(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットを含有する少なくとも１層以上の発光層が、電極間に介装された発光素子であって、
前記発光層のうちの少なくとも１層の発光層は、前記量子ドットの表面に界面活性剤が存在する発光領域と、前記量子ドットの表面に界面活性剤が存在しない非発光領域とを有していることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記非発光領域は、熱処理されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光層の表面に第２発光層が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記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２発光層は、電子輸送層であることを特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光領域及び前記第２発光層は、それぞれ異なる波長の光を発することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光層が、平均粒径の異なる２種類以上の量子ドット層の積層体で形成されると共に、前記各発光層は、前記非発光領域の少なくとも一部と前記発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように積層されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光層の各発光領域は、それぞれ異なる波長の光を発することを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
電子輸送層が、前記発光層の表面に形成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
一方の電極と前記発光層との間に正孔輸送層が介装されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１０】
前記量子ドットは、コアーシェル構造を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
量子ドットを含有する少なくとも１層以上の発光層が、電極間に介装された発光素子の製造方法であって、
界面活性剤が表面に配位した少なくとも１種類以上の量子ドットを作製する量子ドット作製工程と、
前記量子ドット作製工程で作製された各量子ドットを使用して少なくとも１層以上の量子ドット層を形成する量子ドット層形成工程と、
前記量子ドット層のうちの少なくとも１層の量子ドット層の特定領域を熱処理して該特定領域の界面活性剤を除去し、発光領域と非発光領域とを有する発光層を作製する界面活性剤除去工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記発光層の表面に第２発光層を形成することを特徴とする請求項１１記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２発光層は、電子輸送層であることを特徴とする請求項１２記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記量子ドット作製工程では、平均粒径の異なる２種類以上の量子ドットを作製すると共に、これらの量子ドットを使用し、前記非発光領域の少なくとも一部と前記発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように前記量子ドット層形成工程と前記界面活性剤除去工程とを複数回実行し、発光波長の異なる２層以上の発光層を形成することを特徴とする請求項１１記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記発光層のうち、最上層の発光層の表面に電子輸送層を形成することを特徴とする請求項１４記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の発光素子が、アレイ状に多数配列されていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及び発光素子の製造方法、並びに表示装置に関し、より詳しくは量子ドットで形成された少なくとも１層の発光層を有する発光素子、及び該発光素子の製造方法、並びに該発光素子を使用したフルカラーディスプレイ等の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒径が１０ｎｍ以下の超微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、発光効率が高く発光スペクトルの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、発光層に量子ドットを含有した発光素子が注目されており、近年、盛んに研究・開発されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、図８に示すように、フォトリソグラグィー法を用いて、量子ドットを含有した発光層をパターニングするエレクトロルミネッセンス（以下、「ＥＬ」という。）素子の製造方法が提案されている。【０００４】
この特許文献１では、図８（ａ）に示すように、絶縁層１０１を介して電気的に絶縁された第１の電極層１０２を基板１０３上に形成し、その上に正孔注入層１０４を形成し、次いで発光領域のフォトレジスト層が除去されるようにフォトレジスト層１０５を所定パターン状に形成する。【０００５】
