JP7469891B2 - Quantum dot light emitting device and display device - Google Patents

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Description

本発明は、量子ドット発光素子及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a quantum dot light-emitting element and a display device.

表示装置に求められる重要な特性の一つとして、色再現性がある。特に、2018年に放送サービスが始まった4K8Kスーパーハイビジョンの表色系は、自然界に実在するほぼ全ての物体色及び既存表色システムの色域を包含することを目指しており、4K8Kスーパーハイビジョンを表示する表示装置には、広い色域の色再現性が求められる。ここで、自発光型の表示装置の場合、青、緑、赤の各色の発光材料の色純度を高くする必要がある。 One of the important characteristics required for a display device is color reproducibility. In particular, the color system of 4K8K Super Hi-Vision, which began broadcasting services in 2018, aims to encompass almost all object colors that exist in nature and the color gamut of existing color expression systems, and display devices that display 4K8K Super Hi-Vision are required to have color reproducibility with a wide color gamut. Here, in the case of self-luminous display devices, it is necessary to increase the color purity of the light-emitting materials for each color of blue, green, and red.

近年、下記特許文献1や非特許文献1に開示されているように、半導体ナノ結晶からなる量子ドットを発光材料として用いた電界発光素子(量子ドット発光素子)が提案されている。量子ドットは、結晶粒径を変えることにより発光色を制御することができ、粒径分布を均一にすることにより発光スペクトルの半値幅を小さくすることができる。この発光スペクトルの半値幅が小さい利点を生かして、量子ドットは、表示色域の広い表示装置用の発光材料として利用できる可能性がある。また、量子ドットを用いた電界発光素子の中には、半値幅30nm以下、外部量子効率で約20%を実現した例も存在する(非特許文献2)。 In recent years, as disclosed in the following Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, electroluminescent elements (quantum dot light-emitting elements) have been proposed that use quantum dots made of semiconductor nanocrystals as the light-emitting material. The light-emitting color of quantum dots can be controlled by changing the crystal grain size, and the half-width of the emission spectrum can be reduced by making the grain size distribution uniform. Taking advantage of the small half-width of this emission spectrum, quantum dots may be used as a light-emitting material for display devices with a wide display color gamut. In addition, there are examples of electroluminescent elements using quantum dots that have achieved a half-width of 30 nm or less and an external quantum efficiency of approximately 20% (Non-Patent Document 2).

しかしながら、半値幅が狭く且つ高効率発光が得られる量子ドットの材料は、毒性の高いカドミウムを含む化合物であるセレン化カドミウム(Cd-Se)や硫化カドミウム(Cd-S)等を主成分とする材料に限られている。量子ドット発光素子を表示装置に応用する場合、環境や人体への影響を考慮して、毒性の低い材料を用いることが求められる。これに対して、カドミウムを含まない量子ドット材料(低毒性量子ドット材料)として、In-PやCu-In-Zn-Sを主成分として用いた材料が報告されている(非特許文献3、4、5)。また、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなる多元系の量子ドットも知られている。 However, quantum dot materials that have a narrow half-width and can emit light with high efficiency are limited to materials whose main components are compounds containing highly toxic cadmium, such as cadmium selenide (Cd-Se) and cadmium sulfide (Cd-S). When quantum dot light-emitting elements are applied to display devices, it is necessary to use low-toxicity materials in consideration of their impact on the environment and human body. In response to this, materials that use In-P or Cu-In-Zn-S as main components have been reported as quantum dot materials that do not contain cadmium (low-toxicity quantum dot materials) (Non-Patent Documents 3, 4, 5). Multi-element quantum dots consisting of Group 11 elements, Group 13 elements, and Group 16 elements are also known.

しかしながら、上記非特許文献3、4、5に記載のような、低毒性量子ドット材料を用いた量子ドット発光素子の発光スペクトルの半値幅は、カドミウムを含む量子ドット材料を用いた量子ドット発光素子に比較して大きく、即ち、色純度が低いのが現状である。
特に、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなる多元系の量子ドットから発せられる光は、粒子表面や内部の欠陥準位、或いは、ドナー・アクセプター対再結合に由来するものであるため、発光スペクトルがブロードとなり、色純度が低かった。
However, the half-width of the emission spectrum of quantum dot light-emitting devices using low-toxicity quantum dot materials as described in the above Non-Patent Documents 3, 4, and 5 is larger than that of quantum dot light-emitting devices using quantum dot materials containing cadmium, that is, the color purity is low.
In particular, the light emitted from quantum dots of a multi-element system consisting of a group 11 element, a group 13 element, and a group 16 element originates from defect levels on the particle surface or inside, or from donor-acceptor pair recombination, resulting in a broad emission spectrum and low color purity.

これに対し、下記特許文献2に開示されているように、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなるコアと、該コアの表面を覆い、第13族元素-第16族元素からなるシェルと、を具える半導体ナノ粒子が開発されており、該半導体ナノ粒子を用いることで、多元系量子ドット材料を用いた量子ドット発光素子の高色純度化が進んでいる。 In response to this, as disclosed in the following Patent Document 2, semiconductor nanoparticles have been developed that have a core made of a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element, and a shell covering the surface of the core and made of a Group 13 element and a Group 16 element. The use of these semiconductor nanoparticles has led to the improvement of the color purity of quantum dot light-emitting devices that use multi-element quantum dot materials.

特許第4948747号公報Patent No. 4948747 特開2018-44142号公報JP 2018-44142 A

シラサキら(Y.Shirasaki et.al),ネイチャー・フォトニクス(Nature Photonics),7,13(2013)Y. Shirasaki et al., Nature Photonics, 7, 13 (2013) X.ダイら(D.Dai et al.),ネイチャー(Nature),515,96(2014)X. Dai et al., Nature, 515, 96 (2014) J.リムら(J.Lim et al.),ケミストリー・オブ・マテリアルズ(Chemistry Of Materials),23,4459(2011)J. Lim et al., Chemistry of Materials, 23, 4459 (2011) J.リムら(J.Lim et al.),エーシーエス・ナノ(ACS NANO),7,9019(2013)J. Lim et al., ACS NANO, 7, 9019 (2013) Z.リウら(Z.Liu et al.),オーガニック・エレクトロニクス(Organic Electronics),36,97(2016)Z. Liu et al., Organic Electronics, 36, 97 (2016)

しかしながら、本発明者らが、上記のような多元系量子ドット材料を用いた量子ドット発光素子に関する検討を進めたところ、電界発光(EL)スペクトルにおいて、バンド端発光の他にブロードな欠陥発光が大きく出ることが分かった。 However, when the inventors of the present invention investigated quantum dot light-emitting devices using the above-mentioned multi-element quantum dot materials, they found that in addition to the band-edge emission, broad defect emission was also observed significantly in the electroluminescence (EL) spectrum.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、低毒性な多元系量子ドット材料を用いて、色純度の高い光を発することが可能な量子ドット発光素子を提供することを課題とする。
また、本発明は、かかる量子ドット発光素子を具え、低毒性としつつ、広色域表示が可能な表示装置を提供することを更なる課題とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a quantum dot light-emitting element capable of emitting light with high color purity by using a low-toxicity multi-component quantum dot material.
Another object of the present invention is to provide a display device that includes such a quantum dot light-emitting device and is capable of displaying a wide color gamut while being low-toxic.

本発明者らは、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなる多元系の量子ドットの材料として、コアが、第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなり、シェルが、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物からなる、低毒性の量子ドットを合成し、更に、電界発光素子(EL素子)の発光層に、かかる量子ドットと共に電子輸送性の材料を含ませることで、ELスペクトルに現れる欠陥発光を抑制でき、高色純度な発光素子を作製できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
The present inventors have synthesized low-toxicity quantum dots as a material for multi-component quantum dots consisting of a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element, the core of which is made of a compound semiconductor containing a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element, and the shell of which is made of a compound containing a Group 13 element and a Group 16 element, and have further discovered that by incorporating an electron transporting material together with the quantum dots in the light-emitting layer of an electroluminescent element (EL element), it is possible to suppress defective emission appearing in the EL spectrum and to fabricate a light-emitting element with high color purity, thereby completing the present invention.
The gist of the present invention to solve the above problems is as follows.

本発明の量子ドット発光素子は、陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、
前記発光層が、量子ドットと、電子輸送材料と、を含み、
前記量子ドットが、
第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるコアと、
前記コアの周りを覆い、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるシェルと、を具えることを特徴とする。
かかる本発明の量子ドット発光素子は、低毒性としつつ、色純度の高い光を発することが可能である。
The quantum dot light-emitting device of the present invention is a quantum dot light-emitting device comprising a cathode, a light-emitting layer, and an anode, the light-emitting layer being located between the cathode and the anode,
the light-emitting layer comprises quantum dots and an electron transport material;
The quantum dots are
a core made of a compound semiconductor containing a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element;
The semiconductor device is characterized by comprising a shell surrounding the core and made of a compound semiconductor containing a Group 13 element and a Group 16 element.
The quantum dot light-emitting device of the present invention is capable of emitting light with high color purity while being low-toxic.

本発明の量子ドット発光素子の好適例においては、前記量子ドットのコアを構成する化合物半導体が、銀と、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含み、
前記量子ドットのシェルを構成する化合物半導体が、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含む。この場合、コアと、シェルとの連続的な結晶成長を促進でき、色純度の更に高い光を発することができる。
In a preferred embodiment of the quantum dot light-emitting element of the present invention, a compound semiconductor constituting a core of the quantum dot contains silver, indium and/or gallium, and sulfur,
The compound semiconductor constituting the shell of the quantum dot contains indium and/or gallium, and sulfur, which can promote continuous crystal growth between the core and the shell, and can emit light with even higher color purity.

