JP2011076726A - Electroluminescent element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電界発光素子に関し、さらに詳しくは、所謂量子ドットを含有する発光活性層を有する電界発光素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an electroluminescent device, and more particularly to an electroluminescent device having a light emitting active layer containing so-called quantum dots and a method for manufacturing the same.
近年、自発光型フラットディスプレイへ展開させる技術として、量子ドット構造を持つ蛍光体の発光素子への応用が注目されている。通常、量子ドットとは、実空間において3次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態のことを云うが、ここで云う量子ドットとは、実空間において3次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態を作り出している構造体と定義する。この量子ドットの一例としては、直径数ナノメートルの球形状を持つ、相対的にバンドギャップ・エネルギーの小さい無機半導体粒子(コア部分)と、この無機半導体粒子の表面を覆う、相対的にバンドギャップ・エネルギーの大きな被覆(シェル層)と、から構成される複合材料がある。このような量子ドットはそのサイズ(直径)を精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができるという特徴がある。 In recent years, attention has been focused on the application of phosphors having a quantum dot structure to light-emitting elements as a technique for developing self-luminous flat displays. Usually, a quantum dot refers to a state that achieves carrier confinement in all three dimensions in real space, but a quantum dot here refers to the confinement of carriers in all three dimensions in real space. It is defined as the structure that creates the state to be realized. As an example of this quantum dot, the inorganic semiconductor particle (core part) having a spherical shape with a diameter of several nanometers and a relatively small band gap energy, and a relatively band gap covering the surface of the inorganic semiconductor particle -There is a composite material composed of a high energy coating (shell layer). Such a quantum dot has a feature that it can artificially define a gap energy and emit a desired color by precisely controlling its size (diameter).
本発明者らは、湿式の化学合成手法で作製された上記量子ドットを用いて全無機質の電界発光素子を開発した(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。この電界発光素子は、量子ドットを含む発光活性層をキャリア障壁層で挟持した二重絶縁構造を持つものであり、交流電場を印加して量子ドット内にキャリアを注入することにより励起、発光させる量子ドット発光型無機エレクトロルミネッセンス(EL)素子である。 The present inventors have developed an all-inorganic electroluminescent device using the quantum dots produced by a wet chemical synthesis technique (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). This electroluminescent element has a double insulation structure in which a light emitting active layer containing quantum dots is sandwiched between carrier barrier layers, and excites and emits light by injecting carriers into the quantum dots by applying an alternating electric field. It is a quantum dot light emitting inorganic electroluminescence (EL) element.
この電界発光素子は、基板上に、順次、第1の電極、第1の絶縁層、量子ドットを含む発光活性層、第2の絶縁層、第2の電極が積層された構造を持つ。ここで、発光活性層は、上記特許文献1に開示した所謂エレクトロスプレー・イオンビーム堆積法(以下、ES−IBD法と称する。)を用いて、多数の量子ドットを、基板上に成膜された第1の絶縁層の表面へイオンビーム状に順次照射して堆積させることにより形成される。このES−IBD法で用いる原料は、量子ドットのシェル層表面に界面活性剤として機能する有機配位子を結合付着させたものを溶媒中にコロイド状に分散した溶液である。この方法では、量子ドットをイオンビーム状に変化させる途中で有機配位子の結合が解離する。したがって、このES−IBD法では、被堆積基板側へ堆積される量子ドットの殆どは有機配位子が排除された状態で堆積するため、発光活性層中に不要な不純物が少なくなるという利点がある。したがって、この方法によれば、不純物の影響を殆ど受けることのない良質な発光活性層を成膜できる。 The electroluminescent element has a structure in which a first electrode, a first insulating layer, a light emitting active layer including quantum dots, a second insulating layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate. Here, the light emitting active layer is formed by forming a large number of quantum dots on a substrate by using a so-called electrospray ion beam deposition method (hereinafter referred to as an ES-IBD method) disclosed in Patent Document 1. The first insulating layer is formed by sequentially irradiating and depositing the surface of the first insulating layer in the form of an ion beam. The raw material used in this ES-IBD method is a solution in which an organic ligand functioning as a surfactant is bonded and attached to the surface of the quantum dot shell layer in a colloidal form in a solvent. In this method, the bond of the organic ligand is dissociated while changing the quantum dot into an ion beam. Therefore, in this ES-IBD method, most of the quantum dots deposited on the deposition substrate side are deposited in a state where the organic ligands are excluded, so that there is an advantage that unnecessary impurities are reduced in the light emitting active layer. is there. Therefore, according to this method, a high-quality light-emitting active layer hardly affected by impurities can be formed.
