JP2008300270A - Light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting element.
発光素子は、現在、有機系(有機発光素子)、無機系(無機発光素子)のいずれも盛んに研究開発がなされている。ここで有機発光素子においては、発光層を構成する材料として、有機化合物の代わりにCdSe等の無機化合物からなる半導体微粒子を用いた有機無機ハイブリッド発光素子の提案もなされている(特許文献1乃至3参照)。提案された当初においては、ポリパラフェニレンビニレン(PPV:poly(p−phenylenevinylene))等の導電性ポリマーに半導体微粒子を分散させたものを発光層とする発光素子が提案された。その後、図7に示す発光素子が提案されている。図7の発光素子100は、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9がこの順に積層されている。図7の発光素子は、発光層6が半導体微粒子5の薄膜で構成されていることに特徴がある。このように電荷伝導性の低い半導体微粒子を薄膜状に形成することで、キャリア輸送性が改善され発光効率が大きく向上するという効果をもたらす。
Currently, research and development of light-emitting elements, both organic (organic light-emitting elements) and inorganic (inorganic light-emitting elements), have been actively conducted. Here, in organic light-emitting elements, organic-inorganic hybrid light-emitting elements using semiconductor fine particles made of an inorganic compound such as CdSe instead of an organic compound as a material constituting the light-emitting layer have been proposed (
ここで、半導体微粒子から発する光の発光スペクトルは、半値幅が30nm以下であり非常にシャープであることが知られており、高色純度の発光素子を実現することができると考えられる。よって、キャビティ構造等を利用した色度調整が必要でなくなることから、視野角特性に優れ、かつ、生産ロバスト性の高い素子の実現が期待される。また、半導体微粒子は、その発光量子収率を90%まで高くすることができることから、発光効率の向上が期待できる。さらに、無機化合物からなる半導体微粒子は熱安定性に優れているので発光層の構成材料として用いると、発光素子の長寿命化が期待できる。 Here, the emission spectrum of light emitted from the semiconductor fine particles is known to be very sharp with a half-value width of 30 nm or less, and it is considered that a light-emitting element with high color purity can be realized. Therefore, since chromaticity adjustment using a cavity structure or the like is not necessary, it is expected to realize an element having excellent viewing angle characteristics and high production robustness. Further, since the semiconductor fine particles can increase the emission quantum yield up to 90%, the emission efficiency can be expected to be improved. Furthermore, since the semiconductor fine particles made of an inorganic compound are excellent in thermal stability, when used as a constituent material of the light emitting layer, the lifetime of the light emitting element can be expected to be extended.
上述したように有機無機ハイブリッド型の発光素子は、高いポテンシャルを秘めているものの、従来からの有機発光素子に比べて発光効率が低く、耐久特性もよくないのが現状である。この原因の一つとして、発光層を構成する半導体微粒子へのエネルギー閉じ込めが不十分なことが挙げられる。有機無機ハイブリッド型の発光素子では、注入されたキャリアの全てが、半導体微粒子で構成される発光層で再結合して発光エネルギーに利用されるのが理想である。しかし図7の発光素子を含めた従来の構成では、キャリア漏れを起こして正孔輸送層や電子輸送層が発光してしまったり、熱失活してしまったりすることが問題となった。 As described above, although the organic-inorganic hybrid light-emitting element has high potential, the light-emitting efficiency is lower than that of the conventional organic light-emitting element and the durability characteristics are not good. One of the causes is insufficient energy confinement in the semiconductor fine particles constituting the light emitting layer. In an organic / inorganic hybrid light emitting device, it is ideal that all injected carriers are recombined in a light emitting layer composed of semiconductor fine particles and used for light emission energy. However, in the conventional configuration including the light emitting element of FIG. 7, there is a problem that carrier leakage occurs and the hole transport layer and the electron transport layer emit light or heat deactivates.
本発明の目的は、高い発光効率で長寿命である有機無機ハイブリッド発光素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid light-emitting device having high luminous efficiency and a long lifetime.
上記目的を達成するために、本発明の発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に、少なくとも正孔輸送層と、再結合層と、発光層と、電子輸送層と、がこの順に含まれており、該発光層が半導体微粒子で構成され、該再結合層で発生した励起子エネルギーが該半導体微粒子にエネルギー移動することにより、発光することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light emitting device of the present invention comprises an anode, a cathode, and at least a hole transport layer, a recombination layer, a light emitting layer, an electron transport layer between the anode and the cathode. Are included in this order, the light emitting layer is composed of semiconductor fine particles, and excitonic energy generated in the recombination layer is transferred to the semiconductor fine particles to emit light.
本発明によれば、高い発光効率で長寿命である有機無機ハイブリッド発光素子が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic inorganic hybrid light emitting element which is a long lifetime with high luminous efficiency can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の発光素子について詳細に説明する。 Hereinafter, the light emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。図1の発光素子11は、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、再結合層4、半導体微粒子5より構成される発光層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が順次設けられている。図1に示されるように、本発明の発光素子は、有機系材料で構成される層(正孔輸送層3、再結合層4、電子輸送層7、電子注入層8)及び無機系材料で構成される層(発光層6)を組み合わせた有機無機ハイブリッド発光素子である。この発光素子11を通電すると、陽極2から注入された正孔と陰極9から注入された電子とが再結合層4中で再結合する。この再結合により励起エネルギーが発生し、この励起エネルギーが発光層6を構成する半導体微粒子5へエネルギー移動することで、発光素子11は光を発する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the light emitting device of the present invention. A
図2に、本発明の発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。図2の発光素子12は、層構成自体は図1の発光素子11と同じである。ただし、発光層6は、異なる粒径を有する半導体微粒子5を少なくとも2種類含む。ここで、半導体微粒子5が発する発光のピーク波長は、その粒径に依存する。CdSe/ZnS半導体微粒子を例にとると、粒径とピーク波長との関係は、表1に示す通りである。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the light emitting device of the present invention. The light emitting element 12 in FIG. 2 has the same layer structure as the
この関係を利用すれば、半導体微粒子の粒径制御又は異なる粒径を有する半導体微粒子の組み合わせによって発光素子が発する光の色を適宜制御できる。また、異なる粒径を有する半導体微粒子を2種類以上組み合わせて、複数の発光スペクトルを重ね合わせることによって、全体として白色発光する発光素子も実現できる。 By utilizing this relationship, the color of light emitted from the light emitting element can be appropriately controlled by controlling the particle size of the semiconductor particles or by combining semiconductor particles having different particle sizes. A light emitting element that emits white light as a whole can also be realized by combining two or more kinds of semiconductor fine particles having different particle diameters and superimposing a plurality of emission spectra.