本発明の量子ドット発光素子の他の好適例においては、前記電子輸送材料が、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、1,3,5-トリス(N-フェニルベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン、3-フェニル-4-(1’-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、1,3,5-トリ(m-ピリド-3-イル-フェニル)ベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種である。この場合、ELスペクトルに現れる欠陥発光を更に抑制できる。 In another preferred embodiment of the quantum dot light-emitting device of the present invention, the electron transport material is at least one selected from the group consisting of tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene, 3-phenyl-4-(1'-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole, 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, and 1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene. In this case, defective emission appearing in the EL spectrum can be further suppressed.

また、本発明の表示装置は、上記の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする。かかる本発明の表示装置は、低毒性としつつ、広い色域の色再現性を有する。 The display device of the present invention is characterized by comprising the quantum dot light-emitting element described above. The display device of the present invention has low toxicity and a wide color gamut.

本発明によれば、低毒性としつつ、色純度の高いEL発光が可能な量子ドット発光素子を提供することができる。
また、本発明によれば、かかる量子ドット発光素子を具え、低毒性としつつ、広色域表示が可能な表示装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a quantum dot light-emitting element that is low-toxicity and capable of EL emission with high color purity.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a display device that includes such a quantum dot light-emitting element and is capable of displaying a wide color gamut while being low-toxic.

本発明の量子ドット発光素子の構造の一例を示した概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a quantum dot light-emitting device according to the present invention. 実施例1-2及び比較例1-2の量子ドット発光素子に用いた量子ドットのPLスペクトルである。1 shows PL spectra of quantum dots used in the quantum dot light-emitting devices of Example 1-2 and Comparative Example 1-2. 実施例1-2及び比較例1-2の量子ドット発光素子のELスペクトルである。EL spectra of quantum dot light-emitting devices of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2.

以下に、本発明の量子ドット発光素子及び表示装置を、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。 The quantum dot light-emitting device and display device of the present invention will be described in detail below based on examples of the embodiments.

<<量子ドット発光素子>>
本発明の量子ドット発光素子は、陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、
前記発光層が、量子ドットと、電子輸送材料と、を含み、
前記量子ドットが、
第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるコアと、
前記コアの周りを覆い、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるシェルと、を具えることを特徴とする。
<<Quantum dot light-emitting device>>
The quantum dot light-emitting device of the present invention is a quantum dot light-emitting device comprising a cathode, a light-emitting layer, and an anode, the light-emitting layer being located between the cathode and the anode,
the light-emitting layer comprises quantum dots and an electron transport material;
The quantum dots are
a core made of a compound semiconductor containing a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element;
The semiconductor device is characterized by comprising a shell surrounding the core and made of a compound semiconductor containing a Group 13 element and a Group 16 element.

本発明の量子ドット発光素子に用いる量子ドットは、コアを構成する化合物半導体が、第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含み、シェルを構成する化合物半導体が、第13族元素と、第16族元素と、を含み、特定の多元系の化合物半導体からなるコアの表面が、よりバンドギャップエネルギーが大きい第13族元素及び第16族元素を含む化合物半導体からなるシェルで覆われていることで、従来の多元系の量子ドットでは得られなかった、バンド端発光が得られることを可能にしている。また、本発明の量子ドット発光素子に用いる量子ドットは、コア及びシェルのいずれも、カドミウムを含むことを要しないため、従来のセレン化カドミウム(Cd-Se)や硫化カドミウム(Cd-S)等をコアとするCd系の量子ドットに比べて、低毒性とすることが可能である。
また、本発明の量子ドット発光素子の発光層は、上述の量子ドットと共に、電子輸送材料を含み、該電子輸送材料は、陰極側から発光層に注入される電子の流れを妨げず、且つ、陽極側から発光層に注入される正孔を陰極側へと通過させない作用(即ち、発光層から流れ出る正孔電流をブロックする作用)を有するため、漏れ電流を抑制でき、また、発光層内で、陰極から注入された電子と、陽極から注入された正孔と、を効率的に再結合させることができる。本発明の量子ドット発光素子においては、電子輸送材料を介して量子ドットに電荷を注入することで、結晶欠陥の発光への影響を抑えることができる。
従って、本発明の量子ドット発光素子は、低毒性としつつ、色純度の高い光を発することが可能である。
The quantum dots used in the quantum dot light-emitting device of the present invention have a core made of a compound semiconductor that includes a group 11 element, a group 13 element, and a group 16 element, a shell made of a compound semiconductor that includes a group 13 element and a group 16 element, and the surface of the core made of a specific multi-element compound semiconductor is covered with a shell made of a compound semiconductor that includes a group 13 element and a group 16 element having a larger band gap energy, thereby making it possible to obtain band edge emission that could not be obtained with conventional multi-element quantum dots. In addition, since neither the core nor the shell of the quantum dots used in the quantum dot light-emitting device of the present invention is required to contain cadmium, it is possible to make them less toxic than conventional Cd-based quantum dots that have a core made of cadmium selenide (Cd-Se) or cadmium sulfide (Cd-S), etc.
In addition, the light-emitting layer of the quantum dot light-emitting device of the present invention contains an electron transport material together with the quantum dots described above, and the electron transport material has the effect of not hindering the flow of electrons injected from the cathode side into the light-emitting layer and not allowing holes injected from the anode side into the light-emitting layer to pass to the cathode side (i.e., the effect of blocking the hole current flowing out of the light-emitting layer), so that leakage current can be suppressed and the electrons injected from the cathode and the holes injected from the anode can be efficiently recombined in the light-emitting layer. In the quantum dot light-emitting device of the present invention, the effect of crystal defects on light emission can be suppressed by injecting charges into the quantum dots via the electron transport material.
Therefore, the quantum dot light-emitting device of the present invention is capable of emitting light with high color purity while being low-toxicity.

次に、本発明の量子ドット発光素子の一態様を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の量子ドット発光素子の構造の一例を示した概略図である。図1に示す量子ドット発光素子10は、基板20上に、陰極30、電子注入層40、発光層50、正孔輸送層60、正孔注入層70及び陽極80を、この順に積層した構成を有する。なお、図1に示す量子ドット発光素子10は、下部に配置した陰極30側より電子を注入し、上部に配置した陽極80より正孔を注入する構成となっているが、本発明の量子ドット発光素子は、これに限定されるものではなく、上下を逆転した構造であってもよい。また、本発明の量子ドット発光素子においては、電子注入層40と、発光層50との間に、電子輸送層(図示せず)が更に存在していてもよい。
Next, one embodiment of the quantum dot light-emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of the quantum dot light-emitting device of the present invention. The quantum dot light-emitting device 10 shown in FIG. 1 has a structure in which a cathode 30, an electron injection layer 40, a light-emitting layer 50, a hole transport layer 60, a hole injection layer 70, and an anode 80 are laminated in this order on a substrate 20. The quantum dot light-emitting device 10 shown in FIG. 1 is configured to inject electrons from the cathode 30 side arranged at the bottom and inject holes from the anode 80 arranged at the top, but the quantum dot light-emitting device of the present invention is not limited to this and may have a structure in which the top and bottom are reversed. In addition, in the quantum dot light-emitting device of the present invention, an electron transport layer (not shown) may further exist between the electron injection layer 40 and the light-emitting layer 50.

<基板>
前記基板20は、当該基板20側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明な材料からなることが好ましい。かかる透明な材料としては、ガラス、石英、プラスチックフィルム等を例示することができる。ここで、プラスチックフィルムの材質としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、基板20の材料は、必ずしも透明な材料である必要はない。基板20として、不透明基板を用いる場合、該不透明基板としては、例えば、着色したプラスチックフィルム基板、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成した基板等が挙げられる。
また、基板20として、例えば、プラスチックフィルム等の可撓性基板を用い、その上に量子ドット発光素子を形成した場合には、画像表示部を容易に変形することのできるフレキシブル量子ドット発光素子とすることができる。
前記基板20の平均厚さは、特に限定されるものではないが、0.001~30mmが好ましく、0.01~3mmがより好ましい。
<Substrate>
The substrate 20 is preferably made of a transparent material in the case of a bottom emission type element in which light is extracted from the side of the substrate 20. Examples of such transparent materials include glass, quartz, plastic film, etc. Here, examples of materials for the plastic film include polyimide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, cycloolefin polymer, polyamide, polyethersulfone, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyarylate, etc.
On the other hand, in the case of a top emission type element in which light is extracted from the upper electrode side, it is not necessary for the material of the substrate 20 to be a transparent material. When an opaque substrate is used as the substrate 20, examples of the opaque substrate include a colored plastic film substrate, a substrate made of a ceramic material such as alumina, and a substrate in which an oxide film (insulating film) is formed on the surface of a metal plate such as stainless steel.
Furthermore, if a flexible substrate such as a plastic film is used as the substrate 20 and a quantum dot light-emitting element is formed thereon, a flexible quantum dot light-emitting element can be obtained that allows the image display portion to be easily deformed.
The average thickness of the substrate 20 is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 30 mm, and more preferably 0.01 to 3 mm.

<陰極>
前記陰極30は、基板20側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明で導電性の高い材料からなることが好ましい。この場合、陰極30としては、例えば、インジウム-錫-酸化物(ITO)、インジウム-亜鉛-酸化物(IZO)等の導電性透明酸化物を用いることができる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、陰極30の材料は、必ずしも透明な材料である必要はないため、陰極30として、金属電極を用いてもよい。ここで、陰極30の材料としては、仕事関数が比較的小さい金属が好ましい。仕事関数の小さい金属を用いることにより、陰極30から有機層への電子注入障壁を低くすることができ、電子を注入させ易くすることができる。陰極30に用いる金属としては、例えば、Al、Mg、Ca、Ba、Li、Na等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記陰極30の平均厚さは、特に限定されるものではないが、10~500nmが好ましく、50~200nmが更に好ましい。
<Cathode>
The cathode 30 is preferably made of a transparent and highly conductive material in the case of a bottom emission type element in which light is extracted from the substrate 20 side. In this case, the cathode 30 can be made of a conductive transparent oxide such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
On the other hand, in the case of a top emission type element in which light is extracted from the upper electrode side, the material of the cathode 30 does not necessarily need to be a transparent material, so a metal electrode may be used as the cathode 30. Here, as the material of the cathode 30, a metal with a relatively small work function is preferable. By using a metal with a small work function, it is possible to lower the electron injection barrier from the cathode 30 to the organic layer, and it is possible to easily inject electrons. Examples of metals used for the cathode 30 include, but are not limited to, Al, Mg, Ca, Ba, Li, Na, etc.
The average thickness of the cathode 30 is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 50 to 200 nm.

