JP2021521586A - エレクトロルミネッセンス表示デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】エレクトロルミネッセンス表示デバイスの発光層が記載される。発光層は、量子ドット（ＱＤ）の集団と、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す分子の集団とを有する２ドーパント系を含んでよい。幾つかの場合では、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子の一方又は両方は、ホストマトリックス中に配置されてよい。幾つかの場合では、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子は、別個のホストマトリックス中に配置されてよい。幾つかの場合では、エレクトロルミネッセンス表示デバイスは、量子ドット（ＱＤ）の集団を含む発光層と、発光層に隣接する隣接層とを含んでよく、隣接層は、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す分子の集団を含む。【選択図】図１

Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１８年４月１１日に出願された米国仮出願第６２／６５６，０７４号、２０１８年５月１８日に出願された米国仮出願第６２／６７３，３４４号、及び２０１８年７月２５日に出願された米国仮出願第６２／７０３，２２６号の利益を主張する。各出願の内容は、参照によって全体として本明細書の一部となる。

本発明は、エレクトロルミネッセンス表示デバイスと、エレクトロルミネッセンス表示デバイスの製造方法とに関する。より具体的には、本発明は、２ドーパント系を蛍光に利用するエレクトロルミネッセンス表示デバイスに関する。より具体的には、本発明は、２ドーパント系を蛍光に利用するエレクトロルミネッセンス表示デバイスであって、２つのドーパントが量子ドットと熱活性化遅延蛍光を示す分子とであるようなデバイスに関する。

＜半導体ナノ材料＞
量子ドット（ＱＤ）及び／又はナノ粒子と呼ばれることが多い２乃至１００ｎｍのオーダーの粒子からなる化合物半導体の調製及び特性評価に大きな関心が持たれている。この分野の研究は主に、ナノ粒子におけるサイズ調整可能な電子的特性、光学的特性、及び化学的特性に焦点を当ててきた。半導体ナノ粒子は、生物学的標識、太陽電池、触媒、生体イメージング、発光ダイオードなどの多様な商業的応用の可能性があることから、関心が高まっている。

２つの基本的な要因（両方とも個々の半導体ナノ粒子の大きさに関係している）が、半導体ナノ粒子のユニークな特性の主な原因となっている。第１の要因は、表面対体積比が大きいことである。粒子が小さくなるにつれて、内部原子の数に対する表面原子の数の比が大きくなる。これにより、表面特性が材料の全体的な特性に重要な役割を果たすことになる。第２の要因は、多くの材料（半導体ナノ粒子を含む）では、材料の電子的特性が粒子径に応じて変化することである。更に、量子閉じ込め効果のために、ナノ粒子のサイズが小さくなるにつれて、バンドギャップは通常、徐々に大きくなる。この効果は、対応するバルク半導体材料で観察される連続バンドではなく、原子や分子で観察されるものと同様な離散的エネルギー準位を生じさせる「箱内電子（electron in a box）」の閉じ込めの結果である。半導体ナノ粒子は、ナノ粒子材料の粒子径及び組成に依存した狭帯域発光を示す傾向がある。第１励起子遷移（バンドギャップ）のエネルギーは、粒子径が小さくなるにつれて増加する。

外側の有機不動態層を伴っており、単一の半導体材料からなる半導体ナノ粒子（以下、コアナノ粒子と称する）は、電子‐正孔再結合に起因して比較的低い量子効率を有する傾向がある。電子‐正孔再結合は、ナノ粒子表面にある欠陥又はダングリングボンドで発生して、非放射性の電子‐正孔再結合を導くことがある。

ナノ粒子の無機表面にある欠陥及びダングリングボンドを除去する１つの方法は、コア粒子の表面上に第２の無機材料（通常は、コア材料に対してより広いバンドギャップ及び小さな格子不整合を有する）を成長させて、「コア‐シェル」粒子を生成することである。コア‐シェル粒子は、コア内に閉じ込められたキャリアを、そうでなければ非放射性の再結合中心として機能するであろう表面状態から引き離す。一例として、ＣｄＳｅコアの表面に成長したＺｎＳがある。別のアプローチは、量子ドット‐量子井戸構造のような、特定の材料の数層のモノレイヤで構成された単一のシェル層に「電子‐正孔」対が完全に閉じ込められるコア‐マルチシェル構造を調製することである。ここでは、コアは通常、広バンドギャップ材料であって、その後、よりバンドギャップが狭い材料の薄いシェルが続き、更なる広バンドギャップ層で覆われる。例としては、ＣｄＳ／ＨｇＳ／ＣｄＳがあり、コアナノ結晶の表面上でＣｄをＨｇで置換して僅か数層のＨｇＳのモノレイヤを堆積させ、その後、ＣｄＳのモノレイヤによって覆うことで成長させている。結果として得られる構造は、光励起キャリアがＨｇＳ層に確実に閉じ込められていることを示している。

最も研究され、調製されている半導体ナノ粒子は、所謂「ＩＩ-ＶＩ族材料」であって、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ及びＣｄＴｅ、そして、これらの材料を組み込んだコア-シェル構造とコア-マルチシェル構造である。しかしながら、従来のＱＤに使用されているカドミウムやその他の制限重金属は毒性の強い元素であって、商業用途では大きな懸念材料となっている。

かなりの関心を集めている他の半導体ナノ粒子には、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ及びＩｎＰ、ＩｎＡｓなどのＩＩＩ-Ｖ族材料及びＩＶ-ＶＩ族材料を含むナノ粒子がある。ＩＩＩ-Ｖ族やＩＶ-ＶＩ族の高結晶性半導体ナノ粒子は、共有結合性が高いために調製が難しく、より長いアニール時間が通常必要とされている。しかしながら、現在、ＩＩ-ＶＩ材料に用いられる方法と同様の方法でＩＩＩ-ＶＩ材料及びＩＶ-ＶＩ材料を調製する研究報告がある。

＜有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）＞
近年、エレクトロルミネッセンス表示デバイス、特に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、ディスプレイ産業で大きな関心を集めている。ＯＬＥＤは、有機化合物の膜が２つの導体の間に配置されている発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、その膜は、電流などの励起に応答して発光する。ＯＬＥＤは、テレビ画面、コンピュータモニター、携帯電話、タブレットなどのディスプレイに使用されている。ＯＬＥＤディスプレイに特有の問題点は、有機化合物の寿命が不十分であることである。特に、青色光を発するＯＬＥＤは、緑色又は赤色のＯＬＥＤに比べて著しく速い速度で劣化する。

ＯＬＥＤ材料は、ホスト輸送材料中の電子と正孔の再結合によって生成される分子励起状態（励起子）の放射減衰に依存している。ＯＬＥＤで電荷が再結合すると、２種類の励起状態−明るい一重項励起子（全スピンが０）と暗い三重項励起子（全スピンが１）−が生成されるが、一重項励起子だけが直接光を発することで、外部ＯＬＥＤ効率は本質的に制限される。スピン統計によれば、有機半導体材料中で正孔と電子が再結合した後、３つの三重項励起子毎に１つの一重項励起子が生成される。従って、非放射性の三重項が利用できれば、ＯＬＥＤの効率を大幅に増加させることができる。

これまでのところ、ＯＬＥＤ材料の設計は、通常は暗い三重項から残りのエネルギーを取り出すことに重点を置いてきた。通常は暗い三重項状態から発光する効率的な蛍光体を作る最近の研究は、緑色や赤色のＯＬＥＤを実現している。しかしながら、青色などの他の色では、より高いエネルギー励起状態が必要となって、ＯＬＥＤの劣化過程が加速されてしまう。

三重項‐一重項遷移レートの基本的制限因子は、パラメータ｜Ｈ_ｆｉ／Δ｜^２の値であって、ここで、Ｈ_ｆｉは、超微細相互作用又はスピン軌道相互作用による結合エネルギーであり、Δは一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂である。従来の燐光ＯＬＥＤは、スピン軌道（ＳＯ）相互作用に起因した一重項状態と三重項状態の混合によってＨ_ｆｉを増加させ、重金属原子と有機リガンドの間で共有される最低発光状態を得ることに依存している。この結果、より高い一重項状態と三重項状態の全てからエネルギー取得が行われて、燐光（励起三重項からの比較的短寿命である発光）が続く。三重項の寿命が短くなることで、電荷と他の励起子による三重項励起子の消滅が減少する。最近の他の研究は、燐光材料の性能の限界に達していることを示唆している。

ＯＬＥＤデバイスの溶液プロセス性は、大量生産が十分に確立されると製造コストの低減につながると考えられており、フレキシブル基板上にデバイスを作製することを可能とすることで、ロールアップディスプレイなどの新技術につながる可能性がある。ＯＬＥＤデバイスでは、画素が直接発光するので、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比べて高いコントラスト比と低い視野角とが可能とされている。更に、液晶ディスプレイとは異なり、ＯＬＥＤデバイスはバックライトを必要としないので、電源が切られている場合に真っ黒を表示できる。ＯＬＥＤはまた、液晶ディスプレイよりも速い応答速度をもたらす。しかしながら、ＯＬＥＤデバイスは一般的に、有機発光材料の寿命に起因して安定性と寿命の低さに悩まされる。青色ＯＬＥＤの外部量子効率は現在のところ、緑色及び赤色のＯＬＥＤに比べて遥かに低い。更に、ＯＬＥＤは広域発光に悩まされることが多く、ディスプレイ用途では、より良い色純度をもたらすためにより狭域である発光が望ましい。故に、安定性及び寿命に優れており、青色発光が改善された溶液プロセス可能な発光デバイスが必要とされている。