尚、本発明の発光素子を白色発光素子とする場合、実施形態として図2に示す形態に限定されず、必要に応じて、介在層を形成してもよい。図3は、本発明の発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。図3の発光素子13のように、本発明の発光素子は電子ブロック層10を正孔輸送層3と再結合層4との間に設けてもよい。また、図2及び図3において、発光層5は異なる粒径を有する複数種類の半導体微粒子が分散されて形成されているが、これに限定されず、異なる粒径の半導体微粒子が積層された構成であってもよい。
In addition, when making the light emitting element of this invention a white light emitting element, it is not limited to the form shown in FIG. 2 as embodiment, You may form an intervening layer as needed. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the light emitting device of the present invention. Like the
上述した第一乃至第三の実施形態は、基板上に陽極を形成した発光素子の構成例であるが、本発明はこの形態に限定されるものではない。基板側より陰極9、電子注入層8、電子輸送層7、発光層6、再結合層4、正孔輸送層3、陽極2の順序で構成されていてもよい。また、本発明の発光素子は、発光層6から発する光を基板側から取り出すボトムエミッション型の発光素子であってもよいし、基板と反対側の上部電極から取り出すトップエミッション型の発光素子であってもよい。
The first to third embodiments described above are configuration examples of a light emitting element in which an anode is formed on a substrate, but the present invention is not limited to this embodiment. The
本発明の発光素子に含まれる再結合層は、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子とが再結合して、この再結合により発生する励起エネルギーを発光層に含まれる半導体微粒子へエネルギー移動させる役割を担う。電子と正孔の再結合を再結合層に担わせることから、正孔輸送層や電子輸送層での発光や失活を抑制することができる。 The recombination layer included in the light emitting device of the present invention is a semiconductor fine particle in which holes injected from the anode and electrons injected from the cathode are recombined, and excitation energy generated by the recombination is included in the light emitting layer. To play a role in transferring energy to Since the recombination layer bears recombination of electrons and holes, light emission and deactivation in the hole transport layer and the electron transport layer can be suppressed.
一般的に正孔輸送層はラジカルアニオンの生成に弱く、電子輸送層はラジカルカチオンの生成に弱い。また、正孔輸送層及び電子輸送層を構成する化合物は、一般的に励起状態の繰り返しに耐えられるようなものではないことから、正孔輸送層及び電子輸送層は電子と正孔とが再結合ための層としては不向きである。 In general, the hole transport layer is weak in generating radical anions, and the electron transport layer is weak in generating radical cations. In addition, since the compounds constituting the hole transport layer and the electron transport layer are generally not capable of withstanding repeated excited states, the hole transport layer and the electron transport layer regenerate electrons and holes. It is not suitable as a layer for bonding.
これに対し、本発明の発光素子に含まれる再結合層は、励起状態の繰り返しに強い蛍光性有機化合物又は燐光性有機化合物が含まれているので、発光素子の寿命を改善できる。ここで再結合層は、好ましくは、ホストである有機化合物とゲストである蛍光又は燐光有機化合物とから構成される。再結合層をホストとゲストとで構成すると、ゲストがキャリアトラップの役割を担うことで再結合確率が向上したり、ホストの結晶化を抑制したりする効果がある。再結合層の材料としては、蛍光材料や燐光材料である縮合環芳香族化合物及びその誘導体、縮合環複素環化合物及びその誘導体等の環式有機化合物を用いることができる。 On the other hand, since the recombination layer included in the light-emitting element of the present invention contains a fluorescent organic compound or a phosphorescent organic compound that is resistant to repeated excitation states, the lifetime of the light-emitting element can be improved. Here, the recombination layer is preferably composed of an organic compound as a host and a fluorescent or phosphorescent organic compound as a guest. When the recombination layer is composed of a host and a guest, the guest plays the role of a carrier trap, so that the recombination probability is improved and the crystallization of the host is suppressed. As a material for the recombination layer, a cyclic organic compound such as a condensed ring aromatic compound and a derivative thereof, a condensed ring heterocyclic compound and a derivative thereof, which are a fluorescent material or a phosphorescent material, can be used.
本発明の発光素子は、再結合層で発生した励起子エネルギーが発光層を構成する半導体微粒子にエネルギー移動することにより、発光する。再結合層から半導体微粒子へのエネルギー移動のメカニズムとして、フェルスターエネルギー移動(双極子−双極子相互作用)とデクスターエネルギー移動(電子交換相互作用)を考えることができる。これらのエネルギー移動のし易さは速度定数により決まることから、エネルギー移動を効率よく起こさせるためには、その速度定数を大きくする必要がある。大きな速度定数を得るためには、電子と正孔とが再結合する位置と、半導体微粒子との距離を近くする必要がある。この距離をどれほど近くすればよいかについては、具体的には、フェルスターエネルギー移動で考慮すると6nm以下、デクスターエネルギー移動で考慮すると2nm以下となる。このようなエネルギー移動の機構から考察すると、本発明の発光素子に含まれる再結合層は、好ましくは、下記式(1)の関係を有する。
μH>μE (1)
(式中、μHは正孔の移動度を表し、μEは電子の移動度を表す。)
The light emitting element of the present invention emits light by excitonic energy generated in the recombination layer being transferred to the semiconductor fine particles constituting the light emitting layer. As the energy transfer mechanism from the recombination layer to the semiconductor fine particles, Forster energy transfer (dipole-dipole interaction) and Dexter energy transfer (electron exchange interaction) can be considered. Since the ease of energy transfer is determined by a rate constant, it is necessary to increase the rate constant in order to cause energy transfer efficiently. In order to obtain a large rate constant, it is necessary to reduce the distance between the position where electrons and holes are recombined and the semiconductor fine particles. Specifically, how close this distance should be is 6 nm or less when considering the Forster energy transfer, and 2 nm or less when considering the Dexter energy transfer. Considering from such an energy transfer mechanism, the recombination layer included in the light emitting device of the present invention preferably has the relationship of the following formula (1).
μH> μE (1)
(In the formula, μH represents the mobility of holes, and μE represents the mobility of electrons.)
この関係が成立すれば、正孔は再結合層内を速やかに輸送されて、最高被占軌道(HOMO)エネルギーの深い半導体微粒子によってブロックされる。一方で、電子は再結合層内をゆっくりと進むために、再結合層内の発光層近傍で電子と正孔とが再結合する確率が高くなる。即ち、本発明の発光素子は、電子と正孔とが再結合する位置を半導体微粒子の近傍にすることができるため、半導体微粒子へのエネルギー移動を効率よく行うことができる。 If this relationship is established, holes are rapidly transported in the recombination layer and blocked by semiconductor fine particles having a deepest maximum occupied orbital (HOMO) energy. On the other hand, since electrons travel slowly in the recombination layer, the probability that electrons and holes recombine in the vicinity of the light emitting layer in the recombination layer is increased. That is, in the light emitting element of the present invention, the position where electrons and holes are recombined can be located in the vicinity of the semiconductor fine particles, so that energy transfer to the semiconductor fine particles can be performed efficiently.