次いで、図８（ｂ）に示すように、シランカップリング剤が配位された量子ドットと正孔輸送性材料を含有した塗工液を使用して発光層１０６を形成する。【０００６】
次に、図８（ｃ）に示すように、フォトマスクを介してフォトレジスト層１０５を露光した後、フォトレジスト現像液により現像し、洗浄することにより、残存するフォトレジスト層１０５を除去するとともに、フォトレジスト層１０５上の発光層１０６をリフトオフし、パターン状の発光層１０６ａを形成する。【０００７】
そして、最後に図８（ｄ）に示すように、発光層１０６ａ上に第２の電極層１０７を形成している。【０００８】
また、特許文献２には、図９に示すように、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により濡れ性が変化する層を用いて、量子ドットを含有した発光層のパターニングを行うＥＬ素子の製造方法が提案されている。【０００９】
この特許文献２では、図９（ａ）に示すように、絶縁層１１１を介して電気的に絶縁された第１の電極層１１２を基板１１３上に形成し、その上に濡れ性変化層１１４を形成する。ここで、濡れ性変化層１１４は、光触媒を含有し、紫外線等のエネルギー照射により濡れ性が変化するように構成されている。【００１０】
次に、フォトマスクを介して濡れ性変化層１１４に紫外線を照射する。すると、濡れ性変化層１１４に含有される光触媒の作用から、図９（ｂ）に示すように、濡れ性変化層１１４の照射部分では、濡れ性が液体との接触角が低下するように変化して親液性領域１１５が形成され、未照射部分では、濡れ性の変化しない撥液性領域１１６が形成される。【００１１】
そして、シランカップリング剤等の配位子が配位された量子ドットを含有する塗工液を濡れ性層１１４上に塗布すると、図９（ｃ）に示すように、塗工液は撥液性領域１１６では撥ねられる一方、親液性領域１１５では付着し、これにより親液性領域１１５の表面に発光層１１７が形成される。【００１２】
そして、最後に図９（ｄ）に示すように、発光層１１７上に第２の電極層１１８を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−８７７６０号公報（請求項１、段落番号〔００２６〕、図１）
【特許文献２】特開２００９−８７７８１号公報（請求項１、段落番号〔００３４〕〜同〔００３８〕、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１では、発光層をフォトリソグラフィー法でパターニングしているため、正孔注入層１０４上の不要なフォトレジスト１０５を溶解除去させる際、該フォトレジスト１０５を完全に除去できず、正孔注入層１０４上に残渣が存在するおそれがある。そして、フォトレジスト１０５の残渣が正孔注入層１０４に存在すると、発光特性の低下を招くおそれがある。【００１５】
また、特許文献１では、フォトレジストを使用してパターニングを行っているため、正孔注入層１０４には一連のフォトリソグラフィープロセスに曝されても、これに耐えうるだけの耐薬品性を有する材料を選択する必要があり、材料選択に制限があるという問題点があった。【００１６】
また、特許文献２では、発光特性とは無関係な濡れ性変化層１１４が発光層１１７と第１の電極層１１２との間に介在されており、ＥＬ素子の抵抗が高くなり、このため駆動電圧が高くなるという問題点があった。【００１７】
しかも、特許文献２では、紫外線の照射部分と非照射部分との境界で液体との接触角が大きく変化するため、斯かる部分での膜厚変化が大きくなり、このため発光特性に斑が生じるおそれがあった。【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、煩雑な工程を要することなく発光領域のパターニングを容易に行うことができ、かつ低コストで良好な発光特性を高効率で得ることができる発光素子、及び発光素子の製造方法、並びにこの発光素子を使用した表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
ナノメートルレベルの超微粒子である量子ドットは、量子ドット同士が互いに凝集するのを回避するために界面活性剤が周囲に配位されている。この界面活性剤は量子ドットの表面欠陥を不活性化し、電圧印加によりキャリア（正孔、電子）を量子ドット内に効果的に閉じ込めることができ、これにより正孔と電子とが量子ドット内で再結合し、高効率で励起子発光させることが可能である。【００２０】
一方、量子ドット表面の界面活性剤を除去すると、表面欠陥が不活性化されず、励起子は表面欠陥にトラップされて励起エネルギーは熱放射失活し、非発光状態となる。そしてこの界面活性剤は沸点程度の温度で熱処理を行うことにより容易に除去することができる。【００２１】
したがって、量子ドット層の特定領域を熱処理することにより発光領域と非発光領域とを形成することができ、これにより特許文献１のようなフォトリソグラフィー法を使用したり、特許文献２のような濡れ性変化層を設けなくても良好な発光特性を有する発光素子を容易かつ効率良く得ることができる。【００２２】
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、本発明に係る発光素子は、量子ドットを含有する少なくとも１層以上の発光層が、電極間に介装された発光素子であって、前記発光層のうちの少なくとも１層の発光層は、前記量子ドットの表面に界面活性剤が存在する発光領域と、前記量子ドットの表面に界面活性剤が存在しない非発光領域とを有していることを特徴としている。【００２３】
また、本発明の発光素子は、前記非発光領域が、熱処理されてなるのが好ましい。【００２４】
