくは金属酸化物は、ホール伝導層のナノ粒子並びに電子伝導層のナノ粒子と組み合わせる。エレクトロルミネセンスデバイスに存在する電子ホール伝導層のタイプは、製造方法に依存する。図６は、電源を有さないエレクトロルミネセンスデバイスを示している。図６において、酸化インジウム錫等の透明性アノード（６２０）をガラス基板（６１０）上に形成する。その後、第１ナノ粒子層を積層し、続いて第２ナノ粒子層を形成する。その後金属カソード（６５０）を上記第２ナノ粒子層上に積層する。その後全体のデバイスをアニール/焼結し、上記第１及び第２ナノ粒子層並びに電子ホール結合層の間に連続層を形成する。上記電子ホール結合層は上記２つの層間に形成され、上記ホール伝導層及び電子伝導層からのナノ粒子で構成される。当該デバイスに亘って正及び負の電圧が加えられたときに、電子とホールは互いに結合し光を放出するのはこの領域である。放出された光線は、電子伝導性ナノ粒子の伝導帯エネルギー及びホール伝導性ナノ粒子の価電子帯エネルギー間の差異に依存する。放出された光線は、そのようなエネルギーレベルの差異に正確に関連する必要はなく、当該バンドギャップより小さいエネルギーを有する光が求められている。
上記第１ナノ粒子層と第２ナノ粒子層との間に金属若しくは金属酸化物の層を配置する場合には、電子ホール結合層を形成する。上記金属層若しくは金属酸化物を上記第１ナノ粒子層上に配置し、その後上記金属層若しくは金属酸化物を上記第２ナノ粒子層が形成される前に焼結する場合、上記電子ホール結合層は金属若しくは金属酸化物だけでなく、上記第１層に由来するナノ粒子を含む。別の形態では、上記第２ナノ粒子層を、金属若しくは金属酸化物層上に積層し、その後当該デバイスを焼結してもよい。このケースでは、上記電子ホール結合層は、上記第１層と第２層からのナノ粒子と組み合わされた金属若しくは金属酸化物を含む。上記デバイスが、ホール伝導層を最初析出させ、続いて金属若しくは金属酸化物層を形成し、さらに焼結することにより作製される場合、上記電子ホール結合層は、ホール伝導層からのナノ粒子と組み合わされた金属若しくは金属酸化物を含む。
上記エレクトロルミネセンスデバイスは、さらに電子インジェクション層及び／又はホールインジェクション層を備えていても良い。図７を参照すると、上記電子インジェクション層は、上記第２ナノ粒子層と上記カソードとの間に配置される。電子インジェクション層は、ｎ型半導体、フッ化物塩若しくは金属を含んでいても良い。例えば、ｎ型半導体は、ｎドープシリコンであっても良く、一方上記フッ化物塩は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、若しくはフッ化バリウムであってもよい。フッ化物を用いる場合、上記層は、０．５〜２ナノメートルの厚さを有する。金属を使用する場合、当該層は５〜２０ナノメートルの厚さを有する。
ホールインジェクション層（７３０）は、ｐ型半導体、金属若しくは金属酸化物であっても良い。例えば、上記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、若しくは酸化チタンであってもよく、一方上記金属は、アルミニウム、金若しくは銀であっても良い。ホールインジェクション層として用いることができるｐ型半導体の具体例は、ｐドープシリコンである。図８では、図７において前述した実施の形態にホールインジェクション層（８６０）が追加されている。ホールブロッキング層は、バンドギャップ３ｅＶ以上のＴｉＯ２、ＺｎＯ及び他の金属酸化物を含む。
さらに、上記アノードと上記第１ナノ粒子層との間若しくは上記ホールインジェクション層と上記第１ナノ粒子層との間に電子ブロッキング層を配置しても良い。電子ブロッキング層の具体例には、ＴｉＯ２からなるものが含まれる。
電子インジェクション層は、ホールブロッキング層としても作用することは理解されよう。しかしながら、ある実施の形態では、１つは電子インジェクション層として作用し、もう一方はホールブロッキング層として作用する２つの異なるマテリアルを使用しても良い。例えば、電子インジェクション層は、ＬｉＦ、ＢａＦ若しくはＣａＦであっても良く、ホールブロッキング層は、ＴｉＯ２であっても良い。
同様に、アノードにおいて、上記ホールインジェクション層は、電子バリアー層として作用する。しかしながら、これらの機能のために異なる材料を使用する場合、ホールインジェクション層はＡｕから構成されていてもよく、一方電子バリアー層は、Ａｌ２Ｏ３から構成されていても良い。
ここで使用されているように、「ナノ粒子」若しくは「蛍光ナノ粒子」なる用語は、ホール及び電子が結合する際光を発生する蛍光材料を意味する。概して、蛍光ナノ粒子は、量子ドット、ナノロッド、ナノバイポッド、ナノトリポッド、ナノマルチポッド、若しくはナノワイヤー等のナノ結晶である。
蛍光ナノ粒子は、II-ＶI、II-IＶ、及びIII-Ｖ材料を含む化合物半導体から構成されていても良い。蛍光ナノ粒子のいくつかの具体例には、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＰｂＳｅ、ＩｎＰ、ＰｂＳ、ＺｎＳ、ＣｄＨｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ及びII-ＶI族、II-IＶ族、及びIII-Ｖ族材料が含まれる。蛍光ナノ粒子は、コアタイプであってもよく、またコア−シェルタイプであってもよい。コア−シェルナノ粒子において、上記コア及びシェルは、異なる材料から構成される。コア及びシェルの両方は、化合物半導体から構成されていても良い。