また、上記式(1)の関係を実現するために、好ましくは、再結合層を構成するホストとゲストとの間に下記式(2)の関係を有する。
ELG−ELH≧0.15eV (2)
(式中、ELHはホスト材料の最低空軌道(LUMO)エネルギーの絶対値を表し、ELGはゲスト材料の最低空軌道(LUMO)エネルギーの絶対値を表す。)
Moreover, in order to implement | achieve the relationship of the said Formula (1), Preferably it has the relationship of following formula (2) between the host and guest which comprise a recombination layer.
ELG-ELH ≧ 0.15 eV (2)
(In the formula, ELH represents the absolute value of the lowest free orbital (LUMO) energy of the host material, and ELG represents the absolute value of the lowest free orbital (LUMO) energy of the guest material.)
この関係を有することにより、ゲストがホストの存在下で電子をトラップするものとして機能する。即ち、再結合層の電子移動度μEを低下させることができる。また、ゲストが電子トラップとして機能することから、ゲストはキャリアの再結合中心化合物となり、電子と正孔との再結合の確率が向上する。尚、上記式(2)において左辺が0.15eV未満の場合には、ゲストは十分に電子をトラップすることができない。 By having this relationship, the guest functions as a trap for electrons in the presence of the host. That is, the electron mobility μE of the recombination layer can be reduced. Since the guest functions as an electron trap, the guest becomes a carrier recombination center compound, and the probability of recombination of electrons and holes is improved. In the above formula (2), if the left side is less than 0.15 eV, the guest cannot sufficiently trap electrons.
また、再結合層を構成するホストとゲストとの間には、好ましくは、下記式(3)の関係を有する。
EHG−EHH>0eV (3)
(式中、EHHはホストの最高被占軌道(HOMO)エネルギーの絶対値を表し、EHGはゲストの最高被占軌道(HOMO)エネルギーの絶対値を表す。)
In addition, the relationship between the host and the guest constituting the recombination layer preferably has the relationship of the following formula (3).
EHG-EHH> 0 eV (3)
(In the formula, EHH represents the absolute value of the host's highest occupied orbital (HOMO) energy, and EHG represents the absolute value of the guest's highest occupied orbital (HOMO) energy.)
この関係を有することにより、ゲストがホストの存在下で正孔をトラップすることはない。即ち、再結合層において、再結合層の正孔移動度μHを損なうことがなく、上記式(1)の関係を実現することができる。 By having this relationship, the guest does not trap holes in the presence of the host. That is, in the recombination layer, the relationship of the above formula (1) can be realized without impairing the hole mobility μH of the recombination layer.
ところで半導体微粒子は、吸収スペクトルにおいてもバルクとは異なる顕著な特性を有している。具体的には、半導体微粒子は、短波長側にいくにつれて強い吸収を有する広範囲の吸収スペクトルを有している。本発明の発光素子においては、好ましくは、再結合層の発光スペクトルが、半導体微粒子の吸収スペクトルと重なり合う。両スペクトルが重なり合うことにより、フェルスターエネルギー移動やデクスターエネルギー移動の速度定数を大きくすることができる。即ち、再結合層から半導体微粒子へのエネルギー移動を効率よく行なうことができる。このため再結合層の発光スペクトルが、半導体微粒子の吸収スペクトルに完全に重なり合っていれば速度定数を最大にすることが可能である。しかし、完全に重なり合わなくても重なり合っている面積分だけ速度定数を大きくすることができる。速度定数が大きくなることで再結合層から半導体微粒子へのエネルギー移動をより効率よく行うことができる。 By the way, the semiconductor fine particles have remarkable characteristics different from the bulk in the absorption spectrum. Specifically, the semiconductor fine particles have a wide absorption spectrum having strong absorption toward the short wavelength side. In the light emitting device of the present invention, preferably, the emission spectrum of the recombination layer overlaps with the absorption spectrum of the semiconductor fine particles. By overlapping both spectra, the rate constant of Forster energy transfer and Dexter energy transfer can be increased. That is, energy transfer from the recombination layer to the semiconductor fine particles can be performed efficiently. Therefore, the rate constant can be maximized if the emission spectrum of the recombination layer completely overlaps the absorption spectrum of the semiconductor fine particles. However, the speed constant can be increased by the overlapping area even if they do not overlap completely. By increasing the rate constant, energy transfer from the recombination layer to the semiconductor fine particles can be performed more efficiently.
発光層を構成する半導体微粒子は、その平均粒径は0.1nm乃至50nmである。好ましくは、平均粒径は1nm乃至20nmである。半導体微粒子の粒径をボーア半径程度まで小さくしていくと、バルクの半導体では実現不可能な電気光学特性を引き出すことができる。ボーア半径程度まで小さくなった半導体微粒子においては、電子雲の3次元的な強い量子閉じ込めがおこり、バルクでは連続的に存在していたエネルギー準位が離散化される。これによって、非常にシャープな発光スペクトル(ガウシアン型)が半導体微粒子から放出されることとなる。その半値幅の限界は、熱分散や粒径分布によって決まることとなり、例えば、CdSe(カドミウムセレン)では5%の粒径分布で半値幅が30nm以下のシャープな発光スペクトルを有する。よって、本発明の発光素子においては、キャビティ構造等による色度調整を必要とせずに、高色純度の発光素子を実現することができる。 The semiconductor fine particles constituting the light emitting layer have an average particle size of 0.1 nm to 50 nm. Preferably, the average particle size is 1 nm to 20 nm. When the particle size of the semiconductor fine particles is reduced to about the Bohr radius, electro-optical characteristics that cannot be realized with a bulk semiconductor can be extracted. In the semiconductor fine particles reduced to about the Bohr radius, the three-dimensional strong quantum confinement of the electron cloud occurs, and the energy levels that existed continuously in the bulk are discretized. As a result, a very sharp emission spectrum (Gaussian type) is emitted from the semiconductor fine particles. The limit of the half-value width is determined by heat dispersion and particle size distribution. For example, CdSe (cadmium selenium) has a sharp emission spectrum with a particle size distribution of 5% and a half-value width of 30 nm or less. Therefore, in the light emitting element of the present invention, a high color purity light emitting element can be realized without the need for chromaticity adjustment by a cavity structure or the like.
さらに、離散化されたバンドギャップは半導体微粒子の粒径に反比例するため、発光スペクトルのピーク波長を半導体微粒子の粒径によって制御することが可能である。このため、発光層を構成する半導体微粒子の粒径を制御することにより、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を作製することができる。 Furthermore, since the discretized band gap is inversely proportional to the particle size of the semiconductor fine particles, the peak wavelength of the emission spectrum can be controlled by the particle size of the semiconductor fine particles. For this reason, a red light emitting element, a green light emitting element, a blue light emitting element, and a white light emitting element can be produced by controlling the particle diameter of the semiconductor fine particles constituting the light emitting layer.
