JP7335710B2 - 電界発光素子及びこれを含む表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電界発光素子及びこれを含む表示装置に関する。

量子ドットは、略数十～数百ナノメートルの直径を有する半導体物質のナノ結晶として、量子拘束（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示す物質である。量子ドットは、通常の蛍光体よりも強い光を狭い波長帯幅で発生させる。量子ドットの発光は、伝導帯から価電子帯に浮き立った状態の電子が転移しながら発生し、同じ物質の場合でも、粒子の大きさにより波長が変わる特性を示す。量子ドットの大きさが小さくなるほど短い波長の光を発光するため、大きさを調節して所望する波長領域の光を得ることができる。

即ち、量子ドットを含む発光層及びこれを適用した各種電子素子は、一般に燐光及び／又は蛍光物質を含む発光層を使用する有機発光素子と対比して製造費用が低く、異なる色の光を放出させるために発光層に異なる有機物質を使用する必要なしに量子ドットの大きさを異にすることによって所望する色を放出させることができる。

量子ドットを含む発光層の発光効率は、量子ドットの量子効率、電荷キャリアのバランス、光抽出効率などにより決定される。特に量子効率向上のためには励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を発光層に拘束（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）させなければならず、多様な要因により発光層内部に励起子が拘束されない場合、励起子消光（ｅｘｃｉｔｏｎ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）等の問題が発生することがある。

特開２０１７－０８３８３７号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、励起子消光を最小化させた電界発光素子及びこれを含む表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による電界発光素子は、第１電極と、前記第１電極上に位置する正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に位置し、正孔輸送性を有する第１リガンドが付着された第１発光体粒子を含む第１発光層と、前記第１発光層上に位置し、電子輸送性を有する第２リガンドが付着された第２発光体粒子を含む第２発光層と、前記第２発光層上に位置する電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置する第２電極と、を有し、前記第１リガンドの溶媒に対する溶解性と前記第２リガンドの溶媒に対する溶解性とは、互いに異なる。

前記第１発光層の正孔移動度は、前記第２発光層の正孔移動度よりも大きく形成され得る。
前記第２発光層の電子移動度は、前記第１発光層の電子移動度よりも大きく形成され得る。
前記第１リガンドが親水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第２リガンドは疎水性溶媒に対する溶解性を有し、前記第１リガンドが疎水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第２リガンドは親水性溶媒に対する溶解性を有し得る。
前記親水性溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ブタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水、アセトニトリル、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記疎水性溶媒は、オクタン、ヘプタン、ノナン、ヘキサン、キシレン、トルエン、クロロベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記第１リガンド及び前記第２リガンドは、それぞれ独立に、チオール系化合物、ハライド系化合物、アルキル系化合物、アミン系化合物、カルバゾール系化合物、又はこれらの組み合わせから由来するリガンド化合物を含み得る。
前記第１発光体粒子及び前記第２発光体粒子のうちの少なくとも一つは、コア－シェル構造を有し得る。
前記第１発光体粒子及び前記第２発光体粒子のそれぞれは、Ｃｄを含まないＩＩ族－ＶＩ族化合物、ＩＩＩ族－Ｖ族化合物、ＩＶ族－ＶＩ族化合物、ＩＶ族元素又は化合物、Ｉ族－ＩＩＩ族－ＶＩ族化合物、Ｃｄを含まないＩ族－ＩＩ族－ＩＶ族－ＶＩ族化合物、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記第１発光層及び前記第２発光層は、両方共に所定の波長領域に属する第１光を発光し得る。
前記第１光は、３８０ｎｍ～４８８ｎｍの第１波長領域、４９０ｎｍ～５１０ｎｍの第２波長領域、５１０ｎｍ～５８０ｎｍの第３波長領域、５８２ｎｍ～６００ｎｍの第４波長領域、６２０ｎｍ～６８０ｎｍの第５波長領域のうちのいずれか一つに属し得る。
前記第１発光層及び前記第２発光層は、それぞれ１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有し得る。
前記第２発光層は、前記第１発光層の直上に位置し得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による電界発光素子は、第１電極と、前記第１電極上に位置する正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に位置し、正孔輸送性を有する第１リガンドが付着された第１発光体粒子を含む第１発光層と、前記第１発光層上に位置し、電子輸送性を有する第２リガンドが付着された第２発光体粒子を含む第２発光層と、前記第１発光層と前記第２発光層との間に位置し、前記第１リガンド及び前記第２リガンドに比べて低い電子輸送性を有する第３リガンドが付着された第３発光体粒子を含む第３発光層と、前記第２発光層上に位置する電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置する第２電極と、を有し、前記第３リガンドの溶媒に対する溶解性は、前記第１リガンド及び前記第２リガンドのそれぞれの前記溶媒に対する溶解性と異なる。

前記第３発光層は、前記第１発光層の直上に位置し、前記第２発光層は、前記第３発光層の直上に位置し得る。
前記第３発光層の正孔移動度は、前記第１発光層の正孔移動度よりも小さく形成され得る。
前記第３発光層の電子移動度は、前記第２発光層の電子移動度よりも小さく形成され得る。
前記第３リガンドの電荷移動度は、１０^－１０ｃｍ^２／Ｖｓ～１０^－４ｃｍ^２／Ｖｓであり得る。
前記第３リガンドが親水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第１リガンド及び前記第２リガンドのそれぞれは疎水性溶媒に対する溶解性を有し、前記第３リガンドが疎水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第１リガンド及び前記第２リガンドのそれぞれは親水性溶媒に対する溶解性を有し得る。
前記第３リガンドは、チオール系化合物、ハライド系化合物、アルキル系化合物、アミン系化合物、カルバゾール系化合物、又はこれらの組み合わせから由来するリガンド化合物を含み得る。
前記第１発光層、前記第２発光層、及び前記第３発光層は、全て所定の波長領域に属する第１光を発光し得る。
前記第３発光層は、０．１ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有し得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態による表示装置は、上述の電界発光素子を含む。

本発明によれば、励起子を発光層に効果的に拘束させることによって、励起子消光を最小化させることができ、寿命特性及び色純度が改善された電界発光素子及びこれを含む表示装置を提供することができる。

一実施形態による電界発光素子を概略的に示す断面図である。 図１による電界発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。 他の実施形態による電界発光素子を概略的に示す断面図である。 図３による電界発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。 実施例１、比較例１、及び比較例２による電界発光素子の電圧対輝度の関係を示すグラフである。 実施例１、比較例１、及び比較例２による電界発光素子の輝度対外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）の関係を示すグラフである。 実施例１及び比較例２による電界発光素子の波長対正規化された強度の関係を示すグラフである。 実施例１、２及び比較例１～３による電界発光素子の駆動時間対輝度の関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、多様な異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体に亘って類似する部分については同一の図面符号を付した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという場合、これは他の部分の「直上」にある場合のみならず、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという場合には、中間にまた他の部分がないことを意味する。

本明細書で、「族（Ｇｒｏｕｐ）」は、元素周期律表の族をいう。

ここで、「ＩＩ族」はＩＩＡ族及びＩＩＢ族を含み、ＩＩ族金属の例はＣｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、及びＭｇを含むが、これらに制限されない。

