WO2012161179A1

WO2012161179A1 - Light-emitting device

Info

Publication number: WO2012161179A1
Application number: PCT/JP2012/063019
Authority: WO
Inventors: 晴哉宮田
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-11-29

Abstract

A positive hole transport layer (3) and electron transport layer (5) are respectively formed by second and third quantum dots (3a, 5a) made of inorganic material different from first quantum dots (4a) that form a light-emitting layer (4). The energy levels of the positive hole transport layer (3) and electron transport layer (5) are adjusted by the second and third quantum dots (3a, 5a), so that the transport barrier for positive holes and electrons transported from the positive hole transport layer (3) and electron transport layer (5) to the light-emitting layer (4) is small and the transport barrier for positive holes and electrons transported from the light-emitting layer (4) to the electron transport layer (5) and the positive hole transport layer (3) is large. In this way, a light-emitting device can be realised in which the efficiency of injection and the efficiency of confinement of carriers into the quantum dots is improved, thereby making it possible to obtain excellent light-emission efficiency.

Description

発光デバイスLight emitting device

　本発明は発光デバイスに関し、より詳しくは発光層が量子ドットで形成された発光デバイスに関する。 The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device having a light emitting layer formed of quantum dots.

　粒径が１０ｎｍ以下のナノ粒子である量子ドットは、キャリア（電子、正孔）の閉じ込め性に優れていることから、電子－正孔の再結合により励起子を容易に生成することができる。このため自由励起子からの発光が期待でき、発光効率が高く、半値幅の狭い鋭い発光を実現することが可能である。また、量子ドットは、量子サイズ効果を利用した広い波長範囲での制御が可能であることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ等の発光デバイスへの応用が注目されている。 Quantum dots, which are nanoparticles with a particle size of 10 nm or less, have excellent carrier (electron, hole) confinement properties, and can easily generate excitons by electron-hole recombination. Therefore, light emission from free excitons can be expected, and it is possible to realize sharp light emission with high emission efficiency and a narrow half-value width. Further, since quantum dots can be controlled in a wide wavelength range using the quantum size effect, their application to light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers has attracted attention.

　例えば、非特許文献１には、量子ドット層の熱処理による多層量子ドット発光ダイオードの改善された特性が報告がされている。 For example, Non-Patent Document 1 reports improved characteristics of multilayer quantum dot light-emitting diodes by heat treatment of quantum dot layers.

　非特許文献１の発光ダイオードは、図９に示すように、ＩＴＯからなる陽極１０１の表面に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））からなる正孔注入層１０２が形成されると共に、該正孔注入層１０２の表面にＢｉＶＢ－ＭｅＴＰＤ（ビニルベンジルエーテル－メチルテトラビフェニルジアミン）からなる正孔輸送層１０３が形成されている。また、コア部がＣｄＳｅで形成されシェル部がＣｄＳで形成されたコア－シェル構造の量子ドット１０４ａからなる発光層１０４が前記正孔輸送層１０３の表面に形成されている。さらに、発光層１０４の表面にはＴＰＢＩ（１，３，５－トリス（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾール－２－イル）ベンゼン）からなる電子輸送層１０５が形成され、該電子輸送層１０５の表面には陰極１０６が形成されている。 As shown in FIG. 9, the light emitting diode of Non-Patent Document 1 is a positive electrode made of PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonic acid)) on the surface of the anode 101 made of ITO. A hole injection layer 102 is formed, and a hole transport layer 103 made of BiVB-MeTPD (vinylbenzyl ether-methyltetrabiphenyldiamine) is formed on the surface of the hole injection layer 102. Further, a light emitting layer 104 composed of quantum dots 104 a having a core-shell structure in which a core portion is formed of CdSe and a shell portion is formed of CdS is formed on the surface of the hole transport layer 103. Further, an electron transport layer 105 made of TPBI (1,3,5-tris (N-phenylbenzimidazol-2-yl) benzene) is formed on the surface of the light emitting layer 104, and on the surface of the electron transport layer 105, A cathode 106 is formed.

　すなわち、非特許文献１では、正孔輸送層１０３及び電子輸送層１０５（以下、この両者を総じて「キャリア輸送層」と記す場合がある。）を有機半導体で形成し、これら正孔輸送層１０３と電子輸送層１０５との間に無機半導体の量子ドット１０４ａからなる発光層１０４が設けられている。そして、陽極１０１と陰極１０６との間に電圧を印加することにより、正孔は正孔注入層１０２及び正孔輸送層１０３を経て量子ドット１０４ａに注入され、一方、電子は電子輸送層１０５を経て量子ドット１０４ａに注入され、量子ドット１０４内で正孔と電子とが再結合されて励起子発光する。 That is, in Non-Patent Document 1, the hole transport layer 103 and the electron transport layer 105 (hereinafter, these may be collectively referred to as “carrier transport layer”) are formed of an organic semiconductor, and these hole transport layers 103 are formed. A light emitting layer 104 made of an inorganic semiconductor quantum dot 104 a is provided between the electron transport layer 105 and the electron transport layer 105. Then, by applying a voltage between the anode 101 and the cathode 106, holes are injected into the quantum dots 104 a through the hole injection layer 102 and the hole transport layer 103, while electrons pass through the electron transport layer 105. Then, it is injected into the quantum dot 104a, and holes and electrons are recombined in the quantum dot 104 to emit excitons.

　ところで、液相法で作製された量子ドットを発光層１０４とする発光ダイオードは、有機ＥＬ（electroluminescence）素子における発光層を、有機半導体に代えて無機半導体の量子ドットで形成した構造を有しており、キャリア輸送層１０３、１０５は、非特許文献１に示すように、通常、有機半導体で形成されている。 By the way, the light emitting diode which uses the quantum dot produced by the liquid phase method as the light emitting layer 104 has a structure in which the light emitting layer in the organic EL (electroluminescence) element is formed with an inorganic semiconductor quantum dot instead of an organic semiconductor. As shown in Non-Patent Document 1, the

carrier transport layers

103 and 105 are usually formed of an organic semiconductor.

　しかしながら、非特許文献１では、有機半導体で形成されているキャリア輸送層１０３、１０５と無機半導体の量子ドット１０４ａで形成されている発光層１０４との間でエネルギー準位に整合性を欠き、このためキャリアの注入効率や閉じ込め効率に劣り、発光効率の低下を招いていた。 However, Non-Patent Document 1 lacks consistency in energy levels between the

carrier transport layers

103 and 105 formed of an organic semiconductor and the light-emitting layer 104 formed of an inorganic semiconductor quantum dot 104a. Therefore, the carrier injection efficiency and the confinement efficiency are inferior, and the light emission efficiency is lowered.

　すなわち、量子力学的な系では、分子の有するエネルギー状態は、電子が存在する分子軌道に対応しており、エネルギーが最低で安定した基底状態と、基底状態よりもエネルギーの高い励起状態とに分けることができる。そして、基底状態の分子軌道のうち最も高い分子軌道を最高被占軌道（Highest Occupied Molecular Orbital；以下「ＨＯＭＯ」という。）といい、このＨＯＭＯに対応するエネルギー準位がＨＯＭＯ準位である。また、励起状態では、分子軌道は電子に占有されていない空の状態となるが、これら電子に占有されていない分子軌道のうち最も低い分子軌道を最低空軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital；以下、「ＬＵＭＯ」という。）といい、このＬＵＭＯに対応するエネルギー準位がＬＵＭＯ準位である。そして、電子はＬＵＭＯ準位（伝導帯）を移動し、正孔はＨＯＭＯ準位（価電子帯）を移動する。 In other words, in a quantum mechanical system, the energy state of a molecule corresponds to the molecular orbital in which an electron exists, and is divided into a ground state having the lowest energy and a stable ground state and an excited state having a higher energy than the ground state. be able to. The highest molecular orbital of the ground state molecular orbitals is called the highest occupied orbital (Highest Occupied Molecular Orbital; hereinafter referred to as "HOMO"), and the energy level corresponding to this HOMO is the HOMO level. In the excited state, the molecular orbitals are in an empty state not occupied by electrons, but the lowest molecular orbital among these molecular orbitals not occupied by electrons (Lowest 電子 Unoccupied Molecular Orbital; The energy level corresponding to this LUMO is the LUMO level. Then, electrons move in the LUMO level (conduction band), and holes move in the HOMO level (valence band).

　図１０は、非特許文献１のエネルギー状態図である。 FIG. 10 is an energy state diagram of Non-Patent Document 1.

　正孔輸送層１０３を形成するＢｉＶＢ－ＭｅＴＰＤのＨＯＭＯ準位ｈ_１は５．３ｅＶであり、電子輸送層１０５を形成するＴＰＢＩのＨＯＭＯ準位ｈ_２は６．３ｅＶであるのに対し、量子ドット１０４ａのコア部（以下、「量子ドットコア部」という。）１０４ａ′を形成するＣｄＳｅのＨＯＭＯ準位ｈ_０は６．８ｅＶである。したがって、正孔輸送層１０３から量子ドットコア部１０４ａ′への正孔輸送障壁Δｈ_１は１．５ｅＶ（＝６．８－５．３）と高く、量子ドットコア部１０４ａ′から電子輸送層１０５への正孔輸送障壁Δｈ_２が－０．５ｅＶ（＝６．３－６．８）と低い。 The HOMO level h ₁ of BiVB-MeTPD forming the hole transport layer 103 is 5.3 eV, and the HOMO level h ₂ of TPBI forming the electron transport layer 105 is 6.3 eV, whereas the quantum dot The HOMO level h ₀ of CdSe forming the core portion 104a ′ (hereinafter referred to as “quantum dot core portion”) 104a ′ is 6.8 eV. Therefore, the hole transport barrier Δh ₁ from the hole transport layer 103 to the quantum dot core portion 104a ′ is as high as 1.5 eV (= 6.8−5.3), and the electron transport layer 105 from the quantum dot core portion 104a ′. The hole transport barrier Δh ₂ is as low as −0.5 eV (= 6.3 to 6.8).

　すなわち、非特許文献１では、正孔輸送層１０３から量子ドットコア部１０４ａ′への正孔輸送障壁Δｈ_１が高く、正孔を効率良く注入するのが困難である。また、量子ドットコア部１０４ａ′から正孔輸送層１０３への電子輸送障壁Δｌ_１は高いものの、量子ドットコア部１０４ａ′から電子輸送層１０５への正孔輸送障壁Δｈ_２が低く、このため正孔を量子ドットコア部１０４ａ′内に効果的に閉じ込めるのが困難である。 That is, in Non-Patent Document 1, the hole transport barrier Δh ₁ from the hole transport layer 103 to the quantum dot core portion 104a ′ is high, and it is difficult to inject holes efficiently. Also, 'although the electron transport barrier .DELTA.l ₁ into the hole-transporting layer 103 is high, a quantum dot core portion 104a' quantum dot core portion 104a hole transport barrier Delta] h ₂ is low in the electron-transporting layer 105 from the order positive It is difficult to effectively confine the holes in the quantum dot core portion 104a ′.

　このように非特許文献１は、エネルギー準位に整合性を欠き、このため、キャリアを効率良く量子ドットコア部１０４ａ′内に注入することができず、また注入されたキャリアを量子ドットコア部１０４ａ′内に効果的に閉じ込めるのが困難である。そしてその結果、量子ドットコア部１０４ａ′内で電子と正孔を効率良く再結合させることができず、発光効率の低下を招いていた。 Thus, Non-Patent Document 1 lacks consistency in the energy level, and therefore, carriers cannot be efficiently injected into the quantum dot core portion 104a ′, and the injected carriers are not allowed to flow into the quantum dot core portion. It is difficult to confine effectively in 104a '. As a result, electrons and holes cannot be efficiently recombined in the quantum dot core portion 104a ′, resulting in a decrease in light emission efficiency.

　また、非特許文献１のように発光層１０４を量子ドット１０４ａで形成した発光ダイオードの場合、量子ドット１０４ａの粒径を異ならせるだけで発光層１０４のエネルギー構造を変更することができ、エネルギー構造に応じたバンドギャップエネルギーＥｇを得ることができる。したがって、粒径を変更するだけで種々の発光波長を有する光を発光させることが可能である。 In addition, in the case of a light emitting diode in which the light emitting layer 104 is formed of quantum dots 104a as in Non-Patent Document 1, the energy structure of the light emitting layer 104 can be changed only by changing the particle size of the quantum dots 104a. The band gap energy Eg according to the can be obtained. Therefore, it is possible to emit light having various emission wavelengths only by changing the particle diameter.

　しかしながら、発光層１０４のエネルギー構造を変更すると、発光層１０４に隣接するキャリア輸送層１０３、１０５との間の輸送障壁も変動する。したがって、良好な発光効率を得るためにはエネルギー構造に応じた適切な有機半導体材料をキャリア輸送層１０３、１０５に選択しなければならず、デバイスの構造設計の煩雑化を招いていた。 However, when the energy structure of the light emitting layer 104 is changed, the transport barrier between the

carrier transport layers

103 and 105 adjacent to the light emitting layer 104 also varies. Therefore, in order to obtain good luminous efficiency, an appropriate organic semiconductor material corresponding to the energy structure has to be selected for the

carrier transport layers

103 and 105, resulting in complicated device structure design.

　また、キャリア輸送層１０３、１０５の特性としては、キャリア移動度が高く、輸送性が良好なことが望まれる。そして、高いキャリア移動度を有する有機半導体は、π結合系がキャリア輸送を担っていることが多い。 Further, as the characteristics of the

carrier transport layers

103 and 105, it is desired that the carrier mobility is high and the transportability is good. In organic semiconductors having high carrier mobility, the π bond system often carries carrier transport.

　しかしながら、π結合している電子は紫外光を吸収し、かつσ結合に比べて結合力が弱い。すなわち、π結合系がキャリア輸送を担う高いキャリア移動度を有する有機半導体は、紫外光の吸収によって分解してしまうおそれがあり、このため紫外光に対する耐久性が低いという問題がある。 However, π-bonded electrons absorb ultraviolet light and have a weaker binding force than σ bonds. In other words, an organic semiconductor having a high carrier mobility in which the π bond system is responsible for carrier transport may be decomposed by absorption of ultraviolet light, and thus has a problem of low durability against ultraviolet light.