半導体微粒子の材料は特に限定されるものではないが、炭素、ケイ素、炭化ケイ素(SiC)やII−VI族化合物半導体(ZnO、ZnS、ZnSe、CdO、CdS、CdSe等)、III−V族化合物半導体(GaN、GaP、GaAs、InN、InP、InAs等)等が挙げられる。 The material of the semiconductor fine particle is not particularly limited, but carbon, silicon, silicon carbide (SiC), II-VI group compound semiconductor (ZnO, ZnS, ZnSe, CdO, CdS, CdSe, etc.), III-V group compound Examples thereof include semiconductors (GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, etc.).
また、半導体微粒子は、好ましくは、その構造がコア/シェル型である。半導体微粒子において、発光に寄与しないエネルギー損失は、主に、微粒子表面と他の微粒子表面との界面で発生することが知られている。ここで半導体微粒子のコア材料に、当該コア材料よりも広いバンドギャップを有するシェル材料で覆うことで、波動関数を半導体微粒子の内部に局在化させるとともに、表面準位や格子欠陥準位等によって生じるエネルギー損失を抑制することができる。コア/シェル構造の半導体微粒子として、例えば、カドミウムセレン/硫化亜鉛(CdSe/ZnS)やカドミウムセレン/硫化カドミウム(CdSe/CdS)等が挙げられる。 The semiconductor fine particles preferably have a core / shell structure. In semiconductor fine particles, it is known that energy loss that does not contribute to light emission mainly occurs at the interface between the fine particle surface and the other fine particle surface. Here, by covering the core material of the semiconductor fine particles with a shell material having a wider band gap than the core material, the wave function is localized inside the semiconductor fine particles, and depending on the surface level, lattice defect level, etc. The energy loss which arises can be suppressed. Examples of the semiconductor fine particles having a core / shell structure include cadmium selenium / zinc sulfide (CdSe / ZnS) and cadmium selenium / cadmium sulfide (CdSe / CdS).
また、必要に応じて半導体微粒子の表面を有機化合物の配位子で修飾することができる。表面修飾を施すことで、溶媒への溶解性や発光層内での分散性、キャリア注入性等の機能を付与することができる。例えば、トルエンやクロロホルムへ溶解性を向上させるために、半導体微粒子(CdSe/ZnS等)の表面を特定の配位子によって表面修飾することができる。配位子の具体例として、TOPO(trioctylphosphine oxide)やTOP(trioctylphosphine)等が挙げられる。 If necessary, the surface of the semiconductor fine particles can be modified with an organic compound ligand. By performing the surface modification, functions such as solubility in a solvent, dispersibility in the light emitting layer, and carrier injection property can be imparted. For example, in order to improve the solubility in toluene or chloroform, the surface of the semiconductor fine particles (CdSe / ZnS or the like) can be surface-modified with a specific ligand. Specific examples of the ligand include TOPO (trioctylphosphine oxide) and TOP (trioctylphosphine).
本発明の発光素子に含まれる発光層は、好ましくは、半導体微粒子が単層又は複層で最密充填されることで構成される。半導体微粒子が存在しない領域は半導体微粒子からの発光に寄与しないため、半導体微粒子を面内でなるべく最密充填し半導体微粒子が存在しない領域を減らすことで、素子の発光効率を向上させることができる。また、半導体微粒子間の間隙に形成される材料は特に限定されるものではないが、再結合層から半導体微粒子へのエネルギー移動を考慮すると、半導体微粒子間の間隙には、再結合層の材料が充填されていることが好ましい。 The light emitting layer included in the light emitting device of the present invention is preferably constituted by closest packing of semiconductor fine particles with a single layer or multiple layers. Since the region where the semiconductor fine particles are not present does not contribute to light emission from the semiconductor fine particles, the luminous efficiency of the device can be improved by reducing the region where the semiconductor fine particles are filled as close as possible in the surface and the semiconductor fine particles are not present. In addition, the material formed in the gap between the semiconductor fine particles is not particularly limited, but considering the energy transfer from the recombination layer to the semiconductor fine particles, the material of the recombination layer is formed in the gap between the semiconductor fine particles. It is preferable that it is filled.
次に、本発明の発光素子を構成する他の部材についてそれぞれ説明する。 Next, other members constituting the light emitting device of the present invention will be described.
陽極及び陰極は、透明性電極、反射性電極、半透明性電極のいずれであってもよい。陽極及び陰極を構成する材料は、特に限定されるものではなく、ITOやIZO等の酸化物導電膜や、金、白金、銀やアルミニウム、マグネシウム等の金属単体やこれらを組み合わせた合金等が挙げられる。また、陽極及び陰極は、単一の層で構成されてもよいし、図3で示される発光素子のように複数の層で構成されていてもよい。 The anode and the cathode may be any of a transparent electrode, a reflective electrode, and a translucent electrode. The material constituting the anode and the cathode is not particularly limited, and examples thereof include oxide conductive films such as ITO and IZO, simple metals such as gold, platinum, silver, aluminum, and magnesium, and alloys that combine these. It is done. Further, the anode and the cathode may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers like the light emitting element shown in FIG.
正孔輸送層は、陽極から正孔を取り込み、正孔を再結合層や発光層へ輸送する役割を担う層である。正孔輸送層を構成する正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリ(チオフェン)、その他導電性高分子が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層との間に、銅フタロシアニンや酸化バナジウム等で構成される正孔注入層を設けてもよい。さらに、必要に応じて正孔輸送層と再結合層との間に、最低空軌道(LUMO)エネルギーの絶対値が小さい電子ブロック層を形成してもよい。 The hole transport layer is a layer that plays a role of taking holes from the anode and transporting the holes to the recombination layer and the light emitting layer. Examples of the low-molecular and high-molecular materials having hole injection / transport performance that constitute the hole transport layer include triphenyldiamine derivatives, oxadiazole derivatives, polyphyllyl derivatives, stilbene derivatives, poly (vinylcarbazole), poly (thiophene), In addition, although a conductive polymer is mentioned, it is not limited to these. Moreover, you may provide the positive hole injection layer comprised with a copper phthalocyanine, vanadium oxide, etc. between an anode and a positive hole transport layer as needed. Further, if necessary, an electron blocking layer having a small absolute value of the lowest unoccupied orbital (LUMO) energy may be formed between the hole transport layer and the recombination layer.
電子輸送層は、陰極から電子を取り込み、電子を発光層や再結合層へ輸送する役割を担う層である。電子輸送層を構成する電子輸送性材料としては、フェナントロリン誘導体、ジアザフルオレン誘導体、キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、有機金属錯体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、必要に応じて発光層と電子輸送層との間に、最高被占軌道(HOMO)エネルギーの絶対値の大きい正孔ブロック層を形成してもよい。 The electron transport layer is a layer that plays a role of taking electrons from the cathode and transporting the electrons to the light emitting layer and the recombination layer. Examples of the electron transporting material constituting the electron transport layer include, but are not limited to, phenanthroline derivatives, diazafluorene derivatives, quinoline derivatives, oxadiazole derivatives, triazole derivatives, organometallic complexes, and the like. Moreover, you may form a positive hole block layer with a large absolute value of highest occupied orbital (HOMO) energy between a light emitting layer and an electron carrying layer as needed.