＜熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す分子＞
熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）は、Ｈ_ｆｉの最大化に対してΔの最小化に依存しており、例えば１乃至１００μｓのような適当なタイムスケールで一重項準位と三重項副準位の間でポピュレーションを遷移できることが分かっている。ＴＡＤＦ分子を含むＯＬＥＤは急速に劣化することなく、より高い励起状態に到達できる。本明細書に記載されるデバイスは、過去に開示されたデバイスよりも高いエネルギー励起状態で発光できる。

ＯＬＥＤは通常、陽極と陰極である２つの電極の間に有機材料又は化合物の層を挟んで構成されている。有機分子は、分子の一部又は全部が共役によってπ電子が非局在化されると導電性を有する。電圧が印加されると、陽極に存在する最高被占軌道（ＨＯＭＯ）からの電子は、陰極に存在する有機分子の最低空軌道（ＬＵＭＯ）に流れ込む。ＨＯＭＯからの電子の除去はまた、ＨＯＭＯに正孔を入れることとして言及される。静電力は、電子と正孔を再結合して励起子（電子と正孔の結合状態である）を形成するまで、電子と正孔を互いに接近させる。励起状態が減衰して電子のエネルギー準位が緩和されると、可視スペクトルの周波数を有する放射線が放出される。この放射線の周波数は、材料のバンドギャップ（ＨＯＭＯとＬＵＭＯの間のエネルギー差）に依存する。

電子と正孔は半整数スピンのフェルミオンであるため、電子と正孔のスピンがどのように結合されているかによって、励起子が一重項状態になるか、三重項状態になるかが決まる。統計的には、各一重項励起子に対して３つの三重項励起子が形成されるであろう。三重項状態からの減衰はスピン禁制であるため、遷移のタイムスケールを増加させて、蛍光デバイスの内部効率を制限する。

熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）は、一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂（Δ）を最小化しようとする。典型的な０．４乃至０．７ｅＶの値から熱エネルギー（ｋ_ＢＴに比例。ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは温度）のオーダーのギャップへの交換分裂の減少は、状態間の結合が小さい場合でも、熱撹拌は、適当なタイムスケールで一重項準位と三重項副準位の間でポピュレーションを遷移させることができることを意味する。

ＴＡＤＦ分子は、共有結合によって直接接続された、又は共役リンカー（即ち、「ブリッジ」）を介して接続されたドナー部位及びアクセプター部位からなる。「ドナー」部位は、励起時にそのＨＯＭＯから「アクセプター」部位に電子を移動させ易い。「アクセプター」部位は、「ドナー」部位からの電子をそのＬＵＭＯに受け入れ易い。ＴＡＤＦ分子のドナー‐アクセプターの性質は、非常に低いΔを示す電荷移動特性を有する低位励起状態をもたらす。熱分子運動は、ドナー‐アクセプター系の光学特性をランダムに変化させ得ることから、ドナーとアクセプターの堅固な三次元配置を使用して、励起の寿命の間、内部変換によって電荷移動状態の非放射的な減衰を制限することができる。

従って、一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂（Δ）を減少させて、三重項励起子を利用できる逆項間交差（ＲＩＳＣ）が増加した系を作ることは有益である。このような系では、放射寿命が短くなる可能性がある。これらの特徴を有する系は、従来技術の青色ＯＬＥＤで良く見られる急速劣化を被ることなく、青色光を発光できる可能性がある。

図１は、本開示の様々な態様に基づいた例示的なエレクトロルミネッセンス量子ドット含有発光ダイオード（ＱＤ‐ＬＥＤ）デバイス構造の概略図である。

図２は、ＴＡＤＦ分子のエネルギー準位図を示す。

図３は、本開示の様々な態様に基づいた２ドーパント系のエネルギー準位図を示す。

図４は、本開示の様々な態様に基づいた臨界距離（ｒ_０）決定のための代替的な原理の概略図である。

図５は、本開示の様々な態様に基づいた、例示的なＴＡＤＦ分子の発光スペクトルと例示的なＱＤの吸収スペクトルとのスペクトル重なりを示すグラフである。

図６は、本開示の様々な態様に基づいた、例示的なＴＡＤＦ分子の発光スペクトルと図５の例示的なＱＤの吸収スペクトルとの積分されるスペクトル重なりを示すグラフである。

図７は、本開示の様々な態様に基づいて構成された例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスのエネルギー準位図である。

図８は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図７のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）値を示すグラフである。

図９は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図７のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示すグラフである。

図１０は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図７のＱＤ‐ＬＥＤデバイス及びその変形例の発光スペクトルを示すグラフである。

図１１は、本開示の様々な態様に基づいて構成された別の例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスのエネルギー準位図である。

図１２は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）値を示すグラフである。

図１３は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示すグラフである。

図１４は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイス及びその変形例の発光スペクトルを示すグラフである。

図１５は、本開示の様々な態様に基づいて構成されたＴＡＤＦ分子及びＱＤを含む発光膜のフォトルミネッセンススペクトルを示すグラフである。

図１６は、図１５の発光膜のフォトルミネッセンス強度対時間を示すグラフである。

図１７は、本開示の様々な態様に基づいて構成された更に別の例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスのエネルギー準位図である。

図１８は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図１７のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示すグラフである。

図１９は、本開示の様々な態様に基づいて構成された図１７のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示す別のグラフである。

図２０は、本開示の様々な態様に基づいて実施例１５で作製された図１７のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを示すグラフである。

以下の実施形態の説明は単に例示的なものであって、本開示の主題、その用途、又は使用を限定することを全く意図していない。

本明細書を通じて使用されているように、値域は、値域内の各値を記述するための省略表現として使用されている。値域内の任意の値が、値域の終端として選択できる。別段の定めがない限り、本明細書で示されている全ての割合及び量は、重量パーセントを指すものと理解されるべきである。

本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のために、別段の定めがない限り、量、割合又は比率を表す全ての数値と、本明細書及び特許請求の範囲で使用されるその他の数値とは、全ての場合において用語「約」によって修飾されているものとして理解される。用語「約」の使用は、明示されているか否かに拘わらず、全ての数値に適用される。この用語は概して、当該技術分野の通常の知識を有する者が、記載されている数値に対する合理的な逸脱量と考えるであろう（即ち、同等の機能又は結果を有する）数値の範囲を指す。例えば、この用語は、そのような逸脱量が値の最終的な機能又は結果を変化させないことを条件に、与えられた数値の±１０パーセント、±５パーセント、又は±１パーセントの逸脱量を含むものと解釈できる。故に、別段の定めがない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは近似値であって、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ある」及び「その」は、明示的且つ明白に１つの指示対象に限定されない限り、複数の言及を含むことに留意のこと。本明細書では、用語「含む」及びその文法的変異形は非限定的であることが意図されており、列挙された項目の記載が、列挙された項目に置換又は追加することができる他の類似の項目を排除するものではない。例えば、本明細書及び以下の特許請求の範囲で使用されるように、用語「備える」（「備えている」などのその形式、派生語又は語尾変化も同様）、「含む」（「含んでいる」などのその形式、派生語又は語尾変化も同様）、及び「有する」（「有している」などのその形式、派生語又は語尾変化も同様）は、包括的（即ち、オープンエンド）であり、追加の要素又は工程を除外しないことを意図している。従って、これらの用語は、記載された要素又は工程をカバーするだけでなく、明示的に記載されていない他の要素又は工程を含んでよいことを意図している。更に、本明細書では、要素と一緒に使用される場合の用語「ある」の使用は、「１つ」を意味する場合があるが、「１又は複数」、「少なくとも１つ」、及び「１つ以上」の意味と矛盾しない。従って、「ある」に続く要素は、更なる制約無く、追加の同一要素の存在を排除しない。

図１は、例示的なエレクトロルミネッセンス量子ドット含有発光ダイオード（ＱＤ‐ＬＥＤ）デバイスの構造の概略図である。ＱＤ‐ＬＥＤ１００は、基板１と、陽極１０と、正孔注入層（ＨＩＬ）２０と、正孔輸送層（ＨＴＬ）３０と、電子ブロック層（ＥＢＬ）４０と、発光層５０と、正孔ブロック層（ＨＢＬ）６０と、電子輸送層（ＥＴＬ）７０と、電子注入層（ＥＩＬ）８０と、陰極９０とを含む。図１のＱＤ‐ＬＥＤデバイス構造は、更なる層を含んでよく、図示された層の１又は複数を含まなくてよい。従来のＯＬＥＤデバイスは同じデバイス構造を備えてよく、ここで、発光層５０は、ホストマトリックス中に分散した蛍光性有機材料を含んでいる。ある特定の種類の蛍光材料は、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す有機分子である。

幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤ１００の発光層５０は、ホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。他の場合では、ＱＤ‐ＬＥＤ１００の発光層５０は、ホストマトリックスを用いることなく、量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤ１００の発光層５０がホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団を含む一方で、隣接層は、異なるホストマトリックス中に分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。他の場合では、ＱＤ‐ＬＥＤ１００の発光層５０が量子ドットの集団を含む一方で、隣接層がＴＡＤＦ分子の集団を含んでよく、どちらの層もホストマトリックスを用いていない。

幾つかの場合では、ＥＴＬ７０及びＥＩＬ８０は異なる材料で作られる。幾つかの場合では、単一の組成物がＥＴＬ７０及びＥＩＬ８０の両方として機能してよい。幾つかの場合では、ＥＴＬ７０及びＥＩＬ８０はＺｎＯナノ粒子で作られている。幾つかの実施形態では、ＥＴＬ７０及びＥＩＬ８０は、一般式Ｚｎ_１−ｘＭ_ｘＯを有するドープＺｎＯナノ粒子で作られており、ここで、Ｍ＝Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｃｓ、又はＧａである。幾つかの場合では、ｘは、約０．０１と約０．５の間、約０．０２５と約０．４の間、交約０．０５と約０．３の間、約０．０７５と約０．２の間、又は、約０．０７５と約０．１５の間の範囲である。

図２はＴＡＤＦ分子のエネルギー準位図を示す。ＴＡＤＦ分子では、励起されると、前述のように三重項状態の励起子が発生する。一般的に、白金錯体やイリジウム錯体のようなエミッタから発生した三重項励起子は、三重項状態から基底状態へと非放射的に減衰して発光には寄与しない。一方、ＴＡＤＦ分子では、一重項励起子と三重項励起子の間のエネルギーギャップ（ΔＥ_ＳＴ）が小さいことから、逆項間交差（ＲＩＳＣ）を介して三重項励起子が一重項励起子にアップコンバートされて、発光が、遅延蛍光として一重項励起子から取り出される。ＴＡＤＦ分子では、ΔＥ_ＳＴは熱エネルギーの吸収によってもたらされる。

本開示の様々な態様に基づいて、量子ドット蛍光エミッタドーパントとＴＡＤＦアシストドーパントとを含む２ドーパント系が、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスのようなエレクトロルミネッセンス表示デバイスでの使用のために提供される。ＱＤは、ＴＡＤＦアシスト発光デバイス用の蛍光エミッタとして、有機蛍光体を超えた利点をもたらす。本開示の実施形態は、ほぼ１に近い内部量子効率を達成するＴＡＤＦ分子の励起子捕集能力を、高いフォトルミネッセンス量子収率を有するＱＤへの捕集励起子のエネルギー移動と組み合わせることで、超蛍光狭発光量子ドットデバイスを実現するように設計されている。ＱＤの狭い疑似ガウシアン発光は、有機蛍光体と比較して、より良い色純度と効率を導く可能性がある。ＱＤの蛍光発光は粒子径及び組成を調整することで調整可能であるのに対し、有機蛍光体は一般的に、広くて特有の発光プロファイルを示す。更に、ＱＤの蛍光量子収率（ＱＹ）は一般的に有機蛍光体よりも高い。

幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光層は、ホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光層は、量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでおり、ホストマトリックスを用いなくてよい。何れの場合であっても、量子ドットの集団とＴＡＤＦ分子の集団の両方を有する発光層は、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約７．５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約６０ｎｍ、約１２．５ｎｍ乃至約４０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、又は、約１７．５ｎｍ乃至約２５ｎｍの範囲の、或いは、約２０ｎｍの厚さを有してよい。更に、発光層は、重量で約１０：１乃至約１：１０、重量で約９：１乃至約１：６、重量で約８：１乃至約１：３、重量で約７：１乃至約１：２、重量で約６：１乃至約１：１、約５：１乃至約２：１、重量で約４．５：１乃至約３．５：１、又は、重量で約４：１のＱＤ：ＴＡＤＦ比を有してよい。

幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層がホストマトリックスに分散した量子ドットの集団を含む一方で、隣接層が、異なるホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層がホストマトリックス無く量子ドットの集団を含む一方で、隣接層が、ホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。ホストマトリックスの有無に拘わらずＱＤを有する発光層は、約２．５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約７．５ｎｍ乃至約６０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約４０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約２０ｎｍ、又は約１２．５ｎｍ乃至約１７．５ｎｍの範囲の、或いは約１５ｎｍの厚さを有してよい。ホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子を有する隣接層は、約１ｎｍ乃至約１２０ｎｍ、約１．５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約２ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約２．５ｎｍ乃至約６０ｎｍ、約３ｎｍ乃至約４０ｎｍ、約３．５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約４ｎｍ乃至約１０ｎｍ、又は約４ｎｍ乃至約８ｎｍの厚さを有してよい。幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子含有隣接層は正孔輸送層（ＨＴＬ）である。幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子含有隣接層は、電子ブロック層（ＥＢＬ）とＨＴＬの両方として機能する層である。

幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の全体に分散している。他の場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の一部のみに分散している。他の場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の一部のみに分散しており、ここで、ＴＡＤＦ分子を有する部分は発光層に隣接して位置し、ＴＡＤＦ分子を有さない部分は発光層から離れて位置する。例えば、厚さ４０ｎｍを有する隣接層では、発光層と隣接層との接触箇所が隣接層の厚さ０ｎｍに相当し、発光層から離れた前記の部分は隣接層の厚さ４０ｎｍに相当しており、隣接層の０乃至３０ｎｍの部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至２０ｎｍの部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至１０ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至９ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至７ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至５ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至３ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよく、隣接層の０乃至２ｎｍ部分にＴＡＤＦ分子が分散してよい。

隣接層内部のＴＡＤＦ分子の濃度（層のｗｔ％）は、ＴＡＤＦ分子が隣接層全体に分散している場合には、約１ｗｔ％乃至約５０ｗｔ％、約５ｗｔ％乃至約４０ｗｔ％、約１０ｗｔ％乃至約３０ｗｔ％、又は、約１５ｗｔ％乃至約２５ｗｔ％の範囲、或いは約２０ｗｔ％であってよい。ＴＡＤＦ分子が隣接層の一部のみに分散している場合、その部分内のＴＡＤＦ分子の濃度は、約１ｗｔ％乃至約５０ｗｔ％、約５ｗｔ％乃至約４０ｗｔ％、約１０ｗｔ％乃至約３０ｗｔ％、又は約１５ｗｔ％乃至約２５ｗｔ％の範囲、或いは、約２０ｗｔ％であってよい。

図３は、本開示の様々な態様に基づいた２ドーパント系のエネルギー準位図を示している。発光層がＴＡＤＦ化合物のみを含む場合、一重項励起子と三重項励起子の間の小さなエネルギーギャップ（ΔＥ_ＳＴ）に起因して、三重項励起子が逆項間交差（ＲＩＳＣ）を介して一重項励起子にアップコンバートされて、発光が上述したように遅延蛍光として一重項状態から取り出される。しかしながら、ＴＡＤＦ分子がＱＤの存在下にある場合には、ＴＡＤＦ分子の一重項励起子は、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を介してＱＤの一重項状態に共鳴移動する。そして、光がＱＤの一重項状態から遅延蛍光として放出される。これは、ＴＡＤＦ分子とＱＤが同じ発光層にある場合と、ＱＤが発光層にあり、ＴＡＤＦ分子が発光層に隣接する層にある場合とにも当てはまる。

幾つかの場合では、ＱＤは青色発光ＱＤであってよい。他の場合では、ＱＤは緑色発光ＱＤであってよい。更に別の場合では、ＱＤは赤色発光ＱＤであってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは、青色発光ＱＤ、緑色発光ＱＤ、及び赤色発光ＱＤの任意の組合せであってよい。更に別の場合では、ＱＤはＵＶ発光ＱＤであってよい。更に別の場合では、ＱＤはＩＲ発光ＱＤであってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは、用途に応じて、電磁スペクトルのＵＶ領域からＩＲ領域までの任意の波長で発光するように調整されてよい。このＴＡＤＦ分子は限定されない。本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子には、例えば、米国特許第９，５０２，６６８号、米国特許第９，６３４，２６２号、米国特許第９，６６０，１９８号、米国特許第９，６８５，６１５号、米国特許出願公開第２０１６号、米国特許出願公開第２０１６／０３７２６８２号、米国特許出願公開第２０１６／０３８０２０５号、及び米国特許出願公開第２０１７／０２２９６５８号に記載されたものが挙げられ得る。これらの内容全体は参照により本明細書の一部となる。

ＯＬＥＤデバイスなどのエレクトロルミネッセンスデバイスの２ドーパント系の性能を最適化するためには、様々な特性のＱＤを設計することが有利であろう。第一に、ＱＤは、高い発振強度を有するべきである。第二に、ＱＤは、ＴＡＤＦ分子とのＦＲＥＴが高くなるように作製されるべきである。第三に、ＱＤは、強い吸収体であるように作製されるべきである。最後に、ＱＤは、励起状態の寿命が短いように作製されるべきである。当該分野における通常の知識を有する者には、それらのみが、必ずしも本開示に従った系において最適化され得る特性ではないことは明らかであろう。

