WO2020174604A1 - 発光素子およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

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WO2020174604A1
WO2020174604A1 PCT/JP2019/007531 JP2019007531W WO2020174604A1 WO 2020174604 A1 WO2020174604 A1 WO 2020174604A1 JP 2019007531 W JP2019007531 W JP 2019007531W WO 2020174604 A1 WO2020174604 A1 WO 2020174604A1
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light emitting
quantum dots
particle size
conduction band
energy
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PCT/JP2019/007531
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弘文 吉川
達也 両輪
山本　真樹
貴洋 土江
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シャープ株式会社
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    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element and a display device using the same.
  • a light emitting element using quantum dots is expected to be applied to a display device (for example, see Patent Document 1).
  • JP 2013-157180 Japanese Patent Publication “JP 2013-157180”
  • the light emitting device using quantum dots has a problem that the luminous efficiency is low.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a light-emitting element and a display device which have higher emission efficiency than conventional ones.
  • a light-emitting element includes an anode, a cathode, and a light-emitting layer provided between the anode and the cathode, and the light-emitting layer has a plurality of layers.
  • quantum dots of which the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the quantum dot corresponds to twice the LO phonon energy of the material of the quantum dot.
  • the particle size is D LO2
  • the number average particle size of the plurality of quantum dots is D LO2 or more and 100 nm or less.
  • a light-emitting element includes an anode, a cathode, and a light-emitting layer provided between the anode and the cathode, and the light-emitting layer has a plurality of layers.
  • the plurality of quantum dots each contain Cd and Zn, and the number average particle diameter of the plurality of quantum dots is 14 nm or more and 100 nm or less.
  • a light-emitting element includes an anode, a cathode, and a light-emitting layer provided between the anode and the cathode, and the light-emitting layer has a plurality of layers.
  • the number average particle size of the plurality of quantum dots is 9 nm or more and 100 nm or less.
  • a display device includes the light emitting element according to one embodiment of the present invention.
  • (A) ⁇ (c) is an energy band diagram for explaining the emission principle of the quantum dots in the display device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 1 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excited level of the quantum dots.
  • 5 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 1 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • 5 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 2 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the quantum dots.
  • 7 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 2 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • 7 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 3 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the quantum dots.
  • 5 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 3 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • 5 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 4 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excited level of the quantum dots.
  • 9 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 4 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • 9 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 5 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the quantum dots.
  • 9 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 5 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • 9 is a graph showing the relationship between the particle size of the quantum dots of Example 6 and the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excited level of the quantum dots. 9 is a graph showing the relationship between the particle size of quantum dots of Example 6 and the emission wavelength of the quantum dots.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a laminated structure of a display device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a display device 1 is a QLED display including a quantum dot light emitting diode (hereinafter, referred to as “QLED”) as a light emitting element 10, and an emission wavelength is on a substrate 17. It has a configuration in which a light emitting element layer including a plurality of different types of light emitting elements 10 is provided.
  • QLED quantum dot light emitting diode
  • the light emitting element 10 includes a first electrode 11, a second electrode 16, a hole injection layer 15 provided between the first electrode 11 and the second electrode 16 in this order from the second electrode 16 side, The hole transport layer 14, the light emitting layer 13, and the electron transport layer 12 are provided.
  • the first electrode 11 is a cathode and the second electrode 16 is an anode.
  • the display device 1 also includes a power supply 18.
  • the first electrode 11 and the second electrode 16 are connected to a power source 18 (for example, a DC power source as shown in FIG. 1), and a voltage is applied between them.
  • a power source 18 for example, a DC power source as shown in FIG. 1
  • the substrate 17 is an array substrate, and a TFT (thin film transistor) layer, for example, is formed on the substrate 17 as a drive element layer.
  • a drive circuit including a drive element such as a TFT for driving the light emitting element 10 is provided in the TFT layer as a subpixel circuit.
  • the second electrode 16, the hole injection layer 15, the hole transport layer 14, the light emitting layer 13, and the electron transport layer 12 are separated for each sub-pixel by an insulating layer (not shown).
  • the light emitting element layer is provided with a plurality of QLEDs as the light emitting element 10 corresponding to the sub-pixels.
  • the second electrode 16 is a pattern anode provided for each sub-pixel and is electrically connected to the TFT on the substrate 17, respectively.
  • the first electrode 11 is not separated by the insulating layer and is formed as a common cathode in common with each subpixel.
  • the insulating layer functions as a sub-pixel separation wall and also as an edge cover that covers the edge of the second electrode 16.
  • an insulating material such as acrylic resin or polyimide resin is used for the insulating layer.
  • the electron transport layer 12 may be formed commonly to each subpixel.
  • the first electrode 11 is a common anode
  • the second electrode 16 is a pattern cathode provided for each sub-pixel
  • the first electrode 11 and the second electrode 16 are arranged between the first electrode 11 and the second electrode 16 from the second electrode 16 side.
  • the electron transport layer 12, the light emitting layer 13, the hole transport layer 14, and the hole injection layer 15 may be laminated in this order.
  • the display device 1 emits, for example, R (red) subpixels that emit R (red) light, G (green) subpixels that emit G (green) light, and B (blue) light as subpixels. B (blue) sub-pixels.
  • An R (red) QLED is provided in the R sub-pixel as a light emitting element 10 that emits R light.
  • a G (green) QLED is provided as the light emitting element 10 that emits G light.
  • a B (blue) QLED is provided as the light emitting element 10 that emits B light.
  • R light refers to light having an emission center wavelength in a wavelength band of more than 600 nm and 780 nm or less, and preferably, the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 625 to 635 nm centered on the red wavelength of 2020 (wavelength 630 nm) (set to ⁇ 5 nm at the center of 630 nm) is shown.
  • G light refers to light having an emission center wavelength in a wavelength band of more than 500 nm and 600 nm or less, and is preferably the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 527 to 537 nm centered on the green wavelength of 2020 (wavelength 532 nm) (set at ⁇ 5 nm at the center of 532 nm) is shown.
  • the B light refers to light having an emission center wavelength in a wavelength band of 400 nm or more and 500 nm or less, and is preferably the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 462 to 472 nm centered on the blue wavelength of 2020 (wavelength 467 nm) (set at ⁇ 5 nm at the center of 467 nm) is shown.
  • At least one of the first electrode 11 and the second electrode 16 is a translucent electrode that transmits the light emitted from the light emitting layer 13.
  • the substrate 17 may be made of a translucent material or a light reflective material.
  • the light emitting element 10 When the light emitting element 10 is a top emission type light emitting element that extracts light from the first electrode 11 side, a translucent electrode having a light transmissive property is used for the first electrode 11 and a light reflective property for the second electrode 16. A reflective electrode having is used.
  • the light emitting element 10 when the light emitting element 10 is a bottom emission type light emitting element that extracts light from the second electrode 16 side, a translucent electrode is used for the second electrode 16 and a reflective electrode is used for the first electrode 11.
  • the light emitting element 10 may be a dual emission type light emitting element in which the first electrode 11 and the second electrode 16 are each a translucent electrode.
  • the translucent electrode for example, an electrode made of a translucent conductive material is used.
  • the reflective electrode may be an electrode made of a metal having a high visible light reflectance or an alloy thereof, or made of a layer made of a transparent conductive material and a metal having a high visible light reflectance or an alloy thereof. It may be a laminate with layers.
  • the translucent conductive material include ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), and GZO (gallium zinc oxide).
  • the metal having a high visible light reflectance include Al (aluminum), Cu (copper), Au (gold), Ag (silver), and the like.
  • the electron transport layer 12 is a layer having a function of enhancing electron transport efficiency to the light emitting layer 13, and transports electrons from the second electrode 16 to the light emitting layer 13.
  • the electron transport layer 12 is made of, for example, a metal oxide such as ZnO (zinc oxide), TiO 2 (titanium oxide), MgZnO (magnesium zinc oxide), Ta 2 O 3 (tantalum oxide), or SrTiO 3 (strontium titanium oxide). Contains particles.
  • the electron transport layer 12 may include metal oxide particles common to each subpixel, or may include metal oxide particles of different types depending on the subpixel. Further, the electron transport layer 12 may also have a function as an electron injection layer that enhances electron injection efficiency from the first electrode 11 to the light emitting layer 13.
  • the hole injection layer 15 is a layer having a function of enhancing hole injection efficiency into the hole transport layer 14.
  • the hole transport layer 14 is a layer having a function of enhancing efficiency of transporting holes to the light emitting layer 13.
  • the hole transport layer 14 transports holes from the second electrode 16 to the light emitting layer 13 via the hole injection layer 15.
  • the hole injection layer 15 and the hole transport layer 14 may include an inorganic material such as nickel oxide (NiO) and molybdenum oxide (MoO 3 ), and may be PEDOT (polyethylene dioxythiophene) or PEDOT-PSS.
  • NiO nickel oxide
  • MoO 3 molybdenum oxide
  • PEDOT polyethylene dioxythiophene
  • PEDOT-PSS PEDOT-PSS
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of the liquid composition 100 used for forming the light emitting layer 13.
  • the light emitting layer 13 is formed by using a liquid composition 100 in which a plurality of quantum dots (semiconductor nanoparticles, hereinafter referred to as “QD”) 130 are dispersed in, for example, a predetermined solvent 132 as shown in FIG.
  • the liquid composition 100 includes a plurality of quantum dots (semiconductor nanoparticles, hereinafter referred to as “QD”) 130, a plurality of ligands 131 respectively located on the surface of the quantum dots using the quantum dots as a receptor, and a solvent. And 132.
  • the ligand 131 is composed of an adsorption group that is adsorbed (coordinated) on the surface of the QD 130 and an alkyl group that is bonded to the adsorption group.
  • the adsorption group include an amino group, a phosphine group, a carboxyl group, a hydroxyl group, and a thiol group.
  • the alkyl group include an alkyl group having 2 to 50 carbon atoms.
  • examples of the ligand 131 include hexadecylamine, oleylamine, octylamine, hexadecanethiol, dodecanethiol, trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, myristic acid, and oleic acid.
  • the ligand 131 also has a role as a dispersant that improves the dispersibility of the QD 130 in the liquid composition 100.
  • the solvent 132 constituting the liquid composition 100 may be, for example, water, and may be methanol, ethanol, propanol, butanol, pentane, hexane, octane, acetone, toluene, xylene, benzene, chloroform, dichloromethane, and chlorobenzene. It may be an organic solvent such as. Further, the solvent may be at least one liquid selected from the group consisting of water and a combination of the organic solvents.
  • the liquid composition 100 is applied to the upper surface of the hole transport layer 14 to form a coating film of the liquid composition 100, and then the solvent of the liquid composition 100 is volatilized to solidify the coating film ( It can be formed by curing.
  • the QD 130 used in the light emitting layer 13 according to the present embodiment is a coating type QD formed by a solution method instead of crystal growth.
  • the light emitting layer 13 thus formed includes a spherical QD 130 and a ligand 131.
  • the shape of the QD 130 is not an island shape (lens shape) as in the case of crystal growth but a spherical shape, so that the polarization characteristic of light emission can be reduced.
  • the light emitting layer 13 includes the ligand 131, aggregation of the QDs 130 can be suppressed and the QDs 130 can be favorably dispersed when the coating film of the liquid composition 100 is formed.
