WO2020194409A1 - 発光素子 - Google Patents

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skeleton
atom
polysilsesquioxane
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device.
  • QLED quantum dot
  • FIG. 17 is a diagram showing conventional nanoparticles and a conventional film in which quantum dots are sealed with a chemically and thermally stable material.
  • FIG. 17A is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles 100 disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2
  • FIG. 17B is a diagram showing a schematic structure of nanoparticles 100
  • FIG. 17B is a silica layer contained in nanoparticles 100. It is a figure which shows 103.
  • the nanoparticles 100 were formed so as to cover the quantum dots 101, the siloxane monolayer 102 coordinated on the surface of the quantum dots 101, and the siloxane monolayer 102. Includes a silica layer 103.
  • FIG. 17A the nanoparticles 100 were formed so as to cover the quantum dots 101, the siloxane monolayer 102 coordinated on the surface of the quantum dots 101, and the siloxane monolayer 102. Includes a silica layer 103.
  • FIG. 17A the nanoparticles 100
  • FIG. 17C is a diagram showing a schematic configuration of the film 110 including the quantum dots 111 disclosed in Patent Document 1, in which the film 110 is coordinated with the quantum dots 111 and on the surfaces of the quantum dots 111. Includes a silica layer 112 formed with trialkoxysilane.
  • FIG. 17D is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles 120 disclosed in Patent Document 2.
  • the nanoparticles 120 are composed of quantum dots 121 made of Si constituting a core and silica constituting a shell. Includes layer 122 and.
  • the quantum dots are sealed with silica, which is a chemically and thermally stable material, the durability of the quantum dots is improved. Can be improved.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 2
  • Patent Document 1 Patent Document 2
  • Patent Document 2 silica is used as a material for sealing the quantum dots.
  • Such silica-sealed quantum dots can be excited by light to emit light, but since silica is an insulator with a large bandgap, it is necessary to inject electrons and holes to emit light. However, there is a problem that a very large voltage is required.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of injecting electrons and holes with a relatively small voltage to emit light and having high durability.
  • the light emitting element of the present invention is a light emitting element including a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer provided between the first electrode and the second electrode in order to solve the above-mentioned problems.
  • the light emitting layer contains quantum dots and a conductive first polysilsesquioxane.
  • the light emitting element it is possible to realize a light emitting element that can emit light by injecting electrons and holes with a relatively small voltage and has high durability.
  • a light emitting element capable of injecting electrons or holes with a relatively small voltage to emit light and having high durability.
  • (A) is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles contained in the light emitting layer of the light emitting element of the first embodiment, and (b) is coordinated to quantum dots of the first polysilsesquioxane having conductivity. It is a figure which shows the functional group part
  • FIG. 3C is a figure which shows the schematic structure of the 1st polysilsesquioxane which has conductivity.
  • (A) is a diagram for explaining a method for synthesizing silica, and (b) is a diagram for explaining a method for synthesizing a second polysilsesquioxane having a functional group coordinated to a quantum dot, (c).
  • (A) is a diagram showing an example of a silane containing a functional group coordinated to a quantum dot having an amino group
  • (b) is an example of a silane containing a functional group coordinating to a quantum dot having a thiol group. It is a figure which shows.
  • (A), (b) and (c) are diagrams showing an example of a ligand coordinated to a quantum dot.
  • (A), (b), (c), (d), (e), (f), (g) and (h) are diagrams showing an example of a functional group responsible for conductivity.
  • (A) is a diagram for explaining a method for synthesizing a silane containing a functional group responsible for conductivity
  • (b) is a conductivity synthesized from a silane containing a functional group responsible for conductivity shown in (a). It is a figure which shows an example of the 1st polysilsesquioxane which has.
  • (A) and (b) are diagrams showing an example of a silane that can be mixed during the synthesis of a conductive first polysilsesquioxane or a second polysilsesquioxane having a functional group coordinated to a quantum dot. Is.
  • (A) is a diagram for explaining reabsorption and energy transfer that occur when the excited state energy of the conductive first polysilsesquioxane is lower than the excited state energy of the quantum dots
  • (b). ) Is a diagram for explaining the reason why reabsorption and energy transfer do not occur when the energy of the excited state of the conductive first polysilsesquioxane is higher than the energy of the excited state of the quantum dots.
  • the energy of the singlet excited state of the conductive first polysilsesquioxane is higher than the energy of the excited state of the quantum dots, and the distance between the conductive first polysilsesquioxane and the quantum dots.
  • (A) and (b) are examples of functional groups which are responsible for conductivity, and are diagrams showing the HOMO level, LUMO level, singlet excitation level and triplet excitation level. It is still another example of the functional group which bears conductivity, and is the figure which shows the HOMO level, LUMO level, singlet excitation level and triplet excitation level. It is a figure which shows the schematic structure of the light emitting element of Embodiment 1.
  • (A) is a diagram showing a schematic configuration of a light emitting device of the second embodiment
  • (b) is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles provided in the light emitting element of the second embodiment
  • (A) is a diagram showing a schematic configuration of a light emitting device of the third embodiment
  • (b) is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles provided in the light emitting device of the third embodiment.
  • It is a figure for demonstrating the synthesis method of the 1st polysilsesquioxane which has a conductivity in a light emitting layer provided in the light emitting element of Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows the schematic structure of the light emitting element of Embodiment 4.
  • (A), (b) and (d) are diagrams showing conventional nanoparticles in which quantum dots are sealed with a chemically and thermally stable material
  • (c) is a diagram showing quantum dots chemically and thermally. It is a figure which shows the conventional film sealed with the thermally stable material.
  • FIGS. 1 to 16 An embodiment of the present invention will be described as follows with reference to FIGS. 1 to 16.
  • the same reference numerals may be added to the configurations having the same functions as the configurations described in the specific embodiments, and the description thereof may be omitted.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the light emitting element 10 of the first embodiment.
  • the light emitting element 10 includes a first electrode 11, a second electrode 15, and a light emitting layer 13 including nanoparticles 1 provided between the first electrode 11 and the second electrode 15. It has. Further, the light emitting element 10 is provided with a first carrier transport layer 12 between the first electrode 11 and the light emitting layer 13, and a second carrier transport layer 14 between the light emitting layer 13 and the second electrode 15. There is.
  • a plurality of light emitting elements 10 are formed on an active matrix substrate provided with a plurality of thin film transistor elements (TFT elements) (not shown) according to the resolution of the display device, and are provided on each light emitting element 10.
  • the first electrode 11 is electrically connected to the drain electrode of the thin film transistor element.
  • the first electrode 11, the first carrier transport layer 12, the light emitting layer 13, the second carrier transport layer 14, and the second electrode 15 are formed on the active matrix substrate in this order.
  • the second electrode 15, the second carrier transport layer 14, the light emitting layer 13, and the first carrier transport layer are placed on the active matrix substrate. 12 and the first electrode 11 may be formed in this order.
  • the light emitting layer 13 in the light emitting element 10 emits light in the first wavelength region. Then, on the active matrix substrate, in addition to the light emitting element 10 that emits light in the first wavelength region, a light emitting layer that emits light in a second wavelength region whose center wavelength is different from that of the first wavelength region is provided. At least a light emitting element and a light emitting element provided with a light emitting layer that emits light in a third wavelength region whose central wavelengths are different from those in the first wavelength region and the second wavelength region are formed. Four or more types of light emitting elements that emit light in such wavelength regions different from each other may be formed.
  • the particle size of the quantum dots may be different in each light emitting layer, and different types of quantum dots may be used. May be used.
  • the light emitting layer 13 that emits light in the first wavelength region contains the quantum dots 2 and the conductive first polysilsesquioxane 3
  • the light in the second wavelength region will be described.
  • the light emitting layer of the light emitting element that emits light and the light emitting layer of the light emitting element that emits light in the third wavelength region may also contain quantum dots and the first polysilsesquioxane 3 having conductivity. Good.
  • a metal material having a high reflectance of visible light for example, Al, Cu, Au, Ag, etc.
  • the reflectance of visible light is high, for example, ITO (Indium Tin Oxide) and an alloy containing Ag may be laminated and used as the first electrode 11.
  • the second electrode 15 is a material having a high visible light transmittance (transparent conductive film material), for example, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), ZnO, AZO (aluminum-doped zinc oxide). , BZO (boron-doped zinc oxide) and the like can be used.
  • the light emitting element 10 when the light emitting element 10 is of the bottom emission type, a material having a high visible light transmittance (transparent conductive film material) can be used as the first electrode 11, and the second electrode 15 is visible. If a metal material having a high light transmittance or a high visible light reflectance is used, for example, ITO (Indium Tin Oxide) and an alloy containing Ag may be laminated and used.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the first electrode 11 is the anode (anode electrode) and the second electrode 15 is the cathode (cathode electrode)
  • the first electrode 11 and the light emitting layer 13 The first carrier transport layer 12 between them is a hole transport layer (Hole Transport Layer)
  • the second carrier transport layer 14 between the light emitting layer 13 and the second electrode 15 is an electron transport layer (Electron Transport Layer).
  • the light emitting element 10 may include a hole injection layer between the first electrode 11 and the first carrier transport layer 12 which is a hole transport layer, and the second carrier transport layer 14 which is an electron transport layer.
  • An electron injection layer may be provided between the second electrode 15 and the second electrode 15.
  • an electron blocking layer may be provided between the first carrier transport layer 12 which is a hole transport layer and the light emitting layer 13, and the light emitting layer 13 and the second carrier transport layer 14 which is an electron transport layer
  • a hole blocking layer may be provided between them.
  • FIG. 1 (a) is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles 1 contained in the light emitting layer 13 of the light emitting element 10, and FIG. 1 (b) is a conductive first polysilsesquioxane 3 It is a figure which shows the functional group part 4 coordinated with the quantum dot 2 of FIG. 1, and (c) of FIG. 1 is a figure which shows the schematic structure of the 1st polysilsesquioxane 3 which has conductivity.
  • the nanoparticles 1 include quantum dots 2 (also referred to as phosphor quantum dots) and a conductive first polysilsesquioxane 3.
  • quantum dots 2 also referred to as phosphor quantum dots
  • a conductive first polysilsesquioxane 3 As a specific material of the quantum dot 2, for example, any one of CdSe / CdS, CdSe / ZnS, InP / ZnS, ZnSe / ZnS, CIGS / ZnS, AgInS2 / GaS and lead halide perovskite can be used.
  • the particle size of the quantum dots is about 3 to 10 nm.
  • the conductive first polysilsesquioxane 3 includes a functional group portion 4 coordinated to the quantum dots 2 and a functional group portion 5 responsible for the conductivity of the first polysilsesquioxane 3.
