(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-14
(45)【発行日】2024-08-22
(54)【発明の名称】量子ドット発光素子及び表示装置
(51)【国際特許分類】
H10K 50/115 20230101AFI20240815BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20240815BHJP
C09K 11/08 20060101ALI20240815BHJP
C09K 11/88 20060101ALI20240815BHJP
C09K 11/56 20060101ALI20240815BHJP
C09K 11/70 20060101ALI20240815BHJP
C09K 11/06 20060101ALI20240815BHJP
H05B 33/14 20060101ALI20240815BHJP
H10K 59/10 20230101ALI20240815BHJP
H10K 85/60 20230101ALI20240815BHJP
【ＦＩ】
H10K50/115
G09F9/30 360
C09K11/08 G ZNM
C09K11/88
C09K11/56
C09K11/70
C09K11/06 690
H05B33/14 Z
H10K59/10
H10K85/60
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020172214
(22)【出願日】2020-10-12
(65)【公開番号】P2022063793
(43)【公開日】2022-04-22
【審査請求日】2023-09-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100161148
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119530
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 和幸
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 有希子
(72)【発明者】
【氏名】本村 玄一
(72)【発明者】
【氏名】小倉 渓
(72)【発明者】
【氏名】都築 俊満
【審査官】藤岡 善行
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－０１８４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０３３００５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１６１５５１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０８７７８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８
Ｈ１０Ｋ ５０／００－１０２／２０
Ｇ０９Ｆ ９／３０
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、前記発光層が、量子ドットと、下記構造式（１－３）：
【化1】
【請求項2】
前記量子ドットが、半導体結晶の微粒子であるコアと、前記コアの表面を被覆するシェルと、前記シェルの表面に形成されたリガンドと、を具え、前記コアが、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項１に記載の量子ドット発光素子。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、量子ドット発光素子及び表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、表示装置に用いる発光素子として、高色純度発光のものが求められている。例えば、超高精細度テレビジョン（ＵＨＤＴＶ）においては、赤・緑・青の三原色がスペクトル軌跡上に位置した広色域表色系を用いることが、ＩＴＵ－Ｒ勧告ＢＴ．２０２０に規定されている（例えば、非特許文献１参照）。
【0003】
また、近年、半導体ナノ結晶からなる量子ドットを発光材料として用いた電界発光素子（量子ドット発光素子）が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献２参照）。量子ドットは、結晶粒径を変えることにより発光色を制御でき、粒径分布を均一にすることにより発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくできる。量子ドットは、ＦＷＨＭが小さい利点を生かして、表示装置用の色純度の高い発光材料として利用できる可能性がある。
【0004】
量子ドットを発光素子に応用する研究開発として、ＦＷＨＭが３０ｎｍ以下、外部量子効率で約１５％を実現した例がある（例えば、非特許文献３参照）。また、ＩｎＰやＣｕＩｎＺｎＳを主成分として用いた量子ドットを、発光素子の発光材料として用いることが報告されている（例えば、非特許文献４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４９４８７４７号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．２０２０－２（２０１５）
【文献】シラサキら（Ｙ．Ｓｈｉｒａｓａｋｉ ｅｔ．ａｌ），ネイチャー・フォトニクス（Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），７，１３（２０１３）
【文献】Ｙ．ヤンら（Ｙ．Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌ．），ネイチャー・フォトニクス（Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），９，２５９（２０１５）
【文献】Ｊ．リムら（Ｊ．Ｌｉｍ ｅｔ ａｌ．），ケミストリー・オブ・マテリアルズ（ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ），２３，４４５９（２０１１）
【文献】Ｚ．リウら（Ｚ．Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．），オーガニック・エレクトロニクス（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ），３６，９７（２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述のように、量子ドットを発光素子に応用する研究開発が進められているが、従来の量子ドットを用いた発光素子においては、発光性能に改善の余地があり、駆動電圧を低く保ちつつ発光効率を向上させることが要求されている。
【0008】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、低い駆動電圧と高い発光効率とを兼ね備えた量子ドット発光素子を提供することを課題とする。
また、本発明は、かかる量子ドット発光素子を具え、発光特性に優れた表示装置を提供することを更なる課題とする。
また、本発明は、かかる量子ドット発光素子を具え、発光特性に優れた表示装置を提供することを更なる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、量子ドット発光素子の発光層に、量子ドットと共に、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物を含有させることで、駆動電圧を低く保ちつつ高い発光効率を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
【0010】
本発明の量子ドット発光素子は、陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、
前記発光層が、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含有することを特徴とする。
かかる本発明の量子ドット発光素子は、駆動電圧が低く、且つ発光効率が高い。
前記発光層が、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含有することを特徴とする。
かかる本発明の量子ドット発光素子は、駆動電圧が低く、且つ発光効率が高い。
