WO2019049191A1 - 発光デバイス、発光デバイスの製造装置 - Google Patents

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時由 梅田
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久幸 内海
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device including a light emitting element including a quantum dot and an apparatus for manufacturing the light emitting device.
  • Patent Document 1 describes a light emitting element provided with a light emitting layer in which a material emitting thermally activated delayed fluorescence (TADF) and a material emitting fluorescence are mixed in order to increase the light emission efficiency.
  • TADF thermally activated delayed fluorescence
  • a singlet excited state of the TADF material is created by the reverse intersystem crossing from the triplet excited state of the TADF material. Thereafter, the singlet excited state of the TADF material is transitioned to the singlet excited state of the fluorescent material by Forster transition to generate fluorescence.
  • the energy gap between the triplet excitation level and the singlet excitation level of the TADF material is very small.
  • the triplet excited state of the TADF material is easily created by the intersystem crossing from the singlet excited state of the TADF material. In this state, Dexter transition from the triplet excited state of the TADF material to the triplet excited state of the fluorescent material may occur.
  • the deactivation process from the triplet excited state to the ground state of the fluorescent material is a non-emission process. For this reason, in the light emitting element of Patent Document 1, the light emission efficiency may be reduced.
  • a light emitting layer in which quantum dots and a light emitting body which is a phosphor or a phosphor are dispersed, a first electrode lower than the light emitting layer, and the light emitting layer
  • the light emitting device further includes a second electrode in an upper layer, wherein the emission spectrum of the quantum dot and the absorption spectrum of the light emitter overlap at least in part.
  • the light emission efficiency of the light emitter can be improved.
  • the direction from the light emitting layer of the light emitting device to the first electrode is referred to as “downward”, and the direction from the light emitting layer of the light emitting device to the second electrode is referred to as “upper direction”.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a light emitting device 2 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 2 has a structure in which each layer is stacked on an array substrate 3 on which a TFT (Thin Film Transistor) (not shown) is formed.
  • the first electrode 4 formed on the upper layer of the array substrate 3 is electrically connected to the TFT of the array substrate 3.
  • the light emitting device 2 includes a hole injection layer 6, a hole transport layer 8, a light emitting layer 10, an electron transport layer 12, an electron injection layer 14, and a second electrode 16 on the first electrode 4. It prepares from the lower layer in this order.
  • the first electrode 4 is an anode
  • the second electrode 16 is a cathode.
  • the light emitting layer 10 has a host 18, a quantum dot (semiconductor nanoparticle) 20, and a phosphor 22 as a light emitter.
  • the quantum dots 20 and the phosphors 22 are dispersed in the host 18.
  • the host 18 comprises a compound having the functions of injection and transport of holes and electrons.
  • the host 18 may comprise a photosensitive material.
  • the host 18 may further comprise a dispersion material not shown.
  • holes are injected from the first electrode 4 and electrons from the second electrode 16 toward the light emitting layer 10 by applying a potential difference between the first electrode 4 and the second electrode 16. Be done. As shown in (a) of FIG. 1, holes from the first electrode 4 reach the light emitting layer 10 through the hole injection layer 6 and the hole transport layer 8. Electrons from the second electrode 16 reach the light emitting layer 10 via the electron injection layer 14 and the electron transport layer 12.
  • the holes and electrons reaching the light emitting layer 10 are recombined in the quantum dot 20 through the host 18 to generate excitons.
  • the hole transportability of the hole injection layer 6 and the hole transport layer 8 and the electron transportability of the electron injection layer 14 and the electron transport layer 12 are such that excitons are generated in the light emitting layer 10. It is adjusted.
  • the quantum dot 20 has a valence band level and a conduction band level. When the quantum dot 20 is given energy from excitons generated by recombination of holes and electrons, excitons are excited from the valence band level of the quantum dot 20 to the conduction band level.
  • the quantum dot 20 may be, for example, a semiconductor nanoparticle having a core / shell structure, with CdSe in the core and ZnS in the shell.
  • the phosphor 22 has a ground level, a singlet excitation level, and a triplet excitation level, and excitons excited from the ground level to the singlet excitation level transition to the ground level. It is a fluorescent material that emits fluorescence at the same time.
  • FIG. 1B is a spectrum diagram showing an example of the fluorescence spectrum of the quantum dot 20 by a solid line and an example of an absorption spectrum of the phosphor 22 by a broken line.
  • the hatched portion in (b) of FIG. 1 indicates a portion where the fluorescence spectrum of the quantum dot 20 and the absorption spectrum of the phosphor 22 overlap.
  • the horizontal axis represents wavelength
  • the vertical axis represents normalized spectral intensity.
  • Each spectrum in (b) of FIG. 1 is normalized with the maximum intensity being 1.
  • FIG. 2 is a view for explaining the light emitting mechanism of the light emitting device 2 according to the present embodiment.
  • the left and right molecular orbital diagrams in FIG. 2 are diagrams showing the molecular orbitals of the quantum dot 20 and the fluorescent substance 22, respectively.