  • the functional group portion 4 coordinated to the quantum dot 2 in the conductive first polysilsesquioxane 3 has a functional group R1 coordinated to the quantum dot 2. is there.
  • the conductive first polysilsesquioxane 3 has a functional group portion 4 coordinated to the quantum dot 2 having a functional group R1 coordinated to the quantum dot 2.
  • the polysilsesquioxane having both the functional group portion 5 responsible for the conductivity of the first polysilsesquioxane 3 having the functional group R2 responsible for the conductivity.
  • the conductive first polysilsesquioxane 3 is arranged so as to surround the quantum dots 2 and protects the quantum dots 2.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a method for synthesizing silica C
  • FIG. 2B is a diagram for synthesizing a second polysilsesquioxane 4P having a functional group R1 coordinated to quantum dots 2. It is a figure explaining the method
  • (c) of FIG. 2 is a figure explaining the method of synthesizing the first polysilseskioxane 3 having conductivity.
  • tetraalkoxysilane A (R3 in the figure is an alkyl group such as methyl or ethyl) is hydrolyzed under an acid / base catalyst to form a silanol group.
  • Silane C having a three-dimensional structure can be produced by obtaining a silane B having a silane B and condensing the silane B having a silanol group by heating.
  • Silica C is a chemically and thermally stable material, but is not preferable as a material for protecting quantum dots 2 because it is an insulator having a large band gap.
  • a trialkoxysilane D having a functional group R1 coordinated to the quantum dot 2 (R3 in the figure is, for example, an alkyl group such as methyl or ethyl.
  • the functional group R1 that coordinates the quantum dot 2 is coordinated to the surface of the quantum dot 2, that is, the functional group R1 that coordinates the quantum dot 2 of the trialkoxysilane D molecule faces the quantum dot 2.
  • it can be hydrolyzed and heat-condensed under an acid / base catalyst to form a monomolecular film of the second polysilsesquioxane 4P having a three-dimensional structure surrounding the quantum dots 2.
  • a trialkoxysilane E having a functional group R2 responsible for conductivity (R3 in the figure is, for example, an alkyl group such as methyl or ethyl) is added.
  • the functional group portion 4 coordinated to the quantum dot 2 and the functional group portion 5 responsible for conductivity are silanols of silane having a silanol group of the second polysilsesquioxane 4P and a functional group R2 responsible for conductivity. Since it condenses with the group, it is chemically bonded.
  • the first polysilsesquioxane 3 In the step of synthesizing the first polysilsesquioxane 3 having both the functional group portion 4 coordinated to the quantum dot 2 and the functional group portion 5 responsible for conductivity, the first polysilsesquioxane 3 is used.
  • Trialkoxysilane E having a functional group R2 (including a partially silanol-based one) and the like are also mixed.
  • Polysilsesquioxane is a trialkoxysilane having a functional group directly bonded to a Si atom (silicon element) (tetraalkoxysilane, a dialkoxysilane having a functional group directly bonded to a Si atom, and a Si atom).
  • a polymer having a functional group directly bonded to a Si atom generated from may include monoalkoxysilane having a directly bonded functional group, etc.) and having a siloxane bond (Si—O—Si) as a main chain. Refers to the product.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a silane containing a functional group R1 coordinated to a quantum dot 2 having an amino group
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of a silane coordinated to a quantum dot 2 having a thiol group. It is a figure which shows an example of the silane containing the functional group R1 which is positioned.
  • the trialkoxysilane D having the functional group R1 coordinated to the quantum dot 2 shown in FIG. 2 (b) for example, 3-aminopropyltriethoxysilane and / and the figure shown in FIG. 3 (a).
  • 3- (Triethoxysilyl) propanethiol shown in 3 (b) can be used.
  • FIG. 4 are diagrams showing an example of a ligand coordinated to the quantum dot 2.
  • Examples of the functional group coordinated on the surface of a semiconductor quantum dot of Group II-VI such as CdSe or Group III-V such as InP used as a material of the quantum dot 2 include an amino group, a thiol group, an alkoxy group and a carboxy group.
  • Groups, phosphino groups, oxidized phosphino groups, imidazolium groups, pyridinyl groups and the like are known (see Coordination Chemistry Reviews 320-321 (2016) 216-237). It is considered that the functional group R1 coordinated to the quantum dot 2 is ionized and coordinated to the quantum dot 2.
  • FIG. 4 shows an example of an anion-type ligand coordinated to the quantum dot 2.
  • the anion-type ligand coordinated to the quantum dot 2 include a ligand containing at least one selected from carboxylate, alkoxylate, thiolate, dithiolate, phosphylate, phosphonate, and phosphoric anhydride.
  • (B) of FIG. 4 shows an example of a neutral electron donor type ligand.
  • the neutral electron donor type ligand coordinated to the quantum dot 2 include a ligand containing at least one selected from 1 to tertiary amine, 2 to 3 phosphine, phosphinic acid, imidazole, and pyridine. ..
  • FIG. 4C shows an example of an inorganic ligand.
  • the inorganic ligand, Cl -, Br -, I -, S 2-, Se 2-, Te 2-, K +, can be selected at least one of NH 4 +.
  • FIG. 4 show silane or an alkyl group bonded to silane. Not all ligands coordinated to the quantum dots 2 may be directly or indirectly bound to the silane, and for example, an inorganic ligand as shown in FIG. 4C may be coordinated.
  • the ratio of the anion, the carboxylate anion, the phosphinolate cation, the oxidized phosphinolate cation and the like is preferably 0.1% or more and 50% or less in terms of molar ratio with respect to the Si atom, and 0.1% or more and 20 It is more preferably% or less. This is because if it exceeds 50%, there may be a surplus ligand that does not coordinate to the quantum dot.
  • FIGS. 5A to 5H are diagrams showing an example of the functional group R2 responsible for conductivity. At least one functional group R2 is selected from the functional groups shown in FIGS. 5A to 5H.
  • Polysilsesquioxane (PSQ) having a functional group containing a carbazole skeleton shown in FIG. 5 (a) is known to have conductivity (Chem. Eur. J. 2014, 20, 12773-12776). reference).
  • a functional group containing a tricarbazole skeleton shown in FIG. 5 (b) is known to have conductivity (Chem. Eur. J. 2014, 20, 12773-12776). reference).
  • a functional group containing a tricarbazole skeleton shown in FIG. 5 (b) a functional group containing a biphenyl oxide phosphine skeleton shown in FIG. 5 (c), and a diphenylamine shown in FIG. 5 (d).
  • ⁇ -conjugated system skeletons such as groups (not shown), functional groups containing 1,3,4-thiasiazol skeletons (not shown) and functional groups containing oxadiazol skeletons (not shown)
  • PSQ polysilsesquioxane
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a method for synthesizing a silane containing a functional group R2 responsible for conductivity
  • FIG. 6B is a diagram showing a functional group responsible for conductivity shown in FIG. 6A. It is a figure which shows an example of the 1st polysilsesquioxane having conductivity synthesized from the silane containing R2.
  • a trialkoxysilane containing the functional group R2 responsible for conductivity for example, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilane, which is a silane having a thiol group, and 9-Vinylcarbazole, as shown in FIG. 6 (a), are available.
  • Carbazole-ethylthio-propyltrimethoxysilane (CTTMS) which is a trialkoxysilane containing the functional group R2 responsible for conductivity, can be obtained by reacting the above with only light irradiation for 30 minutes.
  • CTMS Carbazole-ethylthio-propyltrimethoxysilane
  • it is possible to synthesize a trialkoxysilane having a desired functional group by using the thiolene reaction see Chem. Eur. J. 2014, 20, 12773-12776). Further, such a thiolene reaction is effective because it proceeds only by light irradiation and does not produce by-product
  • the functional group R1 that coordinates with the quantum dot 2 is coordinated with the quantum dot 2 as shown in (b) of FIG. 2, (a) of FIG. 3 and (b) of FIG.
  • An example is the first polysilsesquioxane 3 having both a functional group portion 4 coordinated to a quantum dot 2 and a functional group portion 5 responsible for conductivity, which are incorporated using a silane containing a functional group R1.
  • the functional group R1 that coordinates with the quantum dot 2 is coordinated with the quantum dot 2 as shown in (b) of FIG. 2, (a) of FIG. 3 and (b) of FIG.
  • a silane containing a group R1 may be used and may not be incorporated.
  • CTMS Carbazole-ethylthio-propyltrimethoxysilane
  • FIG. 6A which is a trialkoxysilane precursor
  • a solvent such as alcohol
  • a first polysilsesquioxane having a functional group R2 responsible for the conductivity of the above can be obtained.
  • a basket-shaped polysilsesquioxane is partially generated, but there is no problem in terms of characteristics.
  • 7 (a) and 7 (b) can be mixed during the synthesis of the conductive first polysilsesquioxane or the second polysilsesquioxane having a functional group coordinated to a quantum dot. It is a figure which shows an example of silane.
  • CTTMS shown in FIG. 6 (a) which is a trialkoxysilane precursor, for example, tetraethoxysilane (TEOS), which is a raw material of silica, which is the tetraalkoxysilane shown in FIG. 7 (a), and a Si atom.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • Diethoxydiphenylsilane which is a raw material for silicone, which is a dialkoxysilane having a directly bonded functional group, may be mixed with the precursor.
  • polysilsesquioxane (PSQ) having a functional group containing a carbazole skeleton shown in FIG. 5 (a) is 10-5 to 10 -4 [Scm- 1].
  • PSQ polysilsesquioxane
  • the light-emitting device comprising a light-emitting layer containing quantum dots, in order to obtain a luminance that can be observed by the human eye, it is necessary to inject carriers in 10 -2 Acm -2 or more current density in the light emitting layer.
  • an electrical conductivity required to obtain a current density 10 -2 Acm -2 in the case of 5V applied to the 50nm semiconductor layer of 10 -8 [S ⁇ cm -1] this value or more conductive If you have it, you can carry the minimum carrier transportation function.
  • ⁇ in the above [Equation 1] is the reciprocal of the spread of the wave function of the hopping site.
  • the distance ⁇ between hopping sites can be approximated to be proportional to the reciprocal of the cube root of the concentration C of the hopping site, and is expressed by the following [Equation 2].
  • the molar ratio of the carbazole unit to the Si atom must be 20% or more in order to obtain an electric conductivity of 10-8 [S ⁇ cm -1 ] or more. is there. This value varies slightly depending on the type of pi-conjugated unit and the length of the alkyl chain, but shows the same tendency.