一方、本明細書で「Ｃｄを含まないＩＩ族金属」の例は、Ｃｄを除いた残りのＩＩ族金属、例えばＺｎ、Ｈｇ、Ｍｇなどが挙げられる。

「ＩＩＩ族」はＩＩＩＡ族及びＩＩＩＢ族を含み、ＩＩＩ族金属の例はＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、及びＴｌを含むが、これらに制限されない。

「ＩＶ族」はＩＶＡ族及びＩＶＢ族を含み、ＩＶ族金属の例はＳｉ、Ｇｅ、及びＳｎを含むが、これらに制限されない。本明細書で、「金属」という用語は、Ｓｉのような半金属も含む。

「Ｉ族」は、ＩＡ族及びＩＢ族を含み、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓを含むが、これらに制限されない。

「Ｖ族」は、ＶＡ族を含み、窒素、リン、砒素、アンチモン、及びビスマスを含むが、これらに制限されない。

「ＶＩ族」は、ＶＩＡ族を含み、硫黄、セレニウム、及びテルリウムを含むが、これらに制限されない。

図１は、一実施形態による電界発光素子を概略的に示す断面図である。

本実施形態による電界発光素子１０は、第１電極１１０、第１電極１１０上に位置する正孔輸送層１３０、第１電極１１０と正孔輸送層１３０との間に位置する正孔注入層１２０、正孔輸送層１３０上に位置して第１発光体粒子１４１を含む第１発光層１４０、第１発光層１４０上に位置して第２発光体粒子１５１を含む第２発光層１５０、第２発光層１５０上に位置する電子輸送層１６０、及び電子輸送層１６０上に位置する第２電極１７０を含む。

即ち、電界発光素子１０は、互いに対向する第１電極１１０と第２電極１７０との間に正孔注入層１２０、正孔輸送層１３０、第１発光層１４０、第２発光層１５０、及び電子輸送層１６０が配置された積層型構造を有する。

電界発光素子１０は、第１電極１１０と第２電極１７０とを通じて第１発光層１４０及び第２発光層１５０に電流を供給して、第１発光体粒子１４１及び第２発光体粒子１５１をそれぞれ電界発光させることによって光を発生させる。電界発光素子１０は、第１、第２発光層（１４０、１５０）にそれぞれ含まれる第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）の材料、大きさ、細部構造などにより多様な波長領域を有する光を発生させることができる。

第１電極１１０は、駆動電源に直接連結されて第１、第２発光層（１４０、１５０）に電流を流す役割を果たす。第１電極１１０は、少なくとも可視光波長領域帯に対して光透過性を有する物質であるが、必ずしもこれに制限されるものではなく、赤外線又は紫外線波長領域に対する光透過性を更に有する物質であってもよい。例えば、第１電極１１０は光学的に透明な物質である。

一実施形態において、第１電極１１０は、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ニオビウム酸化物、タンタル酸化物、チタニウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、銅酸化物、コバルト酸化物、マンガン酸化物、クロム酸化物、インジウム酸化物、又はこれらの組み合わせを含む。

一方、第１電極１１０は、図１に示すように基板１００上に配置される。基板１００は、透明な絶縁基材であり、軟性物質からなる。基板１００は、ガラス、又はガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃よりも高いフィルム形態の高分子物質からなり、例えばＣＯＣ（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）又はＣＯＰ（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ）系の素材からなる。

基板１００は、第１電極１１０と第２電極１７０との間に配置された正孔注入層１２０、正孔輸送層１３０、第１発光層１４０、第２発光層１５０、及び電子輸送層１６０を支持する役割を果たす。但し、電界発光素子１０の第１電極１１０は、必ずしも基板１００上に配置されるものではなく、第２電極１７０上に配置されるか、又は場合によっては省略される。

第２電極１７０は、光学的に透明な物質であり、後述する第１、第２発光層（１４０、１５０）から発生した光が透過する透光電極の役割を果たす。一実施形態において、第２電極１７０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、及びこれらの合金から選択される少なくとも一つを含むか、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ニオビウム酸化物、タンタル酸化物、チタニウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、銅酸化物、コバルト酸化物、マンガン酸化物、クロム酸化物、インジウム酸化物、又はこれらの組み合わせを含む。

一方、第１電極１１０及び第２電極１７０のそれぞれは、基板１００又は有機層上にスパッタリングなどの方法を使用して電極形成用物質を蒸着することによって形成される。

正孔輸送層１３０は、第１電極１１０と第１発光層１４０との間に位置する。正孔輸送層１３０は、第１、第２発光層（１４０、１５０）に正孔を供給、輸送する役割を果たす。正孔輸送層１３０は、第１発光層１４０の直下に形成されて第１発光層１４０に直接接触する。

正孔輸送層１３０は、ｐ－タイプ半導体（ｐ－ｔｙｐｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）物質、又はｐ－タイプドーパントでドーピングされた物質からなる。例えば、正孔輸送層１３０は、ＰＥＤＯＴ［Ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）］誘導体、ＰＳＳ［ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）］誘導体、ポリ－Ｎ－ビニルカルバゾール（ｐｏｌｙ－Ｎ－ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ：ＰＶＫ）誘導体、ポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）誘導体、ポリパラフェニレンビニレン（ｐｏｌｙ ｐ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ：ＰＰＶ）誘導体、ポリメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）誘導体、ポリ（９，９－オクチルフルオレン）［ｐｏｌｙ（９，９－ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ）］誘導体、ポリ（スピロ－フルオレン）［ｐｏｌｙ（ｓｐｉｒｏ－ｆｌｕｏｒｅｎｅ）］誘導体、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－（１，１’－ビフェニル）－４，４’－ジアミン）、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’－ジ（ナフタレン－１－イル）－Ｎ－Ｎ’－ジフェニル－ベンジジン）、ｍ－ＭＴＤＡＴＡ（トリス（３－メチルフェニルフェニルアミノ）－トリフェニルアミン）、ＴＦＢ（ポリ（９，９’－ジオクチルフルオレン－ｃｏ－Ｎ－（４－ブチルフェニル）ジフェニルアミン））、ＰＦＢ（ポリ（９，９－ジオクチルフルオレン）－ｃｏ－Ｎ，Ｎ－ジフェニル－Ｎ，Ｎ－ｄｉ－（ｐ－ブチルフェニル）－１，４－ジアミノベンゼン）、ｐｏｌｙ－ＴＰＤ、ＮｉＯ、ＭｏＯ_３等のような金属酸化物、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

このような正孔輸送層１３０は、発光素子の寿命を増加させ、電界発光素子１０の作動開始電圧であるターン－オン電圧（ｔｕｒｎ－ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）を低くする機能を果たす。

正孔輸送層１３０は、スピンコーティングなどの湿式コーティング法により形成される。例えば、第１電極１１０上にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ又はＴＦＢなどの有機薄膜を成膜する場合、前駆体ポリマー及び水若しくは有機溶媒（例えば、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、クロロホルム、クロロベンゼン、アルコール、又はこれらの組み合わせ）が含まれる前駆体溶液を第１電極１１０上にスピンコーティング（ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）し、例えばＮ_２の不活性ガス雰囲気又は真空中で１００℃～３００℃の硬化（ｃｕｒｉｎｇ）温度で３時間熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）することによって有機薄膜からなる正孔輸送層１３０が得られる。

一方、正孔注入層１２０は、第１電極１１０と正孔輸送層１３０との間に位置する。正孔注入層１２０は、正孔輸送層１３０と共に第１、第２発光層（１４０、１５０）に正孔を供給する役割を果たし、正孔輸送層１３０の形成厚さ、材料などを考慮して省略されることもある。