<電子注入層>
前記電子注入層40は、陰極30からの電子注入を容易にするために形成する。該電子注入層40の材料としては、有機材料、無機材料のいずれも用いることができる。電子注入層40の材料として、より具体的には、酸化亜鉛(ZnO)、フッ化リチウム(LiF)、酸化リチウム(LiO)、酸化チタン(TiO)、酸化ケイ素(SiO)、酸化スズ(SnO)、酸化タングステン(WO)、酸化タンタル(Ta)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化アルミニウム(Al)等が挙げられる。これらの中でも、電子注入性の観点から、酸化亜鉛が特に好ましい。
<Electron injection layer>
The electron injection layer 40 is formed to facilitate electron injection from the cathode 30. As the material of the electron injection layer 40, either an organic material or an inorganic material can be used. More specifically, as the material of the electron injection layer 40, zinc oxide (ZnO), lithium fluoride (LiF), lithium oxide (Li 2 O), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), etc. are listed. Among these, zinc oxide is particularly preferable from the viewpoint of electron injection properties.

電子注入層40の形成には、ナノ粒子を用いることが好ましい。該ナノ粒子の粒径は、1nm~100nmが好ましく、1nm~10nmが更に好ましく、1nm~5nmがより一層好ましい。好ましくは、酸化亜鉛ナノ粒子等の金属酸化物のナノ粒子をスピンコート法によって成膜した薄膜を、電子注入層40として用いることができる。
前記電子注入層40の平均厚さは、特に限定されるものではないが、5~200nmが好ましく、10~100nmが更に好ましい。
Nanoparticles are preferably used to form the electron injection layer 40. The particle size of the nanoparticles is preferably 1 nm to 100 nm, more preferably 1 nm to 10 nm, and even more preferably 1 nm to 5 nm. Preferably, a thin film formed by spin-coating nanoparticles of a metal oxide, such as zinc oxide nanoparticles, can be used as the electron injection layer 40.
The average thickness of the electron injection layer 40 is not particularly limited, but is preferably 5 to 200 nm, and more preferably 10 to 100 nm.

<電子輸送層>
上述の通り、電子注入層40と、発光層50との間には、電子輸送層が存在していてもよい。該電子輸送層は、陰極30から注入した電子を発光層50まで輸送するために用いる。該電子輸送層は、独立した層として形成される場合もあれば、発光層50と一体となって形成される場合もある。電子輸送層を構成する材料として、下記一般式(1):

Figure 0007469891000001
に示すような含窒素複素環を含む低分子材料あるいは高分子材料を用いると、陰極30から注入された電子が効率よく電子輸送層中を移動し、発光層50の量子ドットに電子が効率よく注入されるため、高効率の発光素子を得ることができる。 <Electron Transport Layer>
As described above, an electron transport layer may be present between the electron injection layer 40 and the light emitting layer 50. The electron transport layer is used to transport electrons injected from the cathode 30 to the light emitting layer 50. The electron transport layer may be formed as an independent layer or may be formed integrally with the light emitting layer 50. As a material for forming the electron transport layer, a compound represented by the following general formula (1):
Figure 0007469891000001
When a low molecular weight material or a high molecular weight material containing a nitrogen-containing heterocycle as shown in FIG. 1 is used, electrons injected from the cathode 30 can efficiently move through the electron transport layer, and electrons can be efficiently injected into the quantum dots of the light-emitting layer 50, thereby obtaining a highly efficient light-emitting element.

上記一般式(1)において、円弧の部分は、C及びNと共に環構造を形成していることを示す。ここで、一般式(1)で示される含窒素複素環としては、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、トリアゾール環、フェナントロリン環等が挙げられる。 In the above general formula (1), the arc portion indicates that it forms a ring structure together with C and N. Here, examples of the nitrogen-containing heterocycle represented by general formula (1) include a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a pyridazine ring, an oxazole ring, an oxadiazole ring, a benzoxazole ring, an imidazole ring, a benzimidazole ring, a quinoline ring, an isoquinoline ring, a quinoxaline ring, a triazole ring, and a phenanthroline ring.

前記電子輸送層を構成する材料として、例えば、ピリジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体等の含窒素複素環式化合物が挙げられる。ここで、ピリジン誘導体としては、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)等が挙げられ、オキサジアゾール誘導体としては、2-(4-ビフェニリル)-5-(4-tert-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール、1,3-ビス[5-(p-tert-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール-2-イル]ベンゼン等が挙げられ、トリアゾール誘導体としては、3-(4-tert-ブチルフェニル)-4-フェニル-5-(4-ビフェニリル)-1,2,4-トリアゾール、3-(4-tert-ブチルフェニル)-4-(4-エチルフェニル)-5-(4-ビフェニリル)-1,2,4-トリアゾール等が挙げられ、フェナントロリン誘導体としては、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(Bphen)、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(BCP)等が挙げられる。これらの中でも、電子輸送性の観点から、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)が好ましい。 Examples of materials constituting the electron transport layer include nitrogen-containing heterocyclic compounds such as pyridine derivatives, oxadiazole derivatives, triazole derivatives, and phenanthroline derivatives. Here, examples of pyridine derivatives include tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB), and examples of oxadiazole derivatives include 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole and 1,3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]benzene, and examples of triazole derivatives include 3-( Examples of the phenanthroline derivatives include 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen) and 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP). Among these, tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB) is preferred from the viewpoint of electron transport properties.

<発光層>
前記発光層50は、量子ドットと、電子輸送材料と、を含む。該発光層50では、陽極80から注入された正孔と陰極30から注入された電子とが再結合して、量子ドットが励起状態となり、基底状態に戻るときに放出されるエネルギーにより発光が得られる。
発光層50の発光色は、発光層50に含まれる量子ドットの結晶粒径や種類(材質)によって変化させることができる。ここで、量子ドットの結晶粒径は、所望の発光色に応じて選択でき、例えば、1~20nmが好ましく、2~10nmが更に好ましい。
<Light-emitting layer>
The light-emitting layer 50 includes quantum dots and an electron transport material. In the light-emitting layer 50, holes injected from the anode 80 and electrons injected from the cathode 30 are recombined to excite the quantum dots, and light is emitted by the energy released when the quantum dots return to the ground state.
The emission color of the light-emitting layer 50 can be changed by the crystal grain size and type (material) of the quantum dots contained in the light-emitting layer 50. Here, the crystal grain size of the quantum dots can be selected according to the desired emission color, and is, for example, preferably 1 to 20 nm, and more preferably 2 to 10 nm.

前記量子ドットは、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなる多元系の化合物半導体からなるコアの表面が、よりバンドギャップエネルギーが大きい第13族元素及び第16族元素を含む化合物半導体からなるシェルで覆われていることで、従来の多元系の量子ドットでは得られなかった、バンド端発光が得られることを可能にしている。かかる構成の量子ドットを発光層50に適用することで、低毒性としつつ、色純度の高い光を発することが可能となる。
前記バンド端発光は、欠陥発光とともに得られてもよいが、欠陥発光は少ない方が好ましい。欠陥発光は、一般に発光寿命が長く、またブロードなスペクトルを有し、バンド端発光よりも長波長側にそのピークを有する。従って、欠陥発光が少ないと、バンド端発光の影響が大きくなり、発光の色純度を向上させることができる。
本実施形態の量子ドットが発光するバンド端発光は、量子ドットの粒径を変化させることによって、その強度およびピークの位置を変化させることができる。例えば、量子ドットの粒径をより小さくすると、バンド端発光のピーク波長が短波長側にシフトする傾向にある。さらに、量子ドットの粒径をより小さくすると、バンド端発光のスペクトルの半値幅がより小さくなる傾向にある。
The quantum dots have a core made of a multi-element compound semiconductor consisting of a group 11 element, a group 13 element, and a group 16 element, and the surface of the core is covered with a shell made of a compound semiconductor containing a group 13 element and a group 16 element, which have larger band gap energy, making it possible to obtain band edge emission that could not be obtained with conventional multi-element quantum dots. By applying quantum dots of this configuration to the light-emitting layer 50, it becomes possible to emit light with high color purity while maintaining low toxicity.
The band edge emission may be obtained together with defect emission, but it is preferable to have less defect emission. Defect emission generally has a long emission lifetime and a broad spectrum, with its peak at a longer wavelength than band edge emission. Therefore, if there is less defect emission, the influence of band edge emission becomes greater, and the color purity of the emission can be improved.
The intensity and peak position of the band edge emission emitted by the quantum dots of this embodiment can be changed by changing the particle size of the quantum dots. For example, when the particle size of the quantum dots is made smaller, the peak wavelength of the band edge emission tends to shift to the shorter wavelength side. Furthermore, when the particle size of the quantum dots is made smaller, the half width of the spectrum of the band edge emission tends to become smaller.