【0011】
本発明の量子ドット発光素子の好適例においては、前記芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物が、下記構造式（１－１）、構造式（１－２）又は構造式（１－３）：
で示される化合物である。この場合、量子ドット発光素子の発光効率をより一層向上させることができる。
【化1】
【0012】
本発明の量子ドット発光素子の他の好適例においては、前記量子ドットが、半導体結晶の微粒子であるコアと、前記コアの表面を被覆するシェルと、前記シェルの表面に形成されたリガンドと、を具え、
前記コアが、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、又はＺｎＳｅＴｅを含む。この場合、量子ドット発光素子の発光効率を更に向上させることができる。
前記コアが、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、又はＺｎＳｅＴｅを含む。この場合、量子ドット発光素子の発光効率を更に向上させることができる。
【0013】
また、本発明の表示装置は、上記の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする。かかる本発明の表示装置は、駆動電圧が低く、且つ発光効率が高い。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、駆動電圧が低く、且つ高い発光効率を示す量子ドット発光素子を提供することができる。
また、本発明によれば、かかる量子ドット発光素子を具え、発光特性に優れた表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、かかる量子ドット発光素子を具え、発光特性に優れた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明の量子ドット発光素子及び表示装置を、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。
【0017】
＜＜量子ドット発光素子＞＞
本発明の量子ドット発光素子は、陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、前記発光層が、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含有することを特徴とする。
なお、前記発光層において、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とは、均一に分布していても、均一に分布していなくてもよく、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層とに分離していてもよい。ここで、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層とに分離している場合、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層との積層構造が発光層に相当する。
本発明の量子ドット発光素子は、陰極と、発光層と、陽極と、を具え、前記発光層が、前記陰極と前記陽極との間に位置する量子ドット発光素子であって、前記発光層が、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含有することを特徴とする。
なお、前記発光層において、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とは、均一に分布していても、均一に分布していなくてもよく、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層とに分離していてもよい。ここで、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層とに分離している場合、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層との積層構造が発光層に相当する。
【0018】
本発明者らは、上記課題を解決し、駆動電圧が低く、且つ発光効率が高い発光素子を実現するために、量子ドット発光素子に着目して、鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、発光素子として、陰極と陽極との間に、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含む発光層を具えていればよいことを見出した。
本発明の量子ドット発光素子において、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、分子サイズが小さく、電荷輸送性を有するため、量子ドットの間（量子ドットがリガンド（配位子）を有する場合は、量子ドットの配位子の間）に入り易く、電荷輸送性及び量子ドットへの電荷注入性の向上に寄与する。また、分子量が小さい材料を用いることで、溶媒への溶解性が向上し、量子ドットへの混合量の自由度が増し、様々なデバイスへの適用が可能となる。芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、陰極側（例えば、電子注入層）から量子ドットへの電子注入性、及び陽極側（例えば、正孔輸送層）から量子ドットへの正孔注入性を向上させることができる。従って、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含有する発光層を有する発光素子では、発光効率が高くなり、低い駆動電圧を実現できる。
本発明の量子ドット発光素子において、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、分子サイズが小さく、電荷輸送性を有するため、量子ドットの間（量子ドットがリガンド（配位子）を有する場合は、量子ドットの配位子の間）に入り易く、電荷輸送性及び量子ドットへの電荷注入性の向上に寄与する。また、分子量が小さい材料を用いることで、溶媒への溶解性が向上し、量子ドットへの混合量の自由度が増し、様々なデバイスへの適用が可能となる。芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、陰極側（例えば、電子注入層）から量子ドットへの電子注入性、及び陽極側（例えば、正孔輸送層）から量子ドットへの正孔注入性を向上させることができる。従って、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含有する発光層を有する発光素子では、発光効率が高くなり、低い駆動電圧を実現できる。
【0019】
次に、本発明の量子ドット発光素子の一態様を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の量子ドット発光素子の構造の一例を示した概略図である。図１に示す量子ドット発光素子１は、基板２上に、陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８及び陽極９を、この順に積層した構成を有する。なお、図１に示す量子ドット発光素子１は、下部に配置した陰極３側より電子を注入し、上部に配置した陽極９より正孔を注入する構成となっているが、本発明の量子ドット発光素子は、これに限定されるものではなく、上下を逆転した構造であってもよい。
図１は、本実施形態の量子ドット発光素子の構造の一例を示した概略図である。図１に示す量子ドット発光素子１は、基板２上に、陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８及び陽極９を、この順に積層した構成を有する。なお、図１に示す量子ドット発光素子１は、下部に配置した陰極３側より電子を注入し、上部に配置した陽極９より正孔を注入する構成となっているが、本発明の量子ドット発光素子は、これに限定されるものではなく、上下を逆転した構造であってもよい。
【0020】
＜基板＞
前記基板２は、当該基板２側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明な材料からなることが好ましい。かかる透明な材料としては、ガラス、プラスチックフィルム等を例示することができる。ここで、プラスチックフィルムの材質としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、基板２の材料は、必ずしも透明な材料である必要はない。基板２として、不透明基板を用いる場合、該不透明基板としては、例えば、着色したプラスチックフィルム基板、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成した基板等が挙げられる。
