WO2020174594A1 - 発光デバイス、表示デバイス - Google Patents

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WO2020174594A1
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organic material
hole transport
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Inventor
吐田　真一
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シャープ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/15—Hole transporting layers

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device including a light emitting element including a quantum dot layer, and a display device including the light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting device including a light emitting element including a semiconductor nanocrystal.
  • JP 2012-23388 Japanese Patent Laid-Open Publication
  • NiO that is, an oxide semiconductor is used for the hole transport layer.
  • the energy of excitons generated in the quantum dot layer moves to the hole transport layer, energy transfer easily occurs, and a non-light emitting process occurs. Since it is easy, there is a problem that the external quantum efficiency is lowered.
  • a light emitting device of the present invention is a light emitting device including a substrate, an anode, a hole transporting layer, a quantum dot layer, an electron transporting layer, and a cathode in this order on the substrate.
  • a light emitting device comprising an element, wherein the hole transport layer comprises an oxide semiconductor, and the light emitting element has a film thickness of 0.5 nm between the hole transport layer and the quantum dot layer.
  • An organic material layer including an organic material film having a thickness of 5.0 nm or less is further provided.
  • 1A and 1B are a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention and a schematic enlarged view enlarging an organic material layer periphery. It is a schematic diagram for explaining an example of a single molecule which an organic matter layer concerning Embodiment 1 of the present invention contains. It is a schematic sectional drawing of the light emitting device which concerns on the comparison form of this invention. 5 is a graph for explaining device characteristics of light emitting devices according to Comparative Example, Example 1, and Example 2 of the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic sectional view of a light emitting device 1 according to this embodiment.
  • the light emitting device 1 includes a light emitting element 2 and an array substrate 3 which is a substrate of the light emitting device 1.
  • the light emitting device 1 has a structure in which each layer of the light emitting element 2 is stacked on an array substrate 3 on which a TFT (Thin Film Transistor) (not shown) is formed.
  • TFT Thin Film Transistor
  • the light emitting element 2 includes a hole transport layer 6, an organic material layer 7, a quantum dot layer 8, an electron transport layer 10, and a cathode 12 on an anode 4 in this order from the lower layer.
  • the anode 4 of the light emitting element 2 formed on the upper layer of the array substrate 3 is electrically connected to the TFT of the array substrate 3.
  • a cathode is provided in the upper layer of the array substrate, and an electron transport layer, a quantum dot layer, an organic material layer, a hole transport layer, and an anode are provided on the cathode in this order. It may be a light emitting element provided.
  • the anode 4 and the cathode 12 include a conductive material and are electrically connected to the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10, respectively.
  • Either one of the anode 4 and the cathode 12 is a transparent electrode.
  • the transparent electrode for example, ITO, IZO, ZnO, AZO, BZO or the like is used, and the transparent electrode may be formed by a sputtering method or the like.
  • the anode 4 or the cathode 12 may contain a metal material, and the metal material is preferably Al, Cu, Au, Ag, or the like having a high visible light reflectance.
  • Quantum dot layer 8 functions as a light emitting layer of light emitting element 2 and is a layer containing a plurality of quantum dots (semiconductor nanoparticles) 16.
  • the quantum dot layer 8 may be a stack of several quantum dot layers.
  • the quantum dots 16 in the quantum dot layer 8 do not need to be regularly arranged as shown in FIG. 1A, and the quantum dots 16 may be randomly included in the quantum dot layer 8. ..
  • Quantum dots 16 may have a core/shell structure, for example.
  • the quantum dots 16 may include a material such as CdSe/CdS, CdSe/ZnS, ZnSe/ZnS, InP/ZnS, or CIGS/ZnS.
  • the quantum dot layer 8 can be formed by a spin coating method, an inkjet method, or the like from a dispersion liquid in which the quantum dots 16 are dispersed in a solvent such as hexane or toluene.
  • a dispersion material such as thiol or amine may be mixed with the dispersion liquid.
  • the quantum dot layer 8 preferably has a thickness of 5 to 50 nm.
  • Quantum dot 16 is a light emitting material that has a valence band level and a conduction band level, and emits light by recombination of holes in the valence band level and electrons in the conduction band level. Since the light emitted from the quantum dots 16 has a narrow spectrum due to the quantum confinement effect, it is possible to obtain light emission with a relatively deep chromaticity.
  • the particle size of the quantum dots 16 is about 3 to 10 nm.
  • the quantum dot layer 8 may further include a ligand that forms a coordinate bond with the outer surface of the quantum dot 16.
  • the hole transport layer 6 is a layer that transports holes from the anode 4 to the quantum dot layer 8.
  • the hole transport layer 6 is a layer containing an oxide semiconductor.
  • the hole transport layer 6 may include NiO, LaNiO 3 , MgNiO, or Cu 2 O.
  • the hole transport layer 6 may be formed of a metal organic acid salt or an organic compound metal complex.