  • FIG. 8A shows a case where the excited state energy of the conductive first polysilsesquioxane (conductive polysilsesquioxane) is lower than the excited state energy of the quantum dots (luminescent quantum dots). It is a figure for demonstrating the reabsorption and energy transfer which occur in FIG. 8, and (b) of FIG. 8 shows the energy of the excited state of the conductive first polysilsesquioxane (conductive polysilsesquioxane). It is a figure for demonstrating the reason why reabsorption and energy transfer do not occur when the energy is higher than the excited state energy of a quantum dot (emissive quantum dot).
  • the energy of the single term excited state of the conductive first polysilsesquioxane is higher than the energy of the excited state of the quantum dots (emissive quantum dots), and Reasons why reabsorption and energy transfer do not occur when the distance between the conductive first polysilsesquioxane (conductive polysilsesquioxane) and the quantum dots (emissive quantum dots) is 1 nm or more. It is a figure for demonstrating.
  • the conductive first polysilsesquioxane (conductive polysilsesquioxane) always contains the functional group R2 responsible for the conductivity, but when selecting the functional group R2 responsible for the conductivity. It is preferable to consider the following points.
  • the functional group R2 responsible for conductivity is a molecule composed of a large pie-conjugated system, carrier transport by hopping conduction is easy.
  • the functional group R2 responsible for conductivity has a large pi-conjugation, as shown in FIG. 8A, the energy of the quantum dots may be absorbed and the external quantum efficiency may be lowered. is there.
  • the functional group R2 responsible for conductivity is arranged so that the excited state energy of the conductive polysilsesquioxane is higher than the excited state energy of the luminescent quantum dots. It is preferable to select. As shown in FIG. 8 (b), when the singlet excited state (S 1 ) level of the conductive polysilsesquioxane is higher than the excited level of the luminescent quantum dot, it is responsible for conductivity.
  • the functional group R2 does not reabsorb the light emitted from the quantum dots. Further, as shown in FIG.
  • the single-term excited state (S 1 ) level of the conductive polysilsesquioxane is higher than the excited level of the luminescent quantum dots, and that of the conductive polysilsesquioxane.
  • the tripled excited state (T 1 ) level is lower than the excited level of the luminescent quantum dot.
  • (B) in (a) and 10 in FIG. 10 is an example of a functional group R2 responsible for the conductivity, the HOMO level, LUMO level, singlet excitation level (S 1 level position) and triple It is a figure which shows the term excitation level (T 1 level).
  • Figure 11 is a still another example of the functional groups R2 responsible for the conductivity, the HOMO level, LUMO level, singlet excitation level (S 1 level position) and Triplet excitation level (T 1 level It is a figure which shows the place).
  • Experimental values of the singlet excited state (S 1 level position) and the triplet excitation level (T 1 level) in FIG. 10 and FIG. 11 can be obtained as follows. First polysilsesquioxane having conductivity (polysilsesquioxane having a pi-conjugated) or a functional group R2 responsible for the conductivity of the (pi-conjugated unit), singlet excitation level (S 1 level position) is , is determined from UV-Vis spectra and fluorescence spectra, triplet excitation level (T 1 level), the cryogenic (77K or less) obtained from the phosphorescence spectrum in anoxic conditions.
  • the singlet excitation level (S 1 level) and the triplet excitation level (T 1 level) can also be calculated using the first-principles calculation. ..
  • the calculated values shown in FIGS. 10 and 11 are structurally optimized by using the density functional theory of the Gaussian09 program package, using B3LYP for the functional and 6-31 g (d) for the base function, and the singlet excited level. (S 1 level) and triplet excitation level (T 1 level) are calculated values.
  • the functional group R2 having conductivity shown in FIGS. 10 and 11 may contain, for example, an aryl group or an alkyl group.
  • * is assumed to be a hydrogen atom.
  • the functional group R2 responsible for each conductivity shown in FIGS. 10 and 11 includes the excitation level of the functional group R2 alone responsible for each conductivity and the functional group R2 responsible for each conductivity in polysilsesquioxane. There is almost no difference from the excitation level of.
  • the energy gap between the HOMO and the LUMO is if too narrow, singlet excitation level (S 1 level position) and the triplet excitation level (T 1 level) also becomes small, FIG. As shown in (a) of 8, the energy of the quantum dots is absorbed and the external quantum efficiency is lowered.
  • the functional group R2 responsible for conductivity is arranged so that the excited state energy of the conductive polysilsesquioxane is higher than the excited state energy of the luminescent quantum dots. It is preferable to select.
  • the energy of the excited state of the luminescent quantum dots is different for each luminescent quantum dot having a different emission wavelength. For example, the excited state energy of a luminescent quantum dot that emits light in the green wavelength region is higher than the excited state energy of a luminescent quantum dot that emits light in the red wavelength region, and the luminescent quantum that emits light in the green wavelength region.
  • the excited state energy of the luminescent quantum dots that emit light in the blue wavelength region is higher than the excited state energy of the dots.
  • Conductive polysilsesquioxane sesquicarbonate considering energy of the excited state of the luminescent quantum dots that emit light in the red wavelength region silsesquioxane triplet excitation level (T 1 level) is preferably at least 1.7 eV, It is more preferably 2.2 eV or more. Further, emits light in the green wavelength region emitting triplet excitation level of the conductive polysilsesquioxane Considering the energy of the excited state of the quantum dots (T 1 level position) is not less than 2.2eV It is preferably 2.7 eV or more, and more preferably 2.7 eV or more.
  • a triplet excitation conductive polysilsesquioxane Considering the energy of the excited state of the luminescent quantum dots that emit light in the blue wavelength region level (T 1 level) is not less than 2.5eV It is preferably 3.0 eV or more, and more preferably 3.0 eV or more.
  • the red wavelength region emitting light-emitting quantum dots singlet excitation level of the conductive polysilsesquioxane considering the energy of the excited state (S 1 level position) is preferably at least 1.7 eV, more 2.2eV Is more preferable.
  • a singlet excited conductive polysilsesquioxane Considering the energy of the excited state of the luminescent quantum dots that emit light in the green wavelength region level (S 1 level position) is not less than 2.2eV It is preferably 2.7 eV or more, and more preferably 2.7 eV or more. Further, a singlet excited conductive polysilsesquioxane Considering the energy of the excited state of the luminescent quantum dots that emit light in the blue wavelength region level (S 1 level position) is not less than 2.5eV It is preferably 3.0 eV or more, and more preferably 3.0 eV or more.
  • 1,3,4-thiadiazole and oxadiazole are both the triplet excitation level (T 1 level) is not less than 2.5 eV. Further, a singlet excited state (S 1 level position) is higher than the triplet excitation level (T 1 level).
  • Triazole, 1,3,4-thiadiazole and oxadiazole all have high carrier mobility because the energy gap between their HOMO and their LUMO (lowest empty level) is less than 6.0 eV.
  • the functional group R2 responsible for conductivity is a carbazole skeleton, a diphenylamine skeleton, a triphenylamine skeleton, a phenoxazine skeleton, a phenothiazine skeleton, a dimethylacidine skeleton, a biphenyl skeleton, a fluorene skeleton, an imidazole skeleton, 1,2,4-triazole. It is preferably a functional group containing at least one skeleton selected from a skeleton, a 1,3,4-thiasizole skeleton, and an oxadiazole skeleton.
  • the functional group R2 responsible for conductivity is a functional group represented by any of the following chemical formula 1, the following chemical formula 2 and the following chemical formula 3, and * in the following chemical formula 1, the following chemical formula 2 and the following chemical formula 3 is the conductivity.
  • the Si atom of the main chain containing the siloxane bond of the first polysilsesquioxane having a property or the bonding portion with the side chain from the Si atom of the main chain is shown
  • X in the following chemical formula 1 and the following chemical formula 2 is Indicates any atom in nitrogen atom, carbon atom, oxygen atom and sulfur atom or absence of atom
  • Y in the following chemical formula 3 indicates any atom in nitrogen atom, carbon atom, oxygen atom and sulfur atom.
  • Shown, Z in the following chemical formula 3 indicates any of a hydrogen atom, an aryl group and an alkyl group.
  • X in the chemical formula 1 and the chemical formula 2 is any atom in the nitrogen atom, the carbon atom, the oxygen atom and the sulfur atom, and X in the chemical formula 1 and the chemical formula 2 includes a hydrogen atom and an aryl group. And any of the alkyl groups may be attached.
  • a singlet excited state (S 1 level position) and from the viewpoint of the triplet excitation level (T 1 level) is used a functional group R2 responsible for the higher conductivity, triplet excitation level of Calculated It is preferable to use a functional group containing at least one skeleton selected from a carbazole skeleton, an acknowledge skeleton, a biphenyl skeleton, a diphenylamine skeleton and a triphenylamine skeleton having a position (T 1 level) of 3.18 eV or more. ..
  • the ratio of the functional group R2 responsible for conductivity is preferably 20% or more, more preferably 80% or more, in terms of molar ratio with respect to the Si atom, in order to obtain a sufficient carrier transport layer. Further, if the functional group R2 responsible for conductivity is bonded to 3 out of 4 bonds of Si atom, it becomes a terminal group, so that the ratio of the functional group R2 responsible for conductivity is the Si atom. On the other hand, the molar ratio is preferably 200% or less.
  • the thickness of the functional group portion 4 coordinated to the quantum dots of the first polysilsesquioxane 3 may be formed to be 1 nm or more.
  • the light emitting element 20 of the present embodiment is different from the first embodiment in that the light emitting layer 23 is formed in a film shape (thin film), and the other parts are as described in the first embodiment.
  • members having the same functions as the members shown in the drawings of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 13A is a diagram showing a schematic configuration of the light emitting device 20 of the second embodiment
  • FIG. 13B is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles 21 provided in the light emitting device 20 of the second embodiment. It is a figure which shows.
  • a trialkoxysilane D having a functional group R1 coordinated to the quantum dot 2 (see (b) in FIG. 2) is coordinated to the quantum dot 2. Hydrolyzed under an acid / base catalyst with R1 coordinating on the surface of the quantum dots 2, that is, with the functional group R1 coordinating with the quantum dots 2 of the trialkoxysilane D molecule facing the quantum dots 2. Heat condensation is performed to form nanoparticles 21.
  • nanoparticles 21 and trialkoxysilane E having a functional group R2 responsible for conductivity are added to form an acid / base catalyst.
  • a film-like (thin film) light emitting layer 23 containing the first polysilsesquioxane having both of the portions 5 can be obtained.
  • the light emitting layer 23 is a film (thin film) of conductive polysilsesquioxane in which quantum dots 2 are mixed.
  • the functional group portion 4 coordinated to the quantum dot 2 of the conductive polysilsesquioxane and the functional group portion 5 responsible for the conductivity of the conductive polysilsesquioxane are chemically bonded.