電子注入層の構成材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属あるいはその化合物、又は前述した電子輸送材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属あるいはその化合物をドープした混合物を用いることができる。例えば、フッ化リチウム(LiF)、フッ化カリウム(KF)、電子輸送材料に炭酸セシウムを数wt%乃至数十wt%ドープした混合物等を挙げることができる。 As a constituent material of the electron injection layer, an alkali metal, an alkaline earth metal or a compound thereof, or a mixture obtained by doping the above-described electron transport material with an alkali metal, an alkaline earth metal or a compound thereof can be used. Examples thereof include lithium fluoride (LiF), potassium fluoride (KF), and a mixture in which an electron transport material is doped with several wt% to several tens wt% of cesium carbonate.
複数種類の半導体微粒子を含有した発光層の形成方法としては、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、印刷法等のウエットプロセスを用いることができる。例えば、正孔輸送材料と半導体微粒子のクロロホルム溶液をスピンコートすると、正孔輸送材料からなる膜表面に半導体微粒子が析出して、半導体微粒子からなる層を自己集積的に形成できることが知られている。ここでいう正孔輸送材料として、例えば、TPD(4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]−ビフェニルが挙げられる。 As a method for forming a light emitting layer containing a plurality of types of semiconductor fine particles, a wet process such as a spin coating method, a spray method, an ink jet method, or a printing method can be used. For example, it is known that when a chloroform solution of a hole transport material and semiconductor fine particles is spin-coated, the semiconductor fine particles are deposited on the surface of the film made of the hole transport material, and a layer made of the semiconductor fine particles can be formed in a self-integrating manner. . Examples of the hole transporting material here include TPD (4,4'-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] -biphenyl.
次に、本発明の発光素子アレイについて説明する。本発明の発光素子アレイは、少なくとも2色以上の異なる発光色を呈する本発明の発光素子が配列されていることを特徴とする。以下、図面を参照ながら本発明の発光素子アレイについて説明する。 Next, the light emitting element array of the present invention will be described. The light emitting element array of the present invention is characterized in that the light emitting elements of the present invention exhibiting at least two different luminescent colors are arranged. The light-emitting element array of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4は、本発明の発光素子アレイの一実施形態を示す断面図である。図4の発光素子アレイ30は、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子を並列に配列させたものである。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of the light-emitting element array of the present invention. The light emitting
図4の発光素子アレイ30において、赤色発光素子として、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、再結合層4、赤色発光層6R、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が順次設けられている。
In the light emitting
図4の発光素子アレイ30において、緑色発光素子として、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、再結合層4、緑色発光層6G、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が順次設けられている。
In the light emitting
図4の発光素子アレイ30において、青色発光素子として、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、再結合層4、青色発光層6B、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が順次設けられている。
In the light emitting
尚、本発明の発光素子アレイは図4に示す実施形態に限定されることはなく、必要に応じて、電子ブロック層や正孔ブロック層を形成してもよく、また、再結合層を各色発光素子で塗り分ける等の構成も可能である。また、図4の発光素子アレイにおいて発光層は単一の大きさの微粒子が単一の層として形成されているが、これに限定されることなく、発光層が複数の層で形成されていてもよいし、一つの層に粒径が異なる2種類以上の半導体微粒子が分散されていてもよい。 The light-emitting element array of the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 4, and an electron blocking layer or a hole blocking layer may be formed as necessary. It is also possible to configure such that the light emitting element is applied separately. Further, in the light emitting element array of FIG. 4, the light emitting layer is formed of fine particles of a single size as a single layer, but the present invention is not limited to this, and the light emitting layer is formed of a plurality of layers. Alternatively, two or more kinds of semiconductor fine particles having different particle diameters may be dispersed in one layer.
各発光層6R,6G,6Bを構成する半導体微粒子は、上述したように粒径によって発光スペクトルを制御できる。このため、所望の色に対応する半導体微粒子をその粒径により適宜選択できる。例えば、赤色発光素子には粒径5.3nmの半導体微粒子(ピーク波長625nm)を使用する。緑色発光素子には粒径2.5nmの半導体微粒子(ピーク波長545nm)を使用する。青色発光素子には粒径1.8nmの半導体微粒子(ピーク波長480nm)を使用する。
As described above, the emission spectrum of the semiconductor fine particles constituting each light emitting
本発明の発光素子アレイは、図4に示すように、全ての発光素子に共通する再結合層4が設けられている。一方、各発光素子中の発光層6R、6G、6Bにそれぞれ含まれる半導体微粒子は、上述したように、短波長側に広範囲の吸収スペクトルを有しているという特徴がある。そこで、発光層6R、6G、6Bにそれぞれ含まれる半導体微粒子の吸収スペクトルのいずれにも重なる発光スペクトルを有する材料を再結合層4の材料として選択するのが好ましい。こうすることで、再結合層で生成された励起エネルギーが半導体微粒子に効率よくエネルギー移動されることになる。しかし、再結合層の発光スペクトルと半導体微粒子の吸収スペクトルとが完全に重なり合わなくても、重なり合っている面積分だけ速度定数を大きくすることができる。速度定数が大きくなることで再結合層から半導体微粒子へのエネルギー移動をより効率よく行うことができる。
As shown in FIG. 4, the light emitting element array of the present invention is provided with a recombination layer 4 common to all the light emitting elements. On the other hand, as described above, the semiconductor fine particles contained in the
また、赤色発光層6R、緑色発光層6G、青色発光層6Bの塗り分けプロセスには印刷法等を用いることができる。例えば、凹部ができた型の上に、それぞれの粒径の半導体微粒子を塗布して、それぞれの発光層6R,6G,6Bに対応する位置にこの型を再結合層上に押し当てることで、半導体微粒子の膜を再結合層上に転写することができる。
In addition, a printing method or the like can be used for the separate process of the red light emitting layer 6R, the green
以下、実施例に従って本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<実施例1>
図1に示すボトムエミッション型の発光素子を以下に示す方法で作製した。
<Example 1>
The bottom emission type light emitting element shown in FIG. 1 was manufactured by the method shown below.
ガラス基板(基板1)上に、陽極2として酸化錫インジウム(ITO)を、スパッタリング法にて膜厚120nmで製膜した。これをアセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄した後、IPAで煮沸洗浄してから乾燥した。さらに、この基板の表面をUV/オゾンで洗浄した。
On a glass substrate (substrate 1), indium tin oxide (ITO) was formed as an
次に、上記の方法で処理を行った基板上に、下記式[1]で示されるN,N’−α−ジナフチルベンジジン(α−NPD)を、加熱蒸着法で成膜して、膜厚40nmの正孔輸送層3を形成した。
Next, N, N′-α-dinaphthylbenzidine (α-NPD) represented by the following formula [1] is formed on the substrate processed by the above method by a thermal evaporation method, A
次に、ホストである下記式[2]で示される化合物とゲストである下記式[3]で示される化合物とを、重量濃度比で90:10となるように共蒸着して、膜厚15nmの再結合層4を形成した。 Next, a compound represented by the following formula [2] as a host and a compound represented by the following formula [3] as a guest were co-deposited so that the weight concentration ratio was 90:10, and the film thickness was 15 nm. The recombination layer 4 was formed.
