WO2021152720A1 - 発光素子、および、発光素子の製造方法 - Google Patents

発光素子、および、発光素子の製造方法 Download PDF

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WO2021152720A1
WO2021152720A1 PCT/JP2020/003157 JP2020003157W WO2021152720A1 WO 2021152720 A1 WO2021152720 A1 WO 2021152720A1 JP 2020003157 W JP2020003157 W JP 2020003157W WO 2021152720 A1 WO2021152720 A1 WO 2021152720A1
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WO
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conduction band
level
light emitting
energy
energy gap
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PCT/JP2020/003157
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French (fr)
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弘文 吉川
達也 両輪
山本　真樹
貴洋 土江
真 和泉
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シャープ株式会社
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices

Definitions

  • the present disclosure relates to a light emitting element and a method for manufacturing the light emitting element.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting device using quantum dots.
  • one aspect of the present disclosure is to provide a light emitting element having higher luminous efficiency than the conventional one.
  • the light emitting element includes a light emitting layer including a plurality of elongated quantum dots, and has an energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level of the quantum dots.
  • Each of the energy gaps between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band is 52 meV or less, and the half-value width of the emission peak is 25 nm or less.
  • FIG. 5 is a diagram showing an energy level of the conduction band when the minor axis of the cylindrical QD according to the comparative example is 6 nm and the major axis is 11 nm.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laminated structure of the display device 1 according to the embodiment.
  • the display device 1 according to the present embodiment is a QLED display device including a quantum dot light emitting diode (hereinafter referred to as “QLED”) as a light emitting element 10, and has a light emitting wavelength on a substrate 17. It has a configuration in which a light emitting element layer including a plurality of types of light emitting elements 10 having different wavelengths is provided.
  • QLED quantum dot light emitting diode
  • the light emitting element 10 includes a hole injection layer 15 provided between the first electrode 11, the second electrode 16, and the first electrode 11 and the second electrode 16 in this order from the second electrode 16 side. It includes a hole transport layer 14, a light emitting layer 13, and an electron transport layer 12.
  • the first electrode 11 is a cathode and the second electrode 16 is an anode.
  • the display device 1 is provided with 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.
  • a TFT (thin film transistor) layer is formed on the substrate 17 as a driving element layer.
  • the TFT layer is provided with a drive circuit including a drive element such as a TFT that drives the light emitting element 10 as a sub-pixel circuit.
  • each of 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 is 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 an anode (patterned anode) patterned for each sub-pixel, and is electrically connected to the TFT of the substrate 17.
  • the first electrode 11 is not separated by the insulating layer and is formed in common with each sub-pixel as a common cathode.
  • the insulating layer functions as a sub-pixel separation wall and also functions as an edge cover that covers the edge of the second electrode 16.
  • the insulating layer for example, an insulating material such as an acrylic resin or a polyimide resin is used.
  • the above configuration is an example and is not necessarily limited to the above configuration.
  • the electron transport layer 12 may be formed in common to each sub-pixel.
  • the first electrode 11 is a common anode
  • the second electrode 16 is a pattern cathode provided for each sub-pixel, and 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) sub-pixels that emit R (red) light, G (green) sub-pixels that emit G (green) light, and B (blue) light as sub-pixels. It is provided with a B (blue) sub-pixel to be used.
  • the R sub-pixel is provided with an R (red) QLED as a light emitting element 10 that emits R light.
  • the G sub-pixel is provided with a G (green) QLED as a light emitting element 10 that emits G light.
  • the B sub-pixel is provided with a B (blue) QLED as a light emitting element 10 that emits B light.
  • R light refers to light having a emission center wavelength in a wavelength band exceeding 600 nm and 780 nm or less, and preferably the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 625 to 635 nm (set at ⁇ 5 nm at the center of 630 nm) centered on the red wavelength of 2020 (wavelength 630 nm) is shown.
  • G light refers to light having a emission center wavelength in a wavelength band exceeding 500 nm and 600 nm or less, and preferably the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 527 to 537 nm (set at ⁇ 5 nm at the center of 532 nm) centered on the green wavelength of 2020 (wavelength 532 nm) is shown.
  • the B light refers to light having a emission center wavelength in a wavelength band of 400 nm or more and 500 nm or less, and preferably the international standard BT.
  • Light having a wavelength of 462 to 472 nm (set at ⁇ 5 nm at the center of 467 nm) centered on the blue wavelength of 2020 (wavelength 467 nm) is shown.
  • At least one of the first electrode 11 and the second electrode 16 is a translucent electrode that transmits light emitted from the light emitting layer 13.
  • the substrate 17 may be made of a translucent material or a light-reflecting 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 translucency is used for the first electrode 11, and light reflectivity is used for the second electrode 16. A reflective electrode having the above is used. On the other hand, 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 double-sided light emitting element in which the first electrode 11 and the second electrode 16 are each composed of 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 reflectance of visible light or an alloy thereof, or a layer made of a translucent conductive material and a metal having a high reflectance of visible light or an alloy thereof. It may be a laminated body with a layer.
  • the translucent conductive material include ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), AZO (aluminum zinc oxide), GZO (gallium zinc oxide) and the like.
  • metals having 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 increasing the 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 formed of, for example, a metal oxide such as ZnO (zinc oxide), TiO 2 (titanium oxide), MgZnO (zinc oxide), Ta 2 O 3 (tantal oxide), SrTIO 3 (titanium oxide). Contains particles.
  • the electron transport layer 12 may contain metal oxide particles common to each sub-pixel, or may contain metal oxide particles of different types depending on the sub-pixel. Further, the electron transport layer 12 may also have a function as an electron injection layer that enhances the 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 increasing the hole injection efficiency into the hole transport layer 14.
  • the hole transport layer 14 is a layer having a function of increasing the hole transport efficiency 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 contain an inorganic material such as nickel oxide (NiO) or molybdenum oxide (MoO 3 ), and may contain PEDOT (polyethylenedioxythiophene), PEDOT-PSS.
  • NiO nickel oxide
  • MoO 3 molybdenum oxide
  • PEDOT polyethylenedioxythiophene
  • the light emitting layer 13 is formed by using a dispersion liquid 100 in which a plurality of quantum dots (semiconductor nanoparticles, hereinafter referred to as “QD”) 130 are dispersed in, for example, a predetermined solvent 131.
  • the dispersion liquid 100 is a dispersion liquid containing a plurality of QD130s, a plurality of ligands (not shown) located on the surfaces of the plurality of QD130s using the plurality of QD130s as receptors, and a solvent 131.
  • the ligand is coordinated, for example, to the surface of QD130.
  • the ligand examples include hexadecylamine, oleylamine, octylamine, hexadecanethiol, dodecanethiol, trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, myristic acid, and oleic acid.
  • the ligand also has a role as a dispersant for improving the dispersibility of QD130 in the dispersion liquid 100.
  • the solvent 131 constituting the dispersion liquid 100 may be, for example, water, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentane, hexane, octane, acetone, toluene, xylene, benzene, chloroform, dichloromethane, chlorbenzene and the like. It may be an organic solvent of. Further, the solvent may be at least one liquid selected from the group consisting of water or a combination of the organic solvents.
  • the QD130 includes, 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).
  • Semiconductor nanoparticles made of a semiconductor material may be contained in each of the core and the shell.
  • the core and the shell can each include different semiconductor materials.
  • the QD 130 may be a semiconductor nanoparticle made of a binary system (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-mentioned semiconductor material.
  • Examples of the QD130 include a QD in which the QD material contains crystals of Cd (cadmium) and Zn (zinc), a QD in which the QD material contains crystals of Cd and S (sulfur), and the like.
  • Examples of the QD material containing Cd and Zn include a (Cd, Zn) Se-based QD material containing Cd, Zn, and Se (selenium) represented by Cd x Zn 1-x Se, Cd x Zn 1-.
  • Examples thereof include (Cd, Zn) Te-based QD materials containing Cd, Zn, and Te (tellu) represented by x Te.
  • the light emitting layer 13 can form the coating film by applying the dispersion liquid 100 on the upper surface of the hole transport layer 14 to form a coating film of the dispersion liquid 100, and then volatilizing the solvent of the dispersion liquid 100.
  • the QD 130 used for the light emitting layer 13 may be a coating type QD formed by a solution method or a crystal growth type QD formed by crystal growth.
  • the light emitting layer 13 is provided with QD 130 of each color formed as described above as a light emitting material in each sub-pixel.
  • the light emitting layer 13 has R (red) QD in the R sub-pixel, G (green) QD in the G sub-pixel, and B (blue) QD in the B sub-pixel as the QD 130. ..
  • RQD, GQD, and BQD have different wavelength bands of emitted light.
  • These QDs are, for example, QD phosphors, and emit the above-mentioned R light, G light, and B light, respectively, as fluorescence, for example.
  • the light emitting layer 13 includes a plurality of types of QDs as the QD 130, and includes the same type of QD 130 in the same sub-pixel.
  • the QD 130 included in the light emitting layer 13 has an elongated shape.
  • the volume of the QD in which the band structure characteristic of the present disclosure can be obtained can be made smaller than that of the spherical QD.
  • the inventors of the present disclosure have found that the relaxation time of electrons to the first level of the conduction band of QD is rate-determining in order to provide a light emitting element having higher luminous efficiency than the conventional one. .. Specifically, the inventors of the present disclosure reduce the energy gap between the first level of the conduction band and a higher energy level than that of the first level of the conduction band, so that the electrons to the first level of the conduction band of the QD can be reduced. It has been found that the relaxation time can be shortened, which contributes to the improvement of the light emission efficiency of the light emitting element using the QD.
  • the conduction band first level in other words, the conduction band base level
  • the conduction band of the QD 130 will be described in detail later.