  • the hole transport layer 6 is formed by spin-coating an ethanol solution of nickel acetate or nickel acetylacetonate, followed by baking to form a film. May be.
  • the hole transport layer 6 may be formed by a sputtering method.
  • the thickness of the hole transport layer 6 is preferably 5 to 40 nm.
  • the hole transport layer 6 may have a function of blocking electrons transported from the quantum dot layer 8 toward the anode 4.
  • the electron affinity of the hole transport layer 6 is preferably smaller than the electron affinity of the quantum dot layer 8.
  • the electron transport layer 10 is a layer that transports electrons from the cathode 12 to the quantum dot layer 8.
  • the electron transport layer 10 may have a function of inhibiting the transport of holes.
  • the electron transport layer 10 may include, for example, ZnO, TiO 2 , Ta 2 O 3 , SrTiO 3 , or the like, and may be formed by a sputtering method.
  • the electron transport layer 10 may include nanoparticles, crystals, polycrystals, or amorphous.
  • the film thickness of the electron transport layer 10 may be a conventionally known film thickness, and is preferably 10 to 100 nm.
  • the hole transport layer 6 or the electron transport layer 10 in this embodiment may be formed of a plurality of layers.
  • the light emitting element 2 in the present embodiment includes the organic material layer 7 between the hole transport layer 6 and the quantum dot layer 8.
  • a specific configuration of the organic material layer 7 will be described in detail with reference to FIG. 1B is an enlarged schematic view of the region A shown in FIG. 1A, that is, an enlarged schematic view of the periphery of the organic material layer 7.
  • the organic material layer 7 is composed of a monomolecular film containing a plurality of monomolecules 20 shown in FIG.
  • the film thickness d of the organic layer 7 shown in FIG. 1B is 0.5 nm or more and 5.0 nm or less.
  • the single molecule 20 is an organic material, that is, the organic material layer 7 includes an organic material film composed of a plurality of organic single molecules.
  • Each of the single molecules 20 includes a binding portion 22, a spacer portion 24, and a terminal end portion 26.
  • the bonding portion 22 includes a functional group that chemically bonds with the hole transport layer 6.
  • the bonding portion 22 includes a phosphono group in which the substituent is substituted with the metal element of the oxide semiconductor of the hole transport layer 6, as shown in FIG.
  • both hydrogen atoms of the two hydroxyl groups are replaced with the metal element of the oxide semiconductor of the hole transport layer 6, thereby forming a positive bond with the bonding portion 22.
  • the pore transport layer 6 is bonded.
  • the binding part 22 in the present embodiment may have a functional group such as a carboxyl group instead of the phosphono group.
  • the binding portion 22 has a functional group that binds to the hole transport layer 6, the single molecule 20 has a functional group that is different from the case where the single molecule 20 does not have the functional group.
  • the bond with 20 becomes stronger.
  • the organic material layer 7 is strongly bonded to the hole transport layer 6, so that a dense organic material film is formed and the reliability can be improved.
  • the spacer portion 24 is chemically bonded to the binding portion 22, and the length of the spacer portion 24 controls the film thickness of the monomolecular film containing the monomolecule 20, that is, the organic material layer 7.
  • the spacer portion 24 may include an unsubstituted or substituted alkyl straight chain.
  • the film thickness of the organic material layer 7 may be controlled by the length of the alkyl straight chain included in the spacer portion 24.
  • the length of the spacer portion 24 is controlled so that the film thickness d of the organic layer 7 is 0.5 nm or more and 5.0 nm or less.
  • the end portion 26 is the end of the organic material layer 7 on the quantum dot layer 8 side, and is connected to the end portion of the spacer portion 24 on the quantum dot layer 8 side.
  • the terminal portion 26 may form an end surface of the organic material layer 7 on the quantum dot layer 8 side.
  • the organic material layer 7 may include a self-assembled monolayer formed of a phosphonic acid derivative as a monolayer.
  • the organic material layer 7 contains a phosphonic acid derivative as the single molecule 20.
  • the self-assembled monolayer is preferable in that it is a high-density monolayer as compared with a monolayer formed by a forming method using a coupling material such as a silane coupling method.
  • the organic layer 7 may include, for example, a self-assembled monolayer formed from octadecylphosphonic acid (ODPA) represented by the following chemical formula (1).
  • ODPA octadecylphosphonic acid
  • the single molecule 20 has the structure shown in FIG. That is, the single molecule 20 has a phosphono group as the bonding portion 22, and has an alkyl straight chain bonded to the bonding portion 22 as the spacer portion 24 and the terminal end portion 26.
  • the terminal end portion 26 corresponds to a methyl group that is the end of the alkyl straight chain
  • the spacer portion 24 corresponds to the alkyl straight chain excluding the methyl group.
  • the organic layer 7 includes, for example, a self-assembled monolayer formed of 1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-octylphosphonic acid (FOPA) represented by the following chemical formula (2). You can leave.