  • the light emitting layer 13 includes, as a light emitting material, the QD 130 of each color formed as described above in each subpixel. Specifically, the light emitting layer 13 has, as the QD 130, an R (red) QD in the R subpixel, a G (green) QD in the G subpixel, and a B (blue) QD in the B subpixel. .. RQD, GQD, and BQD have different wavelength bands of emitted light. These QDs are, for example, QD phosphors, and emit the aforementioned R light, G light, and B light, for example, as fluorescence, respectively. As described above, the light emitting layer 13 includes a plurality of types of QDs as the QDs 130, and includes the same type of QDs 130 in the same subpixel.
  • the QD 130 used in this embodiment has an energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD 130 that is LO (Longitudinal Optical; longitudinal wave) of the QD material of the QD 130. (Optical) It is desirable that the QD be less than twice (that is, more than 0 times and less than 2 times) the phonon energy, and it is desirable that the QD be less than 1 time (that is, more than 0 times and less than 1 time). Is more desirable.
  • the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD 130 corresponds to twice the LO phonon energy of the QD material of the QD 130.
  • number average particle diameter of the QD130 is desirably a QD having a size of more than D LO2.
  • the energy gap between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD 130 corresponds to one time the LO phonon energy of the QD material of the QD 130.
  • the number average particle diameter of the QD130 (hereinafter, simply referred to as "average particle diameter") means the number average diameter (number average diameter size) represented by the following formula (1) among the arithmetic average diameters of the QD130. Indicates.
  • d represents the representative value of each particle size channel
  • n represents the number-based percentage of each particle size channel.
  • the LO phonon energy of the QD material is also influenced by the size of the QD, but as in Non-Patent Document 1 described above, generally, the numerical value of the LO phonon energy of the QD material in bulk is applied. To be done. Further, the LO phonon energy of the ternary QD material is uniquely calculated from, for example, a combination of LO phonon energies of a known binary QD material containing two elements of each element contained in the QD material. You can ask. When the LO phonon energy becomes small, the particle size of QD130 becomes small, and as a result, the average particle size of QD130 becomes small.
  • FIGS. 3A to 3C are energy band diagrams for explaining the light emission principle of the QD 130.
  • FIGS. 3A to 3C as the energy levels, only the ground level and the first excited level of the conduction band of QD 130 and the ground level of the valence band of QD 130 are shown. ..
  • electrons (e ⁇ ) supplied from the second electrode 16 into the light emitting layer 13 are the first in the conduction band of the QD 130 as shown in (b) of FIG. Falls to one excitation level.
  • the holes (h + ) supplied from the first electrode 11 and transited to the ground level of the valence band of the QD 130 are recombined.
  • the conventional light emitting device using QD has low efficiency in injecting electrons into the conduction band ground level of QD and has low emission efficiency.
  • the size of the QD used in the light emitting element is relatively small, and the quantum confinement effect is strong.
  • the inventors of the present application have made earnest studies to provide a light emitting device having higher luminous efficiency than conventional ones, and as a result, found that the conduction band first excitation level of QD affects the luminous efficiency of QD.
  • the inventors of the present invention have shown that the electrons surrounded by a broken line in FIG. 3B are the first excitation level of the conduction band of QD (in FIG. It is one of the causes of low emission efficiency that the relaxation time from relaxation to the ground level in the valence band is not sufficiently fast for the emission lifetime. It has been found that by increasing the time, the electron injection efficiency into the conduction band ground level of QD can be improved and the light emission efficiency can be increased. Then, in order to accelerate the relaxation time, the conduction band first excitation level of the QD 130 shown by a solid line in FIGS. 3A to 3C and the conventional one shown by a broken line in FIGS.
  • the energy gap ⁇ E between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD is shifted to a level lower than the conduction band first excitation level of QD of The inventors have come to the conclusion that the energy gap ⁇ E′ between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level may be made smaller.
  • FIG. 9 of Non-Patent Document 1 shows the difference between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of QD when GaAs (gallium arsenide) is used as the QD material of the photoelectric conversion element in the solar cell.
  • GaAs gallium arsenide
  • the relationship between the energy gap ⁇ E of ⁇ and the time of LO phonon scattering of GaAs is disclosed. Note that Non-Patent Document 1 relates to a solar cell as described above, and is not directly related to a light emitting element used in a display device.
  • FIG. 9 of Non-Patent Document 1 shows that the energy gap ⁇ E between the conduction band ground level of the QD and the conduction band first excitation level is near the LO phonon energy (36 meV).
  • the scattering of electrons by phonons is fast (1 ⁇ 10 ⁇ 9 to 1 ⁇ 10 ⁇ 12 s).
  • Non-Patent Document 1 the LO phonon energy of GaAs is used as the LO phonon energy.
  • other material systems such as InP (indium phosphide) having LO phonon energy of 43 meV, phonon scattering becomes fast in the vicinity of LO phonon energy as well.
  • the energy gap ⁇ E between the conduction band ground level of the QD and the conduction band first excitation level is reduced, the scattering of LO phonons (LO phonon scattering), which is one of the optical phonons, can be accelerated. Therefore, the relaxation time due to LO phonon scattering can be shortened.
  • the energy gap ⁇ E between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD 130 is more than 0 times the LO phonon energy of the material of the QD 130 and is 2 times or less, preferably 1 times or less.
  • the energy gap ⁇ E of the QD 130 is set to be more than 0 times and not more than 2 times the LO phonon energy of the material of the QD 130 to shorten the scattering time of the LO phonons as compared to when the quantum confinement effect is strong. You can As a result, carriers in the excited level can be efficiently relaxed to the ground level. Further, by setting the energy gap ⁇ E of the QD 130 to be 1 time or less of the LO phonon energy of the material of the QD 130, it is possible to more efficiently relax the carriers in the excitation level to the ground level.
  • the typical emission lifetime in QD is several nanoseconds. Therefore, for example, when the energy gap ⁇ E of the QD 130 is about 3 times the LO phonon energy of the QD material of the QD 130, the scattering time (relaxation time) is on the order of 100 nanoseconds (that is, the emission lifetime ⁇ relaxation time ), the relaxation time is likely to be the rate-limiting (bottleneck). Therefore, when the energy gap ⁇ E of the QD 130 is about three times the LO phonon energy of the QD material of the QD 130, the luminous efficiency of the light emitting element 10 is reduced.
  • the scattering time (relaxation time) is accelerated to the order of about 10 nanoseconds, which is close to the emission lifetime. be able to.
  • the order of the scattering time is different depending on whether the energy gap ⁇ E of the QD 130 is about 3 times or less than the LO phonon energy of the QD material of the QD 130.
  • the scattering time becomes close to the emission life, and improvement of the emission efficiency can be expected.
  • the scattering time (relaxation time) is on the order of 0.01 nanosecond (that is, the relaxation time). ⁇ light emission lifetime> and the relaxation time is sufficiently shorter than the light emission lifetime. Therefore, the relaxation time does not become the rate-determining (bottleneck), and a large improvement in luminous efficiency can be expected.
  • the energy gap ⁇ E of the QD 130 is set to be equal to or less than 1 time the LO phonon energy of the QD material of the QD 130, the LO phonon scattering time can be further shortened.
  • the LO phonon scattering time when the energy gap ⁇ E of the QD is more than 0 and less than or equal to 1 time the LO phonon energy of the QD material of the QD is the energy gap. It can be expected that ⁇ E can be made as short as or less than the scattering time of LO phonons at 1 to 2 times the LO phonon energy.
  • LA Longitudinal Acoustic
  • TA Transverse Acoustic
  • optical phonons said LO phonons and TO (Transverse Optical) phonons
  • acoustic phonons On the lower energy side than LO phonon energy, acoustic phonons also efficiently scatter phonons. Since acoustic phonons have continuous energy, LO phonons and acoustic phonons, or acoustic phonons, efficiently perform phonon scattering on the energy side lower than the LO phonon energy. Therefore, on the side of energy lower than the LO phonon energy, the scattering time is almost the same as the emission lifetime or much faster than the emission lifetime, so that sufficient emission efficiency can be improved.
  • the energy gap ⁇ E of the QD130 is determined by the type of QD material and the particle size of the QD. Also, the LO phonon energy of the QD material is determined by the type of QD material. Strictly speaking, the LO phonon energy of the QD material is also affected by the particle size of the QD, but as in Non-Patent Document 1 described above, generally, the LO phonon energy of the QD material in bulk is Numerical values apply. Strictly speaking, the emission lifetime is affected by the type of QD material and the particle size of QD, but the order (about several nanoseconds) is the same in any case.
  • the quantum confinement effect can be obtained by making the QD130 have a particle size smaller than the Bohr radius. Due to the confinement of the quantum in the QD, the quantum energy level (quantum level) in the conduction band and the valence band is discretized.
  • the QD 130 emits light having a wavelength corresponding to the band gap (forbidden band width) and the quantum level (excitation level).
  • the QD 130 has a spherical shape and has a substantially uniform particle size. Each QD 130 emits light having a wavelength corresponding to the particle size of the QD 130.
  • the energy gap ⁇ E of the QD 130 changes depending on the particle size of the QD 130 (that is, the diameter size of the core). Specifically, when the particle size of the QD130 is increased, the energy gap ⁇ E of the QD130 is decreased, and the emission wavelength is increased, and when the particle size of the QD130 is decreased, the energy gap ⁇ E of the QD130 is increased, The emission wavelength tends to be shorter.
  • the average value of the energy gap ⁇ E of the QD 130 (average energy gap ⁇ E) can be decreased.
  • the emission wavelength becomes longer.
  • the light emitting element 10 When the light emitting element 10 is used for a display as described above, there is an optimum emission wavelength.
  • the energy gap ⁇ E of the QD 130 is not more than twice the LO phonon energy of the QD material of the QD 130, and the emission wavelength is appropriate. As such, it is necessary to control the average particle size of the QD material and QD130.
  • the QD 130 has a QD 130 in which the energy gap ⁇ E is twice or less the LO phonon energy of the QD material of the QD 130 and has an appropriate emission wavelength. It is necessary to select a combination of the material and the particle size of QD (actually, the average particle size of QD).
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using CdS as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • the particle size (average particle size) of a typical QD used in a conventional light emitting element is, for example, about 3 to 5 nm as shown in Patent Document 1 above.
  • a QD having a conventional typical particle size (average particle size) using CdS as the QD material has an energy gap ⁇ E of about 200 meV It is also found that it is sufficiently larger than 76 meV which is a double value of LO phonon energy of CdS (38 meV).
  • the energy gap ⁇ E is larger than twice the LO phonon energy of CdS, which is outside the range defined by this embodiment.
  • the QD 130 a QD having a large particle diameter (average particle diameter) that has not been used conventionally is used.
  • QD materials currently used are typically QD materials having an average emission diameter of about 3 to 5 nm and an appropriate emission wavelength.
  • the emission wavelength may become too long and cannot be used for a display device.
  • the particle diameter of the QD made of the QD material is set such that the energy gap ⁇ E corresponds to twice the LO phonon energy of the QD material.
  • the particle diameter of the QD made of the QD material is set such that the energy gap ⁇ E corresponds to twice the LO phonon energy of the QD material.
  • the energy gap ⁇ E of the QD is more than 0 times and not more than 2 times the LO phonon energy of the material of the QD, the electrons trapped in the conduction band first excitation level of the QD are It has not been previously known that the conduction band ground level is efficiently relaxed and efficient light emission occurs.
  • a QD having an average particle diameter equal to or larger than the particle diameter corresponding to twice the LO phonon energy of the material of the QD is used for the light emitting layer of the light emitting element. Therefore, there is no known combination of the QD material and the particle size of the QD that can obtain an emission wavelength suitable for a display device with such a particle size.