--量子ドットのコア--
前記量子ドットのコアは、第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなる。
前記第11族元素としては、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)が挙げられ、これらの中でも、Agが好ましい。第11族元素として、1種の元素のみが含まれてもよいが、2種以上の元素が含まれていてよい。
前記第13族元素としては、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)が挙げられ、これらの中でも、インジウム(In)及びガリウム(Ga)が好ましい。第13族元素として、1種の元素のみが含まれてもよいが、2種以上の元素が含まれていてよい。
前記第16族元素としては、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)が挙げられ、これらの中でも、硫黄(S)が好ましい。第16族元素として、硫黄(S)を含むコアは、セレン(Se)やテルル(Te)を含むものと比較してバンドギャップが広くなるため、可視光領域の発光を与えやすいことから好ましい。第16族元素として、1種の元素のみが含まれてもよいが、2種以上の元素が含まれていてよい。
第11族元素、第13族元素及び第16族元素の組み合わせは特に限定されない。第11族元素、第13族元素及び第16族元素の組み合わせ(第11族元素/第13族元素/第16族元素)は、好ましくは、Cu/In/S、Ag/In/S、Ag/In/Se、Ag/Ga/SおよびAg/In/Ga/Sである。
--Quantum dot core--
The core of the quantum dot is made of a compound semiconductor containing a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element.
Examples of the Group 11 element include silver (Ag), copper (Cu), and gold (Au), and among these, Ag is preferable. As the Group 11 element, only one type of element may be included, or two or more types of elements may be included.
Examples of the Group 13 elements include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl), and among these, indium (In) and gallium (Ga) are preferred. As the Group 13 elements, only one type of element may be included, but two or more types of elements may be included.
The Group 16 element includes sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te), and among these, sulfur (S) is preferred. A core containing sulfur (S) as a Group 16 element is preferred because it has a wider band gap than those containing selenium (Se) or tellurium (Te), and is therefore more likely to emit light in the visible light region. The Group 16 element may contain only one type of element, or may contain two or more types of elements.
There is no particular limitation on the combination of Group 11 elements, Group 13 elements, and Group 16 elements. Preferred combinations of Group 11 elements, Group 13 elements, and Group 16 elements (Group 11 element/Group 13 element/Group 16 element) are Cu/In/S, Ag/In/S, Ag/In/Se, Ag/Ga/S, and Ag/In/Ga/S.

前記コアは、第11族元素、第13族元素及び第16族元素のみから実質的に成っていてもよい。ここで、「実質的に」という用語は、不純物の混入等に起因して不可避的に第11族元素、第13族元素及び第16族元素以外の元素が含まれることを考慮して使用している。
或いは、前記コアは、他の元素を含んでいてもよい。例えば、第13族元素の一部は他の金属元素により置換されていてもよい。他の金属元素は、+3価の金属イオンになるものであってよく、具体的には、Cr、Fe、Al、Y、Sc、La、V、Mn、Co、Ni、Ga、In、Rh、Ru、Mo、Nb、W、Bi、As及びSbから選択される1種又は複数種の元素であってもよい。その置換量は、第13族元素と置換元素とを合わせた原子の数を100%としたときに、10%以下であることが好ましい。
The core may consist essentially of Group 11, Group 13, and Group 16 elements. Here, the term "substantially" is used in consideration of the fact that elements other than Group 11, Group 13, and Group 16 elements are inevitably included due to the inclusion of impurities, etc.
Alternatively, the core may contain other elements. For example, a part of the group 13 element may be replaced by other metal elements. The other metal elements may be metal ions with a valence of +3, specifically, one or more elements selected from Cr, Fe, Al, Y, Sc, La, V, Mn, Co, Ni, Ga, In, Rh, Ru, Mo, Nb, W, Bi, As and Sb. The amount of substitution is preferably 10% or less when the total number of atoms of the group 13 element and the substitution element is 100%.

前記コアは、例えば、10nm以下、特には、8nm以下の平均粒径を有してよい。コアの平均粒径が小さい方が、量子サイズ効果が得られ易くなり、バンド端発光が得られ易くなる。 The core may have an average particle size of, for example, 10 nm or less, particularly 8 nm or less. The smaller the average particle size of the core, the easier it is to obtain the quantum size effect and the easier it is to obtain band edge emission.

--量子ドットのシェル--
前記量子ドットのシェルは、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなる。
前記第13族元素としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)が挙げられ、これらの中でも、インジウム(In)及びガリウム(Ga)が好ましい。
前記第16族元素としては、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、ポロニウム(Po)が挙げられ、これらの中でも、硫黄(S)が好ましい。
シェルを構成する化合物半導体には、第13族元素が1種類だけ、または2種類以上含まれていてもよく、また、第16族元素が1種類だけ、または2種類以上含まれていてもよい。
--Quantum dot shell--
The shell of the quantum dot is made of a compound semiconductor containing a Group 13 element and a Group 16 element.
Examples of the Group 13 elements include boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl), and among these, indium (In) and gallium (Ga) are preferable.
Examples of the Group 16 elements include oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and polonium (Po), and among these, sulfur (S) is preferable.
The compound semiconductor constituting the shell may contain only one type of Group 13 element, or two or more types of Group 16 element, or one type of Group 16 element, or two or more types of Group 13 element.

前記シェルは、コアを構成する化合物半導体よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体であって、実質的に第13族元素及び第16族元素からなる化合物半導体であることが好ましい。具体的には、「実質的に」とは、シェルに含まれるすべての元素の原子数の合計を100%としたときに、第13族元素及び第16族元素以外の元素の割合が例えば5%以下であることを示す。
第11族元素-第13族元素-第16族元素の多元系の化合物半導体は、一般に、1.0eV~3.5eVのバンドギャップエネルギーを有する。従って、シェルは、コアを構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギーに応じて、その組成等を選択して構成するとよい。具体的には、シェルは、例えば、2.0eV~5.0eVのバンドギャップエネルギーを有してよい。また、シェルのバンドギャップエネルギーは、コアのバンドギャップエネルギーよりも、例えば0.1eV~3.0eV程度、特には0.5eV~1.0eV程度大きいものであってよい。シェルのバンドギャップエネルギーとコアのバンドギャップエネルギーとの差が小さいと、コアからの発光において、バンド端発光以外の発光の割合が多くなり、バンド端発光の割合が小さくなることがある。
硫化インジウム及び硫化ガリウムは、第11族元素-第13族元素-第16族元素の多元系の化合物半導体、特には、Ag-In-S又はAg-In-Zn-Sがコアである場合に、シェルを構成する半導体として好ましく用いられる。特に、硫化ガリウムは、バンドギャップエネルギーがより大きいことから好ましく用いられる。硫化ガリウムを使用する場合には、硫化インジウムを使用する場合と比較して、より強いバンド端発光を得ることができる。
The shell is preferably a compound semiconductor having a larger band gap energy than the compound semiconductor constituting the core, and substantially composed of elements of Group 13 and Group 16. Specifically, "substantially" indicates that when the total number of atoms of all elements contained in the shell is taken as 100%, the proportion of elements other than elements of Group 13 and Group 16 is, for example, 5% or less.
A multi-element compound semiconductor of group 11 element-group 13 element-group 16 element generally has a band gap energy of 1.0 eV to 3.5 eV. Therefore, the shell may be configured by selecting its composition, etc., depending on the band gap energy of the compound semiconductor constituting the core. Specifically, the shell may have a band gap energy of, for example, 2.0 eV to 5.0 eV. The band gap energy of the shell may be, for example, 0.1 eV to 3.0 eV, particularly 0.5 eV to 1.0 eV, larger than the band gap energy of the core. If the difference between the band gap energy of the shell and the band gap energy of the core is small, the proportion of emission other than band edge emission may increase in the light emission from the core, and the proportion of band edge emission may decrease.
Indium sulfide and gallium sulfide are preferably used as the semiconductor constituting the shell when the core is a multi-element compound semiconductor of group 11 element-group 13 element-group 16 element, particularly Ag-In-S or Ag-In-Zn-S. In particular, gallium sulfide is preferably used because it has a larger band gap energy. When gallium sulfide is used, stronger band edge emission can be obtained compared to when indium sulfide is used.

また、前記シェルは、その化合物半導体の晶系がコアの化合物半導体の晶系となじみのあるものであってよく、また、その格子定数が、コアの化合物半導体の格子定数と同じ又は近いものであってよい。晶系になじみがあり、格子定数が近い化合物半導体からなるシェルは、コアの周囲を良好に被覆することがある。あるいは、シェルは、アモルファス(非晶質)であってもよい。 The shell may be a compound semiconductor whose crystal system is similar to that of the core compound semiconductor, and whose lattice constant is the same as or close to that of the core compound semiconductor. A shell made of a compound semiconductor whose crystal system is similar and whose lattice constant is close to that of the core compound semiconductor may well cover the periphery of the core. Alternatively, the shell may be amorphous.

前記シェルの厚さは、0.1nm~50nmの範囲内、特には0.2nm~10nmの範囲内にあってよい。シェルの厚さが0.1nm以上の場合には、シェルがコアを被覆することによる効果が十分に得られ、バンド端発光が得られ易くなる。 The thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm to 50 nm, particularly in the range of 0.2 nm to 10 nm. If the shell thickness is 0.1 nm or more, the effect of the shell covering the core is sufficiently obtained, making it easier to obtain band edge emission.