また、基板２として、例えば、プラスチックフィルム等の可撓性基板を用い、その上に量子ドット発光素子を形成した場合には、画像表示部を容易に変形することのできるフレキシブル量子ドット発光素子とすることができる。
前記基板２の平均厚さは、特に限定されるものではないが、０．０１～３０ｍｍが好ましく、０．０１～１０ｍｍがより好ましい。
前記基板２は、当該基板２側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明な材料からなることが好ましい。かかる透明な材料としては、ガラス、プラスチックフィルム等を例示することができる。ここで、プラスチックフィルムの材質としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、基板２の材料は、必ずしも透明な材料である必要はない。基板２として、不透明基板を用いる場合、該不透明基板としては、例えば、着色したプラスチックフィルム基板、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成した基板等が挙げられる。
また、基板２として、例えば、プラスチックフィルム等の可撓性基板を用い、その上に量子ドット発光素子を形成した場合には、画像表示部を容易に変形することのできるフレキシブル量子ドット発光素子とすることができる。
前記基板２の平均厚さは、特に限定されるものではないが、０．０１～３０ｍｍが好ましく、０．０１～１０ｍｍがより好ましい。
【0021】
＜陰極＞
前記陰極３は、基板２側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明で導電性の高い材料からなることが好ましい。陰極３としては、例えば、インジウム－錫－酸化物（ＩＴＯ）、インジウム－亜鉛－酸化物（ＩＺＯ）等の導電性透明酸化物を用いることができる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、陰極３の材料は、必ずしも透明な材料である必要はないため、陰極３として、金属電極を用いてもよい。該金属電極に用いる金属としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等が挙げられる。
前記陰極３の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍが好ましく、５０～２００ｎｍが更に好ましい。
前記陰極３は、基板２側より光を取り出すボトムエミッション型素子の場合は、透明で導電性の高い材料からなることが好ましい。陰極３としては、例えば、インジウム－錫－酸化物（ＩＴＯ）、インジウム－亜鉛－酸化物（ＩＺＯ）等の導電性透明酸化物を用いることができる。
一方、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型素子の場合には、陰極３の材料は、必ずしも透明な材料である必要はないため、陰極３として、金属電極を用いてもよい。該金属電極に用いる金属としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等が挙げられる。
前記陰極３の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍが好ましく、５０～２００ｎｍが更に好ましい。
【0022】
＜電子注入層＞
前記電子注入層４は、陰極３からの電子注入を容易にする目的で用いる。該電子注入層４の材料としては、無機材料、或いは電子注入性の低分子材料又は高分子材料からなる有機材料を用いることができる。電子注入層４の材料として、より具体的には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）等の金属酸化物が好ましく、これらの中でも、電子注入性の観点から、酸化亜鉛、酸化チタン、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、イットリウム、ガリウムを添加した酸化亜鉛が更に好ましく、酸化亜鉛及びマグネシウムを添加した酸化亜鉛が特に好ましい。
前記電子注入層４は、陰極３からの電子注入を容易にする目的で用いる。該電子注入層４の材料としては、無機材料、或いは電子注入性の低分子材料又は高分子材料からなる有機材料を用いることができる。電子注入層４の材料として、より具体的には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）等の金属酸化物が好ましく、これらの中でも、電子注入性の観点から、酸化亜鉛、酸化チタン、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、イットリウム、ガリウムを添加した酸化亜鉛が更に好ましく、酸化亜鉛及びマグネシウムを添加した酸化亜鉛が特に好ましい。
【0023】
電子注入層４の形成には、ナノ粒子を用いることが好ましい。該ナノ粒子の粒径は、１ｎｍ～１００ｎｍが好ましく、１ｎｍ～１０ｎｍが更に好ましく、１ｎｍ～５ｎｍがより一層好ましい。好ましくは、酸化亜鉛ナノ粒子等の金属酸化物のナノ粒子をスピンコート法によって成膜した薄膜を、電子注入層４として用いることができる。
前記電子注入層４の平均厚さは、特に限定されるものではないが、５～２００ｎｍが好ましく、１０～１００ｎｍが更に好ましい。
前記電子注入層４の平均厚さは、特に限定されるものではないが、５～２００ｎｍが好ましく、１０～１００ｎｍが更に好ましい。
【0024】
＜電子輸送層＞
前記電子輸送層５は、陰極３から注入した電子を発光層６まで輸送するために用いる。適切なＬＵＭＯレベルを有する電子輸送層５を、陰極３又は電子注入層４と、発光層６との間に設けると、陰極３又は電子注入層４から電子輸送層５への電子注入障壁が緩和され、電子輸送層５から発光層６への電子注入障壁が緩和される。また、電子輸送層５に用いられる材料が適切な最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルを有する場合、発光層６で再結合せずに対極へ流出する正孔が阻止される。その結果、発光層６内に正孔が閉じ込められて、発光層６内での再結合効率が高められる。
なお、電子輸送層５は、電子注入障壁が問題とならず、発光層６の電子輸送能が十分に高い場合には、省略される場合がある。
前記電子輸送層５は、陰極３から注入した電子を発光層６まで輸送するために用いる。適切なＬＵＭＯレベルを有する電子輸送層５を、陰極３又は電子注入層４と、発光層６との間に設けると、陰極３又は電子注入層４から電子輸送層５への電子注入障壁が緩和され、電子輸送層５から発光層６への電子注入障壁が緩和される。また、電子輸送層５に用いられる材料が適切な最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルを有する場合、発光層６で再結合せずに対極へ流出する正孔が阻止される。その結果、発光層６内に正孔が閉じ込められて、発光層６内での再結合効率が高められる。
なお、電子輸送層５は、電子注入障壁が問題とならず、発光層６の電子輸送能が十分に高い場合には、省略される場合がある。
【0025】