ホール伝導層のナノ粒子は、ホールがアノードからこれらのナノ粒子まで容易に輸送されるようにある特定のバンドギャップを有する。電子伝導層は、電子がカソードからこれらのナノ粒子まで容易に輸送されるようにある特定のバンドギャップを有する。ホール伝導層及び電子伝導層に使用される材料のバンドギャップは、互いに相補的であり、電子ホール結合層においてホールと電子とを効果的に再結合することができる。
量子ドットは、ナノ粒子の好ましいタイプである。当該技術分野において知られているように、同じ組成を有し異なる直径を有する量子ドットは、異なる波長において光を吸収しそして放出する。図１は、同じ組成を有するが異なる直径を有する３つの量子ドットを示している。小さい量子ドットは、スペクトルの青色領域において吸収及び放出を示し、一方大きい量子ドットは、可視スペクトルの緑色及び赤色領域において吸収及び放出を示す。別の実施の形態では、図２に示すように、量子ドットは、基本的に同じサイズであるが、異なる材料から構成されている。例えば、ＵＶ吸収量子ドットは、亜鉛セレナイドから構成されていても良く、一方可視及びＩＲ量子ドットはカドミウムセレナイド、又は鉛セレナイドから構成されていても良い。異なるサイズ及び／又は組成を有するナノ粒子を、ナノ粒子層のそれぞれにおいて使用している。
蛍光ナノ粒子は、リンカーＸａ-Ｒｎ-Ｙｂと反応させて修飾することができる。ここで、Ｘ、Ｙは、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、アミン含有基等の反応部位であり、ａ及びｂは、独立的に０又は１であり、ａ及びｂの少なくとも１つが１であり、Ｒは例えば-ＣＨ２、-ＮＨ-、若しくは-Ｏ-等の炭素、窒素、若しくは酸素含有の官能基であり、ｎは０〜１０、若しくは０〜５である。ある反応部位（具体的にはＸ）は、上記ナノ粒子と反応しても良く、別の部位（Ｙ）は、例えば（１）電極、（２）電子ホール結合層、（３）ホール若しくは電子インジェクション層、（４）ホール若しくは電子ブロッキング層、若しくは（５）他のナノ粒子などの他の構造と反応することができる。ある実施の形態では、ルミネセンスナノ粒子を用いて、電子及び／又はホール伝導層において使用されるナノ構造体を修飾する。第２の反応性部位を有するか若しくは有さないリンカーは、ナノ粒子を不動態化し、それらの安定性及びエレクトロルミネセンスを増加させることができる。それらは、また、電荷伝導層を形成するために使用される共通の有機溶媒におけるナノ粒子の溶解若しくは懸濁を改善することができる。
電子ホール結合層において電子とホールの結合を容易にすることができる表面状態の影響を最小にするため、Ｘａ-Ｒｎ-Ｙｂの組成を調整することにより、ナノ粒子の表面と、上述の全ての構造体との間の距離を調整することができる。これらの表面間の距離は、概して１０オングストローム未満、好ましくは５オングストローム未満である。この距離は、電子若しくはホールが電極から電子ホール結合層に当該ギャップを通過することができるように維持される。
「ナノ構造」、「電子伝導性ナノ構造」若しくは「ホール伝導性ナノ構造」なる用語は、ナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤー等を意味する。電子及びホール伝導性ナノ構造体は、実際は結晶性である。上記ナノ構造体は、概して、バンドギャップが、例えば３．２ｅＶ（ＴｉＯ２）であるワイドギャップ半導体材料からなる。当該ナノ構造体は、そのバンドギャップが、太陽電池において使用される光活性ナノ粒子の最も高いバンドギャップより高くなるよう（具体的には＞２．０ｅＶ）選択する。
電子伝導性ナノ構造体は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）及び酸化インジウム亜鉛から構成される。当該ナノ構造体は、カーボンナノチューブ、特にシングルウォールカーボンナノチューブ等の他の伝導性マテリアルから構成されていても良い。
電子伝導性ナノ構造体は、当該技術分野において知られた方法により調製することができる。伝導性ナノ構造体は、コロイダル成長を用いることにより調製することができ、これは基板上に載置されたシード粒子により容易となる。伝導性ナノ構造体は、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の真空成長プロセス、分子ビームエピタキシー（ＭＥＢ）等のエピタキシャル成長法により調製することができる。
ナノチューブの場合、当該ナノチューブの外径は、約２０ナノメートルから１００ナノメートル、あるケースでは２０ナノメートルから５０ナノメートル、別のケースでは５０ナノメートルから１００ナノメートルで変動する。ナノチューブの内径は、約１０〜８０ナノメートル、あるケースでは、２０〜８０ナノメートル、別のケースでは、６０〜８０ナノメートルである。ナノチューブの壁の厚さは、１０〜２５ナノメートル、１５〜２５ナノメートル、若しくは２０〜２５ナノメートルであってもよい。あるケースでは、ナノチューブの長さは、１００〜８００ナノメートル、４００〜８００ナノメートル、若しくは２００〜４００ナノメートルである。
ナノワイヤーの場合、その直径は約１００ナノメートルから約２００ナノメートルであり、５０〜１００μｍであってもよい。ナノロッドが、約２〜２００ナノメートルの直径を有してもよいが、通常直径は５〜１００若しくは２０〜５０ナノメートルである。それらの長さは、２０〜１００ナノメートルであっても良いが、通常直径は５０〜５００若しくは２０〜５０の間である。