前記シェルは、その表面が任意の化合物で修飾されていてよい。シェルの表面がコアシェル構造の半導体ナノ粒子の露出表面である場合には、当該表面を修飾することによって、ナノ粒子を安定化させて半導体ナノ粒子の凝集または成長を防止することができ、並びに/或いは、半導体ナノ粒子の溶媒中での分散性を向上させることができる。
前記表面の修飾に用いる表面修飾剤としては、例えば、炭素数4~20の炭化水素基を有する含窒素化合物、含硫黄化合物、含酸素化合物等が挙げられる。炭素数4~20の炭化水素基としては、n-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の飽和脂肪族炭化水素基;オレイル基等の不飽和脂肪族炭化水素基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の脂環式炭化水素基;フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基等の芳香族炭化水素基、等が挙げられ、このうち飽和脂肪族炭化水素基や不飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。含窒素化合物としては、アミン類やアミド類が挙げられ、含硫黄化合物としては、チオール類が挙げられ、含酸素化合物としては脂肪酸類などが挙げられる。
含窒素化合物の表面修飾剤は、例えば、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアルキルアミンや、オレイルアミン等のアルケニルアミンである。特に純度の高いものが入手し易い点と沸点が290℃を超える点から、n‐テトラデシルアミンが好ましい。
含硫黄化合物の表面修飾剤は、例えば、n-ブタンチオール、イソブタンチオール、n-ペンタンチオール、n-ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等である。
The shell may have a surface modified with any compound. When the shell surface is an exposed surface of a core-shell semiconductor nanoparticle, modifying the surface can stabilize the nanoparticles and prevent the semiconductor nanoparticles from aggregating or growing, and/or can improve the dispersibility of the semiconductor nanoparticles in a solvent.
Examples of the surface modifier used for modifying the surface include nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, and oxygen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. Examples of the hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms include saturated aliphatic hydrocarbon groups such as n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group, and octadecyl group; unsaturated aliphatic hydrocarbon groups such as oleyl group; alicyclic hydrocarbon groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group; and aromatic hydrocarbon groups such as phenyl group, benzyl group, naphthyl group, and naphthylmethyl group. Among these, saturated aliphatic hydrocarbon groups and unsaturated aliphatic hydrocarbon groups are preferred. Examples of the nitrogen-containing compounds include amines and amides, examples of the sulfur-containing compounds include thiols, and examples of the oxygen-containing compounds include fatty acids.
Examples of the nitrogen-containing surface modifier include alkylamines such as n-butylamine, isobutylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, and octadecylamine, and alkenylamines such as oleylamine. In particular, n-tetradecylamine is preferred because it is easily available with a high purity and has a boiling point of over 290° C.
Examples of the surface modifier of the sulfur-containing compound include n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol, n-hexanethiol, octanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, and octadecanethiol.

合成された量子ドットは、通常は、未反応原料を始めとする不純物を含んでいる。発光層に余分な原料成分を含むと電荷輸送を阻害することから、精製処理を施して余分な原料成分を除去することが好ましい。このときの精製方法としては、沈殿・再分散を利用した方法が挙げられる。これは量子ドット分散液に量子ドットを分散させない溶媒(貧溶媒)を加えて、量子ドットを沈殿させて回収し、目的の溶媒に再分散させる方法である。極性の小さい有機溶媒に分散している量子ドットに対しては、一般的に貧溶媒として極性の大きいアルコール等の溶媒を加えて沈殿を得る。 The synthesized quantum dots usually contain impurities, including unreacted raw materials. If the light-emitting layer contains excess raw material components, it will inhibit charge transport, so it is preferable to remove the excess raw material components by a purification process. One purification method used in this case is a method that uses precipitation and redispersion. This method involves adding a solvent (poor solvent) that does not disperse quantum dots to the quantum dot dispersion liquid, precipitating the quantum dots, recovering them, and redispersing them in the desired solvent. For quantum dots dispersed in an organic solvent with low polarity, a solvent with high polarity such as alcohol is generally added as a poor solvent to obtain a precipitate.

上述した量子ドットとしては、コアを構成する化合物半導体が、銀と、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含み、シェルを構成する化合物半導体が、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含む量子ドットが特に好ましい。この場合、コアと、シェルとの連続的な結晶成長を促進でき、色純度の更に高い光を発することができる。 As the above-mentioned quantum dots, quantum dots in which the compound semiconductor constituting the core contains silver, indium and/or gallium, and sulfur, and the compound semiconductor constituting the shell contains indium and/or gallium, and sulfur, are particularly preferred. In this case, continuous crystal growth of the core and shell can be promoted, and light with even higher color purity can be emitted.

前記発光層50は、上述の量子ドットと共に、電子輸送材料を含み、発光層50が電子輸送材料を含むことで、ELスペクトルに見られる欠陥発光を抑制できる。前記電子輸送材料は、例えば、前記量子ドットと混合され、発光層50において、量子ドットの隙間を埋める形で存在する。該電子輸送材料は、量子ドットと混合して使用する場合は、量子ドットの分散液に溶解する材料であることが好ましい。該電子輸送材料としては、有機溶媒への溶解性を有し、且つ電子輸送性を有する無機材料あるいは有機材料を好適に用いることができる。該電子輸送材料は、好ましくは電子輸送性の有機材料であり、電子輸送性の有機材料としては、例えば、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、イミダゾール誘導体、トリアゾール誘導体等が挙げられる。また、該電子輸送材料としては、上記の「電子輸送層」の項で説明したような、含窒素複素環を含む低分子材料あるいは高分子材料が好ましく、上記一般式(1)に示すような含窒素複素環を含む低分子材料あるいは高分子材料が更に好ましい。発光層50に用いる好適な電子輸送材料として、具体的には、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(BCP)、1,3,5-トリス(N-フェニルベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン(TPBI)、3-フェニル-4-(1’-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール(TAZ)、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(Bphen)、1,3,5-トリ(m-ピリド-3-イル-フェニル)ベンゼン(TmPyPB)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、量子ドット発光素子のELスペクトルに見られる欠陥発光を抑制する効果、及び素子特性の観点から、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)が好ましい。 The light-emitting layer 50 contains an electron transport material together with the quantum dots, and the light-emitting layer 50 contains the electron transport material, which can suppress defective emission seen in the EL spectrum. The electron transport material is, for example, mixed with the quantum dots and exists in the light-emitting layer 50 in a form that fills the gaps between the quantum dots. When the electron transport material is used by mixing with the quantum dots, it is preferable that the material is a material that dissolves in the dispersion liquid of the quantum dots. As the electron transport material, an inorganic material or an organic material that is soluble in an organic solvent and has electron transport properties can be suitably used. The electron transport material is preferably an organic material with electron transport properties, and examples of the organic material with electron transport properties include pyridine derivatives, phenanthroline derivatives, imidazole derivatives, and triazole derivatives. In addition, as the electron transport material, a low molecular weight material or a high molecular weight material containing a nitrogen-containing heterocycle as described in the above "electron transport layer" section is preferable, and a low molecular weight material or a high molecular weight material containing a nitrogen-containing heterocycle as shown in the above general formula (1) is more preferable. Specific examples of suitable electron transport materials for use in the light-emitting layer 50 include tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene (TPBI), 3-phenyl-4-(1'-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole (TAZ), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen), and 1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene (TmPyPB), and these may be used alone or in combination. Among these, tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB) is preferred from the viewpoint of the effect of suppressing defective emission seen in the EL spectrum of quantum dot light-emitting devices and the device characteristics.

また、前記電子輸送材料の添加量は、前記量子ドットに対して質量比で0.05~10の範囲が好ましく、0.5~3の範囲が更に好ましい。量子ドットと電子輸送材料との質量比が上記の範囲内であれば、ELスペクトルに見られる欠陥発光を抑制する効果が更に大きくなる。 The amount of the electron transport material added is preferably in the range of 0.05 to 10 in terms of mass ratio to the quantum dots, and more preferably in the range of 0.5 to 3. If the mass ratio of the quantum dots to the electron transport material is within the above range, the effect of suppressing defective emission seen in the EL spectrum is further increased.

発光層50の成膜方法としては、特に限定されないが、量子ドットを有機溶媒や水に溶解させた溶液を調製し、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等によって成膜することができる。このとき、赤、緑、青に発光する材料を微細に塗分けすることで、カラー表示が可能な表示装置の画素とすることができる。
前記発光層50の平均厚さは、特に限定されるものではないが、5~200nmが好ましく、10~50nmが更に好ましい。
The method for forming the light-emitting layer 50 is not particularly limited, but a solution of quantum dots dissolved in an organic solvent or water can be prepared, and the layer can be formed by a spin coating method, an inkjet method, a printing method, etc. In this case, materials that emit red, green, and blue light can be finely coated separately to form pixels of a display device capable of color display.
The average thickness of the light-emitting layer 50 is not particularly limited, but is preferably 5 to 200 nm, and more preferably 10 to 50 nm.

<正孔輸送層>
前記正孔輸送層60は、陽極80から注入した正孔を発光層50まで輸送するために用いる。正孔輸送層60を構成する材料としては、正孔輸送性の無機材料あるいは有機材料を用いることができる。正孔輸送層60を構成する材料は、好ましくは正孔輸送性の有機材料である。正孔輸送性の有機材料としては、低分子材料、高分子材料のいずれも用いることができる。正孔輸送層60を構成する材料としては、例えば、4,4’,4”-トリス(カルバゾール-9-イル)トリフェニルアミン(TCTA)、2,2’-ビス(N-カルバゾール)-9,9’-スピロビフルオレン(CFL)、4,4’-ビス(カルバゾール-9-イル)ビフェニル(CBP)、4,4’,4”-トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N’,N’-テトラフェニル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン、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(TPD1)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス(4-メトキシフェニル)-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン(TPD2)、N,N,N’,N’-テトラキス(4-メトキシフェニル)-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン(TPD3)、N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン(α-NPD)、4,4’,4”-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m-MTDATA)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔輸送性の観点から、4,4’,4”-トリス(カルバゾール-9-イル)トリフェニルアミン(TCTA)が好ましい。
前記正孔輸送層60の平均厚さは、特に限定されるものではないが、10~500nmであることが好ましく、20~100nmが更に好ましい。
<Hole transport layer>
The hole transport layer 60 is used to transport holes injected from the anode 80 to the light emitting layer 50. As a material constituting the hole transport layer 60, an inorganic material or an organic material having a hole transporting property can be used. As a material constituting the hole transport layer 60, an organic material having a hole transporting property is preferably used. As the organic material having a hole transporting property, either a low molecular weight material or a high molecular weight material can be used. Examples of materials constituting the hole transport layer 60 include 4,4',4"-tris(carbazol-9-yl)triphenylamine (TCTA), 2,2'-bis(N-carbazole)-9,9'-spirobifluorene (CFL), 4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP), 4,4',4"-trimethyltriphenylamine, N,N,N',N'-tetraphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine, N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD1), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(4-methoxyphenyl)- Examples of the compound include 1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD2), N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD3), N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (α-NPD), and 4,4',4"-tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine (m-MTDATA). One or more of these compounds may be used. Among these compounds, 4,4',4"-tris(carbazol-9-yl)triphenylamine (TCTA) is preferred from the viewpoint of hole transport properties.
The average thickness of the hole transport layer 60 is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 20 to 100 nm.