  • FOPA 1H,1H,2H,2H-perfluoro-n-octylphosphonic acid
  • the single molecule 20 has the structure shown in FIG. That is, the single molecule 20 has a phosphono group as the bonding portion 22, and has a fluorinated alkyl straight chain bonded to the bonding portion 22 and partially substituted with fluorine as the spacer portion 24 and the terminal portion 26.
  • the terminal end portion 26 corresponds to the trifluoromethyl group that is the terminal end of the fluorinated alkyl straight chain
  • the spacer portion 24 includes the fluorine portion excluding the trifluoromethyl group.
  • the organic material layer 7 in this embodiment can employ a conventionally known method for forming a self-assembled monolayer from a phosphonic acid derivative. Specifically, for example, in the step of forming the organic material layer 7, first, the surface on the hole transport layer 6 side of the laminated body in which the formation of the array substrate 3, the anode 4, and the hole transport layer 6 has been completed is performed. Immerse the ethanol solution of the acid derivative for a certain period of time. Then, the laminate is taken out of the solution, and the ethanol solution on the surface on the hole transport layer 6 side is volatilized to form a self-assembled monolayer containing a phosphonic acid derivative.
  • the organic layer 7 includes a self-assembled monolayer including a phosphonic acid derivative, so that a phosphono group that strongly binds to the hole transport layer 6 is formed in the binding part 22 to form a monolayer that includes the monolayer 20. it can. Therefore, in the present embodiment, the organic material layer 7 including the organic monomolecular film containing the stable and stable monomolecules 20 can be formed.
  • the hole transport layer 6 is formed from the anode 4 side as shown by arrows p+ and n ⁇ in FIG. Holes are injected into the electron transport layer 10 from the cathode 12 side. After that, the holes injected into the hole transport layer 6 and the electrons injected into the electron transport layer 10 reach the quantum dots 16 of the quantum dot layer 8. In the quantum dots 16, excitons are generated by the recombination of holes and electrons.
  • the holes injected into the hole transport layer 6 reach the quantum dot layer 8 by tunneling through the organic material layer 7. Since the film thickness d of the organic material layer 7 is 5.0 nm or less, the holes injected into the hole transport layer 6 efficiently tunnel through the organic material layer 7.
  • the organic material layer 7 is a monomolecular film
  • the organic material layer 7 having a substantially uniform film thickness can be easily formed by immersing the substrate in the solution containing the monomolecules for a certain period of time in the manufacturing process. Can be formed. Therefore, it is preferable that the organic material layer 7 is a monomolecular film because the thickness of the organic material layer 7 can be easily controlled.
  • the organic material layer 7 is a self-assembled monolayer, it is easier to control the film thickness of the organic material layer 7. Therefore, the organic material layer 7 in the present embodiment can easily stabilize the manufacturing process, and improves the uniformity of light emission of the light emitting device 1.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a light emitting device 1A according to a comparative form.
  • the light emitting device 1A according to the comparative embodiment differs from the light emitting device 1 according to the present embodiment only in that the light emitting element 2 does not include the organic layer 7.
  • FIG. 4 is a graph showing respective element characteristics of the light emitting element 2 of the light emitting device 1 according to the present embodiment and the light emitting element 2 of the light emitting device 1A according to the comparative embodiment.
  • Each graph in FIG. 4 is a measurement result of element characteristics of each light emitting element.
  • FIG. 4A is a graph showing the measurement results with the external quantum efficiency of each light emitting element as the vertical axis and the density of the current flowing through the light emitting element as the horizontal axis.
  • FIG. 4B is a graph showing the measurement results with the luminance of each light emitting element as the vertical axis and the density of the current flowing through the light emitting element as the horizontal axis.
  • the comparative example in the graph of FIG. 4 shows the measurement results of the light emitting element 2 of the light emitting device 1A according to the comparative embodiment
  • Example 1 and Example 2 show the measurement results of the light emitting element 2 of the light emitting device 1 according to the present embodiment. The measurement results are shown.
  • Example 1 in the case where the organic material layer 7 includes the monomolecule 20 shown in FIG. 2A, that is, the organic material layer 7 is self-assembled from ODPA represented by the chemical formula (1). The measurement result when a monomolecular film is included is shown. Furthermore, in Example 2, when the organic material layer 7 includes the single molecule 20 shown in FIG. 2B, that is, the organic material layer 7 is formed of FOPA and is self-assembled as shown in the chemical formula (2). The measurement result when a monomolecular film is included is shown.
  • Example 1 the above measurement is performed on the light emitting element 2 including the quantum dot layer 8 including the quantum dots 16 emitting green light in any of the comparative example, the example 1, and the example 2.
  • Example 2 the above measurement was performed on the light emitting element 2 including the organic layer 7 having a film thickness d of 2 nm.
  • Example 1 and 2 as shown in FIG. 4A, the external quantum efficiency is improved as compared with the comparative example. Along with this, in Examples 1 and 2, as shown in FIG. 4B, the luminance is also improved as compared with the comparative example.