また、上記特許文献1に開示された電界発光素子としては、発光活性層が無機半導体材料からなる緩衝層と量子ドットとからなり、緩衝層中に量子ドットが包含された状態のものがある。 Moreover, as an electroluminescent element disclosed by the said patent document 1, the light emitting active layer consists of the buffer layer and quantum dot which consist of inorganic-semiconductor materials, and there exists a thing of the state by which the quantum dot was included in the buffer layer.
上述の電界発光素子を自発光型フラットディスプレイに応用した場合に、更なる発光強度の増加や、発光の色純度を向上するために、量子ドットにおける閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制することなどの改善が望まれている。このような改善は、量子ドットにおける量子閉じ込め効果の低下、あるいは近接井戸との相互作用やサブバンドの形成などによる発光強度の低下ならびに発光スペクトルが広帯域となることを防止しようとするものである。 When the above-mentioned electroluminescent device is applied to a self-luminous flat display, an emission peak other than the emission spectrum derived from the confinement level in the quantum dot is used in order to further increase the emission intensity and improve the color purity of the emission. Improvements such as suppression of the occurrence of this are desired. Such an improvement is intended to prevent a decrease in the quantum confinement effect in the quantum dots, a decrease in emission intensity due to an interaction with a close well or formation of a subband, and a broadening of the emission spectrum.
また、上述のように交流電場を印加する電界発光素子では、発光活性層と絶縁層の界面準位が、電子を発光活性層に供給することに寄与すると考えられているが、発光活性層に供給する電子放出数を増加させることが望まれている。 In addition, in the electroluminescence device that applies an alternating electric field as described above, the interface state between the light emitting active layer and the insulating layer is considered to contribute to supplying electrons to the light emitting active layer. It is desired to increase the number of emitted electrons to be supplied.
本発明はこのような課題に着目して創案されたものであり、その目的は、発光活性層からの発光が高強度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を提供することにある。 The present invention was created by paying attention to such problems, and the purpose of the present invention is to provide electroluminescence that emits light from a light-emitting active layer with high intensity and that light emitted from a quantum dot has a narrow band spectrum and high color purity. It is to provide an element.
本発明の特徴は、量子ドットを含む発光活性層が無機半導体材料でなる一対の緩衝層に挟まれて、量子ドットが前記緩衝層に包含され、一対の前記緩衝層のそれぞれの外側に、絶縁層を挟むように電極が配され、これら電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、緩衝層と電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを要旨とする。 A feature of the present invention is that a light-emitting active layer including quantum dots is sandwiched between a pair of buffer layers made of an inorganic semiconductor material, the quantum dots are included in the buffer layers, and an insulation is provided outside each of the pair of buffer layers. Electrodes are arranged so as to sandwich layers, and an electroluminescent element that emits light from the light-emitting active layer by applying an AC voltage to these electrodes, between the buffer layer and the electrode, at the interface with the layer to be joined The gist is that an electron capture / emission layer forming a surface state is disposed.
本発明では、電子捕獲放出層と接合する層との界面に表面準位あるいは界面準位が形成されるため、電子を捕獲する作用があり、交流電圧が印加されることで電子を容易に放出することができる。したがって、表面準位での電子の発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。 In the present invention, since a surface state or an interface state is formed at the interface between the electron capture and emission layer and the layer to be joined, there is an action of capturing electrons, and electrons are easily emitted when an AC voltage is applied. can do. Therefore, the generation of electrons at the surface level can be promoted, the amount of electrons supplied to the light emitting active layer can be increased, and the light emission intensity can be improved.