  • the energy gap between the second level and the energy gap between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band are 52 meV or less, respectively, and the half-value width of the emission peak is 25 nm. It is as follows. As a result, it is possible to obtain a light emitting element 10 having a higher luminous efficiency than the conventional light emitting element. In other words, the energy gap of 52 meV or less can be expressed as twice or less of the thermal energy (26 meV) at room temperature.
  • the half-value width of the emission peak of the light emitting element 10 is 20 nm or less. As a result, it is possible to further obtain a light emitting element 10 having a higher luminous efficiency than the conventional light emitting element. Further, the half width of the emission peak of the light emitting element 10 is larger than 0 nm, and more preferably 10 nm or more.
  • the shape of the QD 130 may be various elongated shapes (rod shapes) such as a cylindrical shape, an elliptical pillar shape, and a rectangular parallelepiped shape.
  • the QD130 can have various crystal structures such as a wurtzite crystal structure.
  • the QD130 has various elongated shapes such that L> R. Can be taken.
  • the shape of the QD 130 is shown as a cylindrical shape, but the QD 130 may have an elliptical column shape, a rectangular parallelepiped shape, or another elongated shape other than the cylindrical shape.
  • the elongated QD130 can be formed, for example, by synthesizing the QD130 by stepwise introducing a chalcogen compound precursor at the time of synthesizing the QD130.
  • the c-axis in the wurtzite crystal structure may be in the direction in which the major axis extends.
  • the half-value width of the emission peak in the light emitting element 10 depends on the size variation in the QD 130.
  • the range of variation of the major axis L of the plurality of QD 130s is 10% or less with respect to the average value of the major axis L of the plurality of QD 130s contained in the light emitting layer 13.
  • the half width of the emission peak of the light emitting element 10 including the QD 130 can be easily set to 25 nm or less.
  • the range of variation of the major axis L of the plurality of QD 130s is 10% or less with respect to the average value of the major axis L of the plurality of QD 130s.
  • a plurality of QD130s may be extracted.
  • the QD 130 contains crystals of CdS (cadmium sulfide) and the ratio of the major axis L to the minor axis R (major axis L / minor axis R) is 2 or more.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level and the energy gap between the conduction band second level and the conduction band third level are 52 meV or less, respectively.
  • QD130 is easy to obtain.
  • the ratio of the major axis L to the minor axis R of the QD130 is preferably 100 or less. This is because when the ratio of the major axis L to the minor axis R of the QD (major axis L / minor axis R) exceeds 100, the QD is easily broken and the size variation of the QD becomes large. This is because the half width of the wavelength tends to exceed 25 nm.
  • the QD130 preferably has a minor axis R of 4 nm or more and a major axis of 12 nm or more. As a result, the energy gap between the first level of the conduction band and the second level of the conduction band and the energy gap between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band are further reduced. QD130 of 52 meV or less can be easily obtained.
  • FIG. 3 is an energy band diagram for explaining the light emission principle of QD130.
  • the conduction band first level CE1 the conduction band second level CE2, the conduction band third level CE3, and the conduction band fourth level CE4 are shown as the energy levels of the conduction band.
  • the energy level of the valence band only the valence band first level VE is represented.
  • the conduction band first level CE1 can also be referred to as a conduction band base level
  • the valence band first level VE1 can also be referred to as a valence band base level.
  • the electrons emit light (that is, emit light) by recombination in the light emitting layer 13.
  • the QD 130 captures the electrons (e ⁇ ) supplied from the second electrode 16 into the light emitting layer 13, the captured electrons (e ⁇ ) are in the fourth level of the conduction band of the QD 130. Fall to CE4 (relax). The electrons then fall (relax) from the fourth level CE4 of the conduction band of QD130 to the third level CE3 of the conduction band of QD130. The electrons then fall (relax) from the conduction band third level CE3 of QD130 to the conduction band second level CE2 of QD130. The electrons then fall (relax) from the conduction band second level CE2 of QD130 to the conduction band first level CE1 of QD130. After that, the electrons are recombined with holes (h + ) supplied from the first electrode 11 and relaxed to the first level VE of the valence band of QD130. As a result, the light emitting element 10 emits light.
  • the energy gap ⁇ E2 between the conduction band third level CE3 and the conduction band second level CE2 of the QD130 is as small as twice (52 meV) or less of the thermal energy at room temperature. This allows the QD 130 to be phonon-mediated thermal compared to a QD in which the energy gap between the conduction band third level and the conduction band second level exceeds twice the thermal energy at room temperature (52 meV). Relaxation occurs efficiently, and electrons can be relaxed from the conduction band third level CE3 to the conduction band second level CE2.
  • the energy gap ⁇ E1 between the conduction band second level CE2 and the conduction band first level CE1 of the QD130 is as small as twice (52 meV) or less of the thermal energy at room temperature. This allows the QD130 to be phonon-mediated thermal compared to a QD in which the energy gap between the second conduction band and the first conduction band is greater than twice the thermal energy at room temperature (52 meV). Relaxation occurs efficiently, and electrons can be relaxed from the conduction band second level CE2 to the conduction band first level CE1.
  • the QD 130 according to the present embodiment can efficiently relax the electrons supplied to the light emitting layer 13 and captured to the first level CE1 in the conduction band. As a result, a light emitting element 10 having high luminous efficiency can be obtained.
  • the energy gap ⁇ E3 between the conduction band fourth level CE4 and the conduction band third level CE3 of the QD130 is also twice (52 meV) or less of the thermal energy at room temperature. Is preferable. This allows the QD130 to be phonon-mediated thermal compared to a QD in which the energy gap between the fourth and third conduction band levels exceeds twice the thermal energy at room temperature (52 meV). Relaxation occurs efficiently, and electrons can be relaxed from the conduction band fourth level CE4 to the conduction band third level CE3. As a result, the QD 130 can further efficiently relax the electrons supplied to the light emitting layer 13 and captured to the first level CE1 in the conduction band.
  • the energy gap ⁇ E2 between the level CE2 and the energy gap ⁇ E1 between the conduction band second level CE2 and the conduction band first level CE1 of the QD130 are each one times the thermal energy at room temperature (26 meV). ) The following is preferable. According to this, the QD 130 can more efficiently relax the electrons supplied to the light emitting layer 13 and captured to the first level CE1 in the conduction band.
  • any one of the energy gap ⁇ E3, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E1 may be one time (26 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • the QD 130 can efficiently relax the electrons to the first level CE1 in the conduction band, as compared with the case where all the energy gaps exceed one time (26 meV) of the thermal energy at room temperature.
  • the energy gaps between adjacent energy levels higher than the conduction band fourth level CE4 are also less than twice the thermal energy (52 meV) at room temperature. It is preferable that the energy is 1 times (26 meV) or less of the thermal energy at room temperature. As a result, the QD 130 can further efficiently relax the electrons to the first level CE1 in the conduction band.
  • the energy gap between the energy levels becomes smaller due to the weakening of the quantum confinement effect, so it is efficient up to the 4th level of the conduction band. It will be relaxed. Therefore, in the present embodiment, the energy gap ⁇ E3 between the conduction band fourth level CE4 and the conduction band third level CE3 is mainly described.
  • the horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 4 to 10 is the number assigned to the 9th quantum level of the conduction band from the low energy side to the high energy side (up to 14th in FIGS. 7 and 10).
  • the vertical axis represents the calculated value of the energy of the quantum level of each conduction band.
  • the energy value for each quantum level of the conduction band shown in FIGS. 4 to 10 can be calculated by solving the single-band Schrodinger equation.
  • FIG. 4 is a diagram showing the difference in the energy level of the conduction band when the diameter of the QD, which is a sphere, is changed from 3 nm to 6 nm according to the comparative example.
  • the shape of the QD generally used for the light emitting element is not an elongated shape but a spherical shape. Further, as shown in FIG. 4, the diameter of a typical spherical QD used in a light emitting element is 3 nm or more and 6 nm or less.
  • each QD of a sphere having a diameter of 3 nm to 6 nm is defined as follows.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the number of states, and the vertical axis indicates energy.
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level
  • the conduction band quantum level with the second to fourth conduction band quantum levels with the same energy and triple degenerate is the conduction band second. It is defined as a level
  • the conduction band quantum level with the number of states with multiple contractions of 5th to 9th is defined as the conduction band third level.
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, and the conduction band third level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • the energy gap between the first level of the conduction band and the second level of the conduction band is larger than about 200 meV in the QDs having diameters of 3 nm, 4 nm, 5 nm, and 6 nm, respectively, and the conduction band. It can be seen that the energy gap between the second level and the third level of the conduction band is even larger than 200 meV.
  • FIG. 5 is a diagram showing the difference in the energy level of the conduction band when the diameter of the QD, which is a sphere, is 6 nm and 12 nm according to the comparative example.
  • the QD of a sphere having a diameter of 6 nm and the QD of a sphere having a diameter of 12 nm are also defined as follows.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the number of states, and the vertical axis indicates energy.
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level
  • the conduction band quantum level with the second to fourth conduction band quantum levels with the same energy and triple degenerate is the conduction band second.
  • the conduction band quantum level with the number of states with multiple contractions of 5th to 9th is defined as the conduction band third level.
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, and the conduction band third level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level is 145 meV, and the conduction band second level and conduction.
  • the energy gap with the third bandgap is 178 meV.
  • the diameter of the QD, which is a sphere is 6 nm, the energy gap between the first level of the conduction band and the second level of the conduction band and the energy between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band Both gaps are greater than 52 meV.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level is 44 meV
  • the conduction band second level and the conduction band third level The energy gap between and is 55 meV.
  • the volume of the QD which is a sphere becomes 905 nm 3 , which is considerably larger than the volume of the typical QD which is a sphere (volume 113 nm 3 when the diameter is 6 nm).