正孔注入層１２０も、上述した正孔輸送層１３０と同様にｐ－タイプ半導体（ｐ－ｔｙｐｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）物質、又はｐ－タイプドーパントでドーピングされた物質からなる。例えば、正孔注入層１２０は、ＰＥＤＯＴ［Ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）］誘導体、ＰＳＳ［ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）］誘導体、ポリ－Ｎ－ビニルカルバゾール（ｐｏｌｙ－Ｎ－ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ：ＰＶＫ）誘導体、ポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）誘導体、ポリパラフェニレンビニレン（ｐｏｌｙ ｐ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ：ＰＰＶ）誘導体、ポリメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）誘導体、ポリ（９，９－オクチルフルオレン）［ｐｏｌｙ（９，９－ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ）］誘導体、ポリ（スピロ－フルオレン）［ｐｏｌｙ（ｓｐｉｒｏ－ｆｌｕｏｒｅｎｅ）］誘導体、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－（１，１’－ビフェニル）－４，４’－ジアミン）、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’－ジ（ナフタレン－１－イル）－Ｎ－Ｎ’－ジフェニル－ベンジジン）、ｍ－ＭＴＤＡＴＡ（トリス（３－メチルフェニルフェニルアミノ）－トリフェニルアミン）、ＴＦＢ（ポリ（９，９’－ジオクチルフルオレン－ｃｏ－Ｎ－（４－ブチルフェニル）ジフェニルアミン））、ＰＦＢ（ポリ（９，９－ジオクチルフルオレン）－ｃｏ－Ｎ，Ｎ－ジフェニル－Ｎ，Ｎ－ｄｉ－（ｐ－ブチルフェニル）－１，４－ジアミノベンゼン）、ｐｏｌｙ－ＴＰＤ、ＮｉＯ、ＭｏＯ_３等のような金属酸化物、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

第１、第２発光層（１４０、１５０）は、それぞれ多数の発光体粒子を含む。即ち、第１発光層１４０は多数の第１発光体粒子１４１を含み、第２発光層１５０は多数の第２発光体粒子１５１を含む。

第１、第２発光層（１４０、１５０）は、第１電極１１０と第２電極１７０とから供給された電流により伝達された電子と正孔とが結合される場所であり、電子と正孔とは第１、第２発光層（１４０、１５０）で会って結合されて励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成し、生成された励起子が励起状態から基底状態に転移しながら第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）の大きさに対応する波長の光を発生させる。

第２発光層１５０は、第１発光層１４０の直上に位置する。即ち、第１発光層１４０の上部面と第２発光層１５０の下部面とは、互いに密着して接触する。また、第１発光層１４０と第２発光層１５０とは、互いに異なる電気的特性を有する。第１発光層１４０は正孔輸送速度が電子輸送速度よりも速いため電子輸送性が強く現れ、第２発光層１５０は電子輸送速度が正孔輸送速度よりも速いため正孔輸送性が強く現れる。

例えば、第１発光層１４０の正孔移動度は、第２発光層１５０の正孔移動度よりも大きく形成される。

例えば、第２発光層１５０の電子移動度は、第１発光層１４０の電子移動度よりも大きく形成される。

例えば、第１発光層１４０と第２発光層１５０との間の電荷（正孔／電子）移動度関係は、上述した関係のうちの少なくとも一つを満たす。

これによって、第１発光層１４０が第２発光層１５０側に正孔を輸送し、第２発光層１５０が第１発光層１４０側に電子を輸送して正孔と電子とが第１発光層１４０と第２発光層１５０との間の境界面及び／又は境界面近傍で互いに会って結合される。

図２は、一実施形態による電界発光素子の駆動原理を概略的に示す図であり、図１による電界発光素子１０内の各構成要素をエネルギーバンドダイヤグラムで示した図である。

図２を参照すると、正孔は正孔注入層１２０から正孔輸送層１３０を経て第１発光層１４０に移動する。第１発光層１４０は正孔輸送性を有するため、第１発光層１４０内に到達した正孔は第２発光層１５０に向かって移動する。反面、電子は電子注入層から電子輸送層１６０に移動する。但し、第２発光層１５０は電子輸送性を有するため、電子は第２発光層１５０内でも第１発光層１４０側に向かって移動する。

従って、第１、第２発光層（１４０、１５０内）の正孔と電子とは、図２に示すように第１発光層１４０と第２発光層１５０との間の境界面及び／又は境界面近傍で互いに会って結合をなす。

即ち、第１発光層１４０及び第２発光層１５０は、異なる電気的特性に起因する電荷移動度の差を利用して第１発光層１４０と第２発光層１５０との間の境界面及び／又は境界面近傍で励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）が生成されるように調節される。

一方、第１、第２発光層（１４０、１５０）が過度に厚く形成された場合、電界発光素子１０内部のキャリアバランスを合わせにくく、第１、第２発光層（１４０、１５０）が過度に薄く形成された場合、上述した電子／正孔輸送性が発現しにくい。

従って、上述した電子／正孔輸送性及びキャリアバランスを考慮した第１、第２発光層（１４０、１５０）のそれぞれの厚さは、例えば５ｎｍ以上、例えば６ｎｍ以上、例えば７ｎｍ以上、例えば８ｎｍ以上、例えば９ｎｍ以上、例えば１０ｎｍ以上であり、例えば１００ｎｍ以下、例えば９０ｎｍ以下、例えば８０ｎｍ以下、例えば７０ｎｍ以下、例えば６０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下、例えば４５ｎｍ以下、例えば４０ｎｍ以下、例えば３５ｎｍ以下、例えば３０ｎｍ以下、例えば２８ｎｍ以下、例えば２６ｎｍ以下、例えば２４ｎｍ以下、例えば２２ｎｍ以下、例えば２０ｎｍ以下、例えば１８ｎｍ以下、例えば１６ｎｍ以下である。

一方、一般的に発光体として量子ドットを利用する電界発光素子は、電子の移動速度と対比して正孔移動速度が円滑でない。従って、これを考慮して第１発光層１４０の厚さは、第２発光層１５０の厚さと同一であるか又は第２発光層１５０の厚さよりも厚く形成される。

但し、実施形態はこれに制限されるものではなく、第１、第２発光層（１４０、１５０）のそれぞれの厚さは、それぞれの素材、正孔輸送層１３０及び／又は電子輸送層１６０の素材、厚さなどを考慮して選択される。

一方、第１、第２発光層（１４０、１５０）は両方共に所定の波長領域に属する第１光を発光する。第１光は、可視光領域に属する波長領域であり、例えば３８０ｎｍ～４８８ｎｍの第１波長領域、４９０ｎｍ～５１０ｎｍの第２波長領域、５１０ｎｍ超５８０ｎｍ以下の第３波長領域、５８２ｎｍ～６００ｎｍの第４波長領域、６２０ｎｍ～６８０ｎｍの第５波長領域のうちのいずれか一つに属する。

但し、実施形態はこれに限定されるものではなく、第１発光層１４０と第２発光層１５０とが互いに異なる波長の光を発光するように設定することもできる。この場合、電界発光素子１０は、第１発光層１４０から放出した光と第２発光層１５０から放出した光が混色された光を放出し、外部光源から供給される他の光と更に混色された光を放出することもできる。