　本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、キャリアの量子ドット内への注入効率及び閉じ込め効率を向上させて良好な発光効率を得ることができる発光デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of improving the injection efficiency and confinement efficiency of carriers into quantum dots and obtaining good light emission efficiency. To do.

　正孔輸送層は、正孔を発光層に効率的に注入し、かつ電子輸送層から発光層に注入された電子を閉じ込める機能が求められる。一方、電子輸送層は、電子を発光層に効率的に注入し、かつ正孔輸送層から発光層に注入された正孔を閉じ込める機能が求められる。したがって、キャリアの発光層への注入効率を高め、該キャリアを発光層に効果的に閉じ込めるためには、正孔輸送層及び電子輸送層が適切なエネルギー準位を有する必要がある。 The hole transport layer is required to have a function of efficiently injecting holes into the light emitting layer and confining electrons injected from the electron transport layer into the light emitting layer. On the other hand, the electron transport layer is required to have a function of efficiently injecting electrons into the light emitting layer and confining holes injected from the hole transport layer into the light emitting layer. Therefore, in order to increase the efficiency of injecting carriers into the light emitting layer and effectively confine the carriers in the light emitting layer, the hole transport layer and the electron transport layer need to have appropriate energy levels.

　また、量子ドットは、粒径を異ならせることによって、量子サイズ効果によりエネルギー準位を変動させることが可能である。 Quantum dots can be varied in energy level due to the quantum size effect by varying the particle size.

　したがって、キャリア輸送層（正孔輸送層及び電子輸送層）を、有機半導体ではなく無機半導体の量子ドットで形成することにより、これら量子ドットの粒径を変更するだけで、キャリア輸送層のエネルギー準位を調整することが可能となる。 Therefore, by forming the carrier transport layer (hole transport layer and electron transport layer) with quantum dots of an inorganic semiconductor instead of an organic semiconductor, the energy level of the carrier transport layer can be simply changed by changing the particle size of these quantum dots. The position can be adjusted.

　本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る発光デバイスは、第１の量子ドットで形成された発光層が、正孔輸送層と電子輸送層との間に介在された発光デバイスであって、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層が、前記第１の量子ドットとは異なる無機材料からなる第２及び第３の量子ドットでそれぞれ形成されていることを特徴としている。 The present invention has been made based on such knowledge, and the light-emitting device according to the present invention has a light-emitting layer formed of first quantum dots interposed between a hole transport layer and an electron transport layer. The hole transport layer and the electron transport layer are formed of second and third quantum dots made of an inorganic material different from the first quantum dots, respectively. It is said.

　これにより、第２及び第３の量子ドットの粒径を変更するだけで、正孔輸送層及び電子輸送層が適切なエネルギー準位を得ることが可能となることから、キャリアの発光層への注入効率を高めることができ、該キャリアを発光層に効果的に閉じ込めることが可能となる。 Thereby, the hole transport layer and the electron transport layer can obtain appropriate energy levels only by changing the particle diameters of the second and third quantum dots. The injection efficiency can be increased, and the carriers can be effectively confined in the light emitting layer.

　ところで、正孔はＨＯＭＯ準位上を移動するため、正孔輸送層のＨＯＭＯ準位が発光層のＨＯＭＯ準位より大きい場合は、正孔を容易に発光層に注入することができる。また、正孔輸送層のＨＯＭＯ準位が発光層のＨＯＭＯ準位より小さくても、その差が小さい場合は、正孔輸送層と発光層との間の正孔輸送障壁が小さく、正孔は比較的容易に発光層に注入することができる。 By the way, since holes move on the HOMO level, when the HOMO level of the hole transport layer is higher than the HOMO level of the light emitting layer, the holes can be easily injected into the light emitting layer. In addition, even if the HOMO level of the hole transport layer is smaller than the HOMO level of the light emitting layer, if the difference is small, the hole transport barrier between the hole transport layer and the light emitting layer is small, It can be injected into the light emitting layer relatively easily.

　また、発光層に注入された電子を該発光層内に閉じ込めるためには、正孔輸送層のＬＵＭＯ準位が発光層のＬＵＭＯ準位よりも十分に小さくなるように、発光層と正孔輸送層との間に大きな電子輸送障壁を形成する必要がある。 In addition, in order to confine electrons injected into the light emitting layer, the light emitting layer and the hole transport are made so that the LUMO level of the hole transporting layer is sufficiently smaller than the LUMO level of the light emitting layer. A large electron transport barrier needs to be formed between the layers.

　したがって、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁が小さくかつ発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁が大きくなるように正孔輸送層のエネルギー準位を調整するのが好ましい。 Therefore, it is preferable to adjust the energy level of the hole transport layer so that the hole transport barrier from the hole transport layer to the light-emitting layer is small and the electron transport barrier from the light-emitting layer to the hole transport layer is large.

　一方、電子はＬＵＭＯ準位上を移動するため、電子輸送層のＬＵＭＯ準位が発光層のＬＵＭＯ準位より小さい場合は、電子を容易に発光層に注入することができる。また、電子輸送層のＬＵＭＯ準位が発光層のＬＵＭＯ準位より大きくても、その差が小さい場合は、電子輸送層と発光層との間の電子輸送障壁は小さく、電子を容易に発光層に注入することができる。 On the other hand, since electrons move on the LUMO level, when the LUMO level of the electron transport layer is smaller than the LUMO level of the light emitting layer, the electrons can be easily injected into the light emitting layer. In addition, even if the LUMO level of the electron transport layer is larger than the LUMO level of the light emitting layer, if the difference is small, the electron transport barrier between the electron transport layer and the light emitting layer is small, and the electrons can be easily Can be injected into.

　また、発光層に注入された正孔を該発光層内に閉じ込めるためには、電子輸送層のＨＯＭＯ準位が発光層のＨＯＭＯ準位よりも十分に大きくなるように、発光層と電子輸送層との間で大きな正孔輸送障壁を形成する必要がある。 In addition, in order to confine holes injected into the light emitting layer in the light emitting layer, the light emitting layer and the electron transport layer are formed so that the HOMO level of the electron transport layer is sufficiently larger than the HOMO level of the light emitting layer. It is necessary to form a large hole transport barrier between them.

　したがって、電子輸送層から発光層への電子輸送障壁が小さくかつ発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁が大きくなるように電子輸送層のエネルギー準位を調整するのが好ましい。 Therefore, it is preferable to adjust the energy level of the electron transport layer so that the electron transport barrier from the electron transport layer to the light emitting layer is small and the hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer is large.

　すなわち、本発明の発光デバイスは、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層から前記発光層に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が小さくかつ前記発光層から前記電子輸送層及び前記正孔輸送層に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が大きくなるように、前記第２及び前記第３の量子ドットの粒径を制御し、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層の各エネルギー準位が調整されているのが好ましい。 That is, the light emitting device of the present invention has a small hole and electron transport barrier transported from the hole transport layer and the electron transport layer to the light emitting layer, and the electron transport layer and the hole transport from the light emitting layer. The particle size of the second and third quantum dots is controlled so that a hole and electron transport barrier transported to the layer is increased, and each energy level of the hole transport layer and the electron transport layer is controlled. Is preferably adjusted.

　これによりキャリアの第１の量子ドットへの注入効率が向上すると共に、キャリアを第１の量子ドット内に効果的に閉じ込めることが可能となる。その結果、励起子再結合の確率が向上することから、駆動電圧を低下させることができ、発光効率の向上を図ることができる。しかも、量子ドットは粒径を変えることによりエネルギー準位が変動し、発光波長も異ならせることができることから、粒径を異ならせることにより、種々の発光色で発光可能な発光デバイスを得ることができる。 This improves the efficiency of carrier injection into the first quantum dots, and enables the carriers to be effectively confined in the first quantum dots. As a result, the probability of exciton recombination is improved, so that the drive voltage can be lowered and the light emission efficiency can be improved. In addition, since the energy level of the quantum dots can be changed and the emission wavelength can be varied by changing the particle size, it is possible to obtain light emitting devices that can emit light in various emission colors by changing the particle size. it can.

　また、第２及び第３の量子ドットとしては、発光層で発光した光を吸収しないように発光層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する無機材料で形成することにより、発光効率を効果的に向上させることが可能となる。 The second and third quantum dots are formed of an inorganic material having a larger band gap energy than the light emitting layer so as not to absorb the light emitted from the light emitting layer, thereby effectively improving the light emission efficiency. It becomes possible.

　すなわち、本発明の発光デバイスは、前記第２及び第３の量子ドットは、前記第１の量子ドットに比べてバンドギャップエネルギーの大きい無機材料で形成するのが好ましい。 That is, in the light emitting device of the present invention, the second and third quantum dots are preferably formed of an inorganic material having a larger band gap energy than the first quantum dots.

　これによりキャリア輸送層が発光層で発光した光を吸収することもなく、より良好な発光効率を有する発光デバイスを得ることが可能となる。 Thereby, the carrier transport layer does not absorb the light emitted from the light emitting layer, and a light emitting device having better light emission efficiency can be obtained.

　また、本発明の発光デバイスは、前記正孔輸送層は第１の電極の表面に形成されると共に、前記正孔輸送層のＨＯＭＯ準位が、前記第１の電極の仕事関数と前記発光層のＨＯＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるように、前記第２の量子ドットの平均粒径が設定されるのが好ましい。 In the light emitting device of the present invention, the hole transport layer is formed on the surface of the first electrode, and the HOMO level of the hole transport layer is determined by the work function of the first electrode and the light emitting layer. It is preferable that the average particle diameter of the second quantum dots is set so as to be in the middle value of the HOMO level or in the vicinity of the middle value.

　これにより第１の電極、正孔輸送層、及び発光層の各層間の輸送障壁が均等乃至略均等となり、陽極に注入された正孔を円滑に発光層に注入することが可能となる。 Thereby, the transport barriers between the first electrode, the hole transport layer, and the light emitting layer are made uniform or substantially uniform, and the holes injected into the anode can be smoothly injected into the light emitting layer.

　また、本発明の発光デバイスは、前記正孔輸送層のＬＵＭＯ準位が、前記発光層のＬＵＭＯ準位よりも小さなエネルギー準位を有するのが好ましい。 In the light emitting device of the present invention, it is preferable that the LUMO level of the hole transport layer has an energy level smaller than the LUMO level of the light emitting layer.

　これにより発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁が大きくなり、電子を発光層内に効果的に閉じ込めることが可能となる。 This increases the electron transport barrier from the light emitting layer to the hole transport layer, and enables electrons to be effectively confined in the light emitting layer.

　さらに、本発明の発光デバイスは、第２の電極が前記電子輸送層の表面に形成されると共に、前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位が、前記第２の電極の仕事関数と前記発光層のＬＵＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるように、前記第３の量子ドットの平均粒径が設定されるのが好ましい。 Further, in the light emitting device of the present invention, the second electrode is formed on the surface of the electron transport layer, and the LUMO level of the electron transport layer is determined by the work function of the second electrode and the LUMO level of the light emitting layer. It is preferable that the average particle diameter of the third quantum dots is set so as to be an intermediate value from the level or near the intermediate value.

　これにより第２の電極、電子輸送層、及び発光層の各層間の輸送障壁が均等乃至略均等となり、陰極に注入された電子を円滑に発光層に注入することが可能となる。 Thereby, the transport barriers between the second electrode, the electron transport layer, and the light emitting layer are made uniform or substantially uniform, and the electrons injected into the cathode can be smoothly injected into the light emitting layer.

　また、本発明の発光デバイスは、前記電子輸送層のＨＯＭＯ準位は、前記発光層のＨＯＭＯ準位よりも大きなエネルギー準位を有するのが好ましい。 In the light emitting device of the present invention, it is preferable that the HOMO level of the electron transport layer has an energy level larger than the HOMO level of the light emitting layer.

　これにより発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁が大きくなり、正孔を発光層内に効果的に閉じ込めることが可能となる。 This increases the hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer, and enables holes to be effectively confined in the light emitting layer.

　また、本発明の発光デバイスは、前記第１～第３の量子ドットは、酸化物半導体、化合物半導体、及び単体半導体のうちのいずれかであるのが好ましい。 In the light emitting device of the present invention, it is preferable that the first to third quantum dots are any one of an oxide semiconductor, a compound semiconductor, and a single semiconductor.

　これにより、これら無機半導体粒子を使用してキャリア輸送層及び発光層を形成することができ、所望波長で発光する発光効率の良好な発光デバイスを容易に得ることができる。 Thereby, a carrier transport layer and a light emitting layer can be formed using these inorganic semiconductor particles, and a light emitting device with good light emission efficiency that emits light at a desired wavelength can be easily obtained.

　本発明の発光デバイスによれば、正孔輸送層及び電子輸送層が、発光層を形成する第１の量子ドットとは異なる無機材料からなる第２及び第３の量子ドットでそれぞれ形成されているので、第２及び第３の量子ドットの粒径を異ならせるだけで、量子サイズ効果によりキャリア輸送層（正孔輸送層及び電子輸送層）のエネルギー準位を変動させることができ、これによりキャリア輸送層のエネルギー準位を容易に調整することが可能となる。すなわち、第２及び第３の量子ドットの粒径を変更するだけで、正孔輸送層及び電子輸送層が適切なエネルギー準位を得ることが可能となり、キャリアの発光層への注入効率を高め、該キャリアを発光層に効果的に閉じ込めることが可能となる。 According to the light emitting device of the present invention, the hole transport layer and the electron transport layer are respectively formed of the second and third quantum dots made of an inorganic material different from the first quantum dot forming the light emitting layer. Therefore, the energy level of the carrier transport layer (the hole transport layer and the electron transport layer) can be changed by the quantum size effect only by changing the particle diameters of the second and third quantum dots, and thus the carrier It becomes possible to easily adjust the energy level of the transport layer. That is, only by changing the particle size of the second and third quantum dots, the hole transport layer and the electron transport layer can obtain appropriate energy levels, and the injection efficiency of carriers into the light emitting layer is improved. The carriers can be effectively confined in the light emitting layer.