  • the probability of exciton energy transfer from the quantum dots 16 of the quantum dot layer 8 to the hole transport layer 6 is generally sharply reduced by increasing the distance between the quantum dots 16 and the hole transport layer 6.
  • the quantum dots 16 of the quantum dot layer 8 and the hole transport layer 6 are sufficiently separated from each other. Become.
  • energy transfer of excitons from the quantum dot layer 8 to the hole transport layer 6 is reduced as compared with the light emitting device 1A according to the comparative example. It is considered that the external quantum efficiency and the brightness are improved.
  • the light emitting device 1 energy transfer of excitons from the quantum dot layer 8 to the hole transport layer 6 is reduced, and the non-light emitting process in the hole transport layer 6 is reduced. Luminous efficiency is improved.
  • the film thickness d of the organic material layer 7 is 0.5 nm or more, the above-mentioned energy transfer is efficiently reduced.
  • the film thickness d of the organic material layer 7 is 5.0 nm or less, the holes injected into the hole transport layer 6 efficiently tunnel through the organic material layer 7. Therefore, in the light emitting device 1 according to this embodiment, the organic layer 7 efficiently prevents the efficiency of hole transport from the hole transport layer 6 to the quantum dot layer 8 from being reduced.
  • Example 2 as shown in FIG. 4A, the external quantum efficiency is improved as compared with Example 1. Accordingly, in the second embodiment, as shown in FIG. 4B, the luminance is also improved as compared with the first embodiment. This point will be described in more detail.
  • the single molecule 20 in Example 2 contains fluorine as a fluorinated alkyl group. Since fluorine has a high polarizability, it reduces interaction with surrounding elements, in other words, dipole moment with surrounding elements. For this reason, since the single molecule 20 has fluorine, the interaction between the single molecules 20 becomes smaller, and the above-mentioned energy transfer is more efficiently reduced.
  • the terminal portion 26 contains fluorine as a trifluoromethyl group. Therefore, since the organic material layer 7 contains fluorine at a position close to the quantum dot layer 8, the interaction with the quantum dots 16 becomes smaller, and the above-mentioned energy transfer is further efficiently reduced.
  • the trifluoromethyl group has a structure in which all the substituents of the methyl group are replaced with fluorine. Therefore, since the terminal end portion 26 has the trifluoromethyl group, the interaction can be further reduced at the position close to the quantum dot layer 8.