  • the volume of the QD increases in this way, crystal defects are more likely to be formed in the QD.
  • the luminous efficiency of the light emitting element tends to decrease.
  • the larger the volume of the QD the more the material consumed to obtain the QD.
  • the elongated QD shown in FIG. 6 is assumed to have a cylindrical shape.
  • the first conduction band quantum level is the conduction band first level CE1
  • the second conduction band quantum level is the conduction band second level.
  • CE2 the third conduction band quantum level is the conduction band third level CE3
  • the fourth and fifth conduction band quantum levels take similar energies with double regression, and these Is defined as the conduction band fourth level CE4.
  • the conduction band quantum levels are 6th to 9th, the energy levels are higher than the conduction band fourth level CE4, respectively.
  • the conduction band first level CE1, the conduction band second level CE2, and the conduction band third level CE3 are not degenerate, respectively.
  • the fourth level CE4 of the conduction band is double degenerate. That is, as shown in FIG. 6, it can be seen that by making the QD 130 an elongated shape, the conduction band second level (see FIG. 5), which was triple degenerate when it was spherical, was split and formed. ..
  • the conduction band second level CE2, the conduction band third level CE3, and a part of the conduction band fourth level each have a spherical QD. It can also be expressed that the triple degeneracy, which is the second level of the conduction band when assumed, is the split energy level.
  • the energy gap ⁇ E1 between the conduction band first level CE1 and the conduction band second level CE2 is 32 meV.
  • the energy gap ⁇ E2 between the conduction band second level CE2 and the conduction band third level CE3 is 52 meV, and between the conduction band third level CE3 and the conduction band fourth level CE4.
  • the energy gap ⁇ E3 is 45 meV.
  • the energy gap ⁇ E1 can be set to twice (52 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • each of the energy gap ⁇ E2 and the energy gap ⁇ E3 can be reduced to twice (52 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • the volume can be relatively small, 339 nm 3.
  • the volume of the QD which is the sphere shown in FIG. 5, can be made considerably smaller than the volume of 905 nm 3 when the diameter is 12 nm.
  • the QD 130 it is possible to suppress the occurrence of defects in the crystals in the QD. From this point as well, according to the QD 130, it is possible to obtain a light emitting element having improved luminous efficiency.
  • the volume can be made smaller than that of the QD of a sphere having a large volume of 12 nm (volume 905 nm 3), so that the consumption of the material can be suppressed.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level and the conduction band th are used in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the energy level of the conduction band when the diameter of the QD, which is a sphere, is 13 nm according to the comparative example.
  • the QD of a sphere having a diameter of 13 nm is also defined as follows.
  • the horizontal axis in FIG. 7 indicates the number of states, and the vertical axis indicates energy.
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level
  • the conduction band quantum level with the second to fourth conduction band quantum levels with the same energy and triple degenerate is the conduction band second.
  • the conduction band quantum level with the 5th to 9th conduction band quantum levels with multiple degenerate states is defined as the conduction band 3rd level, and the conduction band quantum level with the 10th state number is defined as the conduction band. Defined as the fourth level.
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, the conduction band third level, and the conduction band fourth level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level is 37 meV, and the conduction band second level and conduction.
  • the energy gap between the third band level is 47 meV and the energy gap between the third conduction band level and the fourth conduction band level is 22 meV.
  • the diameter of the QD which is a sphere
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level, and the conduction band second level and the conduction band third level can be reduced to twice (52 meV) or less of the heat energy at room temperature.
  • the volume, much less than 1150 nm 3 is the volume of the case where the diameter of the QD is sphere 13 nm, it is possible to suppress the 339 nm 3 can. As a result, the occurrence of crystal defects in the QD can be suppressed.
  • the increase in volume is suppressed, and the energy gap ⁇ E1, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E3 are each twice the thermal energy at room temperature (52 meV). )
  • the shape of the QD 130 is an elongated shape
  • the ratio of the major axis L to the minor axis R is different, the sizes of the energy gap ⁇ E1, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E3 also change. Therefore, it is necessary to make the shape of the QD 130 an optimum elongated shape.
  • the volume of the elongated QD shown in FIG. 8 is 311 nm 3 .
  • the elongated QD shown in FIG. 8 is also defined as follows.
  • the horizontal axis in FIG. 8 indicates the number of states, and the vertical axis indicates energy.
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level
  • the conduction band quantum level with the second number of states is defined as the conduction band second level
  • the number of states is the third.
  • the conduction band quantum level is defined as the conduction band third level
  • the conduction band quantum level with the fourth to fifth states that are double degenerate with the same energy is defined as the conduction band fourth level. ..
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, the conduction band third level, and the conduction band fourth level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • degeneracy is not formed in the conduction band first level, the conduction band second level, and the conduction band third level, respectively.
  • the fourth level of the conduction band is double degenerate.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level is 37 meV
  • the energy gap between the conduction band second level and the conduction band third level is 61 meV.
  • the energy gap ⁇ E3 between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band is 31 meV.
  • the energy gap between the second conduction band and the third conduction band exceeds twice the thermal energy at room temperature (52 meV). It's closed. For this reason, the relaxation between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band becomes inefficient, and the relaxation between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band and the first conduction band Compared to the relaxation between the level and the second level of the conduction band, the relaxation between the second level of the conduction band and the third level of the conduction band is rate-determining. In some QDs, the electrons supplied to the light emitting layer and captured cannot be efficiently relaxed to the first level of the conduction band.
  • the major axis L and the minor axis R of the elongated QD130 are set to the optimum range. I know I need to.
  • each of the energy gap ⁇ E1, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E3 is set to 1 times (26 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • the shape of the QD 130 shown in FIG. 9 is assumed to be a cylindrical shape.
  • the volume of QD130 shown in FIG. 9 is 1570 nm 3 .
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level CE1
  • the conduction band quantum level with the second number of states is defined as the conduction band second level CE2
  • the number of states is 3.
  • the third conduction band quantum level is defined as the third conduction band CE3, and the fourth to fifth conduction band quantum levels with the same energy double degenerate are the fourth conduction band. Defined as CE4.
  • the number of states is 6th to 9th, the energy levels are higher than the conduction band fourth level CE4, respectively.
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, the conduction band third level, and the conduction band fourth level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • the conduction band first level CE1, the conduction band second level CE2, and the conduction band third level CE3 are not degenerate.
  • the fourth level CE4 of the conduction band is double degenerate. That is, as shown in FIG. 9, by making the QD 130 an elongated shape, the second level of the conduction band (see FIG. 5 and the like), which was triple degenerate when it was spherical, was divided and formed. I understand.
  • the conduction band second level CE2, the conduction band third level CE3, and a part of the conduction band fourth level each have a spherical QD. It can also be expressed that the triple degeneracy, which is the second level of the conduction band when assumed, is the split energy level.
  • the energy gap ⁇ E1 between the conduction band first level CE1 and the conduction band second level CE2 is 12 meV
  • the energy gap ⁇ E2 with CE3 is 20 meV
  • the energy gap ⁇ E3 between the conduction band third level CE3 and the conduction band fourth level CE4 is 20 meV.
  • each of the energy gap ⁇ E1, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E3 can be reduced to 1 times (26 meV) or less of the thermal energy at room temperature. Therefore, according to the QD 130 of FIG. 9, the electrons supplied to the light emitting layer 13 and captured can be efficiently relaxed to the first level CE1 in the conduction band.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level and the conduction band th are used in FIG. make the energy gap between the second level and the third level of the conduction band and the energy gap between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band less than one time (26 meV) of the thermal energy at room temperature.
  • 26 meV time
  • FIG. 10 is a diagram showing the energy level of the conduction band when the diameter of the QD, which is a sphere, is 18 nm according to the comparative example.
  • the QD of a sphere having a diameter of 18 nm is also defined as follows.
  • the horizontal axis in FIG. 10 indicates the number of states, and the vertical axis indicates energy.
  • the conduction band quantum level with the first number of states is defined as the conduction band first level
  • the conduction band quantum level with the second to fourth conduction band quantum levels with the same energy and triple degenerate is the conduction band second.
  • the conduction band quantum level with the 5th to 9th conduction band quantum levels with multiple degenerate states is defined as the conduction band 3rd level, and the conduction band quantum level with the 10th state number is defined as the conduction band. Defined as the fourth level.
  • the conduction band quantum levels are defined as the conduction band first level, the conduction band second level, the conduction band third level, and the conduction band fourth level in order from the lowest energy.
  • the same conduction band nth level is set even if the number of states is different, and the number of states next to the number of states of the conduction band nth level (with the previous number of states).
  • the energy is larger than the energy of the nth level of the conduction band (not contracted), it is defined as the n + 1 level of the conduction band.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level is 21 meV, and the conduction band second level and conduction.
  • the energy gap between the third band level is 26 meV and the energy gap between the third conduction band level and the fourth conduction band level is 12 meV.
  • the diameter of the QD which is a sphere
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level, and the conduction band second level and the conduction band third level can be reduced to one time (26 meV) or less of the heat energy at room temperature.
  • the volume of the sphere QD is 3054 nm 3 , which is considerably larger than the volume of a typical sphere QD (volume 113 nm 3 when the diameter is 6 nm).
  • the volume of the QD is increased, the consumption of the material for obtaining the QD is also increased.
  • QD130 by the elongated rather than spherical, volume, considerably smaller than 3054Nm 3 is the volume of the case where the diameter of the QD is sphere 18 nm, it is possible to suppress the 1570 nm 3 can. As a result, the occurrence of crystal defects in the QD 130 can be suppressed. In addition, since the volume of the QD 130 can be reduced, the consumption of the material for obtaining the QD 130 can be reduced.