　また、第２及び第３の量子ドットを構成する無機材料は、従来の有機材料に比べて移動度が高く、キャリア輸送性に優れている上に、紫外光により分解されることもなく、良好な耐久性を有する。 In addition, the inorganic material constituting the second and third quantum dots has high mobility compared to conventional organic materials, excellent carrier transportability, and is excellent in that it is not decomposed by ultraviolet light. Has excellent durability.

　また、上述したように正孔輸送層及び電子輸送層を第２及び第３の量子ドットで形成するので、第２の量子ドットと発光層を形成する第１の量子ドット、及び第３の量子ドットと前記第１の量子ドットとが互いに球同士で接触する。したがって、従来の有機材料のように面と球とが接触する場合に比べ、正孔輸送層及び電子輸送層と発光層との間の接触面積が増加し、発光層へのキャリアの注入確率をより一層向上させることが可能となる。 In addition, since the hole transport layer and the electron transport layer are formed of the second and third quantum dots as described above, the first quantum dot and the third quantum dot that form the second quantum dot and the light emitting layer are formed. The dots and the first quantum dots are in sphere contact with each other. Therefore, the contact area between the hole transport layer and the electron transport layer and the light emitting layer is increased compared to the case where the surface and the sphere are in contact with each other as in the conventional organic material, and the probability of carrier injection into the light emitting layer is increased. This can be further improved.

本発明に係る発光デバイスの一実施の形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the light-emitting device which concerns on this invention. 上記発光デバイスのエネルギー状態の一例を示すエネルギー状態図である。It is an energy state figure which shows an example of the energy state of the said light emitting device. 上記発光デバイスの製造方法の一実施の形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the manufacturing method of the said light emitting device. 試料番号１のエネルギー状態図である。It is an energy state diagram of sample number 1. 試料番号２のエネルギー状態図である。It is an energy state figure of sample number 2. 試料番号３のエネルギー状態図である。It is an energy state figure of sample number 3. 試料番号４のエネルギー状態図である。It is an energy state diagram of sample number 4. 試料番号５のエネルギー状態図である。FIG. 6 is an energy state diagram of sample number 5; 非特許文献１に記載された従来の発光デバイスを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional light-emitting device described in the nonpatent literature 1 typically. 非特許文献１に記載された従来の発光デバイスのエネルギー状態図である。It is an energy state figure of the conventional light emitting device described in the nonpatent literature 1.

　次に、本発明の実施の形態を詳説する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail.

　図１は本発明に係る発光デバイスとしての発光ダイオードの一実施の形態を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a light-emitting diode as a light-emitting device according to the present invention.

　この発光ダイオードは、ガラス基板（透明基板）１上にＩＴＯ等の導電性透明材料からなる陽極（第１の電極）２が形成され、該陽極２の表面に第２の量子ドット３ａからなる正孔輸送層３が形成され、該正孔輸送層３の表面に第１の量子ドット４ａからなる発光層４が形成されている。さらに発光層４の表面には第３の量子ドット５ａからなる電子輸送層５が形成され、該電子輸送層５の表面にはＡｌ等の金属製導電材料を含む陰極（第２の電極）６が形成されている。 In this light emitting diode, an anode (first electrode) 2 made of a conductive transparent material such as ITO is formed on a glass substrate (transparent substrate) 1, and a positive electrode made of a second quantum dot 3 a is formed on the surface of the anode 2. A hole transport layer 3 is formed, and a light emitting layer 4 composed of the first quantum dots 4 a is formed on the surface of the hole transport layer 3. Further, an electron transport layer 5 composed of third quantum dots 5a is formed on the surface of the light emitting layer 4, and a cathode (second electrode) 6 containing a metal conductive material such as Al is formed on the surface of the electron transport layer 5. Is formed.

　すなわち、上記発光ダイオードは、正孔輸送層３及び電子輸送層５が、発光層４を形成する第１の量子ドット４ａとは異なる無機材料からなる第２及び第３の量子ドット３ａ、５ａでそれぞれ形成されている。 That is, in the light emitting diode, the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are the second and third

quantum dots

3 a and 5 a made of an inorganic material different from the first quantum dot 4 a forming the light emitting layer 4. Each is formed.

　また、上記発光ダイオードは、正孔輸送層３及び電子輸送層５から発光層４に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が小さくかつ発光層４から電子輸送層３及び正孔輸送層５に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が大きくなるように、第２及び第３の量子ドット３ａ、５ａにより正孔輸送層３及び電子輸送層５の各エネルギー準位が調整されている。そしてこれによりキャリアの第１の量子ドット４ａ内への注入を効率良く行うと共に、これらキャリアを第１の量子ドット４ａ内に効果的に閉じ込めることができ、再結合確率を向上させることができる。 Further, the light emitting diode has a small hole and electron transport barrier transported from the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 to the light emitting layer 4, and the light emitting layer 4 is changed from the light emitting layer 4 to the electron transport layer 3 and the hole transport layer 5. The energy levels of the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are adjusted by the second and third

quantum dots

3a and 5a so that the transport barriers of the transported holes and electrons are increased. Thus, carriers can be efficiently injected into the first quantum dots 4a, and these carriers can be effectively confined in the first quantum dots 4a, thereby improving the recombination probability.

　このようにキャリアの注入効率及び再結合確率を向上させることができることから、発光ダイオードの駆動電圧が低下し、発光効率の向上を図ることが可能となる。 Thus, since the carrier injection efficiency and the recombination probability can be improved, the driving voltage of the light emitting diode is lowered, and the light emission efficiency can be improved.

　すなわち、正孔輸送層３の機能は、陽極２から注入された正孔を発光層４の第１の量子ドット４ａに効率的に注入する一方、電子輸送層５から第１の量子ドット４ａに注入された電子が該第１の量子ドット４ａ内で正孔と再結合せずに正孔輸送層３に流出するのを阻止し、第１の量子ドット４ａ内に電子を効果的に閉じ込めることにある。 That is, the function of the hole transport layer 3 is to efficiently inject holes injected from the anode 2 into the first quantum dots 4a of the light emitting layer 4, while from the electron transport layer 5 to the first quantum dots 4a. The injected electrons are prevented from flowing out into the hole transport layer 3 without being recombined with holes in the first quantum dots 4a, and the electrons are effectively confined in the first quantum dots 4a. It is in.

　また、電子輸送層５の機能は、陰極６から注入された電子を前記第１の量子ドット４ａに効率的に注入する一方、正孔輸送層３から前記第１の量子ドット４ａに注入された正孔が該第１の量子ドット４ａ内で電子と再結合せずに電子輸送層５に流出するのを阻止し、第１の量子ドット４ａ内に正孔を効果的に閉じ込めることにある。 The function of the electron transport layer 5 is that the electrons injected from the cathode 6 are efficiently injected into the first quantum dots 4a, while the electrons are injected from the hole transport layer 3 into the first quantum dots 4a. The purpose is to prevent holes from flowing out into the electron transport layer 5 without recombining with electrons in the first quantum dots 4a, and to effectively confine holes in the first quantum dots 4a.

　そして、正孔はＨＯＭＯ準位上を移動し、電子はＬＵＭＯ準位上を移動することから、適切な値のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有するように正孔輸送層３及び電子輸送層５を形成することにより、キャリアの注入効率及び閉じ込め効率を向上させることが可能となる。 Since holes move on the HOMO level and electrons move on the LUMO level, the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 have appropriate values of the HOMO level and the LUMO level. By forming, carrier injection efficiency and confinement efficiency can be improved.

　すなわち、正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位が発光層４のＨＯＭＯ準位よりも大きい場合は、正孔輸送層３から発光層４への正孔輸送障壁が存在せず、正孔は発光層４に容易に注入される。一方、正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位が発光層４のＨＯＭＯ準位よりも小さい場合は、正孔輸送層３と発光層４との間に正孔輸送障壁が形成され、正孔輸送障壁が小さいと正孔は比較的容易に発光層４に注入されるが、正孔輸送障壁が大きくなると正孔は発光層４に注入され難くなる。 That is, when the HOMO level of the hole transport layer 3 is larger than the HOMO level of the light-emitting layer 4, there is no hole transport barrier from the hole transport layer 3 to the light-emitting layer 4, and the holes are emitted from the light-emitting layer. 4 is easily injected. On the other hand, when the HOMO level of the hole transport layer 3 is smaller than the HOMO level of the light emitting layer 4, a hole transport barrier is formed between the hole transport layer 3 and the light emitting layer 4, and the hole transport barrier is formed. Is small, holes are injected into the light emitting layer 4 relatively easily. However, when the hole transport barrier is large, holes are hardly injected into the light emitting layer 4.

　そして、陽極２から発光層４に正孔を効率よく注入するためには、陽極２の仕事関数と、正孔輸送層３及び発光層４のＨＯＭＯ準位を全て同一にするのが最も効率的であるが、陽極２に使用される電極材料の材料特性から、陽極２の仕事関数と発光層４のＨＯＭＯ準位を一致させるのが困難な場合が多い。 In order to efficiently inject holes from the anode 2 to the light emitting layer 4, it is most efficient to make the work function of the anode 2 and the HOMO levels of the hole transport layer 3 and the light emitting layer 4 all the same. However, it is often difficult to match the work function of the anode 2 and the HOMO level of the light emitting layer 4 due to the material characteristics of the electrode material used for the anode 2.

　一方、正孔輸送層３のＬＵＭＯ準位と発光層４のＬＵＭＯ準位との差が小さい場合は、発光層４に注入された電子は容易に正孔輸送層３に流出し、正孔輸送層３のＬＵＭＯ準位が発光層４のＬＵＭＯ準位に対して十分に小さい場合は、大きな電子輸送障壁が形成され、電子を発光層４内に効果的に閉じ込めることができる。 On the other hand, when the difference between the LUMO level of the hole transport layer 3 and the LUMO level of the light emitting layer 4 is small, electrons injected into the light emitting layer 4 easily flow out to the hole transport layer 3 and transport holes. When the LUMO level of the layer 3 is sufficiently smaller than the LUMO level of the light emitting layer 4, a large electron transport barrier is formed, and electrons can be effectively confined in the light emitting layer 4.

　したがって、陽極２の仕事関数と発光層４のエネルギー構造を考慮すると、陽極２の仕事関数と発光層４のＨＯＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるように、正孔輸送層のＨＯＭＯ準位を設定することにより、正孔輸送障壁を極力小さくすることが可能となり、発光層４に正孔を効率よく注入することが可能となる。 Therefore, when the work function of the anode 2 and the energy structure of the light emitting layer 4 are taken into consideration, the HOMO of the hole transport layer is set so as to be in the middle value of the work function of the anode 2 and the HOMO level of the light emitting layer 4 or in the vicinity of the intermediate value. By setting the level, the hole transport barrier can be made as small as possible, and holes can be efficiently injected into the light emitting layer 4.

　そして、発光層４のバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きなバンドギャップエネルギーＥｇを有する正孔輸送層材料を使用することにより、発光層４から正孔輸送層３への電子輸送障壁を十分に確保することが可能となる。 Then, by using a hole transport layer material having a band gap energy Eg larger than the band gap energy Eg of the light emitting layer 4, a sufficient electron transport barrier from the light emitting layer 4 to the hole transport layer 3 is secured. Is possible.

　同様に、電子輸送層５のＬＵＭＯ準位が発光層４のＬＵＭＯ準位よりも小さい場合は、電子輸送層５から発光層４への電子輸送障壁が存在せず、電子は発光層４に容易に注入される。一方、電子輸送層５のＬＵＭＯ準位が発光層４のＬＵＭＯ準位よりも大きい場合は、電子輸送層３と発光層４との間に電子輸送障壁が形成され、電子輸送障壁が小さいと電子は比較的容易に発光層４に注入されるが、電子輸送障壁が大きくなると電子は発光層４に注入され難くなる。 Similarly, when the LUMO level of the electron transport layer 5 is smaller than the LUMO level of the light-emitting layer 4, there is no electron transport barrier from the electron transport layer 5 to the light-emitting layer 4, and electrons are easily in the light-emitting layer 4. Injected into. On the other hand, when the LUMO level of the electron transport layer 5 is larger than the LUMO level of the light emitting layer 4, an electron transport barrier is formed between the electron transport layer 3 and the light emitting layer 4, and when the electron transport barrier is small, Can be injected into the light emitting layer 4 relatively easily. However, when the electron transport barrier is increased, electrons are hardly injected into the light emitting layer 4.

　そして、陰極６から発光層４に電子を効率よく注入するためには、陰極６の仕事関数と、電子輸送層５及び発光層４のＬＵＭＯ準位を全て同一にするのが最も効率的であるが、陰極６に使用される電極材料の材料特性から、陰極６の仕事関数と発光層４のＬＵＭＯ準位を一致させるのが困難な場合が多い。 In order to efficiently inject electrons from the cathode 6 into the light emitting layer 4, it is most efficient to make the work function of the cathode 6 and the LUMO levels of the electron transport layer 5 and the light emitting layer 4 all the same. However, it is often difficult to match the work function of the cathode 6 and the LUMO level of the light emitting layer 4 due to the material characteristics of the electrode material used for the cathode 6.

　一方、電子輸送層５のＨＯＭＯ準位と発光層４のＨＯＭＯ準位との差が小さい場合は、発光層４に注入された正孔は容易に電子輸送層５に流出し、電子輸送層５のＨＯＭＯ準位が発光層４のＨＯＭＯ準位に対して十分に大きい場合は、大きな正孔輸送障壁が形成され、正孔を発光層４内に効果的に閉じ込めることができる。 On the other hand, when the difference between the HOMO level of the electron transport layer 5 and the HOMO level of the light emitting layer 4 is small, holes injected into the light emitting layer 4 easily flow out to the electron transport layer 5, and the electron transport layer 5 When the HOMO level of the light emitting layer 4 is sufficiently larger than the HOMO level of the light emitting layer 4, a large hole transport barrier is formed, and holes can be effectively confined in the light emitting layer 4.

　したがって、陰極６の仕事関数と発光層４のエネルギー構造を考慮すると、陰極６の仕事関数と発光層４のＬＵＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるようなＬＵＭＯ準位を有する電子輸送層材料を使用することにより、電子輸送障壁を極力小さくすることが可能となり、発光層４に電子を効率よく注入することができる。 Therefore, when the work function of the cathode 6 and the energy structure of the light emitting layer 4 are taken into account, the electron transport having a LUMO level that is an intermediate value between the work function of the cathode 6 and the LUMO level of the light emitting layer 4 or near the intermediate value. By using the layer material, the electron transport barrier can be made as small as possible, and electrons can be efficiently injected into the light emitting layer 4.

