(57)【要約】  半導体ナノ結晶ならびに、基体の上に配置され、および少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、ドープされた有機材料を含む層とを含むデバイスが開示されている。前記デバイスの製造方法およびデバイスの効率を改良する方法もまた開示されている。
2009526370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノ結晶およびドープされた有機材料を含む層を含むデバイス。
【請求項２】
ドープされた有機材料が、電子を輸送できる材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
ドープされた有機材料が、Ｌｉでドープされたバルトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項５】
ドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
ドープされた有機材料が、ｐ−ドープされたフタロシアニンを含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
ドープされた有機材料が、テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）でドープされた４，４’，４”−トリス（ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）を含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
ドープされた有機材料が、ホールを注入できる材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
ドープされた有機材料が、アクセプター型有機材料でｐ−ドープされている、請求項５または１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
ドープされた有機材料が、電子を注入できる材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
ドープされた有機材料が、ドナー型有機材料でｎ−ドープされている、請求項２または１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
ドープされた有機材料が、ホールをブロックできる材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
ドープされた有機材料が、電子をブロックする材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
デバイス中に含まれるドープされた有機材料を含む層を１つより多く含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、ドープされた有機材料を含む層を組み入れることを含む、半導体ナノ結晶を含むデバイスの製造方法。
【請求項１９】
ドープされた有機材料が、電子を輸送できる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ドープされた有機材料が、ホールを注入できる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
ドープされた有機材料が、電子を注入できる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
ドープされた有機材料が、ホールをブロックできる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
ドープされた有機材料が、電子をブロックする材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
デバイス中に含まれるドープされた有機材料を含む１つ以上の追加の層を用意することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、ドープされた有機材料を含む層を組み入れることを含む、半導体ナノ結晶を含むデバイスの効率を改良する方法。
【請求項２７】
ドープされた有機材料が、電子を輸送できる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
ドープされた有機材料が、ホールを注入できる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
ドープされた有機材料が、電子を注入できる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
ドープされた有機材料が、ホールをブロックできる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
ドープされた有機材料が、電子をブロックする材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
デバイス中に含まれるドープされた有機材料を含む１つ以上の追加の層を用意することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
電極を含む基体を用意すること、前記基体の上に少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、第１のドープされた有機材料を含む第１層を被着させることを含むデバイスの効率を改良する方法。
【請求項３５】
半導体ナノ結晶が第１層中に含まれる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
半導体ナノ結晶が基体と第１層との間に別個の層として配置される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
第２のドープされた有機材料を含む第２層をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
第１のドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含み、ならびに第２のドープされた有機材料が、電子を輸送できる材料を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
半導体ナノ結晶が、第２層中に含まれる、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
半導体ナノ結晶が、第１層と第２層との間に別個の層として配置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４３】