ここで、電子を発生させるための電子捕獲放出層としては、仕事関数が3.0eV以下(好ましくは2.5eV以下)の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が3.0eV以下(好ましくは2.5eV以下)の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物(特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物)などであることが好ましい。 Here, as an electron capture / emission layer for generating electrons, a single metal atom having a work function of 3.0 eV or less (preferably 2.5 eV or less) or a compound containing the metal atom, a trap level and a vacuum A material having a level energy difference of 3.0 eV or less (preferably 2.5 eV or less), a metal oxide having a composition with a non-stoichiometric ratio (particularly a metal oxide having a composition with oxygen deficiency), or the like. It is preferable.
仕事関数が3.0eV以下(好ましくは2.5eV以下)の金属原子の単体もしくはその金属原子を含む化合物では、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。また、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が3.0eV以下(好ましくは2.5eV以下)の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物(特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物)では、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。トラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットの発光の為の励起に十分なエネルギーを得る。 In a simple substance of a metal atom having a work function of 3.0 eV or less (preferably 2.5 eV or less) or a compound containing the metal atom, electrons are easily generated with metal ionization. In addition, a material having an energy difference between a trap level and a vacuum level of 3.0 eV or less (preferably 2.5 eV or less), or a metal oxide having a composition with a non-stoichiometric ratio (particularly, a composition having oxygen vacancies). (Metal oxide) has an electrically unstable bond and electron distribution, and thus has an action of capturing and releasing electrons and holes. At the trap level, excited electrons are trapped in positive charges, and thus electrons are emitted by applying an alternating voltage between the electrodes. The electrons thus emitted are accelerated by the electric field, and obtain sufficient energy for excitation for light emission of the quantum dots.
電子捕獲放出層の配置位置は、緩衝層と絶縁層との間、または絶縁層と電極との間に介在されていることが好ましい。 The arrangement position of the electron capture / emission layer is preferably interposed between the buffer layer and the insulating layer or between the insulating layer and the electrode.
また、電子捕獲放出層は、複数の層が積層されたものでもよく、この複数の層が互いに異なる材料であってもよい。 In addition, the electron capture / emission layer may be a stack of a plurality of layers, or the layers may be made of different materials.
電子捕獲放出層を複数層の積層構造とすることにより、層間の表面準位からキャリアの発生を促すことが期待でき、量子ドット中において、発光に寄与する注入キャリアの単位時間当たりの数を増加させることができ、さらに高輝度を要求されるアプリケーションへの適用が可能となる。 By making the electron capture and emission layer a multi-layered structure, it can be expected to promote the generation of carriers from the surface level between layers, and the number of injected carriers per unit time contributing to light emission in the quantum dot is increased. And can be applied to applications that require higher luminance.
本発明によれば、発光活性層からの発光が高輝度となり、かつ量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高い電界発光素子を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize an electroluminescent device that emits light from the light emitting active layer with high brightness, and emits light from the quantum dots with a narrow band spectrum and high color purity.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界発光素子を説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。 Hereinafter, an electroluminescent element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the thicknesses and ratios of the layers are different from actual ones. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description.