　そして、発光層４のバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きなバンドギャップエネルギーＥｇを有する電子輸送層材料を使用することにより、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁を十分に確保することが可能となる。 Then, by using an electron transport layer material having a band gap energy Eg larger than the band gap energy Eg of the light emitting layer 4, it is possible to sufficiently secure a hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer. Become.

　このように陽極２及び陰極６の仕事関数や発光層４を形成する第１の量子ドット４ａのエネルギー準位を考慮し、キャリアの良好な注入効率及び閉じ込め効率が得られるように適切なエネルギー準位を有する材料で正孔輸送層３及び電子輸送層５を形成する必要がある。 Thus, considering the work functions of the anode 2 and the cathode 6 and the energy level of the first quantum dots 4a forming the light emitting layer 4, an appropriate energy level can be obtained so as to obtain a good carrier injection efficiency and confinement efficiency. It is necessary to form the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 with a material having a position.

　しかるに、従来の発光ダイオード（図９参照）では、発光層は無機半導体材料で形成されているが、正孔輸送層及び電子輸送層は有機半導体で形成されているため、各層間でエネルギー準位の整合性に欠け、このため十分に良好な注入効率や閉じ込め効率を得るのが困難であった。 However, in the conventional light emitting diode (see FIG. 9), the light emitting layer is formed of an inorganic semiconductor material, but the hole transport layer and the electron transport layer are formed of an organic semiconductor. Therefore, it has been difficult to obtain sufficiently good injection efficiency and confinement efficiency.

　また、発光層４の第１の量子ドット４ａの粒径を変更して発光層４のエネルギー構造を変更すると、キャリア輸送層３、５との間の輸送障壁が変動するが、キャリア輸送層３、５に有機半導体を使用した場合、エネルギー構造を最適化するためにはエネルギー構造に応じた有機半導体材料を選択しなければならず、デバイスの構造設計に煩雑化を招いていた。 Further, when the particle size of the first quantum dots 4a of the light emitting layer 4 is changed to change the energy structure of the light emitting layer 4, the transport barrier between the

carrier transport layers

3 and 5 changes, but the carrier transport layer 3 When an organic semiconductor is used for 5, an organic semiconductor material corresponding to the energy structure must be selected in order to optimize the energy structure, resulting in a complicated structure design of the device.

　そこで、本実施の形態では、材料種に依存することなく粒径を調整することによって容易にエネルギー準位を制御できる無機材料からなる量子ドット（第２及び第３の量子ドット３ａ、５ａ）で正孔輸送層３及び電子輸送層５を形成し、これにより各層間（陽極２、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５、陰極６間）でのエネルギー準位を整合させ、キャリアの注入効率及び閉じ込め効率を向上させている。 Therefore, in the present embodiment, quantum dots (second and third

quantum dots

3a and 5a) made of an inorganic material that can easily control the energy level by adjusting the particle size without depending on the material type. The hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are formed, thereby matching the energy levels between the respective layers (between the anode 2, the hole transport layer 3, the light emitting layer 4, the electron transport layer 5 and the cathode 6), Carrier injection efficiency and confinement efficiency are improved.

　しかも、無機材料は、有機材料に比べてキャリア移動度が高く、キャリア輸送性に優れており、また、紫外光により分解されることもなく、良好な耐久性を得ることができる。 Moreover, the inorganic material has higher carrier mobility than the organic material, is excellent in carrier transportability, and can obtain good durability without being decomposed by ultraviolet light.

　また、上述したように正孔輸送層３及び電子輸送層５を第２及び第３の量子ドット３ａ、５ａで形成するので、第２の量子ドット３ａと発光層４を形成する第１の量子ドット４ａ、及び第３の量子ドット５ａと前記第１の量子ドット４ａとが互いに球同士で接触することとなり、従来の有機材料のように面と球とが接触する場合に比べ、発光層４を形成する第１の量子ドット４ａと球同士で接触する。したがって、従来の有機材料のように面と球とが接触する場合に比べ、正孔輸送層３及び電子輸送層５と発光層４との間の接触面積が増加し、発光層４へのキャリアの注入確率をより一層向上させることが可能となる。 Moreover, since the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 are formed by the second and third

quantum dots

3a and 5a as described above, the first quantum that forms the light emitting layer 4 with the second quantum dots 3a. The dots 4a and the third quantum dots 5a and the first quantum dots 4a come into contact with each other in spheres, and the light emitting layer 4 is compared with the case where the surface and the sphere are in contact with each other as in the case of a conventional organic material. The first quantum dots 4a forming the sphere are in contact with each other. Therefore, the contact area between the hole transport layer 3 and the electron transport layer 5 and the light emitting layer 4 is increased as compared with the case where the surface and the sphere are in contact with each other as in the case of a conventional organic material. The injection probability of can be further improved.

　以下、材料種及びエネルギー準位の設定手順の一例を説明する。 Hereinafter, an example of the procedure for setting the material type and energy level will be described.

　図２は、上記発光ダイオードのエネルギー状態の一例を示すエネルギー状態図である。 FIG. 2 is an energy state diagram showing an example of the energy state of the light emitting diode.

　まず、陽極材料及び陰極材料を決定する。発光層４から発光する光を取り出すために陽極２及び陰極６のいずれか少なくとも一方は透明材料で形成される。本実施の形態では、陽極２にはＩＴＯ等の導電性透明材料を使用し、陰極６にはＡｌ等の金属製導電材料を使用している。 First, the anode material and the cathode material are determined. In order to extract light emitted from the light emitting layer 4, at least one of the anode 2 and the cathode 6 is formed of a transparent material. In this embodiment, a conductive transparent material such as ITO is used for the anode 2, and a metal conductive material such as Al is used for the cathode 6.

　次に、発光層４から発光させたい波長に対応するバンドギャップエネルギーＥｇを決定し、該バンドギャップエネルギーＥｇに対応する平均粒径を求める。 Next, the band gap energy Eg corresponding to the wavelength to be emitted from the light emitting layer 4 is determined, and the average particle size corresponding to the band gap energy Eg is obtained.

　次いで、この平均粒径に応じた発光層４のＨＯＭＯ準位Ｈ_０、及びＬＵＭＯ準位Ｌ_０を決定する。 Next, the HOMO level H ₀ and the LUMO level L ₀ of the light emitting layer 4 according to the average particle diameter are determined.

　すなわち、井戸型ポテンシャルでは、量子ドットのＨＯＭＯ準位（以下、「量子ドットＨＯＭＯ準位」という。）Ｅ_Hd（ｅＶ）、及び量子ドットのＬＵＭＯ準位（以下、「量子ドットＬＵＭＯ準位」という。）Ｅ_Ld（ｅＶ）、は、数式（１）、（２）で表すことができる。 That is, in the well-type potential, the quantum dot HOMO level (hereinafter referred to as “quantum dot HOMO level”) E _Hd (eV) and the quantum dot LUMO level (hereinafter referred to as “quantum dot LUMO level”). .) E _Ld (eV) can be expressed by Equations (1) and (2).

　ここで、Ｅ_Hbは、バルク半導体（例えば、粒径１０ｎｍ以上）のＨＯＭＯ準位（以下、「バルクＨＯＭＯ準位」という。）（ｅＶ）、Ｅ_Lbは、バルク半導体のＬＵＭＯ準位（以下、「バルクＬＵＭＯ準位」という。）（ｅＶ）を示し、材料に固有の値である。また、ｄは量子ドットの粒径（ｍ）、ｍ_０は真空中の自由電子の静止質量（＝９．１１×１０^-19）（ｋｇ）、ｍ_ｈ、ｍ_ｅは材料中の正孔、電子の各有効質量である。ｈはプランク定数（＝６．６３×１０^-34（ｍ^２・ｋｇ／ｓ））である。 Here, E _Hb is a HOMO level (hereinafter referred to as “bulk HOMO level”) (eV) of a bulk semiconductor (for example, a particle size of 10 nm or more), and E _Lb is a LUMO level (hereinafter, referred to as “bulk HOMO level”). (Referred to as “bulk LUMO level”)) (eV), which is a value specific to the material. Further, d is the particle size (m) of the quantum dots, m ₀ is the static mass of free electrons in vacuum (= 9.11 × 10 ⁻¹⁹ ) (kg), m _h and _me are holes in the material, Each effective mass of electrons. h is a Planck's constant (= 6.63 × 10 ⁻³⁴ (m ² · kg / s)).

　そして、平均粒径その他の既知数値を数式（１）、（２）に代入して平均粒径に応じた量子ドットＨＯＭＯ準位Ｅ_Hd及び量子ドットＬＵＭＯ準位Ｅ_Ldを算出し、発光層４（第１の量子ドット４ａ）のＨＯＭＯ準位Ｈ_０及びＬＵＭＯ準位Ｌ_０を決定する。 The quantum dot HOMO level E _Hd and the quantum dot LUMO level E _Ld corresponding to the average particle diameter are calculated by substituting the average particle diameter and other known numerical values into the formulas (1) and (2), and the light emitting layer 4 The HOMO level H ₀ and the LUMO level L ₀ of the (first quantum dot 4a) are determined.

　次に、正孔輸送層３に使用する無機材料を選択する。 Next, an inorganic material used for the hole transport layer 3 is selected.

　ここで、正孔輸送層３としては、発光層４で発光された光が吸収されないように発光層４のバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きい無機材料が選択される。 Here, as the hole transport layer 3, an inorganic material larger than the band gap energy Eg of the light emitting layer 4 is selected so that the light emitted from the light emitting layer 4 is not absorbed.

　次に、正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位Ｈ_１を決定する。 Next, the HOMO level H ₁ of the hole transport layer 3 is determined.

　正孔の正孔輸送層３から発光層４への注入が容易となるためには、正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位Ｈ_１と発光層４のＨＯＭＯ準位Ｈ_０との差が小さいことが好ましい。その一方で、正孔が陽極２から正孔輸送層３に容易に注入されるためには、陽極２の仕事関数Ｗ_１と正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位Ｈ_１との差が小さいのが好ましい。 For injection from the hole of the hole transport layer 3 to the light-emitting layer 4 is easy, the difference between the HOMO level H ₁ of the hole transport layer 3 and the HOMO level H ₀ of the light-emitting layer 4 is small Is preferred. On the other hand, in order for holes to be easily injected into the hole transport layer 3 from the anode 2, the difference between the work function W ₁ of the anode 2 and the HOMO level H ₁ of the hole transport layer 3 is small. Is preferred.

　そこで、正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位Ｈ_１を、例えば、陽極２の仕事関数Ｗ_１と発光層４のＨＯＭＯ準位Ｈ_０との中間値乃至中間値近傍に設定する。そして、このようにして設定されたＨＯＭＯ準位Ｈ_１を量子ドットＨＯＭＯ準位Ｅ_Hdとして数式（１）に代入し、この数式（１）から粒径ｄを求め、第２の量子ドット３ａの平均粒径を決定する。 Therefore, the HOMO level H ₁ of the hole transport layer 3 is set to, for example, an intermediate value between the work function W ₁ of the anode 2 and the HOMO level H ₀ of the light emitting layer 4 or near the intermediate value. Then, the HOMO level H ₁ set in this way is substituted into the equation (1) as the quantum dot HOMO level E _Hd , the particle diameter d is obtained from the equation (1), and the second quantum dot 3a Determine the average particle size.

　また、この粒径ｄを数式（２）に代入して量子ドットＬＵＭＯ準位Ｅ_Ldを求め、これにより正孔輸送層３のＬＵＭＯ準位Ｌ_１を決定する。 Further, the particle size d is substituted into the formula (2) to obtain the quantum dot LUMO level E _Ld, thereby determining the LUMO level L ₁ of the hole transport layer 3.

　このように正孔輸送層３のＨＯＭＯ準位Ｈ_１を、発光層４のＨＯＭＯ準位Ｈ_０と陽極２の仕事関数Ｗ_１との中間値乃至中間値近傍に設定することにより、陽極２→正孔輸送層３→発光層４における正孔の輸送障壁を最適化することができる。 In this way, by setting the HOMO level H ₁ of the hole transport layer 3 to an intermediate value between the HOMO level H ₀ of the light emitting layer 4 and the work function W ₁ of the anode 2, the anode 2 → The hole transport barrier in the hole transport layer 3 → the light emitting layer 4 can be optimized.

　次に、電子輸送層５に使用する無機材料を選択する。 Next, an inorganic material used for the electron transport layer 5 is selected.

　ここで、電子輸送層５としては、発光層４で発光された光が吸収されないように発光層４のバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きい無機材料が選択される。 Here, as the electron transport layer 5, an inorganic material larger than the band gap energy Eg of the light emitting layer 4 is selected so that the light emitted from the light emitting layer 4 is not absorbed.

　次いで、電子輸送層５のＬＵＭＯ準位Ｌ_２及びＨＯＭＯ準位Ｈ_２を以下のようにして決定する。 Next, the LUMO level L ₂ and the HOMO level H ₂ of the electron transport layer 5 are determined as follows.

　すなわち、電子の電子輸送層５から発光層４への注入が容易となるためには、電子輸送層５のＬＵＭＯ準位Ｌ_２と発光層４のＬＵＭＯ準位Ｌ_０との差が小さいことが好ましい。その一方で、電子が陰極６から電子輸送層５に容易に注入されるためには、陰極６の仕事関数Ｗ_２と電子輸送層５のＬＵＭＯ準位Ｌ_２との差が小さいのが好ましい。 That is, in order to facilitate the injection of electrons from the electron transport layer 5 to the light emitting layer 4, the difference between the LUMO level L ₂ of the electron transport layer 5 and the LUMO level L ₀ of the light emitting layer 4 is small. preferable. On the other hand, since electrons are easily injected into the electron transporting layer 5 from the cathode 6 is preferably the difference between the LUMO level L ₂ of the work function W ₂ and the electron transport layer 5 of the cathode 6 is small.