また、発光機能を有する電子輸送層を発光層の表面に第２発光層として形成すると、非発光領域の量子ドットからは表面欠陥を経由したリーク電流が増加して第２発光層に電荷が集中し、第２発光層が発光する。したがって、発光層と第２発光層の双方から異なる波長の光を出力することが可能となる。【００２５】
すなわち、本発明の発光素子は、前記発光層の表面に第２発光層が形成されているのが好ましい。【００２６】
また、本発明の発光素子は、前記第２発光層が、電子輸送層であるのが好ましい。【００２７】
さらに、本発明の発光素子は、前記発光領域及び前記第２発光層は、それぞれ異なる波長の光を発するのが好ましい。【００２８】
また、発光層を異なる粒径の量子ドット層の積層体で形成し、かつ各発光層の発光領域から発光するように積層することにより、量子サイズ効果によって各発光層からは異なる波長の光を出力することが可能となる。【００２９】
すなわち、本発明の発光素子は、前記発光層が、平均粒径の異なる２種類以上の量子ドット層の積層体で形成されると共に、前記各発光層は、前記非発光領域の少なくとも一部と前記発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように積層されているのが好ましい。【００３０】
さらに、本発明の発光素子は、前記発光層の各発光領域は、それぞれ異なる波長の光を発するのが好ましい。【００３１】
また、本発明の発光素子は、電子輸送層が、前記発光層の表面に形成されているのが好ましい。【００３２】
さらに、本発明の発光素子は、一方の電極と前記発光層との間に正孔輸送層が介装されているのが好ましい。【００３３】
また、本発明の発光素子は、前記量子ドットが、コアーシェル構造を有するのが好ましい。【００３４】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、量子ドットを含有する少なくとも１層以上の発光層が、電極間に介装された発光素子の製造方法であって、界面活性剤が表面に配位した少なくとも１種類以上の量子ドットを作製する量子ドット作製工程と、前記量子ドット作製工程で作製された各量子ドットを使用して少なくとも１層以上の量子ドット層を形成する量子ドット層形成工程と、前記量子ドット層のうちの少なくとも１層の量子ドット層の特定領域を熱処理して該特定領域の界面活性剤を除去し、発光領域と非発光領域とを有する発光層を作製する界面活性剤除去工程とを含むことを特徴としている。【００３５】
さらに、本発明の発光素子の製造方法は、前記発光層の表面に第２発光層を形成するのが好ましい。【００３６】
また、本発明の発光素子の製造方法は、前記第２発光層が、電子輸送層であるのが好ましい。【００３７】
また、本発明の発光素子の製造方法は、前記量子ドット作製工程では、平均粒径の異なる２種類以上の量子ドットを作製すると共に、これらの量子ドットを使用し、前記非発光領域の少なくとも一部と前記発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように前記量子ドット層形成工程と前記界面活性剤除去工程とを複数回実行し、発光波長の異なる２層以上の発光層を形成するのが好ましい。【００３８】
また、本発明の発光素子の製造方法は、前記発光層のうち、最上層の発光層の表面に電子輸送層を形成するのが好ましい。【００３９】
また、本発明に係る表示装置は、上述した発光素子が、アレイ状に多数配列されていることを特徴している。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の発光素子及び発光素子の製造方法によれば、発光層に含有される量子ドットの表面に界面活性剤が存在するか否かのみで、発光・非発光を画定する発光領域をパターニングすることができる。すなわち、煩雑なフォトリソグラフィー法等を使用することなく発光領域のパターニングを行うことができるので、発光素子内にフォトレジストの残渣が存在することもなく、また材料選択時に耐薬品性を考慮する必要もなく、低コストかつ高効率で良好な発光特性を有する発光素子を得ることが可能となる。また、発光層の膜厚も成膜過程で容易に制御できるので、膜厚を均一乃至略均一に形成することが可能となり、発光特性に斑が生じることもない。しかも、特許文献２のように素子が高抵抗化することもなく、低電圧での印加で駆動がさせることが可能となる。【００４１】
また、前記発光層の表面に第２発光層が形成されることにより、発光層の非発光領域に対応する部分は第２発光層で発光させることが可能となる。すなわち、発光層の非発光領域における量子ドットからは、表面欠陥を経由したリーク電流が増加するため、第２発光層に電荷が集中し、これにより第２発光層が発光し、１つの発光素子から異なる波長の光を発光させることが可能となる。しかも第２発光層が、電子輸送層を兼ねるので、素子構造の簡素化が可能となる。【００４２】
また、前記発光層が、平均粒径の異なる２種類以上の量子ドット層の積層体で形成されると共に、前記各発光層は、前記非発光領域の少なくとも一部と前記発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように積層されることにより、量子サイズ効果により同一材料の量子ドットから異なる色の光を各発光領域から発光させることが可能となり、低コストかつ高効率で良好な発光特性を有する発光素子を得ることが可能となる。【００４３】
また、本発明の表示装置によれば、上述した発光素子が、アレイ状に多数配列されているので、フルカラーディスプレイ等の表示装置を低コストで得ることができる。【００４４】