次に、印刷法により、粒径5.3nmのCdSe/ZnS半導体微粒子から構成される発光層5を形成した。具体的には、窒素雰囲気にしたグローブボックス中において、発光部に対応する位置に凹部を設けた型の上に半導体微粒子を塗布して、この型を再結合層4上に押し当てることで、半導体微粒子の膜を再結合層4上に転写した。ここで、形成された膜を別途、原子間力顕微鏡(AFM)により観測すると、平均膜厚10nmの半導体微粒子の薄膜が単層又は二層の状態で形成されているのが観測された。
Next, the
次に、下記式[4]で示されるトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)を加熱蒸着法で成膜して、膜厚30nmの電子輸送層3を形成した。
Next, a film of tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq 3 ) represented by the following formula [4] was formed by a heating vapor deposition method to form an
次に、フッ化リチウム(LiF)を加熱蒸着法で成膜して、膜厚0.5nmの電子注入層8を形成した。
Next, lithium fluoride (LiF) was formed into a film by a heating vapor deposition method to form an
次に、アルミニウムを加熱蒸着法で成膜して、膜厚150nmの反射性陰極(陰極9)を形成した。陰極9まで形成した後、窒素雰囲気にしたグローブボックス中で、乾燥剤を入れたガラスキャップにより素子を封止した。以上の方法により発光素子を得た。
Next, aluminum was formed into a film by a heating vapor deposition method to form a reflective cathode (cathode 9) having a thickness of 150 nm. After forming up to the
得られた発光素子を通電すると、CdSe/ZnS半導体微粒子からの発光スペクトル(ピーク波長625nm)が観測され、発光効率がよく安定した表示特性を示す素子であることが確認された。 When the obtained light-emitting element was energized, an emission spectrum (peak wavelength: 625 nm) from the CdSe / ZnS semiconductor fine particles was observed, and it was confirmed that the element had a good display efficiency and stable display characteristics.
また、以下に示す方法で再結合層4に含まれるホスト並びにゲストの最高被占軌道(HOMO)エネルギー及び最低空軌道(LUMO)エネルギーを評価した。 Further, the highest occupied orbital (HOMO) energy and the lowest unoccupied orbital (LUMO) energy of the host and guest included in the recombination layer 4 were evaluated by the following method.
[HOMOエネルギー]
ガラス基板上に再結合層4を構成するホスト[2]とゲスト[3]について、それぞれ薄膜を作製し、この薄膜について大気下光電子分光装置(装置名:AC−1)で測定することでHOMOエネルギーを評価した。
[HOMO energy]
A thin film was prepared for each of the host [2] and the guest [3] constituting the recombination layer 4 on a glass substrate, and this thin film was measured with an atmospheric photoelectron spectrometer (device name: AC-1) to thereby produce a HOMO. Energy was evaluated.
[LUMOエネルギー]
紫外−可視光吸収スペクトル測定(装置名:U−3010)から、エネルギーギャップと共にLUMOエネルギーを算出した。
[LUMO energy]
From the ultraviolet-visible light absorption spectrum measurement (device name: U-3010), the LUMO energy was calculated together with the energy gap.
この結果、ホストのHOMOエネルギーの絶対値(EHH)は5.61eVであり、LUMOエネルギーの絶対値(ELH)は2.64eVであった。一方、ゲストのHOMOエネルギーの絶対値(EHG)は5.85eVであり、LUMOエネルギーの絶対値(ELG)は3.06eVであった。この結果から、電子輸送に関わる最低空軌道(LUMO)が、ELG−ELH≧0.15eVの関係を有することとなり、ゲスト分子がホスト中で電子トラップとして機能することがわかった。また、正孔輸送に関わる最高被占軌道(HOMO)が、EHG−EHH>0の関係を有することにより、ゲスト分子がホスト中で正孔トラップとしては機能しないことがわかった。 As a result, the absolute value (EHH) of the HOMO energy of the host was 5.61 eV, and the absolute value (ELH) of the LUMO energy was 2.64 eV. On the other hand, the absolute value (EHG) of the HOMO energy of the guest was 5.85 eV, and the absolute value (ELG) of the LUMO energy was 3.06 eV. From this result, it was found that the lowest unoccupied orbit (LUMO) related to electron transport has a relationship of ELG-ELH ≧ 0.15 eV, and the guest molecule functions as an electron trap in the host. It was also found that the guest molecule does not function as a hole trap in the host because the highest occupied orbital (HOMO) related to hole transport has a relationship of EHG-EHH> 0.
さらに、再結合層のキャリア移動度を測定するために、移動度測定用素子を作製し評価した。ここで、移動度測定用素子は、具体的には以下の工程で作製した。
(1)まずITO付ガラス基板上に、ホスト[2]とゲスト[3]とを濃度重量比で90:10となるように共蒸着し、膜厚2μmの薄膜を形成した。
(2)続いて、加熱蒸着法で膜厚150nmのアルミニウム膜を成膜した。
Furthermore, in order to measure the carrier mobility of the recombination layer, a mobility measuring element was fabricated and evaluated. Here, the mobility measuring element was specifically manufactured by the following steps.
(1) First, a host [2] and a guest [3] were co-deposited on a glass substrate with ITO so as to have a concentration weight ratio of 90:10 to form a thin film having a thickness of 2 μm.
(2) Subsequently, an aluminum film having a thickness of 150 nm was formed by a heating vapor deposition method.
この移動度測定用素子をタイムオブフライト(TOF−301,(株)トプテル社製)を用いてキャリア移動度を測定した。その結果、4×105V/cmの電界強度において、電子移動度(μE)は2×10−6Vcm2/Vsであり、正孔移動度(μH)は1×10−4Vcm2/Vsであった。よって、再結合層におけるキャリア移動度は、正孔移動度が電子移動度よりも大きい(即ち、μH>μEの関係を有する)ことがわかった。 Carrier mobility was measured for this mobility measuring element using time of flight (TOF-301, manufactured by Toptel Co., Ltd.). As a result, at an electric field strength of 4 × 10 5 V / cm, the electron mobility (μE) is 2 × 10 −6 Vcm 2 / Vs, and the hole mobility (μH) is 1 × 10 −4 Vcm 2 / V. Vs. Therefore, it was found that the carrier mobility in the recombination layer is higher than the electron mobility (that is, a relationship of μH> μE).