前記電子輸送層５の材料としては、例えば、トリス－１，３，５－（３’－（ピリジン－３”－イル）フェニル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）のようなピリジン誘導体、（２－（３－（９－カルバゾリル）フェニル）キノリン（ｍＣＱ））のようなキノリン誘導体、２－フェニル－４，６－ビス（３，５－ジピリジルフェニル）ピリミジン（ＢＰｙＰＰＭ）のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）のようなフェナントロリン誘導体、２，４－ビス（４－ビフェニル）－６－（４’－（２－ピリジニル）－４－ビフェニル）－［１，３，５］トリアジン（ＭＰＴ）のようなトリアジン誘導体、３－フェニル－４－（１’－ナフチル）－５－フェニル－１，２，４－トリアゾール（ＴＡＺ）のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、２－（４－ビフェニリル）－５－（４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル－１，３，４－オキサジアゾール）（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、２，２’，２”－（１，３，５－ベントリイル）－トリス（１－フェニル－１－Ｈ－ベンズイミダゾール）（ＴＰＢｉ）のようなイミダゾール誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、ビス［２－（２’－ヒドロキシフェニル）ピリジン］ベリリウム（Ｂｅｐｐ2)、トリス（８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ3）等に代表される各種金属錯体、２，５－ビス（６’－（２’，２”－ビピリジル））－１，１－ジメチル－３，４－ジフェニルシロール（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体、ホウ素含有化合物等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも電子輸送層５の材料として、ＴｍＰｙＰＢのようなピリジン誘導体や、構造式（１－１）～（１－３）で示される化合物を用いることが好ましい。
前記電子輸送層５の平均厚さは、特に限定されるものではないが、５～２００ｎｍが好ましく、１０～１００ｎｍが更に好ましい。
前記電子輸送層５の平均厚さは、特に限定されるものではないが、５～２００ｎｍが好ましく、１０～１００ｎｍが更に好ましい。
【0026】
＜発光層＞
前記発光層６は、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含む。なお、発光層６は、必要に応じて、他の化合物を含んでもよいし、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物のみから形成されていてもよい。
前記発光層６は、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を含む。なお、発光層６は、必要に応じて、他の化合物を含んでもよいし、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物のみから形成されていてもよい。
【0027】
「量子ドット」
前記発光層６では、陽極９から注入された正孔と陰極３から注入された電子とが再結合し、量子ドットからの発光が得られる。発光層６の発光色は、発光層６に含まれる量子ドットの結晶粒径や種類（材質）によって変化させることができる。ここで、量子ドットの結晶粒径は、所望の発光色に応じて選択でき、例えば、１～１０ｎｍが好ましい。該量子ドットは、半導体微粒子からなるコアと呼ばれる中心部分と、コアの表面（又は後述するシェルの表面）を覆うリガンドと呼ばれる有機物と、からなることが好ましい。
前記発光層６では、陽極９から注入された正孔と陰極３から注入された電子とが再結合し、量子ドットからの発光が得られる。発光層６の発光色は、発光層６に含まれる量子ドットの結晶粒径や種類（材質）によって変化させることができる。ここで、量子ドットの結晶粒径は、所望の発光色に応じて選択でき、例えば、１～１０ｎｍが好ましい。該量子ドットは、半導体微粒子からなるコアと呼ばれる中心部分と、コアの表面（又は後述するシェルの表面）を覆うリガンドと呼ばれる有機物と、からなることが好ましい。
【0028】
前記量子ドットのコア部分を構成する半導体の例としては、ＩＩ－ＶＩ族の化合物、ＩＩ－Ｖ族の化合物、ＩＩＩ－ＶＩ族の化合物、ＩＩＩ－Ｖ族の化合物、ＩＶ－ＶＩ族の化合物、Ｉ－ＩＩＩ－ＶＩ族の化合物、ＩＩ－ＩＶ－ＶＩ族の化合物、及びＩＩ－ＩＶ－Ｖ族の化合物、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＣｕＩｎＳ等が挙げられる。これらの中でも、量子ドットのコアとしては、合成の容易さ、所望の波長の発光を得るための粒径及び／又は粒径分布の制御のし易さ、発光の量子収率の観点から、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅが好ましい。なお、コア部分を構成する半導体において、各元素の比率は、化学量論的であってもよいし、化学量論的でなくてもよい。
【0029】
前記量子ドットは、コアの周りを取り囲むようにシェルと呼ばれる一層または複数層の半導体層を有してもよい。ここで、シェル部分を構成する半導体も、コア部分を構成する半導体と同様の組成の半導体を用いることができる。量子ドットのシェルは、被覆するコアに用いられる半導体に応じて選択することが好ましく、シェルとしては、コアよりも大きなバンドギャップを有する半導体を用いることが好ましい。この場合、コアの励起エネルギーが、シェルによって効率よくコア内に閉じ込められる。具体的には、例えば、コアがＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰからなる場合、シェルには、より大きなバンドギャップを有するＺｎＳ、ＺｎＳｅを用いることが好ましい。なお、シェル部分を構成する半導体において、各元素の比率は、化学量論的であってもよいし、化学量論的でなくてもよい。
【0030】
前記量子ドットにおいては、半導体表面を安定化すると共に、半導体微粒子の凝集を抑制するため、半導体微粒子表面をリガンドとよばれる有機配位子によりキャッピングを行うことが好ましい。キャッピングするためのリガンド部分に親油性の長鎖アルキル基等が含まれると有機溶剤に対しての溶解性が向上し、量子ドットを有機溶媒に溶解させた量子ドット溶液を調製することができる。前記リガンド（有機配位子）としては、炭化水素基の結合したアミン、炭化水素基の結合したカルボン酸、炭化水素基の結合したホスフィン、炭化水素基の結合した酸化ホスフィン、炭化水素基の結合したチオール等が挙げられる。前記炭化水素基は、親油性の鎖状炭化水素基であることが好ましい。親油性の鎖状炭化水素基の結合したアミンとしては、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン等が挙げられる。親油性の鎖状炭化水素基の結合したカルボン酸としては、オレイン酸等が挙げられる。親油性の鎖状炭化水素基の結合したホスフィンとしては、トリオクチルホスフィン等が挙げられる。親油性の鎖状炭化水素基の結合した酸化ホスフィンとしては、トリ－ｎ－オクチルホスフィンオキシド等が挙げられる。親油性の鎖状炭化水素基の結合したチオールとしては、ドデカンチオール等が挙げられる。
【0031】
図２に、本発明の量子ドット発光素子に好適に用いることができる量子ドットの構造の一例を示す。図２に示す量子ドット１０は、コア１１と、コア１１の周りを取り囲むシェル１２と、シェル１２の表面を覆うリガンド１３と、を具える。該量子ドット１０は、化学的安定性が高く、凝集が生じ難い。また、該量子ドット１０は、溶液として調製し易く、スピンコート法等によって成膜し易いという利点がある。
【0032】
「芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物」
本実施形態では、前記量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含有する発光層６を用いる。該芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、芳香族炭素環又は芳香族複素環の少なくとも一方を有し、芳香族炭素環及び芳香族複素環の両方を有してもよい。該芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物の芳香族炭素環又は芳香族複素環は、分子サイズが小さく、電荷輸送性を有するため、量子ドットの間（量子ドットがリガンド（配位子）を有する場合は、量子ドットの配位子の間）に入り易く、電荷輸送性及び量子ドットへの電荷注入性の向上に寄与する。芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物の分子量は、３５０以下であることが好ましく、３００以下であることが更に好ましく、また、２５０以下であることも更に好ましい。また、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物の分子量は、１００以上であることが好ましく、この場合、例えば、発光層６の形成において、溶媒を使用し、該溶媒を揮発させる際に、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物が気化し難い。なお、芳香族炭素環又は芳香族複素環中の水素原子は、他の置換基で置換されていても、未置換でもよい。