  • the upper limit of the average particle size of the QD 130 is not particularly limited from the viewpoint of electron injection efficiency into the conduction band ground level of the QD 130. However, if it exceeds 100 nm, it may not function as a quantum dot. Therefore, the average particle diameter of the QD 130 is preferably 100 nm or less.
  • the QD 130 is, for example, Cd (cadmium), S (sulfur), Te (tellurium), Se (selenium), Zn (zinc), In (indium), N (nitrogen), P (phosphorus), As (arsenic), It is composed of at least one element selected from the group consisting of Sb (antimony), Al (aluminum), Ga (gallium), Pb (lead), Si (silicon), Ge (germanium), and Mg (magnesium). It may include semiconductor nanoparticles made of a semiconductor material.
  • the QD 130 may be semiconductor nanoparticles made of a binary (binary mixed crystal) semiconductor material composed of two kinds of elements, for example, a ternary system (ternary mixed crystal) composed of three kinds of elements. It may be a semiconductor nanoparticle made of the above semiconductor material.
  • the QD material contains Cd (cadmium) and Zn (zinc) and the average particle diameter is 14 nm or more, or the QD material contains Cd and S (sulfur) and the average particle diameter is 9 nm.
  • Cd cadmium
  • Zn zinc
  • S sulfur
  • Examples of the QD material containing Cd and Zn include (Cd, Zn)Se-based QD materials containing Cd, Zn, and Se (selenium), which are represented by Cd x Zn 1-x Se, and CdxZn 1-x Te. And a (Cd,Zn)Te-based QD material containing Cd, Zn, and Te (tellurium).
  • the quantum dot material is Cd 0.7 Zn 0.3 Se and the QD has an average particle diameter of 14 nm or more, or the quantum dot material is Cd 0.55 Zn 0. QD having an average particle diameter of 45 nm or more is 14 Te.
  • the quantum dot material is Cd 0.4 Zn 0.6 Se and the QD has an average particle diameter of 13 nm or more, or the quantum dot material is Cd 0.1 Zn 0.9 Te, A QD having an average particle diameter of 12 nm or more is included.
  • the quantum dot material is Cd 0.15 Zn 0.85 Se and the average particle diameter is 13 nm or more, or the quantum dot material is CdS (cadmium sulfide) and the average particle diameter is An example is QD of 9 nm or more.
  • CdSe is known as the QD as shown in Patent Document 1, but even if the average particle size of the Qd made of CdSe is increased, the visible wavelength required for the display device was not obtained.
  • Zn is added to CdSe, and the compounding ratio of these elements (that is, the composition ratio of QD) and the average particle size are defined, so that the QD is used for the light emitting element 10 of the display device 1. Is now possible.
  • the QD material of the QD 130 (specifically, RQD, GQD, BQD) in the light emitting layer 13 of each subpixel (R subpixel, G subpixel, B subpixel) is Cd or Zn. , And Se are preferred.
  • the shorter the emission wavelength the larger the composition ratio (mixing ratio) of Zn in the QD 130 of the subpixel.
  • Cd 0.7 Zn 0.3 Se is used for the QD material of RQD
  • Cd 0.4 Zn 0.6 Se is used for the QD material of GQD
  • Cd 0 is used for the QD material of BQD. .15 Zn 0.85 Se is used.
  • the composition ratio (mixing ratio) of Zn represented by (1-x) in Cd x Zn 1-x Se such that R ⁇ G ⁇ B
  • RGB full color can be realized.
  • the QD materials of the QDs 130 in the light emitting layers 13 of at least two types of sub-pixels each include Cd, Zn, and Te.
  • the shorter the emission wavelength the larger the composition ratio (mixing ratio) of Zn in the QD 130 of the subpixel.
  • Cd 0.55 Zn 0.45 Te is used for the RQD QD material
  • Cd 0.1 Zn 0.9 Te is used for the GQD QD material.
  • the proportion of each element contained in the QD material of the QD 130 is not particularly limited, and as described above, the energy between the conduction band ground level and the conduction band first excitation level of the QD 130.
  • the average particle diameter of the QD 130 is a desired wavelength in a size of D LO2 or more and 100 nm or less. It may be appropriately set as described above and is not particularly limited.
  • Quantum levels in the conduction and valence bands of QD130 can be calculated by solving the single-band Schrodinger equation.
  • the LO phonon energy of the ternary QD material is calculated, for example, from a combination of the LO phonon energies of known binary QD materials containing two elements of each element included in the QD material.
  • You can The relationship between the energy gap ⁇ E of the QD 130 and the average particle size of the QD 130 is calculated by calculating the quantum level of the conduction band of the QD 130 having each particle size (that is, each diameter size), and calculating the conduction band ground level and the first level. It can be determined by the energy gap between the excitation levels.
  • the relationship between the average particle size of QD130 and the emission wavelength is calculated by calculating the quantum levels of the conduction band and valence band of QD130 having each particle size, and calculating the energy gap between the conduction band ground level and the valence band ground level.
  • the range used in the display device is obtained. Then, by selecting the composition of the QD material of the QD 130 and the allowable range of the average particle diameter of the QD 130, it is possible to realize the display device 1 having higher light emission efficiency than the conventional one.
  • the average particle size of the QD130 described above can also be calculated using an electron microscope.
  • the QD 130 used in the light emitting layer 13 according to the present embodiment is a coating type QD formed by a solution method.
  • the light emitting layer 13 is formed by coating the liquid composition 100 described above on the upper surface of the hole transport layer 14 and drying it.
  • the QD 130 is added to the inside of the solvent 132. Then, the ligand 131 is further added to the solvent 132. When the ligand 131 functions as a dispersant, the QD 130 can be effectively dispersed in the solvent 132.
  • the amount of the ligand 131 added may be appropriately set depending on the QD material and the average particle size of the QDs so as to suppress aggregation of the QDs 130, and is not particularly limited. As an example, the added amount of the ligand 131 is set within a range of 0.1 parts by weight or more and 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of QD130.
  • the liquid composition 100 includes, in addition to the QD 130, the ligand 131, and the solvent 132, for example, a polymer system including a chain polymer having a structure in which molecules constituting a monomer are repeated in a chain (linear).
  • the surface-modifying compound for example, a surface-modifying compound composed of a chain polymer
  • the molecular weight of the surface modification compound is 10,000 or more.
  • the surface modifying compound include polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol (PEG), polystyrene (PS), and the like.
  • the surface modification compound remains as a solid component inside the light emitting layer 13 after the light emitting layer 13 is formed. Therefore, when the amount of the surface modification compound is excessive with respect to QD130, the surface modification compound inhibits carrier injection into QD130. Therefore, when the liquid composition 100 further includes the surface modification compound, the amount of the surface modification compound should be in the range of 0.1 parts by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of QD130. Is preferred.
  • a known coating method such as an inkjet method or a spin coating method is used for coating the liquid composition 100 on the upper surface of the hole transport layer 14. That is, the manufacturing method of the light emitting device 10 includes a coating step of coating the liquid composition 100.
  • the method for manufacturing the light emitting element 10 includes a film forming step of forming the light emitting layer 13 using the liquid composition 100 applied in the applying step.
  • the viscosity of the liquid composition 100 means the viscosity of the liquid composition 100 before being solidified (before curing) (the viscosity when the liquid composition 100 contains a sufficient solvent 132).
  • the amount of the solvent 132 used is appropriately set, for example, so that the viscosity of the liquid composition 100 falls within the range described above.
  • the viscosity of the liquid composition 100 can also be adjusted by adding a thickener to the solvent 132.
  • the coating film of the liquid composition 100 formed by coating the liquid composition 100 on the upper surface of the hole transport layer 14 is solidified as the solvent 132 is volatilized by naturally drying the coating film. Harden). As a result, the light emitting layer 13 including the QD 130 and the ligand 131 can be formed.
  • the light emitting element 10 according to the present embodiment will be specifically described with reference to examples.
  • the following examples are examples of the light emitting device 10 according to the present embodiment, and the present embodiment is not limited to the following examples.
  • the conduction band and valence band quantum levels were calculated by solving the single band Schrodinger equation as described above.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.7 Zn 0.3 Se as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.7 Zn 0.3 Se as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the LO phonon energy of CdSe is 26 meV.
  • the LO phonon energy of ZnSe is 31.4 meV.
  • the LO phonon energy of Cd 0.7 Zn 0.3 Se estimated by linear interpolation using the LO phonon energy of CdSe and the LO phonon energy of ZnSe is 27.6 meV.
  • the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the grain size of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD using Cd 0.7 Zn 0.3 Se as the QD material is 55.2 meV, which is twice the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 13.8 nm. If the particle size is 14 nm, the energy gap ⁇ E of the QD is 53.9 meV. Therefore, according to the present embodiment, if the average particle diameter of the QD is 14 nm or more, the energy gap ⁇ E of the QD is twice the LO phonon energy or less. Therefore, when the QD material is Cd 0.7 Zn 0.3 Se, if the average particle size of the QD using the QD material is 14 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and efficient light emission can be performed.
  • the particle size of the QD is at least in the range of 16 to 24 nm, the international standard BT. It emits light in a wavelength range of ⁇ 5 nm (that is, a wavelength of 625 to 635 nm) centered on the red wavelength of 2020 (wavelength 630 nm).
  • the emission wavelength when the particle diameter is 16 nm is 626.5 nm
  • the emission wavelength when the particle diameter is 24 nm is 634.4 nm. Therefore, when the QD is a QD composed of Cd 0.7 Zn 0.3 Se and having an average particle size of 16 to 24 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be performed with a red wavelength of 2020.
  • the particle size of the QD at which the energy gap ⁇ E of QD is 27.6 meV is 20 nm, and the energy gap ⁇ E of the QD shown in FIG. 5 is 27.6 meV or less, which is one time the LO phonon energy. .. Therefore, according to this example, if the particle size of the QD is 20 nm or more, the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of the LO phonon energy. Therefore, when the QD material is Cd 0.7 Zn 0.3 Se, if the average particle size of the QD using the QD material is 20 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are more efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and more efficient light emission can be performed.
  • the QD material is Cd 0.7 Zn 0.3 Se
  • the average particle diameter of the QD using the QD material is 20 to 24 nm
  • the international standard BT With the red wavelength of 2020, more efficient light emission can be obtained.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.55 Zn 0.45 Te as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.55 Zn 0.45 Te as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the LO phonon energy of CdTe is 21.3 meV.
  • the LO phonon energy of ZnTe is 26 meV.
  • the LO phonon energy of Cd 0.55 Zn 0.45 Te estimated by linear interpolation using the LO phonon energy of CdTe and the LO phonon energy of ZnTe is 23.4 meV.
  • the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the grain size of the QD.
  • the particle size of the QD is It is 14.0 nm. Therefore, according to the present embodiment, if the average particle diameter of the QD is 14 nm or more, the energy gap ⁇ E of the QD is twice the LO phonon energy or less. Therefore, when the QD material is Cd 0.55 Zn 0.45 Te, if the average particle diameter of the QD using the QD material is 14 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and efficient light emission can be performed.
  • the particle size of the QD is at least in the range of 18 to 30 nm, and the international standard BT. It emits light having a wavelength within a range of ⁇ 5 nm centering on the red wavelength of 2020 (that is, a wavelength of 625 to 635 nm). Therefore, when the QD is a QD composed of Cd 0.55 Zn 0.45 Te and having an average particle size of 18 to 30 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be obtained at a red wavelength of 2020.