  • the increase in volume is suppressed, and the energy gap ⁇ E1, the energy gap ⁇ E2, and the energy gap ⁇ E3 are each one times the thermal energy at room temperature (26 meV). )
  • FIGS. 11 to 13 The horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 11 to 13 represents the length of the minor axis R of the QD, and the vertical axis represents the calculated value of the energy gap between the energy levels of the conduction band. Further, in the graphs shown in FIGS. 11 to 13, as an example, an example in which a QD is formed by using a crystal of CdS is shown.
  • FIG. 12 shows the second conduction band and the conduction band th when the ratio of the major axis L to the
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level becomes smaller as the L / R increases.
  • the energy gap between the second conduction band and the third conduction band becomes smaller as the L / R increases.
  • the energy gap between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band tends to decrease as the L / R increases.
  • the ratio of the major axis L to the minor axis R is preferably 2 or more.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level, and the conduction band second level and the conduction band third level It becomes easy to obtain QD130 in which the energy gap between them is less than twice the heat energy at room temperature (56 meV).
  • the energy gap between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band is twice (56 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • the minor axis R is 4 nm or more and the major axis L is 12 nm or more.
  • the energy gap between the conduction band first level and the conduction band second level, and the conduction band second level and the conduction band third level It becomes easy to obtain QD130 in which the energy gap between them is less than twice the heat energy at room temperature (56 meV). Further, as shown in FIG. 13, it becomes easy to obtain QD130 in which the energy gap between the third level of the conduction band and the fourth level of the conduction band is twice (56 meV) or less of the thermal energy at room temperature.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the light emitting layer 13 according to the embodiment.
  • the QD130 used for the light emitting layer 13 according to the present embodiment can be formed by a solution method as an example.
  • the light emitting layer 13 is formed by applying the above-mentioned dispersion liquid 100 to the upper surface of the hole transport layer 14 and drying it.
  • step S11 a plurality of QDs before sorting (elongated QDs before being dispersed in the dispersion liquid 100) formed so as to have an elongated shape are dispersed in a predetermined dispersion liquid and centrifuged (separation step). ).
  • a dispersion liquid in which a QD liquid in which a plurality of QDs before sorting are dispersed in a solvent is placed at the bottom of the density gradient liquid is used, and the dispersion liquid is centrifuged. do.
  • the QD before sorting in the dispersion liquid moves in the dispersion liquid by buoyancy.
  • the QD before sorting in the dispersion liquid moves in the dispersion liquid at a different ratio depending on the length of each major axis. Then, by this centrifugation, a plurality of layers are formed in the dispersion liquid for each major axis length of the QD before sorting. In other words, by centrifugation, a plurality of layers are formed in the dispersion liquid based on the variation distribution of the major axis length of the QD before sorting.
  • the density gradient liquid may be, for example, sucrose, or a commercially available density gradient liquid may be used.
  • step S12 an appropriate layer is selected from the plurality of layers formed for each major axis length of the QD before sorting in the dispersion liquid (sorting step). That is, in this sorting step, the range of the variation of the major axis with respect to the average value of the major axis based on the distribution of the variation of the major axis of the plurality of QDs before sorting with respect to the average value of the major axis of the plurality of QDs before sorting separated by centrifugation.
  • a plurality of QD130s having a value of 10% or less are selected.
  • the half width of the emission peak of the light emitting element 10 can be set to 25 nm or less.
  • the dispersion liquid 100 is formed by dispersing the plurality of selected QD130s in the solvent 131 (dispersion step).
  • the solvent 131 may be water, for example, and may be water, and is organic such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentane, hexane, octane, acetone, toluene, xylene, benzene, chloroform, dichloromethane, and chlorobenzene. It may be a solvent. Further, the solvent may be at least one liquid selected from the group consisting of water or a combination of the organic solvents.
  • the dispersion liquid 100 at this time that is, a state in which a plurality of QD 130s after sorting are dispersed in the solvent 131 is also referred to as a liquid composition.
  • the steps S11 to S13 may be repeated.
  • the QD 130 can be further selected, and the range of variation in the major axis in the QD 130 can be reduced.
  • step S14 the dispersion liquid 100 in which the plurality of selected QD130s are dispersed in the solvent 131 is applied, for example, on the hole transport layer 14, and emits light on the hole transport layer 14.
  • the layer 13 is formed (light emitting layer forming step).
  • a coating method such as an inkjet method or a spin coating method can be used.
  • QD130 and the ligand may be dispersed in the solvent 131 by adding the QD130 to the solvent 131 and then further adding the ligand to the solvent 131.
  • the ligand acting as a dispersant allows the QD 130 to be effectively dispersed in the solvent 131.
  • the amount of the ligand added may be appropriately set so as to suppress the aggregation of the QDs 130 according to the QD material and the average particle size of the QDs, and is not particularly limited. As an example, the amount of the ligand added is set within the 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 dispersion liquid 100 is a polymer-based surface containing, for example, a chain polymer having a structure in which molecules constituting a monomer are repeated in a chain (linear) manner, in addition to the QD 130, the ligand, and the solvent 131. It may further contain a modifying compound (for example, a surface modifying compound composed of a chain polymer). As an example, the molecular weight of the surface-modifying compound is 10,000 or more. Examples of the surface-modifying compound include polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol (PEG), polystyrene (PS), and the like.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • PEG polyethylene glycol
  • PS polystyrene
  • the surface-modified compound remains inside the light-emitting layer 13 as a solid component after the film is formed on the light-emitting layer 13. Therefore, if the amount of the surface-modifying compound is excessive with respect to QD130, carrier injection into QD130 is hindered by the surface-modifying compound. Therefore, when the dispersion liquid 100 further contains the surface-modifying compound, the amount of the surface-modifying compound may be in the range of 0.1 part by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of QD130. preferable.
  • the viscosity of the dispersion liquid 100 means the viscosity of the dispersion liquid 100 before solidification (before curing) (viscosity in a state where the dispersion liquid 100 contains a sufficient solvent 133).
  • the nozzle for discharging the dispersion liquid 100 may be clogged. There is sex. In this case, it becomes difficult to form the light emitting layer 13.
  • the amount of the solvent 131 used is appropriately set so that the viscosity of the dispersion liquid 100 is within the above-mentioned range, for example.
  • the viscosity of the dispersion liquid 100 can also be adjusted by adding a thickener to the solvent 133.
  • the coating film of the dispersion liquid 100 which is formed by applying the dispersion liquid 100 to the upper surface of the hole transport layer 14, is solidified (cured) as the solvent 133 is volatilized by naturally drying the coating film or the like. do.
  • the light emitting layer 13 containing the QD 130 and the ligand can be formed.
  • the spherical QD needs to have a sufficiently large size (volume) in order to obtain the band structure which is a feature of the present disclosure, and crystal defects are likely to be formed in the QD. As a result, the luminous efficiency of the light emitting element tends to decrease. In addition, the larger the volume of the QD, the more the material consumed to obtain the QD. On the other hand, since the QD 130 according to the present embodiment has an elongated shape, it is possible to obtain a band structure which is a feature of the present disclosure with a smaller size (volume) than a spherical QD.
  • the separation step and the sorting step (step S11 and step S12) using centrifugation, the elongated QD130 can be sorted, and a plurality of QD130s having further less variation in length can be obtained.
  • the range of the variation of the major axis with respect to the average value of the major axis is 10% or less.
  • a plurality of QD130s can be selected. As described above, a light emitting element having high luminous efficiency can be obtained.
  • the light emitting element 10 By forming the light emitting layer 13 using the dispersion liquid 100 in which the plurality of QD 130s selected in this sorting step are dispersed, the light emitting element 10 having a half width of the light emitting peak of 25 nm or less can be obtained.
  • impurities mixed in the QD before sorting can be removed to obtain a plurality of QDs 130 after sorting.
  • impurities mixed in the QD before sorting can be removed to obtain a plurality of QDs 130 after sorting.