また、再結合層の発光スペクトルを測定するために、ガラス基板上に、ホスト[2]とゲスト[3]とを濃度重量比で90:10となるように共蒸着し、薄膜を形成した。この薄膜について発光スペクトルを測定した。一方、半導体微粒子の吸収スペクトルを測定するために、粒径5.3nmのCdSe/ZnS半導体微粒子の薄膜を印刷法で作製した。この薄膜について吸収スペクトルを測定した。図5は、本実施例における再結合層に相当する薄膜の発光スペクトル及び発光層に相当する薄膜の吸収スペクトルをそれぞれ示す図である。この図5において、LRは再結合層に相当する薄膜の発光スペクトルを表し、ARは発光層に相当する薄膜の吸収スペクトルを示す。図5より、再結合層のLRは460nm近辺にピークをもち、発光層を構成する粒径5.3nmのCdSe/ZnS半導体微粒子のARは短波長側に広範囲の吸収スペクトルを持つことが示された。また図5より、LAが、ARと重なり合っているのが示された。 Further, in order to measure the emission spectrum of the recombination layer, a host [2] and a guest [3] were co-evaporated on the glass substrate so as to have a concentration weight ratio of 90:10 to form a thin film. The emission spectrum of this thin film was measured. On the other hand, in order to measure the absorption spectrum of the semiconductor fine particles, a thin film of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle diameter of 5.3 nm was prepared by a printing method. The absorption spectrum of this thin film was measured. FIG. 5 is a diagram showing an emission spectrum of a thin film corresponding to the recombination layer and an absorption spectrum of the thin film corresponding to the light emitting layer in this example. In FIG. 5, LR represents an emission spectrum of a thin film corresponding to the recombination layer, and AR represents an absorption spectrum of the thin film corresponding to the light emitting layer. FIG. 5 shows that the LR of the recombination layer has a peak in the vicinity of 460 nm, and the AR of the CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle size of 5.3 nm constituting the light emitting layer has a wide absorption spectrum on the short wavelength side. It was. FIG. 5 shows that LA overlaps AR.
<比較例1>
実施例1において、再結合層4を形成する工程を省略した以外は、実施例1と同様の方法により発光素子を作製した。つまり、図7に示すように、半導体微粒子で構成される発光層が、正孔輸送層と電子輸送層との間に挟まれた構成となる。
<Comparative Example 1>
In Example 1, a light emitting device was manufactured by the same method as Example 1 except that the step of forming the recombination layer 4 was omitted. That is, as shown in FIG. 7, the light emitting layer composed of semiconductor fine particles is sandwiched between the hole transport layer and the electron transport layer.
得られて発光素子を通電すると、粒径5.3nmのCdSe/ZnS半導体微粒子からの発光スペクトル(ピーク波長625nm)以外にも、正孔輸送層又は電子輸送層に由来するスペクトルが観測された。また、長時間の発光試験においても実施例1の発光素子に比べて発光強度の劣化が激しいことが確認された。 When the obtained light emitting element was energized, a spectrum derived from the hole transport layer or the electron transport layer was observed in addition to the emission spectrum (peak wavelength: 625 nm) from the CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle size of 5.3 nm. Further, it was confirmed that the light emission intensity was greatly deteriorated in the light emission test for a long time as compared with the light emitting device of Example 1.
<実施例2>
図6に示すトップエミッション型の白色発光素子を以下に示す方法で作製した。
<Example 2>
The top emission type white light emitting element shown in FIG. 6 was manufactured by the method shown below.
ガラス基板(基板1)上に、銀合金(AgAuSn)を、スパッタリング法にて製膜し、膜厚100nmの反射性陽極21を形成した。次に、IZOをスパッタリング法にて製膜し、膜厚20nmの透明性陽極22を形成した。次に、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄した後、IPAで煮沸洗浄してから乾燥した。さらに、この基板の表面をUV/オゾンで洗浄した。
A silver alloy (AgAuSn) was formed on a glass substrate (substrate 1) by a sputtering method to form a
次に、上記の方法で処理した基板上に、下記式[5]で示される正孔輸送材料を加熱蒸着法にて成膜して、膜厚60nmの正孔輸送層3を形成した。
Next, a hole transporting material represented by the following formula [5] was formed on the substrate treated by the above method by a heating vapor deposition method to form a
次に、正孔輸送層3上に、下記式[6]で示される正孔輸送(電子ブロック)材料を加熱蒸着法にて成膜して、膜厚10nmの電子ブロック層10を形成した。
Next, a hole transport (electron block) material represented by the following formula [6] was formed on the
次に、ホストである下記式[2]で示される化合物とゲストである下記式[3]で示される化合物とを重量濃度比が90:10となるように共蒸着して、膜厚10nmの再結合層4を形成した。 Next, the compound represented by the following formula [2] as the host and the compound represented by the following formula [3] as the guest were co-evaporated so that the weight concentration ratio was 90:10, and the film thickness was 10 nm. A recombination layer 4 was formed.
次に、印刷法により、粒径がそれぞれ5.3nm、2.5nm、1.8nmである3種類のCdSe/ZnS半導体微粒子が分散された発光層を形成した。具体的には、窒素雰囲気にしたグローブボックス中において、発光部に対応する位置に凹部ができた型の上に、上記3種類の半導体微粒子を混合した溶液を塗布して、この型を再結合層4上に押し当てることにより半導体微粒子の膜を再結合層4上に転写した。ここで、形成された膜について、別途原子間力顕微鏡(AFM)により観測すると、平均膜厚10nmの上記3種類の半導体微粒子が分散された膜が形成されているのが観測された。 Next, a light emitting layer in which three types of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having particle sizes of 5.3 nm, 2.5 nm, and 1.8 nm were dispersed was formed by a printing method. Specifically, in a glove box in a nitrogen atmosphere, a solution in which the above three types of semiconductor fine particles are mixed is applied onto a mold having a recess at a position corresponding to the light emitting section, and the mold is recombined. The film of semiconductor fine particles was transferred onto the recombination layer 4 by being pressed onto the layer 4. Here, when the formed film was separately observed with an atomic force microscope (AFM), it was observed that a film in which the above three types of semiconductor fine particles having an average film thickness of 10 nm were dispersed was formed.
次に、下記式[4]で示される電子輸送材料Alq3を成膜して、膜厚20nmの電子輸送層7を形成した。
Next, an electron transport material Alq 3 represented by the following formula [4] was deposited to form an
次に、ホストである電子輸送材料のAlq3とアルカリ金属化合物のドーパントである炭酸セシウムを、層中のセシウム濃度が8.3重量%となるように共蒸着して、膜厚20nmの電子注入層8を形成した。
Next, Alq 3 as an electron transport material as a host and cesium carbonate as a dopant of an alkali metal compound are co-evaporated so that the cesium concentration in the layer is 8.3% by weight, and electron injection with a film thickness of 20 nm is performed.