２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物のそれぞれが、他のものと区別できる放射波長を有する、請求項４１に記載のデバイス。
【請求項４４】
半導体ナノ結晶が、コア／シェル構造を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４５】
コアが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４６】
シェルが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項４５に記載のデバイス。
【請求項４７】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４８】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４９】
デバイスが、２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項５０】
２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物のそれぞれが、他のものと区別できる放射波長を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
半導体ナノ結晶が、コア／シェル構造を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項５２】
コアが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
シェルが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項５５】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５６】
デバイスが、２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項５７】
２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物のそれぞれが、他のものと区別できる放射波長を有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
半導体ナノ結晶が、コア／シェル構造を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項５９】
コアが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
シェルが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項６２】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６３】
デバイスが、２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項６４】
２つ以上の異なる半導体ナノ結晶組成物のそれぞれが、他のものと区別できる放射波長を有する、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
半導体ナノ結晶がコア／シェル構造を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項６６】
コアが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
シェルが、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物およびこれらの混合物を含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項６９】
半導体ナノ結晶が、表面に付着した少なくとも１つの配位子を含む、請求項６５に記載のデバイス。
【請求項７０】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項１９に記載の方法。
【請求項７１】
ドープされた有機材料が、Ｌｉでドープされたバルトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
ドープされた有機材料が、ｐ−ドープされたフタロシアニンを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項７３】
ドープされた有機材料が、テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）でドープされている４，４’，４”−トリス（ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項７４】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項２０に記載の方法。
【請求項７５】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項２１に記載の方法。
【請求項７６】
ドープされた有機材料が、アクセプター型有機材料でｐ−ドープされている、請求項７４または７５に記載の方法。
【請求項７７】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項２２に記載の方法。
【請求項７８】
ドープされた有機材料が、ドナー型有機材料でｎ−ドープされている、請求項７０または７７に記載の方法。
【請求項７９】
ドープされた有機材料が、ホールをブロックできる材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項８０】
ドープされた有機材料が、電子をブロックする材料を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項８１】
デバイスが、デバイス中に含まれるドープされた有機材料を含む層を１つより多く含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項８２】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項２７に記載の方法。
【請求項８３】
ドープされた有機材料が、Ｌｉでドープされたバルトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
ドープされた有機材料が、ｐ−ドープされたフタロシアニンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項８５】