  • the light emitting layer 23 formed of a film (thin film) capable of injecting electrons and holes with a relatively small voltage to emit light and having high durability is provided.
  • the light emitting element 20 can be realized.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • the first one having conductivity in which a functional group portion coordinating with quantum dots and a functional group portion responsible for conductivity are mixed. It differs from the first and second embodiments in that polysilsesquioxane 6 is used, and the others are as described in the first and second embodiments.
  • members having the same functions as the members shown in the drawings of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 14A is a diagram showing a schematic configuration of the light emitting device 30 of the third embodiment
  • FIG. 14B is a diagram showing a schematic configuration of nanoparticles 31 provided in the light emitting device 30 of the third embodiment. It is a figure which shows.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a method for synthesizing the first polysilsesquioxane 6 having conductivity in the light emitting layer 33 provided in the light emitting element 30 of the third embodiment.
  • the quantum dots 2, the trialkoxysilane D having the functional group R1 coordinated to the quantum dots 2, and the trialkoxysilane E having the functional group R2 responsible for conductivity are added to form an acid.
  • -It has conductivity in which a functional group portion coordinated to a quantum dot and a functional group portion responsible for conductivity, which are shown in FIG. 14 (b), are mixed by hydrolysis and heat condensation under a base catalyst.
  • Nanoparticles 31 having a structure in which the first polysilsesquioxane 6 surrounds the quantum dots 2 can be obtained.
  • the first polysilsesquioxane 6 surrounding the quantum dot 2 is formed in one step even though it has both a functional group R1 portion coordinated to the quantum dot 2 and a functional group R2 portion responsible for conductivity. be able to.
  • the light emitting device 40 of the present embodiment is different from the second embodiment in that the light emitting layer 43 contains the first polysilsesquioxane 6 that can be formed in one step and is formed in a film form (thin film). , And others are as described in the second embodiment.
  • members having the same functions as the members shown in the drawings of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the light emitting element 40 of the fourth embodiment.
  • the quantum dot 2, the trialkoxysilane D having the functional group R1 coordinated to the quantum dot 2 (see FIG. 15), and the trialkoxysilane E having the functional group R2 responsible for conductivity (see FIG. 15) are added.
  • First polysilsesquioxane 6 having conductivity in which a functional group portion coordinated to a quantum dot and a functional group portion responsible for conductivity are mixed by hydrolysis and heat condensation under an acid / base catalyst.
  • a film-like (thin film) light emitting layer 43 containing the above can be obtained. That is, the light emitting layer 43 is a film (thin film) of conductive polysilsesquioxane in which quantum dots 2 are mixed.
  • a light emitting element 40 provided with a light emitting layer 43 formed in a film shape (thin film) containing the first polysilsesquioxane 6 which can be formed in one step.
  • a light emitting element including a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • the light emitting layer is a light emitting element containing quantum dots and a first polysilsesquioxane having conductivity.
  • the first functional group is a functional group represented by any of the following chemical formulas 1, the following chemical formula 2 and the following chemical formula 3.
  • the following chemical formula 2 and the following chemical formula 3 indicates a bonding portion with the Si atom of the main chain or the side chain from the Si atom of the main chain.
  • X in the following chemical formula 1 and the following chemical formula 2 indicates any atom in the nitrogen atom, carbon atom, oxygen atom and sulfur atom, or the absence of an atom.
  • Y in the following chemical formula 3 represents any of the nitrogen atom, carbon atom, oxygen atom and sulfur atom.
  • Z in the following chemical formula 3 is the light emitting device according to the second aspect, which represents any of a hydrogen atom, an aryl group and an alkyl group.
  • X in the chemical formula 1 and the chemical formula 2 is any of a nitrogen atom, a carbon atom, an oxygen atom, and a sulfur atom.
  • the light emitting element according to the third aspect wherein any of a hydrogen atom, an aryl group and an alkyl group is bonded to X in the chemical formula 1 and the chemical formula 2.
  • the first functional group is a carbazole skeleton, a diphenylamine skeleton, a triphenylamine skeleton, a phenoxazine skeleton, a phenothiazine skeleton, a dimethylacridin skeleton, a biphenyl skeleton, a fluorene skeleton, an imidazole skeleton, 1,2,4-triazole skeleton, 1,3 , 4-The light emitting element according to aspect 2, which is a functional group containing at least one skeleton selected from a 4-thiasizole skeleton and an oxadiazole skeleton.
  • the conductive first polysilsesquioxane further contains a main chain containing a siloxane bond and a second functional group coordinated to the quantum dots and bonded to the Si atom of the main chain.
  • the light emitting element according to any one of aspects 1 to 7.
  • the light emitting layer further contains a second polysilsesquioxane containing a main chain containing a siloxane bond and a second functional group coordinated to the quantum dots and bonded to a Si atom of the main chain.
  • the light emitting element according to any one of aspects 1 to 9.
  • the second functional group includes an amino group, a thiol group, an alkoxy group, a carboxy group, a phosphino group, an oxidized phosphino group, an imidazolium group, a pyridinyl group, a quaternary ammonium cation, a thiolate anion, an alkoxide anion, a carboxylate anion and a phos.
  • the light emitting element according to any one of aspects 8 to 10, which is a functional group containing at least one selected from a finolato cation and an oxidized phosphinolate cation.
  • the second functional group is described in any of aspects 8 to 11 in which the molar ratio is 0.1% or more and 50% or less with respect to the Si atom contained in the conductive first polysilsesquioxane. Light emitting element.
  • the first polysilsesquioxane having conductivity is described in any one of aspects 1 to 12 having an electric conductivity of 10 -8 [S ⁇ cm- 1 ] or more and 10 2 [S ⁇ cm- 1 ] or less.
  • Light emitting element is described in any one of aspects 1 to 12 having an electric conductivity of 10 -8 [S ⁇ cm- 1 ] or more and 10 2 [S ⁇ cm- 1 ] or less.
  • the present invention can be used for a light emitting element.