  • the particle size of the QD when the energy gap ⁇ E of the QD shown in FIG. 7 is 23.4 meV, which is one time the LO phonon energy, is 20.3 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 21 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 21 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.55 Zn 0.45 Te, if the average particle size of the QD using the QD material is 21 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are more efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and more efficient light emission can be performed.
  • the QD material is Cd 0.55 Zn 0.45 Te and the average particle size of the QD using the QD material is 21 to 30 nm, the international standard BT. With the red wavelength of 2020, more efficient light emission can be obtained.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.4 Zn 0.6 Se as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.4 Zn 0.6 Se as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the LO phonon energy of Cd 0.4 Zn 0.6 Se estimated by linear interpolation using the LO phonon energy of CdSe (26 meV) and the LO phonon energy of ZnSe (31.4 meV) as in Example 1 was 29.2 meV. Is.
  • the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the average diameter of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD using Cd 0.4 Zn 0.6 Se as the QD material is 58.4 meV which is twice the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 13.0 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 13 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 13 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD becomes twice or less the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.4 Zn 0.6 Se, if the average particle size of the QD using the QD material is 13 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and efficient light emission can be performed.
  • the QD when the QD is a QD composed of Cd 0.4 Zn 0.6 Se, in the range of at least 12 to 16 nm, the international standard BT. It emits light in a wavelength range of ⁇ 5 nm (that is, a wavelength of 527 to 537 nm) centered on the green wavelength of 2020 (wavelength 532 nm). Therefore, when the QD is a QD composed of Cd 0.4 Zn 0.6 Se and having an average particle size of 13 to 16 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be obtained at a green wavelength of 2020.
  • the energy gap ⁇ E of the QD shown in FIG. 9 is 29.2 meV, which is one time the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 18.8 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 19 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 19 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.4 Zn 0.6 Se, if the average particle size of the QD using the QD material is 19 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. Electrons are more efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and more efficient light emission can be performed.
  • the international standard BT In order to obtain efficient light emission at a green wavelength of 2020, it is desirable that the average particle diameter of QD be within the range of 14 to 16 nm. Therefore, when the QD material is Cd 0.4 Zn 0.6 Se, by setting the average particle diameter of QD within the range of 13 to 16 nm, the international standard BT. It can be seen that the luminous efficiency at the green wavelength of 2020 is the highest.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.1 Zn 0.9 Te as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.1 Zn 0.9 Te as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the average diameter of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD using Cd 0.1 Zn 0.9 Te as the QD material is 51.0 meV, which is twice the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 11.4 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 12 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 12 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD becomes twice or less the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.1 Zn 0.9 Te, if the average particle size of the QD using the QD material is 12 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and efficient light emission can be performed.
  • the QD when the QD is a QD consisting of Cd 0.1 Zn 0.9 Te, the particle size of the QD is at least 12 to 16 nm, and the international standard BT. It emits light having a wavelength within a range of ⁇ 5 nm centered on the green wavelength of 2020 (that is, a wavelength of 527 to 537 nm). Therefore, when the QD is a QD composed of Cd 0.1 Zn 0.9 Te and having an average diameter of 12 to 16 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be obtained at a green wavelength of 2020.
  • the energy gap ⁇ E of the QD shown in FIG. 11 is 25.5 meV, which is one time the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 16.5 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle size of QD is 17 nm or more (that is, the average particle size of QD is 17 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.1 Zn 0.9 Te and the average particle size of the QD using the QD material is 17 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are more efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and more efficient light emission can be performed.
  • the international standard BT In order to obtain efficient light emission at the green wavelength of 2020, it is desirable that the average particle diameter of QD is within the range of 12 to 16 nm. Therefore, when the QD material is Cd 0.1 Zn 0.9 Te, it can be seen that the most efficient light emission can be performed by setting the average particle diameter of QD within the range of 12 to 16 nm.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.15 Zn 0.85 Se as a QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using Cd 0.15 Zn 0.85 Se as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the LO phonon energy of Cd 0.15 Zn 0.85 Se estimated by linear interpolation using the LO phonon energy of CdSe (26 meV) and the LO phonon energy of ZnSe (31.4 meV) as in Example 1 was 30.6 meV. Is.
  • the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the average diameter of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD using Cd 0.15 Zn 0.85 Se as the QD material is 61.2 meV, which is twice the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 12.4 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 13 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 13 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD becomes twice or less the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.15 Zn 0.85 Se, if the average particle size of the QD using the QD material is 13 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and efficient light emission can be performed.
  • the particle size of the QD is at least in the range of 12 to 20 nm, and the international standard BT. It emits light having a wavelength within a range of ⁇ 5 nm (that is, a wavelength of 462 to 472 nm) centered on the blue wavelength of 2020 (wavelength 467 nm). Therefore, when the QD material is QD composed of Cd 0.15 Zn 0.85 Se and having an average diameter of 14 to 20 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be obtained at a blue wavelength of 2020.
  • the energy gap ⁇ E of the QD is 30.6 meV, which is one time the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 18.0 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 18 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 18 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is Cd 0.15 Zn 0.85 Se, if the average particle diameter of the QD using the QD material is 18 nm or more, it is trapped in the conduction band first excitation level of the QD. The electrons are more efficiently relaxed to the conduction band ground level of the QD, and more efficient light emission can be performed.
  • the QD material is Cd 0.15 Zn 0.85 Se and the average particle diameter of the QD using the QD material is 18 to 20 nm, the international standard BT. It is possible to obtain more efficient light emission with a blue wavelength of 2020.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using CdS as the QD material and the energy gap ⁇ E of the QD.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the particle size of QD using CdS as the QD material and the emission wavelength of the QD.
  • the LO phonon energy of CdS is 38 meV. As shown in FIG. 15, even when CdS is used as the QD material, the energy gap ⁇ E of the QD can be reduced by increasing the average diameter of the QD.