ドープされた有機材料が、テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）でドープされている４，４’，４”−トリス（ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項８６】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項２８に記載の方法。
【請求項８７】
ドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項２９に記載の方法。
【請求項８８】
ドープされた有機材料が、アクセプター型有機材料でｐ−ドープされている、請求項８６または８７に記載の方法。
【請求項８９】
ドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項２９に記載の方法。
【請求項９０】
ドープされた有機材料が、ドナー型有機材料でｎ−ドープされている、請求項８２または８９に記載の方法。
【請求項９１】
ドープされた有機材料が、ホールをブロックできる材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項９２】
ドープされた有機材料が、電子をブロックする材料を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項９３】
デバイスが、デバイス中に含まれるドープされた有機材料を含む層を１つより多く含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項９４】
第１のドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項９５】
第２のドープされた有機材料が、電子を輸送できる材料を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項９６】
第１のドープされた有機材料が、ホールを輸送できる材料を含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
第２のドープされた有機材料が、Ｌｉでドープされたバルトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項９８】
第１のドープされた有機材料が、ｐ−ドープされたフタロシアニンを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項９９】
第１のドープされた有機材料が、テトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）でドープされている４，４’，４”−トリス（ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項１００】
第１のドープされた有機材料がｐ−ドープされている、請求項３８に記載の方法。
【請求項１０１】
ドープされた有機材料が、アクセプター型有機材料でｐ−ドープされている、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
第２のドープされた有機材料がｎ−ドープされている、請求項３８に記載の方法。
【請求項１０３】
第２のドープされた有機材料が、ドナー型有機材料でｎ−ドープされている、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
発光デバイスを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０５】
太陽電池を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０６】
光検出器を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０７】
光起電デバイスを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０８】
複数の請求項１０６に記載の光検出器を含む像形成デバイス。
【請求項１０９】
複数の請求項１０４に記載の発光デバイスを含むディスプレイ。
【請求項１１０】
層が、少なくとも１つの半導体モノ結晶と電気的に接続している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１１】
本明細書に示され、記載されている、方法、装置、製造および組成物質に関する新規で、有用で、自明でない改良。
【請求項１１２】
本明細書に示され、記載されている、新規で、有用で、自明でない方法、装置、製造および組成物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ナノ結晶を含むデバイス、およびさらに詳しくは、半導体ナノ結晶および有機層を含むデバイスに関するものである。
【発明の開示】
【０００２】
半導体ナノ結晶を含む改良されたデバイスおよび半導体ナノ結晶を含むデバイスを製造するための改良された方法を開発することは、利益があると認識されてきた。
【０００３】
本発明の一態様によれば、半導体ナノ結晶と、ドープされた有機材料を含む層とを含むデバイスが提供される。ある実施形態においては、前記層は、少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している。１つの詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を輸送できる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを輸送できる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールをブロックすることができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子をブロックする材料を含む。他の詳細な態様において、ドープされた有機層を含む１つより多い層が、デバイス中に含まれる。
【０００４】