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Abstract

第１電極（１１）と、第２電極（１５）と、第１電極（１１）と第２電極（１５）との間に備えられた発光層（１３）とを含む発光素子（１０）であって、発光層（１３）は、量子ドット（２）と、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（３）とを含む。

Description

発光素子
　本発明は、発光素子に関する。
　近年、さまざまな表示装置が開発されており、特に、ＱＬＥＤ（Quantum dot Light Emitting Diode：量子ドット発光ダイオード）を備えた表示装置は、低消費電力化、薄型化および高画質化などを実現できる点から、高い注目を浴びている。
　ＱＬＥＤの分野においては、量子ドット（ＱＤ）の表面の有機の配位子が耐久性を低下させる要因となることが知られており、量子ドットを封止できる化学的・熱的に安定な材料が求められている。
　図１７は、量子ドットを化学的・熱的に安定な材料で封止した従来のナノ粒子及び従来のフィルムを示す図である。図１７の（ａ）は、非特許文献１及び非特許文献２に開示されているナノ粒子１００の概略構成を示す図であり、図１７の（ｂ）は、ナノ粒子１００に含まれるシリカ層１０３を示す図である。図１７の（ａ）に図示するように、ナノ粒子１００は、量子ドット１０１と、量子ドット１０１の表面に配位したシロキサン単分子膜１０２と、シロキサン単分子膜１０２を覆うように形成されたシリカ層１０３とを含む。図１７の（ｃ）は、特許文献１に開示されている量子ドット１１１を含むフィルム１１０の概略構成を示す図であり、フィルム１１０は、量子ドット１１１と、量子ドット１１１の表面に配位するトリアルコキシシランを用いて形成したシリカ層１１２とを含む。図１７の（ｄ）は、特許文献２に開示されているナノ粒子１２０の概略構成を示す図であり、ナノ粒子１２０は、コアを構成するＳｉからなる量子ドット１２１と、シェルを構成するシリカ層１２２とを含む。
　以上のように、図１７に図示する従来のナノ粒子及び従来のフィルムにおいては、量子ドットを化学的・熱的に安定な材料であるシリカで封止しているので、量子ドットの耐久性を向上させることができる。
ＡＣＳ　Ｎａｎｏ　２０１３,７，２，１４７２ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１７，２８，１８５６０３
米国公開特許公報「ＵＳ２００４/０２６６１４８　Ａ１」公報（２００４年１２月３０日公開） 日本国公開特許公報「特開２００６－２３７５９５」公報（２００６年９月７日公開）
　しかしながら、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１及び特許文献２の何れの場合においでも、量子ドットを封止する材料として、シリカが用いられている。このようなシリカ封止量子ドットは、光によって励起させて発光させることは可能であるが、シリカが大きなバンドギャップを持つ絶縁体であるため、電子や正孔を注入して発光させるためには、非常に大きな電圧が必要になるという問題がある。
　本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的小さい電圧で電子や正孔を注入して発光でき、かつ、耐久性が高い発光素子を提供することを目的とする。
　本発明の発光素子は、前記の課題を解決するために、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた発光層とを含む発光素子であって、
　前記発光層は、量子ドットと、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンとを含む。
　前記発光素子によれば、比較的小さい電圧で電子や正孔を注入して発光でき、かつ、耐久性が高い発光素子を実現できる。
　本発明の一態様によれば、比較的小さい電圧で電子や正孔を注入して発光でき、かつ、耐久性が高い発光素子を提供できる。
（ａ）は、実施形態１の発光素子の発光層に含まれるナノ粒子の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの量子ドットに配位する官能基部分を示す図であり、（ｃ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの概略構成を示す図である。 （ａ）は、シリカの合成方法を説明する図であり、（ｂ）は、量子ドットに配位する官能基を有する第２ポリシルセスキオキサンの合成方法を説明する図であり、（ｃ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの合成方法を説明する図である。 （ａ）は、アミノ基を有する量子ドットに配位する官能基を含むシランの一例を示す図であり、（ｂ）は、チオール基を有する量子ドットに配位する官能基を含むシランの一例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、量子ドットに配位するリガンドの一例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、導電性を担う官能基の一例を示す図である。 （ａ）は、導電性を担う官能基を含むシランの合成方法を説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）に図示した導電性を担う官能基を含むシランから合成された導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンまたは、量子ドットに配位する官能基を有する第２ポリシルセスキオキサンの合成時に混合できるシランの一例を示す図である。 （ａ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの励起状態のエネルギーが量子ドットの励起状態のエネルギーより低い場合に生じる再吸収及びエネルギー移動を説明するための図であり、（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの励起状態のエネルギーが量子ドットの励起状態のエネルギーより高い場合に再吸収及びエネルギー移動が生じない理由を説明するための図である。 導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの一重項励起状態のエネルギーが量子ドットの励起状態のエネルギーより高く、かつ、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンと量子ドットとの間の距離が１ｎｍ以上である場合に再吸収及びエネルギー移動が生じない理由を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、導電性を担う官能基の一例であって、そのＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、一重項励起準位及び三重項励起準位を示す図である。 導電性を担う官能基のさらに他の一例であって、そのＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、一重項励起準位及び三重項励起準位を示す図である。 実施形態１の発光素子の概略構成を示す図である。 （ａ）は、実施形態２の発光素子の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、実施形態２の発光素子に備えられたナノ粒子の概略構成を示す図である。 （ａ）は、実施形態３の発光素子の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、実施形態３の発光素子に備えられたナノ粒子の概略構成を示す図である。 実施形態３の発光素子に備えられた発光層中の導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの合成方法を説明するための図である。 実施形態４の発光素子の概略構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｄ）は、量子ドットを化学的・熱的に安定な材料で封止した従来のナノ粒子を示す図であり、（ｃ）は、量子ドットを化学的・熱的に安定な材料で封止した従来のフィルムを示す図である。
　本発明の実施の形態について図１から図１６に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
　〔実施形態１〕
　図１２は、実施形態１の発光素子１０の概略構成を示す図である。
　図１２に図示するように、発光素子１０は、第１電極１１と、第２電極１５と、第１電極１１と第２電極１５との間に備えられたナノ粒子１を含む発光層１３とを備えている。また、発光素子１０は、第１電極１１と発光層１３との間に第１キャリア輸送層１２を、発光層１３と第２電極１５との間に第２キャリア輸送層１４を、それぞれ備えている。
　なお、発光素子１０は、例えば、図示していない、薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ素子）を複数個備えたアクティブマトリクス基板上に表示装置の解像度に応じて複数個形成され、各発光素子１０に設けられた第１電極１１は、前記薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と電気的に接続されている。
　本実施形態においては、前記アクティブマトリクス基板上に、第１電極１１と、第１キャリア輸送層１２と、発光層１３と、第２キャリア輸送層１４と、第２電極１５とをこの順に形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、前記アクティブマトリクス基板上に、第２電極１５と、第２キャリア輸送層１４と、発光層１３と、第１キャリア輸送層１２と、第１電極１１とをこの順に形成してもよい。
　発光素子１０における発光層１３は、第１波長領域の光を発光する。そして、前記アクティブマトリクス基板上には、第１波長領域の光を発光する発光素子１０以外に、第１波長領域とはその中心波長が異なる第２波長領域の光を発光する発光層を備えた発光素子と、第１波長領域及び第２波長領域とはその中心波長が異なる第３波長領域の光を発光する発光層を備えた発光素子とが少なくとも形成されている。このような互いに異なる波長領域の光を発光する発光素子は、４種類以上形成されていてもよい。
　量子ドットを含む発光層の場合、互いに発光する光の中心波長を異なるようにするためには、それぞれの発光層において、量子ドットの粒径を異なるようにしてもよく、互いに異なる種類の量子ドットを用いてもよい。
　以下では、第１波長領域の光を発光する発光層１３が、量子ドット２と、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３とを含む場合についてのみ説明するが、第２波長領域の光を発光する発光素子の発光層及び第３波長領域の光を発光する発光素子の発光層も、同様に、量子ドットと、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３とを含んでいてもよい。
　発光素子１０をトップエミッション型とする場合には、第１電極１１としては、可視光の反射率の高い金属材料である、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどを用いることができる。また、可視光の反射率が高いのであれば、第１電極１１としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）とＡｇを含む合金とを積層して用いてもよい。第２電極１５としては、可視光の透過率が高い材料（透明導電膜材料）である、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＺｎＯ、ＡＺＯ（aluminum-doped zinc oxide）、ＢＺＯ(boron-doped zinc oxide)などを用いることができる。
　一方、発光素子１０をボトムエミッション型とする場合には、第１電極１１としては、可視光の透過率が高い材料（透明導電膜材料）を用いることができ、第２電極１５としては、可視光の反射率の高い金属材料または、可視光の反射率が高いのであれば、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）とＡｇを含む合金とを積層して用いてもよい。
　本実施形態においては、第１電極１１が陽極（アノード電極）であり、第２電極１５が陰極（カソード電極）である場合を一例に挙げて説明するので、第１電極１１と発光層１３との間の第１キャリア輸送層１２は、正孔輸送層（Hole Transport Layer）であり、発光層１３と第２電極１５との間の第２キャリア輸送層１４は、電子輸送層（Electron Transport Layer）であるが、これに限定されることはない。また、発光素子１０は、第１電極１１と正孔輸送層である第１キャリア輸送層１２との間に正孔注入層を備えていてもよく、電子輸送層である第２キャリア輸送層１４と第２電極１５との間に電子注入層を備えていてもよい。さらには、正孔輸送層である第１キャリア輸送層１２と発光層１３との間に電子ブロッキング層を備えていてもよく、発光層１３と電子輸送層である第２キャリア輸送層１４との間に正孔ブロッキング層を備えていてもよい。
　図１の（ａ）は、発光素子１０の発光層１３に含まれるナノ粒子１の概略構成を示す図であり、図１の（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３の量子ドット２に配位する官能基部分４を示す図であり、図１の（ｃ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３の概略構成を示す図である。
　図１の（ａ）に図示するように、ナノ粒子１は、量子ドット２（蛍光体量子ドットとも称する）と、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３とを含む。量子ドット２の具体的な材料としては、例えば、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＣＩＧＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ２／ＧａＳ及びハロゲン化鉛ペロブスカイトの何れかを用いることができ、量子ドットの粒径は３～１０ｎｍ程度である。導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３は、量子ドット２に配位する官能基部分４と、第１ポリシルセスキオキサン３の導電性を担う官能基部分５とを含む。
　図１の（ｂ）に図示するように、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３における量子ドット２に配位する官能基部分４には、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１がある。
　図１の（ｃ）に図示するように、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３は、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有する量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基Ｒ２を有する第１ポリシルセスキオキサン３の導電性を担う官能基部分５との両方を有するポリシルセスキオキサンである。図１の（ａ）に図示するように、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３は、量子ドット２を取り囲むように配置され、量子ドット２を保護する。