[第1の実施の形態]
(電界発光素子の概略構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。同図に示すように、電界発光素子10Aは、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板11上に、順次、第1の電極としての透明電極12、第1電子捕獲放出層13、第1絶縁層14、第1緩衝層15、発光活性層20、第2緩衝層16、第2絶縁層17、第2電子捕獲放出層18、第2の電極としての電極19が積層されてなる。図1に示すように、この電界発光素子10Aでは透明電極12と電極19とに交流駆動源30を接続して交流電場を印加することにより、発光活性層20からの発光を透明基板11側から出射させるようにしたものである。
[First embodiment]
(Schematic configuration of electroluminescent element)
FIG. 1 is a sectional view showing an electroluminescent element according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, an
(発光活性層について)
発光活性層20は、略球形状の量子ドットが多数堆積されて成膜されている。この発光活性層20は、ES−IBD法を用いて20〜100nmの膜厚となるように成膜されている。個々の量子ドットは、コア部分の表面をシェル層で覆ったナノ結晶構造である。このような量子ドットは、コア部分の材料および結晶サイズを精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができる。
(About the light emitting active layer)
The light emitting
本実施の形態では、コア部分の直径としては、順次、1.9nm、2.4nm、5.2nmであり、シェル層の膜厚は、順次、0.4nm、1.0nm、1.4nmとした。本実施の形態では、コア部分がセレン化カドミウム(CdSe)で形成され、シェル層が硫化亜鉛(ZnS)もしくはセレン化亜鉛(ZnSe)で形成された量子ドットを用いる。また、本実施の形態における量子ドットのコア部分は、CdSe以外に、CdS、PbSe、HgTe、CdTe、InP、GaP、InGaP、GaAs、InGaN、GaN等やこれらの混晶で構成される材料から適宜選択可能である。 In the present embodiment, the diameter of the core portion is 1.9 nm, 2.4 nm, and 5.2 nm sequentially, and the thickness of the shell layer is sequentially 0.4 nm, 1.0 nm, and 1.4 nm. did. In this embodiment, quantum dots are used in which the core portion is formed of cadmium selenide (CdSe) and the shell layer is formed of zinc sulfide (ZnS) or zinc selenide (ZnSe). In addition to the CdSe, the core portion of the quantum dot in the present embodiment is appropriately made of a material composed of CdS, PbSe, HgTe, CdTe, InP, GaP, InGaP, GaAs, InGaN, GaN, or a mixed crystal thereof. Selectable.
(電極について)
透明電極12は、スズドープ酸化インジウム(ITO)で約100nmの膜厚に形成されている。電極19は、金(Au)で約50nmの膜厚に形成されている。透明電極12は、ITOの他、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)、導電性酸化亜鉛(ZnO)、アモルファス酸化物導電体等、透明な導電体であれば材料は問わない。電極19の膜厚は、必要な電気伝導性が得られるよう、材料によって適宜増減する。電極19は、上記の透明電極と同様の材料であってもよく、金属電極でも良い。
(About electrodes)
The
(電子捕獲放出層について)
本実施の形態では、第1および第2電子捕獲放出層13、18は、酸素欠損のあるバリウムタンタル酸化物(BaTaOx)で形成されている。第1および第2電子捕獲放出層13、17の膜厚は、0.1〜50nmである。酸素欠損のあるBaTaOxは、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物であり、電気的に不安定な結合手や電子分布を持つため、電子や正孔を捕獲したり放出したりする作用を持つ。酸素欠損をもつBaOx、BaTaOxの仕事関数は、それぞれ0.99〜1.6eV、1.1〜2.0eVと報告されており、金属イオン化に伴い電子が発生し易い。
(About the electron capture and emission layer)
In the present embodiment, the first and second electron capture /
第1および第2の電子捕獲放出層13、18のトラップ準位では、励起された電子が正電荷に捕まるため、電極間に交流電圧を印加することにより電子を放出する。このように放出された電子は、電界により加速され、量子ドットでの発光に十分なエネルギーを得る。