  • VB represents a valence band level
  • CB represents a conduction band level.
  • S0 represents a ground level
  • S1 represents a singlet excitation level
  • the triplet excitation level is not shown.
  • the conduction band level of the quantum dot 20 is higher than the singlet excitation level of the phosphor 22. This corresponds to the peak wavelength of the emission spectrum of the quantum dot 20 being shorter than the peak wavelength of the emission spectrum of the phosphor 22.
  • the light emitting mechanism of the light emitting device 2 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
  • excitons in the conduction band level of the quantum dot 20 transition to the singlet excitation level of the phosphor 22 by energy transfer by the Forster mechanism.
  • the Forster mechanism is a mechanism in which energy transfer occurs through the resonance phenomenon of dipole oscillation between the quantum dot 20 and the phosphor 22 in the present embodiment.
  • the energy transfer by the Forster mechanism does not require direct contact between the quantum dots 20 and the phosphors 22.
  • the rate constant of the Forster mechanism is k h * ⁇ g
  • k h * ⁇ g is expressed by the following equation (1).
  • ⁇ represents a frequency.
  • f ′ h ( ⁇ ) represents the normalized fluorescence spectrum of the quantum dot 20.
  • ⁇ g ( ⁇ ) represents the molar absorption coefficient of the phosphor 22.
  • N represents the Avogadro's number.
  • n represents the refractive index of the host 18.
  • R represents the intermolecular distance between the quantum dot 20 and the phosphor 22.
  • ⁇ represents the fluorescence lifetime of the excited state of the quantum dot 20 to be measured.
  • ⁇ represents the fluorescence quantum yield of the quantum dot 20.
  • the fluorescence spectrum of the quantum dot 20 in the present embodiment and the absorption spectrum of the phosphor 22 overlap at least in part. Therefore, the above-described energy transfer occurs between the quantum dots 20 and the phosphors 22 whose intermolecular distance is sufficiently close.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of the quantum dot 20 is included in the absorption spectrum of the phosphor 22.
  • the peak wavelength of the absorption spectrum of the phosphor 22 is included in the emission spectrum of the quantum dot 20. For this reason, the above-mentioned energy transfer occurs more dominantly.
  • the generated excitons move from the quantum dot 20 to the phosphor 22 by energy transfer of the Forster mechanism, and fluorescence is generated in the phosphor 22.
  • energy transfer from the quantum dots 20 to the phosphors 22 no Dexter transition that causes a non-emission process does not occur. For this reason, the light emitting device 2 according to the present embodiment can more efficiently obtain fluorescence from excitons that transfer energy to the phosphor 22.
  • quantum dots that emit short wavelength fluorescence in the violet or ultraviolet region are easier to synthesize than thermally activated delayed phosphors. That is, a quantum dot that efficiently transfers energy to a fluorescent material having a peak of the emission spectrum in the deep-blue region is easier to synthesize as compared with a thermally activated delayed phosphor. Therefore, the light emitting device 2 according to the present embodiment can be manufactured more easily than in the past, and the fluorescence in the deep-blue region can be efficiently obtained.
  • light in the violet region or ultraviolet region is light having an emission center wavelength in a wavelength band of 420 nm or less.
  • the concentration of the quantum dot 20 in the light emitting layer 10 is, for example, 0.1 mass percent to 1 mass percent. If the concentration of the quantum dots 20 is within the above range, the decrease in light emission efficiency due to the concentration disappearance can be reduced, and the generation of excitons in the dispersion material can be reduced.
  • the concentration of the phosphor 22 in the light emitting layer is 10% by mass to 30% by mass. If the concentration of the phosphors 22 is within the above range, the above-described energy transfer can be efficiently generated.
  • the light emitting layer 10 includes the phosphor 22 as a light emitter.
  • the present invention is not limited to this, and the light emitting layer 10 may include a phosphor that emits phosphorescence instead of the phosphor as a light emitter.
  • energy transfer occurs from the quantum dot to the phosphor by the Forster mechanism. Thereafter, due to the intersystem crossing, the excitons transition from the singlet excitation level to the triplet excitation level of the phosphor. Phosphorescence can be obtained from the phosphor when excitons transition from the triplet excitation level to the ground level of the phosphor. Therefore, even in the above configuration, it is possible to obtain phosphorescence in the deep-blue region more efficiently.
  • FIG. 3 is an enlarged top view and an enlarged sectional view of the light emitting device 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 3A is a view showing the top surface of the light emitting device 2 in the vicinity of the pixel, as seen through the electron transport layer 12, the electron injection layer 14, and the second electrode 16.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A.
  • the light emitting device 2 includes a plurality of pixel regions RP, GP, BP as compared with the previous embodiment.
  • the hole injection layer 6R, the hole transport layer 8R, and the light emitting layer 10R are sequentially formed from the lower side on the first electrode 4.
  • the hole injection layers 6G and 6B, the hole transport layers 8G and 8B, and the light emitting layers 10G and 10B are respectively formed in order from the lower side.