　図２の（ａ）は、シリカＣの合成方法を説明する図であり、図２の（ｂ）は、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有する第２ポリシルセスキオキサン４Ｐの合成方法を説明する図であり、図２の（ｃ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３の合成方法を説明する図である。
　図２の（ａ）に図示するように、テトラアルコキシシランＡ（図中Ｒ３は、例えば、メチルやエチルなどのアルキル基である）を、酸・塩基触媒下で加水分解させて、シラノール基を有するシランＢを得て、シラノール基を有するシランＢを加熱によって縮合させることで３次元的構造のシリカＣを作製できる。シリカＣは、化学的・熱的に安定な材料であるが、大きなバンドギャップを持つ絶縁体であるため、量子ドット２を保護する材料としては好ましくない。
　本実施形態においては、図２の（ｂ）に図示するように、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤ（図中Ｒ３は、例えば、メチルやエチルなどのアルキル基である）を、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１が量子ドット２の表面に配位した状態、すなわち、トリアルコキシシランＤ分子の量子ドット２に配位する官能基Ｒ１が量子ドット２を向いた状態で、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、量子ドット２を取り囲む３次元的構造の第２ポリシルセスキオキサン４Ｐの単分子膜を形成できる。
　それから、図２の（ｃ）に図示するように、さらに、導電性を担う官能基Ｒ２を有するトリアルコキシシランＥ（図中Ｒ３は、例えば、メチルやエチルなどのアルキル基である）を加えて、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有する量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基Ｒ２を有する導電性を担う官能基部分５との両方を有する第１ポリシルセスキオキサン３を得ることができる。なお、量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基部分５とは、第２ポリシルセスキオキサン４Ｐのシラノール基と導電性を担う官能基Ｒ２を有するシランのシラノール基とが縮合するので、化学結合されている。
　なお、量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基部分５との両方を有する第１ポリシルセスキオキサン３の合成工程においては、第１ポリシルセスキオキサン３を主に得ることができるが、第２ポリシルセスキオキサン４Ｐ、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤ（一部がシラノール基化されたものを含む）及び導電性を担う官能基Ｒ２を有するトリアルコキシシランＥ（一部がシラノール基化されたものを含む）なども混在している。
　ポリシルセスキオキサン（ＰＳＱ）とは、Ｓｉ原子（ケイ素元素）と直接結合した官能基を有するトリアルコキシシラン（テトラアルコキシシラン、Ｓｉ原子と直接結合した官能基を有するジアルコキシシラン及びＳｉ原子と直接結合した官能基を有するモノアルコキシシランなどを含んでもよい）から生成されるＳｉ原子と直接結合した官能基を有し、かつ、主鎖としてシロキサン結合（Ｓｉ‐Ｏ‐Ｓｉ）を有する高分子生成物を称する。
　図３の（ａ）は、アミノ基を有する量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を含むシランの一例を示す図であり、図３の（ｂ）は、チオール基を有する量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を含むシランの一例を示す図である。図２の（ｂ）に図示する、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤとして、例えば、図３の（ａ）に図示する３－アミノプロピルトリエトキシシランまたは／及び図３の（ｂ）に図示する３－（トリエトキシシリル）プロパンチオールを用いることができる。
　図４の（ａ）、図４の（ｂ）及び図４の（ｃ）は、量子ドット２に配位するリガンドの一例を示す図である。
　量子ドット２の材料として用いられる、例えば、ＣｄＳｅなどのＩＩ－ＶＩ族またはＩｎＰなどのＩＩＩ－Ｖ族の半導体量子ドット表面に配位する官能基としては、アミノ基、チオール基、アルコキシ基、カルボキシ基、ホスフィノ基、酸化ホスフィノ基、イミダゾリウム基、ピリジニル基などが知られる（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｒｅｖｉｅｗｓ　３２０－３２１　（２０１６）　２１６‐２３７参照）。なお、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１は、イオン化されて量子ドット２に配位しているものと考えられる。
　図４の（ａ）は、量子ドット２に配位するアニオン型リガンドの一例を示している。量子ドット２に配位するアニオン型リガンドとしては、例えば、カルボキシレート、アルコキシレート、チオレート、ジチオレート、ホスフィレート、ホスフォネート、無水リン酸から選択される少なくとも１つを含むリガンドなどが挙げられる。
　図４の（ｂ）は、中性電子ドナー型リガンドの一例を示している。量子ドット２に配位する中性電子ドナー型リガンドとしては、例えば、１～３級アミン、２～３級ホスフィン、ホスフィン酸、イミダゾール、ピリジンから選択される少なくとも１つを含むリガンドなどが挙げられる。
　図４の（ｃ）は、無機リガンドの一例を示している。無機リガンドとしては、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、Ｓ２－、Ｓｅ２－、Ｔｅ２－、Ｋ＋、ＮＨ４ ＋から少なくとも１つを選択できる。
　また、図４の（ａ）および（ｂ）は、シランまたはシランに結合されたアルキル基を示す。量子ドット２に配位する全てのリガンドが、直接あるいは間接的にシランに結合していなくてもよく、例えば、図４の（ｃ）に示すような無機リガンドが配位していてもよい。
　図３の（ａ）、図３の（ｂ）、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）においては、量子ドット２に配位するリガンドをアルキル基（Ｒ＝（ＣＨ２）ｎ、ｎは１以上の自然数）を介してＳｉ原子に取り入れているが、これに限定されることはなく、例えば、アリール基を介してＳｉ原子に取り入れてもよく、Ｓｉ原子に直接取り入れてもよい。
　なお、半導体量子ドット表面に配位する官能基としてのアミノ基、チオール基、アルコキシ基、カルボキシ基、ホスフィノ基、酸化ホスフィノ基、イミダゾリウム基、ピリジニル基、第４級アンモニウムカチオン、チオラートアニオン、アルコキシドアニオン、カルボキシラートアニオン、ホスフィノラートカチオン、酸化ホスフィノラートカチオンなどの割合は、Ｓｉ原子に対して、モル比で０．１％以上５０％以下であることが好ましく、０．１％以上２０％以下であることがさらに好ましい。５０％を超えると量子ドットに配位しない余剰な配位子が存在する恐れがあるためである。
　図５の（ａ）～図５の（ｈ）は、導電性を担う官能基Ｒ２の一例を示す図である。官能基Ｒ２は、図５の（ａ）～図５の（ｈ）に示される官能基から少なくとも１種以上選択される。
　図５の（ａ）に図示するカルバゾール骨格を含む官能基を有するポリシルセスキオキサン（ＰＳＱ）は導電性を有することが知られている（Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２０１４，２０，１２７７３－１２７７６参照）。この他にも、図５の（ｂ）に図示するトリカルバゾール骨格を含む官能基、図５の（ｃ）に図示するビフェニルオキシドホスフィン骨格を含む官能基、図５の（ｄ）に図示するジフェニルアミン骨格（ビフェニルアミン骨格）を含む官能基、図５の（ｅ）に図示するトリフェニルアミン骨格を含む官能基、図５の（ｆ）に図示するジメチルアクリジン骨格を含む官能基、図５の（ｇ）に図示するビフェニルトリアゾール骨格を含む官能基、図５の（ｈ）に図示するフルオレン骨格を含む官能基、アントラセン骨格を含む官能基（図示せず）フェノキサジン骨格を含む官能基（図示せず）、フェノチアジン骨格を含む官能基（図示せず）、ビフェニル骨格を含む官能基（図示せず）、イミダゾール骨格を含む官能基（図示せず）、１，２，４－トリアゾール骨格を含む官能基（図示せず）、１，３，４－チアジアゾール骨格を含む官能基（図示せず）及びオキサジアゾール骨格を含む官能基（図示せず）などのπ共役系（パイ共役系）骨格を含む官能基を有するポリシルセスキオキサン（ＰＳＱ）は、導電性を有するポリシルセスキオキサンとして挙げることができる。
　なお、図５の（ａ）～図５の（ｈ）においては、導電性を担う官能基Ｒ２をアルキル基（Ｒ＝（ＣＨ２）ｎ、ｎは１以上の自然数）を介してＳｉ原子に取り入れているが、これに限定されることはなく、例えば、アリール基を介してＳｉ原子に取り入れてもよく、Ｓｉ原子に直接取り入れてもよい。
　図６の（ａ）は、導電性を担う官能基Ｒ２を含むシランの合成方法を説明する図であり、図６（ｂ）は、図６の（ａ）に図示した導電性を担う官能基Ｒ２を含むシランから合成された導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンの一例を示す図である。
　導電性を担う官能基Ｒ２を含むトリアルコキシシランが入手困難な場合には、例えば、図６の（ａ）に図示するように、チオール基を持つシランである3-Mercaptopropyl trimethoxysilaneと、9-Vinylcarbazoleとを、光照射のみで３０分間反応させ、導電性を担う官能基Ｒ２を含むトリアルコキシシランであるCarbazole-ethylthio-propyltrimethoxysilane(CTTMS)を得ることができる。このようにチオールエン反応を用いて所望の官能基を有するトリアルコキシシランを合成することが可能である（Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２０１４，２０，１２７７３－１２７７６参照）。また、このようなチオールエン反応は光照射のみで進行し、副生成物を生じないため有効である。
　本実施形態においては、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を、図２の（ｂ）、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）に図示するような量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を含むシランを用いて取り入れた、量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基部分５との両方を有する第１ポリシルセスキオキサン３を例に挙げて説明したが、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を、図２の（ｂ）、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）に図示するような量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を含むシランを用いて、取り入れなくてもよい。この理由は、例えば、トリアルコキシシラン前駆体である図６の（ａ）に図示するCarbazole-ethylthio-propyltrimethoxysilane(CTTMS)をアルコール等の溶媒中で、アルコキシ基のモル比以上の水と酸・塩基触媒下で１時間以上反応させて、加水分解した後には、多数のシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ基）が生成されるからである。したがって、シラノール基（Ｓｉ－ＯＨ基）が生成されたCTTMSのシラノール基を量子ドット２に配位した状態で、６０℃以上に加熱して脱水縮合すると、図６の（ｂ）に図示する固体の導電性を担う官能基Ｒ２を有する第１ポリシルセスキオキサンが得られる。この際一部にかご状のポリシルセスキオキサンが生じるが特性上問題ない。
　図７の（ａ）及び図７の（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンまたは、量子ドットに配位する官能基を有する第２ポリシルセスキオキサンの合成時に混合できるシランの一例を示す図である。
　トリアルコキシシラン前駆体である図６の（ａ）に図示するCTTMSとともに、例えば、図７の（ａ）に図示するテトラアルコキシシランであるシリカの原料であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）やＳｉ原子と直接結合した官能基を有するジアルコキシシランであるシリコーンの原料であるジエトキシジフェニルシランを前駆体に混合してもよい。
　Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２０１４，２０，１２７７３－１２７７６によると、図５の（ａ）に図示するカルバゾール骨格を含む官能基を有するポリシルセスキオキサン（ＰＳＱ）は、１０－５～１０－４［Ｓ・ｃｍ－１］程度の電気伝導率を有する半導体であることが知られている（電気伝導率：１０－８～１０３［Ｓ・ｃｍ－１］が半導体である）。量子ドットを含む発光層を備えた発光素子において、人の目で観測できる輝度を得るためには、発光層に１０－２Ａｃｍ－２以上の電流密度でキャリアを注入する必要がある。例えば、５０ｎｍの半導体層に５Ｖ印加する場合に電流密度１０－２Ａｃｍ－２を得るために必要な電気伝導率は１０－８［Ｓ・ｃｍ－１］であり、この値以上の導電性を有していれば最低限のキャリア輸送機能を担える。
　ポリシルセスキオキサンのような有機アモルファス固体がパイ共役からなるユニットを有すると、ホッピング伝導によってキャリアを輸送する。固体内でホッピング伝導が生じる際の電気伝導率σは、ホッピングサイト（ここではパイ共役ユニット）間距離γが広がるほど低下し、以下の［式１］で記述できる（有機半導体のデバイス物性，講談社，安達千波矢著参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　なお、前記［式１］におけるαは、ホッピングサイトの波動関数の広がりの逆数である。また、ホッピングサイト間距離γは、ホッピングサイトの濃度Ｃの三乗根の逆数に比例すると近似でき、以下の［式２］で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　この［式１］及び［式２］を、カルバゾールを有するポリシルセスキオキサンの例に適用すると、以下のような計算結果が得られる。カルバゾール間距離がカルバゾールの波動関数の５倍と仮定すると、ポリシルセスキオキサン中のカルバゾールの濃度が元の２０％になると、平均カルバゾール間距離が１．７倍になり、電気伝導率が１／１０００になり、１０－８［Ｓ・ｃｍ－１］程度に電気伝導率が低下すると計算できる。つまりカルバゾールを有するポリシルセスキオキサンの場合は、電気伝導率１０－８［Ｓ・ｃｍ－１］以上を得るためには、Ｓｉ原子に対しカルバゾールユニットのモル比が２０％以上である必要がある。この値はパイ共役ユニットの種類やアルキル鎖の長さによって多少変化するが同様の傾向を示す。