本実施形態では、前記量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含有する発光層６を用いる。該芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物は、芳香族炭素環又は芳香族複素環の少なくとも一方を有し、芳香族炭素環及び芳香族複素環の両方を有してもよい。該芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物の芳香族炭素環又は芳香族複素環は、分子サイズが小さく、電荷輸送性を有するため、量子ドットの間（量子ドットがリガンド（配位子）を有する場合は、量子ドットの配位子の間）に入り易く、電荷輸送性及び量子ドットへの電荷注入性の向上に寄与する。芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物の分子量は、３５０以下であることが好ましく、３００以下であることが更に好ましく、また、２５０以下であることも更に好ましい。また、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物の分子量は、１００以上であることが好ましく、この場合、例えば、発光層６の形成において、溶媒を使用し、該溶媒を揮発させる際に、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物が気化し難い。なお、芳香族炭素環又は芳香族複素環中の水素原子は、他の置換基で置換されていても、未置換でもよい。
【0033】
前記芳香族炭素環は、炭素原子で環が形成され、芳香族性を示す環構造である。また、前記芳香族複素環は、炭素原子とヘテロ原子で環が形成され、芳香族性を示す環構造である。なお、芳香族炭素環及び芳香族複素環の環を形成する炭素原子（及びヘテロ原子）には、水素原子や各種置換基が結合する。ここで、芳香族複素環のヘテロ原子としては、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、リン原子等が挙げられる。また、芳香族炭素環及び芳香族複素環は、単環でも、縮合環でもよい。
前記芳香族炭素環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が挙げられる。
前記芳香族複素環としては、ベンゾジチアゾール環、トリアジン環、ベンズイミダゾリン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、トリアゾール環、等フェナントロリン環が挙げられる。
前記芳香族炭素環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が挙げられる。
前記芳香族複素環としては、ベンゾジチアゾール環、トリアジン環、ベンズイミダゾリン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、トリアゾール環、等フェナントロリン環が挙げられる。
【0034】
前記芳香族炭素環又は芳香族複素環中の水素原子の置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子のハロゲン原子；塩化メチル基、臭化メチル基、ヨウ化メチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ－ブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基等の炭素数１～２０の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等の炭素数５～７の環状アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ｔｅｒｔ－ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等の炭素数１～２０の直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基；ヒドロキシ基；チオール基；ニトロ基；シアノ基；アミノ基；アゾ基；メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等の炭素数１～４０のアルキル基を有するモノ又はジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、カルバゾリル基等のアミノ基；アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等のアシル基；ビニル基、１－プロペニル基、アリル基、ブテニル基、スチリル基等の炭素数２～２０のアルケニル基；エチニル基、１－プロピニル基、プロパルギル基、フェニルアセチニル等の炭素数２～２０のアルキニル基；ビニルオキシ基、アリルオキシ基等のアルケニルオキシ基；エチニルオキシ基、フェニルアセチルオキシ基等のアルキニルオキシ基；フェノキシ基、ナフトキシ基、ビフェニルオキシ基、ピレニルオキシ基等のアリールオキシ基；トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロフェニル基等のパーフルオロ基及び更に長鎖のパーフルオロ基；ジフェニルボリル基、ジメシチルボリル基、ビス（パーフルオロフェニル）ボリル基、４，４，５，５－テトラメチル－１，３，２－ジオキサボロラニル基等のボリル基；アセチル基、ベンゾイル基等のカルボニル基；アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基等のカルボニルオキシ基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基；メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等のスルフィニル基；メチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等のスルホニル基；アルキルスルホニルオキシ基；アリールスルホニルオキシ基；ホスフィノ基；ジエチルホスフィニル基、ジフェニルホスフィニル基等のホスフィニル基；トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、ジメチル－ｔｅｒｔ－ブチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリフェニルシリル基等のシリル基；シリルオキシ基；スタニル基；ハロゲン原子やアルキル基、アルコキシ基等で置換されていてもよいフェニル基、２，６－キシリル基、メシチル基、デュリル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、トルイル基、アニシル基、フルオロフェニル基、ジフェニルアミノフェニル基、ジメチルアミノフェニル基、ジエチルアミノフェニル基、フェナンスレニル基等のアリール基；ハロゲン原子やアルキル基、アルコキシ基等で置換されていてもよい、チエニル基、フリル基、シラシクロペンタジエニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、アクリジニル基、キノリル基、キノキサロイル基、フェナンスロリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピリジル基、ピロリル基、ベンゾオキサゾリル基、ピリミジル基、イミダゾリル基等のヘテロ環基；カルボキシル基；カルボン酸エステル；エポキシ基；イソシアノ基；シアネート基；イソシアネート基；チオシアネート基；イソチオシアネート基；カルバモイル基；Ｎ，Ｎ－ジメチルカルバモイル基、Ｎ，Ｎ－ジエチルカルバモイル基等のＮ，Ｎ－ジアルキルカルバモイル基；ホルミル基；ニトロソ基；ホルミルオキシ基；等が挙げられる。
【0035】
前記芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する化合物の中でも、下記構造式（１－１）、構造式（１－２）又は構造式（１－３）で示される化合物が特に好ましい。下記構造式（１－１）、構造式（１－２）又は構造式（１－３）で示される化合物は、電子移動度が高く、量子ドットへの高い電子注入性を有し、量子ドットを発光層６中に分散させるのに適している。そのため、構造式（１－１）、構造式（１－２）又は構造式（１－３）で示される化合物を用いることで、量子ドット発光素子の発光効率を更に向上させることができる。