  • the light emitting device 2 further includes an edge cover 24.
  • the edge cover 24 has a plurality of openings and defines a plurality of pixel areas RP, GP and BP, respectively.
  • FIG. 4 is a view for explaining the relationship of the formation positions of the edge cover and the light emitting layer of the light emitting device 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 4A is an enlarged side sectional view of the pixel region RP in FIG.
  • FIG. 4B is a top view showing the opening of the edge cover and the formation position of the light emitting layer in the pixel region RP.
  • the edge cover 24 has an opening 26R and an upper end 28R in the pixel region RP.
  • the opening 26R is formed smaller than the upper end 28R, and the holes of the edge cover 24 are formed so as to gradually increase from the opening 26R to the upper end 28R.
  • the lower end 8 RE of the hole transport layer is larger than the opening 26 R of the edge cover 24. That is, the light emitting layer 10 above the hole transport layer 8 covers the opening 26 R of the edge cover 24. Further, the upper end 28 R of the edge cover 24 is above the upper end 10 RE of the light emitting layer 10. That is, the upper end 28 R of the edge cover 24 surrounds the periphery of the light emitting layer 10.
  • the light emitting layer 10 in the pixel region RP includes a host 18R, a quantum dot 20R, and a phosphor 22R.
  • the light emitting layer 10 includes the host 18G, the quantum dots 20G, and the phosphors 22G in the pixel region GP, and the host 18B, the quantum dots 20B, and the phosphors 22B in the pixel region BP.
  • the light emitting layer 10 in a part of pixel regions among the plurality of pixel regions RP, GP, BP has a phosphor different from that of the light emitting layer 10 in another different pixel region.
  • the light emitting layer 10 in the pixel region RP includes the phosphor 22R that emits red light as fluorescence.
  • the light emitting layer 10 in the pixel region GP includes a phosphor 22G that emits green light as fluorescence
  • the light emitting layer 10 in the pixel region BP includes a phosphor 22B that emits blue light as fluorescence.
  • blue light is light having an emission center wavelength in a wavelength band of 400 nm to 500 nm.
  • green light is light having an emission center wavelength in a wavelength band of more than 500 nm and 600 nm or less.
  • red light is light having an emission center wavelength in a wavelength band of more than 600 nm and 780 nm or less.
  • the light emitting layer 10 in a part of pixel regions among the plurality of pixel regions RP, GP, BP has a host or a quantum dot different from a host or a quantum dot which the light emitting layer 10 in another different pixel region has. It may be However, in the present embodiment, the hosts 18R ⁇ G ⁇ B and the quantum dots 20R ⁇ G ⁇ B in each pixel region may adopt the same members.
  • FIG. 5 is a spectrum diagram showing an example of the fluorescence spectrum of the quantum dot 20R by a solid line and an example of an absorption spectrum of the phosphor 22R by a broken line.
  • FIG. 6 is a spectrum diagram showing an example of the fluorescence spectrum of the quantum dot 20G by a solid line and an example of an absorption spectrum of the phosphor 22G by a broken line.
  • FIG. 7 is a spectrum diagram showing an example of the fluorescence spectrum of the quantum dot 20B by a solid line and an example of an absorption spectrum of the phosphor 22B by a broken line. Hatched portions in FIG. 5 to FIG. 7 indicate portions where the fluorescence spectra of the respective quantum dots and the absorption spectra of the respective phosphors overlap. Each spectrum in FIGS. 5 to 7 is normalized with the maximum intensity being 1.
  • the quantum dots 20R are CdSe-ZnS quantum dots manufactured by Mesolight.
  • the quantum dot 20G is a CdSe quantum dot manufactured by Sigma Aldrich.
  • the quantum dots 20B are ZnSe-ZnS quantum dots manufactured by Sigma Aldrich.
  • the light emitting device 2 according to the present embodiment emits fluorescence by the same light emitting mechanism as the light emitting device 2 according to the previous embodiment. For this reason, also in the present embodiment, as in the previous embodiment, the light emitting device 2 capable of efficiently obtaining fluorescence from the phosphor can be obtained.
  • the light emitting layer 10 in the pixel region RP ⁇ GP may be provided with a phosphor that emits phosphorescence instead of the phosphor as a light emitter. Also in this case, energy transfer by the Forster mechanism occurs from the quantum dots in the pixel region RP ⁇ GP to the phosphor.
  • a phosphor that emits red light and green light as phosphorescence is relatively easy to synthesize, and light emission can be efficiently obtained from excitons that are energy transferred from quantum dots.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a light emitting device manufacturing apparatus 30 according to each of the embodiments described above.
  • the light emitting device manufacturing apparatus 30 may include a controller 32 and a film forming apparatus 34.
  • the controller 32 may control the film forming apparatus 34.
  • the film forming apparatus 34 may form each layer of the light emitting device 2.