<正孔注入層>
前記正孔注入層70は、陽極80からの正孔注入を容易にする目的で用いる。正孔注入層70の材料としては、無機材料、有機材料のいずれも用いることができる。無機材料としては、酸化モリブデン(MoO)、酸化バナジウム(V)、酸化ルテニウム(RuO)、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等が挙げられる。また、有機材料としては、低分子材料、高分子材料のいずれも用いることができるが、高分子材料の例としては、PEDOT:PSS等が挙げられる。なお、PEDOTは、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)を示し、PSSは、ポリ(スチレンスルホン酸)を示す。正孔注入層70には、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔注入層70に用いる材料としては、正孔注入性の観点から、酸化モリブデンが好ましい。
前記正孔注入層70の平均厚さは、特に限定されるものではないが、1~500nmが好ましく、3~50nmが更に好ましい。
<Hole injection layer>
The hole injection layer 70 is used for the purpose of facilitating hole injection from the anode 80. As the material of the hole injection layer 70, either an inorganic material or an organic material can be used. As the inorganic material, molybdenum oxide (MoO 3 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), rhenium oxide, tungsten oxide, manganese oxide, etc. can be used. As the organic material, either a low molecular weight material or a high molecular weight material can be used, and examples of the high molecular weight material include PEDOT:PSS, etc. Note that PEDOT indicates poly(3,4-ethylenedioxythiophene), and PSS indicates poly(styrenesulfonic acid). One or more of these materials can be used for the hole injection layer 70. Among these, molybdenum oxide is preferable as the material used for the hole injection layer 70 from the viewpoint of hole injection properties.
The average thickness of the hole injection layer 70 is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 nm, and more preferably 3 to 50 nm.

<陽極>
前記陽極80は、前記基板20側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、金属の薄膜を用いることができる。ここで、陽極80の材料としては、仕事関数が比較的大きい金属が好ましい。仕事関数の大きい金属を用いることにより、陽極80から有機層への正孔注入障壁を低くすることができ、正孔を注入させ易くすることができる。陽極80に用いる金属材料としては、特に限定されないが、Al、Au、Pt、Ni、W、Cr、Mo、Fe、Co、Cu等が挙げられ、Alを用いることが好ましい。
前記基板20や下部の陰極30が透明でない場合には、上部電極となる陽極80は、透明電極とする。ここで、該透明電極の材料としては、特に限定されないが、例えば、インジウム-錫-酸化物(ITO)、インジウム-亜鉛-酸化物(IZO)等の導電性透明酸化物を用いることができる。
前記陽極80の平均厚さは、特に限定されるものではないが、10~500nmが好ましく、30~150nmが更に好ましい。
<Anode>
In the case of a bottom emission type element that extracts light from the substrate 20 side, the anode 80 can be a thin metal film. Here, a metal having a relatively large work function is preferable as the material of the anode 80. By using a metal having a large work function, it is possible to lower the hole injection barrier from the anode 80 to the organic layer, and it is possible to easily inject holes. The metal material used for the anode 80 is not particularly limited, but examples thereof include Al, Au, Pt, Ni, W, Cr, Mo, Fe, Co, and Cu, and it is preferable to use Al.
When the substrate 20 or the lower cathode 30 is not transparent, the anode 80 serving as the upper electrode is made a transparent electrode. The material of the transparent electrode is not particularly limited, but may be, for example, a conductive transparent oxide such as indium-tin-oxide (ITO) or indium-zinc-oxide (IZO).
The average thickness of the anode 80 is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 30 to 150 nm.

上述した電子注入層40、正孔輸送層60、正孔注入層70は、省略することも可能であり、また、それぞれの層が複数の役割を受け持つ構造となっていてもよい。例えば、一つの層で、正孔注入層と正孔輸送層を兼用したりすることも可能である。 The above-mentioned electron injection layer 40, hole transport layer 60, and hole injection layer 70 may be omitted, or each layer may have a structure in which it plays multiple roles. For example, one layer may function as both a hole injection layer and a hole transport layer.

<各層の形成方法>
前記陰極30、電子注入層40、電子輸送層、発光層50、正孔輸送層60、正孔注入層70、陽極80の形成方法は、特に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム法、スパッタリング法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の方法を用いることができる。また、これらの方法を用いて、陰極30、電子注入層40、電子輸送層、発光層50、正孔輸送層60、正孔注入層70、陽極80の厚さを、目的に応じて適宜調整することができる。また、これらの方法は、各層の材料の特性に応じて選択するのが好ましく、層ごとに作製方法が異なっていてもよい。
<Method of forming each layer>
The method for forming the cathode 30, the electron injection layer 40, the electron transport layer, the light emitting layer 50, the hole transport layer 60, the hole injection layer 70, and the anode 80 is not particularly limited, and methods such as a vacuum deposition method, an electron beam method, a sputtering method, a spin coating method, an inkjet method, and a printing method can be used. Furthermore, by using these methods, the thicknesses of the cathode 30, the electron injection layer 40, the electron transport layer, the light emitting layer 50, the hole transport layer 60, the hole injection layer 70, and the anode 80 can be appropriately adjusted according to the purpose. Furthermore, it is preferable to select these methods according to the characteristics of the material of each layer, and the manufacturing method may be different for each layer.

<用途>
本発明の量子ドット発光素子は、後述する表示装置を始め、照明機器、バックライト、電子写真、照明光源、露出光源、標識、看板、インテリア等にも利用できる。
<Applications>
The quantum dot light-emitting device of the present invention can be used in display devices described below as well as lighting equipment, backlights, electrophotography, illumination light sources, exposure light sources, signs, billboards, interior decorations, and the like.

<<表示装置>>
本発明の表示装置は、上述の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする。本発明の表示装置は、上述した低毒性としつつ、色純度の高い光を発することが可能な量子ドット発光素子を具えるため、低毒性としつつ、広色域表示が可能である。本発明の表示装置は、上述した量子ドット発光素子の他に、表示装置に一般に用いられる他の部品を具えることができる。
<<Display Device>>
The display device of the present invention is characterized by comprising the quantum dot light-emitting element described above. The display device of the present invention comprises the quantum dot light-emitting element capable of emitting light with high color purity while being low-toxic, and therefore is capable of displaying a wide color gamut while being low-toxic. In addition to the quantum dot light-emitting element described above, the display device of the present invention can comprise other components that are generally used in display devices.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
<量子ドット(AgInS/GaS)の合成>
本発明に従う、多元系コアシェル型量子ドット(AgInS/GaS)を以下の方法で合成した。
酢酸銀(AgOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))をそれぞれ0.4mmol、チオ尿素を0.8mmol、35.8mmolのn-テトラデシルアミン、および0.2mLの1-ドデカンチオールを、二つ口フラスコに入れ、真空脱気(常温にて3min)した後、Ar雰囲気下にて、5℃/minの昇温速度で、150℃に達するまで昇温した。得られた懸濁液を放冷し、90℃を下回ったあたりで少量のヘキサンを加えた後、遠心分離(半径150mm、4000rpm、10分間)に付し、上澄みである濃い赤色の溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)に付し、沈殿物を常温で真空乾燥し、半導体ナノ粒子(一次半導体ナノ粒子)を得た。
一次半導体ナノ粒子をコアとして、これらのうち、ナノ粒子としての物質量で30nmolを、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))0.1mmolと、硫黄0.15mmolと、n-テトラデシルアミン36.48mmolとを、フラスコに入れて、10℃/minの昇温速度で260℃まで加熱し、260℃にて50分間保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得て、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに再分散した。
Example 1
<Synthesis of quantum dots (AgInS/GaS)>
Multi-element core-shell quantum dots (AgInS/GaS) according to the present invention were synthesized by the following method.
0.4 mmol of silver acetate (AgOAc), 0.8 mmol of thiourea, 35.8 mmol of n-tetradecylamine, and 0.2 mL of 1-dodecanethiol were placed in a two-neck flask, and after vacuum degassing ( 3 min at room temperature), the temperature was raised to 150° C. at a heating rate of 5° C./min under an Ar atmosphere. The resulting suspension was allowed to cool, and when the temperature fell below 90° C., a small amount of hexane was added, followed by centrifugation (radius 150 mm, 4000 rpm, 10 min), and the supernatant dark red solution was taken out. Methanol was added to this until nanoparticles precipitated, and the mixture was centrifuged (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 min), and the precipitate was vacuum dried at room temperature to obtain semiconductor nanoparticles (primary semiconductor nanoparticles).
Using the primary semiconductor nanoparticles as the core, 30 nmol of the nanoparticles, 0.1 mmol of gallium acetylacetonate (Ga(acac) 3 ), 0.15 mmol of sulfur, and 36.48 mmol of n-tetradecylamine were placed in a flask, heated to 260° C. at a heating rate of 10° C./min, and held at 260° C. for 50 minutes, after which the heating source was turned off and the solution was allowed to cool. Methanol was then added to the solution to obtain a precipitate of semiconductor nanoparticles with a core-shell structure, and the solid component was collected by centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 minutes). This was redispersed in chloroform.