  • the energy gap ⁇ E of the QD using CdS as the QD material is 76 meV, which is twice the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 8.7 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 9 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 9 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is not more than twice the LO phonon energy. .. Therefore, when the QD material is CdS and the average diameter of the QD using the QD material is 9 nm or more, the electrons trapped in the conduction band first excitation level of the QD are Efficient light emission can be achieved by efficiently relaxing to the level.
  • the QD when the QD is a QD composed of CdS, if the particle size of the QD is at least 10 to 12 nm, the international standard BT. It emits light having a wavelength within a range of ⁇ 5 nm centered on the blue wavelength of 2020 (that is, a wavelength of 462 to 472 nm). Therefore, when the QD is a QD composed of CdS and having an average particle size of 10 to 12 nm, the international standard BT. Efficient light emission can be obtained at a blue wavelength of 2020.
  • the energy gap ⁇ E of the QD shown in FIG. 15 is 38 meV, which is one time the LO phonon energy, and the particle size of the QD is 13.0 nm. Therefore, according to the present embodiment, when the particle diameter of QD is 13 nm or more (that is, the average particle diameter of QD is 13 nm or more), the energy gap ⁇ E of the QD is 1 time or less of the LO phonon energy. .. Therefore, if the QD material is CdS and the average diameter of the QD using the QD material is 13 nm or more, the electrons trapped in the conduction band first excitation level of the QD are The levels can be relaxed more efficiently, and more efficient light emission can be performed.
  • the international standard BT In order to obtain efficient light emission at a blue wavelength of 2020, it is desirable that the average diameter of QDs be within the range of 10 to 12 nm. Therefore, when the QD material is CdS, it is understood that the most efficient light emission can be performed by setting the average diameter of the QD within the range of 10 to 12 nm.

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Abstract

発光素子は、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられた発光層と、を備え、発光層は複数の量子ドットを含み、量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが量子ドットの材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する、量子ドットの粒径をＤＬＯ２とするとき、複数の量子ドットの個数平均粒径が、ＤＬＯ２以上、１００ｎｍ以下である。

Description

発光素子およびそれを用いた表示装置
　本発明は、発光素子およびそれを用いた表示装置に関する。
　量子ドットを用いた発光素子は、表示装置への応用が期待されている（例えば特許文献１参照）。
日本国公開特許公報「特開２０１３-１５７１８０号」
PHYSICAL REVIEW B 82, 195321 2010
　しかしながら、量子ドットを用いた発光素子は、発光効率が低いという課題がある。
　そこで、本発明の一態様は、従来よりも発光効率が高い発光素子および表示装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光素子は、陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、上記発光層は複数の量子ドットを含み、上記量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが上記量子ドットの材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する、上記量子ドットの粒径をＤＬＯ２とするとき、上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、ＤＬＯ２以上、１００ｎｍ以下である。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光素子は、陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、上記発光層は複数の量子ドットを含み、上記複数の量子ドットが、それぞれＣｄおよびＺｎを含み、上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、１４ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光素子は、陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、上記発光層は複数の量子ドットを含み、上記複数の量子ドットの材料がＣｄＳであり、上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、９ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る表示装置は、本発明の一態様に係る上記発光素子を備えている。
　本発明の一態様によれば、従来よりも発光効率が高い発光素子および表示装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る表示装置の積層構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の発光層の成膜に用いられる液体組成物の構成を模式的に示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る表示装置における量子ドットの発光原理を説明するためのエネルギーバンド図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の量子ドット材料としてＣｄＳを用いた量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例１の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例１の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。 実施例２の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例２の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。 実施例３の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例３の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。 実施例４の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例４の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。 実施例５の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例５の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。 実施例６の量子ドットの粒径と、該量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップと、の関係を示すグラフである。 実施例６の量子ドットの粒径と、該量子ドットの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置１の積層構造の一例を模式的に示す図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る表示装置１は、発光素子１０として量子ドット発光ダイオード（以下、「ＱＬＥＤ」と記す）を備えたＱＬＥＤディスプレイであり、基板１７上に、発光波長が異なる複数種類の発光素子１０を含む発光素子層が設けられた構成を有している。
　発光素子１０は、第１電極１１と、第２電極１６と、第１電極１１と第２電極１６との間に、第２電極１６側からこの順に設けられた、正孔注入層１５と、正孔輸送層１４と、発光層１３と、電子輸送層１２と、を備えている。図１に示す例では、第１電極１１が陰極であり、第２電極１６が陽極である。
　また、表示装置１は電源１８を備えている。第１電極１１および第２電極１６は電源１８（図１に示すように例えば直流電源）と接続されており、それらの間に電圧が印加されるようになっている。
　基板１７は、アレイ基板であり、基板１７には、駆動素子層として、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）層が形成されている。ＴＦＴ層には、副画素回路として、発光素子１０を駆動する、ＴＦＴ等の駆動素子を含む駆動回路が設けられている。
　第２電極１６、正孔注入層１５、正孔輸送層１４、発光層１３、および電子輸送層１２のそれぞれは、図示しない絶縁層によって、副画素毎に分離されている。これにより、発光素子層には、発光素子１０として、副画素に対応して、複数のＱＬＥＤが設けられている。第２電極１６は、上述したように、副画素毎に設けられたパターン陽極であり、基板１７のＴＦＴとそれぞれ電気的に接続されている。一方、第１電極１１は、上記絶縁層によって分離されず、共通陰極として、各副画素に共通して形成されている。上記絶縁層は、副画素分離壁として機能するとともに、第２電極１６のエッジを覆うエッジカバーとして機能する。上記絶縁層には、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁材料が用いられる。但し、上記構成は一例であって、必ずしも上記構成に限定されない。例えば、電子輸送層１２は、各副画素に共通して形成されていてもよい。また、第１電極１１が共通陽極であり、第２電極１６が、副画素毎に設けられたパターン陰極であり、第１電極１１と第２電極１６との間に、第２電極１６側から、電子輸送層１２、発光層１３、正孔輸送層１４、正孔注入層１５が、この順に積層されていてもよい。
　表示装置１は、副画素として、例えば、Ｒ（赤色）光を放出するＲ（赤色）副画素と、Ｇ（緑色）光を放出するＧ（緑色）副画素と、Ｂ（青色）光を放出するＢ（青色）副画素と、を備えている。
　Ｒ副画素には、Ｒ光を発光する発光素子１０としてＲ（赤色）ＱＬＥＤが設けられている。Ｇ副画素には、Ｇ光を発光する発光素子１０としてＧ（緑色）ＱＬＥＤが設けられている。Ｂ副画素には、Ｂ光を発光する発光素子１０としてＢ（青色）ＱＬＥＤが設けられている。
　ここで、Ｒ光とは、６００ｎｍを越え、７８０ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光を示し、好適には、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長（波長６３０ｎｍ）を中心とした６２５～６３５ｎｍ（６３０ｎｍ中心に±５ｎｍで設定）の波長の光を示す。また、Ｇ光とは、５００ｎｍを越え、６００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光を示し、好適には、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長（波長５３２ｎｍ）を中心とした５２７～５３７ｎｍ（５３２ｎｍ中心に±５ｎｍで設定）の波長の光を示す。Ｂ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を示し、好適には、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長（波長４６７ｎｍ）を中心とした４６２～４７２ｎｍ（４６７ｎｍ中心に±５ｎｍで設定）の波長の光を示す。
　第１電極１１および第２電極１６の少なくとも一方は、発光層１３から放出された光を透過する透光性電極である。基板１７は、透光性材料によって構成されてもよいし、光反射性材料によって構成されてもよい。
　発光素子１０が、第１電極１１側から光を取り出すトップエミッション型の発光素子である場合、第１電極１１に透光性を有する透光性電極が用いられ、第２電極１６に光反射性を有する反射電極が用いられる。一方、発光素子１０が、第２電極１６側から光を取り出すボトムエミッション型の発光素子である場合、第２電極１６に透光性電極が用いられ、第１電極１１に反射電極が用いられる。なお、発光素子１０は、第１電極１１および第２電極１６がそれぞれ透光性電極からなる両面発光型の発光素子であってもよい。
　上記透光性電極には、例えば、透光性の導電材料からなる電極が用いられる。上記反射電極は、可視光の反射率の高い金属またはその合金からなる電極であってもよいし、透光性の導電材料からなる層と、可視光の反射率の高い金属またはその合金からなる層との積層体であってもよい。上記透光性の導電材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）またはＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）等が挙げられる。また、可視光の反射率の高い金属としては、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）等が挙げられる。
　電子輸送層１２は、発光層１３への電子輸送効率を高める機能を有する層であり、第２電極１６から電子を発光層１３に輸送する。電子輸送層１２は、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＭｇＺｎＯ（酸化マグネシウム亜鉛）、Ｔａ２Ｏ３（酸化タンタル）、ＳｒＴｉＯ３（酸化ストロンチウムチタン）等の金属酸化物の粒子を含んでいる。なお、電子輸送層１２は、各副画素に共通の金属酸化物の粒子を含んでいてもよく、副画素によって種類が異なる金属酸化物の粒子を含んでいてもよい。また、電子輸送層１２は、第１電極１１から発光層１３への電子注入効率を高める電子注入層としての機能を兼ね備えていてもよい。
　正孔注入層１５は、正孔輸送層１４への正孔注入効率を高める機能を有する層である。正孔輸送層１４は、発光層１３への正孔輸送効率を高める機能を有する層である。正孔輸送層１４は、正孔注入層１５を介して第２電極１６から発光層１３に正孔を輸送する。
　正孔注入層１５および正孔輸送層１４は、例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）等の無機材料を含んでいてもよく、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフエン）、ＰＥＤＯＴ‐ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホン酸））、ＴＰＤ（４，４’－ビス［Ｎ－フェニル－Ｎ－（３’’－メチルフェニル）アミノ］ビフェニル）、ＰＶＫ（ポリ（Ｎ－ビニルカルバゾール））、ＴＦＢ（ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４'－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］）、ＣＢＰ（４，４’－ビス（９－カルバゾイル）－ビフェニル）、ＮＰＤ（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）等の有機材料を含んでいてもよい。なお、正孔注入層１５および正孔輸送層１４は、各副画素に共通の材料で形成されていてもよく、副画素によって異なる材料で形成されていてもよい。
　図２は、発光層１３の成膜に用いられる液体組成物１００の構成を模式的に示す図である。
　発光層１３は、図２に示すように複数の量子ドット（半導体ナノ粒子、以下、「ＱＤ」と記す）１３０を例えば所定の溶媒１３２に分散させた液体組成物１００を用いて形成される。液体組成物１００は、複数の量子ドット（半導体ナノ粒子、以下、「ＱＤ」と記す）１３０と、上記量子ドットをレセプタとして上記量子ドットの表面にそれぞれ位置している複数のリガンド１３１と、溶媒１３２と、を含むコロイド溶液である。リガンド１３１は、ＱＤ１３０の表面に吸着（配位）する吸着基と、該吸着基に結合するアルキル基とで構成されている。上記吸着基としては、例えば、アミノ基、ホスフィン基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、チオール基等が挙げられる。また、上記アルキル基としては、炭素数２～５０のアルキル基が挙げられる。
　より具体的には、リガンド１３１としては、例えば、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、オクチルアミン、ヘキサデカンチオール、ドデカンチオール、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、ミリスチン酸、オレイン酸等が挙げられる。リガンド１３１は、液体組成物１００中におけるＱＤ１３０の分散性を向上させる分散剤としての役割も有している。
　液体組成物１００を構成する溶媒１３２としては、例えば、水であってもよく、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタン、ヘキサン、オクタン、アセトン、トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、およびクロルベンゼン等の有機溶媒であってもよい。また、上記溶媒は、水または上記有機溶媒の組み合せからなる群から選択される少なくとも一種の液体であってもよい。