  • a light emitting device comprises a light emitting layer in which quantum dots and a light emitting material which is a phosphor or phosphor are dispersed, a first electrode under the light emitting layer, and a second electrode over the light emitting layer
  • the emission spectrum of the quantum dot and the absorption spectrum of the light emitter overlap at least in part.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of the quantum dot is shorter than the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitter.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of the quantum dot is included in the absorption spectrum of the light emitter.
  • the peak wavelength of the absorption spectrum of the light emitter is included in the emission spectrum of the quantum dot.
  • the concentration of the quantum dot in the light emitting layer is 10% by weight and 30% by weight.
  • the concentration of the light emitter in the light emitting layer is 0.1 weight percent to 1 weight percent.
  • the light emitting device further includes an edge cover having a plurality of openings and defining the light emitting layer in a plurality of pixel regions, and in each of the plurality of openings, the light emitting layer covers the opening and the upper end of the edge cover is The periphery of the light emitting layer is enclosed.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of at least a part of the quantum dots is included in the violet region or the ultraviolet region.
  • the light emitting layer comprises a photosensitive material, and the quantum dots and the light emitter are dispersed in the photosensitive material.
  • the apparatus for manufacturing a light emitting device includes: a light emitting layer in which a quantum dot; and a light emitter which is a phosphor or a phosphor in which at least a part of an absorption spectrum overlaps with a light emission spectrum of the quantum dot; A film forming apparatus is provided which forms a first electrode lower than the light emitting layer and a second electrode upper than the light emitting layer.

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Abstract

ｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域において発光スペクトルのピークを有する蛍光材料に、容易にエネルギー遷移を発生させ、発光の効率を改善させた発光デバイスを提供することを目的として、量子ドット（２０）と蛍光体または燐光体である発光体（２２）とが分散する発光層（１０）と、前記発光層（１０）よりも下層の第１電極（４）と、前記発光層（１０）よりも上層の第２電極（１６）とを備え、前記量子ドット（２０）の発光スペクトルと、前記発光体（２２）の吸収スペクトルとが少なくとも一部において重なる発光デバイス（２）を提供する。

Description

発光デバイス、発光デバイスの製造装置
　本発明は、量子ドットを含む発光素子を備えた発光デバイスおよび当該発光デバイスの製造装置に関する。
　特許文献１には、発光効率を高めるために、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ：Thermally activated delayed fluorescence）を発する材料と蛍光を発する材料とを混合した発光層を備えた発光素子が記載されている。