  • the light emitting device 1 includes a light emitting element 2 including an organic material layer 7 including an organic material film between a hole transport layer 6 including an oxide semiconductor and a quantum dot layer 8 which is a light emitting layer. Therefore, even when the hole transport layer 6 contains an oxide semiconductor, the energy transfer of excitons from the quantum dot layer 8 to the hole transport layer 6 can be reduced, so that the external quantum efficiency of the light emitting element 2 can be reduced. And, in turn, the luminous efficiency of the light emitting device 1 is improved.
  • the light emitting element 2 may include an insulating layer made of an oxide between the hole transport layer 6 and the organic material layer 7.
  • the insulating layer may include, for example, Al 2 O 3 or the like.
  • the light emitting device 1 including the single light emitting element 2 has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this.
  • the display device is used, for example, as a display that controls a light emitting device to display an image.
  • the light emitting device 1 according to this embodiment may be a display device including a plurality of different light emitting elements 2 for each sub-pixel.

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Abstract

発光デバイス（１）は、基板（３）と、該基板上に、アノード（４）と、正孔輸送層（６）と、量子ドット層（８）と、電子輸送層（１０）と、カソード（１２）とを、この順に含む発光素子（２）とを備える。前記正孔輸送層は、酸化物半導体を含む。また、前記発光素子は、前記正孔輸送層と前記量子ドット層との間に、膜厚が０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の有機物膜を含む有機物層（７）をさらに備える。

Description

発光デバイス、表示デバイス
　本発明は、量子ドット層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を備えた表示デバイスに関する。
　特許文献１には、半導体ナノクリスタルを含む発光素子を備えた発光デバイスが開示されている。
日本国公開特許公報「特開２０１２－２３３８８」
　特許文献１においては、正孔輸送層にＮｉＯ、すなわち、酸化物半導体を使用している。しかしながら、正孔輸送層として酸化物半導体を使用した発光素子においては、量子ドット層において生じた励起子のエネルギーが、正孔輸送層へ移動する、エネルギー移動が生じやすく、非発光過程が発生しやすいために、外部量子効率が低下する問題がある。
　上記課題を解決するために、本発明の発光デバイスは、基板と、該基板上に、アノードと、正孔輸送層と、量子ドット層と、電子輸送層と、カソードとを、この順に含む発光素子とを備えた発光デバイスであって、前記正孔輸送層が、酸化物半導体を含み、前記発光素子は、前記正孔輸送層と前記量子ドット層との間に、膜厚が０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の有機物膜を含む有機物層をさらに備える。
　上記構成により、正孔輸送層に酸化物半導体を採用しつつ、外部量子効率を改善した発光素子を備えた発光デバイスを提供できる。
本発明の実施形態１に係る発光デバイスの概略断面図、および有機物層周囲を拡大した概略拡大図である。 本発明の実施形態１に係る有機物層が含む単分子の例を説明するための概略図である。 本発明の比較形態に係る発光デバイスの概略断面図である。 本発明の比較例、実施例１、および実施例２のそれぞれに係る発光素子の素子特性を説明するためのグラフである。
　〔実施形態１〕
　図１の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス１の概略断面図である。
　図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る発光デバイス１は、発光素子２と、発光デバイス１の基板であるアレイ基板３とを備える。発光デバイス１は、図示しないＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されたアレイ基板３上に、発光素子２の各層が積層された構造を備える。なお、本明細書においては、発光デバイス１の発光素子２からアレイ基板３への方向を「下方向」、発光素子２のアレイ基板３から発光素子２への方向を「上方向」として記載する。