このように本発明によれば、発光層に含有される量子ドットの表面に界面活性剤が存在するか否かのみで発光層の発光・非発光を制御することができ、小型・高性能の表示装置を低コストかつ高効率で得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る発光素子の製造方法の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示す製造工程図（１／２）である。
【図３】本発明に係る発光素子の製造方法の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示す製造工程図（２／２）である。
【図４】量子ドットの表面に界面活性剤が配位した状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明に係る発光素子の第２の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例１の第１の素子部から得られた発光スペクトルを示す図である。
【図７】実施例１の第２の素子部から得られた発光スペクトルを示す図である。
【図８】特許文献１のパターニング方法を示す製造工程図である。
【図９】特許文献２のパターニング方法を示す製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。
【００４７】
図１は、本発明に係る発光素子の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示す断面図である。
【００４８】
すなわち、この発光素子は、透明基板１の表面に陽極２が形成され、さらに該陽極２の表面には正孔輸送層３が形成されている。
【００４９】
また、正孔輸送層３の表面には量子ドットからなる発光層４が形成されている。そして、発光層４は、第１の所定波長（例えば、６２２ｎｍ）の光を発する発光領域４ａと光を発しない非発光領域４ｂとを有している。
【００５０】
発光層４の表面には、発光領域４ａから発する光とは異なる第２の所定波長（例えば、５２５ｎｍ）の光を発する第２発光層５が形成され、さらに該第２発光層５の表面には陰極６（第１の陰極６ａ、第２の陰極６ｂ）が形成されている。すなわち、第１の陰極６ａは発光領域４ａの上面に形成されると共に、第２の陰極６ｂは非発光領域４ｂの上面に形成され、図１に示すように第１の素子部８ａ及び第２の素子部８ｂに区分されている。尚、本実施の形態では、前記第２発光層５は電子輸送層を兼ねている。
【００５１】
図２は、発光層４に含有される量子ドットを模式的に示す断面図である。
【００５２】
すなわち、この量子ドット９は、コア部１０と該コア部１０を保護するシェル部１１とからなるコアーシェル構造を有し、シェル部１１の表面には界面活性剤１２が配位されている。そして、この界面活性剤１２により量子ドット９同士が凝集するのを回避している。
【００５３】
発光領域４ａに含有される量子ドット９は、表面に界面活性剤１２が配位されて存在し、非発光領域４ｂに含有される量子ドット９は、界面活性剤１２が除去されて存在している。
【００５４】
すなわち、発光領域４ａでは、量子ドット９、すなわちシェル部１１の表面に界面活性剤１２が配位して存在していることから、量子ドット９の表面欠陥が不活性化されている。しかも量子ドット９に使用される界面活性剤１２は、通常キャリア輸送性が低いため、陽極２と陰極６間での電圧印加により、電子と正孔が吸引されて量子ドット９の内部に効果的に閉じ込められ、量子ドット９内で再結合し、高効率で励起子発光する。
【００５５】
一方、非発光領域４ｂでは、量子ドット９、すなわちシェル部１１の表面に界面活性剤１２が存在せず、量子ドット９の表面欠陥は不活性化していないため、キャリアは表面欠陥にトラップされ、励起子はエネルギーを失って無放射失活し、非発光状態となる。しかも、この場合、表面欠陥を経由した量子ドット９からのリーク電流が増加し、第２発光層５に電荷が集中することから、非発光領域４ｂの上面に位置する第２発光層５が励起子発光する。この界面活性剤１２は、沸点程度の熱処理によって容易に除去できることから、量子ドット層の特定領域に熱処理を施すのみで、発光領域４ａと非発光領域４ｂとを有する発光層４を形成することができる。
【００５６】
ここで、量子ドット９のコア部１０を形成するコア材料としては、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、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ等を使用することができ、また、シェル部１１を構成するシェル材料としては、例えばＺｎＳ、ＧａＮ、ＡｌＰ等を使用することができる。
【００５７】
また、界面活性剤１２としては、レーザ照射等の熱処理によって容易に除去できるものであれば、特に限定されるものではなく、ヘキサデシルアミン（以下、「ＨＤＡ」という。）やオクチルアミン等の長鎖アミン、トリオクチルホスフィンオキサイド、ピリジン等を使用することができる。
【００５８】
尚、透明基板１としては、特に限定されるものではなく、例えば、ガラス等の無機材料や、ポリカーボネート、ポリアクリレート等の透明樹脂を使用することができる。
【００５９】
陽極２としては、正孔が注入し易いように仕事関数の大きい透明性の導電性材料を使用するのが好ましく、例えば酸化インジウムスズ（以下、「ＩＴＯ」という。）、酸化亜鉛ー酸化インジウム等の酸化亜鉛系材料を使用することができる。
【００６０】
陰極６としては、電子が注入し易いように仕事関数の小さい導電性材料を使用するのが好ましく、例えばＡｌ、Ｃａを使用することができる。
【００６１】