＜ＦＲＥＴの最大化＞
本開示の様々な態様では、ＴＡＤＦ分子の一重項励起子は、ＦＲＥＴを介してＱＤの一重項状態に共鳴的に移動する。近接場双極子−双極子結合機構、ＦＲＥＴの臨界距離は、よく知られたフェルスター機構［Ｆｏｒｓｔｅｒ，Ｔｈ．Ａｎｎ．Ｐｈｙｓ．４３７，５５（１９４８）］に従って、ＴＡＤＦ分子（「蛍光ドナー」）とＱＤ（「吸光アクセプター」）のスペクトル重なりから計算することができる。ＴＡＤＦ分子とＱＤとの間のＦＲＥＴの効率を最大化するために、臨界距離が決定される必要がある。ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の臨界距離ｒ_０は、ＦＲＥＴ効率が５０％となる距離であって、式１で定義される。

ここで、ｃは真空中の光速、ｎは材料の屈折率、κ^２は配向係数、η_ＤはＴＡＤＦ分子のフォトルミネッセンス（ＰＬ）量子効率、Ｓ_ＤはＴＡＤＦ分子の正規化されたＰＬスペクトル、σ_ＡはＱＤ吸収断面積である。［Ｙ．Ｑ．Ｚｈａｎｇ ａｎｄ Ｘ．Ａ．Ｃａｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２０１０，９７，２５３１１５］。臨界距離ｒ_０は、故に、例えば、ＴＡＤＦ分子のＰＬ特性（フォトルミネッセンス最大値（ＰＬ_ｍａｘ））、半値全幅（ＦＷＨＭ）及びＰＬ量子効率、並びに、ＱＤの形状、組成及びアーキテクチャのような因子によって影響を受け得るσ_Ａを変更することによって操作することができる。ＴＡＤＦ発光とＱＤ吸収の間のスペクトル重なりが良いほど、伝達効率がより良くなり、ひいては、エネルギーを運ぶことができる距離がより長くなる。

図４は、ｒ_０決定のための代替的原理の概略図である。幾つかの場合では、ｒ_０は、ＴＡＤＦ分子の中心からＱＤコアの中心（タイプＩのＱＤで発光が起こるところ）まで測定され得る。他の場合では、ｒ_０は、ＴＡＤＦ分子の端からＱＤコアの端まで測定され得る。

ＴＡＤＦ分子は、図４に円又は球体として示されているが、当該分野における通常の知識を有する者であれば、任意の特定のＴＡＤＦ分子の形状がその化学構造に依存していることを容易に理解できる。更に、ＱＤは球状であるように示されているが、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本開示の様々な態様に従って使用されるＱＤの形状が本明細書に記載されているように変化し得ることを容易に理解できる。本開示の様々な態様に基づいて使用されるＱＤは、コア、コア-シェル、コア-マルチシェル、又は量子ドット‐量子井戸（ＱＤ‐ＱＷ）ＱＤのうちの任意の１つであってよい。ｒ_０が、ＴＡＤＦ分子の端からＱＤコアの端まで測定される場合、ＱＤ‐ＱＷアーキテクチャが望ましいであろう。ＱＤ‐ＱＷでは、バンドギャップが狭い第１のシェルが、コアとよりバンドギャップがより広い材料の第２のシェルとの間で挟まれており、発光は第１のシェルから起こる。従って、コア／シェルＱＤにおけるＴＡＤＦ分子の端とコアの端との間の距離は、ＱＤ‐ＱＷにおけるＴＡＤＦ分子の端と第１のシェルの端との間の距離よりも大きくてよい。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソニコチノニトリル）

（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）

（２，３，４，５，６‐ペンタ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）

（２，３，５，６-テトラキス（３，６-ジ‐ｔｅｒｔ-ブチル-９Ｈ-カルバゾール-９-イル）ベンゾニトリル）

（２，３，４，５，６‐ペンタキス（３，６‐ジ‐ｔｅｒｔ‐ブチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（４，５‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル）

（３，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル）

（４，４”‐ビス（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐［１，１’：２’，１”‐テルフェニル］‐４’，５’‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（２，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル）

（２，４，５，６‐テトラキス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル）

（２，６‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）‐４‐フェニルピリジン‐３，５‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル）

（２，３，５，６‐テトラキス（３，６‐ジフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１２‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐５‐フェニル‐５，１２‐ジヒドロインドロ［３，２‐ａ］カルバゾール）

（９‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール）

（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール）

（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール）

（９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール）

（９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐３，３”６，６”‐テトラフェニル‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール）

（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン）

（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノチアジン）

（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，３，６，８‐テトラメチル‐９Ｈ‐カルバゾール）

（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐２，６‐ジメチルフェニル）‐３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール）

（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）

（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐フルオレン］）

（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン）

（１０‐（４‐（２‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，１，１，３，３，３‐ヘキサフルオロプロパン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１０，１０’‐（（６‐フェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（４，１‐フェニレン））ビス（１０Ｈ‐フェノキサジン）

（２，４，６‐トリス（４‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）フェニル）‐１，３，５‐トリアジン））

（２，４，６‐トリス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）‐１，３，５−トリアジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（９Ｈ‐カルバゾール）

（９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１０‐（４‐（ベンゾ［ｄ］オキサゾール‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン）

（２，６‐ビス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）ベンゾ［１，２‐ｄ：５，４‐ｄ’］ビス（オキサゾール））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（２，６‐ビス（ジフェニルアミノ）アントラセン‐９，１０‐ジオン）

（２，６‐ビス（４‐（ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アミノ）フェニル）アントラセン‐９，１０‐ジオン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（３‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン）

（３‐（９’Ｈ‐［９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール］‐９’‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（５，９‐ジフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン）、

（９‐（［１，１’‐ビフェニル］‐３‐イル）‐Ｎ，Ｎ，５，１１‐テトラフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン‐３‐アミン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（９，９‐ジメチル‐１０‐（１０‐（２，４，６‐トリイソプロピルフェニル）‐１０Ｈ‐ジベンゾ［ｂ，ｅ］［１，４］オキソリニン−３−イル）‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（９‐（４‐（ジメシチルボレアニル）‐３，５‐ジメチルフェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（４，４’，４”‐（１，３，３ａ１，４，６，７，９‐ヘプタアザフェナレン‐２，５，８‐トリイル）トリス（Ｎ，Ｎ‐ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アニリン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（７，１０‐ビス（４‐（ジフェニルアミノ）フェニル）ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン‐２，３‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１２，１２’‐（６‐（［１，１’‐ビフェニル］‐４‐イル）‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（１１‐フェニル‐１１，１２‐ジヒドロインドロ［２，３‐ａ］カルバゾール）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（ビス（４‐（９Ｈ‐［３，９’‐ビカルバゾール］‐９‐イル）フェニル）メタノン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１０，１０’‐（スルホニルビス（４，１‐フェニレン）ビス（９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。

（１０‐フェニル‐１０Ｈ，１０’Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐アントラセン］‐１０’‐オン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。

本開示の様々な態様に基づいて使用されるＱＤは、２乃至１００ｎｍの範囲のサイズを有しており、以下を含むコア材料を含んでよい。

周期表の第２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＡ‐ＶＩＡ（２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、及びＢａＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＢ‐ＶＩＡ（１２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、及びＨｇＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩ‐Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、Ｚｎ_３Ｐ_２、Ｚｎ_３Ａｓ_２、Ｃｄ_３Ｐ_２、Ｃｄ_３Ａｓ_２、Ｃｄ_３Ｎ_２、及びＺｎ_３Ｎ_２が挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、及びＢＮが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１４族の第２の元素とからなるＩＩＩ-ＩＶ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂ_４Ｃ、Ａｌ_４Ｃ_３、及びＧａ_４Ｃが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＩ‐ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ａｌ_２Ｓ_３、Ａｌ_２Ｓｅ_３、Ａｌ_２Ｔｅ_３、Ｇａ_２Ｓ_３、Ｇａ_２Ｓｅ_３、ＧｅＴｅ、Ｉｎ_２Ｓ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、Ｇａ_２Ｔｅ_３、及びＩｎ_２Ｔｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１４族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料及びドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、及びＳｎＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１５族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料及びドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｓｂ_２Ｓｅ_３、及びＳｂ_２Ｔｅ_３が挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の遷移金属の任意の族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるナノ粒子材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、以下のものが含まれるが、ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、ＣｕＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＳ_ｙＳｅ_２−ｙ（０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦２）、及びＡｇＩｎＳ_２が挙げられるが、これらに限定されない。

明細書及び特許請求の範囲の目的において、用語ドープナノ粒子は、上記のナノ粒子と１又は複数の主族元素若しくは希土類元素からなるドーパントとに言及しており、これは大抵の場合、マンガンを伴う硫化亜鉛のような遷移金属又は希土類元素であって、例えばＭｎ^２＋でドープされたＺｎＳナノ粒子であるが、これに限定されない。