本実施形態において、第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）のうちの少なくともいずれか一つは量子ドットを含む。即ち、第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）が両方共に量子ドットからなるか、或いは第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）のうちのいずれか一つが量子ドットからなり、他の一つが量子ドットと区別される他の種類の発光体、例えば商業的に入手可能な公知の蛍光体などからなることもできる。

量子ドットは、量子拘束効果（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ）により不連続的なエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ｇａｐ）を有するため、入射した光を、特定波長を有する光に変換して放射する。即ち、第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）が全て量子ドットからなる場合、第１、第２発光層（１４０、１５０）は両方共に優れた色再現率及び色純度を有する光を発生させることができる。

量子ドットの素材は、特に制限されず、公知又は商業的に入手可能な量子ドットを使用することができる。例えば一実施形態による第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）のそれぞれは、Ｃｄを含まないＩＩ族－ＶＩ族化合物、ＩＩＩ族－Ｖ族化合物、ＩＶ族－ＶＩ族化合物、ＩＶ族元素又は化合物、Ｉ族－ＩＩＩ族－ＶＩ族化合物、Ｃｄを含まないＩ族－ＩＩ族－ＩＶ族－ＶＩ族化合物、又はこれらの組み合わせを含む量子ドットである。即ち、第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）のそれぞれは、非カドミウム系量子ドットである。このように第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）が両方共に非カドミウム系素材からなる量子ドットである場合、既存のカドミウム系量子ドットと対比して毒性がないため、人体に無害であり、環境に優しい。

ＩＩ－ＶＩ族化合物は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳ、及びこれらの混合物からなる群より選択される二元素化合物；ＺｎＳｅＳ、ＺｎＴｅＳｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳ、及びこれらの混合物からなる群より選択される三元素化合物；並びにＺｎＴｅＳｅＳ、ＨｇＺｎＴｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される四元素化合物からなる群より選択される。ＩＩ－ＶＩ族化合物は、ＩＩＩ族金属を更に含むこともできる。

ＩＩＩ－Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、及びこれらの混合物からなる群より選択される二元素化合物；ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＩｎＺｎＰ、及びこれらの混合物からなる群より選択される三元素化合物；並びにＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂ、及びこれらの混合物からなる群より選択される四元素化合物からなる群より選択される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物は、ＩＩ族金属を更に含むこともできる（ＩｎＺｎＰ）。

ＩＶ－ＶＩ族化合物は、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される二元素化合物；ＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される三元素化合物；並びにＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、ＳｎＰｂＳＴｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される四元素化合物からなる群より選択される。Ｉ族－ＩＩＩ－ＶＩ族化合物の例は、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳを含むが、これらに制限されない。Ｉ－ＩＩ－ＩＶ－ＶＩ族化合物の例は、ＣｕＺｎＳｎＳｅ及びＣｕＺｎＳｎＳを含むが、これらに制限されない。ＩＶ族化合物は、Ｓｉ、Ｇｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される単元素；並びにＳｉＣ、ＳｉＧｅ、及びこれらの混合物からなる群より選択される二元素化合物からなる群より選択される。

二元素化合物、三元素化合物、又は四元素化合物は、均一な濃度で粒子内に存在するか、又は濃度分布が部分的に異なる状態に分かれて同一の粒子内に存在する。

一実施形態によると、量子ドットは、一つの半導体ナノ結晶コアと、コアを囲む他の半導体ナノ結晶シェルからなるコア－シェル構造を有する。コアとシェルとの界面は、シェルに存在する元素の濃度が中心に行くほど低くなる濃度勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有する。また、量子ドットは、一つの半導体ナノ結晶コアとこれを囲む多層のシェルとを含む構造を有する。この時、多層のシェル構造は２層以上のシェル構造を有し、それぞれの層は単一組成若しくは合金又は濃度勾配を有する。

本実施形態において、第１発光体粒子及び第２発光体粒子のうちの少なくとも一つはコア－シェル構造を有する。第１、第２発光体粒子のうちの少なくとも一つがコア－シェル構造を有する場合、コアよりもシェルを構成する物質組成がより大きいエネルギーバンドギャップを有し、量子拘束効果が効果的に現れる構造を有する。但し、実施形態はこれに制限されるものではない。一方、多層のシェルを構成する場合も、コアに近いシェルよりもコアの外側にあるシェルがより大きいエネルギーバンドギャップを有する構造であってもよい。この時、量子ドットは紫外線～赤外線波長範囲を有する。

量子ドットは、約１０％以上、例えば約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約９０％以上、又は１００％の量子効率（ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する。

また、ディスプレーで色純度や色再現性を向上させるために、量子ドットは狭いスペクトル幅を有する。量子ドットは、約４５ｎｍ以下、例えば約４０ｎｍ以下、又は約３０ｎｍ以下の発光波長スペクトルの半値幅を有する。上記範囲で素子の色純度や色再現性を向上させることができる。

量子ドットは、約１ｎｍ～約１００ｎｍの粒径（球形でない場合、最も長い部分の大きさ）を有する。例えば、量子ドットは、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、例えば２ｎｍ（又は３ｎｍ）～１５ｎｍの粒径（球形でない場合、最も長い部分の大きさ）を有する。

また、量子ドットの形態は、当該技術分野における一般に使用される形態のものであり、特に限定されない。例えば、量子ドットは、球形、楕円形、正六面体形、四面体形、ピラミッド形、立方八面体形、シリンダー形、多面体形、又は多重枝形（ｍｕｌｔｉ－ａｒｍ）のナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤー、ナノ繊維、ナノシート、又はこれらの組み合わせを含む。量子ドットは任意の断面形状を有する。

一方、量子ドットは、商業的に入手可能であるか、又は任意の方法で合成される。例えば、数ナノサイズの量子ドットは、化学的湿式方法（ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）を通じて合成される。化学的湿式方法では、有機溶媒中で前駆体物質を反応させて結晶粒子を成長させる。

一方、第１発光体粒子１４１の表面には第１リガンドが、第２発光体粒子１５１の表面には第２リガンドがそれぞれ付着される。

第１リガンドと第２リガンドとは、互いに異なる電気的特性を有する。第１リガンドは正孔輸送速度が電子輸送速度よりも速いため電子輸送性が強く現れ、第２リガンドは電子輸送速度が正孔輸送速度よりも速いため正孔輸送性が強く現れる。これによって、第１発光層１４０は第１リガンドの電気的特性に起因して第２リガンドよりも強い正孔輸送性を有し、第２発光層１５０は第２リガンドの電気的特性に起因して第１リガンドよりも強い電子輸送性を有する。

一般的に、発光体として量子ドットを利用する電界発光素子は、上述のように電子の移動速度と対比して正孔移動速度が円滑でないため、電子と正孔とが会って結合する位置が発光層と電子輸送層との間の境界面側に偏る。

このように、電子と正孔との結合位置が発光層と電子輸送層との間の境界面側に偏る場合、境界面で生成された励起子が発光層内部に拘束されずに共通層との界面で消光（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）されてしまう虞がある。また、このような境界面で正孔と結合をなすことができなかった余剰電子が正孔輸送層側に移動して正孔輸送層内で励起子を形成する虞がある。従って、このような励起子消光（ｅｘｃｉｔｏｎ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）及び余剰電子の損失により素子効率が大きく低下することがある。