本発明の別の態様によれば、少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、ドープされた有機材料を含む層を組み入れることを含む、半導体ナノ結晶を含むデバイスの製造方法が提供される。１つの詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を輸送できる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを輸送することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールをブロックすることができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子をブロックする材料を含む。他の詳細な態様において、ドープされた有機層を含む１つより多い層が、デバイス中に含まれる。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、少なくとも１つの半導体ナノ結晶と電気的に接続している、ドープされた有機材料を含む層を組み入れることを含む、半導体ナノ結晶を含むデバイスの効率を改良する方法が提供される。１つの詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を輸送できる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを輸送することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールを注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子を注入することができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、ホールをブロックすることができる材料を含む。別の詳細な態様においては、ドープされた有機材料は、電子をブロックする材料を含む。他の詳細な態様において、ドープされた有機材料を含む１つより多い層が、デバイス中に含まれる。
【０００６】
本明細書中に記載された前記の、および他の態様は全て、本発明の実施形態を構成する。
【０００７】
前記の一般的記載および次の詳細な記載は両方とも、例を示し、説明するだけのものであり、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものではないと解釈すべきである。他の実施形態は、本明細書に記載された発明の明細および実施を考慮すると当業者にとって明白であるはずである。
【０００８】
付属する図は、例示のみの目的のために提供された簡略化された表現であり、実際の構造は、例えば相対的な縮尺などを含む多くの点で異なることがある。
【０００９】
本発明のより良い理解のために、これらの他の利点および能力と共に、前記の図面と関係する次の開示および付属の特許請求の範囲を参照すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一態様によれば、半導体ナノ結晶およびドープされた有機材料を含む層を含むデバイスが提供される。
【００１１】
ドーピングは、層中の電導性における増加をもたらし、抵抗損を減少することができ、電極と有機材料との間の電荷の改良された移行をもたらすことができる。
【００１２】
本明細書に使用される用語「ドーピング」および「ドープされた」は、ベース材料への第２成分の添加（ここで、第２成分は、ゼロをまさに超えたところからほとんど１００％までの範囲であり得る。）を指称する。
【００１３】
ある実施形態においては、デバイスは、デバイスの２つの電極を分離する少なくとも１つの層を含むことができる。また、半導体ナノ結晶は、２つの電極の間に配置することができる。前記の少なくとも１つの層の材料については、ホールを輸送し得る材料の性能に基づいて選択することができ、すなわち、ホール輸送層（ＨＴＬ）である。あるいは、前記の少なくとも１つの層の材料については、電子を輸送できる材料の性能に基づいて選択することができ、すなわち、電子輸送層（ＥＴＬ）である。ある実施形態においては、電子輸送層は、半導体ナノ結晶を含むことができる。ある実施形態においては、ホール輸送層は、半導体ナノ結晶を含むことができる。ある実施形態においては、半導体ナノ結晶については、電荷輸送層と電子輸送層との間に配置することができる。また、ＥＴＬとＨＴＬとの間に他の材料も含ませることができる。ある実施形態においては、半導体ナノ結晶は、パターン形成されることもあり、またはパターン形成されないこともある１つまたは複数の分離層としてデバイス中に含ませることができる。デバイスを横切って電圧をかけたときに、１つの電極は、デバイス構造中にホール（陽電荷キャリヤー）を注入し、他の電極は、デバイス構造中に電子を注入する。注入されたホールおよび電子は、それぞれ、反対に荷電された電極の方へ移動する。１つの電子および１つのホールが、同じ半導体ナノ結晶上に局在化したとき、１つの励起子が形成され、これは再結合して光を発することができ（例えば、発光デバイスにおけるように）、または別の電気的応答に変えられ得る（例えば、光検出器、光起電デバイス、像形成デバイス、太陽電池などにおけるように）。
【００１４】
これまで、半導体ナノ結晶を含むデバイスのホール輸送層および／または電子輸送層の形成に使用される有機材料は、これらにこれらの特性が本来備わった（ドープされていない）材料であったと理解される。有機材料から形成される追加の電荷（電子および／またはホール）注入層および／または電荷（電子および／またはホール）ブロック層が、半導体ナノ結晶を含むデバイスにさらに含まれた場合、このような有機材料も、同様にこれらにその特性が本来備わった（ドープされていない）材料であった。
【００１５】
ホール輸送層および／または電子輸送層は、さらに一般的には電荷輸送層と呼ぶことができる。
【００１６】
また、デバイス中に含まれる各電荷輸送層は、場合により、２つ以上の電荷輸送層（これは、同じか、または異なる電荷輸送材料を含むことができる。）を含むことができる。
【００１７】
半導体ナノ結晶を含むデバイスの効率は、デバイス中にドープされた有機材料を含む層を含ませることによって高め得ることが期待される。
【００１８】
１つの詳細な態様においては、ドープされる有機材料は、電子を輸送することができる材料を含む。この態様において、ドープされる有機材料を含む層は、電子輸送層として機能する。
【００１９】
電子輸送層中にドープされた有機材料を含ませることは、電子伝導性を高めることができる。このような高められた電子伝導性は、デバイス効率を改良することが期待される。また、このような高められた効率は、デバイス寿命を改良することが期待される。
【００２０】
ある実施形態においては、電子輸送層は、ｎ−ドープされた有機材料を含む。
【００２１】