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Abstract

発光素子は、細長形状の複数の量子ドットを含む発光層を備え、前記量子ドットの伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であり、発光ピークの半値幅が２５ｎｍ以下である。

Description

発光素子、および、発光素子の製造方法
　本開示は、発光素子、および、発光素子の製造方法に関する。
　特許文献１に、量子ドットを用いた発光素子が開示されている。
特開２０１３－１５７１８０号公報
　しかし、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、本開示の一態様は、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る発光素子は、細長形状の複数の量子ドットを含む発光層を備え、前記量子ドットの伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であり、発光ピークの半値幅が２５ｎｍ以下である。
　本開示の一態様によれば、発光効率が高い発光素子を提供することができる。
実施形態に係る表示装置の積層構造を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る表示装置における、発光層の構成を模式的に表す断面図である。 実施形態に係るＱＤ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。 比較例に係る、球であるＱＤの直径を３ｎｍから６ｎｍまで変更した場合の、伝導帯のエネルギー準位の違いを表す図である。 比較例に係る、球であるＱＤの直径が６ｎｍの場合と１２ｎｍの場合のそれぞれの、伝導帯のエネルギー準位の違いを表す図である。 本実施形態に係る、細長形状であるＱＤの長径が１２ｎｍ、短径が６ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。 比較例に係る、球であるＱＤの直径が１３ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。 比較例に係る、円柱形状であるＱＤの短径が６ｎｍであり、長径が１１ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。 実施形態に係る、細長形状であるＱＤの長径Ｌが２０ｎｍ、短径Ｒが１０ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。 比較例に係る、球であるＱＤの直径が１８ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。 実施形態に係るＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップを表す図である。 実施形態に係るＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネギーギャップを表す図である。 実施形態に係るＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネギーギャップを表す図である。 実施形態に係る発光層の製造工程の一例を示す図である。
　本開示の一態様に係る実施形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る表示装置１の積層構造を模式的に示す断面図である。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表示装置であり、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はアレイ基板である。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、副画素毎にパターニングされた陽極（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分散液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１３１に分散させた分散液１００を用いて形成される。分散液１００は、複数のＱＤ１３０と、複数のＱＤ１３０をレセプタとして複数のＱＤ１３０の表面にそれぞれ位置している複数のリガンド（不図示）と、溶媒１３１と、を含む分散液である。前記リガンドは、例えば、ＱＤ１３０の表面に配位結合する。
　前記リガンドとしては、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。前記リガンドは、分散液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。
　分散液１００を構成する溶媒１３１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、前記溶媒は、水または前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。
　ＱＤ１３０は、例えば、コアのみを含むコア型、または、コアおよびコアの外側に位置してコアの表面を覆うシェルと、を含むコアシェル型であってもよい。ＱＤ１３０は、具体的には、例えば、二成分コア型、三成分コア型、四成分コア型、コアシェル型、コアマルチシェル型などであってもよい。
　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、コアおよびシェルそれぞれに含んでいてもよい。なお、コアおよびシェルはそれぞれ、異なる半導体材料を含んで構成することができる。
　また、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）の結晶を含むＱＤ、あるいは、ＱＤ材料がＣｄおよびＳ（硫黄）の結晶を含む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。
　発光層１３は、分散液１００を正孔輸送層１４の上面に塗布し、分散液１００の塗布膜を形成した後、分散液１００の溶媒を揮発させて上記塗布膜を形成することができる。なお、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であってもよいし、結晶成長されることで形成された結晶成長型のＱＤであってもよい。
　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。
　本実施形態においては、発光層１３に含まれるＱＤ１３０は細長形状である。これにより、詳細は後述するが、本開示の特徴であるバンド構造が得られるＱＤにおいて、球形状であるＱＤと比べて体積を小さくすることができる。
　ここで、本開示の発明者らは、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供するには、ＱＤの伝導帯第一準位への電子の緩和時間が律速になっていることを見出した。具体的には、本開示の発明者らは、伝導帯第一準位よりも高次のエネルギー準位との間のエネルギーギャップを小さくすることで、ＱＤの伝導帯第一準位への電子の緩和時間を速めることができ、これにより、ＱＤを用いた発光素子の発光効率の向上に寄与することを見出した。
　そこで、本実施形態においては、ＱＤ１３０を含む発光層１３が設けられた発光素子１０では、詳細は後述するが、ＱＤ１３０の伝導帯第一準位（換言すると、伝導帯基底準位）と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であり、さらに、発光ピークの半値幅が２５ｎｍ以下である。これにより、従来の発光素子よりも発光効率が高い発光素子１０を得ることができる。このエネルギーギャップが５２ｍｅＶ以下とは、言い換えると、室温における熱エネルギー（２６ｍｅＶ）の２倍以下と表現することもできる。
　また、発光素子１０は、発光ピークの半値幅が２０ｎｍ以下であることが、さらに好ましい。これにより、さらに、従来の発光素子よりも発光効率が高い発光素子１０を得ることができる。また、発光素子１０の発光ピークの半値幅は、０ｎｍより大きく、また、１０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
　本実施形態においては、ＱＤ１３０の形状は、例えば、円柱形状、楕円柱形状、直方体形状等、様々な細長形状（ロッド形状）であってもよい。ＱＤ１３０は、例えば、ウルツ鉱結晶構造など、様々な結晶構造をとりえる。
　ＱＤ１３０のうち、長径（長手方向の長さ）をＬとし短径（長手方向に直交する方向である短手方向の長さ）をＲとすると、ＱＤ１３０は、Ｌ＞Ｒとなる様々な細長形状を採りえる。一例として、図２では、ＱＤ１３０の形状を円柱形状として図示しているが、ＱＤ１３０は、円柱形状以外の、楕円柱形状、直方体形状、または、他の細長形状であってもよい。
　細長形状のＱＤ１３０は、例えば、ＱＤ１３０の合成時に、カルコゲン化合物プレカーサーを段階的に導入する等により合成することで、形成することができる。例えば、ＱＤ１３０は、ウルツ鉱結晶構造におけるｃ軸が、長径の伸びる方向であってもよい。
　発光素子１０における発光ピークの半値幅は、ＱＤ１３０におけるサイズのばらつきに依存する。
　そこで、発光層１３に含まれる複数のＱＤ１３０の長径Ｌの平均値に対する、複数のＱＤ１３０の長径Ｌのばらつきの範囲が、１０％以下であることが好ましい。これにより、ＱＤ１３０を含む発光素子１０の発光ピークの半値幅を、２５ｎｍ以下にしやすくすることができる。
　例えば、複数のＱＤ１３０が含まれる発光層１３の製造加過程において、遠心分離を行うことで、複数のＱＤ１３０の長径Ｌの平均値に対する、複数のＱＤ１３０の長径Ｌのばらつきの範囲が、１０％以下の複数のＱＤ１３０を抽出すればよい。
　また、ＱＤ１３０がＣｄＳ（硫化カドミウム）の結晶を含み、短径Ｒに対する長径Ｌの比（長径Ｌ／短径Ｒ）が、２以上であることが好ましい。これにより、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であるＱＤ１３０が得やすくなる。
　また、ＱＤ１３０の短径Ｒに対する長径Ｌの比（長径Ｌ／短径Ｒ）は、１００以下であることが好ましい。これは、ＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比（長径Ｌ／短径Ｒ）が１００を超えると、ＱＤが折れやすくなることでＱＤのサイズばらつきが大きくなり、この結果、発光素子の発光ピーク波長の半値幅が２５ｎｍを超えやすくなるためである。
　さらに、ＱＤ１３０は、短径Ｒが４ｎｍ以上であり、長径が１２ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、さらに、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であるＱＤ１３０が得やすくなる。
　図３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。図３では、伝導帯のエネルギー準位として、伝導帯第一準位ＣＥ１、伝導帯第二準位ＣＥ２、伝導帯第三準位ＣＥ３、および、伝導帯第四準位ＣＥ４のみを表しており、価電子帯のエネルギー準位として、価電子帯第一準位ＶＥのみを表している。なお、伝導帯第一準位ＣＥ１は、伝導帯基底準位とも称することができ、また、価電子帯第一準位ＶＥ１は、価電子帯基底準位とも称することができる。
　発光層１３では、第１電極１１と第２電極１６との間に駆動電流が流れることによって第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（すなわち発光）する。
　発光層１３内に、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－）をＱＤ１３０が捕獲すると、捕獲された電子（ｅ－）はＱＤ１３０の伝導帯第四準位ＣＥ４に落ちる（緩和する）。次いで、上記電子は、ＱＤ１３０の伝導帯第四準位ＣＥ４からＱＤ１３０の伝導帯第三準位ＣＥ３に落ちる（緩和する）。次いで、上記電子は、ＱＤ１３０の伝導帯第三準位ＣＥ３からＱＤ１３０の伝導帯第二準位ＣＥ２に落ちる（緩和する）。次いで、上記電子は、ＱＤ１３０の伝導帯第二準位ＣＥ２からＱＤ１３０の伝導帯第一準位ＣＥ１に落ちる（緩和する）。その後、上記電子は、第１電極１１から供給されてＱＤ１３０の価電子帯第一準位ＶＥまで緩和した正孔（ｈ＋）と再結合する。これにより、発光素子１０が発光する。
　ここで、本実施形態においては、ＱＤ１３０の伝導帯第三準位ＣＥ３と伝導帯第二準位ＣＥ２との間のエネルギーギャップΔＥ２は、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下と小さい。これにより、伝導帯第三準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）を超えるＱＤと比べて、ＱＤ１３０は、フォノンを介した熱的緩和が効率よく起こり、電子を伝導帯第三準位ＣＥ３から伝導帯第二準位ＣＥ２へと緩和することができる。
　加えて、本実施形態においては、ＱＤ１３０の伝導帯第二準位ＣＥ２と伝導帯第一準位ＣＥ１との間のエネルギーギャップΔＥ１は、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下と小さい。これにより、伝導帯第二準位と伝導帯第一準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）を超えるＱＤと比べて、ＱＤ１３０は、フォノンを介した熱的緩和が効率よく起こり、電子を伝導帯第二準位ＣＥ２から伝導帯第一準位ＣＥ１へと緩和することができる。
　これにより、本実施形態に係るＱＤ１３０は、発光層１３に供給されて捕獲した電子を、効率よく、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和させることができる。この結果、発光効率が高い発光素子１０を得ることができる。