　図８の（ａ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（導電性ポリシルセスキオキサン）の励起状態のエネルギーが量子ドット（発光性量子ドット）の励起状態のエネルギーより低い場合に生じる再吸収及びエネルギー移動を説明するための図であり、図８の（ｂ）は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（導電性ポリシルセスキオキサン）の励起状態のエネルギーが量子ドット（発光性量子ドット）の励起状態のエネルギーより高い場合に再吸収及びエネルギー移動が生じない理由を説明するための図である。
　図９は、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（導電性ポリシルセスキオキサン）の一重項励起状態のエネルギーが量子ドット（発光性量子ドット）の励起状態のエネルギーより高く、かつ、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（導電性ポリシルセスキオキサン）と量子ドット（発光性量子ドット）との間の距離が１ｎｍ以上である場合に再吸収及びエネルギー移動が生じない理由を説明するための図である。
　導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（導電性ポリシルセスキオキサン）は、導電性を担う官能基Ｒ２を必ず含むこととなるが、この導電性を担う官能基Ｒ２を選択する際には、以下の点を考慮することが好ましい。
　一般的に、導電性を担う官能基Ｒ２が大きなパイ共役からなる分子である場合、ホッピング伝導によるキャリア輸送を行いやすい。一方で、導電性を担う官能基Ｒ２が大きなパイ共役を持つ場合は、図８の（ａ）に図示するように、量子ドットのエネルギーを吸収して、外部量子効率を低下させてしまう場合がある。
　したがって、図８の（ｂ）に図示するように、導電性ポリシルセスキオキサンの励起状態のエネルギーが発光性量子ドットの励起状態のエネルギーより高くなるように、導電性を担う官能基Ｒ２を選択することが好ましい。図８の（ｂ）に図示するように、導電性ポリシルセスキオキサンの一重項励起状態（Ｓ１）準位が発光性量子ドットの励起準位よりも高い場合には、導電性を担う官能基Ｒ２は量子ドットからの発光を再吸収しない。また、図８の（ｂ）に図示するように、導電性ポリシルセスキオキサンの三重項励起状態（Ｔ１）準位が発光性量子ドットの励起準位よりも高い場合には、電子交換によって、周辺のパイ共役ユニットにエネルギー移動が生じない。
　一方で、図９に図示するように、導電性ポリシルセスキオキサンの一重項励起状態（Ｓ１）準位は発光性量子ドットの励起準位よりも高く、導電性ポリシルセスキオキサンの三重項励起状態（Ｔ１）準位は発光性量子ドットの励起準位よりも低くなる、導電性を担う官能基Ｒ２を選択した場合には、発光性量子ドットと導電性を担う官能基Ｒ２を有する導電性ポリシルセスキオキサンとの間の距離を１ｎｍ以上離すことで、電子交換によって、周辺のパイ共役ユニットにエネルギー移動が生じない。
　図１０の（ａ）及び図１０の（ｂ）は、導電性を担う官能基Ｒ２の一例であって、そのＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）を示す図である。
　図１１は、導電性を担う官能基Ｒ２のさらに他の一例であって、そのＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）を示す図である。
　図１０及び図１１における一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）の実験値は、以下のように求めることができる。導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン（パイ共役を有するポリシルセスキオキサン）または、導電性を担う官能基Ｒ２（パイ共役ユニット）の、一重項励起準位（Ｓ１準位）は、ＵＶ－Ｖｉｓスペクトルや蛍光スペクトルより求められ、三重項励起準位（Ｔ１準位）は、極低温（７７Ｋ以下）無酸素条件下での燐光スペクトルから求められる。
　また、図１０及び図１１に図示するように、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）は、第一原理計算を用いて計算することもできる。図１０及び図１１に図示する計算値は、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９プログラムパッケージの密度汎関数法により、汎関数にＢ３ＬＹＰ、基底関数に６－３１ｇ（ｄ）を用いて構造最適化を行い、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）を計算した値である。
　図１０及び図１１に図示する分子構造中の＊は、結合可能な点であり、Ｓｉ原子に直接結合してもよく、例えば、アリール基やアルキル基を介してＳｉ原子に結合してもよい。すなわち、図１０及び図１１に図示する導電性を担う官能基Ｒ２には、例えば、アリール基やアルキル基などが含まれてもよい。なお、ここでの第一原理計算では、＊を水素原子とおいて計算を行っている。また、図１０及び図１１に図示する各導電性を担う官能基Ｒ２は、各導電性を担う官能基Ｒ２単体の励起準位と、ポリシルセスキオキサン内における各導電性を担う官能基Ｒ２の励起準位との差異はほぼ生じない。
　一般的に、ＨＯＭＯ（最高被占準位）とＬＵＭＯ（最低空準位）との間のエネルギーギャップが小さいほどキャリア移動度が高い。一方で、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のエネルギーギャップが狭すぎる場合には、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）も小さくなってしまうため、図８の（ａ）に図示するように、量子ドットのエネルギーを吸収して、外部量子効率を低下させてしまう。
　したがって、図８の（ｂ）に図示するように、導電性ポリシルセスキオキサンの励起状態のエネルギーが発光性量子ドットの励起状態のエネルギーより高くなるように、導電性を担う官能基Ｒ２を選択することが好ましい。なお、発光性量子ドットの励起状態のエネルギーは、異なる発光波長を有する発光性量子ドットごとに異なる。例えば、赤色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーよりは、緑色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーが高く、緑色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーよりは、青色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーが高い。赤色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの三重項励起準位（Ｔ１準位）は、１．７ｅＶ以上であることが好ましく、２．２ｅＶ以上であることがさらに好ましい。また、緑色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの三重項励起準位（Ｔ１準位）は、２．２ｅＶ以上であることが好ましく、２．７ｅＶ以上であることがさらに好ましい。また、青色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの三重項励起準位（Ｔ１準位）は、２．５ｅＶ以上であることが好ましく、３．０ｅＶ以上であることがさらに好ましい。
　また、図９に図示するように、発光性量子ドットと導電性を担う官能基Ｒ２を有する導電性ポリシルセスキオキサンとの間の距離を１ｎｍ以上離すことできる場合には、赤色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの一重項励起準位（Ｓ１準位）は、１．７ｅＶ以上であることが好ましく、２．２ｅＶ以上であることがさらに好ましい。また、緑色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの一重項励起準位（Ｓ１準位）は、２．２ｅＶ以上であることが好ましく、２．７ｅＶ以上であることがさらに好ましい。また、青色波長領域の光を発する発光性量子ドットの励起状態のエネルギーを考慮した導電性ポリシルセスキオキサンの一重項励起準位（Ｓ１準位）は、２．５ｅＶ以上であることが好ましく、３．０ｅＶ以上であることがさらに好ましい。
　図１０及び図１１に図示する導電性を担う官能基Ｒ２の一例である、カルバゾール、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェノキサジン、フェノチアジン、ジメチルアクリジン、ビフェニル、フルオレン、イミダゾール、１，２，４－トリアゾール、１，３，４－チアジアゾール及びオキサジアゾールは、何れもその三重項励起準位（Ｔ１準位）が２．５ｅＶ以上である。また、一重項励起準位（Ｓ１準位）は、その三重項励起準位（Ｔ１準位）よりは高い。
　また、図１０及び図１１に図示する導電性を担う官能基Ｒ２の一例である、カルバゾール、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェノキサジン、フェノチアジン、ジメチルアクリジン、ビフェニル、フルオレン、イミダゾール、１，２，４－トリアゾール、１，３，４－チアジアゾール及びオキサジアゾールは何れも、そのＨＯＭＯとそのＬＵＭＯ（最低空準位）との間のエネルギーギャップが６．０ｅＶよりも小さいので、キャリア移動度が高い。
　以上から、導電性を担う官能基Ｒ２は、カルバゾール骨格、ジフェニルアミン骨格、トリフェニルアミン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、ジメチルアクリジン骨格、ビフェニル骨格、フルオレン骨格、イミダゾール骨格、１，２，４－トリアゾール骨格、１，３，４－チアジアゾール骨格、オキサジアゾール骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基であることが好ましい。
　導電性を担う官能基Ｒ２は、下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３の何れかの構造式で示す官能基であり、下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３における＊は、前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンのシロキサン結合を含む主鎖のＳｉ原子または、前記主鎖のＳｉ原子からの側鎖との結合部分を示し、下記化学式１及び下記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子または、原子不存在を示し、下記化学式３におけるＹは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子を示し、下記化学式３におけるＺは、水素原子、アリール基及びアルキル基中の何れかを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 　また、前記化学式１及び前記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子であり、前記化学式１及び前記化学式２におけるＸには、水素原子、アリール基及びアルキル基の何れかが結合されていてもよい。
　また、一重項励起準位（Ｓ１準位）及び三重項励起準位（Ｔ１準位）がより高い導電性を担う官能基Ｒ２を用いるという観点からは、計算値としての三重項励起準位（Ｔ１準位）が３．１８ｅＶ以上を示す、カルバゾール骨格、アクリジン骨格、ビフェニル骨格、ジフェニルアミン骨格及びトリフェニルアミン骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基を用いることが好ましい。
　導電性を担う官能基Ｒ２の割合は、十分なキャリア輸送層を得るためには、Ｓｉ原子に対して、モル比で２０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがさらに好ましい。また、導電性を担う官能基Ｒ２がＳｉ原子の結合手４本のうち３本と結合してしまうと、末端基になってしまうため、導電性を担う官能基Ｒ２の割合は、Ｓｉ原子に対して、モル比で２００％以下であることが好ましい。
　なお、本実施形態においては、図９に図示するように、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン３（導電性ポリシルセスキオキサン）と量子ドット２（発光性量子ドット）との間の距離を１ｎｍ以上とする必要がある場合には、第１ポリシルセスキオキサン３の量子ドットに配位する官能基部分４の厚さを１ｎｍ以上で形成すればよい。
　以上のように、本実施形態によれば、比較的小さい電圧で電子や正孔を注入して発光でき、かつ、耐久性が高い発光素子１０を実現できる。
　〔実施形態２〕
　次に、図１３に基づき、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態の発光素子２０においては、発光層２３が、フィルム状（薄膜）で形成されている点において、実施形態１とは異なり、その他については実施形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図１３の（ａ）は、実施形態２の発光素子２０の概略構成を示す図であり、図１３の（ｂ）は、実施形態２の発光素子２０に備えられたナノ粒子２１の概略構成を示す図である。
　図１３の（ｂ）に図示するように、先ず、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤ（図２の（ｂ）参照）を、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１が量子ドット２の表面に配位した状態、すなわち、トリアルコキシシランＤ分子の量子ドット２に配位する官能基Ｒ１が量子ドット２を向いた状態で、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、ナノ粒子２１を形成する。
　そして、図１３の（ａ）に図示するように、ナノ粒子２１と、導電性を担う官能基Ｒ２を有するトリアルコキシシランＥ（図２の（ｃ）参照）とを加えて、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有する量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性を担う官能基Ｒ２を有する導電性を担う官能基部分５との両方を有する第１ポリシルセスキオキサンを含むフィルム状（薄膜）の発光層２３を得ることができる。すなわち、発光層２３は、量子ドット２が混在された導電性ポリシルセスキオキサンのフィルム（薄膜）である。なお、導電性ポリシルセスキオキサンの量子ドット２に配位する官能基部分４と、導電性ポリシルセスキオキサンの導電性を担う官能基部分５とは、化学結合されている。
　以上のように、本実施形態によれば、比較的小さい電圧で電子や正孔を注入して発光でき、かつ、耐久性が高い、フィルム状（薄膜）で形成された発光層２３を備えた発光素子２０を実現できる。
　〔実施形態３〕
　次に、図１４及び図１５に基づき、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の発光素子３０においては、発光層３３に含まれるナノ粒子３１において、量子ドットに配位する官能基部分と導電性を担う官能基部分とが混在している導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン６を用いている点において実施形態１及び２とは異なり、その他については実施形態１及び２において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１及び２の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図１４の（ａ）は、実施形態３の発光素子３０の概略構成を示す図であり、図１４の（ｂ）は、実施形態３の発光素子３０に備えられたナノ粒子３１の概略構成を示す図である。