用語「三元材料」は、明細書及び特許請求の範囲の目的では、上記のＱＤであるが、三成分材料を指す。３つの成分は通常、言及されている族の元素の組成であって、例としては、（Ｚｎ_ｘＣｄ_１−ｘＳ）_ｍＬ_ｎナノ結晶（Ｌはキャッピング剤である）がある。

用語「四元材料」は、明細書及び特許請求の範囲の目的では、上記のナノ粒子であるが、四成分材料を指す。４つの成分は通常、言及されている族の元素の組成であって、例としては、（Ｚｎ_ｘＣｄ_１−ｘＳ_ｙＳｅ_１−ｙ）_ｍＬ_ｎナノ結晶（Ｌはキャッピング剤である）がある。

大抵の場合におけるコア粒子上に成長した任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルで使用される材料は、コア材料に類似した格子タイプの材料であって、コア材料に近い格子整合を有しており、コア材料にエピタキシャル成長させることができるが、必ずしもこのような適合性を有する材料に限定されない。大抵の場合における存在するコア上に成長した任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルで使用される材料は、コア材料よりも広いバンドギャップを有するであろうが、必ずしもこのような適合性を有する材料に限定されない。任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルをコアに成長させた材料は、以下の材料を含んでよい。

周期表の第２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＡ‐ＶＩＡ（２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、及びＳｒＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＢ‐ＶＩＡ（１２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、及びＨｇＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｚｎ_３Ｐ_２、Ｚｎ_３Ａｓ_２、Ｃｄ_３Ｐ_２、Ｃｄ_３Ａｓ_２、Ｃｄ_３Ｎ_２、及びＺｎ_３Ｎ_２が挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、及びＢＮが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１４族の第２の元素とからなるＩＩＩ-ＩＶ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂ_４Ｃ、Ａｌ_４Ｃ_３、及びＧａ_４Ｃが挙げられるが、これらに限定されない。

周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＩ‐ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ａｌ_２Ｓ_３、Ａｌ_２Ｓｅ_３、Ａｌ_２Ｔｅ_３、Ｇａ_２Ｓ_３、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｉｎ_２Ｓ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、Ｇａ_２Ｔｅ_３、及びＩｎ_２Ｔｅ_３が挙げられるが、これらに限定されない

周期表の第１４族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＶ‐ＶＩＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、及びＳｎＴｅが含まれるが、これらに限定されない。

周期表の第１５族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｓｂ_２Ｓｅ_３、及びＳｂ_２Ｔｅ_３が含まれるが、これらに限定されない。

周期表の遷移金属の任意の族からの第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるナノ粒子材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、ＣｕＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＳ_ｙＳｅ_２−ｙ（０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦２）、及びＡｇＩｎＳ_２が含まれるが、これらに限定されない。

図４に示すように、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の分離の程度又は距離は、ＱＤキャッピングリガンドを使用することで制御できる。具体的には、キャッピングリガンドが長くなるほど、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の距離は大きくなる。一般的に、ルイス酸がキャッピングリガンドとして使用されている。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、第一級、第二級若しくは第三級アミン、又はアンモニウム化合物であってよく、１又は複数の直鎖若しくは分岐Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル基、或いは、１又は複数のＣ_３−Ｃ_１８芳香族基、多環芳香族基、シクロアルカン基、シクロアルケン基、シクロアルケン基、シクロアルキン基、ポリシクロアルカン基、ポリシクロアルケン基、若しくはポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、第一級、第二級若しくは第三級ホスフィン又はホスホニウム化合物であってよく、１又は複数の直鎖若しくは分岐Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル基、或いは、１又は複数のＣ_３−Ｃ_１８芳香族基、多環芳香族基、シクロアルカン基、シクロアルケン基、シクロアルケン基、シクロアルキン基、ポリシクロアルカン基、ポリシクロアルケン基、若しくはポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、カルボン酸であってよく、直鎖又は分枝Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル基、又はＣ_３−Ｃ_１８芳香族、多環式芳香族、シクロアルケン、シクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、又はポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、アルコール、ポリオール、チオール、セレン、又はテルル等価体（tellurium equivalent）（Ｒ‐Ｔｅ‐Ｈ）であってよく、直鎖又は分枝Ｃ_１−Ｃ_２４アルキル基、又はＣ_３−Ｃ_１８芳香族、多環式芳香族、シクロアルケン、シクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、又はポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、エントロピックリガンドであってよい。本明細書では、「エントロピックリガンド（entropic ligand）」は、不規則に分岐したアルキル鎖を有するリガンドを意味する。好適なエントロピックリガンドの例としては、２‐メチルブタンチオール及び２‐エチルヘキサンチオールのような不規則に分岐したチオールと、４‐メチルオクタン酸、４‐エチルオクタン酸、２‐ブチルオクタン酸、２‐ヘプチルデカン酸、及び２‐ヘキシルデカン酸のような不規則に分岐したアルカン酸とが挙げられるが、これらに限定されない。エントロピックリガンドは、ナノ粒子のプロセス性を向上させつつ、デバイスの性能を保持又は向上させることができる。

ＦＲＥＴを最大化するためには、所定の波長で発光するより小さなＱＤが望ましいであろう。例えば、ＣｄＳｅなどのコアＱＤよりもバルクバンドギャップが狭くてボーア半径が大きいＩｎＰを用いたＱＤが有利であろう。例えば、６２０ｎｍで発光するＩｎＰのＱＤコアは通常、同じ波長で発光するＣｄＳｅのＱＤコアよりも小さい直径を有するであろう。

例えば、５２８ｎｍの最大フォトルミネッセンス（ＰＬ_ｍａｘ）と３９ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）とを示すＱＤと、５４８ｍのＰＬ_ｍａｘと９２ｎｍのＦＷＨＭとを示すＴＡＤＦ分子とを有する系について臨界距離を推定するために使用される値と重なりとは、図５及び図６と表１に示されている。図６を具体的に参照すると、このグラフは、これらの２つの材料のスペクトル重なり非積分関数（spectral overlap integrand）を示している。この重なりの最大化は重要なパラメータであって、上記の式１で示されるように、ＦＲＥＴの臨界距離の増加と、エネルギー移動の効率の向上とにつながるであろう。

上記から、４．７ｎｍの臨界距離が、５２８ｎｍの最大フォトルミネッセンス（ＰＬ_ｍａｘ）と３９ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を示すＱＤと、５４８ｎｍのＰＬ_ｍａｘと９２ｎｍのＦＷＨＭを示すＴＡＤＦ分子とについて得られる。当該分野の通常の知識を有する者であれば、臨界距離は、系で使用される特定のＱＤ及びＴＡＤＦ分子の関数であることは容易に理解するであろう。

＜ＱＤ発振強度の最大化＞
ＱＤのバンドギャップ遷移の振動子強度（ｆ_ｇａｐ）は、蛍光確率を表す。故に、２ドーパント系の用途では、高い振動子強度を有するＱＤを含めることが望ましいと考えられるかもしれない。強い量子閉じ込め領域では、電子と正孔の波動関数が粒子径とは無関係に完全に重なっているため、振動子強度はＱＤ径の影響により僅かにしか変化しないが［Ｍ．Ｄ．Ｌｅｉｓｔｉｋｏｗ，Ｊ．Ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ａ．Ｊ．Ｋｅｔｔｅｌａｒｉｊ，Ｐ．Ｌｏｄａｈｌ ａｎｄ Ｗ．Ｌ．Ｖｏｓ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２００９，７９，０４５３０１］、量子閉じ込め領域を超えたＱＤでは、粒子径が大きくなるほど振動子強度が増加する［Ｋ．Ｅ．Ｇｏｎｇ，Ｙ．Ｚｅｎｇ ａｎｄ Ｄ．Ｆ．Ｋｅｌｌｅｙ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，２０１３，１１７，２０２６８］.