ある実施形態においては、電子輸送層は、ｎ−ドープされた、これらにこの特性が本来備わった有機電子輸送材料（例えば、ポリマーか、または例えば小さい分子マトリックス材料などの非ポリマーであり得る分子マトリックス、例えば、次のものに限定されないが、例えばアルミニウムトリス（δ−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）などのδ−ヒドロキシキノリンの金属錯体（ここで、金属は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、亜鉛またはマグネシウムであり得る。）；金属チオキシノルド化合物；オキサジアゾール金属キレート；トリアゾール；セキシチオフェン誘導体；ピラジン；スチリルアントラセン誘導体など）を含む。ｎ−ドーパントの例は、次のものに限定されないが、アルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｃｓなど）および安定なドナー型有機分子材料（これらは、ドープされていない層と比較してドープされた層において増大した電子伝導性をもたらすことができる。）を含む。ある実施形態においては、有機分子材料を含むドーパントは、例えば少なくとも３００ａｍｕなどの高分子量を有することができる。
【００２２】
電子輸送層中に含ませるためのドープされる有機材料の例は、次のものに限定されないが、Ｌｉでドープされたボルソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を含む。
【００２３】
アルミニウム（ＩＩＩ）ビス−（２−メチル−δ−キノリナート）−４−フェニルフェノレート（ＢＡｌｑ）および２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）は、ＢＰｈｅｎの好適な代替物であり得る。
【００２４】
有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）中の電子輸送層として有用なドープされた有機材料は、電子伝導性を増大し、デバイス効率を高めるために、無機半導体ナノ結晶を含む発光性材料を含むデバイスにおいて使用することができると考えられる。このようなドープされた有機材料の例の非限定的なリストは、２００６年１月３日に発行された、「有機デバイスの構造および製造方法」についてのＷｏａｇなどの米国特許第６，９８２，１７９号（例えば１：１のモル比で、例えばＬｉでドープされたＢＰｈｅｎなど）；２００６年４月１３日に公開された「セリウムを用いる半導体材料の電気的ドーピング方法」についてのＷｅｒｎｅｒなどの米国公開特許出願第２００６／００７９００４（セリウムでドープされたＢＰｈｅｎなど）に開示されている。これにより、前に挙げた特許および公開特許出願の開示は、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。
【００２５】
別の詳細な態様において、ドープされた有機材料は、ホールを輸送することができる材料を含む。この態様において、ドープされた有機材料を含む層は、ホール輸送層として機能する。
【００２６】
ホール輸送層中のドープされた有機材料の組み入れは、ホール伝導性を高めることができる。このような高められたホール伝導性は、本来の（ドープされていない）ホール輸送層で経験されるであろう直列抵抗損を避けることによってデバイス効率を改良し、デバイス効率を高めることが期待される。また、このような高められた効率は、デバイス寿命を改良することが期待される。
【００２７】
ある実施形態においては、ホール輸送層は、ｐ−ドープされた有機材料を含む。
【００２８】
ホール輸送層中に組み入れるためのドープされた有機材料の例は、次のものに限定されないが、例えばテトラフルオロ−テトラシアノ−キノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）でドープされた４，４’，４”−トリス（ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）；ｐ−ドープされたフタロシアニン（例えばＦ４−ＴＣＮＱでドープされた（例えば約１：３０のドーピングモル比で）亜鉛−フタロシアニン（ＺｎＰｃ））；Ｆ４−ＴＣＮＱでドープされたＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−１，１’−ビフェニル−４，４”−ジアミン（アルファ−ＮＰＤ）を含む蒸着されたＨＴＬを含む。Ｊ．Ｂｌｏｃｈｗｉｔｚなど、「コントロールされたドーピングレベルを有する有機半導体のインターフェイス電子構造体」、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  第２巻（２００１）９７−１０４頁；Ｒ．Ｓｃｈｍｅｃｈｅｌ、４８、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅｓ  Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈｅｓ  Ｋｏｌｌｏｑｕｉｕｍ、Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｔａａｔ  ＩＩｍｅｎａｕ、２２−２５頁、２００３年９月；Ｃ．Ｃｈａｎなど、「ドープされた有機分子薄膜の接触電位差測定」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ａ２２（４）、２００４年７月／８月を参照されたい。これにより、前記の文献の開示は、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。
【００２９】
ある実施形態において、ホール輸送層は、ｐ−ドープされた、この特性が本来備わった有機ホール輸送材料（例えばフェニルアミン（例えばＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾイル−ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＤ）など）、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ（フェニルビニレン）、銅フタロシアニン、芳香族第三級アミンまたは多核芳香族第三級アミン、４，４’−ビス（９−カルバゾイル）−１，１’−ビフェニル化合物またはＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラアリールベンジジンなどの有機クロモホアなど）を含む。ｐ−ドーパントの例は、次のものに限定されないが、安定なアクセプター型有機分子材料を含み、これは、ドープされていない層と比較してドープされた層において増大したホール伝導性をもたらし得る。ある実施形態においては、ドーパントは、例えば少なくとも３００ａｍｕなどの高分子量を有することができる。
【００３０】
本発明のデバイスは、ホール注入層（分離した層として、またはホール輸送層の一部としてのいずれか）および／または電子注入層（分離した層として、または電子輸送層の一部としてのいずれか）を含むことができる。
【００３１】
デバイス中に含まれる場合、注入層は、ドープされた有機材料を含むことができる。例えば、ホール輸送材料として有用なｐ−ドープされた有機材料は、デバイスのホール注入層中にも含ませることができる。電子輸送材料として有用なｎ−ドープされた有機材料は、デバイスの電子注入層にも含ませることができる。