上述のように、エレクトロルミネセンスデバイス（電源無し）は、有機ホール伝導ポリマー若しくは有機電子伝導ポリマーを含まない。有機リンカーを使用する場合を除いて、当該デバイスは基本的に全体を通して無機である。
エレクトロルミネセンスデバイスは、発光ディスプレイに使用しても良い。発光ディスプレイは、フラットパネルディスプレイ（単独若しくは最終製品と関連するその他のコンポーネントと共に）並びに他のエレクトロデバイスを含む。
実施例１：ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを図６に示す。透明性導電層ＩＴＯ６２０を、当該技術分野において良く知られた方法により、ガラス基板（６１０）上に積層した。ＩＴＯの表面は、プラズマ処理若しくは当該技術分野において良く知られた他のプロセスに供され、ＩＴＯの仕事関数を調整する。その後、上記ＩＴＯ層に第１電荷伝導性ナノ粒子層（６３０）を積層する。スピンコーティング若しくはインクジェットプリンティング若しくは他のプリンティングプロセスを用いて、適切な溶媒に分散されたナノ粒子を積層してもよい。層６３０におけるナノ粒子は、ドット、ロッド若しくはワイヤーであっても良い。この実施の形態における第１のナノ粒子層は、ＣｄＳｅからなる。第２のナノ粒子層（６４０）は、上記第１ナノ粒子層（６３０）の上面に直接積層する。スピンコーティング若しくはインクジェットプリンティング若しくは他のプリンティングプロセスを用いて、適切な溶媒に分散されたナノ粒子を積層しても良い。上記基板を約２００度まで約１５分間加熱して溶媒を除去することにより、ナノ粒子層を含まない連続的なピンホールを得ることができる。層６４０におけるナノ粒子は、ドット、ロッド、若しくはワイヤーであってもよい。当該実施の形態における第２のナノ粒子層（６４０）は、ＣｄＴｅからなる。第１ナノ粒子層（６３０）におけるＣｄＳｅと、第２ナノ粒子層（６４０）におけるＣｄＴｅの粒子サイズは、所望の発光色が得られるように調整する。青色を発するためには、３μｍのドットを使用する。赤色を発するためには、６μｍのドットを使用する。他の色は、当該技術分野においてよく知られた方法を用いてナノ粒子サイズを調整することにより発することができる。メタノール中にＣｄＣｌ２が飽和された溶液において基板を加熱することにより、若しくは当該技術分野においてよく知られた方法により、２つのナノ粒子層間の界面を改善することができる。このような処理により、第１ナノ粒子層と上記第２ナノ粒子層との間において適切な界面が形成され、当該界面において効果的な電子ホール再結合が起る。その後、上記第２ナノ粒子層の上面にアルミニウム金属電極（６５０）を積層し、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを完成させる。
実施例２：ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの他の実施の形態を図７に示す。透明性導電層ＩＴＯ７２０をガラス基板（７１０）上に積層した。実施例１に記載されているように、酸化アルミニウム等のホールインジェクション層（７３０）を当該技術分野において知られた方法によりＩＴＯ層７２０上に積層し、その後、第１及び第２のナノ粒子層（７４０及び７５０）を実施例１に記載のように積層する。ＬｉＦ等の電子インジェクション層（７６０）を当該技術分野においてよく知られた方法により、上記第２ナノ粒子層上に積層する。そしてアルミニウム金属電極（６７０）を上記第２ナノ粒子層の上面に積層し、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを完成させる。
実施例３：ナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイの他の実施の形態を図８に示す。ＩＴＯホールインジェクション層、第１及び第２ナノ粒子層を実施例２に記載したように形成する。ＴｉＯ２からなるホールブロッキング層（８６０）を当該技術分野においてよく知られた方法により第２ナノ粒子層上に積層する。その後、ＬｉＦ等の電子インジェクション層（８７０）を当該技術分野においてよく知られた方法により積層し、アルミニウム金属電極（８０）を上記第２ナノ粒子層上に積層し、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを完成させる。
実施例４：ナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイの他の実施の形態を図９に示す。ＩＴＯ層（９２０）を実施例１に示すようにガラス基板（９１０）上に積層し、その後ＩＴＯ層上に実施例１に記載したように第１ナノ粒子層（９３０）を積層する。当該実施例におけるナノ粒子（ＣｄＳｅドット、ロッド、バイポッド、トリポッド、マルチポッド若しくはワイヤー）は、機能化されたシングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）を修飾することにより作製された、当該実施の形態における第１ナノ粒子層（９３０）等のナノ構造体と関連する。第２ナノ粒子層（９４０）を第１ナノ粒子層（９３０）の上面に直接積層する。実施例１に記載したように、第２層（９４０）におけるナノ粒子、機能化されたＣｄＴｅドット、ロッド、バイポッド、トリポッド、マルチポッド若しくはワイヤーは、機能化されたシングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）に関連する。その後、アルミニウム金属電極（９５０）を第２ナノ粒子層の上面に積層し、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを完成させる。