例えば、ＩｎＰで構成されており、可視スペクトル内で発光するコアを備えるＱＤは、強い閉じ込め領域内で十分な半径を有しており、振動子強度は粒子径に大きく依存しないであろう。幾つかの場合では、ＱＤの形状は振動子強度に影響を与え得る。幾つかの場合では、ＱＤは実質的に球形又は卵形であってよい。他の実施形態では、ＱＤは実質的に円錐形であってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは実質的に円筒形であってよい。更に別の場合では、ＱＤは実質的に棒状であってよい。更に別の場合では、ＱＤは、ナノロッド、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノシート、デンドリマー、星形、テトラポッド、円盤、又は類似の物理的形態であってよい。

＜ＱＤ吸収率の増加＞
ＦＲＥＴプロセスを最大化するためには、高いＱＤ吸収断面積が望ましい。量子ロッドでは、例えば、発光波長は短軸の長さによって制御され、吸収断面積は主に体積に依存する。ナノ粒子の吸収断面積α_ａは、式２で定義される。

ここで、ｎ_ｂとα_ｂは夫々、バルク半導体の屈折率と吸収係数、ｎは周囲媒体の屈折率、│ｆ（換算プランク定数・ω）│^２は局所場因子、Ｖは体積である。Ｈｔｏｏｎらは、球状（半径２．３ｎｍ）のＱＤの吸収断面積を、半径が同じであって長さが２２、３６、及び４４ｎｍである細長いナノ粒子である量子ロッドの吸収断面積と比較して調べた。［Ｈ．Ｈｔｏｏｎ，Ｊ．Ａ．Ｈｏｌｌｉｎｇｗｏｒｔｈ，Ａ．Ｖ．Ｍａｌｋｏ，Ｒ．Ｄｉｃｋｅｒｓｏｎ ａｎｄ Ｖ．Ｉ．Ｋｌｉｍｏｖ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，２００３，８２，４７７６］。体積が大きいナノロッドと同様に、│ｆ（換算プランク定数・ω）│^２は、球状ナノ粒子と比較して、ランダム配向ナノロッドについてほぼ２倍高いことが判明した。│ｆ（換算プランク定数・ω）│^２は、配向ナノロッドについて更に増加させることができる。このように、量子ロッドアーキテクチャは、ＱＤ吸収断面積を増加させるという点で、球状ＱＤジオメトリよりも有利であり得る。

＜励起状態の寿命の最小化＞
効率的なＦＲＥＴのためには、ＱＤの励起状態の寿命をできるだけ小さくすることが有利である。基本的に、ＱＤの励起状態の寿命は閉じ込めの程度に関係している。電子と正孔間の重なりが大きいほど閉じ込めは強くなり、放射寿命は短くなる。電子と正孔の重なりを最大化するＱＤアーキテクチャは、エレクトロルミネッセンスデバイスにおける２ドーパント系にとって有益であり得る。幾つかの場合では、所与のコアサイズについて、そのコア上のシェル厚さを増加させることは、ＱＤの励起状態の寿命を減少させる。しかしながら、先に述べたように、比較的シェルが厚いコア‐シェル量子ドットは好ましくないかもしれず、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の距離は、シェルの厚さの増加に伴って増大する。故に、ＱＤにおける閉じ込めの程度を操作するための代替的な方法が必要とされるかもしれない。

タイプＩのコア‐シェル型ＱＤでは、エネルギー準位の急激なオフセットが強い閉じ込めをもたらし得る一方で、組成レーディングが電子と正孔の非局在化につながり得る。例えば、ＩｎＰコア（バルクバンドギャップＥ_ｇ＝１．３４ｅＶ）をＺｎＳシェル（Ｅ_ｇ＝３．５４ｅＶ（立方晶）、３．９１ｅＶ（六方晶））で覆ったＩｎＰ／ＺｎＳのＱＤにおける閉じ込めは、ＩｎＰ／ＺｎＳｅコア-シェルＱＤ（ＺｎＳｅ Ｅ_ｇ＝２．８２ｅＶ）における閉じ込めよりも強くなるであろう。組成グレーディングされたタイプＩのＱＤの例は、Ｉｎ_１−ｘＰ_１−ｙＺｎ_ｘＳ_ｙであって、ここでｘ及びｙは、ＱＤの中心における０から、ＱＤの外面における１へと徐々に増加する。

コア‐マルチシェルアーキテクチャが使用されている場合、シェルの相対的な厚さが閉じ込めの程度に影響を与え得る。

ある特定の材料のコアＱＤの場合、ＱＤが小さくなるほど、電子と正孔間の重なりが大きくなって、放射寿命が短くなる。従って、特定の発光波長を維持しながらＱＤコアの直径を小さくする戦略が採用され得る。これは、第１の半導体材料を、同様な格子定数でより小さいバンドギャップを有するような第２の材料と合金化する工程を含んでよい。例えば、ＩｎＰをＩｎＡｓと合金化して作られたＩｎＡｓＰナノ粒子は６３０ｎｍで発光可能であって、同じ波長で発光するＩｎＰナノ粒子よりも直径が小さい。また、例えば、ＣｄＳをＣｄＳｅと合金化して作られたＣｄＳｅＳナノ粒子は４８０ｎｍで発光可能であって、同じ波長で発光するＣｄＳナノ粒子よりも直径が小さい。

幾つかの場合では、ナノ粒子の形状が励起状態の寿命に影響を与え得る。例えば、扁長のＣｄＳｅのＱＤの放射寿命は、球状のＣｄＳｅナノ粒子の放射寿命よりも僅かに短くなり得る［Ｋ．Ｇｏｎｇ，Ｙ．Ｚａｎｇ ａｎｄ Ｄ．Ｆ．Ｋｅｌｌｅｙ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，２０１３，１１７，２０２６８］。故に、棒状のＱＤ、即ち量子ロッドは、球状のＱＤよりも短い励起状態の寿命をもたらし得る。ここで、「量子ロッド」は、横方向の寸法ｘ及びｙと、長さｚをと有する量子ドットを記述するために使用され、ここで、ｚは、ｚ＞ｘ，ｙである。或いは、より短い励起状態の寿命は、２次元ＱＤによってもたらされてよく、その量子ドットは、量子閉じ込め領域の横方向の寸法を有し、１乃至５層のモノレイヤの厚さを有する。

＜実施例１＞
この実施例では、例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスを、図７のエネルギー準位図に従って作製した。ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの陰極として機能するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）基板上に、ＺｎＯナノ粒子をスピンコーティングして６０ｎｍの層を形成した。ＺｎＯナノ粒子層は、ＥＩＬとＥＴＬの両方として機能する。次に、インジウム及びリンを含む緑色発光ＣＦＱＤ（登録商標）量子ドット［ナノコ テクノロジーズ リミテッド、マンチェスター、英国］（ＰＬ_ｍａｘ＝５２８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝３９ｎｍ）のトルエン溶液を、ＺｎＯナノ粒子層上にスピンコーティングして、加熱してトルエンを蒸発させ、約１５ｎｍのＱＤ発光層を形成した。次に、４，４’４”‐トリス（Ｎ‐カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）で作られた厚さ４０ｎｍのＨＴＬを、熱蒸着により発光層上に形成した。その後、酸化モリブデンで作られた厚さ約１０ｎｍのＨＩＬを、熱蒸着によりＨＴＬ上に形成した。最後に、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム陰極層を、熱蒸着によりＨＩＬ上に形成した。

＜実施例２＞
実施例２は、ＴＡＤＦ分子（以下に示すＴＡＤＦ‐１。ＰＬ_ｍａｘ＝５４８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝９２ｎｍ）を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の３ｎｍに、約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１と同じである。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の３ｎｍが約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３７ｎｍは、純粋なＴＣＴＡであった。

＜実施例３＞
実施例３は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の５ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例２と同じである。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の５ｎｍが約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３５ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。

＜実施例４＞
実施例４は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の７ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例２と同じである。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の７ｎｍが約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３３ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。

＜実施例５＞
実施例５は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の９ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例２と同じである。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の９ｎｍは約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３１ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。

＜実施例１乃至５の比較性能データ＞
図８は、実施例１乃至５のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示した最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）値を示す。このように、ＴＡＤＦを含まないＱＤ‐ＬＥＤデバイス（実施例１）の最大輝度は約４２００ｃｄ／ｍ^２であった。実施例２乃至３のＱＤ‐ＬＥＤデバイスは、ＴＡＤＦを含まないＱＤ‐ＬＥＤデバイスよりも低い又はほぼ同じような最大輝度を示したが、ＴＡＤＦをドープした厚さが７ｎｍと９ｎｍである２つの層（実施例４乃至５）では、顕著な輝度増加が観察された。この増加は最大輝度で、ＴＡＤＦドープ層が７ｎｍである（実施例４）ＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約１２５％、ＴＡＤＦドープ層が９ｎｍである（実施例５）ＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約１７０％である。この増加は、オーバーフロー電子がＴＡＤＦで捕獲されて正孔と再結合して、その後、ＴＡＤＦからＱＤへエネルギーが移動することによって説明できるだろう。これは、最も大きい増加は、エネルギー移動効率が低下すると予想される計算臨界距離（４．７ｎｍ）よりもかなり厚いＴＡＤＦドープ層の厚さに由来することが注目される。

図９は、実施例１乃至５のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示す。示されているように、外部量子効率と電流効率の大幅な増加は、ＴＡＤＦドープ層が９ｎｍである（実施例５）ＱＤ‐ＬＥＤデバイスにおいてのみ観察される。特定の理論に拘束されるものではないが、この理由は、望ましい移動メカニズムではないＴＡＤＦ分子とＴＣＴＡとの間のエキシプレックス形成に起因するかもしれない。

図１０は、実施例１乃至５のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを示す。「ＴＣＴＡ Ｒｅｆ」は実施例１に対応しており、「ＴＡＤＦ ＰＬ」は純粋なＴＡＤＦ分子に対応している。図に示すように、純粋なＴＡＤＦ分子は、ＰＬ_ｍａｘ＝５４８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝９２ｎｍを示す。純粋なＴＡＤＦ分子を除いて、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットが存在する全ての実施例では、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスは、ＰＬ_ｍａｘ＝５３８ｎｍ及びＦＷＨＭ＝４２ｎｍを示す。従って、三重項励起子はＴＡＤＦ分子によって捕捉されて、遅延蛍光のためにＱＤに送られること、そして、その遅延蛍光はＱＤを含む発光層に由来することは明らかである。