反面、本実施形態による電界発光素子１０の場合、第１発光層１４０と第２発光層１５０とが互いに密着して配置されるが、第１発光層１４０は第１リガンドにより正孔輸送性を有し、第２発光層１５０は第２リガンドにより電子輸送性を有する。

従って、第１発光層１４０は、正孔輸送層１３０から第２発光層１５０側に正孔を輸送し、第２発光層１５０は電子輸送層１６０から第１発光層１４０側に電子を輸送することが容易になる。その結果、図２に示すように、第１、第２発光層（１４０、１５０）の内部で電子と正孔とが会って結合する位置を調節することが容易になる。

第１、第２リガンドは、第１、第２リガンド付着用界面活性剤を使用してそれぞれ第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）の表面に付着される。即ち、量子ドットを形成するための前駆体物質及び有機溶媒と共に第１、第２リガンド付着用界面活性剤を投入するか、又は形成完了された量子ドットと有機溶媒との混合液に第１、第２リガンド付着用界面活性剤を投入して反応させることによって第１、第２リガンドを第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）の表面に付着させる。

第１、第２リガンドは、それぞれ第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）の表面に配位される。量子ドットがコア－シェル構造を有する場合、第１、第２リガンドはシェルの外部に露出した表面に配位される。

一方、量子ドットの表面には第１、第２リガンド以外にも残余有機溶媒などが更に配位される。このように量子ドットの表面に配位された有機溶媒は、素子内で安定性に影響を与えるため、ナノ結晶の表面に配位されない余分の有機物は、過量の非溶媒（ｎｏｎ－ｓｏｌｖｅｎｔ）に注ぎ、得られた混合物を遠心分離する過程を経て除去する。非溶媒は、商業的に入手可能な多様な物質を使用することができる。余分の有機溶媒を除去した後、量子ドットの表面に配位された物質の量は、量子ドット重量の５０重量％以下、例えば３０重量％以下、２０重量％以下、又は１０重量％以下である。

一方、第１リガンドと第２リガンドとは、溶媒に対する溶解性が互いに相違する。即ち、第１リガンドと第２リガンドとは、互いに異なる溶媒選択性を有する。互いに異なる溶媒選択性の例示として、第１リガンドが親水性溶媒に対する溶解性を有する場合、第２リガンドは疎水性溶媒に対する溶解性を有し、第１リガンドが疎水性溶媒に対する溶解性を有する場合、第２リガンドは親水性溶媒に対する溶解性を有する。

親水性溶媒の例としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ブタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水、アセトニトリル、又はこれらの組み合わせが挙げられる。

疎水性溶媒の例としては、オクタン、ヘプタン、ノナン、ヘキサン、キシレン、トルエン、クロロベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、又はこれらの組み合わせが挙げられる。

第１リガンド及び第２リガンドは、それぞれ独立に、チオール系化合物、ハライド系化合物、アルキル系化合物、アミン系化合物、カルバゾール系化合物、又はこれらの組み合わせから由来するリガンド化合物を含むが、第１リガンドと第２リガンドとの溶媒選択性が異なっていなければならないことを考慮してそれぞれ選択される。

このように第１リガンドと第２リガンドとの溶媒選択性が互いに異なるように構成される場合、第１発光体粒子を含む第１発光層形成用組成物と第２発光体粒子を含む第２発光層形成用組成物とが液状で互いに混合されずに互いに区分される層をなす。

従って、第１、第２発光層をそれぞれ塗布後に硬化せずに、第１発光層形成用組成物を塗布した後、第１発光層形成用組成物の直上に第２発光層形成用組成物を塗布し、第１、第２発光層形成用組成物を一度に硬化する方式（いわゆる、溶液工程という）を利用して迅速に第１、第２発光層を形成する。

また、第１、第２発光層形成用組成物が互いに異なる溶媒選択性を有するため、第１、第２発光層（１４０、１５０）の形成過程で第１発光層１４０と第２発光層１５０との間の境界面が溶媒により損傷されず、均一な表面モフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を有する。これによって、第１、第２発光層（１４０、１５０）の発光効率及び信頼性を向上させることができる。

電子輸送層１６０は、第２発光層１５０と第２電極１７０との間に配置されて第１、第２発光層（１４０、１５０）に電子を輸送する役割を果たす。電子輸送層は、無機酸化物ナノ粒子を含むか、或いは蒸着により形成される有機層である。電子輸送層は、ｎ－タイプ半導体（ｎ－ｔｙｐｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）物質、又はｎ－タイプドーパントでドーピングされた物質からなる。

一方、電子輸送層１６０と第２電極１７０との間には、電子の注入を容易にする電子注入層、及び／又は正孔の移動を阻止する正孔遮断層が更に形成される。

電子輸送層１６０、電子注入層、正孔遮断層のそれぞれの厚さは、適切に選択される。例えば、各層の厚さは１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるが、これに制限されない。電子注入層は、蒸着により形成される有機層であり、電子輸送層１６０の形成厚さ、材料などを考慮して省略され得る。

電子注入層及び／又は電子輸送層１６０は、例えば１，４，５，８－ナフタレン－テトラカルボン二無水物（１，４，５，８－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ：ＮＴＣＤＡ）、バソクプロイン（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ：ＢＣＰ）、トリス［３－（３－ピリジル）－メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、ＬｉＦ、Ａｌｑ_３、Ｇａｑ_３、Ｉｎｑ_３、Ｚｎｑ_２、Ｚｎ（ＢＴＺ）_２、ＢｅＢｑ_２、（８－（４－（４，６－ジ（ナフタレン－２－イル）－１，３，５－トリアジン－２－イル）フェニル）キノロン）［（８－（４－（４，６－ｄｉ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１，３，５－ｔｒｉａｚｉｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｑｕｉｎｏｌｏｎｅ）］、８－ヒドロキシキノリナトリチウム（８－ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｏ ｌｉｔｈｉｕｍ：Ｌｉｑ）、ｎ型金属酸化物（例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＨｆＯ_２等）、バソフェナントロリン（Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ：Ｂｐｈｅｎ）、ピラゾール（ｐｙｒａｚｏｌｅ）系化合物、ホスホニルフェノール（ｐｈｏｓｐｈｏｎｙｌ ｐｈｅｎｏｌ）系化合物、下記の化学式１～化学式４で表される化合物、及びこれらの組み合わせから選択されるが、これらに限定されるものではない。

正孔遮断層は、例えば１，４，５，８－ナフタレン－テトラカルボン二無水物（１，４，５，８－ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ：ＮＴＣＤＡ）、バソクプロイン（ＢＣＰ）、トリス［３－（３－ピリジル）－メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、ＬｉＦ、Ａｌｑ_３、Ｇａｑ_３、Ｉｎｑ_３、Ｚｎｑ_２、Ｚｎ（ＢＴＺ）_２、ＢｅＢｑ_２、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも一つを含むが、これらに限定されるものではなく、電界発光素子１０内の他の構成要素の厚さ、材料などを考慮して省略され得る。

このように電界発光素子１０は、第１、第２発光層（１４０、１５０）を除いた残りの構成要素を蒸着などの方法により形成することができる。従って電界発光素子１０を含む表示装置の形成時、第１、第２発光層（１４０、１５０）を除いた残りの構成要素を共通層として形成することが容易である。

上述のように、電界発光素子１０は、第１、第２リガンドにより第１、第２発光層（１４０、１５０）がそれぞれ正孔輸送性及び電子輸送性を有する。従って、正孔と電子とは第１、第２発光層（１４０、１５０）間の境界面及び／又は境界面で会って結合されることから、励起子を発光層内に拘束させることが容易になる。