　特許文献１の発光素子においては、ＴＡＤＦ材料の三重項励起状態から逆項間交差により、ＴＡＤＦ材料の一重項励起状態を作り出す。その後、フェルスター遷移によって、ＴＡＤＦ材料の一重項励起状態を、蛍光材料の一重項励起状態に遷移させて、蛍光を発生させる。
日本国公開特許公報「特開２０１４－４５１７９号（２０１４年３月１３日公開）」
　ＴＡＤＦ材料の三重項励起準位と一重項励起準位とのエネルギーギャップは非常に小さい。このため、特許文献１の発光素子においては、ＴＡＤＦ材料の一重項励起状態から項間交差により、ＴＡＤＦ材料の三重項励起状態が容易に作り出される。この状態においては、ＴＡＤＦ材料の三重項励起状態から、蛍光材料の三重項励起状態へのデクスター遷移が発生しうる。蛍光材料の三重項励起状態から基底状態への失活過程は、非発光の過程である。このため、特許文献１の発光素子においては、発光効率が低下する可能性がある。
　また、紫領域のような短波長の領域に発光スペクトルのピーク波長を有し、量子効率のよいＴＡＤＦ材料を合成することは困難である。このため、ＴＡＤＦ材料から、ｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域において発光スペクトルのピークを有する蛍光材料へエネルギーを遷移させることは困難である。
　上記課題を解決するために、本発明の表示デバイスは、量子ドットと蛍光体または燐光体である発光体とが分散する発光層と、前記発光層よりも下層の第１電極と、前記発光層よりも上層の第２電極とを備えた発光デバイスであって、前記量子ドットの発光スペクトルと、前記発光体の吸収スペクトルとが少なくとも一部において重なる。
　上記構成により、発光体の発光の効率を向上させることができる。また、ｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域において発光スペクトルのピークを有する発光体に、エネルギー遷移を発生させることが、比較的容易となる。
本発明の実施形態１に係る発光デバイスの概略断面図と、当該発光デバイスの量子ドットの発光スペクトルと蛍光体の吸収スペクトルとの例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る発光デバイスにおける、量子ドットと蛍光体との分子軌道ダイヤグラムと、当該発光デバイスの発光機構を説明するための図である。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの概略上面図と概略断面図である。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの、エッジカバー、および発光層の形成位置の関係について説明するための概略上面図である。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの赤色画素領域における、量子ドットの発光スペクトルと蛍光体の吸収スペクトルとの例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの緑色画素領域における、量子ドットの発光スペクトルと蛍光体の吸収スペクトルとの例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの青色画素領域における、量子ドットの発光スペクトルと蛍光体の吸収スペクトルとの例を示す図である。 本発明の各実施形態に係る発光デバイスの製造装置を示すブロック図である。
　本明細書において、発光デバイスの発光層から第１電極への方向を「下方向」、発光デバイスの発光層から第２電極への方向を「上方向」として記載する。
　図１の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス２の概略断面図である。
　図１の（ａ）に示すように、発光デバイス２は、図示しないＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されたアレイ基板３上に、各層が積層された構造を備える。アレイ基板３の上層に形成された第１電極４は、アレイ基板３のＴＦＴと電気的に接続されている。発光デバイス２は、第１電極４上に、正孔注入層６と、正孔輸送層８と、発光層１０と、電子輸送層１２と、電子注入層１４と、第２電極１６とを、下層からこの順に備える。本実施形態においては、第１電極４はアノードであり、第２電極１６はカソードである。
　発光層１０は、ホスト１８と、量子ドット（半導体ナノ粒子）２０と、発光体としての蛍光体２２とを有する。量子ドット２０および蛍光体２２は、ホスト１８中に分散する。
　ホスト１８は、正孔および電子の注入と輸送との機能を有する化合物を備える。ホスト１８は、感光性材料を備えていてもよい。ホスト１８は、図示しない分散材料をさらに備えていてもよい。
　発光デバイス２において、第１電極４と第２電極１６との間に電位差をかけることにより、第１電極４からは正孔が、第２電極１６からは電子が、発光層１０に向かって注入される。図１の（ａ）に示すように、第１電極４からの正孔は、正孔注入層６、および正孔輸送層８を介して、発光層１０に到達する。第２電極１６からの電子は、電子注入層１４、および電子輸送層１２を介して、発光層１０に到達する。
　発光層１０に到達した正孔と電子とは、ホスト１８を介して、量子ドット２０において再結合し、励起子が生成される。このように、発光層１０において励起子が生成されるように、正孔注入層６および正孔輸送層８の正孔輸送性、ならびに、電子注入層１４および電子輸送層１２の電子輸送性が調節される。
　量子ドット２０は、価電子帯準位と伝導帯準位とを有する。量子ドット２０が、正孔と電子との再結合により生じた励起子からエネルギーを与えられると、量子ドット２０の価電子帯準位から伝導帯準位に励起子が励起される。量子ドット２０としては、例えば、コアにＣｄＳｅ、シェルにＺｎＳを備えた、コア／シェル構造を有する半導体ナノ粒子であってもよい。