【化2】
【0036】
上述のように、前記発光層６において、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とは、均一に分布していても、均一に分布していなくてもよく、量子ドットからなる層と、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物からなる層とに分離していてもよい。
また、発光層６を形成する際には、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を一括で成膜した混合層としてもよいし、別々に積層して、２層構成としてもよい。また、発光層６は、量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを一括で成膜した混合層と、量子ドット層と、を積層した構成としてもよいし、量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを一括で成膜した混合層を複数積層した構成としてもよい。
また、発光層６を形成する際には、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、を一括で成膜した混合層としてもよいし、別々に積層して、２層構成としてもよい。また、発光層６は、量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを一括で成膜した混合層と、量子ドット層と、を積層した構成としてもよいし、量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを一括で成膜した混合層を複数積層した構成としてもよい。
【0037】
前記発光層６における、量子ドットと、芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物と、の質量比（量子ドット／芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物）は、特に限定されるものではないが、５０／１～１／３の範囲が好ましく、２０／１～１／１の範囲が更に好ましい。量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物との質量比が上記の範囲内であれば、量子ドット発光素子の発光効率を向上させる効果が更に向上する。
【0038】
前記発光層６の平均厚さは、特に限定されるものではないが、５～２００ｎｍが好ましく、１０～１００ｎｍが更に好ましい。
【0039】
＜正孔輸送層＞
前記正孔輸送層７は、陽極９から注入した正孔を発光層６まで輸送するために用いる。正孔輸送層７を構成する材料としては、正孔輸送性の無機材料あるいは有機材料を用いることができる。正孔輸送層７を構成する材料は、好ましくは正孔輸送性の有機材料であり、例えば、２，２’－ビス（Ｎ－カルバゾイル）－９，９’－スピロビフルオレン（ＣＦＬ）、４，４’，４”－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’－ビス（カルバゾール－９－イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’，４”－トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラフェニル－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ１）、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（４－メトキシフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ２）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラキス（４－メトキシフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ３）、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（α－ＮＰＤ）、４，４’，４”－トリス（Ｎ－３－メチルフェニル－Ｎ－フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔輸送性の観点から、２，２’－ビス（Ｎ－カルバゾイル）－９，９’－スピロビフルオレン（ＣＦＬ）、４，４’，４”－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）が好ましい。
前記正孔輸送層７の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍであることが好ましく、２０～１００ｎｍが更に好ましい。
前記正孔輸送層７は、陽極９から注入した正孔を発光層６まで輸送するために用いる。正孔輸送層７を構成する材料としては、正孔輸送性の無機材料あるいは有機材料を用いることができる。正孔輸送層７を構成する材料は、好ましくは正孔輸送性の有機材料であり、例えば、２，２’－ビス（Ｎ－カルバゾイル）－９，９’－スピロビフルオレン（ＣＦＬ）、４，４’，４”－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’－ビス（カルバゾール－９－イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’，４”－トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラフェニル－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ１）、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス（４－メトキシフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ２）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラキス（４－メトキシフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ３）、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（α－ＮＰＤ）、４，４’，４”－トリス（Ｎ－３－メチルフェニル－Ｎ－フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔輸送性の観点から、２，２’－ビス（Ｎ－カルバゾイル）－９，９’－スピロビフルオレン（ＣＦＬ）、４，４’，４”－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）が好ましい。
前記正孔輸送層７の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍであることが好ましく、２０～１００ｎｍが更に好ましい。
【0040】
＜正孔注入層＞
前記正孔注入層８は、陽極９からの正孔注入を容易にするために形成する。正孔注入層８には、有機材料、無機材料いずれも用いることができる。正孔注入層８に用いる代表的な材料としては、三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等の金属酸化物が挙げられる。また、正孔注入層８に用いる有機材料としては、２，３，５，６－テトラフルオロ－７，７，８，８－テトラシアノ－キノジメタン（Ｆ４－ＴＣＮＱ）、ヘキサフルオロテトラシアノナフトキノジメタン（Ｆ６－ＴＮＡＰ）、２，３，６，７，１０，１１－ヘキサシアノ－１，４，５，８，９，１２－ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ－ＣＮ）等が挙げられる。正孔注入層８には、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔注入層８に用いる材料としては、正孔注入性の観点から、三酸化モリブデンが好ましい。
前記正孔注入層８の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１～５００ｎｍが好ましく、３～５０ｎｍが更に好ましい。