＜実施例６＞
ＴＡＤＦ分子とＴＣＴＡがエキシプレックス励起状態を形成して、その膜のフォトルミネッセンス量子収率（ＰＬＱＹ）を低下させ得ることは分かっている。ホスト材料である３，３‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ビフェニル（ｍＣＢＰ）は、大きな成功を収めてＴＡＤＦデバイスに使用されており、膜のＰＬＱＹを９０％辺りで維持する。そこで、量子ドット発光層とＴＣＴＡのＨＴＬの間にｍＣＢＰのＨＴＬバッファが配置された別の実施例のデバイスが提示される。

この実施例では、別の例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスを、図１１のエネルギー準位図に従って作製した。ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの陰極として機能するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）基板上に、ＺｎＯナノ粒子をスピンコーティングして、６０ｎｍの層を形成した。ＺｎＯナノ粒子層は、ＥＩＬとＥＴＬの両方として機能する。次に、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドット（ＰＬ_ｍａｘ＝５２９ｎｍ、ＦＷＨＭ＝３９ｎｍ）のトルエン溶液を、ＺｎＯナノ粒子層上にスピンコーティングして、加熱してトルエンを蒸発させ、約１５ｎｍのＱＤ発光層を形成した。次に、３，３‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ビフェニル（ｍＣＢＰ）で作られた厚さ約８ｎｍのＨＴＬバッファを、熱蒸着により発光層上に形成した。次に、４，４’４”‐トリス（Ｎ‐カルバゾリル）トリフェニル‐アミン（ＴＣＴＡ）で作られた厚さ４０ｎｍのＨＴＬを、熱蒸着によりＨＴＬバッファ上に形成した。その後、酸化モリブデンで作られた厚さ約１０ｎｍのＨＩＬを、熱蒸着によりＨＴＬ上に形成した。最後に、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム陰極層を、熱蒸着によりＨＩＬ上に形成した。

＜実施例７＞
実施例７は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬバッファのほぼ最初の２ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例６と同じである。従って、発光層に隣接するＨＴＬバッファの最初の２ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの６ｎｍは純粋なｍＣＢＰであった。

＜実施例８＞
実施例８は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬバッファのほぼ最初の４ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例７と同じである。従って、発光層に隣接するＨＴＬバッファの最初の４ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの４ｎｍは純粋なｍＣＢＰであった。

＜実施例９＞
実施例９は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬバッファのほぼ最初の６ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例７と同じである。従って、発光層に隣接するＨＴＬバッファの最初の６ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの２ｎｍは純粋なｍＣＢＰであった。

＜実施例１０＞
実施例１０は、ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬバッファ層全体に約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングした以外は実施例７と同様である。

＜実施例１１＞
この実施例では、図１１のエネルギー準位図に従ってエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスを作製した。ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの陰極として機能するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）基板上にＺｎＯナノ粒子をスピンコーティングして、６０ｎｍの層を形成した。ＺｎＯナノ粒子層は、ＥＩＬとＥＴＬの両方として機能する。次に、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドット（ＰＬ_ｍａｘ＝５２８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝３９ｎｍ）のトルエン溶液をＺｎＯナノ粒子層上にスピンコーティングして、加熱してトルエンを蒸発させ、約１５ｎｍのＱＤ発光層を形成した。次に、４，４’４”‐トリス（Ｎ‐カルバゾリル）トリフェニル‐アミン（ＴＣＴＡ）で作られた厚さ４０ｎｍのＨＴＬを、熱蒸着により発光層上に形成した。次に、酸化モリブデンで作られた厚さ約１０ｎｍのＨＩＬを、熱蒸着によりＨＴＬ上に形成した。最後に、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム陰極層を、熱蒸着によりＨＩＬ上に形成した。実施例１１は、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスがｍＣＢＰのＨＴＬバッファ及びＴＡＤＦ分子を含まないことを除いて実施例６乃至１０と同様である。それは、単にＱＤ含有ＱＤ‐ＬＥＤデバイスである。

＜実施例６乃至１１の性能比較データ＞
図１２は、実施例６乃至１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示した最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）の値を示している。図示されているように、ＴＡＤＦを含まないＱＤ‐ＬＥＤデバイス（実施例６）は、約３８００ｃｄ／ｍ^２の最大輝度を示した。ＴＡＤＦ及びｍＣＢＰを含まないＱＤ‐ＬＥＤデバイス（実施例１１、「Ｒｅｆ」と表示）は、約４２００ｃｄ／ｍ^２の最大輝度を示した。２ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層（実施例７）では、輝度の僅かな増加が観察された。４ｎｍ、６ｎｍ及び８ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層では、輝度の顕著な増加が観察された（実施例８乃至１０）。具体的には、４ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層（実施例８）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約１４５％、６ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層（実施例９）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約２２５％、８ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層（実施例９）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約２３０％の輝度の増加が最大輝度で観察された。この増加は、オーバーフロー電子がＴＡＤＦで捕獲されて正孔と再結合して、その後のＴＡＤＦからＱＤへエネルギーが移動することによって説明できるであろう。計算された臨界距離（４．７ｎｍ）を超えるとエネルギー移動効率が低下すると予想され、最も大きい増加は、その臨界距離よりもかなり厚いＴＡＤＦドープ層の厚さからもたらされることは注目すべき点である。

図１３は、実施例６乃至１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示す外部量子効率（ＥＱＥ）を示しており、実施例１１には「Ｒｅｆ」と付されている。図示されているように、外部量子効率及び電流効率の有意な増加は、４、６及び８ｎｍのＴＡＤＦドープｍＣＢＰ層（実施例８乃至１０）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスにおいてのみ観察された。

図１４は、実施例６乃至１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを示す。「ＴＣＴＡ Ｒｅｆ」は実施例１に対応し、「ｍＣＢＰ Ｒｅｆ」は実施例６に対応し、「ＴＡＤＦ ＰＬ」は純粋なＴＡＤＦ分子に対応している。図示されているように、純粋なＴＡＤＦ分子は、ＰＬ_ｍａｘ＝５４８ｎｍ及びＦＷＨＭ＝９２ｎｍを示す。純粋なＴＡＤＦ分子を除いた、緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットが存在する全ての実施例において、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスは、ＰＬ_ｍａｘ＝５３８ｎｍ及びＦＷＨＭ＝４２ｎｍを示す。従って、三重項励起子はＴＡＤＦ分子によって捕捉され、遅延蛍光のためにＱＤに送られること、そして、そのような遅延蛍光はＱＤを含む発光層に由来することは明らかである。

＜実施例１２＞
本実施例では、ＴＡＤＦ分子及び量子ドットを含む発光膜を作製した。インジウム及びリンを含む緑色発光ＣＦＱＤ量子ドット［ナノコ テクノロジーズ リミテッド、マンチェスター、英国]（ＰＬ_ｍａｘ＝５２７ｎｍ、ＦＷＨＭ＝４０ｎｍ）のトルエン溶液を２ｍｇ／ｍＬの濃度で調製した。また、空色発光ＴＡＤＦ分子（ＴＡＤＦ‐２（下図。膜として堆積した場合においてＰＬ_ｍａｘ＝４８６ｎｍ、ＦＷＨＭ＝８１ｎｍ））のトルエン溶液を、１０ｍｇ／ｍＬの濃度で調製した。

０．２５ｍＬのＴＡＤＦ溶液と５ｍＬのＱＤ溶液とを混ぜ合わせて、石英ガラス基板上に２，０００ｒｐｍの速度で６０秒間スピンコーティングして、２０ｎｍの膜を形成した。

ＰＬスペクトル及び過渡ＰＬ特性を測定した。図１５に示されているように、ＰＬスペクトルは、単一の発光ピーク（ＰＬ_ｍａｘ≒５３５ｎｍ、ＦＷＨＭ≒３９ｎｍ）を示し、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動を示唆している。図１６は、ＰＬ強度対時間を示している。過渡ＰＬ特性を用いて過渡寿命（transient lifetime）を計算すると、即発成分τ_１＝０．１２４μｓ及び遅延成分τ_２＝１．３５６μｓであった。比較として、同じ濃度のＱＤのみの膜の過渡寿命は、τ_１＝０．０２μｓ及びτ_２＝０．１４μｓであった。ＱＤのみの膜と比較して複合ＴＡＤＦ‐ＱＤ膜の遅延成分の寿命が長いことは、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動を更に示唆しているであろう。全体として、これらの結果は、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動プロセスをもたらす複合膜におけるＴＡＤＦ分子とＱＤの適合性を実証している。