　蛍光体２２は、基底準位、一重項励起準位、および三重項励起準位を有し、基底準位から一重項励起準位へと励起された励起子が、基底準位へと遷移する際に蛍光を発する蛍光材料である。
　図１の（ｂ）は、量子ドット２０の蛍光スペクトルの例を実線にて、蛍光体２２の吸収スペクトルの例を破線にて示すスペクトル図である。図１の（ｂ）におけるハッチング箇所は、量子ドット２０の蛍光スペクトルと、蛍光体２２の吸収スペクトルとが、重なる部分を示す。本明細書におけるスペクトル図は何れも、横軸に波長、縦軸に規格化されたスペクトル強度を採る。図１の（ｂ）におけるそれぞれのスペクトルは、最大強度を１として規格化されている。
　図２は、本実施形態に係る発光デバイス２の発光機構を説明するための図である。図２の左右の分子軌道ダイヤグラムは、それぞれ、量子ドット２０と蛍光体２２との分子軌道を示すダイヤグラムである。なお、量子ドットの分子軌道ダイヤグラムにおいて、ＶＢは価電子帯準位、ＣＢは伝導帯準位を表す。また、蛍光体の分子軌道ダイヤグラムにおいて、Ｓ０は基底準位、Ｓ１は一重項励起準位を表し、三重項励起準位については、図示を省略している。なお、図２に示すように、本実施形態においては、量子ドット２０の伝導帯準位は、蛍光体２２の一重項励起準位よりも高い。このことは、量子ドット２０の発光スペクトルのピーク波長が、蛍光体２２の発光スペクトルのピーク波長よりも短いことに相当する。
　図１および図２を参照して、本実施形態に係る発光デバイス２の発光機構を詳細に説明する。
　図２に示すように、発光層１０に到達した正孔と電子とが、ホスト１８を介して、量子ドット２０において再結合すると、正孔と電子との再結合によって、量子ドット２０において、励起子が発生する。当該励起子は、量子ドット２０の価電子帯準位から伝導帯準位に励起される。
　ここで、量子ドット２０の伝導帯準位の励起子は、フェルスター機構によるエネルギー移動によって、蛍光体２２の一重項励起準位に遷移する。フェルスター機構は、本実施形態においては、量子ドット２０と蛍光体２２との間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起こる機構である。フェルスター機構によるエネルギー移動には、量子ドット２０と蛍光体２２との直接的な接触は必要ない。フェルスター機構の速度定数をｋｈ＊→ｇとすると、ｋｈ＊→ｇは下記の数式（１）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、νは、振動数を表す。ｆ’ｈ（ν）は、量子ドット２０の規格化された蛍光スペクトルを表す。εｇ（ν）は、蛍光体２２のモル吸光係数を表す。Ｎは、アボガドロ数を表す。ｎは、ホスト１８の屈折率を表す。Ｒは、量子ドット２０と蛍光体２２との分子間距離を表す。τは、実測される量子ドット２０の励起状態の蛍光寿命を表す。φは、量子ドット２０の蛍光量子収率を表す。Ｋは、量子ドット２０と蛍光体２２との遷移双極子モーメントの配向を表す係数）である。なお、ランダム配向の場合は、Ｋ２＝２／３である。
　速度定数ｋｈ＊→ｇが大きいほど、フェルスター機構によるエネルギー移動は優勢となる。このことから、量子ドット２０から蛍光体２２へのエネルギー移動は、量子ドット２０の発光スペクトルと、蛍光体２２の吸収スペクトルとの重なりがあることが求められる。
　図１の（ｂ）に示すように、本実施形態における量子ドット２０の蛍光スペクトルと、蛍光体２２の吸収スペクトルとは、少なくとも一部において重なっている。このため、互いの分子間距離が十分に近い量子ドット２０と蛍光体２２との間においては、上述のエネルギー移動が発生する。
　また、図１の（ｂ）に示すように、本実施形態においては、量子ドット２０の発光スペクトルのピーク波長は、蛍光体２２の吸収スペクトルに含まれている。また、蛍光体２２の吸収スペクトルのピーク波長は、量子ドット２０の発光スペクトルに含まれている。このため、上述のエネルギー移動がより優位に発生する。
　最後に、蛍光体２２の一重項励起準位から基底準位に、励起子が遷移する際に、一重項励起準位と基底準位とのエネルギー差に等しいエネルギーを有する蛍光が、蛍光体２２から放射される。上記機構により、発光デバイス２から蛍光が得られる。
　本実施形態における発光デバイス２においては、発生した励起子が、フェルスター機構のエネルギー移動によって、量子ドット２０から蛍光体２２へ移動し、蛍光体２２において蛍光が生じる。量子ドット２０から蛍光体２２へのエネルギー移動において、非発光過程を発生させるデクスター遷移は発生しない。このため、本実施形態に係る発光デバイス２は、蛍光体２２へのエネルギー移動する励起子からより効率的に蛍光を得ることが可能である。
　また、熱活性化遅延蛍光体と比較して、紫領域または紫外領域の短波長の蛍光を発する量子ドットは合成が容易である。すなわち、ｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域において発光スペクトルのピークを有する蛍光材料へ効率的にエネルギーを遷移させる量子ドットは、熱活性化遅延蛍光体と比較して合成しやすい。したがって、本実施形態に係る発光デバイス２は、従来よりも簡便に製造でき、効率的にｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域の蛍光を得られる。ここで、紫領域または紫外領域の光とは、４２０ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光である。
　量子ドット２０の発光層１０における濃度は、例えば、例えば、０．１質量パーセント～１質量パーセントである。量子ドット２０の濃度が上記範囲内であれば、濃度消失により発光効率が落ちることを低減し、分散材料における励起子の発生を低減できる。