　そこで、電子輸送層５のＬＵＭＯ準位Ｌ_２を、例えば、陰極６の仕事関数Ｗ_２と発光層４のＬＵＭＯ準位Ｌ_０との中間値乃至中間値近傍に設定する。そして、このようにして設定されたＬＵＭＯ準位Ｌ_２を量子ドットＬＵＭＯ準位Ｅ_Ldとして数式（２）に代入し、この数式（２）から粒径ｄを求め、第３の量子ドット５ａの平均粒径を決定する。 Therefore, the LUMO level L ₂ of the electron transport layer 5 is set to, for example, an intermediate value or the vicinity of the intermediate value between the work function W ₂ of the cathode 6 and the LUMO level L ₀ of the light emitting layer 4. Then, the LUMO level L ₂ set in this way is substituted into the mathematical expression (2) as the quantum dot LUMO level E _Ld , the particle diameter d is obtained from this mathematical expression (2), and the third quantum dot 5a Determine the average particle size.

　また、この粒径ｄを数式（１）に代入して量子ドットＨＯＭＯ準位Ｅ_Hdを求め、これにより電子輸送層５のＨＯＭＯ準位Ｈ_２を決定する。 Further, the quantum dot HOMO level E _Hd is obtained by substituting the particle diameter d into the mathematical formula (1), thereby determining the HOMO level H ₂ of the electron transport layer 5.

　このように電子輸送層５のＬＵＭＯ準位Ｌ_２を、発光層４のＬＵＭＯ準位Ｌ_０と陰極６の仕事関数Ｗ_２との中間値乃至中間値近傍に設定することにより、陰極６→電子輸送層５→発光層４における電子の輸送障壁を最適化することができる。 Thus, by setting the LUMO level L ₂ of the electron transport layer 5 to an intermediate value between the LUMO level L ₀ of the light-emitting layer 4 and the work function W ₂ of the cathode 6, the cathode 6 → the electron The electron transport barrier in the transport layer 5 → the light emitting layer 4 can be optimized.

　また、電子輸送層５のバンドギャップエネルギーＥｇは、発光層４のバンドギャップエネルギーよりも大きく、しかも電子輸送層５のＨＯＭＯ準位Ｈ_２は発光層４のＨＯＭＯ準位Ｈ_０よりも十分に大きいことから、発光層４から電子輸送層５への正孔輸送障壁を高くすることができる。 The band gap energy Eg of the electron transport layer 5 is larger than the band gap energy of the light emitting layer 4, and the HOMO level H ₂ of the electron transport layer 5 is sufficiently larger than the HOMO level H ₀ of the light emitting layer 4. Therefore, the hole transport barrier from the light emitting layer 4 to the electron transport layer 5 can be increased.

　尚、発光層４を形成する第１の量子ドット４ａとしては、光電変換作用を奏する半導体材料であれば特に限定されるものではなく、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ等の化合物半導体を使用することができる。 The first quantum dots 4a forming the light emitting layer 4 are not particularly limited as long as they are semiconductor materials that exhibit a photoelectric conversion effect, and compound semiconductors such as InP, CdSe, CdS, and PbSe are used. Can do.

　また、正孔輸送層３を形成する第２の量子ドット３ａとしては、第１の量子ドット４ａのバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きい無機半導体材料であれば特に限定されるものではないが、正孔輸送層３中での正孔の移動度が大きい無機半導体材料を使用するのが好ましく、例えば、ＮｉＯ、ＭｏＯ_３等の酸化物半導体やＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等の化合物半導体を使用することができる。 The second quantum dots 3a forming the hole transport layer 3 are not particularly limited as long as they are inorganic semiconductor materials larger than the band gap energy Eg of the first quantum dots 4a. An inorganic semiconductor material having a high hole mobility in the transport layer 3 is preferably used. For example, an oxide semiconductor such as NiO or MoO ₃ or a compound semiconductor such as ZnTe or CdTe can be used.

　また、電子輸送層５を形成する第３の量子ドット５ａとしては、第１の量子ドット４ａのバンドギャップエネルギーよりも大きい無機半導体材料であれば特に限定されるものではないが、電子輸送層５中での電子の移動度が大きい無機半導体材料を使用するのが好ましく、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２等の酸化物半導体やＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ等の化合物半導体を使用することができる。 The third quantum dot 5a forming the electron transport layer 5 is not particularly limited as long as it is an inorganic semiconductor material larger than the band gap energy of the first quantum dot 4a. It is preferable to use an inorganic semiconductor material having a high electron mobility therein. For example, an oxide semiconductor such as ZnO or TiO ₂ or a compound semiconductor such as ZnS, ZnSe, or GaN can be used.

　次に、上記発光ダイオードの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the light emitting diode will be described.

　図３は上記発光ダイオードの製造方法を示す製造工程図である。 FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing method of the light emitting diode.

　まず、図３（ａ）に示すように、スパッタ法等によりガラス基板１上にＩＴＯ等の透明膜を成膜し、ＵＶオゾン処理を行い、膜厚１００ｎｍ～１５０ｎｍの陽極２を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, a transparent film such as ITO is formed on a glass substrate 1 by sputtering or the like, and UV ozone treatment is performed to form an anode 2 having a thickness of 100 nm to 150 nm.

　次に、第２の量子ドット３ａを分散溶媒中に分散させた第２の量子ドット分散溶液を用意する。 Next, a second quantum dot dispersion solution in which the second quantum dots 3a are dispersed in a dispersion solvent is prepared.

　そして、スピンコート法等を使用し、第２の量子ドット分散溶液を陽極２上に塗布し、第２の量子ドット３ａからなる膜厚５０～１００ｎｍの正孔輸送層３を形成する。 Then, using a spin coating method or the like, the second quantum dot dispersion solution is applied onto the anode 2 to form the hole transport layer 3 having a thickness of 50 to 100 nm composed of the second quantum dots 3a.

　次いで、第１の量子ドット４ａを分散溶媒中に分散させた第１の量子ドット分散溶液を用意する。 Next, a first quantum dot dispersion solution in which the first quantum dots 4a are dispersed in a dispersion solvent is prepared.

　そして、スピンコート法等を使用し、第１の量子ドット分散溶液を正孔輸送層３上に塗布し、図３（ｂ）に示すように、第１の量子ドット４ａからなる膜厚１０～２０ｎｍの発光層４を形成する。 Then, using a spin coating method or the like, the first quantum dot dispersion solution is applied onto the hole transport layer 3, and as shown in FIG. A 20 nm light emitting layer 4 is formed.

　次に、第３の量子ドット５ａを分散溶媒中に分散させた第３の量子ドット分散溶液を用意する。 Next, a third quantum dot dispersion solution in which the third quantum dots 5a are dispersed in a dispersion solvent is prepared.

　そして、スピンコート法等を使用し、第３の量子ドット分散溶液を発光層４上に塗布し、図３（ｃ）に示すように、第３の量子ドット５ａからなる膜厚５０～１００ｎｍの電子輸送層５を形成する。 Then, using a spin coating method or the like, the third quantum dot dispersion solution is applied onto the light emitting layer 4, and as shown in FIG. 3C, the film thickness of 50 to 100 nm made of the third quantum dots 5a is formed. The electron transport layer 5 is formed.

　その後、図３（ｄ）に示すように、ＬｉＦ、Ａｌ等を使用し、真空蒸着法で膜厚１００ｎｍ～３００ｎｍの陰極６を形成し、これにより発光ダイオードが作製される。 Thereafter, as shown in FIG. 3 (d), LiF, Al, or the like is used to form a cathode 6 having a film thickness of 100 nm to 300 nm by a vacuum deposition method, whereby a light emitting diode is manufactured.

　尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでない。上記実施の形態では、陽極２の表面に正孔輸送層３を直接形成しているが、陽極２と正孔輸送層３の間に正孔注入層を介在させてもよく、また、正孔輸送層３を多層化して層間障壁を低減し、エネルギー構造を最適化するのも好ましい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, the hole transport layer 3 is directly formed on the surface of the anode 2. However, a hole injection layer may be interposed between the anode 2 and the hole transport layer 3. It is also preferred to optimize the energy structure by multilayering the transport layer 3 to reduce the interlayer barrier.

　また、正孔注入層を介在させる場合、該正孔注入層の材料としては、ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ等の有機材料を使用してもよく、無機材料を使用してもよい。特に、正孔注入層に有機材料を使用した場合は、電極表面の平坦化に寄与することが可能となる。 Further, when a hole injection layer is interposed, an organic material such as PEDOT: PSS or an inorganic material may be used as the material of the hole injection layer. In particular, when an organic material is used for the hole injection layer, it is possible to contribute to planarization of the electrode surface.

　また、上記実施の形態では、第１～第３の量子のドット３ａ～５ａは、コア部のみでシェル部を有していないが、コアーシェル構造、或いはシェル部が２層構造のコアーシェルーシェル構造にも同様に適用できる。 In the above-described embodiment, the first to third quantum dots 3a to 5a have only a core portion and no shell portion, but have a core-shell structure or a core-shell-shell structure in which the shell portion has a two-layer structure. The same applies to the above.

　また、上記実施の形態では、発光デバイスとして発光ダイオードの場合について説明したが、半導体レーザや表示装置等の各種発光デバイスに使用できるのはいうまでもない。 In the above embodiment, the case of a light emitting diode as a light emitting device has been described. However, it goes without saying that it can be used for various light emitting devices such as a semiconductor laser and a display device.

　次に、本発明の実施例を具体的に説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.

（試料番号１）
〔エネルギー構造の設計〕
　陽極材料として仕事関数が４．９ｅＶのＩＴＯを使用し、陰極材料として仕事関数が４．３ｅＶのＡｌを使用した。 (Sample No. 1)
[Design of energy structure]
ITO having a work function of 4.9 eV was used as the anode material, and Al having a work function of 4.3 eV was used as the cathode material.

　また、発光層としてＩｎＰ量子ドットを使用し、平均粒径を６．８ｎｍ（バンドギャップエネルギーＥｇ：１．８ｅＶ）に設定した。 Further, InP quantum dots were used as the light emitting layer, and the average particle size was set to 6.8 nm (band gap energy Eg: 1.8 eV).

　次いで、〔発明を実施するための形態〕に記載した数式（１）、（２）から量子ドットＨＯＭＯ準位Ｅ_Hd、及び量子ドットＬＵＭＯ準位Ｅ_Ldを算出し、ＩｎＰ量子ドットのＨＯＭＯ準位Ｈ_０、及びＬＵＭＯ準位Ｌ_０を求めた。 Next, the quantum dot HOMO level E _Hd and the quantum dot LUMO level E _Ld are calculated from the mathematical formulas (1) and (2) described in [Description of Embodiments], and the HOMO level of the InP quantum dot is calculated. H ₀ and LUMO level L ₀ were obtained.

　すなわち、ＩｎＰのバルクＨＯＭＯ準位Ｅ_Hbは５．８ｅＶ、バルクＬＵＭＯ準位Ｅ_Lbは４．５ｅＶであり、下記非特許文献２よりＩｎＰ中の正孔及び電子の有効質量ｍ_ｈ、ｍ_ｅは、それぞれ０．５３、０．０８であるから、数式（１）よりＩｎＰ量子ドットのＨＯＭＯ準位Ｈ_０（＝Ｅ_Hd）は、５．９ｅＶ、数式（２）よりＩｎＰ量子ドットのＬＵＭＯ準位Ｌ_０（＝Ｅ_Ld）は、４．１ｅＶと求まった。
Physical review，2010年, B82, 205212 That is, the bulk HOMO level E _Hb of InP is 5.8 eV, bulk LUMO level E _Lb is 4.5 eV, holes and electrons effective mass _m h in InP from the following non-patent document 2, _{m e} is Are 0.53 and 0.08, respectively, so that the HOMO level H ₀ (= E _Hd ) of the InP quantum dot is 5.9 eV from the equation (1), and the LUMO level of the InP quantum dot is from the equation (2). L ₀ (= E _Ld ) was found to be 4.1 eV.
Physical review, 2010, B82, 205212

　次いで、このＩｎＰ量子ドットのバンドギャップエネルギーＥｇよりも十分に大きなバンドギャップエネルギーＥｇを有するＮｉＯ量子ドットを正孔輸送層材料に選択した。 Next, NiO quantum dots having a band gap energy Eg sufficiently larger than the band gap energy Eg of the InP quantum dots were selected as the hole transport layer material.

　次いで、ＮｉＯ量子ドットのＨＯＭＯ準位Ｈ_１が、発光層のＨＯＭＯ準位Ｈ_０（＝５．９ｅＶ）と陽極の仕事関数Ｗ_１（＝４．９ｅＶ）との中間値５．４ｅＶとなるようにＮｉＯ量子ドットの平均粒径を求めた。 Next, the HOMO level H ₁ of the NiO quantum dot becomes an intermediate value 5.4 eV between the HOMO level H ₀ (= 5.9 eV) of the light emitting layer and the work function W ₁ (= 4.9 eV) of the anode. The average particle size of NiO quantum dots was determined.

　すなわち、ＮｉＯのバルクＨＯＭＯ準位Ｅ_Hbは５．４ｅＶであり、非特許文献３よりＮｉＯ中の正孔の有効質量ｍ_ｈは０．８であるから、数式（１）よりＮｉＯ量子ドットのＨＯＭＯ準位Ｈ_Hd：５．４ｅＶに相当する平均粒径ｄは９．０ｎｍと求まった。 That is, since the bulk HOMO level E _Hb of NiO is 5.4 eV, and the effective mass m _{h of} holes in NiO is 0.8 from Non-Patent Document 3, the HOMO of NiO quantum dots is obtained from Equation (1). The average particle diameter d corresponding to the level H _Hd : 5.4 eV was determined to be 9.0 nm.

　そして、ＮｉＯのバルクＬＵＭＯ準位Ｅ_Lbは１．６ｅＶであり、非特許文献３よりＮｉＯの電子の有効質量ｍ_Ｅは、２．９であるから、ＮｉＯの量子ＬＵＭＯ準位Ｅ_Lbは、１．６ｅＶとなった。
J. Mater. Chem., 2007年, 17, 127 Since the bulk LUMO level E _Lb of NiO is 1.6 eV and the effective mass m _E of NiO electrons is 2.9 from Non-Patent Document 3, the quantum LUMO level E _Lb of NiO is 1 .6 eV.
J. Mater. Chem., 2007, 17, 127

　また、ＩｎＰ量子ドットのバンドギャップエネルギーＥｇよりも十分に大きなバンドギャップエネルギーＥｇを有するＺｎＯ量子ドットを電子輸送層材料に選択した。 In addition, ZnO quantum dots having band gap energy Eg sufficiently larger than the band gap energy Eg of InP quantum dots were selected as the electron transport layer material.