また、第１、第２リガンドが互いに異なる溶媒選択性を有することによって、電界発光素子１０は、溶液工程を利用して第１、第２発光層（１４０、１５０）を容易に形成することができ、第１、第２発光層（１４０、１５０）間の境界面の表面モフォロジーも均一に形成される。

従って、電界発光素子１０は、励起子生成位置を第１発光層と第２発光層との境界面及び／又は境界面近傍に調節することによって励起子消光を最小化することができるため、色純度が高い光を発光させることができ、素子の寿命特性に優れる。

以下、図３～図４を参照して他の実施形態による電界発光素子の概略的な構成及び駆動原理を説明する。

図３は、他の実施形態による電界発光素子を概略的に示す断面図であり、図４は、他の実施形態による電界発光素子の駆動原理を概略的に示す図であり、図３による電界発光素子１０’の各構成要素をエネルギーバンドダイヤグラムで示した図である。本実施形態による電界発光素子１０’において、上述した実施形態による電界発光素子１０と同一の構成は詳細な説明を省略する。

図３を参照すると、本実施形態による電界発光素子１０’は、上述の実施形態による電界発光素子１０とは異なり、第１発光層１４０と第２発光層１５０との間に第３発光層１８０が更に位置する。

即ち、第３発光層１８０は第１発光層１４０の直上に位置し、第２発光層１５０は第３発光層１８０の直上に位置し、第１発光層１４０、第３発光層１８０、及び第２発光層１５０が順次に積層構造をなす。

第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）は全て所定の波長領域に属する第１光を発光するが、これに制限されるものではなく、第１発光層１４０、第２発光層１５０、及び第３発光層１８０のうちのいずれか一つ以上がそれぞれ異なる光を発光するように設定することもできる。この場合、電界発光素子１０は、第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）からそれぞれ放出された光が混色された光を放出し、外部光源から供給される他の光と更に混色された光を放出することもできる。

一方、第３発光層１８０は、第１、第２発光層（１４０、１５０）と異なる電気的特性を有する。第３発光層１８０は、内部電子移動度と正孔移動度とが同一であるか、又は内部電子移動度と正孔移動度との差が相対的に第１、第２発光層（１４０、１５０）と対比して小さく現れる。

本実施形態による電界発光素子１０’において、第３発光層１８０の正孔移動度は少なくとも第１発光層１４０の正孔移動度よりも小さい。

また、第３発光層１８０の正孔移動度は第２発光層１５０の正孔移動度よりも小さく形成される。但し、第３発光層１８０と第２発光層１５０との間の正孔移動度関係は必ずしもこれに制限されず、第３発光層１８０と第２発光層１５０との正孔移動度が互いに同一であってもよく、第２発光層１５０の正孔移動度が第３発光層１８０の正孔移動度よりも小さく形成されてもよい。

一方、本実施形態による電界発光素子１０’において、第３発光層１８０の電子移動度は少なくとも第２発光層１５０の正孔移動度よりも小さい。

また、第３発光層１８０の電子移動度は第１発光層１４０の電子移動度よりも小さく形成される。但し、第３発光層１８０と第１発光層１４０との間の電子移動度関係は必ずしもこれに制限されず、第３発光層１８０と第１発光層１４０との電子移動度が互いに同一であってもよく、第１発光層１４０の電子移動度が第３発光層１８０の電子移動度よりも小さく形成されてもよい。

このように第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）の電荷（正孔／電子）移動度を調節することによって、本実施形態による電界発光素子１０’の電子と正孔とが会って結合する地点は、図４に示すように、第１発光層１４０と第３発光層１８０との間の境界面、第３発光層１８０と第２発光層１５０との間の境界面、及び／又は第３発光層１８０内部の境界面近傍になる。

従って、本実施形態による電界発光素子１０’は、キャリア及び励起子に対する光学的拘束が向上し、これによって、向上した発光特性を示す。

上述した電子／正孔輸送性及びキャリアバランスを考慮した第３発光層１８０の厚さは、例えば５ｎｍ以上、例えば６ｎｍ以上、例えば７ｎｍ以上、例えば８ｎｍ以上、例えば９ｎｍ以上、例えば１０ｎｍ以上であり、例えば１００ｎｍ以下、例えば９０ｎｍ以下、例えば８０ｎｍ以下、例えば７０ｎｍ以下、例えば６０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下、例えば４５ｎｍ以下、例えば４０ｎｍ以下、例えば３５ｎｍ以下、例えば３０ｎｍ以下、例えば２８ｎｍ以下、例えば２６ｎｍ以下、例えば２４ｎｍ以下、例えば２２ｎｍ以下、例えば２０ｎｍ以下、例えば１８ｎｍ以下、例えば１６ｎｍ以下である。

第３発光層１８０は第３発光体粒子１８１を含む。第３発光体粒子１８１は、上述した第１、第２発光体粒子（１４１、１５１）と同様に量子ドットからなり、コア－シェル構造を有する。

一方、第３発光体粒子１８１の表面には、第１リガンド及び第２リガンドに比べて低い電荷（電子／正孔）輸送性を有する第３リガンドが付着される。第３発光層１８０は第３リガンドに起因して第１発光層１４０及び第２発光層１５０に比べて低い電荷（電子／正孔）輸送性を有する。

第３リガンドは、例えば１０^－１０ｃｍ^２／Ｖｓ以上、例えば１０^－９ｃｍ^２／Ｖｓ以上、例えば１０^－８ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電荷（正孔／電子）移動度を有し、例えば１０^－４ｃｍ^２／Ｖｓ以下、例えば１０^－５ｃｍ^２／Ｖｓ以下、例えば１０^－６ｃｍ^２／Ｖｓ以下の電荷（正孔／電子）移動度を有する。

本実施形態による電界発光素子１０’において、第３リガンドの溶媒に対する溶解性は、第１リガンド及び第２リガンドのそれぞれの溶媒に対する溶解性と異なる。即ち、第３リガンドは、第１、第２リガンドのそれぞれと互いに異なる溶媒選択性を有する。異なる溶媒選択性の例示として、第３リガンドが親水性溶媒に対する溶解性を有する場合、第１、第２リガンドのそれぞれは疎水性溶媒に対する溶解性を有し、第３リガンドが疎水性溶媒に対する溶解性を有する場合、第１、第２リガンドのそれぞれは親水性溶媒に対する溶解性を有する。

第３リガンドも、上述した第１、第２リガンドと同様に、チオール系化合物、ハライド系化合物、アルキル系化合物、アミン系化合物、カルバゾール系化合物、又はこれらの組み合わせから由来するリガンド化合物を含むが、第３リガンドの材料は、上述した第１、第２リガンドとの溶媒選択性が異なっていなければならないことを考慮して選択される。

このように、第３リガンドが第１、第２リガンドのそれぞれとの溶媒選択性が互いに異なるように構成される場合、第１発光体粒子を含む第１発光層形成用組成物及び第２発光体粒子を含む第２発光層形成用組成物が、第３発光体粒子を含む第３発光層形成用組成物と液状で互いに混合されずに互いに区分される層をなす。

従って、上述した実施形態による電界発光素子１０の場合と同様に、第１、第２、及び第３発光層形成用組成物を順次塗布した後、一度に硬化する溶液工程を通じて多重発光層を簡単に形成することができる。