また、正孔輸送層３を形成する正孔輸送性材料としては、例えば酸化ニッケル(ＮｉＯ)、酸化モリブデン(ＭｏＯ３)等の無機酸化物、ビス（Ｎ−（１−ナフチル−Ｎ−フェニル）−ベンジジン等のアリールアミン誘導体、コポリ［３，３’−ヒドロキシ−テトラフェニルベンジジン／ジエチレングリコール］カーボネート、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）−ベンジジン（ＴＰＤ）、４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン等のトリフェニルアミン誘導体、ポリビニルカルバゾール、４，４−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル等のカルバゾール誘導体、１，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ベンゼン等のジスチリルアリーレン誘導体、ポリ［（9，9−ジオクチルフルオレニル−2，7−ジイル）−co−（4，4´−（N−（4−sec−ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］等のフルオレン誘導体、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−alt−co−（９，９’−スピロ−ビフルオレン−２，７−ジイル）］等のスピロ化合物を使用することができる。
【００６２】
また、電子輸送層５を形成する電子輸送性材料としては、例えば、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（以下、「Ａｌｑ３」という。）、ビス（２−メチル−８−キノリラート）−４−フェニルフェノラート)アルミニウム等のアルミニウム錯体、（２−（４−ビフェニリル）−５−（４−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール）等のオキサジアゾール類、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン等のフェナントロリン類を使用することができる。
【００６３】
このように構成された発光素子では、陰極６（第１の陰極６ａ及び第２の陰極６ｂ）と陽極２との間に電圧が印加されると、陰極６には電子が注入され、陽極２には正孔が注入される。そして陰極６に注入された電子は電子輸送層５を経て発光層４の量子ドット９内に入り込み、陽極２に注入された正孔は正孔輸送層３を経て発光層４の量子ドット９内に入り込む。
【００６４】
そして、第１の素子部８ａでは、発光層４に含有される量子ドット９の表面に界面活性剤１２が配位されて存在しているので、発光層４は、上述したように発光領域４ａを形成し、高効率で励起子発光する。すなわち、第１の素子部８ａでは、発光層４の発光領域４ａからの励起光が、矢印Ａに示すように、正孔輸送層３、陽極２及びガラス基板１を透過し、所定の発光色（例えば、赤色光）を出力する。
【００６５】
一方、第２の素子部８ｂでは、発光層４に含有される量子ドット９の表面に界面活性剤１２は存在しないので、発光層４は、上述したように非発光領域４ｂを形成する。そして、表面欠陥を経由した量子ドット９からのリーク電流が増加して第２発光層５に電荷が集中し、非発光領域４ｂの上面に位置する第２発光層５が励起子発光する。すなわち、第２の素子部８ｂでは、第２発光層５からの励起光が、矢印Ｂに示すように、非発光領域４ｂ、正孔輸送層３、陽極２及びガラス基板１を透過し、所定の発光色（例えば、緑色光）を出力する。
【００６６】
次に、上記発光素子の製造方法を詳述する。
【００６７】
まず、量子ドット分散溶液を作製する。ここで、量子ドット９を構成する超微粒子には、上述したように種々の材料を使用することができるが、下記の実施の形態では、コア部１０にＣｄＳｅ、シェル部１１にＺｎＳを使用した場合を例に説明する。
【００６８】
例えば、酢酸カドミウム、オレイン酸及びオクタデセンを容器中で混合し、窒素雰囲気中、撹拌して溶解させ、これによりカドミウム前駆体溶液を調製する。さらに、窒素雰囲気中、セレン及びオクタデセンを混合し、これによりセレン前駆体溶液を調製する。
【００６９】
次いで、カドミウム前駆体溶液を所定温度（例えば、３００℃）に加熱し、この加熱溶液中にセレン前駆体溶液を注入する。すると、高温により活性度の高い前駆体同士が反応し、カドミウムとセレンが結合して核を形成し、その後周囲の未反応成分と反応して結晶成長が起り、これによりＣｄＳｅ量子ドットが作製される。尚、ＣｄＳｅ量子ドットの粒径は、反応時間を調整することにより制御することができる。
【００７０】
次に、酸化亜鉛をオレイン酸に溶解させた酸化亜鉛溶液、及びイオウをオレイン酸に溶解させたイオウ溶液を用意する。
【００７１】
次いで、所定温度（例えば、１５０℃）に調整されたＣｄＳｅ量子ドット溶液に酸化亜鉛溶液及びイオウ溶液を交互に微量ずつ滴下し、加熱・冷却し、洗浄して溶液中の過剰有機成分を除去する。そしてこの後、分散溶媒、例えばクロロホルム中に分散させ、これによりＣｄＳｅ／ＺｎＳ分散溶液を作製する。
【００７２】
そして、ＨＤＡ等の界面活性剤１２を上記ＣｄＳｅ／ＺｎＳ分散溶液に添加し、ＣｄＳｅ／ＺｎＳからなる量子ドット９の表面を界面活性剤１２で被覆し、量子ドット分散溶液を作製する。
【００７３】
そして、この量子ドット分散溶液を使用し、図３及び図４に示すような方法で発光素子を作製する。
【００７４】
まず、図３（ａ）に示すように、スパッタ法等により透明基板１上に膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍのＩＴＯ膜等の陽極２を形成する。次いで真空蒸着法等を使用し、陽極２上に膜厚１０〜５０ｎｍの正孔輸送層３を形成する。
【００７５】
そして、スピンコート法等を使用し、上述した量子ドット分散溶液を正孔輸送層３上に塗布し、乾燥させ、図３（ｂ）に示すように、膜厚２〜５０ｎｍの量子ドット層１３を形成する。