　そして、ＺｎＯ量子ドットのＬＵＭＯ準位Ｌ_２が、発光層のＬＵＭＯ準位Ｌ_０（＝４．１ｅＶ）と陰極の仕事関数Ｗ_１（＝４．３ｅＶ）との中間値４．２ｅＶとなるようにＺｎＯ量子ドットの平均粒径を求めた。 Then, the LUMO level L ₂ of the ZnO quantum dot is set to an intermediate value of 4.2 eV between the LUMO level L ₀ (= 4.1 eV) of the light emitting layer and the work function W ₁ (= 4.3 eV) of the cathode. The average particle diameter of ZnO quantum dots was determined.

　すなわち、ＺｎＯのバルクＬＵＭＯ準位Ｅ_Lbは４．３ｅＶであり、非特許文献４よりＺｎＯの電子の有効質量ｍ_Ｅは、０．２４であるから、数式（２）よりＺｎＯ量子ドットのＬＵＭＯ準位Ｌ_２：４．２ｅＶに相当する平均粒径ｄは７．７ｎｍと求まった。 That is, since the bulk LUMO level E _Lb of ZnO is 4.3 eV, and the effective mass m _E of ZnO electrons is 0.24 from Non-Patent Document 4, the LUMO level of ZnO quantum dots is obtained from Equation (2). The average particle diameter d corresponding to the position L ₂ : 4.2 eV was determined to be 7.7 nm.

　ＺｎＯのバルクＨＯＭＯ準位Ｅ_Hbは７．７ｅＶであり、非特許文献４よりＺｎＯの正孔の有効質量ｍ_ｈは、０．４であるから、ＺｎＯの量子ＨＯＭＯ準位Ｅ_Hdは、７．８ｅＶと求まった。
Appl. Phys. Lett.７４，２９３９（１９９９） Since the bulk HOMO level E _Hb of ZnO is 7.7 eV and the effective mass m _h of the hole of ZnO is 0.4 from Non-Patent Document 4, the quantum HOMO level E _Hd of ZnO is 7. It was determined to be 8 eV.
Appl. Phys. Lett. 74, 2939 (1999)

　〔試料の作製〕
　まず、ＩｎＰ量子ドット（第１の量子ドット）をトルエン（分散溶媒）中に分散させたＩｎＰ量子ドット分散溶液を作製した。 [Sample preparation]
First, an InP quantum dot dispersion solution in which InP quantum dots (first quantum dots) were dispersed in toluene (dispersion solvent) was prepared.

　すなわち、オクタデセン（Ｃ₁₈Ｈ₃₆）に酢酸インジウム（Ｉｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_３）及びミリスチン酸（Ｃ₁₃Ｈ₂₇ＣＯＯＨ）を溶解させ、Ｉｎ原料溶液を作製した。また、オクタデセンにトリスメチルシリルホスフィン（（ＣＨ_３）_３Ｓｉ）_３Ｐ）及びオクチルアミン（Ｃ_８Ｈ₁₇ＮＨ_２）を溶解させ、Ｐ原料溶液を作製した。次いで、Ｉｎ原料溶液を２００℃に加熱し、該加熱されたＩｎ原料溶液にＰ原料溶液を滴下し、２時間保持して、平均粒径が６．８ｎｍのＩｎＰ量子ドットを得た。そして、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を使用して未反応物とＩｎＰ量子ドットを分離し、沈殿したＩｎＰ量子ドットをトルエン（Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３）に再分散させ、これによりＩｎＰ量子ドット分散溶液を作製した。 That is, indium acetate (In (CH ₃ COO) ₃ ) and myristic acid (C ₁₃ H ₂₇ COOH) were dissolved in octadecene (C ₁₈ H ₃₆ ) to prepare an In raw material solution. Further, trismethylsilylphosphine ((CH ₃ ) ₃ Si) ₃ P) and octylamine (C ₈ H ₁₇ NH ₂ ) were dissolved in octadecene to prepare a P raw material solution. Next, the In raw material solution was heated to 200 ° C., the P raw material solution was dropped into the heated In raw material solution, and held for 2 hours to obtain InP quantum dots having an average particle diameter of 6.8 nm. Then, methanol (CH ₃ OH) is used to separate unreacted substances and InP quantum dots, and the precipitated InP quantum dots are redispersed in toluene (C ₆ H ₅ CH ₃ ), whereby an InP quantum dot dispersion solution Was made.

　次に、ＮｉＯ量子ドット（第２の量子ドット）を２－プロパノール（分散溶媒）中に分散させたＮｉＯ量子ドット分散溶液を作製した。 Next, a NiO quantum dot dispersion solution in which NiO quantum dots (second quantum dots) were dispersed in 2-propanol (dispersion solvent) was prepared.

　すなわち、酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ_３ＣＯＯ））をエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）に溶解させて酢酸ニッケル／エタノール溶液を作製した。また、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエタノールに溶解させて水酸化ナトリウム／エタノール溶液を作製した。次いで、酢酸ニッケル／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、２時間保持して、平均粒径が９．０ｎｍのＮｉＯ量子ドットを得た。その後、遠心分離機を使用して沈殿物と未反応物とを分離し、沈殿物を２－プロパノール（ＣＨ_３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_３）に再分散させ、これによりＮｉＯ量子ドット分散溶液を作製した。 That is, nickel acetate (Ni (CH ₃ COO)) was dissolved in ethanol (C ₂ H ₅ OH) to prepare a nickel acetate / ethanol solution. In addition, sodium hydroxide (NaOH) was dissolved in ethanol to prepare a sodium hydroxide / ethanol solution. Next, a sodium hydroxide / ethanol solution was added dropwise to the nickel acetate / ethanol solution and held for 2 hours to obtain NiO quantum dots having an average particle size of 9.0 nm. Thereafter, a centrifuge is used to separate the precipitate from the unreacted material, and the precipitate is redispersed in 2-propanol (CH ₃ CH (OH) CH ₃ ), thereby producing a NiO quantum dot dispersion solution. did.

　さらに、ＺｎＯ量子ドット（第３の量子ドット）を２－プロパノール（分散溶媒）中に分散させたＺｎＯ量子ドット分散溶液を作製した。 Furthermore, a ZnO quantum dot dispersion solution in which ZnO quantum dots (third quantum dots) were dispersed in 2-propanol (dispersion solvent) was prepared.

　すなわち、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ））をエタノールに溶解させて酢酸亜鉛／エタノール溶液を作製した。また、水酸化ナトリウムをエタノールに溶解させて水酸化ナトリウム／エタノール溶液を作製した。次いで、酢酸亜鉛／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、２時間保持して、平均粒径が７．７ｎｍのＺｎＯ量子ドットを得た。その後、遠心分離機を使用して沈殿物と未反応物とを分離し、沈殿物を２－プロパノールに再分散させ、これによりＺｎＯ量子ドット分散溶液を作製した。 That is, zinc acetate (Zn (CH ₃ COO)) was dissolved in ethanol to prepare a zinc acetate / ethanol solution. In addition, sodium hydroxide was dissolved in ethanol to prepare a sodium hydroxide / ethanol solution. Next, a sodium hydroxide / ethanol solution was dropped into the zinc acetate / ethanol solution and held for 2 hours to obtain ZnO quantum dots having an average particle size of 7.7 nm. Thereafter, the precipitate and the unreacted material were separated using a centrifuge, and the precipitate was redispersed in 2-propanol, thereby preparing a ZnO quantum dot dispersion solution.

　尚、ＩｎＰ、ＮｉＯ、及びＺｎＯの各量子ドットの平均粒径はＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で確認した。 In addition, the average particle diameter of each quantum dot of InP, NiO, and ZnO was confirmed with TEM (transmission electron microscope).

　次に、スパッタ法によりガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜し、ＵＶオゾン処理を行い、膜厚１２０ｎｍの陽極を作製した。 Next, an ITO film was formed on the glass substrate by a sputtering method, UV ozone treatment was performed, and an anode with a film thickness of 120 nm was produced.

　そして、スピンコート法を使用してＮｉＯ量子ドット分散溶液を陽極上に塗布し、膜厚５０ｎｍの正孔輸送層を形成した。 Then, using a spin coating method, a NiO quantum dot dispersion solution was applied on the anode to form a hole transport layer having a thickness of 50 nm.

　次に、スピンコート法を使用し、ＩｎＰ量子ドット分散溶液を正孔輸送層上に塗布し、膜厚２０ｎｍの発光層を形成した。 Next, using a spin coating method, an InP quantum dot dispersion solution was applied onto the hole transport layer to form a light emitting layer having a thickness of 20 nm.

　次いで、スピンコート法を使用し、ＺｎＯ量子ドット分散溶液を発光層上に塗布し、膜厚５０ｎｍの電子輸送層を形成した。 Next, using a spin coating method, a ZnO quantum dot dispersion solution was applied onto the light emitting layer to form an electron transport layer having a thickness of 50 nm.

　そして、Ａｌを使用し、真空蒸着法で膜厚が１００ｎｍの陰極を形成し、これにより試料番号１の試料を作製した。 Then, using Al, a cathode having a film thickness of 100 nm was formed by a vacuum deposition method, and thereby a sample of sample number 1 was produced.

　表１は、試料番号１の第１～第３の量子ドットの平均粒径、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、及びバンドギャップエネルギーＥｇを示している。 Table 1 shows the average particle diameter, HOMO level, LUMO level, and band gap energy Eg of the first to third quantum dots of sample number 1.

（試料番号２）
〔エネルギー構造の設計〕
　試料番号１と同様、陽極としてＩＴＯ、正孔輸送層として平均粒径９．０ｎｍのＮｉＯ量子ドット、陰極としてＡｌを使用した。 (Sample No. 2)
[Design of energy structure]
Similar to Sample No. 1, ITO was used as the anode, NiO quantum dots with an average particle size of 9.0 nm were used as the hole transport layer, and Al was used as the cathode.

　そして、発光層としてＩｎＰ量子ドットを使用し、平均粒径を４．７ｎｍ（バンドギャップエネルギーＥｇ：２．２ｅＶ）に設定した。このＩｎＰ量子ドットは、数式（１）、（２）よりＨＯＭＯ準位Ｈ_０が５．９ｅＶ、ＬＵＭＯ準位Ｌ_０は３．７ｅＶとなった。 And the InP quantum dot was used as a light emitting layer, and the average particle diameter was set to 4.7 nm (band gap energy Eg: 2.2 eV). This InP quantum dot has a HOMO level H ₀ of 5.9 eV and a LUMO level L ₀ of 3.7 eV from the equations (1) and (2).

　また、電子輸送層材料としてＺｎＯを使用した。そして、ＺｎＯのＬＵＭＯ準位Ｌ_２が陰極の仕事関数（＝４．３ｅＶ）と発光層のＬＵＭＯ準位（＝３．７ｅＶ）の中間値４．０ｅＶとなるように、数式（２）より平均粒径を求めたところ、４．４ｎｍとなった。 Further, ZnO was used as the electron transport layer material. Then, the average of the LUMO level L _{2 of} ZnO is calculated from the formula (2) so that the intermediate value between the work function (= 4.3 eV) of the cathode and the LUMO level (= 3.7 eV) of the light emitting layer is 4.0 eV. The particle diameter was determined to be 4.4 nm.

　また、この平均粒径を数式（１）に代入したところ、ＺｎＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_２は７．９ｅＶと求まった。 Further, when this average particle diameter was substituted into the mathematical formula (1), the HOMO level H ₂ of ZnO was found to be 7.9 eV.

〔試料の作製〕
　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径４．７ｎｍのＩｎＰ量子ドット分散溶液を、Ｉｎ原料溶液にＰ原料溶液を滴下し、１時間保持して作製した。 [Sample preparation]
An InP quantum dot dispersion solution having an average particle size of 4.7 nm was prepared by dripping the P raw material solution into the In raw material solution and holding it for 1 hour in the same manner as in Sample No. 1.

　また、試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が４．４ｎｍのＺｎＯ量子ドット分散溶液を、酢酸亜鉛／エタノール溶液に水酸化ナトリウム/エタノール溶液を滴下し、１時間保持して作製した。 In addition, a ZnO quantum dot dispersion solution having an average particle size of 4.4 nm was prepared by dripping a sodium hydroxide / ethanol solution into a zinc acetate / ethanol solution and holding it for 1 hour in the same manner as in Sample No. 1. .

　尚、ＩｎＰ、及びＺｎＯの各量子ドットの平均粒径は、試料番号１と同様、ＴＥＭで確認した。 In addition, the average particle diameter of each quantum dot of InP and ZnO was confirmed by TEM similarly to the sample number 1.

　これ以外は試料番号１と同様の方法・手順で試料番号２の試料を作製した。 Other than this, the sample of sample number 2 was prepared in the same manner and procedure as sample number 1.

　表２は、試料番号２の各量子ドットの平均粒径、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、及びバンドギャップエネルギーＥｇを示している。 Table 2 shows the average particle diameter, HOMO level, LUMO level, and band gap energy Eg of each quantum dot of sample number 2.

（試料番号３）
〔エネルギー構造の設計〕
　試料番号１と同様、陽極としてＩＴＯ、陰極としてＡｌを使用した。 (Sample No. 3)
[Design of energy structure]
Similar to Sample No. 1, ITO was used as the anode and Al was used as the cathode.

　そして、発光層としてＩｎＰ量子ドットを使用し、平均粒径を３．７ｎｍ（バンドギャップエネルギーＥｇ：２．９ｅＶ）に設定した。このＩｎＰ量子ドットは、数式（１）、（２）よりＨＯＭＯ準位Ｈ_０が６．０ｅＶ、ＬＵＭＯ準位Ｌ_０は３．１ｅＶとなった。 And the InP quantum dot was used as a light emitting layer, and the average particle diameter was set to 3.7 nm (band gap energy Eg: 2.9 eV). This InP quantum dot has a HOMO level H ₀ of 6.0 eV and a LUMO level L ₀ of 3.1 eV according to equations (1) and (2).