　発光素子２は、アノード４上に、正孔輸送層６と、有機物層７と、量子ドット層８と、電子輸送層１０と、カソード１２とを、下層からこの順に備える。アレイ基板３の上層に形成された発光素子２のアノード４は、アレイ基板３のＴＦＴと電気的に接続されている。他の実施形態に係る発光素子においては、アレイ基板の上層にカソードを備え、カソード上に、電子輸送層と、量子ドット層と、有機物層と、正孔輸送層と、アノードとを、この順に備える発光素子であってもよい。
　アノード４およびカソード１２は導電性材料を含み、それぞれ、正孔輸送層６および電子輸送層１０と電気的に接続されている。
　アノード４とカソード１２との何れか一方は、透明電極である。透明電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、またはＢＺＯ等が用いられ、スパッタ法等によって成膜されてもよい。また、アノード４またはカソード１２のいずれか一方は金属材料を含んでいてもよく、金属材料としては、可視光の反射率の高いＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇ等が好ましい。
　量子ドット層８は、発光素子２の発光層として機能し、複数の量子ドット（半導体ナノ粒子）１６を含む層である。量子ドット層８は、数層の量子ドット層が積層したものであってもよい。ここで、量子ドット層８における量子ドット１６は、図１の（ａ）に示すように、規則正しく配置されている必要はなく、量子ドット１６は無秩序に量子ドット層８に含まれていてもよい。
　量子ドット１６は、例えば、コア／シェル構造を有していてもよい。この場合、量子ドット１６は、例えば、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、または、ＣＩＧＳ／ＺｎＳ等の材料を含んでいてもよい。
　量子ドット層８は、ヘキサンまたはトルエン等の溶媒に量子ドット１６を分散させた分散液から、スピンコート法、またはインクジェット法等によって成膜することができる。分散液にはチオール、アミン等分散材料を混合してもよい。量子ドット層８の膜厚は、５～５０ｎｍが好ましい。
　量子ドット１６は、価電子帯準位と伝導帯準位とを有し、価電子帯準位の正孔と伝導帯準位の電子との再結合によって発光する発光材料である。量子ドット１６からの発光は、量子閉じ込め効果により狭いスペクトルを有するため、比較的深い色度の発光を得ることが可能である。量子ドット１６の粒径は３～１０ｎｍ程度である。なお、量子ドット層８は、さらに、量子ドット１６の外表面と配位結合するリガンドを備えていてもよい。
　正孔輸送層６は、アノード４からの正孔を量子ドット層８へと輸送する層である。本実施形態において、正孔輸送層６は、酸化物半導体を含む層である。例えば、正孔輸送層６は、ＮｉＯ、ＬａＮｉＯ３、ＭｇＮｉＯ、またはＣｕ２Ｏを含んでいてもよい。
　正孔輸送層６は、金属有機酸塩、または、有機化合物金属錯体から形成されてもよい。例えば、正孔輸送層６がＮｉＯを含む場合、酢酸ニッケル、または、ニッケルアセチルアセトナートのエタノール溶液を、スピン塗布した後、焼成して成膜することにより、正孔輸送層６を成膜してもよい。また、正孔輸送層６は、スパッタ法によって成膜されてもよい。正孔輸送層６の膜厚は、５～４０ｎｍが好ましい。
　本実施形態においては、正孔輸送層６は、量子ドット層８からアノード４へ向かって輸送される電子をブロックする機能を備えていてもよい。この場合、正孔輸送層６の電子親和力は、量子ドット層８の電子親和力よりも小さいことが好ましい。
　電子輸送層１０は、カソード１２からの電子を量子ドット層８へと輸送する層である。電子輸送層１０は、正孔の輸送を阻害する機能を有していてもよい。電子輸送層１０は、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、またはＳｒＴｉＯ３等を含んでいてもよく、スパッタ法によって成膜されてもよい。電子輸送層１０は、ナノ粒子、結晶、多結晶、またはアモルファスを含んでいてもよい。電子輸送層１０の膜厚は、従来公知の膜厚を採用でき、１０～１００ｎｍが好ましい。
　本実施形態における正孔輸送層６または電子輸送層１０は、それぞれ、複数の層から形成されていてもよい。
　本実施形態における発光素子２は、正孔輸送層６と量子ドット層８との間に、有機物層７を備える。有機物層７の具体的構成について、図１の（ｂ）を参照して、詳細に説明する。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示す領域Ａの拡大概略図であり、すなわち、有機物層７の周囲を拡大した概略拡大図である。
　本実施形態において、有機物層７は、図１の（ｂ）に示す単分子２０を複数含む、単分子膜からなる。図１の（ｂ）に示す、有機物層７の膜厚ｄは、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である。本実施形態において、単分子２０は有機物であり、すなわち、有機物層７は、複数の有機単分子からなる有機物膜を含む。単分子２０のそれぞれは、結合部２２と、スペーサ部２４と、終端部２６とを備える。
　結合部２２は、正孔輸送層６と化学結合する官能基を含む。特に、本実施形態において、結合部２２は、図１の（ｂ）に示すように、置換基が、正孔輸送層６の酸化物半導体の金属元素に置換された、ホスホノ基を含む。特に、本実施形態においては、結合部２２が含むホスホノ基において、２つの水酸基の双方の水素が、正孔輸送層６の酸化物半導体の金属元素に置換されることにより、結合部２２と正孔輸送層６とが結合する。しかしながら、本実施形態における結合部２２は、ホスホノ基の代わりに、例えば、カルボキシル基等の官能基を備えていてもよい。
　結合部２２が、正孔輸送層６と結合する官能基を有しているために、単分子２０が、当該官能基を有していない場合と比較して、正孔輸送層６と単分子２０との結合がより強くなる。このために、有機物層７が正孔輸送層６と強く結合するため、緻密な有機物膜が形成され、信頼性を向上させることが可能である。
　スペーサ部２４は、結合部２２と化学結合し、その長さによって、単分子２０を含む単分子膜、すなわち、有機物層７の膜厚を制御する。本実施形態において、スペーサ部２４は、無置換または置換されたアルキル直鎖を含んでいてもよい。この場合、スペーサ部２４が含むアルキル直鎖の長さによって、有機物層７の膜厚を制御してもよい。特に、本実施形態においては、有機物層７の膜厚ｄが、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下となるように、スペーサ部２４の長さが制御される。