　発光層１３は、液体組成物１００を正孔輸送層１４の上面に塗布し、液体組成物１００の塗布膜を形成した後、液体組成物１００の溶媒を揮発させて上記塗布膜を固体化（硬化）させることにより形成することができる。
　このように、本実施形態にかかる発光層１３に用いられるＱＤ１３０は、結晶成長ではなく溶液法で形成された、塗布型のＱＤである。このようにして形成された発光層１３は、球状のＱＤ１３０と、リガンド１３１と、を含む。本実施形態によれば、ＱＤ１３０の形状が、結晶成長させた場合のような島状（レンズ状）ではなく球状であることで、発光の偏光特性を小さくすることができる。また、発光層１３がリガンド１３１を含むことで、液体組成物１００の塗布膜の形成時に、ＱＤ１３０の凝集を抑制し、ＱＤ１３０を良好に分散させることができる。
　発光層１３は、発光材料として、上述したようにして形成された各色のＱＤ１３０を、各副画素に備えている。具体的には、発光層１３は、ＱＤ１３０として、Ｒ副画素にＲ（赤色）ＱＤを備え、Ｇ副画素にＧ（緑色）ＱＤを備え、Ｂ副画素にＢ（青色）ＱＤを備えている。ＲＱＤ、ＧＱＤ、ＢＱＤは、放出する光の波長帯がそれぞれ異なる。これらＱＤは、例えば、ＱＤ蛍光体であり、それぞれ、前述した、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を、例えば蛍光として放出する。このように、発光層１３は、ＱＤ１３０として、複数種類のＱＤを備え、同一の副画素においては、同種のＱＤ１３０を備えている。
　本実施形態で用いられるＱＤ１３０は、後述するように、当該ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯ（Longitudinal Optical；縦波光学）フォノンエネルギーの２倍以下（つまり、０倍を越えて２倍以下）となるＱＤであることが望ましく、１倍以下（つまり、０倍を越えて１倍以下）となるＱＤであることがさらに望ましい。
　言い換えれば、本実施形態で用いられるＱＤ１３０は、当該ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する、当該ＱＤ１３０の粒径をＤＬＯ２とするとき、当該ＱＤ１３０の個数平均粒径が、ＤＬＯ２以上のサイズを有するＱＤであることが望ましい。また、本実施形態で用いられるＱＤ１３０は、当該ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの１倍に対応する、当該ＱＤ１３０の粒径をＤＬＯ１とするとき、当該ＱＤ１３０の個数平均粒径が、ＤＬＯ１以上のサイズを有するＱＤであることがさらに望ましい。以下に、この理由について説明する。なお、ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップがＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する（もしくは１倍に対応する）、ＱＤ１３０の粒径とは、ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップがＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍（もしくは１倍）となるときのＱＤ１３０の粒径（直径）を意味する。また、上記ＱＤ１３０の個数平均粒径（以下、単に「平均粒径」と記す）とは、ＱＤ１３０の算術平均径のうち、次式（１）で表現される個数平均径（個数平均直径サイズ）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　なお、上記式（１）中、ｄは各粒径チャンネルの代表値を表し、ｎは各粒径チャンネルの個数基準のパーセントを表す。
　ＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーは、厳密にはＱＤのサイズによっても影響されるが、上記非特許文献１でもそうであるように、一般的に、バルクでのＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの数値が適用される。また、３元系のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーは、例えば、当該ＱＤ材料に含まれる各元素のうち２つの元素を含む公知の２元系のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの組み合わせから計算により一意的に求めることができる。ＬＯフォノンエネルギーが小さくなると、ＱＤ１３０の粒径が小さくなり、この結果、ＱＤ１３０の平均粒径が小さくなる。
　図３の（ａ）～（ｃ）は、ＱＤ１３０の発光原理を説明するためのエネルギーバンド図である。なお、図３の（ａ）～（ｃ）では、エネルギー準位として、ＱＤ１３０の伝導帯の基底準位および第一励起準位、並びに、ＱＤ１３０の価電子帯の基底準位のみを示している。
　発光層１３では、第１電極１１と第２電極１６との間の駆動電流によって第２電極１６（陽極）から供給された正孔と第１電極１１（陰極）から供給された電子とが、該発光層１３内で再結合することで、光を放出する。
　第１電極１１と第２電極１６との間に電圧が印加され、発光層１３に電流が注入されると、発光層１３内に、これら第２電極１６および第１電極１１から多数の正孔および電子が注入される。これら正孔および電子は、伝導帯下端と価電子帯上端との間のバンドギャップ（禁止帯幅）が小さいＱＤ１３０中に流れ込み、ＱＤ１３０中に閉じ込められる。ＱＤ１３０は、ボーア半径よりも小さなサイズとすることで、量子閉じ込め効果を得ることができる。ＱＤ１３０内では、伝導帯に位置する電子と価電子帯に位置する正孔とが再結合して光を放出する。
　このとき、図３の（ａ）に示すように第２電極１６から発光層１３内に供給された電子（ｅ－）は、まず、図３の（ｂ）に示すようにＱＤ１３０の伝導帯第一励起準位に落ちる。次いで、上記電子は、図３の（ｃ）に示すようにＱＤ１３０の伝導帯基底準位へと落ちる（緩和する）。その後、第１電極１１から供給されてＱＤ１３０の価電子帯の基底準位へと遷移した正孔（ｈ＋）と再結合する。
　ＱＤを用いた従来の発光素子は、ＱＤの伝導帯基底準位への電子注入効率が悪く、発光効率が低い。発光素子に用いられるＱＤのサイズは比較的小さく、量子閉じ込め効果が強い。本願発明者らは、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供すべく鋭意検討した結果、ＱＤの伝導帯第一励起準位がＱＤの発光効率に影響することを見出した。
　具体的には、本願発明者らは、従来の発光素子は、図３の（ｂ）に破線で囲んで示す電子が、ＱＤの伝導帯第一励起準位（図３中、「ＱＤの伝導帯第一励起準位’」と記す）から価電子帯の基底準位へと緩和される緩和時間が発光寿命に対して十分速くないことが、発光効率が低い要因の一つであり、緩和時間を速めることで、ＱＤの伝導帯基底準位への電子注入効率を向上させ、発光効率を高めることができることを見出した。そして、緩和時間を速めるためには、図３の（ａ）～（ｃ）に実線で示すＱＤ１３０の伝導帯第一励起準位を、図３の（ａ）～（ｃ）に破線で示す従来のＱＤの伝導帯第一励起準位’よりも低い準位にシフトさせることで、ＱＤの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥを、従来のＱＤの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位’との間のエネルギーギャップΔＥ’よりも小さくすればよいとの結論を導くに至った。
　非特許文献１の図９には、太陽電池における光電変換素子のＱＤ材料にＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）を用いた場合における、ＱＤの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥと、ＧａＡｓのＬＯフォノン散乱の時間との関係が開示されている。なお、非特許文献１は、上述したように太陽電池に関するものであり、表示装置に用いられる発光素子とは直接的には関係がない。
　しかしながら、本発明の観点から見た場合、非特許文献１の図９は、ＱＤの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギー（３６ｍｅＶ）近傍の場合、フォノンによる電子の散乱（フォノン散乱）が速い（１×１０－９～１×１０－１２ｓ）ことを示唆している。
　なお、上述したように、非特許文献１では、上記ＬＯフォノンエネルギーとして、ＧａＡｓのＬＯフォノンエネルギーを用いている。しかしながら、他の材料系、例えば、ＬＯフォノンエネルギーが４３ｍｅＶであるＩｎＰ（リン化インジウム）等でも同様に、ＬＯフォノンエネルギー近傍でフォノン散乱が速くなる。
　このため、ＱＤの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥを小さくすれば、光学フォノンの一つであるＬＯフォノンの散乱（ＬＯフォノン散乱）を速めることができ、ＬＯフォノン散乱による緩和時間の短縮が可能となる。
　本実施形態では、ＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥを、当該ＱＤ１３０の材料のＬＯフォノンエネルギーの０倍を越えて２倍以下、好適には１倍以下とする。このようにＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥを、当該ＱＤ１３０の材料のＬＯフォノンエネルギーの０倍を越えて２倍以下とすることで、量子閉じ込め効果が強いときよりもＬＯフォノンの散乱時間を短くすることができる。これにより、励起準位にあるキャリアを基底準位まで効率よく緩和させることができる。また、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥを、当該ＱＤ１３０の材料のＬＯフォノンエネルギーの１倍以下とすることで、励起準位にあるキャリアを基底準位までさらに効率よく緩和させることができる。
　例えば、非特許文献１の図９に示す例では、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを、当該ＱＤのＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの０倍を越えて２倍以下とすることで、上記エネルギーギャップΔＥが上記ＱＤの材料のＬＯフォノンエネルギーの３倍である場合と比較して、ＬＯフォノンの散乱時間を半分以下とすることができる。
　ＱＤにおける典型的な発光寿命は数ナノ秒である。このため、例えば、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの３倍程度である場合、散乱時間（緩和時間）は百ナノ秒オーダー程度（つまり、発光寿命＜＜緩和時間）となり、緩和時間が律速（ボトルネック）になり易い。このため、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが、当該ＱＤのＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの３倍程度である場合、発光素子１０の発光効率が低下してしまう。
　一方で、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍以下であれば、散乱時間（緩和時間）を、十ナノ秒オーダー程度と、発光寿命に近いオーダーにまで速めることができる。このように、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの３倍程度である場合と２倍以下である場合とでは、散乱時間の桁が異なる。上述したようにＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍以下である場合、散乱時間が発光寿命に近くなり、発光効率の改善が期待できる。
　また、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーと等しい場合（つまり、１倍である場合）、散乱時間（緩和時間）が０．０１ナノ秒オーダー程度（つまり、緩和時間＜＜発光寿命）と、緩和時間が発光寿命よりも十分速くなる。このため、緩和時間が律速（ボトルネック）とならず、発光効率の大幅な改善が期待できる。このように、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥを、当該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの１倍以下とすることで、ＬＯフォノンの散乱時間をさらに短くすることができる。
　なお、非特許文献１の図９からも、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが当該ＱＤのＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの０を越えて１倍以下である場合のＬＯフォノンの散乱時間を、上記エネルギーギャップΔＥが上記ＬＯフォノンエネルギーの１～２倍におけるＬＯフォノンの散乱時間と同程度以下に短くすることができることが期待できる。
　さらに、フォノンには、音響フォノン（ＬＡ（Longitudinal Acoustic：縦波音響）フォノンおよびＴＡ（Transverse Acoustic：横波音響）フォノン）と、光学フォノン（前記ＬＯフォノンおよびＴＯ（Transverse Optical；横波光学）フォノン）と、がある。
　ＬＯフォノンエネルギーよりも低エネルギー側では、音響フォノンによっても効率的にフォノン散乱される。音響フォノンは連続的なエネルギーを有しているため、ＬＯフォノンエネルギーよりも低エネルギー側では、ＬＯフォノンおよび音響フォノン、もしくは、音響フォノンにより、効率的にフォノン散乱される。したがって、ＬＯフォノンエネルギーよりも低エネルギー側では、散乱時間が、発光寿命と同程度、あるいは発光寿命より十分速くなるため、十分な発光効率の改善を行うことができる。
　なお、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥは、ＱＤ材料の種類およびＱＤの粒径によって決定される。また、ＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーは、ＱＤ材料の種類によって決定される。なお、ＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーは、厳密にはＱＤの粒径によっても影響されるが、上記非特許文献１でもそうであるように、一般的に、バルクでのＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの数値が適用される。また、発光寿命は、厳密には、ＱＤ材料の種類およびＱＤの粒径にも影響されるが、オーダー（およそ数ナノ秒）は何れの場合にも同じになる。
　前述したように、ＱＤ１３０は、ボーア半径よりも小さな粒径とすることで、量子閉じ込め効果を得ることができる。ＱＤへの量子の閉じ込めにより、伝導帯および価電子帯における量子のエネルギー準位（量子準位）が離散化する。ＱＤ１３０は、そのバンドギャップ（禁止帯幅）および量子準位（励起準位）に対応した波長の光を発光する。前述したようにＱＤ１３０は球状であり、実質的に均一な粒径を有している。ＱＤ１３０は、それぞれ、当該ＱＤ１３０の粒径に対応した波長の光を発光する。
　ＱＤ１３０は、当該ＱＤ１３０の粒径（つまり、コアの直径サイズ）により、当該ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが変化する。具体的には、ＱＤ１３０の粒径を大きくすると、当該ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが小さくなり、発光波長が長波長化し、ＱＤ１３０の粒径を小さくすると、当該ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが大きくなり、発光波長が短波長化する傾向にある。
　したがって、発光層１３におけるＱＤ１３０の平均粒径を大きくすることで、当該ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥの平均値（平均のエネルギーギャップΔＥ）を小さくすることができる。但し、このように発光層１３におけるＱＤ１３０の平均粒径を大きくすると、発光波長が長波長化する。
　発光素子１０を上述したようにディスプレイ用途に用いる場合、最適な発光波長が存在する。例えば、前述したように国際規格ＢＴ．２０２０であれば赤色の発光中心波長は６３０ｎｍであり、緑色の発光中心波長は５３２ｎｍであり、青色の発光中心波長は４６７ｎｍである。
　このため、上述したように発光素子１０を表示装置１に適用する場合、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥが、該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍以下で、かつ、適切な発光波長となるように、ＱＤ材料およびＱＤ１３０の平均粒径を制御する必要がある。
　言い換えれば、発光素子１０を表示装置１に適用する場合、ＱＤ１３０には、上記エネルギーギャップΔＥが、該ＱＤ１３０のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍以下で、かつ、適切な発光波長となる、ＱＤ材料とＱＤの粒径（実際にはＱＤの平均粒径）との組み合わせを選択する必要がある。
　図４は、ＱＤ材料としてＣｄＳを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。
　従来の発光素子に用いられている典型的なＱＤの粒径（平均粒径）は、例えば前記特許文献１に示すように３～５ｎｍ程度である。
　このため、図４に枠囲みして示すように、ＱＤ材料にＣｄＳを用いた、従来の典型的な粒径（平均粒径）のＱＤは、当該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、凡そ２００ｍｅＶよりも大きく、ＣｄＳのＬＯフォノンエネルギー（３８ｍｅＶ）の２倍値である７６ｍｅＶよりも十分に大きいことが判る。
　つまり、ＣｄＳからなる公知のＱＤは、上記エネルギーギャップΔＥがＣｄＳのＬＯフォノンエネルギーの２倍よりも大きく、本実施形態による規定範囲外となる。本実施形態では、このように、ＱＤ１３０として、従来使用されていないような大きな粒径（平均粒径）を有するＱＤを使用する。
　なお、前述したように、ＱＤの粒径を大きくすると、発光波長が長波長化する。また、現状のＱＤの製造方法では（特に、結晶成長法等を用いた場合）、ＱＤの粒径を大きくするとＱＤに欠陥が生じ易い。このため、現状使用されているＱＤには、典型的には、３～５ｎｍ程度の平均直径で適切な発光波長となるＱＤ材料が使用されている。
　このため、発光効率を良くするために従来一般的に使用されているＱＤ材料の平均直径を大きくしても、発光波長が長くなりすぎて表示装置には使用できないおそれがある。
　また、現状、ＱＤ材料として一般的に用いられているＱＤ材料のなかには、該ＱＤ材料からなるＱＤの粒径を、上記エネルギーギャップΔＥが該ＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する粒径まで大きくしても、赤色、緑色、青色の何れかの適切な発光波長が得られる材料もある。
　しかしながら、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを、該ＱＤの材料のＬＯフォノンエネルギーの０倍を越えて、２倍以下とすることで、ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子がＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光が起こることは従来知られていない。