また、第１、第２発光層形成用組成物のそれぞれが第３発光層形成用組成物と互いに異なる溶媒選択性を有するため、第３発光層１８０と第１発光層１４０との間の境界面及び第３発光層１８０と第２発光層１５０との間の境界面のそれぞれが溶媒により損傷されず、均一な表面モフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を有する。これによって、第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）の発光効率及び信頼性を向上させることができる。

上述のように、本実施形態による電界発光素子１０’は、それぞれ異なる電気的特徴を有する第１、第２、及び第３リガンドにより、第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）がそれぞれ異なる正孔／電子移動度を有する。従って、正孔と電子とは第１発光層１４０と第３発光層１８０との間の境界面、第３発光層１８０と第２発光層１５０との間の境界面、及び／又は第３発光層１８０内部の境界面近傍で会って結合されることから、励起子を発光層内に拘束させることが容易になる。

また、第１、第２、及び第３リガンドがそれぞれ異なる溶媒選択性を有することによって、本実施形態による電界発光素子１０’は、溶液工程を利用して第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）を容易に形成することができ、第１、第２、及び第３発光層（１４０、１５０、１８０）がなす境界面の表面モフォロジーも均一に形成される。

従って、本実施形態による電界発光素子１０’も、上述した実施形態による電界発光素子１０と同様に励起子消光を最小化することができるため、色純度が高い光を発光することができ、素子の寿命特性に優れる。

以下、上述した電界発光素子１０を含む表示装置について説明する。

本実施形態による表示装置は、基板と、基板上に形成された駆動回路、駆動回路上に所定間隔でそれぞれ離隔して配置された第１電界発光素子、第２電界発光素子、及び第３電界発光素子を含む。

第１～第３電界発光素子は、上述した電界発光素子１０と同一の構造を有し、それぞれの量子ドットが発光する光の波長が異なる。

本実施形態において、第１電界発光素子は赤色光を発光する赤色素子であり、第２電界発光素子は緑色光を発光する緑色素子であり、第３電界発光素子は青色光を発光する青色素子である。即ち、第１～第３電界発光素子は、表示装置内で、それぞれ赤色、緑色、青色を表示する画素（ｐｉｘｅｌ）である。

但し、実施形態は必ずしもこれに制限されるものではなく、第１～第３電界発光素子がそれぞれマゼンタ（ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（ｃｙａｎ）色を表示することもでき、それ以外の異なる色を表示することもできる。

一方、第１～第３電界発光素子のうちのいずれか一つのみが上述した電界発光素子１０であってもよい。この場合、少なくとも青色を表示する第３電界発光素子は上述した電界発光素子１０であることがよい。

一方、本実施形態による表示装置において、各画素の発光層を除いた正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔遮断層などは一体として共通層をなす。但し、実施形態は必ずしもこれに制限されるものではなく、表示装置内の各画素別に独立した正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔遮断層を備えることもでき、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔遮断層のうちのいずれか一つ以上が共通層を、残りが別個の独立した層をなすこともできる。

基板は、透明な絶縁基板であり、軟性物質からなる。基板は、ガラス、又はガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃より大きいフィルム形態の高分子物質からなり、例えばＣＯＣ（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）又はＣＯＰ（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ）系の素材からなる。基板上には上述した第１～第３電界発光素子が全て形成される。即ち、本実施形態による表示装置の基板は共通層をなす。

駆動回路は、基板上に位置し、第１～第３電界発光素子のそれぞれに独立に連結される。駆動回路は、一つ以上のスキャンライン、データライン、駆動電源ライン、共通電源ラインなどを含む配線、一つの有機発光素子に対応して配線に連結された二つ以上の薄膜トランジスター（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）、一つ以上のキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）等を含む。駆動回路は、公知の多様な構造を有する。

以上で説明した通り、本実施形態による表示装置は、バックライトユニトなどの別途の光源を配置しなくても色純度及び色再現率に優れた画像を表示することができる。また、本実施形態による表示装置は、特に各素子の励起子消光現像を最小化することができることから、低電力でも優れた色純度及び寿命特性を示す。

以下、本発明の具体的な実施例を示す。但し、下記に記載した実施例は、本発明を具体的に例示するか又は説明するためのものに過ぎず、これによって本発明が制限されてはならない。

＜実施例１＞

ガラス基板上にインジウム－錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）層を蒸着し、その上にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを約３０ｎｍの厚さにスピンコーティングして正孔注入層を形成し、その上にＴＦＢを約２５ｎｍの厚さにスピンコーティングして正孔輸送層を形成する。

これとは別個に、第１、第２発光層形成用組成物を準備する。先ず、オクタン（Ｏｃｔａｎｅ）、青色量子ドット（ＺｎＴｅＳｅ）、及び第１リガンド形成用界面活性剤［亜鉛Ｎ，Ｎ－ジエチルジチオカルバメート（Ｚｉｎｃ Ｎ，Ｎ－Ｄｉｅｔｈｙｌｄｉｔｈｉｏｃａｒｂａｍａｔｅ）］を混合し、青色量子ドット（ＺｎＴｅＳｅ）表面に第１リガンドとしてＮ，Ｎ－ジエチルジチオカルバメート（チオール由来のリガンド化合物）が付着された第１発光層形成用組成物を準備する。

一方、エタノール、青色量子ドット（ＺｎＴｅＳｅ）、及び第２リガンド形成用界面活性剤［１１－メルカプトウンデカノール（１１－ｍｅｒｃａｐｔｏｕｎｄｅｃａｎｏｌ）］を混合し、青色量子ドット表面に第２リガンドとして１１－ヒドロキシルウンデカンチオールレート（１１－ｈｙｄｒｏｘｙ－１－ｕｎｄｅｃａｎｔｈｉｏｌａｔｅ、チオール由来のリガンド化合物が付着された第２発光層形成用組成物を準備する。

準備された第１発光層形成用組成物を先に正孔輸送層上に塗布した後、塗布された第１発光層形成用組成物の直上に第２発光層形成用組成物を塗布し、窒素雰囲気下の８０℃で３０分間乾燥して、正孔輸送層の直上に第１発光層及び第２発光層を同時に形成する。形成された第１発光層の厚さは約１５ｎｍであり、第２発光層の厚さは約１０ｎｍである。

その後、発光層上に上述した化学式３で表される化合物とピラゾール系化合物（Ｎｏｖａｌｅｄ社、Ｎｏｖａｌｅｄ Ｄｏｐａｎｔ ｎ－ｓｉｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ７７）とを３：１の重量比に真空条件で共蒸着して電子輸送層を形成する。形成された電子輸送層の厚さは約３６ｎｍである。

その後、電子注入層上にアルミニウム（Ａｌ）層を約１００ｎｍの厚さに蒸着して、実施例１による二重発光層（第１、第２発光層）を含む電界発光素子を製造する。

＜実施例２＞

第１リガンド形成用界面活性剤として亜鉛Ｎ，Ｎ－ジエチルジチオカルバメートの代わりにオレイン酸（Ｏｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）を用いることを除いては、実施例１と同一の過程を経て、実施例２による二重発光層（第１、第２発光層）を含む電界発光素子を製造する。