　また、蛍光体２２の発光層における濃度は、１０質量パーセント～３０質量パーセントである。蛍光体２２の濃度が上記範囲内であれば、効率的に前述のエネルギー移動を発生させることが可能である。
　なお、本実施形態において、発光層１０は発光体として蛍光体２２を備える。しかし、これに限られず、発光層１０は、発光体として、蛍光体の代わりに、燐光を発する燐光体を備えていてもよい。この場合においても、量子ドットから燐光体へ、フェルスター機構によるエネルギー移動が発生する。その後、項間交差により、燐光体の一重項励起準位から三重項励起準位へ励起子が遷移する。燐光体の三重項励起準位から基底準位へ励起子が遷移する際に、燐光体から燐光を得ることができる。したがって、上記構成においても、より効率的にｄｅｅｐ－ｂｌｕｅ領域の燐光を得ることが可能である。
　〔実施形態２〕
　図３は、本実施形態に係る発光デバイス２の拡大上面図、および拡大断面図である。図３の（ａ）は、発光デバイス２の画素周辺の上面を、電子輸送層１２、電子注入層１４、および第２電極１６を透過して示す図である。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。
　本実施形態においては、発光デバイス２は、前実施形態と比較して、複数の画素領域ＲＰ・ＧＰ・ＢＰを備える。画素領域ＲＰには、第１電極４上に、正孔注入層６Ｒ、正孔輸送層８Ｒ、および発光層１０Ｒが、下方から順に形成されている。画素領域ＧＰ・ＢＰにおいても同様に、正孔注入層６Ｇ・６Ｂ、正孔輸送層８Ｇ・８Ｂ、および発光層１０Ｇ・１０Ｂが、下方から順にそれぞれ形成されている。発光デバイス２は、さらにエッジカバー２４を備える。エッジカバー２４は複数の開口を有し、複数の画素領域ＲＰ・ＧＰ・ＢＰをそれぞれ規定する。
　図４は、本実施形態に係る発光デバイス２の、エッジカバー、および発光層の形成位置の関係について説明する図である。図４の（ａ）は、図５における画素領域ＲＰについて拡大した側断面図である。図４の（ｂ）は、画素領域ＲＰにおいて、エッジカバーの開口、および発光層の形成位置を示す上面図である。
　図４の（ａ）に示すように、エッジカバー２４は、画素領域ＲＰにおける開口２６Ｒと、上端２８Ｒとを有する。開口２６Ｒは、上端２８Ｒよりも小さく形成され、エッジカバー２４の空孔は、開口２６Ｒから上端２８Ｒへと次第に大きくなるように形成されている。
　このため、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、正孔輸送層の下端８ＲＥは、エッジカバー２４の開口２６Ｒよりも大きい。すなわち、正孔輸送層８より上層の発光層１０はエッジカバー２４の開口２６Ｒを覆う。また、エッジカバー２４の上端２８Ｒは、発光層１０の上端１０ＲＥよりも上方にある。すなわち、エッジカバー２４の上端２８Ｒが発光層１０の周囲を囲う。
　再び図３を参照すると、画素領域ＲＰにおける発光層１０は、ホスト１８Ｒと、量子ドット２０Ｒと、蛍光体２２Ｒとを備える。同様に、発光層１０は、画素領域ＧＰにおいては、ホスト１８Ｇと、量子ドット２０Ｇと、蛍光体２２Ｇとを備え、画素領域ＢＰにおいては、ホスト１８Ｂと、量子ドット２０Ｂと、蛍光体２２Ｂとを備える。
　本実施形態においては、複数の画素領域ＲＰ・ＧＰ・ＢＰのうち、一部の画素領域おける発光層１０は、他の異なる画素領域における発光層１０が有する蛍光体と、異なる蛍光体を有する。例えば、本実施形態においては、画素領域ＲＰにおける発光層１０は、赤色光を蛍光として発する蛍光体２２Ｒを備える。同様に、画素領域ＧＰにおける発光層１０は、緑色光を蛍光として発する蛍光体２２Ｇを備え、画素領域ＢＰにおける発光層１０は、青色光を蛍光として発する蛍光体２２Ｂを備える。
　ここで、青色光とは、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光である。また、緑色光とは、５００ｎｍ超６００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光のことである。また、赤色光とは、６００ｎｍ超７８０ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光のことである。
　また、複数の画素領域ＲＰ・ＧＰ・ＢＰのうち、一部の画素領域おける発光層１０は、他の異なる画素領域における発光層１０が有するホストまたは量子ドットと、異なるホストまたは量子ドットを有していてもよい。しかし、本実施形態においては、各画素領域におけるホスト１８Ｒ・Ｇ・Ｂおよび量子ドット２０Ｒ・Ｇ・Ｂは、それぞれ同じ部材を採用してもよい。
　図５は、量子ドット２０Ｒの蛍光スペクトルの例を実線にて、蛍光体２２Ｒの吸収スペクトルの例を破線にて示すスペクトル図である。図６は、量子ドット２０Ｇの蛍光スペクトルの例を実線にて、蛍光体２２Ｇの吸収スペクトルの例を破線にて示すスペクトル図である。図７は、量子ドット２０Ｂの蛍光スペクトルの例を実線にて、蛍光体２２Ｂの吸収スペクトルの例を破線にて示すスペクトル図である。図５から図７におけるハッチング箇所は、それぞれの量子ドットの蛍光スペクトルと、それぞれの蛍光体の吸収スペクトルとが、重なる部分を示す。図５～７におけるそれぞれのスペクトルは、最大強度を１として規格化されている。
　本実施形態において、量子ドット２０Ｒは、Mesolight社製のＣｄＳｅ－ＺｎＳ量子ドットである。また、量子ドット２０Ｇは、Sigma Aldrich社製のＣｄＳｅ量子ドットである。また、量子ドット２０Ｂは、Sigma Aldrich社製のＺｎＳｅ－ＺｎＳ量子ドットである。
　図５から図７に示すように、同じ画素領域に含まれる量子ドットおよび蛍光体においては、量子ドットの発光スペクトルと、蛍光体の吸収スペクトルとの少なくとも一部が重なる。このため、本実施形態に係る発光デバイス２は、前実施形態に係る発光デバイス２と同様の発光機構にて蛍光を発する。このため、本実施形態においても、前実施形態と同様に、蛍光体から効率的に蛍光を得られる発光デバイス２が得られる。