【００３２】
デバイスのそれぞれの電荷注入層は、場合により、２つ以上の層（これらのそれぞれは、同じまたは異なる材料を含むことができる。）を含むことができる。
【００３３】
半導体ナノ結晶を含むデバイスの電荷輸送層および／または電荷注入層に含まれ得るドープされた有機材料の前記の例に加え、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）の電荷輸送層および／または電荷注入層に有用なドープされた有機材料は、無機の半導体ナノ結晶を含む発光性材料を含むデバイスにおいて、電荷伝導性を増大し、デバイス効率を高めるために使用することができると考えられる。このようなドープされた有機材料の例の限定されないリストは、Ｆｏｒｒｅｓｔなどへの米国特許出願第１０／１７３，６８２号；２００６年１月３日に発行された「有機デバイスの構造および製造方法」についてのＷｏｎｇなどの米国特許第６，９８２，１７９号（例えばＦ４−ＴＣＮＱで、例えば５０：１のモル比でドープされた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（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）；２００６年２月１６日に公開された、「有機層を含む透明で、熱的に安定な発光要素」についてのＢｌｏｃｈｗｉｔｚなどの米国公開特許出願第２００６／００３３１１５号（例えば安定なアクセプター型有機分子材料でドープされたホール輸送層（ドーパントの分子量は、２００ｇ／モルを超える。）など）；２００３年５月２０日に発行された、「ホール輸送層および／または電子輸送層中に無彩色のドーパントを有する有機発光デバイス」についてのＨａｔｗａｒなどの米国特許第６，５６５，９９６号（無彩色ドーパントとしてのアントラセン誘導体を含むＨＴＬなど）；２００６年３月９日に公開された、「有機半導体材料を製造するための有機マトリックス材料の使用、有機半導体材料および電子構成要素」についてのＰｆｅｉｆｆｅｒなどの米国特許出願第２００６／０４９３９７号（例えば、Ｆ４−ＴＣＮＱでドープされたスピロ−ＴＴＢ、Ｆ４−ＴＣＮＱでドープされたスピロ−ｉＰｒ−ＴＡＤ）；２００５年１１月３日に公開された、「ｐ−ｉ−ｎ構造における非常に低電圧で、高い効率の燐光性有機ＬＥＤ」についてのＦｏｒｒｅｓｔなどの米国特許出願第２００５／０２４２３４６号；２００３年１２月１８日に公開された、「ｐ−ｉ−ｎ構造における非常に低い電圧で、高い効率の燐光性ＯＬＥＤ」についてのＦｏｒｒｅｓｔなどの米国公開特許出願第２００３／０２３０９８０号；２００５年１０月２７日に公開された、「エレクトロルミネッセンスアセンブリ」についてのＬｅｏなどの米国公開特許出願第２００５／０２３６９７３号；２００５年８月１８日に公開された「活性マトリックスディスプレイのための画素」についてのＬｅｏなどの米国公開特許出願第２００５／０１７９３９９号（例えばｐ−ドープされた輸送層の例など）；２００５年５月２６日に公開された「発光構成要素およびこの製造方法」についてのＢｌｏｃｈｗｉｔｚ−Ｎｉｍｏｔｈなどの米国公開特許出願第２００５／０１１０００９号；２００４年４月１日に公開された「有機層を含む発光構成要素」についてのＰｆｅｉｆｆｅｒなどの米国公開特許出願第２００４／００６２９４９号；２００４年１２月１６日に公開された「有機層を含む発光構成要素」についてのＬｅｏなどの米国公開特許出願第２００４／０２５１８１６号；２００５年３月２４日に公開された「ドープされた有機半導体材料およびこれらの製造方法」についてのＷｅｒｎｅｒなどの米国公開特許出願第２００５／００６１２３２号；２００５年６月２１日に発行された「キノンジイミン誘導体を用いる有機半導体のドーピング方法」についてのＫｕｅｈｌなどの米国特許第６，９８０，７８３号（例えば有機半導体マトリックス材料のドーピングのための有機ドーパントとしての有機メソメリー化合物など）；２００４年６月３０日に公開された「キノン誘導体および１，３，２−ジオキサボリン誘導体を用いる有機半導体のドーピング方法」についてのＫｕｅｈｌなどの米国公開特許出願第２００５／０１３９８１０号；２００５年６月９日に公開された「キノンジイミン誘導体を用いる有機半導体のドーピング方法」についてのＫｕｅｈｌなどの米国公開特許出願第２００５／０１２１６６７号；２００５年１月１１日に発行された「電荷輸送材料としてピリリウム塩を有する有機発光デバイス」についてのＬｉなどの米国特許第６，８４１，２７０号（例えば電荷輸送層における電荷輸送材料および／または少なくとも１つのドーパントまたは主要成分としてのピリリウム塩またはこの誘導体など）；２００６年４月２５日に発行された「２，６−アズレン同族体を含むモノ−、オリゴ−およびポリマーおよび電荷輸送材料としてのこれらの使用」についてのＦａｒｒａｎｄなどの米国特許第７，０３４，１７４号（例えば半導体または電荷輸送材料としての使用に好適である共役モノ−、オリゴ−およびポリアズレン（ドープされた、またはドープされていない）など）；（例えば少なくとも１つの３−（１，１−ジフルオロ−アルキル）チオフェン基（酸化的に、または還元的にドープされた）を含むモノ−、オリゴ−およびポリマーなど）；２００４年１０月１９日に発行された「モノ−、オリゴ−およびポリ−３−（１，１−ジフルオロアルキル）チオフェンおよび電荷輸送材料としてのこれらの使用」についてのＨｅｅｎｅｙなどの米国特許第６，８０６，３７４号（例えばモノ−、オリゴ−およびポリ−３−（１，１−ジフルオロアルキル）チオフェンの使用など）；２００４年１月１３日に発行された「モノ−、オリゴ−およびポリ−４−フルオロチオフェンおよび電荷輸送材料としてのこれらの使用」についてのＨｅｅｎｅｙなどの米国特許第６，６７６，８５７号（例えばモノ−、オリゴ−およびポリ−４−フルオロチオフェン（酸化的に、または還元的にドープされ、またはドープされていない）の使用など）；２００５年３月２９日に発行された「有機エレクトロルミネッセンスデバイスのためのビナフタレン誘導体」についてのＣｈｅｎなどの米国特許第６，８７２，４７５号（例えば、発光層および／または１つ以上の電荷輸送層として、またはこのような１つ以上の層のためのホストまたはドーパント材料として使用されるビナフタレン誘導体など）に開示されている。これにより、前に挙げた特許および特許出願のそれぞれの開示は、参照によってその全てにおいて本明細書に組み込まれる。
【００３４】
ドープされた有機材料を含む電荷輸送材料がデバイス中に含まれる場合、前記層は、動作電圧の増加を引き起こすことなく、デバイス中においてドープされない材料を含む層について可能であるよりも厚くなり得る。より厚い層は、デバイス中における短絡の可能性を少なくすることができ、光学キャビティ最適化を高めることができる。
【００３５】