　終端部２６は、量子ドット層８側における有機物層７の終端であり、スペーサ部２４の量子ドット層８側の端部と結合している。終端部２６は、有機物層７の量子ドット層８側における端面を形成してもよい。
　本実施形態において、有機物層７は、ホスホン酸誘導体から形成された、自己組織化単分子膜を、単分子膜として備えていてもよい。この場合、有機物層７は、単分子２０として、ホスホン酸誘導体を含む。自己組織化単分子膜は、シランカップリング法等、カップリング材を使用した形成方法により形成された単分子膜と比較して、高密度な単分子膜である点において好ましい。
　有機物層７が、自己組織化単分子膜を含む場合における、単分子２０の例を、図２を参照してより詳細に説明する。
　有機物層７は、例えば、下記化学式（１）に示す、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）から形成された、自己組織化単分子膜を含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　この場合、単分子２０は、図２の（ａ）に示す構造を備える。すなわち、単分子２０は、結合部２２としてホスホノ基を備え、スペーサ部２４および終端部２６として、結合部２２と結合したアルキル直鎖を備える。ここで、図２の（ａ）に示すように、終端部２６は、当該アルキル直鎖の末端であるメチル基に相当し、スペーサ部２４は、当該メチル基を除くアルキル直鎖に相当する。
　他に、有機物層７は、例えば、下記化学式（２）に示す、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロ－ｎ－オクチルホスホン酸（ＦＯＰＡ）から形成された、自己組織化単分子膜を含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　この場合、単分子２０は、図２の（ｂ）に示す構造を備える。すなわち、単分子２０は、結合部２２としてホスホノ基を備え、スペーサ部２４および終端部２６として、結合部２２と結合し、一部がフッ素と置換された、フッ化アルキル直鎖を備える。ここで、図２の（ｂ）に示すように、終端部２６は、当該フッ化アルキル直鎖の末端であるトリフルオロメチル基に相当し、スペーサ部２４は、当該トリフルオロメチル基を除くフッ化アルキル直鎖に相当する。
　本実施形態における有機物層７は、ホスホン酸誘導体から自己組織化単分子膜を形成するための、従来公知の手法を採用できる。具体的には、例えば、有機物層７の形成工程として、はじめに、アレイ基板３、アノード４、および正孔輸送層６の形成までが完了した積層体の正孔輸送層６側の表面を、ホスホン酸誘導体のエタノール溶液に一定時間浸漬する。次いで、当該積層体を溶液から取り出し、正孔輸送層６側の表面におけるエタノール溶液を揮発させることにより、ホスホン酸誘導体を含む自己組織化単分子膜を形成できる。
　有機物層７が、ホスホン酸誘導体を含む自己組織化単分子膜を含むことにより、正孔輸送層６と強く結合するホスホノ基を、結合部２２に備えた単分子２０を含む単分子膜を形成できる。このために、本実施形態においては、高密度かつ安定した単分子２０を含む有機単分子膜を備える有機物層７を形成できる。
　本実施形態に係る発光デバイス１の動作について、図１の（ａ）を参照して説明する。
　本実施形態に係る発光素子２のアノード４とカソード１２との間に電位差が生じると、図１の（ａ）の矢印ｐ＋および矢印ｎ－に示すように、アノード４側から正孔輸送層６へ正孔が、カソード１２側から電子輸送層１０へ電子が注入される。その後、正孔輸送層６に注入された正孔と電子輸送層１０に注入された電子とは、量子ドット層８の量子ドット１６に到達する。量子ドット１６において、正孔と電子とが再結合することにより、励起子が生成される。
　ここで、正孔輸送層６に注入された正孔は、有機物層７をトンネルすることにより、量子ドット層８に到達する。有機物層７の膜厚ｄが、５．０ｎｍ以下であるために、正孔輸送層６に注入された正孔は、有機物層７を効率的にトンネルする。
　本実施形態においては、有機物層７が単分子膜であるために、製造工程において、単分子を含む溶液に基板を一定時間浸漬することにより、容易に略均一な膜厚を有する有機物層７を形成できる。したがって、有機物層７が単分子膜であることは、有機物層７の膜厚が制御しやすい点において好ましい。
　特に、本実施形態においては、有機物層７が自己組織化単分子膜であるために、より有機物層７の膜厚の制御が容易となる。したがって、本実施形態における有機物層７は、その製造プロセスを安定化することが容易であり、また、発光デバイス１の発光の均一性を改善する。
　本実施形態に係る発光デバイス１の効果を、当該発光デバイス１の発光素子２の素子特性を、図３に示す比較形態に係る発光デバイス１Ａの発光素子２の素子特性と比較することにより説明する。図３は、比較形態に係る発光デバイス１Ａの概略断面図である。比較形態に係る発光デバイス１Ａは、本実施形態に係る発光デバイス１と比較して、発光素子２が有機物層７を備えていない点においてのみ構成が異なる。
　図４は、本実施形態に係る発光デバイス１の発光素子２、および、比較形態に係る発光デバイス１Ａの発光素子２のそれぞれの素子特性を示すグラフである。図４のそれぞれのグラフは、各発光素子の素子特性の測定結果である。図４の（ａ）は、各発光素子の外部量子効率を縦軸に、当該発光素子に流れる電流の密度を横軸にとって、測定結果を示したグラフである。図４の（ｂ）は、各発光素子の輝度を縦軸に、当該発光素子に流れる電流の密度を横軸にとって、測定結果を示したグラフである。
　ここで、図４のグラフにおける比較例は、比較形態に係る発光デバイス１Ａの発光素子２の測定結果を示し、実施例１および実施例２は本実施形態に係る発光デバイス１の発光素子２の測定結果を示す。
　また、実施例１は、有機物層７が、図２の（ａ）に示す単分子２０を含む場合、すなわち、有機物層７が、上記化学式（１）に示す、ＯＤＰＡから形成された自己組織化単分子膜を含む場合の測定結果を示す。さらに、実施例２は、有機物層７が、図２の（ｂ）に示す単分子２０を含む場合、すなわち、有機物層７が、上記化学式（２）に示す、ＦＯＰＡから形成された自己組織化単分子膜を含む場合の測定結果を示す。