　また、正孔輸送層材料としてＮｉＯを使用した。そして、ＮｉＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_１が陽極の仕事関数Ｗ_１（＝４．９ｅＶ）と発光層のＨＯＭＯ準位Ｈ_０（＝６．０ｅＶ）の中間値近傍の５．５ｅＶとなるように、数式（１）より平均粒径を求めたところ、５．８ｎｍとなった。 NiO was used as the hole transport layer material. The HOMO level H _{1 of} NiO is 5.5 eV in the vicinity of the intermediate value between the work function W ₁ (= 4.9 eV) of the anode and the HOMO level H ₀ (= 6.0 eV) of the light emitting layer. When the average particle diameter was determined from Equation (1), it was 5.8 nm.

　この平均粒径を数式（２）に代入したところ、ＮｉＯのＬＵＭＯ準位Ｌ_１は１．６ｅＶと求まった。 When this average particle diameter was substituted into the formula (2), the LUO level L ₁ of NiO was determined to be 1.6 eV.

　また、電子輸送層材料としてＺｎＯを使用した。そして、ＺｎＯのＬＵＭＯ準位Ｌ_２が陰極の仕事関数Ｗ_２（＝４．３ｅＶ）と発光層のＬＵＭＯ準位Ｌ_０（＝３．１ｅＶ）の中間値３．７ｅＶとなるように、数式（２）より平均粒径を求めたところ、３．３ｎｍとなった。 Further, ZnO was used as the electron transport layer material. Then, the formula (2) is set so that the LUMO level L _{2 of} ZnO becomes an intermediate value 3.7 eV between the work function W ₂ (= 4.3 eV) of the cathode and the LUMO level L ₀ (= 3.1 eV) of the light emitting layer. When the average particle size was determined from 2), it was 3.3 nm.

　また、この平均粒径を数式（１）に代入したところ、ＺｎＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_２は８．１ｅＶと求まった。 Moreover, when this average particle diameter was substituted into Formula (1), the HOMO level H ₂ of ZnO was found to be 8.1 eV.

〔試料の作製〕
　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径３．７ｎｍのＩｎＰ量子ドット分散溶液を、Ｉｎ原料溶液にＰ原料溶液を滴下し、３０分保持して作製した。 [Sample preparation]
An InP quantum dot dispersion solution having an average particle diameter of 3.7 nm was prepared by dripping the P raw material solution into the In raw material solution and holding it for 30 minutes in the same manner as in Sample No. 1.

　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が５．８ｎｍのＮｉＯ量子ドット分散溶液を、酢酸ニッケル／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、１時間保持して作製した。 A NiO quantum dot dispersion solution having an average particle diameter of 5.8 nm was prepared by dropping a sodium hydroxide / ethanol solution into a nickel acetate / ethanol solution and keeping it for 1 hour in the same manner as in Sample No. 1.

　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が３．３ｎｍのＺｎＯ量子ドット分散溶液を、酢酸亜鉛／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、３０分保持して作製した。 A ZnO quantum dot dispersion solution having an average particle diameter of 3.3 nm was prepared by dropping a sodium hydroxide / ethanol solution into a zinc acetate / ethanol solution and maintaining it for 30 minutes in the same manner as in Sample No. 1.

　尚、ＩｎＰ、ＮｉＯ及びＺｎＯの各量子ドットの平均粒径は、試料番号１と同様、ＴＥＭで確認した。 In addition, the average particle diameter of each quantum dot of InP, NiO, and ZnO was confirmed by TEM similarly to the sample number 1.

　これ以外は試料番号１と同様の方法・手順で試料番号３の試料を作製した。 Other than this, the sample No. 3 was prepared in the same manner and procedure as the sample No. 1.

　表３は、試料番号３の各量子ドットの平均粒径、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、及びバンドギャップエネルギーＥｇを示している。 Table 3 shows the average particle diameter, HOMO level, LUMO level, and band gap energy Eg of each quantum dot of sample number 3.

（試料番号４）
〔エネルギー構造の設計〕
　試料番号１と同様、陽極としてＩＴＯ、陰極としてＡｌを使用した。 (Sample No. 4)
[Design of energy structure]
Similar to Sample No. 1, ITO was used as the anode and Al was used as the cathode.

　発光層としてＣｄＳｅ量子ドットを使用し、平均粒径を５．５ｎｍ（バンドギャップエネルギーＥｇ：２．２ｅＶ）に設定した。 CdSe quantum dots were used as the light emitting layer, and the average particle size was set to 5.5 nm (band gap energy Eg: 2.2 eV).

　ＣｄＳｅ量子ドットは、非特許文献５より正孔の有効質量ｍ_ｈ及び電子の有効質量ｍ_ｅが、それぞれ０．４、０．１２であるから、数式（１）、（２）より、平均粒径５．５ｎｍに相当するＣｄＳｅのＨＯＭＯ準位Ｈ_０は６．８ｅＶ、ＬＵＭＯ準位Ｌ_０は４．６ｅＶと求まった。
J. Chem. Phys. 1984年, 80, 4403 CdSe quantum dots, since the effective mass _{m e} of Non-Patent Document 5 than the hole effective mass _{m h} and electrons, respectively 0.4,0.12, Equation (1) and (2) an average particle The HOMO level H ₀ of CdSe corresponding to a diameter of 5.5 nm was found to be 6.8 eV, and the LUMO level L ₀ was found to be 4.6 eV.
J. Chem. Phys. 1984, 80, 4403

　正孔輸送層に平均粒径２．０ｎｍのＮｉＯを選択した。平均粒径が２．０ｎｍに相当するＮｉＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_１及びＬＵＭＯ準位Ｌ_１は、それぞれ数式（１）、（２）より５．９ｅＶ及び１．５ｅＶと求まった。 NiO having an average particle diameter of 2.0 nm was selected for the hole transport layer. The HOMO level H ₁ and LUMO level L ₁ of NiO corresponding to an average particle diameter of 2.0 nm were found to be 5.9 eV and 1.5 eV from the equations (1) and (2), respectively.

　電子輸送層に平均粒径７．８ｎｍのＺｎＯを選択した。平均粒径が７．８ｎｍに相当するＺｎＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_２及びＬＵＭＯ準位Ｌ_２は、それぞれ数式（１）、（２）より７．８ｅＶ及び４．２ｅＶと求まった。 ZnO having an average particle diameter of 7.8 nm was selected for the electron transport layer. The HOMO level H ₂ and LUMO level L ₂ of ZnO corresponding to an average particle diameter of 7.8 nm were found to be 7.8 eV and 4.2 eV from Equations (1) and (2), respectively.

〔試料の作製〕
　まず、ＣｄＳｅ量子ドット（第１の量子ドット）がトルエン（分散溶媒）中に分散したＣｄＳｅ量子ドット分散溶液を作製した。 [Sample preparation]
First, a CdSe quantum dot dispersion solution in which CdSe quantum dots (first quantum dots) were dispersed in toluene (dispersion solvent) was prepared.

　すなわち、オクタデセンに酸化カドミウム（ＣｄＯ）及びオクタデシルアミン（Ｃ₁₃Ｈ₃₇ＮＨ_２）を溶解させ、Ｃｄ原料溶液を作製した。また、オクタデセンにセレン（Ｓｅ）、トリブチルホスフィン（（Ｃ_４Ｈ_９）_３Ｐ）を溶解させ、Ｓｅ原料溶液を作製した。次いで、Ｃｄ原料溶液を２８０℃に加熱し、該加熱されたＣｄ原料溶液にＳｅ原料溶液を滴下し、２５０℃の温度で１時間保持して、平均粒径が５．５ｎｍのＣｄＳｅ量子ドットを作製した。そして、メタノールを使用して未反応物とＣｄＳｅ量子ドットを分離し、沈殿したＣｄＳｅ量子ドットをトルエンに再分散させ、これによりＣｄＳｅ量子ドット分散溶液を作製した。 That is, cadmium oxide (CdO) and octadecylamine (C ₁₃ H ₃₇ NH ₂ ) were dissolved in octadecene to prepare a Cd raw material solution. Further, selenium (Se) and tributylphosphine ((C ₄ H ₉ ) ₃ P) were dissolved in octadecene to prepare a Se raw material solution. Next, the Cd raw material solution is heated to 280 ° C., the Se raw material solution is dropped into the heated Cd raw material solution, and held at a temperature of 250 ° C. for 1 hour to obtain CdSe quantum dots having an average particle size of 5.5 nm. Produced. Then, unreacted substances and CdSe quantum dots were separated using methanol, and the precipitated CdSe quantum dots were redispersed in toluene, thereby preparing a CdSe quantum dot dispersion solution.

　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が２．０ｎｍのＮｉＯ量子ドット分散溶液を、酢酸ニッケル／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、３０分保持して作製した。 A NiO quantum dot dispersion solution having an average particle diameter of 2.0 nm was prepared by dropping a sodium hydroxide / ethanol solution into a nickel acetate / ethanol solution and maintaining it for 30 minutes in the same manner as in sample number 1.

　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が７．８ｎｍのＺｎＯ量子ドット分散溶液を、酢酸亜鉛／エタノール溶液に水酸化ナトリウム／エタノール溶液を滴下し、２時間保持して作製した。 A ZnO quantum dot dispersion solution having an average particle diameter of 7.8 nm was prepared by dripping a sodium hydroxide / ethanol solution into a zinc acetate / ethanol solution and keeping it for 2 hours in the same manner as in Sample No. 1.

　そして、上記ＣｄＳｅ量子ドット分散溶液、ＮｉＯ量子ドット分散溶液、及びＺｎＯ量子ドット分散溶液を使用した以外は、試料番号１と同様の方法・手順で試料番号４の試料を作製した。 A sample No. 4 was prepared in the same manner and procedure as Sample No. 1 except that the above CdSe quantum dot dispersion solution, NiO quantum dot dispersion solution, and ZnO quantum dot dispersion solution were used.

　尚、ＣｄＳｅ、ＮｉＯ、及びＺｎＯの各量子ドットの平均粒径は、試料番号１と同様、ＴＥＭで確認した。 In addition, the average particle diameter of each quantum dot of CdSe, NiO, and ZnO was confirmed by TEM similarly to the sample number 1.

　表４は、試料番号４の各量子ドットの平均粒径、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、及びバンドギャップエネルギーＥｇを示している。 Table 4 shows the average particle diameter, HOMO level, LUMO level, and band gap energy Eg of each quantum dot of sample number 4.

（試料番号５）
〔エネルギー構造の設計〕
　試料番号１と同様、陽極としてＩＴＯ、陰極としてＡｌを使用し、電子輸送層として試料番号４と同様、平均粒径７．８ｎｍのＺｎＯを使用した。 (Sample No. 5)
[Design of energy structure]
Similar to Sample No. 1, ITO was used as the anode, Al was used as the cathode, and ZnO having an average particle diameter of 7.8 nm was used as the Sample No. 4 as the electron transport layer.

　そして、発光層は、試料番号４と同様、ＣｄＳｅ量子ドットを使用したが、平均粒径を９．２ｎｍ（バンドギャップエネルギーＥｇ：１．８ｅＶ）に設定した。このＣｄＳｅ量子ドットは、数式（１）、（２）よりＨＯＭＯ準位Ｈ_０が６．７ｅＶ、ＬＵＭＯ準位Ｌ_０は４．９ｅＶとなった。 And the light emitting layer used the CdSe quantum dot similarly to the sample number 4, but set the average particle diameter to 9.2 nm (band gap energy Eg: 1.8 eV). This CdSe quantum dot has a HOMO level H ₀ of 6.7 eV and a LUMO level L ₀ of 4.9 eV according to equations (1) and (2).

　正孔輸送層に平均粒径２．３ｎｍのＮｉＯを選択した。平均粒径が２．０ｎｍに相当するＮｉＯのＨＯＭＯ準位Ｈ_１及びＬＵＭＯ準位Ｌ_１は、それぞれ数式（１）、（２）より５．８ｅＶ及び１．５ｅＶと求まった。 NiO having an average particle diameter of 2.3 nm was selected for the hole transport layer. The HOMO level H ₁ and LUMO level L ₁ of NiO corresponding to an average particle diameter of 2.0 nm were determined to be 5.8 eV and 1.5 eV from the equations (1) and (2), respectively.

〔試料の作製〕
　試料番号４と略同様の方法で、平均粒径が９．２ｎｍのＣｄＳｅ分散溶液を、２８０℃に加熱されたＣｄ原料溶液にＳｅ原料溶液を滴下し、２時間保持して作製した。 [Sample preparation]
A CdSe dispersion solution having an average particle diameter of 9.2 nm was prepared by dropping the Se raw material solution into a Cd raw material solution heated to 280 ° C. and held for 2 hours in the same manner as in sample number 4.

　試料番号１と略同様の方法で、平均粒径が２．３ｎｍのＮｉＯ量子ドット分散溶液を、酢酸ニッケル/エタノール溶液に水酸化ナトリウム/エタノール溶液を滴下し、３０分保持して作製した。 A NiO quantum dot dispersion solution having an average particle size of 2.3 nm was prepared by dropping a sodium hydroxide / ethanol solution into a nickel acetate / ethanol solution and holding it for 30 minutes in the same manner as in sample number 1.

　尚、ＣｄＳｅ、及びＮｉＯの各量子ドットの平均粒径は、試料番号１と同様、ＴＥＭで確認した。 In addition, the average particle diameter of each quantum dot of CdSe and NiO was confirmed by TEM similarly to the sample number 1.

　表５は、試料番号５の各量子ドットの平均粒径、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、及びバンドギャップエネルギーＥｇを示している。 Table 5 shows the average particle diameter, HOMO level, LUMO level, and band gap energy Eg of each quantum dot of sample number 5.

（試料の評価）
　図４～図８は、試料番号１～５の各試料のエネルギー状態を示すエネルギー状態図である。 (Sample evaluation)
4 to 8 are energy state diagrams showing the energy states of the samples of sample numbers 1 to 5. FIG.