At the trap levels of the first and second electron capture /
特に、本実施の形態では、第1および第2の電子捕獲放出層13、18ともにスパッタ法で形成されるが、この第2電子捕獲放出層18を第2緩衝層16の上に直接成膜しようとすると、比較的重いBa原子がスパッタリングされて衝突することにより、第2緩衝層16を損傷させたり発熱したりする弊害がある。したがって、バリウムタンタル酸化物で第2電子捕獲放出層18を形成する場合は、第2絶縁層17の上に成膜する必要がある。なお、第2絶縁層17の上に第2電子捕獲放出層18を接合させることにより、これらの接合界面に表面準位が形成され、電子を捕獲することができる。この際、第2絶縁層17の膜厚は100nm以下程度と薄いことが好ましい。
In particular, in the present embodiment, both the first and second electron capture /
(絶縁層について)
第1絶縁層14および第2絶縁層17は、タンタル酸化物(TaOx)で約50〜500nmの膜厚に形成されている。これら第1絶縁層14および第2絶縁層17は、タンタル酸化物に限定されるものではなく、シリコン窒化物、シリコン酸化物、イットリウム酸化物、アルミナ、ハフニウム酸化物、バリウムタンタル酸化物など、光学的な透明性と電気的な絶縁性を有する材料から選択可能である。
(Insulation layer)
The first insulating
(緩衝層について)
第1緩衝層15および第2緩衝層16は、量子ドットにおけるシェル層の材料であるZnSやZnSeと同じ材料でなる。これらの膜厚は1〜20nm程度である。
(About the buffer layer)
The
なお、第1緩衝層15および第2緩衝層16は、量子ドットを包含して量子ドットと結合した状態となっている。すなわち、この結合した状態とは、量子ドットがマトリクス内に単に分散されている状態ではなく、量子ドットが第1緩衝層15および第2緩衝層16中でパッシベートされている状態を指す。例えば、量子ドットそのものを熱非平衡状態にし、量子ドットの本質である三次元量子井戸構造を保持したままで、量子ドットの表面装飾分子を脱離させ、個々の量子ドットのシェル層表面同士、あるいは、シェル層表面と緩衝層とが化学結合している状態をいう。
In addition, the
以上、本実施の形態に係る電界発光素子10Aについて説明したが、電子を発生させるための第1および第2電子捕獲放出層13、18としては、仕事関数が3.0eV以下(好ましくは2.5eV以下)の金属原子単体もしくはその金属原子を含む化合物や、トラップ準位と真空準位のエネルギー差が3.0eV以下(好ましくは
2.5eV以下)の材料や、非化学量論比の組成を持つ金属酸化物(特に酸素欠損のある組成を持つ金属酸化物)などであることが好ましい。
The
(第1の実施の形態に係る電界発光素子の作用・効果)
本実施の形態では、第1および第2電子捕獲放出層13、18と、これらに接合する第1および第2絶縁層14、17との界面に表面準位が形成され、この表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。したがって、電界発光素子10Aにおける発光活性層20からの発光が高輝度となる。また、本実施の形態では、量子ドットでの所謂量子閉じ込め効果を高めるため、量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高くなるという利点がある。
(Operation / Effect of Electroluminescent Device According to First Embodiment)
In the present embodiment, a surface level is formed at the interface between the first and second electron capture /
(電界発光素子の製造方法)
次に、図2から図7を用いて、本実施の形態に係る電界発光素子の製造方法を説明する。
(Method for manufacturing electroluminescent element)
Next, a method for manufacturing the electroluminescent element according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず、図2に示すように、予めITO(Indium Tin Oxide)でなる透明電極12が表面に形成されたガラスやプラスチック等の透明基板11を用意する。本実施の形態において、透明基板11はガラス基板であり、透明電極12は、膜厚が例えば100nm、表面粗さRaが例えば50nm程度である。そして、この透明基板11には、有機溶媒による超音波洗浄を行った後、不活性ガスによりブローおよび乾燥を施しておく。
First, as shown in FIG. 2, a
その後、図3に示すように、透明電極12上に、スパッタ法によりバリウムタンタル酸化物(BaTaOx)焼結体をターゲットして用いてバリウムタンタル酸化物(BaTaOx)でなる第1電子捕獲放出層13を形成する。この場合、スパッタリング装置内への導入酸素量を調整することにより、酸素欠損量を調整したバリウムタンタル酸化物(仕事関数2.1eV)を形成した。この第1電子捕獲放出層13の膜厚は、0.1〜20.0nmの範囲である。
Thereafter, as shown in FIG. 3, on the