【００７６】
次に、量子ドット層１３の特定領域１３ａを、矢印Ｃに示すように、レーザ照射等で熱処理を施し、特定領域１３ａの界面活性剤１２を除去する。ここで、熱処理温度は、使用する界面活性剤１２の沸点程度の温度が好ましく、例えば界面活性剤１２としてＨＤＡ（沸点：３３０℃）を使用した場合は３００〜３５０℃、オクチルアミン（沸点：１７６℃）を使用した場合は１６０〜１８０℃に設定される。
【００７７】
このように界面活性剤を適宜選択することにより、正孔輸送層３の材料選択の幅を拡げることが可能となる。例えば、界面活性剤１２としてＨＤＡを選択した場合は、３００〜３５０℃の熱処理温度に耐えうる正孔輸送性材料、例えばＭｏＯ３を使用する必要があるが、１６０〜１８０℃程度の熱処理温度で除去可能なオクチルアミンを使用した場合は、耐熱性に劣る有機化合物を正孔輸送性材料に使用することが可能となる。
【００７８】
このようにして図４（ｃ）に示すように、発光領域４ａと非発光領域４ｂとを有する発光層４を作製することができる。
【００７９】
次いで、図４（ｄ）に示すように、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料を使用し、真空蒸着法で発光層４の表面に膜厚５０ｎｍ〜７０ｎｍの電子輸送層兼用の第２発光層５を形成する。
【００８０】
その後、Ａｌ、Ｃａ等を使用し、真空蒸着法で膜厚１００ｎｍ〜３００ｎｍの陰極６（第１及び第２の陰極６ａ、６ｂ）を形成し、これにより発光素子が作製される。
【００８１】
このように本第１の実施の形態では、発光層４に含有される量子ドット９の表面に界面活性剤１２が存在するか否かのみで、発光・非発光を画定する発光領域４ａをパターニングすることができる。すなわち、煩雑なフォトリソグラフィー法を使用することなく発光領域４ａのパターニングを行うことができるので、発光素子内にフォトレジストの残渣が存在することもなく、また材料選択時に耐薬品性を考慮する必要もなく、低コストかつ高効率で良好な発光特性を有する発光素子を得ることが可能となる。また、発光層４の膜厚も成膜過程で容易に制御できるので、膜厚を均一乃至略均一に形成することが可能となり、発光特性に斑が生じることもない。しかも、特許文献２のように素子が高抵抗化することもなく、低電圧での印加で駆動がさせることが可能となる。
【００８２】
また、発光層４の表面に第２発光層５が形成されているので、発光層４の非発光領域４ｂに対応する部分は第２発光層５で発光させることが可能となる。すなわち、発光層４の非発光領域４ｂにおける量子ドットからは、表面欠陥を経由したリーク電流が増加するため、第２発光層５に電荷が集中し、これにより第２発光層５が発光し、１つの発光素子から異なる波長の光を発光させることが可能となる。しかも第２発光層５が、電子輸送層を兼ねるので、素子構造の簡素化が可能となる。
【００８３】
尚、本第１の実施の形態では、第２発光層５上に陰極６を形成しているが、必要に応じ電子の注入を容易にすべく、第２発光層５と陰極６の間にＬｉＦ等からなる電子注入層を介在させてもよい。
【００８４】
図５は、本発明に係る発光素子の第２の実施の形態を模式的に示す断面図であって、この第２の実施の形態では、発光層が三層構造とされ、第１〜第３の素子部１４ａ〜１４ｃを有している。
【００８５】
すなわち、本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、透明基板１上に陽極２が形成され、さらに該陽極２の表面に正孔輸送層３が形成されている。
【００８６】
そして、正孔輸送層３の表面には三層構造からなる発光層（第１〜第３の発光層１５〜１７）が形成されている。第１の発光層１５は、例えば、波長４９０ｎｍの青色光を発する発光領域１５ａと、光を発しない非発光領域１５ｂとを有している。第２の発光層１６は、例えば、波長５４０ｎｍの緑色光を発する発光領域１６ａと、光を発しない非発光領域１６ｂとを有している。また、第３の発光層１７は、例えば、波長６２０ｎｍの赤色光を発する発光領域のみで形成されている。
【００８７】
そして各発光層１５〜１７は、非発光領域の少なくとも一部と発光領域の少なくとも一部とが互いに重なり合うように形成されている。すなわち、第１の発光層１５の非発光領域１５ｂの一部と第２の発光層１６の発光領域１６ａの一部とが互いに重なり合い、第２の発光層１６の非発光領域１６ｂと第３の発光層１７の発光領域の一部とが互いに重なり合うように、前記第１〜第３の発光層１５〜１７が形成されている。
【００８８】
そして、第３の発光層１７の表面には電子輸送層１８が形成され、さらに電子輸送層１８の表面には陰極１９（第１〜第３の陰極１９ａ〜１９ｃ）が形成されている。
【００８９】
本第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、陰極１９（第１〜第３の陰極１９ａ〜１９ｃ）と陽極２との間に電圧が印加されると、陰極１９には電子が注入され、陽極２には正孔が注入される。そして陰極１９に注入された電子は電子輸送層１８を経て第１〜第３の発光層１５〜１７の量子ドット９内に入り込み、陽極２に注入された正孔は正孔輸送層３を経て第１〜第３の発光層１５〜１７の量子ドット９内に入り込む。
【００９０】
そして、第１の素子部１４ａでは、第１の発光層１５に含有される量子ドット９の表面に界面活性剤１２が配位されており、第１の発光層１５は発光領域１５ａを形成している。すなわち、発光領域１５ａでは、量子ドット９表面に界面活性剤１２が配位されているため、電子と正孔は量子ドット９の内部に効率良く閉じ込められ、量子ドット９内で再結合し、高効率で励起子発光する。そしてその結果、第１の素子部１４ａでは、第１の発光層１５の発光領域１５ａからの励起光が、矢印Ｄに示すように、正孔輸送層３、陽極２及び透明基板１を透過し、例えば波長４９０ｎｍに対応する発光色、すなわち青色光を出力する。