　また、各画素領域における蛍光体からの蛍光の波長が異なるため、ＴＦＴの制御により、各画素領域における蛍光体からの発光を制御することにより、多色表示を行うことが可能である発光デバイス２を提供できる。
　なお、本実施形態においても、画素領域ＲＰ・ＧＰにおける発光層１０は、発光体として、蛍光体の代わりに、燐光を発する燐光体を備えていてもよい。この場合においても、画素領域ＲＰ・ＧＰにおける量子ドットから燐光体へ、フェルスター機構によるエネルギー移動が発生する。赤色光および緑色光を燐光として発する燐光体は、合成が比較的容易であり、量子ドットからエネルギー移動した励起子から、効率よく発光を得ることができる。
　図８は、上述の各実施形態に係る発光デバイスの製造装置３０を示すブロック図である。発光デバイスの製造装置３０は、コントローラ３２と、成膜装置３４とを備えていてもよい。コントローラ３２は、成膜装置３４を制御してもよい。成膜装置３４は、発光デバイス２の各層を成膜してもよい。
　〔まとめ〕
　様態１の発光デバイスは、量子ドットと蛍光体または燐光体である発光体とが分散する発光層と、前記発光層よりも下層の第１電極と、前記発光層よりも上層の第２電極とを備えた発光デバイスであって、前記量子ドットの発光スペクトルと、前記発光体の吸収スペクトルとが少なくとも一部において重なる。
　様態２においては、前記量子ドットにおいて発生した励起子が、双極子振動の共鳴現象を通じて、前記発光体の励起準位に遷移し、前記発光体が発光する。
　様態３においては、前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、前記発光体の発光スペクトルのピーク波長よりも短い。
　様態４においては、前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、前記発光体の吸収スペクトルに含まれる。
　様態５においては、前記発光体の吸収スペクトルのピーク波長が、前記量子ドットの発光スペクトルに含まれる。
　様態６においては、前記量子ドットの前記発光層における濃度が、１０質量パーセント３０質量パーセントである。
　様態７においては、前記発光体の前記発光層における濃度が、０．１質量パーセント～１質量パーセントである。
　様態８においては、複数の開口を有し、前記発光層を複数の画素領域に規定するエッジカバーを備え、前記複数の開口のそれぞれにおいて、前記発光層は開口を覆い、前記エッジカバーの上端が前記発光層の周囲を囲う。
　様態９においては、少なくとも一部の前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、紫領域または紫外領域に含まれる。
　様態１０においては、前記発光層が感光性材料を備え、前記量子ドットと前記発光体とが前記感光性材料中に分散する。
　様態１１の発光デバイスの製造装置は、量子ドットと、吸収スペクトルの少なくとも一部が、前記量子ドットの発光スペクトルと重なる蛍光体または燐光体である発光体とが分散する発光層と、前記発光層よりも下層の第１電極と、前記発光層よりも上層の第２電極とを形成する成膜装置を備える。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
２　　発光デバイス
４　　第１電極
１０　発光層
１６　第２電極
１８　ホスト
２０　量子ドット
２２　蛍光体

Claims (11)

  1. 　量子ドットと蛍光体または燐光体である発光体とが分散する発光層と、前記発光層よりも下層の第１電極と、前記発光層よりも上層の第２電極とを備えた発光デバイスであって、
    　前記量子ドットの発光スペクトルと、前記発光体の吸収スペクトルとが少なくとも一部において重なる発光デバイス。
  2. 　前記量子ドットにおいて発生した励起子が、双極子振動の共鳴現象を通じて、前記発光体の励起準位に遷移し、前記発光体が発光する請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 　前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、前記発光体の発光スペクトルのピーク波長よりも短い請求項１または２に記載の発光デバイス。
  4. 　前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、前記発光体の吸収スペクトルに含まれる請求項１から３の何れか１項に記載の発光デバイス。
  5. 　前記発光体の吸収スペクトルのピーク波長が、前記量子ドットの発光スペクトルに含まれる請求項１から４の何れか１項に記載の発光デバイス。
  6. 　前記量子ドットの前記発光層における濃度が、１０質量パーセントから３０質量パーセントである請求項１から５の何れか１項に記載の発光デバイス。
  7. 　前記発光体の前記発光層における濃度が、０．１質量パーセントから１質量パーセントである請求項１から６の何れか１項に記載の発光デバイス。
  8. 　複数の開口を有し、前記発光層を複数の画素領域に規定するエッジカバーを備え、前記複数の開口のそれぞれにおいて、前記発光層は開口を覆い、前記エッジカバーの上端が前記発光層の周囲を囲う請求項１から７の何れか１項に記載の発光デバイス。
  9. 　少なくとも一部の前記量子ドットの発光スペクトルのピーク波長が、紫領域または紫外領域に含まれる請求項１から８の何れか１項に記載の発光デバイス。
  10. 　前記発光層は感光性材料を備え、前記量子ドットと前記発光体とが前記感光性材料中に分散する請求項１から９の何れか１項に記載の発光デバイス。
  11. 　量子ドットと、吸収スペクトルの少なくとも一部が、前記量子ドットの発光スペクトルと重なる蛍光体または燐光体である発光体とが分散する発光層と、前記発光層よりも下層の第１電極と、前記発光層よりも上層の第２電極とを形成する成膜装置を備えた発光デバイスの製造装置。
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