＜比較例１＞

第１、第２発光層の二重発光層を形成する代わりに、Ｎ，Ｎ－ジエチルジチオカルバメートが青色量子ドットに付着された第１発光層形成用組成物のみを使用して一つの発光層を形成することを除いては、上述した実施例１と同一の過程を経て、比較例１による単一発光層を含む電界発光素子を製造する。

＜比較例２＞

第１発光層形成用組成物の代わりに、リガンドとして１１－ヒドロキシルウンデカンチオールレートが付着された第２発光層形成用組成物のみを利用して一つの発光層を形成することを除いては、上述した比較例１と同一の過程を経て、比較例２による単一発光層を含む電界発光素子を製造する。

＜比較例３＞

第１リガンド形成用界面活性剤として亜鉛Ｎ，Ｎ－ジエチルジチオカルバメートの代わりにオレイン酸を用いることを除いては、上述した比較例１と同一の過程を経て、比較例３による単一発光層を含む電界発光素子を製造する。

＜評価１：二重発光層と単一発光層との発光特性比較＞

実施例１、比較例１、及び比較例２による電界発光素子のそれぞれに対する発光特性を評価する。電圧変化による輝度変化を図５に示し、輝度変化による外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）変化を図６に示す。一方、実施例１及び比較例２による電界発光素子のそれぞれに対する波長による強度変化を図７にそれぞれ示す。

図５を参照すると、実施例１による電界発光素子は、比較例による電界発光素子と対比して高い輝度を示すことが確認される。従って、実施例１のように二重発光層が適用される電界発光素子を用いた場合、実際に使用される電圧範囲で高輝度を有する表示装置を提供することができる。

図６を参照すると、実施例１による電界発光素子は、約４０００ニト（ｎｉｔ）以下、例えば３５００ニト以下、例えば３０００ニト以下、例えば２５００ニト以下、例えば２０００ニト以下、例えば１５００ニト以下、例えば１０００ニト以下、例えば５００ニト以下の区間で比較例による電界発光素子と対比して優れた外部量子効率を示すことが確認される。従って、実施例１のように二重発光層が適用される電界発光素子を用いた場合、既存の単一層電界発光素子と対比して優れた発光効率を有し、特に１５００ニト以下の領域で非常に優れた発光効率を有する表示装置を提供することができる。

図７を参照すると、比較例２による電界発光素子は、約４００ｎｍ～４５０ｎｍ波長領域で左側に多少膨らむように突出したグラフの概形を示す。これは比較例２による電界発光素子の正孔輸送層（ＴＦＢ層）から単一発光層に正孔輸送が遅れて起こるためであると推測される。

反面、実施例１による電界発光素子は、第２発光層を含んでいるにも拘らず、当該波長領域で突出せずに急激に増加するグラフの概形を示す。これは正孔輸送層（ＴＦＢ層）に接触する第１発光層が第２発光層への正孔輸送を助けたためであると推測される。

従って、実施例１のように二重発光層が適用される電界発光素子を用いた場合、既存の単一層電界発光素子と対比して優れた色純度を示す表示装置を提供することができる。

＜評価２：二重発光層と単一発光層との寿命特性比較＞

実施例及び比較例による電界発光素子のそれぞれに対する寿命特性を評価する。先ず、１００ニト（ｎｉｔ）の輝度を有する３８０ｎｍ～４８８ｎｍ（青色波長領域）の光を照射し、駆動時間による輝度変化を測定して、これを図８に示す。

一方、図８で最大輝度の９５％になる時点をＴ９５で表し、最大輝度の５０％になる時点をＴ５０で表して、これを表１に示す。

図８及び表１を参照すると、実施例による電界発光素子は、比較例による電界発光素子と対比して優れた寿命特性を示すことが確認される。

一方、実施例１及び比較例１～３による電界発光素子のそれぞれに対して、初期駆動電圧、Ｔ５０時点での駆動電圧、及び初期駆動電圧とＴ５０時点での駆動電圧との差を計算して、これを表２に示す。

表２を参照すると、実施例による電界発光素子は、比較例による電界発光素子と対比してＴ５０時点での駆動電圧低下の幅が非常に小さいことが確認される。従って、図８、表１、及び表２を参照すると、実施例による電界発光素子は、優れた寿命特性を有することが確認される。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１０、１０’ 電界発光素子
１００ 基板
１１０ 第１電極
１２０ 正孔注入層
１３０ 正孔輸送層
１４０ 第１発光層
１４１ 第１発光体粒子
１５０ 第２発光層
１５１ 第２発光体粒子
１６０ 電子輸送層
１７０ 第２電極
１８０ 第３発光層
１８１ 第３発光体粒子

Claims (13)

1. 第１電極と、
   前記第１電極上に位置する正孔輸送層と、
   前記正孔輸送層上に位置し、正孔輸送性を有する第１リガンドが付着された第１発光体粒子を含む第１発光層と、
   前記第１発光層上に位置し、電子輸送性を有する第２リガンドが付着された第２発光体粒子を含む第２発光層と、
   前記第２発光層上に位置する電子輸送層と、
   前記電子輸送層上に位置する第２電極と、を有し、
   前記第１リガンドの溶媒に対する溶解性と前記第２リガンドの溶媒に対する溶解性とは、互いに異なり、
   前記第１リガンドは、アルキル系化合物を含み、
   前記第２リガンドは、アルキル系化合物を含み、
   前記第１リガンドは、オレイン酸（Ｏｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）を含むことを特徴とする電界発光素子。
   
2. 前記第１発光層の正孔移動度は、前記第２発光層の正孔移動度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
3. 前記第２発光層の電子移動度は、前記第１発光層の電子移動度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
4. 前記第１リガンドが親水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第２リガンドは疎水性溶媒に対する溶解性を有し、
   前記第１リガンドが疎水性溶媒に対する溶解性を有する場合、前記第２リガンドは親水性溶媒に対する溶解性を有することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
5. 前記親水性溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ブタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水、アセトニトリル、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項４に記載の電界発光素子。
6. 前記疎水性溶媒は、オクタン、ヘプタン、ノナン、ヘキサン、キシレン、トルエン、クロロベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項４に記載の電界発光素子。
7. 前記第１発光体粒子及び前記第２発光体粒子のうちの少なくとも一つは、コア－シェル構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
8. 前記第１発光体粒子及び前記第２発光体粒子のそれぞれは、Ｃｄを含まないＩＩ族－ＶＩ族化合物、ＩＩＩ族－Ｖ族化合物、ＩＶ族－ＶＩ族化合物、ＩＶ族元素又は化合物、Ｉ族－ＩＩＩ族－ＶＩ族化合物、Ｃｄを含まないＩ族－ＩＩ族－ＩＶ族－ＶＩ族化合物、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
9. 前記第１発光層及び前記第２発光層は、両方共に所定の波長領域に属する第１光を発光することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
10. 前記第１光は、３８０ｎｍ～４８８ｎｍの第１波長領域、４９０ｎｍ～５１０ｎｍの第２波長領域、５１０ｎｍ～５８０ｎｍの第３波長領域、５８２ｎｍ～６００ｎｍの第４波長領域、６２０ｎｍ～６８０ｎｍの第５波長領域のうちのいずれか一つに属することを特徴とする請求項９に記載の電界発光素子。
11. 前記第１発光層及び前記第２発光層は、それぞれ１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
12. 前記第２発光層は、前記第１発光層の直上に位置することを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電界発光素子を含むことを特徴とする表示装置。
    

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