<フォトルミネッセンス特性>
合成した量子ドット(AgInS/GaS)のクロロホルム分散液のフォトルミネッセンス(PL)特性を評価したところ、半値幅45nm、ピーク波長560nmの高色純度黄色発光が得られた。そのPLスペクトルを図2(a)に示す。PLスペクトルのピークに対する波長700nmの成分の強度比は0.015であり、欠陥発光成分は極めて小さく抑えられていた。
<Photoluminescence properties>
When the photoluminescence (PL) characteristics of the synthesized quantum dots (AgInS/GaS) dispersed in chloroform were evaluated, high-color purity yellow light emission with a half-width of 45 nm and a peak wavelength of 560 nm was obtained. The PL spectrum is shown in Figure 2(a). The intensity ratio of the 700 nm component to the PL spectrum peak was 0.015, and the defect emission component was extremely small.

<量子ドット発光素子の作製>
図1に示す構造の本発明に従う量子ドット発光素子を次のようにして作製した。
まず、ガラス基板20にITOからなる陰極30(厚さ:100nm)を形成し、これを複数のライン状にパターニングした。
次に、電子注入層40として、酸化亜鉛(ZnO)ナノ粒子をスピンコートにより成膜した(厚さ:30nm)。
次に、下記式(2):

Figure 0007469891000002
で示される構造式を有する、含窒素複素環を含む電子輸送材料[トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)]と、本発明に従う量子ドット(AgInS/GaS)との混合クロロホルム溶液をスピンコートすることにより、電子輸送材料と量子ドットとからなる発光層50(電子輸送材料の添加量に応じて厚さ:10-50nm)を形成した。この際、電子輸送材料の添加量を量子ドットに対する質量比で0.33、2.0に調整して、組成が異なる発光層を、それぞれ成膜した。なお、各発光層50において、量子ドットの分量を固定して、電子輸送材料の添加量を変化させて組成を変化させた。具体的には、電子輸送材料の添加量を量子ドットに対する質量比で0.33とした例では、発光層の厚さは20nmであり、電子輸送材料の添加量を量子ドットに対する質量比で2.0とした例では、発光層の厚さは50nmであり、後述する比較例1のように、電子輸送材料の添加量を量子ドットに対する質量比で0.0とした例では、発光層の厚さは10nmである。
次に、基板を真空蒸着装置に入れ、真空蒸着法により、正孔輸送層60として、下記式(3):
Figure 0007469891000003
で示される構造式を有する材料[4,4’,4”-トリス(カルバゾール-9-イル)トリフェニルアミン(TCTA)]を40nm、正孔注入層70として酸化モリブデン(MoO)を10nm、陽極80としてAlを80nm、順次成膜した。
なお、図1には示していないが、量子ドット発光素子は、窒素ガスで満たされたグローブボックス中で、封止用ガラスの周縁部に紫外線硬化樹脂を塗布した後、量子ドット発光素子を形成した前記基板の周縁部に貼り合せて、封止を行った。 <Fabrication of quantum dot light-emitting device>
A quantum dot light-emitting device according to the present invention having the structure shown in FIG. 1 was fabricated as follows.
First, a cathode 30 (thickness: 100 nm) made of ITO was formed on a glass substrate 20, and then patterned into a plurality of lines.
Next, zinc oxide (ZnO) nanoparticles were spin-coated to form a film (thickness: 30 nm) as the electron injection layer 40 .
Next, the following formula (2):
Figure 0007469891000002
A light-emitting layer 50 (thickness: 10-50 nm depending on the amount of electron transport material added) consisting of the electron transport material and the quantum dots was formed by spin-coating a mixed chloroform solution of an electron transport material [tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB)] having a structural formula represented by the formula: and quantum dots (AgInS/GaS) according to the present invention. At this time, the amount of the electron transport material added was adjusted to 0.33 and 2.0 in mass ratio to the quantum dots, and light-emitting layers with different compositions were formed. In each light-emitting layer 50, the amount of the quantum dots was fixed, and the amount of the electron transport material added was changed to change the composition. Specifically, in an example in which the amount of electron transport material added is 0.33 in terms of mass ratio to the quantum dots, the thickness of the light-emitting layer is 20 nm, in an example in which the amount of electron transport material added is 2.0 in terms of mass ratio to the quantum dots, the thickness of the light-emitting layer is 50 nm, and in an example in which the amount of electron transport material added is 0.0 in terms of mass ratio to the quantum dots as in Comparative Example 1 described below, the thickness of the light-emitting layer is 10 nm.
Next, the substrate is placed in a vacuum deposition apparatus, and a compound represented by the following formula (3):
Figure 0007469891000003
A material having a structural formula represented by the formula: [4,4′,4″-tris(carbazol-9-yl)triphenylamine (TCTA)] was deposited to a thickness of 40 nm, a hole injection layer 70 of molybdenum oxide (MoO 3 ) was deposited to a thickness of 10 nm, and an anode 80 of Al was deposited to a thickness of 80 nm.
Although not shown in FIG. 1, the quantum dot light-emitting element was sealed in a glove box filled with nitrogen gas by applying an ultraviolet curing resin to the periphery of a sealing glass, which was then bonded to the periphery of the substrate on which the quantum dot light-emitting element was formed.

<量子ドット発光素子の特性評価>
上記の量子ドット発光素子のITO陰極30側に負、Al陽極80側に正となるように電圧を印加して、電流-電圧-輝度特性を測定し、電界発光(EL)スペクトルを観測した。ELスペクトルを図3(a)に示す(なお、図3(a)には、後述の比較例1の結果も含まれている)。
電子輸送材料の添加量に関わらず、半値幅45nm、ピーク波長570nmのバンド端発光が得られた。一方、欠陥発光成分は電子輸送材料の添加量に依存して異なり、ELスペクトルのバンド端発光成分のピークに対する波長700nmの成分の強度比は、電子輸送材料の添加によって、強度比0.16(添加量:0.33)、強度比0.12(添加量:2.0)と添加量に応じて欠陥発光強度を抑えられた。
<Characteristics evaluation of quantum dot light-emitting devices>
A voltage was applied to the ITO cathode 30 side of the quantum dot light-emitting device so that it was negative and to the Al anode 80 side so that it was positive, and the current-voltage-luminance characteristics were measured, and an electroluminescence (EL) spectrum was observed. The EL spectrum is shown in Fig. 3(a) (note that Fig. 3(a) also includes the results of Comparative Example 1 described below).
Regardless of the amount of electron transport material added, band edge emission with a half width of 45 nm and a peak wavelength of 570 nm was obtained. On the other hand, the defect emission component differed depending on the amount of electron transport material added, and the intensity ratio of the 700 nm wavelength component to the peak of the band edge emission component in the EL spectrum was 0.16 (addition amount: 0.33) and 0.12 (addition amount: 2.0) by adding the electron transport material, and the defect emission intensity was suppressed depending on the amount added.

(比較例1)
実施例1で合成した多元系コアシェル型量子ドット(AgInS/GaS)を用いて、発光層50に電子輸送材料を含んでいないこと以外は、実施例1と同様にして、量子ドット発光素子を作製した。
作製した量子ドット発光素子に対して、実施例1と同様に電流-電圧-輝度特性を測定し、電界発光(EL)スペクトルを観測した。ELスペクトルを図3(a)に示す(電子輸送材料添加量:0)。
ELスペクトルのバンド端発光成分のピークに対する波長700nmの成分の強度比は、電子輸送材料を添加したEL素子と比べて大きく、強度比0.29という大きな欠陥発光成分が生じた。
(Comparative Example 1)
A quantum dot light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1, using the multi-component core-shell quantum dots (AgInS/GaS) synthesized in Example 1, except that the light-emitting layer 50 did not contain an electron transport material.
The current-voltage-luminance characteristics of the fabricated quantum dot light-emitting device were measured, and the electroluminescence (EL) spectrum was observed in the same manner as in Example 1. The EL spectrum is shown in Figure 3(a) (electron transport material added amount: 0).
The intensity ratio of the 700 nm wavelength component to the peak of the band edge emission component in the EL spectrum was larger than that of the EL element to which the electron transport material was added, and a large defective emission component with an intensity ratio of 0.29 was generated.

(実施例2)
<量子ドット(AgInGaS/GaS)の合成>
本発明に従う、多元系コアシェル型量子ドット(AgInGaS/GaS)を以下の方法で合成した。
0.083mmolの酢酸銀(AgOAc)、0.050mmolのアセチルアセトナートインジウム(In(CHCOCHCOCH;In(AcAc))、0.075mmolのアセチルアセトナートガリウム(Ga(CHCOCHCOCH;Ga(AcAc))および硫黄源として0.229mmolの硫黄を、0.25cmの1-ドデカンチオールと2.75cmのオレイルアミンの混合液に投入して分散させた。分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、300℃で10分の加熱処理を実施した。加熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径150mm、4000rpm、5分間)に付し、上澄みである分散液を取り出した。これに半導体ナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子コア分散液を得た。
Example 2
<Synthesis of quantum dots (AgInGaS/GaS)>
Multi-element core-shell quantum dots (AgInGaS/GaS) according to the present invention were synthesized by the following method.
0.083 mmol of silver acetate (AgOAc), 0.050 mmol of indium acetylacetonate (In(CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 ; In(AcAc) 3 ), 0.075 mmol of gallium acetylacetonate (Ga(CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 ; Ga(AcAc) 3 ), and 0.229 mmol of sulfur as a sulfur source were added and dispersed in a mixture of 0.25 cm 3 of 1-dodecanethiol and 2.75 cm 3 of oleylamine. The dispersion was placed in a test tube together with a stirrer, and after nitrogen replacement, a heat treatment was performed at 300° C. for 10 minutes while stirring the contents in the test tube under a nitrogen atmosphere. After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool and then centrifuged (radius 150 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to remove the supernatant dispersion. Methanol was added to the mixture until the semiconductor nanoparticles precipitated, and the mixture was centrifuged (radius 150 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle core dispersion.