　また、本実施形態においては、さらに、ＱＤ１３０の伝導帯第四準位ＣＥ４と伝導帯第三準位ＣＥ３との間のエネルギーギャップΔＥ３も、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下であることが好ましい。これにより、伝導帯第四準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）を超えるＱＤと比べて、ＱＤ１３０は、フォノンを介した熱的緩和が効率よく起こり、電子を伝導帯第四準位ＣＥ４から伝導帯第三準位ＣＥ３へと緩和することができる。これにより、ＱＤ１３０は、さらに、発光層１３に供給されて捕獲した電子を、効率よく、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。
　また、本実施形態においては、さらに、ＱＤ１３０の伝導帯第四準位ＣＥ４と伝導帯第三準位ＣＥ３との間のエネルギーギャップΔＥ３と、ＱＤ１３０の伝導帯第三準位ＣＥ３と伝導帯第二準位ＣＥ２との間のエネルギーギャップΔＥ２と、ＱＤ１３０の伝導帯第二準位ＣＥ２と伝導帯第一準位ＣＥ１との間のエネルギーギャップΔＥ１とのそれぞれが、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下であることが好ましい。これによると、ＱＤ１３０は、発光層１３に供給されて捕獲した電子を、さらに、効率よく、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。
　なお、エネルギーギャップΔＥ３と、エネルギーギャップΔＥ２と、エネルギーギャップΔＥ１とのうち、何れか１つが、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下であってもよい。これにより、各エネルギーギャップ全てが、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）を超える場合と比べて、ＱＤ１３０は、効率よく、電子を、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。
　さらに、本実施形態に係るＱＤ１３０においては、図示しないが、伝導帯第四準位ＣＥ４よりも高次の隣接するエネルギー準位間のエネルギーギャップそれぞれも、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下であることが好ましく、さらに、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下であることが好ましい。これにより、さらに、ＱＤ１３０は、効率よく、電子を、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。
　なお、伝導帯第四準位を超える高次のエネルギー準位では、量子閉じ込め効果が弱くなることにより、エネルギー準位の間のエネルギーギャップは小さくなるため、伝導帯第四準位まで効率的に緩和される。このため、本実施形態では、主に、伝導帯第四準位ＣＥ４と伝導帯第三準位ＣＥ３との間のエネルギーギャップΔＥ３までを説明している。
　次に、図４から図１０を用いて、ＱＤにおける、伝導帯のエネルギー準位間のエネルギーギャップと、体積との関係の一例について説明する。図４から図１０に示すグラフの横軸は、伝導帯の量子準位を、エネルギーが低い側からエネルギーが高い側へ、９番目まで（図７および図１０では１４番目まで）振った番号を表し、縦軸は、各伝導帯の量子準位のエネルギーを計算した値を表している。また、図４から図１０に示すグラフでは、一例として、ＱＤを、ＣｄＳの結晶を用いて形成した場合の例を示している。また、図４から図１０に示す、伝導帯の量子準位毎のエネルギーの値は、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。
　図４は、比較例に係る、球であるＱＤの直径を３ｎｍから６ｎｍまで変更した場合の、伝導帯のエネルギー準位の違いを表す図である。一般的に発光素子に用いられるＱＤの形状は、細長形状ではなく、球状である。また、発光素子に用いられる典型的な球状のＱＤの直径は、図４に示すように、直径が３ｎｍ以上６ｎｍ以下である。
　図４に示すように、直径が３ｎｍから６ｎｍである球のＱＤそれぞれにおいては、以下のように定義する。図４における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位と定義し、同様のエネルギーで三重縮退している状態数が２番目から４番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位と定義し、多重縮退している状態数が５番目から９番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位と定義する。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　図４に示すように、直径が３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍおよび６ｎｍそれぞれのＱＤにおいて、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは、およそ２００ｍｅＶよりも大きく、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは、２００ｍｅＶよりもさらに大きいことが分かる。
　このように、典型的な球状のＱＤにおいては、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとは、両方とも、２６ｍｅＶ（室温における熱エネルギー）よりも十分に大きく、さらに、５２ｍｅＶ（室温における熱エネルギーの２倍）よりも大きい。
　ここで、図４より、典型的な球状の量子ドットにおいては、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとは、それぞれ、量子ドットの直径が大きくなるほど、小さくなっていることが分かる。このため、典型的な球状の量子ドットにおいて、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれを、５２ｍｅＶよりも小さくするには、量子ドットの直径（すなわち体積）を相当大きくする必要があることが分かる。
　図５は、比較例に係る、球であるＱＤの直径が６ｎｍの場合と１２ｎｍの場合のそれぞれの、伝導帯のエネルギー準位の違いを表す図である。図５に示すように、直径が６ｎｍである球のＱＤおよび直径が１２ｎｍである球のＱＤにおいてもそれぞれ、以下のように定義する。図５における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位と定義し、同様のエネルギーで三重縮退している状態数が２番目から４番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位と定義し、多重縮退している状態数が５番目から９番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位と定義する。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　図５に示すように、球であるＱＤの直径が６ｎｍの場合、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは１４５ｍｅＶであり、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは１７８ｍｅＶである。球であるＱＤの直径が６ｎｍの場合、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは、両方とも、５２ｍｅＶよりも大きい。
　一方、球であるＱＤの直径が１２ｎｍの場合、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは４４ｍｅＶであり、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは５５ｍｅＶである。球であるＱＤの直径を１２ｎｍとすることで、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップを、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にすることができる。
　しかし、球であるＱＤの直径を１２ｎｍにすると、体積が９０５ｎｍ３となり、典型的な球であるＱＤの体積（直径が６ｎｍの場合の体積１１３ｎｍ３）よりも、かなり大きくなってしまう。このようにＱＤの体積が大きくなればなるほど、ＱＤ中に結晶欠陥が形成されやすくなる。この結果、発光素子の発光効率が低下しやすくなる。加えて、ＱＤの体積が大きくなればなるほど、ＱＤを得るための材料の消費量を増大させることにもなる。
　次に、図６を用いて、本実施形態に係る細長形状であるＱＤ１３０の一例を説明する。図６は、本実施形態に係る、細長形状であるＱＤ１３０の長径Ｌが１２ｎｍ、短径Ｒが６ｎｍの場合（Ｌ／Ｒ＝２の場合）の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。例えば、図６に示す細長形状のＱＤは、円柱形状であるものとする。
　図６に示すように、細長形状であるＱＤ１３０では、１番目の伝導帯量子準位が伝導帯第一準位ＣＥ１となっており、２番目の伝導帯量子準位が伝導帯第二準位ＣＥ２となっており、３番目の伝導帯量子準位が伝導帯第三準位ＣＥ３となっており、４番目および５番目の伝導帯量子準位は二重縮退で同様のエネルギーをとり、これらを伝導帯第四準位ＣＥ４と定義する。なお、伝導帯量子準位が６番目から９番目のときそれぞれ伝導帯第四準位ＣＥ４より高次のエネルギー準位となっている。
　細長形状であるＱＤ１３０では、伝導帯第一準位ＣＥ１、伝導帯第二準位ＣＥ２、および、伝導帯第三準位ＣＥ３は、それぞれ縮退となっていない。伝導帯第四準位ＣＥ４は二重縮退となっている。すなわち、図６に示すように、ＱＤ１３０を細長形状にすることで、球状のときに三重縮退となっていた伝導帯第二準位（図５参照）が分裂して形成されていることが分かる。換言すると、図６に示す、細長形状のＱＤ１３０における、伝導帯第二準位ＣＥ２、伝導帯第三準位ＣＥ３、および、伝導帯第四準位の一部それぞれは、ＱＤを球状にしたと仮定したときに伝導帯第二準位となる三重縮退が分裂したエネルギー準位であると表現することもできる。
　図６に示すように、ＱＤ１３０の長径Ｌが１２ｎｍ、短径Ｒが６ｎｍの場合の、伝導帯第一準位ＣＥ１と伝導帯第二準位ＣＥ２との間のエネルギーギャップΔＥ１は３２ｍｅＶとなっており、伝導帯第二準位ＣＥ２と伝導帯第三準位ＣＥ３との間のエネルギーギャップΔＥ２は５２ｍｅＶとなっており、伝導帯第三準位ＣＥ３と伝導帯第四準位ＣＥ４との間のエネルギーギャップΔＥ３は４５ｍｅＶとなっている。
　このように、図６に示す細長形状であるＱＤ１３０によると、エネルギーギャップΔＥ１を室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にすることができる。加えて、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３それぞれも、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にすることができる。これにより、ＱＤ１３０によると、発光層１３に供給されて捕獲した電子を、効率よく、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。このように、ＱＤ１３０によると、発光効率を向上させた発光素子を得ることができる。
　また、細長形状であるＱＤ１３０が、長径Ｌが１２ｎｍ、短径Ｒが６ｎｍの円柱形状の場合、体積を３３９ｎｍ３と、比較的、小さくすることができる。このように、ＱＤ１３０によると、図５に示した球であるＱＤの直径が１２ｎｍの場合の体積９０５ｎｍ３よりも、かなり小さくすることができる。これにより、ＱＤ１３０によると、ＱＤ中の結晶における欠陥の発生を抑制することができる。この点からも、ＱＤ１３０によると、発光効率を向上させた発光素子を得ることができる。加えて、ＱＤ１３０によると、体積が大きい直径１２ｎｍ（体積９０５ｎｍ３）の球のＱＤと比べて、体積を小さくすることができるため、材料の消費量を抑えることができる。
　また、図６に示す細長形状のＱＤ１３０と対比するため、図７を用いて、球状であるＱＤの場合に、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位とのエネルギーギャップ、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位とのエネルギーギャップ、および、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位とのエネルギーギャップそれぞれを、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にする場合の例について説明する。