【００９１】
また、第２の素子部１４ｂでは、第１の発光層１５に含有される量子ドット９の表面には界面活性剤１２が配位されておらず、励起子は熱放射失活し、非発光領域１５ｂを形成している。一方、第１の発光層１５の上層の第２の発光層１６に含有される量子ドット９の表面には界面活性剤１２が配位されており、発光領域１６ａを形成している。すなわち、発光領域１６ａでは、量子ドット９表面に界面活性剤１２が配位されているため、電子と正孔は量子ドット９の内部に効率良く閉じ込められ、量子ドット９内で再結合し、高効率で励起子発光する。そしてその結果、第２の素子部１４ｂでは、第２の発光層１６の発光領域１６ａからの励起光が、矢印Ｅに示すように、第１の発光層１５の非発光領域１５ａ、正孔輸送層３、陽極２及び透明基板１を透過し、例えば波長５４０ｎｍに対応する発光色、すなわち緑色光を出力する。
【００９２】
また、第３の素子部１４ｃでは、第１及び第２の発光層１５、１６は、いずれも量子ドット９の表面に界面活性剤１２が配位されておらず、励起子は熱放射失活し、非発光領域１５ｂ、１６ｂを形成している。一方、第３の発光層１７は、熱処理されておらず、全域が発光領域を形成し、励起子発光する。したがって、第３の素子部１４ｃでは、矢印Ｆに示すように、第３の発光層１７からの励起光が、第１及び第２の発光層１５、１６の各非発光領域１５ａ、１６ａ、正孔輸送層３、陽極２及び透明基板１を透過し、例えば波長６２０ｎｍに対応する発光色、すなわち赤色光を出力する。
【００９３】
次に、上記発光素子の製造方法を説明する。
【００９４】
まず、第１の実施の形態と同様の方法・手順で、粒径の異なる３種類の量子ドット分散溶液を作製する。
【００９５】
すなわち、粒径が１０ｎｍ以下の超微粒になると、粒子が小さくなるに伴い、量子サイズ効果により、材料中の電子の状態が変わり、より短い波長の光を発するようになる。したがって、種々の粒径の超微粒子を使用することにより、同一材料を使用した発光層から種々の発光色を得ることが可能となる。
【００９６】
そこで、本第２の実施の形態では、平均粒径の異なる３種類の量子ドット分散溶液を作製する。例えば、コアーシェル構造を有するＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子ドットを使用する場合は、発光波長４９０ｎｍの青色光を発するコア粒径（平均粒径）３．２ｎｍの第１のＣｄＳｅ/ＺｎＳ分散溶液、発光波長５４０ｎｍの緑色光を発するコア粒径（平均粒径）３．７ｎｍの第２のＣｄＳｅ/ＺｎＳ分散溶液、発光波長６２０ｎｍの赤色光を発するコア粒径（平均粒径）５．６ｎｍの第３のＣｄＳｅ/ＺｎＳ分散溶液を、反応時間を調整することによりそれぞれ作製し、これらにＨＤＡ等の界面活性剤を添加し、これにより第１〜第３の量子ドット分散溶液を作製する。
【００９７】
そして、スピンコート法等を使用し、正孔輸送層３の表面に第１の量子ドット分散溶液を塗布し、乾燥させて第１の量子ドット層を形成し、その後第１の量子ドット層の特定領域に熱処理を施し、発光領域１５ａと非発光領域１５ｂとを有する第１の発光層１５を作製する。
【００９８】
次いで、再びスピンコート法等を使用し、第１の発光層１５の表面に第２の量子ドット分散溶液を塗布し、乾燥させて第２の量子ドット層を形成する。そして、第１の発光層１５の非発光領域１５ｂの一部と重なるように特定領域を設定し、該特定領域に熱処理を施し、これにより発光領域１６ａと非発光領域１６ｂとを有する第２の発光層１６を作製する。
【００９９】
次いで、再びスピンコート法等を使用し、第２の発光層１６の表面に第３の量子ドット分散溶液を塗布し、乾燥させ、第３の発光層を形成する。
【０１００】
その後は第１の実施の形態と略同様の方法・手順により、真空蒸着法で発光層４の表面に膜厚５０ｎｍ〜７０ｎｍのＡｌｑ３等の電子輸送層１８を形成する。
【０１０１】
そして、Ｃａ、Ａｌ等を使用し、真空蒸着法で膜厚１００ｎｍ〜３００ｎｍの陰極１９（第１〜第３の陰極１９ａ〜１９ｃ）を形成し、これにより発光素子が作製される。
【０１０２】
このように本第２の実施の形態でも、第１〜第３の発光層１５〜１７に含有される量子ドット９の表面に界面活性剤が存在するか否かのみで、発光・非発光を画定する発光領域のパターニングを行うことができ、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０３】
しかも、本第２の実施の形態では、量子サイズ効果により同一材料の量子ドットから異なる色の光を発光させることが可能となり、低コストかつ高効率で良好な発光特性を有する発光素子を得ることが可能となる。
【０１０４】
そして、本第２の実施の形態では、第１の発光層１５からは、例えば青色光を出力することができ、第２の発光層１６からは、例えば緑色光を出力することができ、第３の発光層１７からは、例えば赤色光を出力することができるので、斯かる発光素子をアレイ状に多数配列することにより、小型かつ低コストでフルカラー表示が可能な表示装置を実現することが可能となる。
【０１０５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでない。例えば、界面活性剤の除去方法についても、限定されるものではなく、レーザ照射の他、電子ビーム照射、熱転写法等を使用し、量子ドット層に対し１枚の透明基板上で選択的に局所的な熱処理を施すことにより同一の透明基板上での発光パターンのパターニングを行うことができる。
【０１０６】