ホール輸送層および電子輸送層の両方がドープされた有機材料を含む場合、層のそれぞれは、作動電圧の上昇を引き起こすことなしに、デバイスにおいて、ドープされていない材料を含む層について可能であるよりも、さらに厚くすることができる。厚いＥＴＬおよびＨＴＬの組み入れは、デバイスにおける短絡の可能性をさらに減少させることができ、光学キャビティ最適化をさらに高めることができる。
【００３６】
デバイス中には、場合により、１つまたは複数のブロック層をさらに含ませることができる。例えば電子ブロック層（ＥＢＬ）、ホールブロック層（ＨＢＬ）または励起子ブロック層（ｅＢＬ）も、前記構造に導入することができる。ブロック層は、例えば３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−第三級ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、３，４，５−トリフェニル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ビス（４−第三級ブチルフェニル）−４−フェニル−１，２，４−トリアゾール、バソクプロイン（ＢＣＰ）、４，４’，４”−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、１，３−ビス［５−（４−ジフェニルアミノ）フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−第三級ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾール、１，３−ビス［５−（４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−５，２−イル］ベンゼン、１，４−ビス［５−（４−（ジフェニルアミノ）フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼンまたは１，３，５−トリス［５−（４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼンを含むことができる。
【００３７】
本発明のある態様によれば、半導体ナノ結晶を含むデバイスは、ホールまたは電子をブロックすることができる、ドープされた有機材料を含む層を含む。ある実施形態においては、ホールブロック層および電子ブロック層を含ませることができる。
【００３８】
ある実施形態において、ドープされた有機材料は、ｎ−ドープされた、この特性が本来備わったブロック材料を含む。ｎ−ドーパントの例は、次のものに限定されないが、アルカリ金属（例えばＬｉ、Ｃｓなど）および安定なドナー型有機分子材料を含み、これらは、ドープされない層に比較してドープされた層における増大した電子伝導性をもたらすことができる。ある実施形態においては、有機分子材料を含むドーパントは、例えば少なくとも３００ａｍｕのような高い分子量を有することができる。
【００３９】
ｎ−ドープされたブロック層の例は、リチウムがドープされたビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（ＢＡｌｑ３：Ｌｉ）を含む。
【００４０】
デバイスのそれぞれの電荷ブロック層は、場合により、２つ以上の層（これらのそれぞれは、同じまたは異なる材料を含むことができる。）を含むことができる。
【００４１】
少なくとも１つの電荷輸送および／または注入層中にドープされた有機材料を含む本発明のある実施形態においては、ドープされていない有機材料を含むブロック層を使用することが推奨され得る。
【００４２】
別の詳細な態様においては、半導体ナノ結晶を含むデバイス中に、ドープされた有機材料を含む２つ以上の層が含まれる。ドープされた有機材料を含む１つより多い層を含ませることよって、デバイスの効率をさらに改良することができる。
【００４３】
ある実施形態においては、ドープされた有機材料を含まない、デバイスの電荷輸送、電荷注入および／または電荷ブロック層は、無機材料および／またはこれらの特性が本来備わった有機材料を含むことができる。無機材料の例は、例えば無機半導体を含む。無機材料は、無定形または多結晶質であり得る。有機電荷輸送材料は、ポリマーまたは非ポリマーであり得る。
【００４４】
無機電荷輸送層の製造に関するこのような無機材料の例およびその他の情報は、さらに以下において、および２００５年２月１６日に出願された「半導体ナノ結晶を含む発光デバイス」の表題の米国特許出願第６０／６５３，０９４号（これにより、この特許出願の開示は、参照によってこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）においてさらに詳細に論じられている。
【００４５】
無機半導体を含む電荷輸送層については、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパタリング法、インクジェット印刷法などの知られた方法によって低い温度で被着することができる。
【００４６】
本来の（ドープされていない）有機材料を含む電荷輸送層および本来の有機電荷輸送層の製造に関するその他の情報は、２００５年１０月２１日に出願された「パターン形成された材料を転写する方法およびシステム」という表題の米国特許出願第１１／２５３，６１２号および２００５年１０月２１日に出願された「半導体ナノ結晶を含む発光デバイス」という表題の米国特許出願第１１／２５３，５９５号（これにより、これらの特許のそれぞれは、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）においてさらに詳細に論じられている。
【００４７】
有機材料（ドープされているか、またはドープされていない）を含む電荷輸送層については、例えば真空蒸着法、スパタリング法、浸漬コーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコーティング法、ロールコーティング法、および他のフィルム被着法などの知られた方法によって配置することができる。好ましくは、有機層は、超高真空（例えば＜１０−８トール）、高真空（例えば約１０−８トールから約１０−５トールまで）または低真空状態（例えば約１０−５トールから約１０−３トールまで）下で被着される。最も好ましくは、有機層は、約１×１０−７トールから約５×１０−６トールの高真空状態下に被着される。あるいは、ドープされた有機層については、各層のための溶媒を適切に選択しながら、多層コーティングによって形成することができる。
【００４８】