　図７は、比較例に係る、球であるＱＤの直径が１３ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。図７に示すように、直径が１３ｎｍである球のＱＤにおいても、以下のように定義する。図７における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位と定義し、同様のエネルギーで三重縮退している状態数が２番目から４番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位と定義し、多重縮退している状態数が５番目から９番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位と定義し、状態数が１０番目の伝導帯量子準位を伝導帯第四準位と定義する。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位、伝導帯第四準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　図７に示すように、球であるＱＤの直径が１３ｎｍの場合、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは３７ｍｅＶであり、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは４７ｍｅＶであり、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップは２２ｍｅＶである。このように、球であるＱＤの直径を１３ｎｍにすることで、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップ、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップ、および、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップを、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にすることができる。
　しかし、球であるＱＤの直径を１３ｎｍにした場合、体積は１１５０ｎｍ３となり、典型的な球であるＱＤの体積（直径が６ｎｍの場合の体積１１３ｎｍ３）よりも、かなり大きくなってしまう。このため、ＱＤ中に結晶欠陥が発生する可能性が高くなる。加えて、ＱＤの体積が大きくなるため、ＱＤを得るための材料の消費量を増大させることにもなる。
　一方、上述のＱＤ１３０のように、球ではなく細長形状にすることで、体積を、球であるＱＤの直径を１３ｎｍにした場合の体積である１１５０ｎｍ３よりもかなり小さい、３３９ｎｍ３に抑えることができる。これにより、ＱＤ中の結晶欠陥の発生を抑制することができる。
　このように、図６に示した細長形状のＱＤ１３０によると、体積の増大を抑制し、かつ、エネルギーギャップΔＥ１、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３それぞれを、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にすることができる。
　また、ここで、ＱＤ１３０の形状は細長形状であっても、長径Ｌと短径Ｒとの比が異なれば、エネルギーギャップΔＥ１、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３のそれぞれの大きさも変わる。このため、ＱＤ１３０の形状を最適な細長形状にする必要がある。
　次に、図８を用いて、細長形状のＱＤであっても、エネルギーギャップが室温における熱エネルギーの２倍を超える場合の例について説明する。図８は、比較例に係る、円柱形状であるＱＤの短径Ｒが６ｎｍであり、長径Ｌが１１ｎｍの場合（Ｌ／Ｒ＝１．８の場合）の伝導帯のエネルギー準位を表す図である。
　図８に示す、細長形状であるＱＤの体積は３１１ｎｍ３である。図８に示す、細長形状であるＱＤでも、以下のように定義する。図８における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位と定義し、状態数が２番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位と定義し、状態数が３番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位と定義し、同様のエネルギーで二重縮退している状態数が４番目から５番目の伝導帯量子準位を伝導帯第四準位と定義する。なお、状態数が６番目から９番目のときそれぞれ伝導帯第四準位より高次のエネルギー準位となっている。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位、伝導帯第四準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　図８に示す、細長形状であるＱＤでは、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、および、伝導帯第三準位は、それぞれ縮退が形成されていない。伝導帯第四準位は二重縮退となっている。伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは３７ｍｅＶとなっており、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは６１ｍｅＶとなっており、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップΔＥ３は３１ｍｅＶとなっている。
　このように、図８に示す細長形状であるＱＤによると、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）を超えてしまっている。このため、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間の緩和が効率的でなくなり、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間の緩和および伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間の緩和と比べて、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間の緩和が律速となるため、図８に示す、細長形状であるＱＤでは、発光層に供給されて捕獲した電子を、効率よく、伝導帯第一準位まで緩和することができない。
　このため、エネルギーギャップΔＥ１と、エネルギーギャップΔＥ２とを、室温における熱エネルギーの２倍（５２ｍｅＶ）以下にするには、細長形状であるＱＤ１３０の長径Ｌと短径Ｒとを、最適な範囲にする必要があることが分かる。
　次に、図９を用いて、本実施形態に係る細長形状のＱＤ１３０において、エネルギーギャップΔＥ１、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３のそれぞれを、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下にする場合の例について説明する。図９は、本実施形態に係る、細長形状であるＱＤ１３０の長径Ｌが２０ｎｍ、短径Ｒが１０ｎｍの場合（Ｌ／Ｒ＝２の場合）の伝導帯のエネルギー準位を表す図である。例えば、図９に示すＱＤ１３０の形状は、円柱形状であるものとする。図９に示すＱＤ１３０の体積は、１５７０ｎｍ３である。
　図９に示すように、細長形状であるＱＤ１３０では、以下のように定義する。図９における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位ＣＥ１と定義し、状態数が２番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位ＣＥ２と定義し、状態数が３番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位ＣＥ３と定義し、同様のエネルギーで二重縮退している状態数が４番目から５番目の伝導帯量子準位を伝導帯第四準位ＣＥ４と定義する。なお、状態数が６番目から９番目のときそれぞれ伝導帯第四準位ＣＥ４より高次のエネルギー準位となっている。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位、伝導帯第四準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　細長形状であるＱＤ１３０では、伝導帯第一準位ＣＥ１、伝導帯第二準位ＣＥ２、および、伝導帯第三準位ＣＥ３は、それぞれ縮退が形成されていない。伝導帯第四準位ＣＥ４は二重縮退となっている。すなわち、図９に示すように、ＱＤ１３０を細長形状にすることで、球状のときに三重縮退となっていた伝導帯第二準位（図５など参照）が分裂して形成されていることが分かる。換言すると、図９に示す、細長形状のＱＤ１３０における、伝導帯第二準位ＣＥ２、伝導帯第三準位ＣＥ３、および、伝導帯第四準位の一部それぞれは、ＱＤを球状にしたと仮定したときに伝導帯第二準位となる三重縮退が分裂したエネルギー準位であると表現することもできる。
　図９に示すＱＤ１３０では、伝導帯第一準位ＣＥ１と伝導帯第二準位ＣＥ２との間のエネルギーギャップΔＥ１は１２ｍｅＶとなっており、伝導帯第二準位ＣＥ２と伝導帯第三準位ＣＥ３との間のエネルギーギャップΔＥ２は２０ｍｅＶとなっており、伝導帯第三準位ＣＥ３と伝導帯第四準位ＣＥ４との間のエネルギーギャップΔＥ３は２０ｍｅＶとなっている。
　このように、図９に示す細長形状であるＱＤ１３０によると、エネルギーギャップΔＥ１、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３のそれぞれを、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下にすることができる。このため、図９のＱＤ１３０によると、さらに、発光層１３に供給されて捕獲した電子を、効率よく、伝導帯第一準位ＣＥ１まで緩和することができる。
　また、図９に示す細長形状のＱＤ１３０と対比するため、図１０を用いて、球状であるＱＤの場合に、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位とのエネルギーギャップ、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位とのエネルギーギャップ、および、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位とのエネルギーギャップそれぞれを、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下にする場合の例について説明する。
　図１０は、比較例に係る、球であるＱＤの直径が１８ｎｍの場合の、伝導帯のエネルギー準位を表す図である。図１０に示すように、直径が１８ｎｍである球のＱＤにおいても、以下のように定義する。図１０における横軸は状態数を示し、縦軸がエネルギーを示す。状態数が１番目の伝導帯量子準位を伝導帯第一準位と定義し、同様のエネルギーで三重縮退している状態数が２番目から４番目の伝導帯量子準位を伝導帯第二準位と定義し、多重縮退している状態数が５番目から９番目の伝導帯量子準位を伝導帯第三準位と定義し、状態数が１０番目の伝導帯量子準位を伝導帯第四準位と定義する。上記では、伝導帯量子準位を低いエネルギーから順に、伝導帯第一準位、伝導帯第二準位、伝導帯第三準位、伝導帯第四準位と定義している。なお、縮退により同様のエネルギーをとる場合には、状態数が異なっていても同じ伝導帯第ｎ準位とし、伝導帯第ｎ準位の状態数の次の状態数で（前の状態数と縮退しておらず）伝導帯第ｎ準位のエネルギーよりも大きなエネルギーをとる場合は伝導帯第ｎ＋１準位と定義する。
　図１０に示すように、球であるＱＤの直径が１８ｎｍの場合、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは２１ｍｅＶであり、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは２６ｍｅＶであり、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップは１２ｍｅＶである。このように、球であるＱＤの直径を１８ｎｍにすることで、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップ、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップ、および、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップを、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下にすることができる。
　しかし、球であるＱＤの直径を１８ｎｍにした場合、体積は３０５４ｎｍ３となり、典型的な球であるＱＤの体積（直径が６ｎｍの場合の体積１１３ｎｍ３）よりも、かなり大きくなってしまう。この結果、ＱＤ中に結晶欠陥が発生する可能性が高くなる。加えて、ＱＤの体積が大きくなるため、ＱＤを得るための材料の消費量を増大させることにもなる。
　一方、上述のＱＤ１３０のように、球ではなく細長形状にすることで、体積を、球であるＱＤの直径を１８ｎｍにした場合の体積である３０５４ｎｍ３よりもかなり小さい、１５７０ｎｍ３に抑えることができる。これにより、ＱＤ１３０中の結晶欠陥の発生を抑制することができる。加えて、ＱＤ１３０の体積を小さくできるため、ＱＤ１３０を得るための材料の消費量を減少させることができる。
　このように、図９に示した細長形状のＱＤ１３０によると、体積の増大を抑制し、かつ、エネルギーギャップΔＥ１、エネルギーギャップΔＥ２、および、エネルギーギャップΔＥ３それぞれを、室温における熱エネルギーの１倍（２６ｍｅＶ）以下にすることができる。
　次に、図１１から図１３を用いて、細長形状であるＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比（Ｌ／Ｒ）と、伝導帯のエネルギー準位間のエネルギーギャップとの関係について説明する。図１１から図１３に示すグラフの横軸は、ＱＤの短径Ｒの長さを表し、縦軸は、伝導帯のエネルギー準位間のエネルギーギャップを計算した値を表している。また、図１１から図１３に示すグラフでは、一例として、ＱＤを、ＣｄＳの結晶を用いて形成した場合の例を示している。