次に、図4に示すように、第1電子捕獲放出層13上にタンタル酸化物(TaOx)などの絶縁体で第1絶縁層14を形成する。TaOx膜の形成は、通常の高周波(13.56MHz)マグネトロンスパッタリング装置を用い、金属TaターゲットのAr+O2混合ガス雰囲気中での反応性スパッタリングによって成膜した。堆積中の基板の温度は、常温から200℃とした。この第1絶縁層14の膜厚は、50〜500nmの範囲である。
Next, as shown in FIG. 4, a first insulating
続いて、図4に示すように、第1絶縁層14上に、第1緩衝層15を、例えば分子線エピタキシー(MBE)法を用いて成膜する。この、第1緩衝層15の膜厚は、1〜20nmである。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように、第1緩衝層15の上に発光活性層20を形成する。本実施の形態では、ES−IBD装置を用いて量子ドットを堆積させることにより発光活性層20を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the light emitting
次いで、図6に示すように、発光活性層20の上に、第1緩衝層15と同様の条件で第2緩衝層16を成膜する。第2緩衝層16の膜厚も第1緩衝層15と同じ1〜20nmである。
Next, as shown in FIG. 6, the
その後、図7に示すように、第2緩衝層16の上に、第2絶縁層17、第2電子捕獲放出層18、電極19を順次積層する。第2絶縁層14は、第1絶縁層14と同じ材料で同じ膜厚に形成する。第2電子捕獲放出層18は、第1電子捕獲放出層13と同じ材料で同じ膜厚に形成する。電極19は、Auを蒸着法で例えば50nmの厚さに形成する。電極19の材料は、金属の他、透明導電性材料であってもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the second insulating
以上、第1の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法について説明したが、第2電子捕獲放出層18を、第2緩衝層16の上でなくて、第2絶縁層17の上に積層したため、スパッタ法に伴って第2緩衝層16およびその下地の発光活性層20が損傷することを防止できる。この結果、量子ドットが損傷してサイズが変化することがなく、量子ドットから放出される光のスペクトルが変わってしまうことを防ぐことができる。このような電界発光素子10Aでは、量子ドット21からの発光スペクトルが量子ドットに由来する波長以外の波長の発光を抑えることができ、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
As described above, the method for manufacturing the electroluminescent element according to the first embodiment has been described. However, the second electron capture /
[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る電界発光素子10Bの断面図である。本実施の形態に係る電界発光素子10Bは、上記第1の実施の形態に係る電界発光素子10Aにおける第1電子捕獲放出層13の位置が異なるだけである。すなわち、本実施の形態では、第1電子捕獲放出層13を、第1絶縁層14と透明電極12との間に配置せずに、第1絶縁層14の上に配置している。本実施の形態に係る電界発光素子10Bの作用・効果は、上記第1の実施の形態と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view of an
[第3の実施の形態]
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る電界発光素子10Cの断面図である。この電界発光素子10Cは、第1の実施の形態に係る電界発光素子10Aにおける第1電子捕獲放出層13と第2電子捕獲放出層18とがそれぞれ2層で構成されたものであり、第1電子捕獲放出層13A、13Bと、第2電子捕獲放出層18A、18Bとで構成されている。本実施の形態における他の構成は、上記第1の実施の形態と同様である。
[Third embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view of an
本実施の形態では、それぞれ2層構造の第1電子捕獲放出層13A,13Bと第2電子捕獲放出層18A,18Bとは同一材料で形成されている。このような構造としたことにより、本実施の形態では、電子捕獲放出層同士の界面での表面準位での電子の捕獲、発生を促して、発光活性層へ供給する電子の量を増加させて発光強度を向上することができる。
In the present embodiment, the first electron capture /
[第4の実施の形態]
図10は、本発明の第4の実施の形態に係る電界発光素子10Dの断面図である。この電界発光素子10Dは、上記第1の実施の形態の電界発光素子10Aにおける第1電子捕獲放出層13と第2電子捕獲放出層18をそれぞれの2層構造とするとともに、2層のうちの1層である第1電子捕獲放出層13Cと第2電子捕獲放出層18Cのどちらか一方を金属で形成している。どちらか一方に透明性のない金属材料を用いても、発光活性層を挟んで反対側の層を形成する材料が全て透明であれば、透明な面側から発光を取り出せる。このとき、金属材料を用いた側は全て不透明な材料を使用することもできる。本実施の形態における他の構成、および作用・効果は、上記第3の実施の形態と同様である。
[Fourth embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view of an