　図１５は、実施形態３の発光素子３０に備えられた発光層３３中の導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン６の合成方法を説明するための図である。
　図１５に図示するように、量子ドット２と、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤと、導電性を担う官能基Ｒ２を有するトリアルコキシシランＥとを加えて、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、図１４の（ｂ）に図示する、量子ドットに配位する官能基部分と導電性を担う官能基部分とが混在している導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン６が量子ドット２を取り囲む構造のナノ粒子３１を得ることができる。
　量子ドット２を取り囲む第１ポリシルセスキオキサン６は、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１部分と導電性を担う官能基Ｒ２部分との両方を有するにも関わらず、一段階で形成することができる。
　以上のように、本実施形態によれば、一段階で形成できる第１ポリシルセスキオキサン６を含む発光層３３を備えた発光素子３０を実現できる。
　〔実施形態４〕
　次に、図１６に基づき、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態の発光素子４０においては、発光層４３が、一段階で形成できる第１ポリシルセスキオキサン６を含み、フィルム状（薄膜）で形成されている点において、実施形態２とは異なり、その他については実施形態２において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態２の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図１６は、実施形態４の発光素子４０の概略構成を示す図である。
　量子ドット２と、量子ドット２に配位する官能基Ｒ１を有するトリアルコキシシランＤ（図１５参照）と、導電性を担う官能基Ｒ２を有するトリアルコキシシランＥ（図１５参照）とを加えて、酸・塩基触媒下で加水分解・加熱縮合して、量子ドットに配位する官能基部分と導電性を担う官能基部分とが混在している導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン６を含むフィルム状（薄膜）の発光層４３を得ることができる。すなわち、発光層４３は、量子ドット２が混在された導電性ポリシルセスキオキサンのフィルム（薄膜）である。
　以上のように、本実施形態によれば、一段階で形成できる第１ポリシルセスキオキサン６を含むフィルム状（薄膜）で形成された発光層４３を備えた発光素子４０を実現できる。
　〔まとめ〕
　〔態様１〕
　第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた発光層とを含む発光素子であって、
　前記発光層は、量子ドットと、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンとを含む発光素子。
　〔態様２〕
　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、シロキサン結合を含む主鎖と、前記主鎖に結合されたπ共役系骨格を含む第１官能基とを含む態様１に記載の発光素子。
　〔態様３〕
　前記第１官能基は、下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３の何れかの構造式で示す官能基であり、
　下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３における＊は、前記主鎖のＳｉ原子または、前記主鎖のＳｉ原子からの側鎖との結合部分を示し、
　下記化学式１及び下記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子または、原子不存在を示し、
　下記化学式３におけるＹは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子を示し、
　下記化学式３におけるＺは、水素原子、アリール基及びアルキル基中の何れかを示す態様２に記載の発光素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 　〔態様４〕
　前記化学式１及び前記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子であり、
　前記化学式１及び前記化学式２におけるＸには、水素原子、アリール基及びアルキル基の何れかが結合されている態様３に記載の発光素子。
　〔態様５〕
　前記第１官能基は、カルバゾール骨格、アクリジン骨格、ビフェニル骨格、ジフェニルアミン骨格及びトリフェニルアミン骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基である態様２に記載の発光素子。
　〔態様６〕
　前記第１官能基は、カルバゾール骨格、ジフェニルアミン骨格、トリフェニルアミン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、ジメチルアクリジン骨格、ビフェニル骨格、フルオレン骨格、イミダゾール骨格、１，２，４－トリアゾール骨格、１，３，４－チアジアゾール骨格、オキサジアゾール骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基である態様２に記載の発光素子。
　〔態様７〕
　前記第１官能基は、前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンに含まれるＳｉ原子に対して、モル比で２０％以上である態様２から６の何れかに記載の発光素子。
　〔態様８〕
　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、シロキサン結合を含む主鎖と、前記量子ドットに配位し、かつ、前記主鎖のＳｉ原子に結合された第２官能基とをさらに含む態様１から７の何れかに記載の発光素子。
　〔態様９〕
　前記発光層は、前記量子ドットに配位する第２官能基を含むシランをさらに含む態様１から８の何れかに記載の発光素子。
　〔態様１０〕
　前記発光層は、シロキサン結合を含む主鎖と、前記量子ドットに配位し、かつ、前記主鎖のＳｉ原子に結合された第２官能基とを含む第２ポリシルセスキオキサンをさらに含む態様１から９の何れかに記載の発光素子。
　〔態様１１〕
　前記第２官能基は、アミノ基、チオール基、アルコキシ基、カルボキシ基、ホスフィノ基、酸化ホスフィノ基、イミダゾリウム基、ピリジニル基、第４級アンモニウムカチオン、チオラートアニオン、アルコキシドアニオン、カルボキシラートアニオン、ホスフィノラートカチオン、酸化ホスフィノラートカチオンの中から選択される少なくとも１種を含む官能基である態様８から１０の何れかに記載の発光素子。
　〔態様１２〕
　前記第２官能基は、前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンに含まれるＳｉ原子に対して、モル比で０．１％以上５０％以下である態様８から１１の何れかに記載の発光素子。
　〔態様１３〕
　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、１０-8［Ｓ・ｃｍ-１］以上１０2［Ｓ・ｃｍ-１］以下の電気伝導率を有する態様１から１２の何れかに記載の発光素子。
　〔態様１４〕
　前記第１官能基の一重項励起状態のエネルギー準位は、前記量子ドットの励起状態のエネルギー準位より高い態様２に記載の発光素子。
　〔態様１５〕
　前記第１官能基の三重項励起状態のエネルギー準位は、前記量子ドットの励起状態のエネルギー準位より０．５ｅＶ以上高い態様２または１４に記載の発光素子。
　〔態様１６〕
　前記量子ドットと前記第１官能基とは、１ｎｍ以上離れている態様２または１４に記載の発光素子。
　〔態様１７〕
　前記第１官能基のＨＯＭＯ－ＬＵＭＯのバンドギャップが６．０ｅＶより小さい態様２、１４、１５、１６の何れか１項に記載の発光素子。
　〔付記事項〕
　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。
　本発明は、発光素子に利用することができる。
　１、２１、３１　ナノ粒子
　２　　　　　　　量子ドット
　３　　　　　　　導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン
　４　　　　　　　第１ポリシルセスキオキサンの量子ドットに配位する官能基部分
　４Ｐ　　　　　　第２ポリシルセスキオキサン
　５　　　　　　　第１ポリシルセスキオキサンの導電性を担う官能基部分
　６　　　　　　　導電性を有する第１ポリシルセスキオキサン
　１０、２０、３０、４０　発光素子
　１１　　　　　　第１電極
　１２　　　　　　第１キャリア輸送層
　１３、２３、３３、４３　発光層
　１４　　　　　　第２キャリア輸送層
　１５　　　　　　第２電極
　Ｄ　　　　　　　量子ドットに配位する官能基を含むシラン
　Ｅ　　　　　　　導電性を担う官能基を含むシラン
　Ｒ１　　　　　　量子ドットに配位する官能基（第２官能基）
　Ｒ２　　　　　　導電性を担う官能基（第１官能基）

Claims (17)

  1. 　第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた発光層とを含む発光素子であって、
    　前記発光層は、量子ドットと、導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンとを含むことを特徴とする発光素子。
  2. 　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、シロキサン結合を含む主鎖と、前記主鎖に結合されたπ共役系骨格を含む第１官能基とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記第１官能基は、下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３の何れかの構造式で示す官能基であり、
    　下記化学式１、下記化学式２及び下記化学式３における＊は、前記主鎖のＳｉ原子または、前記主鎖のＳｉ原子からの側鎖との結合部分を示し、
    　下記化学式１及び下記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子または、原子不存在を示し、
    　下記化学式３におけるＹは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子を示し、
    　下記化学式３におけるＺは、水素原子、アリール基及びアルキル基中の何れかを示すことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
  4. 　前記化学式１及び前記化学式２におけるＸは、窒素原子、炭素原子、酸素原子及び硫黄原子中の何れかの原子であり、
    　前記化学式１及び前記化学式２におけるＸには、水素原子、アリール基及びアルキル基の何れかが結合されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
  5. 　前記第１官能基は、カルバゾール骨格、アクリジン骨格、ビフェニル骨格、ジフェニルアミン骨格及びトリフェニルアミン骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  6. 　前記第１官能基は、カルバゾール骨格、ジフェニルアミン骨格、トリフェニルアミン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、ジメチルアクリジン骨格、ビフェニル骨格、フルオレン骨格、イミダゾール骨格、１，２，４－トリアゾール骨格、１，３，４－チアジアゾール骨格、オキサジアゾール骨格の中から選択される少なくとも１つの骨格を含む官能基であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  7. 　前記第１官能基は、前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンに含まれるＳｉ原子に対して、モル比で２０％以上であることを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、シロキサン結合を含む主鎖と、前記量子ドットに配位し、かつ、前記主鎖のＳｉ原子に結合された第２官能基とをさらに含むことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の発光素子。
  9. 　前記発光層は、前記量子ドットに配位する第２官能基を含むシランをさらに含むことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の発光素子。
  10. 　前記発光層は、シロキサン結合を含む主鎖と、前記量子ドットに配位し、かつ、前記主鎖のＳｉ原子に結合された第２官能基とを含む第２ポリシルセスキオキサンをさらに含むことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記第２官能基は、アミノ基、チオール基、アルコキシ基、カルボキシ基、ホスフィノ基、酸化ホスフィノ基、イミダゾリウム基、ピリジニル基、第４級アンモニウムカチオン、チオラートアニオン、アルコキシドアニオン、カルボキシラートアニオン、ホスフィノラートカチオン、酸化ホスフィノラートカチオンの中から選択される少なくとも１種を含む官能基であることを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の発光素子。
  12. 　前記第２官能基は、前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンに含まれるＳｉ原子に対して、モル比で０．１％以上５０％以下であることを特徴とする請求項８から１１の何れか１項に記載の発光素子。
  13. 　前記導電性を有する第１ポリシルセスキオキサンは、１０-8［Ｓ・ｃｍ-１］以上１０2［Ｓ・ｃｍ-１］以下の電気伝導率を有することを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の発光素子。
  14. 　前記第１官能基の一重項励起状態のエネルギー準位は、前記量子ドットの励起状態のエネルギー準位より高いことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  15. 　前記第１官能基の三重項励起状態のエネルギー準位は、前記量子ドットの励起状態のエネルギー準位より０．５ｅＶ以上高いことを特徴とする請求項２または１４に記載の発光素子。
  16. 　前記量子ドットと前記第１官能基とは、１ｎｍ以上離れていることを特徴とする請求項２または１４に記載の発光素子。
  17. 　前記第１官能基のＨＯＭＯ－ＬＵＭＯのバンドギャップが６．０ｅＶより小さいことを特徴とする請求項２、１４、１５、１６の何れか１項に記載の発光素子。
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