実施例５：ナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイの他の実施の形態を図１０に示す。ＩＴＯ、第１及び第２ナノ粒子層、並びに金属カソード層を実施例４に記載したように形成する。しかしながら、当該実施の形態において、第２ナノ粒子層の上面にアルミニウム金属電極（１０７０）を積層する前に、ＬｉＦ等の電子インジェクション層（１０６０）を上記第２ナノ粒子層の上面に積層する。
実施例６：ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの他の実施の形態を図１１に示す。当該デバイスは、ホールブロッキング層（１１６０）を上記第２ナノ粒子層の上面に積層させる以外、実施例５に記載したように作製する。
上記実施の形態において使用されるＩＴＯ層の膜厚は、１００ｎｍであり、アルミニウム層の膜厚は１５０ｎｍである。ホールインジェクション層は約５オングストロームの厚さを有し、電子インジェクション層の厚さは約１０オングストロームである。当該ナノ粒子層は、１０〜１００ｎｍの範囲の厚さを有する。
上記実施の形態は、本発明を適用するための実施例である。上記実施の形態において用いられる材料例に代えて、当該技術分野においてよく知られた他の材料及び材料の組み合わせを用い、本発明に係るナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスを作製することは当該技術分野における当業者にとって自明であろう。例えば、ＩＴＯの代わりに、アノードとして他の透明性導電材料を使用することができる。酸化アルミニウムの代わりに、ホールインジェクション材料として他の金属酸化物を使用することができる。ＬｉＦの代わりに、電子インジェクション材料として他の金属ハロゲン化物を使用して、本発明に係るナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイを作製することができる。アルミニウムに代えて、Ａｇ、Ｃａ等の他の金属をカソードとして使用して、本発明に係るナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイを作製することができる。ＣｄＳｅやＣｄＴｅのナノ粒子を、上記第１及び第２ナノ粒子層の具体例として使用する。ＣｄＳｅやＣｄＴｅに代えて、適切なバンドギャップを有する他のルミネセントナノ粒子を使用して、本発明に係るナノ構造エレクトロルミネセントディスプレイを作製することができる。
上記の実施の形態は、ボトムエミッティングディスプレイを示している。当該技術分野においてよく知られた適切なカソード及びアノード材料を用いることにより、本発明に係るトップエミッティングディスプレイを作製することができることは、当該技術分野における当業者にとって自明である。
図１は、サイズの違いのため異なる色で吸収及び放出する量子ドットを示している（従来例）。これらの量子ドットはナノメートルのサイズである。小さいドットは、スペクトルの青色端において吸収する一方、大きいドットはスペクトルの赤色端において吸収する。 図２は、ＵＶ、可視及びＩＲのそれぞれにおいて吸収及び放出するＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ及びＰｂＳｅからなる同じサイズの量子ドットを示している（従来例）。 図３は、トリ-ｎ-オクチルホスフィンオキサイド（ＴＯＰＯ）等の溶媒でキャップされたナノ粒子を示している（従来例）。 図４は、リンカーにより機能化されたナノ粒子を示している。 図５は、リンカーにより機能化されたコア−シェルナノ粒子を示している。 図６は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。 図７は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。 図８は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。 図９は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。 図１０は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。 図１１は、ナノ構造エレクトロルミネセンスデバイスの様々な実施の形態を示している。

Claims (25)

  1. （１）少なくとも一方が光に対して透明である第１及び第２の電極と、
    （２）上記第１電極に接続され、第１のナノ粒子を含んでなるホール伝導層と、
    （３）上記ホール伝導層及び上記第２電極に接続され、第２ナノ粒子を含んでなる電子伝導層と、
    （４）上記第１電極に正極が接続され、上記第２電極に負極が接続され、正及び負の電圧を発生させることができる電源と、
    を備えるエレクトロルミネセンスデバイス。