前記正孔注入層８は、陽極９からの正孔注入を容易にするために形成する。正孔注入層８には、有機材料、無機材料いずれも用いることができる。正孔注入層８に用いる代表的な材料としては、三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化レニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等の金属酸化物が挙げられる。また、正孔注入層８に用いる有機材料としては、２，３，５，６－テトラフルオロ－７，７，８，８－テトラシアノ－キノジメタン（Ｆ４－ＴＣＮＱ）、ヘキサフルオロテトラシアノナフトキノジメタン（Ｆ６－ＴＮＡＰ）、２，３，６，７，１０，１１－ヘキサシアノ－１，４，５，８，９，１２－ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ－ＣＮ）等が挙げられる。正孔注入層８には、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔注入層８に用いる材料としては、正孔注入性の観点から、三酸化モリブデンが好ましい。
前記正孔注入層８の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１～５００ｎｍが好ましく、３～５０ｎｍが更に好ましい。
【0041】
＜陽極＞
前記陽極９の材料としては、仕事関数が比較的大きい金属が好ましい。仕事関数の大きい金属を用いることにより、陽極から有機層への正孔注入障壁を低くすることができ、正孔を注入させ易くすることができる。陽極９に用いる金属としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、陽極９に透明な材料を用いると、上部電極から光を取り出すトップエミッション型素子とすることができる。
前記陽極９の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍが好ましく、３０～１５０ｎｍが更に好ましい。
前記陽極９の材料としては、仕事関数が比較的大きい金属が好ましい。仕事関数の大きい金属を用いることにより、陽極から有機層への正孔注入障壁を低くすることができ、正孔を注入させ易くすることができる。陽極９に用いる金属としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、陽極９に透明な材料を用いると、上部電極から光を取り出すトップエミッション型素子とすることができる。
前記陽極９の平均厚さは、特に限定されるものではないが、１０～５００ｎｍが好ましく、３０～１５０ｎｍが更に好ましい。
【0042】
上述した電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８は、それぞれ１層ずつでもよいし、それぞれの層が複数の役割を受け持つ構造となっていてもよい。また、例えば、一つの層で、正孔注入層と正孔輸送層を兼用したりすることも可能である。また、陽極９、正孔注入層８、正孔輸送層７、発光層６、電子輸送層５、電子注入層４、陰極３の各層の間に、他の層を有する構造となっていてもよい。
【0043】
＜各層の形成方法＞
前記陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の形成方法は、特に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム法、スパッタリング法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の方法を用いることができる。また、これらの方法を用いて、前記陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の厚さを、目的に応じて適宜調整することができる。また、これらの方法は、各層の材料の特性に応じて選択するのが好ましく、層ごとに作製方法が異なっていてもよい。
以上により、図１に示される量子ドット発光素子１が完成する。
前記陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の形成方法は、特に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム法、スパッタリング法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の方法を用いることができる。また、これらの方法を用いて、前記陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の厚さを、目的に応じて適宜調整することができる。また、これらの方法は、各層の材料の特性に応じて選択するのが好ましく、層ごとに作製方法が異なっていてもよい。
以上により、図１に示される量子ドット発光素子１が完成する。
【0044】
＜＜表示装置＞＞
本発明の表示装置は、上述の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする。本発明の表示装置は、上述した駆動電圧が小さく、発光効率の高い量子ドット発光素子を具えるため、発光特性に優れる。本発明の表示装置は、上述した量子ドット発光素子の他に、表示装置に一般に用いられる他の部品を具えることができる。
本発明の表示装置は、上述の量子ドット発光素子を具えることを特徴とする。本発明の表示装置は、上述した駆動電圧が小さく、発光効率の高い量子ドット発光素子を具えるため、発光特性に優れる。本発明の表示装置は、上述した量子ドット発光素子の他に、表示装置に一般に用いられる他の部品を具えることができる。
【実施例】
【0045】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【0046】
（実施例１）
＜量子ドットの合成＞
Ｊ．カクら（Ｊ．Ｋｗａｋ ｅｔ ａｌ．），ナノ・レターズ（Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ），１２，２３６２－２３６６（２０１２）に開示されている方法に従って、緑色発光を示す量子ドットＣｄＳｅ／ＺｎＳ（コア／シェル型の量子ドット）を合成した。具体的な合成方法を以下に示す。
０．２５７ｇの酸化カドミウム、７．３４ｇの酢酸亜鉛、３０．１３ｇのオレイン酸、１５０ｍｌのオクタデセンをフラスコに投入した。減圧下、１５０℃で３０分加熱後、アルゴンにてリークし、アルゴンフロー下で２８０℃まで昇温した（溶液１）。０．０７９ｇのセレン、１．１２２ｇの硫黄を２０ｍｌのトリオクチルホスフィンに溶解させた溶液を用意し、溶液１に投入した。２８０℃で１０分間混合した後、室温まで冷やした（溶液２）。この溶液２にエタノールを加えて、析出物を遠心分離で回収した。回収物をクロロホルムに分散させて、濃度を２０ｍｇ／ｍｌとなるように調整した。
＜量子ドットの合成＞
Ｊ．カクら（Ｊ．Ｋｗａｋ ｅｔ ａｌ．），ナノ・レターズ（Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ），１２，２３６２－２３６６（２０１２）に開示されている方法に従って、緑色発光を示す量子ドットＣｄＳｅ／ＺｎＳ（コア／シェル型の量子ドット）を合成した。具体的な合成方法を以下に示す。
０．２５７ｇの酸化カドミウム、７．３４ｇの酢酸亜鉛、３０．１３ｇのオレイン酸、１５０ｍｌのオクタデセンをフラスコに投入した。減圧下、１５０℃で３０分加熱後、アルゴンにてリークし、アルゴンフロー下で２８０℃まで昇温した（溶液１）。０．０７９ｇのセレン、１．１２２ｇの硫黄を２０ｍｌのトリオクチルホスフィンに溶解させた溶液を用意し、溶液１に投入した。２８０℃で１０分間混合した後、室温まで冷やした（溶液２）。この溶液２にエタノールを加えて、析出物を遠心分離で回収した。回収物をクロロホルムに分散させて、濃度を２０ｍｇ／ｍｌとなるように調整した。
【0047】
＜酸化亜鉛ナノ粒子の合成＞
Ｊ．カクら（Ｊ．Ｋｗａｋ ｅｔ ａｌ．），ナノ・レターズ（Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ），１２，２３６２－２３６６（２０１２）に開示されている方法に従って、酸化亜鉛ナノ粒子を合成した。具体的な方法を以下に示す。
６．７ｍｍｏｌの酢酸亜鉛を５５ｍｌのメタノールに溶解させ、０．１２ｍｏｌ／ｌの溶液を得た。８．６ｍｍｏｌの水酸化カリウムを２５ｍｌのメタノールに溶解させ、０．３４ｍｏｌ／ｌの溶液を得た。窒素雰囲気下で、酢酸亜鉛メタノール溶液を６０℃に加熱し、撹拌しながら水酸化カリウムメタノール溶液を滴下し、２時間反応させると液は白濁状態となった。得られた白濁液から遠心分離により回収した酢酸亜鉛をメタノールで洗い、最終的にブタノールに再分散させて、２０ｍｇ／ｍｌの酸化亜鉛ナノ粒子ブタノール分散液を得た。