　また、上述したようにＱＤの粒径を大きくするとＱＤに欠陥が生じ易くなることから、従来は、一般的に、できるだけ直径が小さいＱＤが使用されており、ＱＤの平均直径を大きくするという思想も動機付けもない。
　このため、従来、発光素子の発光層には、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、該ＱＤの材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する粒径以上の平均粒径を有するＱＤは使用されておらず、そのような粒径において表示装置に適切な発光波長が得られるＱＤ材料とＱＤの粒径との組み合わせは知られていない。
　なお、ＱＤ１３０の伝導帯基底準位への電子注入効率を高めるためには、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥは、小さければ小さいほど好ましい。このため、上記ＱＤ１３０の平均粒径の上限は、ＱＤ１３０の伝導帯基底準位への電子注入効率の観点からは、特に限定されない。しかしながら、１００ｎｍを越えると、量子ドットとして機能しなくなるおそれがあることから、ＱＤ１３０の平均粒径は、１００ｎｍ以下であることが望ましい。
　ＱＤ１３０は、例えば、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓ（硫黄）、Ｔｅ（テルル）、Ｓｅ（セレン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）からなる群より選択される少なくとも一種の元素で構成されている半導体材料からなる半導体ナノ粒子を含んでいてもよい。
　なお、ＱＤ１３０は、２種類の元素からなる２元系（２元混晶）の半導体材料からなる半導体ナノ粒子であってもよく、例えば３種類の元素からなる３元系（３元混晶）の半導体材料からなる半導体ナノ粒子であってもよい。
　上記ＱＤ１３０としては、例えば、ＱＤ材料がＣｄ（カドミウム）およびＺｎ（亜鉛）を含み、平均粒径が１４ｎｍ以上のＱＤ、あるいは、ＱＤ材料がＣｄおよびＳ（硫黄）を含み、平均粒径が９ｎｍ以上のＱＤ等が挙げられる。
　ＣｄおよびＺｎを含むＱＤ材料としては、例えば、ＣｄｘＺｎ１－ｘＳｅで示される、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＳｅ（セレン）を含む（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｓｅ系のＱＤ材料、ＣｄｘＺｎ１－ｘＴｅで示される、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｔｅ（テルル）を含む（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｔｅ系のＱＤ材料が挙げられる。
　具体的には、ＲＱＤとしては、例えば、量子ドット材料がＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅであり、平均粒径が１４ｎｍ以上であるＱＤ、あるいは、量子ドット材料がＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅであり、平均粒径が１４ｎｍ以上であるＱＤが挙げられる。
　ＧＱＤとしては、例えば、量子ドット材料がＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅであり、平均粒径が１３ｎｍ以上であるＱＤ、あるいは、量子ドット材料がＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅであり、平均粒径が１２ｎｍ以上であるＱＤが挙げられる。
　ＢＱＤとしては、例えば、量子ドット材料がＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅであり、平均粒径が１３ｎｍ以上であるＱＤ、あるいは、量子ドット材料がＣｄＳ（硫化カドミウム）であり、平均粒径が９ｎｍ以上であるＱＤが挙げられる。
　なお、ＱＤとして例えばＣｄＳｅは、例えば特許文献１に示すように公知であるが、ＣｄＳｅからなるＱＤの平均粒径を大きくしても、表示装置として求められる可視波長は得られなかった。しかしながら、上述したようにＣｄＳｅにＺｎを加え、これら元素の配合比（つまり、ＱＤの組成比）と平均粒径とを規定することで、上記ＱＤを表示装置１の発光素子１０に利用することができるようになった。
　表示装置１は、例えば、各副画素（Ｒ副画素、Ｇ副画素、Ｂ副画素）の発光層１３におけるＱＤ１３０（具体的には、ＲＱＤ、ＧＱＤ、ＢＱＤ）のＱＤ材料が何れもＣｄ、Ｚｎ、およびＳｅを含むことが好ましい。この場合、発光波長が短いほど副画素のＱＤ１３０のＺｎの組成比（配合比）を大きくすればよい。例えば、上述したように、ＲＱＤのＱＤ材料にＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅを使用し、ＧＱＤのＱＤ材料にＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅを使用し、ＢＱＤのＱＤ材料にＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅを使用する。本実施形態によれば、このように、Ｒ＜Ｇ＜ＢとなるようにＣｄｘＺｎ１－ｘＳｅにおける（１－ｘ）で示されるＺｎの組成比（配合比）を変更するだけで、同じ材料系で、ＲＧＢによるフルカラーを実現することができる。
　また、表示装置１は、例えば、少なくとも２種類の副画素の発光層１３におけるＱＤ１３０のＱＤ材料が何れもＣｄ、Ｚｎ、およびＴｅを含むことが好ましい。この場合にも、発光波長が短いほど副画素のＱＤ１３０のＺｎの組成比（配合比）を大きくすればよい。例えば、上述したように、ＲＱＤのＱＤ材料にＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅを使用し、ＧＱＤのＱＤ材料にＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅを使用する。このように、例えばＲ＜ＧとなるようにＣｄｘＺｎ１－ｘＴｅにおける（１－ｘ）で示されるＺｎの組成比（配合比）を変更するだけで、同じ材料系で、Ｒ発光およびＧ発光を実現することができる。
　本実施形態において、ＱＤ１３０のＱＤ材料に含まれる各元素の割合は、特に限定されるものではなく、前述したようにＱＤ１３０の伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップΔＥが上記ＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応するときの上記ＱＤ１３０の粒径をＤＬＯ２とすると、当該ＱＤ１３０の平均粒径がＤＬＯ２以上～１００ｎｍ以下のサイズにおいて所望の波長となるように適宜設定すればよく、特に限定されない。
　ＱＤ１３０の伝導帯および価電子帯の量子準位は、シングルバンドシュレーディンガー（single-band Schrodinger）方程式を解くことで算出することができる。また、３元系のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーは、例えば、当該ＱＤ材料に含まれる各元素のうち２つの元素を含む公知の２元系のＱＤ材料のＬＯフォノンエネルギーの組み合わせから計算により求めることができる。ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥと当該ＱＤ１３０の平均粒径との関係は、各粒径（つまり、各直径サイズ）を有するＱＤ１３０の伝導帯の量子準位を計算し、伝導帯基底準位および第一励起準位間のエネルギーギャップにより求めることができる。ＱＤ１３０の平均粒径と発光波長との関係は、各粒径を有するＱＤ１３０の伝導帯および価電子帯の量子準位を計算し、伝導帯基底準位および価電子帯基底準位間のエネルギーギャップにより求めることができる。
　本実施形態によれば、このように、ＱＤ１３０の上記エネルギーギャップΔＥと当該ＱＤ１３０の平均粒径との関係、並びに、ＱＤ１３０の平均粒径と発光波長との関係から、表示装置に用いられる範囲内で、ＱＤ１３０のＱＤ材料の組成と、ＱＤ１３０の平均粒径の許容範囲と、を選択することで、従来よりも発光効率が高い表示装置１を実現することができる。
　なお、上述したＱＤ１３０の平均粒径は、電子顕微鏡から算出することもできる。
　次に、発光層１３の製造方法の一例について説明する。
　上述したように、本実施形態にかかる発光層１３に用いられるＱＤ１３０は、溶液法で形成された塗布型のＱＤである。発光層１３は、前述した液体組成物１００を正孔輸送層１４の上面に塗布して乾燥させることにより成膜される。
　発光層１３の成膜に用いられる液体組成物１００は、まず、ＱＤ１３０を溶媒１３２の内部に添加する。続いて、当該溶媒１３２に、リガンド１３１をさらに添加する。リガンド１３１が分散剤として機能することにより、ＱＤ１３０を溶媒１３２中に効果的に分散させることができる。なお、リガンド１３１の添加量は、ＱＤ材料およびＱＤの平均粒径に応じて、ＱＤ１３０同士の凝集が抑制されるように適宜設定すればよく、特に限定されない。一例として、リガンド１３１の添加量は、１００重量部のＱＤ１３０に対し、０．１重量部以上、１００重量部以下の範囲内に設定される。
　また、液体組成物１００は、ＱＤ１３０、リガンド１３１、および溶媒１３２以外に、例えば、モノマーを構成する分子が鎖状（線状）に繰り返された構造を有する鎖状高分子を含む、高分子系の表面修飾化合物（例えば、鎖状高分子からなる表面修飾化合物）等をさらに含んでいてもよい。一例として、上記表面修飾化合物の分子量は、１万以上である。上記表面修飾化合物の例としては、例えば、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）等が挙げられる。液体組成物１００がこのような表面修飾化合物をさらに含むことで、液体組成物１００を固体化する場合（言い換えれば、発光層１３を成膜する場合）において、ＱＤ１３０を物理的に安定化させることができる。
　なお、上記表面修飾化合物は、発光層１３の成膜後に、固形成分として発光層１３の内部に残留する。このため、上記表面修飾化合物の量がＱＤ１３０に対して過大であると、上記表面修飾化合物によってＱＤ１３０へのキャリア注入が阻害される。このため、液体組成物１００が上記表面修飾化合物をさらに含む場合、該表面修飾化合物の量は、１００重量部のＱＤ１３０に対し、０．１重量部以上、５０重量部以下の範囲内とすることが好ましい。
　液体組成物１００の正孔輸送層１４の上面への塗布には、インクジェット法、スピンコート法等の公知の塗布法が用いられる。すなわち、発光素子１０の製造方法は、液体組成物１００を塗布する塗布工程を含む。また、発光素子１０の製造方法は、塗布工程において塗布された液体組成物１００を用いて発光層１３を成膜する成膜工程を含む。
　ＱＤ１３０およびリガンド１３１に対する溶媒１３２の使用量は、特に限定されない。但し、液体組成物１００の粘度が、過小（例えば、０．０１Ｐａ・ｓ（＝０．１ｃｐ）未満）であると、当該液体組成物１００の塗布膜を正孔輸送層１４の上面に定着させることが困難となり、この結果、発光層１３を成膜することが困難となる。なお、液体組成物１００の粘度とは、固体化される前（硬化前）の液体組成物１００の粘度（液体組成物１００が十分な溶媒１３２を含んでいる状態での粘度）を意味する。
　また、液体組成物１００をインクジェット法により塗布する場合、液体組成物１００の粘度が過大である（例えば２Ｐａ・ｓ（＝２０ｃｐ）を超える）と、液体組成物１００を吐出するノズルに目詰まりが発生する可能性がある。この場合、発光層１３を成膜することが困難となる。
　このため、溶媒１３２の使用量は、例えば、液体組成物１００の粘度が上述した範囲内となるように適宜設定される。なお、液体組成物１００の粘度は、溶媒１３２に増粘剤を添加することでも調整が可能である。
　液体組成物１００を正孔輸送層１４の上面に塗布してなる、当該液体組成物１００の塗布膜は、当該塗布膜を自然乾燥させる等して溶媒１３２を揮発させることに伴い、固体化（硬化）する。その結果、ＱＤ１３０およびリガンド１３１を含む発光層１３を成膜することができる。
　次に、本実施形態に係る発光素子１０について、以下に実施例を挙げて具体的に説明する。但し、以下の実施例は、本実施形態に係る発光素子１０の一例であり、本実施形態は、以下の実施例にのみ限定されるものではない。
　なお、以下の各実施例において、伝導帯および価電子帯の量子準位は、前述したようにシングルバンドシュレーディンガー方程式を解くことで算出した。
　〔実施例１〕
　図５は、ＱＤ材料としてＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図６は、ＱＤ材料にＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　ＣｄＳｅのＬＯフォノンエネルギーは２６ｍｅＶである。ＺｎＳｅのＬＯフォノンエネルギーは３１．４ｍｅＶである。これらＣｄＳｅのＬＯフォノンエネルギーおよびＺｎＳｅのＬＯフォノンエネルギーを用いて線形補間により概算したＣｄ０．７Ｚｎ０．３ＳｅのＬＯフォノンエネルギーは２７．６ｍｅＶである。
　図５に示すように、ＱＤ材料にＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅを用いた場合でも、ＱＤの粒径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　ＱＤ材料にＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である５５．２ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１３．８ｎｍであり、該ＱＤの粒径が１４ｎｍであれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが５３．９ｍｅＶとなる。このため、本実施例によれば、ＱＤの平均粒径が１４ｎｍ以上であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１４ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図６から判るように、ＱＤが、Ｃｄ０．７Ｚｎ０．３ＳｅからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１６～２４ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長（波長６３０ｎｍ）を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、６２５～６３５ｎｍの波長）の光を発光する。なお、具体的には、上記粒径が１６ｎｍのときの発光波長は６２６．５ｎｍであり、上記粒径が２４ｎｍのときの発光波長は６３４．４ｎｍである。したがって、ＱＤが、Ｃｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅからなる平均粒径が１６～２４ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長で、効率的な発光を行うことができる。
　また、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが２７．６ｍｅＶとなるＱＤの粒径が２０ｎｍであり、図５に示す上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、ＬＯフォノンエネルギーの１倍である２７．６ｍｅＶ以下となる。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が２０ｎｍ以上であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が２０ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　このため、ＱＤ材料がＣｄ０．７Ｚｎ０．３Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が２０～２４ｎｍである場合、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長で、さらに効率的な発光を得ることができる。
　〔実施例２〕
　図７は、ＱＤ材料としてＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図８は、ＱＤ材料にＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　ＣｄＴｅのＬＯフォノンエネルギーは２１．３ｍｅＶである。ＺｎＴｅのＬＯフォノンエネルギーは２６ｍｅＶである。これらＣｄＴｅのＬＯフォノンエネルギーおよびＺｎＴｅのＬＯフォノンエネルギーを用いて線形補間により概算したＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５ＴｅのＬＯフォノンエネルギーは２３．４ｍｅＶである。
　図７に示すように、ＱＤ材料にＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅを用いた場合でも、ＱＤの粒径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　図７から判るように、ＱＤ材料にＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である４６．８ｍｅＶとなるときの該ＱＤの粒径は１４．０ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの平均粒径が１４ｎｍ以上であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１４ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図８から判るように、ＱＤが、Ｃｄ０．５５Ｚｎ０．４５ＴｅからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１８～３０ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、６２５～６３５ｎｍの波長）の光を発光する。したがって、ＱＤが、Ｃｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅからなる平均粒径が１８～３０ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長で、効率的な発光を得ることができる。
　また、図７に示す上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、ＬＯフォノンエネルギーの１倍である２３．４ｍｅＶとなるときの該ＱＤの粒径は２０．３ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が２１ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が２１ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が２１ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　このため、ＱＤ材料がＣｄ０．５５Ｚｎ０．４５Ｔｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が２１～３０ｎｍである場合、国際規格ＢＴ．２０２０の赤色波長で、さらに効率的な発光を得ることができる。