＜実施例１３＞
この実施例では、例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスを、図１７のエネルギー準位図に従って作製した。ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの陰極として機能するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）基板上に、約Ｚｎ_０．９Ｍｇ_０．１Ｏの化学量論的組成を有するＭｇドープＺｎＯナノ粒子をスピンコーティングして８０ｎｍの層を形成した。ＭｇドープＺｎＯナノ粒子層は、ＥＩＬとＥＴＬの両方として機能する。次に、インジウム及びリンを含む緑色発光ＣＦＱＤ量子ドット［ナノコ テクノロジーズ リミテッド、マンチェスター、英国］（ＰＬ_ｍａｘ＝５２５ｎｍ、ＦＷＨＭ＝４０ｎｍ）のトルエン溶液を、ＭｇドープＺｎＯナノ粒子層上にスピンコーティングして、加熱してトルエンを蒸発させ、約１０ｎｍのＱＤ発光層を形成した。続いて、厚さ約６ｎｍのｍＣＢＰのＨＴＬバッファ層を、熱蒸着により発光層上に形成した。次に、１３ｎｍのＴＣＴＡ層と３０ｎｍの１，２‐ビス［（ジ‐４‐トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）層とで構成されたデュアルＨＴＬを、熱蒸着により発光層上に形成した。その後、酸化モリブデンで作られた厚さ約１０ｎｍのＨＩＬを、熱蒸着によりＨＴＬ上に形成した。最後に、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム陰極層を、熱蒸着によりＨＩＬ上に形成した。

＜実施例１４＞
実施例１４は、ＱＤ層の厚さを１５ｎｍに増やして、ＴＡＤＦ分子（ＴＡＤＦ‐２。ＰＬ_ｍａｘ＝４８６ｎｍ、ＦＷＨＭ＝８１ｎｍ）を、発光層に隣接するｍＣＰＢのＨＴＬバッファ層に約３０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１３と同じである。

＜実施例１５＞
実施例１５は、ＱＤ層の厚さを１０ｎｍにした以外は実施例１４と同じである。

＜実施例１６＞
実施例１６は、ＴＡＤＦ分子を、発光層に隣接するｍＣＰＢのＨＴＬバッファ層に、約４０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１４と同様であった。

＜実施例１７＞
実施例１７は、ＱＤ層の厚さを１０ｎｍとした以外は実施例１６と同じであった。

＜実施例１３乃至１７の性能比較データ＞
実施例１３乃至１７で調製したデバイスの光学特性は、表２に纏められており、図１８及び図１９に示されている。概して、実施例１３乃至１７は、１）純粋なＺｎＯナノ粒子層ではなく、ＭｇドープＺｎＯナノ粒子層をＥＩＬ及びＥＴＬとして使用していること、２）より多量のＴＡＤＦをｍＣＢＰ層に使用していること（３０乃至４０ｗｔ％のＴＡＤＦ）、及び、３）ＴＣＴＡの単一のＨＴＬではなくＴＣＴＡ／ＴＡＰＣのデュアルＨＴＬを使用していることで、電荷バランスを改善している点で、実施例１乃至１２とは異なっていた。最も高い１４．７３％のＥＱＥは、厚さ１０ｎｍのＱＤ層にて４０％のＴＡＤＦドーピングレベルで見られた（実施例１７）。ＴＡＤＦ分子のＰＬスペクトル及びＱＤのＥＬスペクトルと比較した実施例１５のＥＬスペクトルを図２０に示す。図に示されているように、ＱＤとＴＡＤＦ分子で構成されたデバイスの発光は、全てＱＤ層からのものである。

＜マルチエレメントディスプレイ＞
本開示の様々な態様に従って、本明細書に記載のＱＤ及びＴＡＤＦ分子を含むエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）デバイスは、マルチエレメント表示デバイスを作成するために使用されてよい。例えば、表示パネルは、赤、緑、及び青（ＲＧＢ）画素から構成されてよい。ＲＧＢ画素のうちの１つ、２つ、又は３つ全ての画素は、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子を含むエレクトロルミネッセンス素子で構成されてよい。ＲＧＢの画素のうち１つ又は２つだけがＱＤ及びＴＡＤＦ分子を含むエレクトロルミネッセンス素子で構成される場合、残りの画素は、ＱＤ‐ＥＬデバイス（ＱＤを含むがＴＡＤＦ分子を含まないＥＬデバイス）、ＴＡＤＦ‐ＥＬデバイス（ＴＡＤＦ分子を含むがＱＤを含まないＥＬデバイス）、ＴＡＤＦ超蛍光デバイス（ＴＡＤＦ分子が、例えば有機分子などの別の種類の発光材料と組み合わせて使用されて、超蛍光を達成するデバイス）、及びＯＬＥＤデバイス（ＱＤもＴＡＤＦ分子も含まない有機発光ダイオード）のうちの１つ又は複数を構成されてよい。例えば、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子を含む青色画素が、緑色ＱＤ‐ＥＬ画素及び赤色ＯＬＥＤ画素とを組み合わせて使用されてよい。また、例えば、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子を含む青色画素が、緑色ＱＤ‐ＥＬ画素と赤色発光ＱＤ及びＴＡＤＦ分子を有する画素と組み合わせられて使用されてよい。これらデバイスは、電荷輸送層を共有しなくてよく、或いは、１又は複数の電荷輸送層を共有してよい。例えば、ＥＴＬは、サブピクセルにわたって共通であってよく、又は、或いは、ｐ型正孔輸送層が共通であってよい。

本発明並びにその目的、特徴及び利点を詳細に説明してきたが、他の実施形態は本発明によって包含される。最後に、当該分野における通常の知識を有する者は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の目的を遂行する他の構成を設計又は変更するための基礎として、開示された概念及び特定の実施形態を容易に使用できることを理解するはずである。

Claims (26)

1. エレクトロルミネッセンス表示デバイスの発光層であって、
   ２ドーパント系を含んでおり、
   ２ドーパント系は、
   量子ドット（ＱＤ）の集団と、
   熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す分子の集団と、
   で構成されている、発光層。
2. ＱＤは蛍光エミッタドーパントである、請求項１に記載の発光層。
3. ＴＡＤＦ分子は発光ドナーアシストドーパントである、請求項１に記載の発光層。
4. ２ドーパント系はホストマトリックスに分散している、請求項１に記載の発光層。
5. ＱＤ：ＴＡＤＦ分子比は、約１０：１乃至約１：１０の重量比である、請求項１に記載の発光層。
6. ＱＤ：ＴＡＤＦ分子比は、約４．５：１乃至約３．５：１の重量比である、請求項１に記載の発光層。
7. ＱＤの集団は、赤色発光ＱＤ、緑色発光ＱＤ、及び青色発光ＱＤのうちの１又は複数を含む、請求項１に記載の発光層。
8. ＱＤとＴＡＤＦ分子の間の物理的距離は、ＱＤの表面に結合したキャッピングリガンドの長さに依存する、請求項１に記載の発光層。
9. 量子ドット（ＱＤ）の集団を含む発光層と、
   発光層に隣接しており、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す分子の集団を含む隣接層と、
   を備えるエレクトロルミネッセンス表示デバイス。
10. ＱＤが蛍光エミッタドーパントである、請求項９に記載のデバイス。
11. ＴＡＤＦ分子が発光ドナーアシストドーパントである、請求項９に記載のデバイス。
12. 発光層は更に第１のホストマトリックスを含んでおり、ＱＤの集団は第１のホストマトリックスに分散している、請求項９に記載のデバイス。
13. 隣接層は更に第２のホストマトリックスを含んでおり、ＴＡＤＦ分子の集団は第２のホストマトリックスの少なくとも一部に分散している、請求項９に記載のデバイス。
14. ＴＡＤＦ分子は第２のホストマトリックスの全体に分散している、請求項１３に記載のデバイス。
15. ＴＡＤＦ分子は第２のホストマトリックスの一部に分散しており、第２のホストマトリックスのその一部は発光層と接触している、請求項１３に記載のデバイス。
16. 分散したＴＡＤＦ分子を有する部分は、隣接層の総厚の約２．５％乃至約７５％である、請求項１５に記載のデバイス。
17. 分散したＴＡＤＦ分子を有する部分は、隣接層の総厚の約５％乃至約２５％である、請求項１５に記載のデバイス。
18. ＱＤの集団は、赤色発光ＱＤ、緑色発光ＱＤ、及び青色発光ＱＤのうちの１又は複数を含む、請求項９に記載のデバイス。
19. ＱＤの集団はコアシェルＱＤを含む、請求項９に記載のデバイス。
20. ＱＤの集団は量子ドット‐量子井戸（ＱＤ‐ＱＷ）ＱＤを含む、請求項９に記載のデバイス。
21. 少なくとも一部がドープＺｎＯナノ粒子で作られたナノ粒子層を更に備える、請求項９に記載のデバイス。
22. ナノ粒子層は電子注入層として機能する、請求項２１に記載のデバイス。
23. ナノ粒子層は電子輸送層として機能する、請求項２１に記載のデバイス。
24. ナノ粒子層は電子注入層及び電子輸送層として機能する、請求項２１に記載のデバイス。
25. ドープＺｎＯナノ粒子は式Ｚｎ_１−ｘＭ_ｘＯを有しており、Ｍは、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｃｓ、及びＧａの何れかであり、０．０１＜ｘ＜０．５である、請求項２１に記載のデバイス。
26. ＭはＭｇであり、ｘ＝０である、請求項２５に記載のデバイス。

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