  2. さらに、上記ホール伝導層及び電子伝導層との間に電子ホール結合層を備えることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  3. 上記電子ホール結合層は、金属若しくは金属酸化物の層を含むことを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  4. 上記電子ホール結合層は、上記第１若しくは第２ナノ粒子と組み合わせた金属若しくは金属酸化物層を含むことを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  5. 上記電子ホール結合層は、上記第１及び第２ナノ粒子と組み合わせた金属若しくは金属酸化物層を含むことを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  6. 上記第１及び第２ナノ粒子は、少なくとも１種の金属を含み、上記電子ホール結合層の金属は、上記第１若しくは第２ナノ粒子の金属の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  7. 上記電子ホール結合層は焼結層であることを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  8. 上記電子ホール結合層は、５〜１０ナノメートルの厚さを有することを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  9. さらに、上記第１電極と上記ホール伝導層との間においてこれらと接触するようにホールインジェクション層を備えることを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  10. 上記ホールインジェクション層が、ｐ型半導体、金属、若しくは金属酸化物であることを特徴とする請求項９記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  11. 上記金属酸化物には、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、若しくは酸化チタンが含まれることを特徴とする請求項１０記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  12. 上記金属には、アルミウム、金、若しくは銀が含まれることを特徴とする請求項１０記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  13. 上記ｐ型半導体は、ｐドープＳｉであることを特徴とする請求項１０記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  14. さらに、上記第２電極と上記電子伝導層との間において、それらと接触するように電子インジェクション層を備えることを特徴とする請求項２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  15. 上記電子伝導層は、金属、フッ化物塩、若しくはｎ型半導体を含むことを特徴とする請求項１４記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  16. 上記フッ化物塩には、ＮａＦ、ＣａＦ２若しくはＢａＦ２が含まれることを特徴とする請求項１５記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  17. 上記第１及び第２ナノ粒子が、ナノ結晶であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  18. 上記ナノ結晶が、量子ドット、ナノロッド、ナノバイポッド、ナノトリポッド、ナノマルチポッド及びナノワイヤーからなる群から独立して選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１７記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  19. 上記ナノ結晶が、量子ドットであることを特徴とする請求項１７記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  20. 上記ナノ結晶が、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＰｂＳ、Ｓｉ、又はII-ＶI族、II-IＶ族、若しくはIII-Ｖ族材料を含むことを特徴とする請求項１６記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  21. 上記ホール伝導層、上記電子伝導層若しくは上記電子ホール結合層においてナノ構造体をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  22. 上記ナノ構造体が、ナノチューブ、ナノロッド若しくはナノワイヤーであることを特徴とする請求項２１記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  23. 上記ナノ構造体が、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項２２記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  24. 上記ナノ粒子が、上記ナノ構造体に共有結合されていることを特徴とする請求項２１記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
  25. 請求項１に係るエレクトロルミネセンスデバイスを備えるエレクトロニックデバイス。
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