　〔実施例３〕
　図９は、ＱＤ材料としてＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図１０は、ＱＤ材料にＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　実施例１と同様にＣｄＳｅのＬＯフォノンエネルギー（２６ｍｅＶ）およびＺｎＳｅのＬＯフォノンエネルギー（３１．４ｍｅＶ）を用いて線形補間により概算したＣｄ０．４Ｚｎ０．６ＳｅのＬＯフォノンエネルギーは２９．２ｍｅＶである。
　図９に示すように、ＱＤ材料にＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅを用いた場合でも、ＱＤの平均直径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　ＱＤ材料にＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である５８．４ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１３．０ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１３ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１３ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１３ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図１０から判るように、ＱＤが、Ｃｄ０．４Ｚｎ０．６ＳｅからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１２～１６ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長（波長５３２ｎｍ）を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、５２７～５３７ｎｍの波長）の光を発光する。したがって、ＱＤが、Ｃｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅからなる平均粒径が１３～１６ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長で、効率的な発光を得ることができる。
　また、図９に示す上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、ＬＯフォノンエネルギーの１倍である２９．２ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１８．８ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１９ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１９ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１９ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　但し、上述したように、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長で、効率的な発光を得るためには、ＱＤの平均粒径を１４～１６ｎｍの範囲内とすることが望ましい。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．４Ｚｎ０．６Ｓｅである場合、ＱＤの平均粒径を１３～１６ｎｍの範囲内とすることで、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長での発光効率が最も高くなることが判る。
　〔実施例４〕
　図１１は、ＱＤ材料としてＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図１２は、ＱＤ材料にＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　実施例２と同様にＣｄＴｅのＬＯフォノンエネルギー（２１．３ｍｅＶ）およびＺｎＴｅのＬＯフォノンエネルギー（２６ｍｅＶ）を用いて線形補間により概算したＣｄ０．１Ｚｎ０．９ＴｅのＬＯフォノンエネルギーは２５．５ｍｅＶである。
　図１１に示すように、ＱＤ材料にＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅを用いた場合でも、ＱＤの平均直径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　ＱＤ材料にＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である５１．０ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１１．４ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１２ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１２ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１２ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図１２から判るように、ＱＤが、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９ＴｅからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１２～１６ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、５２７～５３７ｎｍの波長）の光を発光する。したがって、ＱＤが、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅからなる平均直径が１２～１６ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長で、効率的な発光を得ることができる。
　なお、図１１に示す上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、ＬＯフォノンエネルギーの１倍である２５．５ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１６．５ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１７ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１７ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１７ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　しかしながら、上述したように、国際規格ＢＴ．２０２０の緑色波長で、効率的な発光を得るためには、ＱＤの平均粒径を１２～１６ｎｍの範囲内とすることが望ましい。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｔｅである場合、ＱＤの平均粒径を１２～１６ｎｍの範囲内とすることで、最も効率的な発光を行うことができることが判る。
　〔実施例５〕
　図１３は、ＱＤ材料としてＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図１４は、ＱＤ材料にＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　実施例１と同様にＣｄＳｅのＬＯフォノンエネルギー（２６ｍｅＶ）およびＺｎＳｅのＬＯフォノンエネルギー（３１．４ｍｅＶ）を用いて線形補間により概算したＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５ＳｅのＬＯフォノンエネルギーは３０．６ｍｅＶである。
　図１３に示すように、ＱＤ材料にＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅを用いた場合でも、ＱＤの平均直径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　ＱＤ材料にＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である６１．２ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１２．４ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１３ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１３ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１３ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図１４から判るように、ＱＤが、Ｃｄ０．１５Ｚｎ０．８５ＳｅからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１２～２０ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長（波長４６７ｎｍ）を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、４６２～４７２ｎｍの波長）の光を発光する。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅからなる平均直径が１４～２０ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長で、効率的な発光を得ることができる。
　また、図１３から判るように、上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍である３０．６ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１８．０ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１８ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１８ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１８ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　このため、ＱＤ材料がＣｄ０．１５Ｚｎ０．８５Ｓｅである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均粒径が１８～２０ｎｍである場合、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長で、さらに効率的な発光を得ることができる。
　〔実施例６〕
　図１５は、ＱＤ材料としてＣｄＳを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥと、の関係を示すグラフである。図１６は、ＱＤ材料にＣｄＳを用いたＱＤの粒径と、該ＱＤの発光波長と、の関係を示すグラフである。
　ＣｄＳのＬＯフォノンエネルギーは３８ｍｅＶである。図１５に示すように、ＱＤ材料にＣｄＳを用いた場合でも、ＱＤの平均直径を大きくすることで、ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥを小さくすることができる。
　ＱＤ材料にＣｄＳを用いたＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍である７６ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は８．７ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が９ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が９ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの２倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄＳである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均直径が９ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位まで効率良く緩和され、効率的な発光を行うことができる。
　一方で、図１６から判るように、ＱＤが、ＣｄＳからなるＱＤであるとき、該ＱＤの粒径が少なくとも１０～１２ｎｍの範囲内においては、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長を中心とした±５ｎｍの範囲の波長（つまり、４６２～４７２ｎｍの波長）の光を発光する。したがって、ＱＤが、ＣｄＳからなる平均粒径が１０～１２ｎｍのＱＤであるとき、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長で、効率的な発光を得ることができる。
　また、図１５に示す上記ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥが、ＬＯフォノンエネルギーの１倍である３８ｍｅＶとなる該ＱＤの粒径は１３．０ｎｍである。このため、本実施例によれば、ＱＤの粒径が１３ｎｍ以上（つまり、ＱＤの平均粒径が１３ｎｍ以上）であれば、該ＱＤの上記エネルギーギャップΔＥがＬＯフォノンエネルギーの１倍以下となる。したがって、ＱＤ材料がＣｄＳである場合、該ＱＤ材料を用いたＱＤの平均直径が１３ｎｍ以上であれば、該ＱＤの伝導帯第一励起準位に捕獲された電子が、該ＱＤの伝導帯基底準位までさらに効率よく緩和され、さらに効率的な発光を行うことができる。
　しかしながら、上述したように、国際規格ＢＴ．２０２０の青色波長で、効率的な発光を得るためには、ＱＤの平均直径を１０～１２ｎｍの範囲内とすることが望ましい。したがって、ＱＤ材料がＣｄＳである場合、ＱＤの平均直径を１０～１２ｎｍの範囲内とすることで、最も効率的な発光を行うことができることが判る。
　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。
　　　１　　表示装置
　　１０　　発光素子
　　１１　　第１電極（陰極）
　　１３　　発光層
　　１６　　第２電極（陽極）
　１３０　　ＱＤ（量子ドット）
　１３１　　リガンド

Claims (14)

  1. 　陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、
    　上記発光層は複数の量子ドットを含み、
    　上記量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが上記量子ドットの材料のＬＯフォノンエネルギーの２倍に対応する、上記量子ドットの粒径をＤＬＯ２とするとき、
    　上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、ＤＬＯ２以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
  2. 　上記量子ドットの伝導帯基底準位と伝導帯第一励起準位との間のエネルギーギャップが上記量子ドットの材料のＬＯフォノンエネルギーの１倍に対応する、上記量子ドットの粒径をＤＬＯ１とするとき、
    　上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、ＤＬＯ１以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 　上記複数の量子ドットがそれぞれＣｄおよびＺｎを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　上記複数の量子ドットがそれぞれＣｄおよびＳを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
  5. 　陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、
    　上記発光層は複数の量子ドットを含み、
    　上記複数の量子ドットが、それぞれＣｄおよびＺｎを含み、
    　上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、１４ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
  6. 　上記複数の量子ドットがそれぞれさらにＳｅを含むことを特徴とする請求項３または５に記載の発光素子。
  7. 　上記複数の量子ドットがそれぞれさらにＴｅを含むことを特徴とする請求項３または５に記載の発光素子。
  8. 　陽極と、陰極と、上記陽極と上記陰極との間に設けられた発光層と、を備え、
    　上記発光層は複数の量子ドットを含み、
    　上記複数の量子ドットの材料がＣｄＳであり、
    　上記複数の量子ドットの個数平均粒径が、９ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
  9. 　上記複数の量子ドットの形状がそれぞれ球状であることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の発光素子。
  10. 　上記発光層が、上記量子ドットの表面に位置している複数のリガンドをさらに含むことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の発光素子。
  11. 　請求項１～１０の何れか１項に記載の発光素子を備えていることを特徴とする表示装置。
  12. 　複数の画素を有し、上記画素のそれぞれは、互いに発光波長が異なる複数種類の上記発光素子を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
  13. 　上記画素のそれぞれは、複数の副画素を含み、
    　上記副画素のそれぞれは、上記発光素子として、請求項６に記載の発光素子を備えているとともに、
    　上記発光素子の発光波長が短い発光素子ほど上記量子ドットのＺｎの組成比が大きいことを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
  14. 　上記画素のそれぞれは、複数の副画素を含み、
    　上記画素のそれぞれを構成する上記副画素のうち少なくとも２つの副画素は、上記発光素子として、請求項７に記載の発光素子を備えているとともに、
    　上記少なくとも２つの副画素における上記発光素子の発光波長が短い発光素子ほど上記量子ドットのＺｎの組成比が大きいことを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
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