　なお、上記の測定は、比較例、実施例１、および実施例２の何れにおいても、緑色光を発する量子ドット１６を含む量子ドット層８を備えた発光素子２に対して実施している。また、実施例１、および実施例２においては、膜厚ｄが２ｎｍの有機物層７を備えた発光素子２に対し、上記の測定を実施した。
　実施例１および実施例２においては、図４の（ａ）に示すように、比較例と比較して、外部量子効率が向上している。これに伴い、実施例１および実施例２においては、図４の（ｂ）に示すように、比較例と比較して、輝度についても向上している。
　量子ドット層８の量子ドット１６から、正孔輸送層６への励起子のエネルギー移動の発生確率は、一般に、量子ドット１６と正孔輸送層６との距離が長くなることにより、急激に低減する。ここで、実施例１および実施例２において、発光素子２が有機物層７を有することにより、量子ドット層８の量子ドット１６と、正孔輸送層６との距離が、十分に離されることになる。このために、実施例１および実施例２に係る発光デバイス１において、比較例に係る発光デバイス１Ａと比較して、量子ドット層８から正孔輸送層６への励起子のエネルギー移動が低減し、外部量子効率および輝度が改善したと考えられる。
　ゆえに、本実施形態に係る発光デバイス１においては、量子ドット層８から正孔輸送層６への励起子のエネルギー移動が低減され、正孔輸送層６における非発光過程を低減されるために、発光効率が改善する。ここで、有機物層７の膜厚ｄが、０．５ｎｍ以上であるために、上述したエネルギー移動は効率的に低減される。
　ただし、有機物層７の膜厚ｄが、５．０ｎｍ以下であるために、正孔輸送層６に注入された正孔は、有機物層７を効率的にトンネルする。このため、本実施形態に係る発光デバイス１においては、有機物層７が正孔輸送層６から量子ドット層８への正孔輸送の効率を低減することを、効率的に防止する。
　さらに、実施例２においては、図４の（ａ）に示すように、実施例１と比較して、外部量子効率が向上している。これに伴い、実施例２においては、図４の（ｂ）に示すように、実施例１と比較して、輝度についても向上している。この点について、より詳細に説明する。
　実施例１における単分子２０と比較して、実施例２における単分子２０は、フッ化アルキル基としてフッ素を含んでいる。フッ素は、分極率が高いために、周囲の元素との相互作用を小さくし、換言すれば、周囲の元素との双極子モーメントを小さくする。このために、単分子２０がフッ素を有するために、単分子２０同士の相互作用がより小さくなり、上述したエネルギー移動をより効率的に低減する。
　特に、実施例２においては、終端部２６が、トリフルオロメチル基としてフッ素を含んでいる。このため、有機物層７が、量子ドット層８と近接する位置においてフッ素を含むために、量子ドット１６との相互作用がより小さくなり、上述したエネルギー移動をさらに効率的に低減する。
　また、トリフルオロメチル基は、メチル基の全ての置換基がフッ素に置き換わった構造を有する。このために、終端部２６がトリフルオロメチル基を有することにより、量子ドット層８と近接する位置において、より相互作用を小さくできる。
　本実施形態に係る発光デバイス１は、酸化物半導体を含む正孔輸送層６と、発光層である量子ドット層８との間に、有機物膜を含む有機物層７を含む発光素子２を備える。このために、正孔輸送層６が酸化物半導体を含む場合であっても、量子ドット層８から正孔輸送層６への励起子のエネルギー移動を低減できるため、発光素子２の外部量子効率を改善し、ひいては発光デバイス１の発光効率を改善する。
　なお、本実施形態に係る発光素子２は、正孔輸送層６と有機物層７との間に、酸化物からなる絶縁層を含んでいてもよい。絶縁層は、例えば、Ａｌ２Ｏ３等を含んでいてもよい。
　さらに、本実施形態においては、単一の発光素子２を備えた発光デバイス１を例に挙げて説明したが、本実施形態はこれに限られない。表示デバイスとは、例えば、発光デバイスを制御して、画像を表示するディスプレイとして用いられる。例えば、本実施形態に係る発光デバイス１は、互いに異なる複数の発光素子２をサブ画素ごとに備えた、表示デバイスであってもよい。
　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。
１　　発光デバイス
２　　発光素子
４　　アノード
６　　正孔輸送層
７　　有機物層
８　　量子ドット層
１０　電子輸送層
１２　カソード
１６　量子ドット
２０　単分子
２２　結合部
２４　スペーサ部
２６　終端部

Claims (12)

  1. 　基板と、該基板上に、アノードと、正孔輸送層と、量子ドット層と、電子輸送層と、カソードとを、この順に含む発光素子とを備えた発光デバイスであって、
    　前記正孔輸送層が、酸化物半導体を含み、
    　前記発光素子は、前記正孔輸送層と前記量子ドット層との間に、膜厚が０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の有機物膜を含む有機物層をさらに備えた発光デバイス。
  2. 　前記有機物層がフッ素を含む請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 　前記有機物層がフッ化アルキル基を含む請求項２に記載の発光デバイス。
  4. 　前記有機物層が、前記量子ドット側に終端部を備え、該終端部の何れかがフッ素を備える請求項２または３に記載の発光デバイス。
  5. 　前記終端部の何れかがトリフルオロメチル基である請求項４に記載の発光デバイス。
  6. 　前記有機物層が、前記正孔輸送層と結合する官能基を含む結合部を備えた請求項１から５の何れか１項に記載の発光デバイス。
  7. 　前記結合部がホスホノ基を含む請求項６に記載の発光デバイス。
  8. 　前記有機物層がホスホン酸誘導体を含む請求項１から７の何れか１項に記載の発光デバイス。
  9. 　前記有機物層が複数の単分子を含む単分子膜からなる請求項１から８の何れか１項に記載の発光デバイス。
  10. 　前記単分子膜が自己組織化単分子膜である請求項９に記載の発光デバイス。
  11. 　前記正孔輸送層がＮｉＯを含む請求項１から１０の何れか１項に記載の発光デバイス。
  12. 　請求項１から１１の何れか１項に記載の発光デバイスを備えた表示デバイス。
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