また、レーザ照射を行う場合についても、レーザの種類は限定されるものではなく、発振波長８０８ｎｍのダイオードレーザ、発振波長３０８ｎｍのエキシマレーザ、発振波長５３２ｎｍの固体レーザ等、任意の発振波長を有するレーザ装置を使用することができる。
【０１０７】
また、上記各実施の形態では、２色以上を発光させているが、発光層を１層として単一色で発光させるようにパターニングするのも好ましい態様であり、これにより単一色での文字パターンを表示させることが可能となる。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、陽極２上に正孔輸送層３を設けているが、要求される性能に影響を与えない場合は、正孔輸送層３は省略することが可能である。
【０１０９】
また、上記第１の実施の形態では、電子輸送層が発光機能を有する必要があることから、電子輸送層を発光性材料で形成しているが、第２の実施の形態のように発光機能を要求されない場合は、発光性を有さない電子輸送性材料で電子輸送層を形成することができる。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、量子ドット９が、コア部１０と１層のシェル部１０からなるコアーシェル構造を有しているが、シェル部１０が２層構造のコアーシェルーシェル構造や、シェル部のない量子ドットにも同様に適用できる。
【０１１１】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【０１１２】
上述した図１の構成を有する発光素子を作製し、発光スペクトルを測定した。【０１１３】
すなわち、スパッタ法でガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜して陽極を作製し、洗浄した。【０１１４】
次いで、真空蒸着法で陽極上に膜厚１０ｎｍのＭｏＯ３を成膜し、これにより正孔輸送層を作製した。【０１１５】
次に、量子ドット分散溶液として、エヴィデントテクノロジー社製Evidot600(量子ドット構造：ＣｄＳｅ/ＺｎＳのコアーシェル構造、コア粒径：４．７ｎｍ、界面活性剤：ＨＤＡ（沸点：３３０℃）、分散溶媒：トルエン)を用意した。【０１１６】
次いで、量子ドット分散溶液を正孔輸送層の表面に塗布し、ホットプレート上で乾燥させ、分散溶液を揮発させた。ここで、塗布処理はスピンコート法を使用し、スピンコートの回転数を３０００ｒｐｍ、処理時間を６０秒とした。また、乾燥処理は、乾燥温度を１００℃、乾燥時間を１５分とした。尚、成膜された量子ドット層の膜厚は５〜２０ｎｍであった。【０１１７】
次いで、乾燥処理後、特定領域にレーザ照射を行って熱処理を施し、該特定領域の界面活性剤を除去し、発光領域と非発光領域とを有する発光層を作製した。尚、レーザ照射は、発振波長８０８ｎｍのダイオードレーザーを使用し、熱処理温度が３００℃程度となるように、照射エネルギーを８０ｍＪ／ｃｍ２に設定して１分間行った。【０１１８】
次に、真空蒸着法を使用して膜厚５０ｎｍのＡｌｑ３膜を成膜し、電子輸送層兼用の第２発光層を作製した。【０１１９】
次いで、真空蒸着法を使用して膜厚０．５ｎｍのＬｉＦを成膜し、電子注入層を作製し、その後、真空蒸着法を使用して膜厚１００ｎｍのＡｌを成膜し、陰極を作製した。そして最後にガラスキャップとＵＶ硬化樹脂を使用して素子を封止した。そして、これにより、発光層の発光領域で発光する第１の素子部と第２発光層で発光する第２の素子部とを有する本発明試料を得た。【０１２０】
次に、本発明試料について、ソースメーターを使用し、陽極と陰極との間に電圧を印加し、マルチチャンネル検出器で発光スペクトルを測定した。【０１２１】
図６は第１の素子部における発光スペクトルであり、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（a.u.）を示している。【０１２２】
この図６から明らかなように、第１の素子部からはピーク波長が６２２ｎｍ、半値全幅ΔＨが４３ｎｍの赤色光が得られた。【０１２３】
図７は第２の素子部の発光スペクトルであり、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（a.u.）を示している。【０１２４】
この図７から明らかなように、第２の素子部からはピーク波長が５２５ｎｍ、半値全幅ΔＨが９０ｎｍの緑色光が得られた。【０１２５】
以上より本発明試料は、発光スペクトルが鋭く発光特性が良好であり、第１の素子部と第２の素子部とで異なる所望の発光色が得られることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
煩雑な工程を要することなく、発光・非発光を画定する発光領域のパターニングを容易に行うことができ、低コストで良好な発光特性を高効率で得ることができる発光素子を実現する。
【符号の説明】
【０１２７】
２  陽極（電極）
３  正孔輸送層
４  発光層
４ａ  発光領域
４ｂ  非発光領域
５  電子輸送層兼第２発光層
６  陰極
９  量子ドット
１０  コア部
１１  シェル部
１２  界面活性剤
１３  量子ドット層
１３ａ  特定領域
１５  第１の発光層（発光層）
１５ａ  発光領域
１５ｂ  非発光領域
１６  第２の発光層（発光層）
１６ａ  発光領域
１６ｂ  非発光領域
１７  第３の発光層（発光層）
１８  電子輸送層
１９  陰極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005446056.tif 000005
【図５】
0005446056.tif 000006
【図６】
0005446056.tif 000007
【図７】
0005446056.tif 000008
【図８】
0005446056.tif 000009
【図９】
0005446056.tif 000010