　図１１は、ＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップを表す図である。図１２は、ＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネギーギャップを表す図である。図１３は、ＱＤの短径Ｒに対する長径Ｌの比が、Ｌ／Ｒ＝２、Ｌ／Ｒ＝３、および、Ｌ／Ｒ＝４それぞれの場合の、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネギーギャップを表す図である。
　図１１に示すように、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは、Ｌ／Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる。また、図１２に示すように、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは、Ｌ／Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる。また、図１３に示すように、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップは、Ｌ／Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる傾向である。
　このため、本実施形態におけるＱＤ１３０では、ＣｄＳの結晶を含む場合、短径Ｒに対する長径Ｌの比が、２以上であることが好ましい。これにより、図１１および図１２に示すように、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップ、および、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５６ｍｅＶ）以下になるＱＤ１３０を得やすくなる。また、図１３に示すように、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５６ｍｅＶ）以下になるＱＤ１３０を得やすくなる。
　また、図１１に示すように、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップは、短径Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる。また、図１２に示すように、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップは、短径Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる。また、図１３に示すように、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップは、短径Ｒが大きくなるにつれて、小さくなる傾向である。
　そこで、さらに、本実施形態に係るＱＤ１３０では、ＣｄＳを結晶として含む場合、短径Ｒが４ｎｍ以上であり、長径Ｌが１２ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、図１１および図１２に示すように、伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップ、および、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５６ｍｅＶ）以下になるＱＤ１３０を得やすくなる。また、図１３に示すように、伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップが、室温における熱エネルギーの２倍（５６ｍｅＶ）以下になるＱＤ１３０を得やすくなる。
　次に、図１４を用いて、発光層１３の製造方法の一例について説明する。図１４は、実施形態に係る発光層１３の製造工程の一例を示す図である。本実施形態にかかる発光層１３に用いられるＱＤ１３０は、一例として、溶液法で形成することができる。発光層１３は、前述した分散液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。
　まず、ステップＳ１１において、細長形状になるように形成した選別前の複数のＱＤ（分散液１００に分散される前の細長形状のＱＤ）を所定の分散液に分散させた遠心分離する（分離工程）。この分離工程における遠心分離は、例えば、前記分散液として、密度勾配液の底部に、選別前の複数のＱＤを溶媒に分散させたＱＤ液を置いた分散液を用い、前記分散液を遠心分離する。これにより、前記分散液中の選別前のＱＤは、浮力によって、前記分散液中を移動する。また、前記分散液中の選別前のＱＤは、それぞれの長径の長さによって異なる割合で、前記分散液中を移動する。そして、この遠心分離により、前記分散液中に、選別前のＱＤの長径の長さ毎に複数の層が形成される。換言すると、遠心分離により、前記分散液中に、選別前のＱＤの長径の長さのばらつき分布に基づく複数の層が形成される。密度勾配液は、例えば、ショ糖であってもよく、市販されている密度勾配液を用いてもよい。
　そして、ステップＳ１１ののち、ステップＳ１２において、前記分散液中に、選別前のＱＤの長径の長さ毎に形成された複数の層のうち、適切な層を選別する（選別工程）。すなわち、この選別工程において、遠心分離された選別前の複数のＱＤの長径の平均値に対する、選別前の複数のＱＤの長径のばらつきの分布に基づいて、長径の平均値に対する長径のばらつきの範囲が１０％以下である複数のＱＤ１３０を選別する。これにより、発光素子１０の発光ピークの半値幅を２５ｎｍ以下にすることができる。
　次に、ステップＳ１２ののち、ステップＳ１３にて、選別後の複数のＱＤ１３０を溶媒１３１中に分散することで、分散液１００を形成する（分散工程）。溶媒１３１はＱＤ１３０を分散できればよく、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、前記溶媒は、水または前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。
　このように、複数のＱＤ１３０を溶媒１３１に再分散させることで、溶媒１３１中の複数のＱＤ１３０の濃度を適切に制御することができ、その結果、容易に分散液１００を塗布して発光層１３を形成することができる。なお、この時の分散液１００、すなわち、選別後の複数のＱＤ１３０が溶媒１３１に分散した状態のものを、液体組成物とも表現する。
　なお、ステップＳ１１～ステップＳ１３の工程を繰り返してもよい。これにより、さらにＱＤ１３０を選別でき、ＱＤ１３０における長径のばらつきの範囲を減らすことができる。
　そして、ステップＳ１３ののち、ステップＳ１４にて、選別後の複数のＱＤ１３０が溶媒１３１に分散した分散液１００を、例えば、正孔輸送層１４上に塗布して、正孔輸送層１４上に発光層１３を形成する（発光層形成工程）。発光層形成工程において、分散液１００を正孔輸送層１４上に塗布する方法としては、インクジェット法、スピンコート法等の塗布法を用いることができる。
　上述したステップＳ１２の分散工程においては、溶媒１３１にＱＤ１３０を添加した後、続いて、溶媒１３１に、リガンドをさらに添加することで、溶媒１３１中にＱＤ１３０およびリガンドを分散させてもよい。リガンドが分散剤として機能することにより、ＱＤ１３０を溶媒１３１中に効果的に分散させることができる。なお、リガンドの添加量は、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、分散液１００は、ＱＤ１３０、リガンド、および溶媒１３１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。分散液１００がこのような表面修飾化合物をさらに含むことで、分散液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、分散液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。
　ＱＤ１３０およびリガンドに対する溶媒１３３の使用量は、特に限定されない。但し、分散液１００の粘度が、過小（例えば、０．０１Ｐａ・ｓ（＝０．１ｃｐ）未満）であると、当該分散液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、分散液１００の粘度とは、固体化される前（硬化前）の分散液１００の粘度（分散液１００が十分な溶媒１３３を含んでいる状態での粘度）を意味する。
　また、分散液１００をインクジェット法により塗布する場合、分散液１００の粘度が過大である（例えば２Ｐａ・ｓ（＝２０ｃｐ）を超える）と、分散液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１３１の使用量は、例えば、分散液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、分散液１００の粘度は、溶媒１３３に増粘剤を添加することでも調整が可能である。
　分散液１００を正孔輸送層１４の上面に塗布してなる、当該分散液１００の塗布膜は、当該塗布膜を自然乾燥させる等して溶媒１３３を揮発させることに伴い、固体化（硬化）する。その結果、ＱＤ１３０およびリガンドを含む発光層１３を成膜することができる。
　ここで、球状のＱＤは、本開示の特徴であるバンド構造を得るためにはサイズ（体積）を十分に大きくする必要があり、ＱＤ中に結晶欠陥が形成されやすくなる。この結果、発光素子の発光効率が低下しやすくなる。加えて、ＱＤの体積が大きくなればなるほど、ＱＤを得るための材料の消費量を増大させることにもなる。一方で、本実施形態に係るＱＤ１３０は細長形状であるため、球状のＱＤと比較して小さいサイズ（体積）で本開示の特徴であるバンド構造を得ることができる。その結果、ＱＤ中の結晶欠陥の発生を抑制することでき、発光効率を向上させた発光素子を得ることができる。加えて、ＱＤの体積が小さくなるほど、ＱＤを得るための材料の消費量を抑制することができる。さらに、遠心分離を用いた分離工程および選別工程（ステップＳ１１およびステップＳ１２）により、細長形状のＱＤ１３０を選別することでき、長さのばらつきがさらに少ない複数のＱＤ１３０を得ることができる。
　例えば、遠心分離された選別前の複数のＱＤの長径の平均値に対する、選別前の複数のＱＤの長径のばらつきの分布に基づいて、長径の平均値に対する長径のばらつきの範囲が１０％以下である複数のＱＤ１３０を選別することができる。以上により、発光効率が高い発光素子を得ることができる。
　この選別工程にて選別された複数のＱＤ１３０が分散された分散液１００を用いて発光層１３を形成することで、発光ピークの半値幅が２５ｎｍ以下である、発光素子１０を得ることができる。
　加えて、遠心分離を行うことにより、選別前のＱＤに混ざっている不純物を取り除いて選別後の複数のＱＤ１３０を得ることができる。このように不純物が取り除かれた複数のＱＤ１３０を用いて発光層１３を形成することで、発光層１３の性能劣化を抑制することもできる。
　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。

Claims (11)

  1. 　細長形状の複数の量子ドットを含む発光層を備え、
    　前記量子ドットの伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、５２ｍｅＶ以下であり、
    　発光ピークの半値幅が２５ｎｍ以下である、発光素子。
  2. 　前記量子ドットは、コア及び前記コアの外側に位置するシェルを有する、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記複数の量子ドットの長径の平均値に対する、前記複数の量子ドットの長径のばらつきの範囲が、１０％以下である、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記量子ドットが硫化カドミウムの結晶を含み、
    　前記量子ドットの短径に対する長径の比（長径／短径）が、２以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
  5. 　前記量子ドットの短径が４ｎｍ以上であり、長径が１２ｎｍ以上である、請求項４に記載の発光素子。
  6. 　前記量子ドットの伝導帯第一準位と伝導帯第二準位との間のエネルギーギャップと、伝導帯第二準位と伝導帯第三準位との間のエネルギーギャップとのそれぞれが、２６ｍｅＶ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の発光素子。
  7. 　前記量子ドットの伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップが、５２ｍｅＶ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子。
  8. 　前記量子ドットの伝導帯第三準位と伝導帯第四準位との間のエネルギーギャップが、２６ｍｅＶ以下である、請求項７に記載の発光素子。
  9. 　細長形状である選別前の複数の量子ドットを遠心分離する分離工程と、
    　前記分離工程ののち、前記選別前の複数の量子ドットの長径の平均値に対する、前記選別前の複数の量子ドットの長径のばらつきの分布に基づいて、長径の平均値に対する長径のばらつきの範囲が１０％以下である選別後の複数の量子ドットを選別する選別工程と、
    　前記選別後の複数の量子ドットを含む発光層を形成する発光層形成工程と、を含む発光素子の製造方法。
  10. 　前記選別工程ののち、および、前記発光層形成工程の前、前記選別後の複数の量子ドットを溶媒中に分散する分散工程を含み、
    　前記発光層形成工程において、前記選別後の複数の量子ドットが溶媒に分散した液体組成物を塗布することにより、前記発光層を形成する、請求項９に記載の発光素子の製造方法。
  11. 　前記分離工程では、密度勾配液を用いることで、前記選別前の複数の量子ドットを遠心分離する、請求項９または１０に記載の発光素子の製造方法。
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