得られた半導体ナノ粒子コアの分散液のうち、ナノ粒子としての物質量(粒子数)で1.0×10-5mmolを量りとり、試験管内で溶媒を蒸発させた。5.33×10-5molのGa(AcAc)(19.3mg)とチオ尿素(4.06mg)を3.0mLのオレイルアミンに分散させた分散液を得、これを窒素雰囲気下で300℃、15分間撹拌した。加熱源から取り出し、常温まで放冷し、遠心分離(半径150mm、4000rpm、5分間)し、上澄み部分と沈殿部分とに分けた。その後、上澄み部分にメタノールを加えて、コアシェル型半導体ナノ粒子の析出物を得た後、遠心分離(半径150mm、4000rpm、5分間)により固体成分を回収した。さらにエタノールを加えて同様に遠心分離し、クロロホルムに分散した。 Of the obtained dispersion of semiconductor nanoparticle cores, 1.0×10 −5 mmol of nanoparticle substance (number of particles) was weighed out, and the solvent was evaporated in a test tube. A dispersion of 5.33×10 −5 mol of Ga(AcAc) 3 (19.3 mg) and thiourea (4.06 mg) dispersed in 3.0 mL of oleylamine was obtained, and this was stirred at 300° C. for 15 minutes under a nitrogen atmosphere. The mixture was removed from the heating source, allowed to cool to room temperature, and centrifuged (radius 150 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to separate into a supernatant and a precipitate. Methanol was then added to the supernatant to obtain a precipitate of core-shell type semiconductor nanoparticles, and the solid components were then collected by centrifugation (radius 150 mm, 4000 rpm, 5 minutes). Ethanol was further added, centrifuged in the same manner, and dispersed in chloroform.

<フォトルミネッセンス特性>
合成した量子ドット(AgInGaS/GaS)のクロロホルム分散液のフォトルミネッセンス(PL)特性を評価したところ、半値幅41nm、ピーク波長515nmの黄緑色発光が得られた。そのPLスペクトルを図2(b)に示す。PLスペクトルのピークに対する波長650nmの成分の強度比は0.08であり、一定量の欠陥発光成分を含んだPLスペクトルとなった。
<Photoluminescence properties>
The photoluminescence (PL) characteristics of the synthesized quantum dots (AgInGaS/GaS) dispersed in chloroform were evaluated, and yellow-green light emission with a half-width of 41 nm and a peak wavelength of 515 nm was obtained. The PL spectrum is shown in Figure 2(b). The intensity ratio of the 650 nm component to the PL spectrum peak was 0.08, and the PL spectrum contained a certain amount of defect emission components.

<量子ドット発光素子の作製>
発光層50の量子ドットとして、AgInGaS/GaSからなる量子ドットを用いたこと以外は、実施例1と同じ方法で量子ドット発光素子を作製した。
<Fabrication of quantum dot light-emitting device>
A quantum dot light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that quantum dots made of AgInGaS/GaS were used as the quantum dots in the light-emitting layer 50 .

<量子ドット発光素子の特性評価>
上記の量子ドット発光素子のITO陰極30側に負、Al陽極80側に正となるように電圧を印加して、電流-電圧-輝度特性を測定し、電界発光(EL)スペクトルを観測した。ELスペクトルを図3(b)に示す(なお、図3(b)には、後述の比較例2の結果も含まれている)。電子輸送材料の添加量に関わらず、半値幅46nm程度、ピーク波長518nm付近にバンド端発光が得られた。一方、欠陥発光成分は電子輸送材料の添加量に依存して異なり、ELスペクトルのバンド端発光成分のピークに対する波長650nmの成分の強度比は、電子輸送材料の添加によって、強度比0.80(添加量:0.33)、強度比0.34(添加量:2.0)と添加量に応じて欠陥発光強度を抑えられた。
<Characteristics evaluation of quantum dot light-emitting devices>
A voltage was applied to the ITO cathode 30 side of the quantum dot light-emitting device so that it was negative and to the Al anode 80 side so that it was positive, and the current-voltage-luminance characteristics were measured, and the electroluminescence (EL) spectrum was observed. The EL spectrum is shown in FIG. 3(b) (note that FIG. 3(b) also includes the results of Comparative Example 2 described later). Regardless of the amount of electron transport material added, band edge emission was obtained with a half width of about 46 nm and a peak wavelength of about 518 nm. On the other hand, the defect emission component differed depending on the amount of electron transport material added, and the intensity ratio of the component with a wavelength of 650 nm to the peak of the band edge emission component of the EL spectrum was suppressed by the addition of the electron transport material, with the defect emission intensity being suppressed according to the amount added, with the intensity ratio being 0.80 (amount added: 0.33) and the intensity ratio being 0.34 (amount added: 2.0).

(比較例2)
実施例2で合成した多元系コアシェル型量子ドット(AgInGaS/GaS)を用いて、発光層50に電子輸送材料を含んでいないこと以外は、実施例2と同様にして、量子ドット発光素子を作製した。
作製した量子ドット発光素子に対して、実施例2と同様に電流-電圧-輝度特性を測定し、電界発光(EL)スペクトルを観測した。ELスペクトルを図3(b)に示す(電子輸送材料添加量:0)。
ELスペクトルのバンド端発光成分のピークに対する波長650nmの成分の強度比は、電子輸送材料を添加したEL素子と比べて大きく、強度比1.72という大きな欠陥発光成分が生じた。
(Comparative Example 2)
A quantum dot light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 2, using the multi-component core-shell quantum dots (AgInGaS/GaS) synthesized in Example 2, except that the light-emitting layer 50 did not contain an electron transport material.
The current-voltage-luminance characteristics of the fabricated quantum dot light-emitting device were measured, and the electroluminescence (EL) spectrum was observed in the same manner as in Example 2. The EL spectrum is shown in Figure 3(b) (electron transport material added amount: 0).
The intensity ratio of the 650 nm wavelength component to the peak of the band edge emission component in the EL spectrum was larger than that of the EL element to which the electron transport material was added, and a large defective emission component with an intensity ratio of 1.72 was generated.

以上の実施例1、比較例1、実施例2及び比較例2のフォトルミネッセンス(PL)及びエレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルの結果を表1に示す。 The photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) spectrum results for Example 1, Comparative Example 1, Example 2, and Comparative Example 2 are shown in Table 1.

Figure 0007469891000004
Figure 0007469891000004

上記の実施例の結果から、第11族元素-第13族元素-第16族元素からなる多元系の量子ドットを用いた量子ドット発光素子において、発光層に、かかる量子ドットと共に電子輸送性の材料を含ませることで、ELスペクトルに現れる欠陥発光を抑制できることが示された。 The results of the above examples show that in quantum dot light-emitting devices using multi-element quantum dots consisting of Group 11 elements, Group 13 elements, and Group 16 elements, it is possible to suppress defective emission appearing in the EL spectrum by incorporating an electron transport material in the light-emitting layer together with the quantum dots.

本発明の量子ドット発光素子は、高色純度な発光を必要とする様々なデバイス、製品に応用することが可能であり、表示装置、照明機器、バックライト、電子写真、照明光源、露出光源、標識、看板、インテリア等に好適に使用できる。 The quantum dot light-emitting element of the present invention can be applied to various devices and products that require emission of high color purity, and can be suitably used in display devices, lighting equipment, backlights, electrophotography, illumination light sources, exposure light sources, signs, billboards, interior decoration, etc.

10:量子ドット発光素子
20:基板
30:陰極
40:電子注入層
50:発光層
60:正孔輸送層
70:正孔注入層
80:陽極
10: Quantum dot light-emitting element 20: Substrate 30: Cathode 40: Electron injection layer 50: Light-emitting layer 60: Hole transport layer 70: Hole injection layer 80: Anode

Claims (4)

陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、
前記発光層が、量子ドットと、電子輸送材料と、を含み、
前記量子ドットが、
第11族元素と、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるコアと、
前記コアの周りを覆い、第13族元素と、第16族元素と、を含む化合物半導体からなるシェルと、を具え
前記電子輸送材料の添加量が、前記量子ドットに対して質量比で0.05~10の範囲であることを特徴とする、量子ドット発光素子。
A quantum dot light-emitting device comprising a cathode, a light-emitting layer, and an anode, the light-emitting layer being located between the cathode and the anode,
the light-emitting layer comprises quantum dots and an electron transport material;
The quantum dots are
a core made of a compound semiconductor containing a Group 11 element, a Group 13 element, and a Group 16 element;
A shell that surrounds the core and is made of a compound semiconductor that contains a Group 13 element and a Group 16 element;
A quantum dot light-emitting device, characterized in that the amount of the electron transport material added is in the range of 0.05 to 10 in terms of mass ratio to the quantum dots .
前記量子ドットのコアを構成する化合物半導体が、銀と、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含み、
前記量子ドットのシェルを構成する化合物半導体が、インジウム及び/又はガリウムと、硫黄と、を含む、請求項1に記載の量子ドット発光素子。
the compound semiconductor constituting the core of the quantum dot contains silver, indium and/or gallium, and sulfur;
The quantum dot light-emitting device according to claim 1 , wherein the compound semiconductor constituting the shell of the quantum dot contains indium and/or gallium, and sulfur.
前記電子輸送材料が、トリス(2,4,6-トリメチル-3-(ピリジン-3-イル)フェニル)ボラン、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、1,3,5-トリス(N-フェニルベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン、3-フェニル-4-(1’-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、1,3,5-トリ(m-ピリド-3-イル-フェニル)ベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の量子ドット発光素子。 The quantum dot light-emitting device according to claim 1 or 2, wherein the electron transport material is at least one selected from the group consisting of tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, 1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene, 3-phenyl-4-(1'-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole, 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, and 1,3,5-tri(m-pyrid-3-yl-phenyl)benzene. 請求項1~3のいずれか1項に記載の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする、表示装置。 A display device comprising the quantum dot light-emitting element according to any one of claims 1 to 3.
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