[第5の実施の形態]
図11は、本発明の第5の実施の形態に係る電界発光素子10Eの断面図である。この電界発光素子10Eは、基板がガラスではなく、シリコン基板21を用いている。この電界発光素子10Eは、シリコン基板21の上に、順次、電極19、第1電子捕獲放出層13、第1絶縁層14、第1緩衝層15、発光活性層20、第2緩衝層16、第2絶縁層17、第2電子捕獲放出層18、透明電極12が形成されている。本実施の形態の電界発光素子10Eでは、透明電極12側へ発光が抜けるようになっている。
[Fifth embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view of an
本実施の形態に係る電界発光素子10Eの作用、動作、効果は、上記第1の実施の形態とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
Since the operation, operation, and effect of the
〈実験例〉
上記第1の実施の形態に係る電界発光素子10Aの構成において、第1緩衝層15および第2緩衝層16をZnSで形成し、第1および第2電子捕獲放出層13、18が無い場合(比較例)と、有る場合(実施例)とを用意した。そして、第1および第2電子捕獲放出層13、18のそれぞれの厚さが、5nm(実施例1)、20nm(実施例2)、200nm(実施例3)と異なる実施例1〜3の電界発光素子を作製して、挙動を観察した。
<Experimental example>
In the configuration of the
その結果、第1および第2電子捕獲放出層13、18が無い比較例と、実施例1〜3では、挙動が変化し(異なり)、5nm〜20nmまでの電界発光素子は、発光開始電圧が80Vから40V程度に低下し、発光強度が増し、発光スペクトルが狭帯域化する効果が確認できた。
[その他の実施の形態]
As a result, in the comparative example without the first and second electron capture /
[Other embodiments]
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下のような変更も本発明の適用範囲である。 As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, The following changes are also the application scope of this invention.
例えば、上記各実施の形態で用いた第1および第2電子捕獲放出層13、18の材料は、伝導帯端準位が量子ドットのコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さい無機材料から適宜選ぶことができる。また、電子捕獲放出層は、単一元素でなる原子層でもよいし、これらを含む化合物であってもよい。具体的には、仕事関数が3.0eV以下であるCa、Ba、Sr、Cs、Ce、Gd、La、Ag、Pb、Zn、Al、Biなどの元素を挙げることができる。
For example, the material of the first and second electron capture /
また、上記第5の実施の形態では、基板が不透明なシリコン基板21を適用したが、不透明な材料であっても電極19の成膜が可能な材料であれば、他の無機材料を用いてもよいし、可撓性を有するプラスチック基板を適用することも可能である。
In the fifth embodiment, the
10A、10B、10C、10D、10E…電界発光素子
11…透明基板
12…透明電極
13、13A、13B、13C…第1電子捕獲放出層
14…第1絶縁層
15…第1緩衝層
16…第2緩衝層
17…第2絶縁層
18…第2電子捕獲放出層
19…電極
20…発光活性層
21…シリコン基板
30…交流駆動源
10A, 10B, 10C, 10D, 10E ...
Claims (9)
前記緩衝層と前記電極との間に、接合する層との界面に表面準位を形成する電子捕獲放出層が配置されていることを特徴とする電界発光素子。 A light-emitting active layer containing quantum dots is sandwiched between a pair of buffer layers made of an inorganic semiconductor material, and quantum dots are included in the buffer layer, and electrodes are arranged so that an insulating layer is sandwiched between each of the buffer layers. Is an electroluminescent element that emits light from the light-emitting active layer by applying an alternating voltage to these electrodes,
An electroluminescent device comprising: an electron capture / emission layer that forms a surface state at an interface with a layer to be bonded between the buffer layer and the electrode.
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