Ｊ．カクら（Ｊ．Ｋｗａｋ ｅｔ ａｌ．），ナノ・レターズ（Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ），１２，２３６２－２３６６（２０１２）に開示されている方法に従って、酸化亜鉛ナノ粒子を合成した。具体的な方法を以下に示す。
６．７ｍｍｏｌの酢酸亜鉛を５５ｍｌのメタノールに溶解させ、０．１２ｍｏｌ／ｌの溶液を得た。８．６ｍｍｏｌの水酸化カリウムを２５ｍｌのメタノールに溶解させ、０．３４ｍｏｌ／ｌの溶液を得た。窒素雰囲気下で、酢酸亜鉛メタノール溶液を６０℃に加熱し、撹拌しながら水酸化カリウムメタノール溶液を滴下し、２時間反応させると液は白濁状態となった。得られた白濁液から遠心分離により回収した酢酸亜鉛をメタノールで洗い、最終的にブタノールに再分散させて、２０ｍｇ／ｍｌの酸化亜鉛ナノ粒子ブタノール分散液を得た。
【0048】
＜量子ドット発光素子の作製＞
電子輸送層５を省略した以外は、図１に示す構造と同様の構造の量子ドット発光素子を次のようにして作製した。
まず、ガラス基板にＩＴＯからなる透明電極（陰極、厚さ：１００ｎｍ）を形成し、これをライン状にパターニングした。
次に、電子注入層として前項にて合成した酸化亜鉛ナノ粒子の層を形成した。酸化亜鉛ナノ粒子は、スピンコート法によって成膜し、１３０℃で３０分間加熱した（電子注入層、厚さ：３０ｎｍ）。
次に、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－１）：
で示される化合物（分子量１５０）と、を質量比８：１（量子ドット：構造式（１－１）の化合物）で、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液を調製し、スピンコート法によって成膜した（発光層、厚さ：２０ｎｍ）。窒素雰囲気下、１００℃にて３０分間加熱した。
次に、基板を真空蒸着成膜装置に入れ、真空蒸着法によって、下記式（７－１）：
で示される構造式を有する材料からなる正孔輸送層を成膜した（厚さ：４０ｎｍ）。
続いて、真空蒸着により、三酸化モリブデンからなる正孔注入層（厚さ：１０ｎｍ）、アルミニウムからなる電極（陽極、厚さ：６０ｎｍ）を成膜した。
なお、図１には示していないが、量子ドット発光素子は、窒素ガスで満たされたグローブボックス中で、封止用ガラスの周縁部に紫外線硬化樹脂を塗布した後、量子ドット発光素子を形成した前記基板の周縁部に貼り合せて、封止を行った。
電子輸送層５を省略した以外は、図１に示す構造と同様の構造の量子ドット発光素子を次のようにして作製した。
まず、ガラス基板にＩＴＯからなる透明電極（陰極、厚さ：１００ｎｍ）を形成し、これをライン状にパターニングした。
次に、電子注入層として前項にて合成した酸化亜鉛ナノ粒子の層を形成した。酸化亜鉛ナノ粒子は、スピンコート法によって成膜し、１３０℃で３０分間加熱した（電子注入層、厚さ：３０ｎｍ）。
次に、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－１）：
【化3】
次に、基板を真空蒸着成膜装置に入れ、真空蒸着法によって、下記式（７－１）：
【化4】
続いて、真空蒸着により、三酸化モリブデンからなる正孔注入層（厚さ：１０ｎｍ）、アルミニウムからなる電極（陽極、厚さ：６０ｎｍ）を成膜した。
なお、図１には示していないが、量子ドット発光素子は、窒素ガスで満たされたグローブボックス中で、封止用ガラスの周縁部に紫外線硬化樹脂を塗布した後、量子ドット発光素子を形成した前記基板の周縁部に貼り合せて、封止を行った。
【0049】
（実施例２）
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－２）：
で示される化合物（分子量３０９）と、を質量比８：１（量子ドット：構造式（１－２）の化合物）で、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液をスピンコート法によって成膜したものを用いた。
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－２）：
【化5】
【0050】
（実施例３）
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－３）：
で示される化合物（分子量２６７）と、を質量比８：１（量子ドット：構造式（１－３）の化合物）で、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液をスピンコート法によって成膜したものを用いた。
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（１－３）：
【化6】
【0051】
（比較例１）
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットを実施例１と同量、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液をスピンコート法によって成膜したものを用いた。
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットを実施例１と同量、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液をスピンコート法によって成膜したものを用いた。
【0052】
（比較例２）
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（６－１）：
で示される化合物（分子量５５４）と、を質量比８：４（量子ドット：構造式（６－１）の化合物、量子ドットの質量は実施例１～３と等量）で、クロロホルムに溶解させたクロロホルム溶液をスピンコート法によって成膜したものを用いた。
上記実施例１と同様に量子ドット、酸化亜鉛ナノ粒子の合成を実施した。これらの材料を用いて実施例１と同様に量子ドット発光素子を作製した。このときに、発光層として、前項にて合成した量子ドットと、下記構造式（６－１）：
【化7】
【0053】
＜素子特性の評価＞
（外部量子効率の測定）
実施例１～３及び比較例１～２の量子ドット発光素子について、それぞれ最大外部量子効率及び１０００ｃｄ／ｍ2における駆動電圧を測定した。その結果を表１に示す。
（外部量子効率の測定）
実施例１～３及び比較例１～２の量子ドット発光素子について、それぞれ最大外部量子効率及び１０００ｃｄ／ｍ2における駆動電圧を測定した。その結果を表１に示す。
【0054】
【表1】
【0055】
表１に示すように、実施例１～３の量子ドット発光素子の外部量子効率は、比較例１の量子ドット発光素子の外部量子効率よりも高い値を示し、尚且つ駆動電圧は同等に保たれていた。これは、比較例１で使用した量子ドットのみからなる発光層よりも、実施例１～３で使用した、量子ドットに、芳香族複素環を有する分子量１５０の構造式（１－１）で示される化合物、分子量３０９の構造式（１－２）で示される化合物又は分子量２６７の構造式（１－３）で示される化合物を添加した発光層の方が、電荷輸送性及び量子ドットへの電荷注入性が高く、発光層に注入された電荷を効率よく発光に寄与させることができるためである。
また、比較例２のように、分子量５５４の構造式（６－１）で示される化合物を量子ドットに混合することで、実施例１～３と同等の効率を得ることは可能だが、そのためには、実施例１～３よりも多くの化合物を添加する必要があり、実施例１～３に比べて駆動電圧が高くなる。
また、比較例２のように、分子量５５４の構造式（６－１）で示される化合物を量子ドットに混合することで、実施例１～３と同等の効率を得ることは可能だが、そのためには、実施例１～３よりも多くの化合物を添加する必要があり、実施例１～３に比べて駆動電圧が高くなる。
【0056】
以上の結果から、量子ドットと芳香族炭素環又は芳香族複素環を有する分子量５００以下の化合物とを含む発光層を用いた量子ドット発光素子が、高い発光効率と低い駆動電圧兼ね備えることが分かる。
【符号の説明】
【0057】
１：量子ドット発光素子
２：基板
３：陰極
４：電子注入層
５：電子輸送層
６：発光層
７：正孔輸送層
８：正孔注入層
９：陽極
１０：量子ドット
１１：コア
１２：シェル
１３：リガンド
２：基板
３：陰極
４：電子注入層
５：電子輸送層
６：発光層
７：正孔輸送層
８：正孔注入層
９：陽極
１０：量子ドット
１１：コア
１２：シェル
１３：リガンド
【図1】
【図2】