　表６は正孔又は電子の各輸送障壁を示している。また、表６には、比較例として、非特許文献１における正孔又は電子の各輸送障壁を記載している。 Table 6 shows hole or electron transport barriers. Table 6 shows hole or electron transport barriers in Non-Patent Document 1 as comparative examples.

　この表６から明らかなように、比較例は、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は１．５ｅＶであり、正孔輸送障壁が高く、キャリアの注入効率に劣っている。 As is apparent from Table 6, in the comparative example, the hole transport barrier from the hole transport layer to the light emitting layer is 1.5 eV, the hole transport barrier is high, and the carrier injection efficiency is poor.

　また、この比較例では、発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁は２．１ｅＶと比較的高いものの、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁は－０．５ｅＶと低く、発光層のＩｎＰ量子ドットに注入された正孔は、電子輸送層に容易に流出してしまって、ＩｎＰ量子ドット内に電子を効果的に閉じ込めるのが困難である。 In this comparative example, although the electron transport barrier from the light-emitting layer to the hole transport layer is relatively high at 2.1 eV, the hole transport barrier from the light-emitting layer to the electron transport layer is as low as −0.5 eV. Holes injected into the InP quantum dots of the layer easily flow out to the electron transport layer, and it is difficult to effectively confine electrons in the InP quantum dots.

　これに対し試料番号１は、図４及び表６から明らかなように、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は０．５ｅＶであり、また電子輸送層から発光層への電子輸送障壁も０．１ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が低く、キャリアをキャリア輸送層から発光層に容易に注入することができる。 On the other hand, as is clear from FIG. 4 and Table 6, Sample No. 1 has a hole transport barrier of 0.5 eV from the hole transport layer to the light emitting layer, and electron transport from the electron transport layer to the light emitting layer. The barrier is also 0.1 eV, and both have low carrier transport barriers, and carriers can be easily injected from the carrier transport layer into the light emitting layer.

　また、この試料番号１では、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁は１．９ｅＶであり、また発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁も２．５ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が高く、キャリアの閉じ込め性に優れていることが分かった。 In Sample No. 1, the hole transport barrier from the light-emitting layer to the electron transport layer is 1.9 eV, and the electron transport barrier from the light-emitting layer to the hole transport layer is 2.5 eV. It was found that the transport barrier is high and the carrier confinement property is excellent.

　そして、この試料番号１では、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、発光層からは、平均粒径６．８ｎｍのＩｎＰのバンドギャップエネルギーＥｇ：１．８ｅＶに相当する赤色の光を発することが確認された。 In Sample No. 1, when a voltage is applied between the anode and the cathode, the light emitting layer emits red light corresponding to the band gap energy Eg of InP having an average particle diameter of 6.8 nm: 1.8 eV. It was confirmed.

　試料番号２は、図５及び表６から明らかなように、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は０．５ｅＶであり、また電子輸送層から発光層への電子輸送障壁も０．３ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が低く、キャリアをキャリア輸送層から発光層に容易に注入することができる。 As apparent from FIG. 5 and Table 6, Sample No. 2 has a hole transport barrier from the hole transport layer to the light-emitting layer of 0.5 eV, and also has an electron transport barrier from the electron transport layer to the light-emitting layer of 0 eV. .3 eV, both of which have a low carrier transport barrier, and carriers can be easily injected from the carrier transport layer into the light-emitting layer.

　また、この試料番号２では、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁は２．０ｅＶであり、また発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁も２．１ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が高く、キャリアの閉じ込め性に優れていることが分かった。 In Sample No. 2, the hole transport barrier from the light-emitting layer to the electron transport layer is 2.0 eV, and the electron transport barrier from the light-emitting layer to the hole transport layer is 2.1 eV. It was found that the transport barrier is high and the carrier confinement property is excellent.

　そして、この試料番号２では、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、発光層からは、平均粒径４．７ｎｍのＩｎＰのバンドギャップエネルギーＥｇ：２．２ｅＶに相当する緑色の光を発することが確認された。 In Sample No. 2, when a voltage is applied between the anode and the cathode, green light corresponding to a band gap energy Eg of 2.2 eV of InP having an average particle diameter of 4.7 nm is emitted from the light emitting layer. It was confirmed.

　試料番号３は、図６及び表６から明らかなように、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は０．５ｅＶであり、また電子輸送層から発光層への電子輸送障壁も０．６ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が低く、キャリアをキャリア輸送層から発光層に容易に注入することができる。 As apparent from FIG. 6 and Table 6, Sample No. 3 has a hole transport barrier from the hole transport layer to the light-emitting layer of 0.5 eV, and also has an electron transport barrier from the electron transport layer to the light-emitting layer of 0. The carrier transport barrier is low, and carriers can be easily injected from the carrier transport layer into the light emitting layer.

　また、この試料番号３では、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁は２．１ｅＶであり、また発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁も１．５ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が高く、キャリアの閉じ込め性に優れていることが分かった。 In Sample No. 3, the hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer is 2.1 eV, and the electron transport barrier from the light emitting layer to the hole transport layer is 1.5 eV. It was found that the transport barrier is high and the carrier confinement property is excellent.

　そして、この試料番号３では、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、発光層からは、平均粒径３．７ｎｍのＩｎＰのバンドギャップエネルギーＥｇ：２．９ｅＶに相当する青色の光を発することが確認された。 In Sample No. 3, when a voltage is applied between the anode and the cathode, blue light corresponding to the band gap energy Eg of 2.9 eV of InP having an average particle diameter of 3.7 nm is emitted from the light emitting layer. It was confirmed.

　試料番号４は、図７及び表６から明らかなように、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は０．９ｅＶであり、また電子輸送層から発光層への電子輸送障壁も－０．４ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が低く、キャリアをキャリア輸送層から発光層に容易に注入することができる。 As is clear from FIG. 7 and Table 6, Sample No. 4 has a hole transport barrier of 0.9 eV from the hole transport layer to the light emitting layer, and also has an electron transport barrier from the electron transport layer to the light emitting layer − Each of them is 0.4 eV, and the carrier transport barrier is low. Carriers can be easily injected from the carrier transport layer into the light emitting layer.

　また、この試料番号４では、発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁は３．１ｅＶと高く、また、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁も１．０ｅＶであり、試料番号１～３に比べると低いが、正孔をＣｄＳｅ量子ドット内に閉じ込めるには十分に高い障壁を有することが分かった。 In Sample No. 4, the electron transport barrier from the light emitting layer to the hole transport layer is as high as 3.1 eV, and the hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer is 1.0 eV. It was found to have a sufficiently high barrier to confine holes in CdSe quantum dots, although it is low compared to 1-3.

　そして、この試料番号４では、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、発光層からは、平均粒径５．５ｎｍのＣｄＳｅのバンドギャップエネルギーＥｇ：２．２ｅＶに相当する緑色の光を発することが確認された。 In Sample No. 4, when a voltage is applied between the anode and the cathode, the light emitting layer emits green light corresponding to the band gap energy Eg: 2.2 eV of CdSe having an average particle diameter of 5.5 nm. It was confirmed.

　試料番号５は、図８及び表６から明らかなように、正孔輸送層から発光層への正孔輸送障壁は０．９ｅＶであり、また電子輸送層から発光層への電子輸送障壁も－０．７ｅＶであり、いずれもキャリアの輸送障壁が低く、キャリアをキャリア輸送層から発光層に容易に注入することができる。 In Sample No. 5, as is clear from FIG. 8 and Table 6, the hole transport barrier from the hole transport layer to the light emitting layer is 0.9 eV, and the electron transport barrier from the electron transport layer to the light emitting layer is − The carrier transport barrier is low, and the carrier can be easily injected from the carrier transport layer into the light emitting layer.

　また、この試料番号５では、発光層から正孔輸送層への電子輸送障壁も３．４ｅＶと高く、また、発光層から電子輸送層への正孔輸送障壁は１．１ｅＶであり、試料番号１～３に比べると低いが、正孔をＣｄＳｅ量子ドット内に閉じ込めるには十分に高い障壁を有することが分かった。 In Sample No. 5, the electron transport barrier from the light emitting layer to the hole transport layer is as high as 3.4 eV, and the hole transport barrier from the light emitting layer to the electron transport layer is 1.1 eV. It was found to have a sufficiently high barrier to confine holes in CdSe quantum dots, although it is low compared to 1-3.

　そして、この試料番号５では、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、発光層からは、平均粒径９．２ｎｍのＣｄＳｅのバンドギャップエネルギーＥｇ：１．８ｅＶに相当する赤色の光を発することが確認された。 In Sample No. 5, when a voltage is applied between the anode and the cathode, the light emitting layer emits red light corresponding to the band gap energy Eg: 1.8 eV of CdSe having an average particle diameter of 9.2 nm. It was confirmed.

　尚、非特許文献１に記載された従来の発光ダイオードでは、電子輸送層に使用されているＴＰＢＩの電子移動度は、非特許文献６に記載されているように、１０^-5ｃｍ^２／Ｖ・ｓである。 In the conventional light emitting diode described in Non-Patent Document 1, the electron mobility of TPBI used in the electron transport layer is 10 ⁻⁵ cm ² / V as described in Non-Patent Document 6. -S.

　これに対し本発明実施例で電子輸送層に使用されているＺｎＯの電子移動度は、非特許文献７に記載されているように１００ｃｍ^２／Ｖ・ｓである。 On the other hand, the electron mobility of ZnO used for the electron transport layer in the examples of the present invention is 100 cm ² / V · s as described in Non-Patent Document 7.

　すなわち、本発明実施例の無機半導体材料は、有機半導体材料に比べて電子移動度が大きく、したがってキャリア輸送性に優れており、紫外光に吸収されて分解することもなく、耐久性の向上を図ることができる。
Chemical Physics Letters,　2001年，334, 61 Appl.Phys.Lett.　2005年，87, 152101 That is, the inorganic semiconductor material of the embodiment of the present invention has a higher electron mobility than the organic semiconductor material, and thus has excellent carrier transportability, and is improved in durability without being absorbed and decomposed by ultraviolet light. You can plan.
Chemical Physics Letters, 2001, 334, 61 Appl.Phys.Lett. 2005, 87, 152101

　キャリアの量子ドット内への注入効率及び閉じ込め効率を向上させて良好な発光効率を有する発光ダイオード等の発光デバイスが実現できる。 It is possible to realize a light emitting device such as a light emitting diode having a good light emission efficiency by improving the injection efficiency and confinement efficiency of carriers into quantum dots.

２　陽極（第１の電極）
３　正孔輸送層
３ａ　第２の量子ドット
４　発光層
４ａ　第１の量子ドット
５　電子輸送層
５ａ　第３の量子ドット
６　陰極（第２の電極） 2 Anode (first electrode)
3 hole transport layer 3a second quantum dot 4 light emitting layer 4a first quantum dot 5 electron transport layer 5a third quantum dot 6 cathode (second electrode)

Claims

　第１の量子ドットで形成された発光層が、正孔輸送層と電子輸送層との間に介在された発光デバイスであって、
　前記正孔輸送層及び前記電子輸送層が、前記第１の量子ドットとは異なる無機材料からなる第２及び第３の量子ドットでそれぞれ形成されていることを特徴とする発光デバイス。 The light emitting layer formed of the first quantum dots is a light emitting device interposed between a hole transport layer and an electron transport layer,
The light-emitting device, wherein the hole transport layer and the electron transport layer are formed of second and third quantum dots made of an inorganic material different from the first quantum dots, respectively.
　前記正孔輸送層及び前記電子輸送層から前記発光層に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が小さくかつ前記発光層から前記電子輸送層及び前記正孔輸送層に輸送される正孔及び電子の輸送障壁が大きくなるように、前記第２及び前記第３の量子ドットの粒径を制御し、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層の各エネルギー準位が調整されていることを特徴とする請求項１記載の発光デバイス。 Holes and electrons transported from the hole transport layer and the electron transport layer to the light emitting layer are small, and holes and electrons transported from the light emitting layer to the electron transport layer and the hole transport layer are small. And the energy levels of the hole transport layer and the electron transport layer are adjusted by controlling the particle size of the second and third quantum dots so that the transport barrier of the second and third quantum dots is increased. The light emitting device according to claim 1.
　前記第２及び第３の量子ドットは、前記第１の量子ドットに比べてバンドギャップエネルギーの大きい無機材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発光デバイス。 The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the second and third quantum dots are formed of an inorganic material having a larger band gap energy than the first quantum dots.
　前記正孔輸送層が、第１の電極の表面に形成されると共に、
　前記正孔輸送層のＨＯＭＯ準位が、前記第１の電極の仕事関数と前記発光層のＨＯＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるように、前記第２の量子ドットの平均粒径が設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光デバイス。 The hole transport layer is formed on a surface of the first electrode;
The average particle diameter of the second quantum dots so that the HOMO level of the hole transport layer is an intermediate value or a vicinity of the intermediate value between the work function of the first electrode and the HOMO level of the light emitting layer. The light-emitting device according to claim 1, wherein: is set.
　前記正孔輸送層のＬＵＭＯ準位は、前記発光層のＬＵＭＯ準位よりも小さなエネルギー準位を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光デバイス。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the LUMO level of the hole transport layer has an energy level smaller than the LUMO level of the light emitting layer.
　第２の電極が前記電子輸送層の表面に形成されると共に、
　前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位が、前記第２の電極の仕事関数と前記発光層のＬＵＭＯ準位との中間値乃至中間値近傍となるように、前記第３の量子ドットの平均粒径が設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光デバイス。 A second electrode is formed on the surface of the electron transport layer;
The average particle diameter of the third quantum dots is such that the LUMO level of the electron transport layer is an intermediate value between the work function of the second electrode and the LUMO level of the light-emitting layer or in the vicinity of the intermediate value. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is set.
　前記電子輸送層のＨＯＭＯ準位は、前記発光層のＨＯＭＯ準位よりも大きなエネルギー準位を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光デバイス。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the HOMO level of the electron transport layer has a larger energy level than the HOMO level of the light emitting layer.
　前記第１～第３の量子ドットは、酸化物半導体、化合物半導体、及び単体半導体のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発光デバイス。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 7, wherein the first to third quantum dots are any one of an oxide semiconductor, a compound semiconductor, and a single semiconductor.