次に、IZOをスパッタリング法にて成膜して膜厚60nmの透明性陰極(陰極9)を形成した。陰極9まで形成した後、窒素雰囲気にしたグローブボックス中において、乾燥剤を入れたガラスキャップにより素子を封止した。以上により発光素子を作製した。
Next, IZO was deposited by sputtering to form a transparent cathode (cathode 9) having a thickness of 60 nm. After forming up to the
得られた発光素子を通電すると、白色光(白色の発光スペクトル)が観測された。また、本実施例の発光素子は発光効率がよく、安定した表示特性を示すことがわかった。ここで白色光とは、具体的には、各粒径のCdSe/ZnS半導体微粒子から発する光を全て合成することで得られる光をいう。ここで、使用した半導体微粒子の粒径と発光ピーク波長との関係は以下の表2の通りである。 When the obtained light-emitting element was energized, white light (white emission spectrum) was observed. In addition, it was found that the light-emitting element of this example had high luminous efficiency and stable display characteristics. Here, the white light specifically refers to light obtained by synthesizing all the light emitted from the CdSe / ZnS semiconductor fine particles having the respective particle sizes. Here, the relationship between the particle diameter of the used semiconductor fine particles and the emission peak wavelength is as shown in Table 2 below.
また、各粒径の半導体微粒子の吸収スペクトルを測定するために、ガラス基板上に、粒径がそれぞれ5.3nm、2.5nm、1.8nmであるCdSe/ZnS半導体微粒子の薄膜をそれぞれ作製した。作製した半導体微粒子膜のそれぞれについて吸収スペクトルを測定した。結果を図6に示す。図6は、本実施例における再結合層に相当する薄膜の発光スペクトル及び発光層に相当する薄膜の吸収スペクトルをそれぞれ示す図である。この図6において、LRは再結合層に相当する薄膜の発光スペクトルを表す。ARは、粒径が5.3nmであるCdSe/ZnS半導体微粒子の吸収スペクトルを表す。AGは、粒径が2.5nmであるCdSe/ZnS半導体微粒子の吸収スペクトルを表す。ABは、粒径が1.8nmであるCdSe/ZnS半導体微粒子の吸収スペクトルを表す。図6に示すように、再結合層の発光スペクトルLRは460nm近辺にピークを有する。一方、各粒径のCdSe/ZnS半導体微粒子の吸収スペクトルAR,AG,ABはそれぞれ短波長側に広範囲の吸収スペクトルを有している。このため再結合層の発光スペクトルLAが、半導体微粒子の吸収スペクトルAR,AG,ABと重なり合っていることがわかった。 Moreover, in order to measure the absorption spectrum of the semiconductor fine particles of each particle size, thin films of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having particle sizes of 5.3 nm, 2.5 nm, and 1.8 nm, respectively, were formed on the glass substrate. . An absorption spectrum was measured for each of the produced semiconductor fine particle films. The results are shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing an emission spectrum of a thin film corresponding to the recombination layer and an absorption spectrum of a thin film corresponding to the light emitting layer in this example. In FIG. 6, LR represents an emission spectrum of a thin film corresponding to the recombination layer. AR represents an absorption spectrum of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle diameter of 5.3 nm. AG represents an absorption spectrum of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle diameter of 2.5 nm. AB represents an absorption spectrum of CdSe / ZnS semiconductor fine particles having a particle diameter of 1.8 nm. As shown in FIG. 6, the emission spectrum LR of the recombination layer has a peak around 460 nm. On the other hand, the absorption spectra AR, AG, AB of the CdSe / ZnS semiconductor fine particles having various particle diameters have a wide range of absorption spectra on the short wavelength side. For this reason, it was found that the emission spectrum LA of the recombination layer overlaps with the absorption spectra AR, AG, AB of the semiconductor fine particles.
<比較例2>
実施例2において、再結合層4を形成する工程を省略した以外は、実施例2と同様の方法で発光素子を作製した。つまり、半導体微粒子からなる発光層6が、電子ブロック層10と電子輸送層7で挟まれている構成となる。
<Comparative example 2>
In Example 2, a light emitting device was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the step of forming the recombination layer 4 was omitted. That is, the
得られた発光素子を通電すると、各粒径(5.3nm、2.5nm、1.8nm)のCdSe/ZnS半導体微粒子から発せられる光の発光スペクトル以外にも、電子輸送層7に由来する発光スペクトルが観測された。また、長時間の発光試験においても実施例2の発光素子と比べて発光強度の劣化が激しいことが確認された。
When the obtained light-emitting element is energized, the light emission derived from the
本発明の有機無機ハイブリッド発光素子は、テレビ、携帯情報端末、携帯電話、デジタルカメラ・デジタルビデオカメラのモニター、照明等に利用される可能性がある。 The organic / inorganic hybrid light-emitting device of the present invention may be used for televisions, personal digital assistants, mobile phones, monitors for digital cameras and digital video cameras, lighting, and the like.
1 基板
2 陽極
3 正孔輸送層
4 再結合層
5 半導体微粒子
6 発光層
6R 赤色発光層
6G 緑色発光層
6B 青色発光層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
10 電子ブロック層
11,12,13 発光素子
21 反射性陽極
22 透明性陽極
30 発光素子アレイ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該陽極と該陰極との間に、少なくとも正孔輸送層と、再結合層と、発光層と、電子輸送層と、がこの順に含まれており、
該発光層が半導体微粒子で構成され、該再結合層で発生した励起子エネルギーが該半導体微粒子にエネルギー移動することにより、発光することを特徴とする、発光素子。 An anode and a cathode;
Between the anode and the cathode, at least a hole transport layer, a recombination layer, a light emitting layer, and an electron transport layer are included in this order,
A light-emitting element, wherein the light-emitting layer is composed of semiconductor fine particles, and excitonic energy generated in the recombination layer emits light by transferring energy to the semiconductor fine particles.
μH>μE (1)
(式中、μHは正孔の移動度を表し、μEは電子の移動度を表す。) The light-emitting element according to claim 1, wherein the recombination layer has a relationship represented by the following formula (1).
μH> μE (1)
(In the formula, μH represents the mobility of holes, and μE represents the mobility of electrons.)
ELG−ELH≧0.15eV (2)
(式中、ELHは、ホストの最低空軌道(LUMO)エネルギーの絶対値を表し、ELGがゲストの最低空軌道(LUMO)エネルギーの絶対値を表す。) The light emitting device according to claim 2, wherein the host and the guest have a relationship represented by the following formula (2).
ELG-ELH ≧ 0.15 eV (2)
(In the formula, ELH represents the absolute value of the lowest empty orbit (LUMO) energy of the host, and ELG represents the absolute value of the lowest empty orbit (LUMO) energy of the guest.)
EHG−EHH>0eV (3)
(式中、EHHはホストの最高被占軌道(HOMO)エネルギーの絶対値を表し、EHGはゲストの最高被占軌道(HOMO)エネルギーの絶対値を表す。) Furthermore, the said host and the said guest have the relationship of following formula (3), The light emitting element of Claim 2 or 4 characterized by the above-mentioned.
EHG-EHH> 0 eV (3)
(In the formula, EHH represents the absolute value of the host's highest occupied orbital (HOMO) energy, and EHG represents the absolute value of the guest's highest occupied orbital (HOMO) energy.)
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