前記層については、スピンコーティング、浸漬コーティング、蒸着または他の薄膜被着法によって電極の１つの表面上に被着させることができる。例えばＭ．Ｃ．Ｓｃｈｌａｍｐなど、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、８２巻、５８３７−５８４２頁（１９９７）；Ｖ．Ｓａｎｔｈａｎａｍなど、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９巻、７８８１−７８８７頁（２００３）；およびＸ．Ｌｉｎなど、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０５巻、３３５３−３３５７頁（２００１）（これらの文献のそれぞれは、参照によってこれの全てにおいて組み込まれる。）を参照されたい。
【００４９】
デバイスの２つの電極の間に配置された２つの層を含むデバイスの実施形態の例が、図１に示される。図１に示されるデバイス構造は、発光デバイスの実施形態の例である。描写された例は、基体上に配置された第１電極２、電極２と電気的に接続している第１層３、第１層３と電気的に接続している第２層４、および第２層４と電気的に接続している第２電極５を含む。第１層３は、ホール輸送層であり得、第２層４は、電子輸送層であり得る。少なくとも１つの層は、非ポリマーであり得る。前で論じたように、半導体ナノ結晶は、第１層または第２層内に入れることができる。あるいは、半導体ナノ結晶を含む別個の発光層（図１に示されていない。）を、ホール輸送層と電子輸送層との間に含ませることができる。発光デバイスにおいて、半導体ナノ結晶については、発光特性（例えばデバイスに電圧がかけられた場合にナノ結晶によって発せられる光量子の波長など）に基づいて選択することができる。図１に描かれた実施形態において、この構造体の第１電極は、基体１に接触している。各電極は、この構造体に電圧を供給するために電源と接続することができる。適切な極性の電圧が、ヘテロ構造体にかけられたときに、ヘテロ構造体の半導体ナノ結晶によってエレクトロルミネッセンスを生み出すことができる。
【００５０】
図１に示された例において、構造体の底部から光が発せられる（ＩＴＯ被覆されたガラスを通して）。適切に光を透過する上部電極が使用される場合、構造体は、この構造体の上部から光を発することができる。
【００５１】
あるいは、図１の構造は、逆さまにすることができ、この場合、光を上部から発することができる。
【００５２】
デバイスの光出力の色については、組成、構造および発光材料としてデバイスに含まれる様々な半導体ナノ結晶のサイズの選択によって正確にコントロールすることができる。ある実施形態においては、二種以上の異なる半導体ナノ結晶（異なる組成、構造および／またはサイズを有する。）を含むことができる。
【００５３】
第１電極は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層などの高い仕事関数（例えば４．０ｅＶを超える。）のホール注入電導体を含む陽極であり得る。他の陽極材料は、次のものに限定されないが、例えばタングステン、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム、およびこれらの合金、ガリウムインジウム錫酸化物、亜鉛インジウム錫酸化物、チタン窒化物、ポリアニリン、または他の高い仕事関数のホール注入導電性ポリマーを含む他の高い仕事関数のホール注入導電体を含む。ある実施形態においては、第１電極は、光透過性または透明である。ＩＴＯに加えて、他の光透過性電極材料の例は、導電性ポリマー、および他の金属酸化物、低いまたは高い仕事関数の金属、または少なくとも部分的に光透過性である導電性エポキシ樹脂を含む。電極材料として使用することができる導電性ポリマーの例は、商標ＰＥＤＯＴの下でＢａｙｅｒ  ＡＧによって販売されているポリ（エチリエンジオキシチオフェン）である。その他の、分子によって変性ポリ（チオフェン）もまた導電性であり、ポリアニリンのエマラルジン塩と同様に使用することができる。
【００５４】
第２電極は、例えばＡｌ、Ｂａ、Ｙｂ、Ｃａ、リチウム−アルミニウム合金（Ｌｉ：Ａｌ）、またはマグネシウム−銀合金（Ｍｇ：Ａｇ）などの低い仕事関数（例えば４．０ｅＶ未満）の電子注入金属を含む陰極であり得る。例えばＭｇ：Ａｇなどの第２電極は、場合により、不透明な保護金属層、例えば陰極層を大気の酸化から防御するためのＡｇの層、または実質的に透明なＩＴＯの比較的薄い層で被覆することができる。第２電極については、間に挟むこともでき、固体層の露出表面上にスパッタ、または蒸着することもできる。電極の１つまたは両方については、パターン形成することもできる。デバイスの電極は、電気伝導性通路によって電圧源において接続することができる。電圧をかけたときに、デバイスから光が発せられる。
【００５５】
図１に示したようなデバイスにおいて、例えば第１電極は、約５００オングストロームから４０００オングストロームまでの厚さを有することができる。第１層は、約５０オングストロームから約１０００オングストロームまでの厚さを有することができる。第２層は、約５０オングストロームから約１０００オングストロームまでの厚さを有することができる。第２電極は、約５０オングストロームから約１０００オングストローム超までの厚さを有することができる。
【００５６】
非ポリマーの電極材料は、例えばスパッタリングまたは蒸着によって被着することができる。ポリマー電極は、例えばスピン−キャスティングによって被着することができる。
【００５７】
前で論じたように、電極については、パターン形成することができる。光透過性電極材料を含む電極材料については、例えばフォトリソグラフィのような化学的エッチング法またはレーザーを使用する物理的エッチング法などによってパターン形成することができる。また、電極については、マスキングしながらの真空蒸着、スパッタリングなどによってパターン形成することができる。
【００５８】
基体は、不透明、光透過性、または透明であり得る。基体は、リジッド（剛直性）またはフレキシブル（可撓性）であり得る。基体は、プラスチック、金属またはガラスであり得る。
【００５９】
いくつかの応用において、基体は、背面板を含むことができる。背面板は、個々の画素への電力をコントロールし、または切り替えるための能動型または受動型のエレクトロニクスを含む。背面板を含むことは、ディスプレイ、センサー、撮像素子のような応用のために有用であり得る。具体的には、背面板については、能動型マトリックス、受動型マトリックス、固定形式、直結駆動またはハイブリッドとして構成することができる。ディスプレイは、静止画像、動画または照明のために構成することができる。発光デバイスの配列を含むディスプレイは、白色光、白黒の光または色調整可能な光を与えることができる。
【００６０】
前に論じたように、本発明のデバイスは、半導体ナノ結晶を含む。半導体ナノ結晶は、ナノメーターのスケールの無機半導体粒子を含む。本発明のデバイス中に含まれる半導体ナノ結晶は、好ましくは約１５０オングストローム（Å）未満、最も好ましくは１２−１５０Åの範囲内の半導体ナノ結晶の平均直径を有する。
【００６１】
半導体ナノ結晶は、例えば直径において約１ｎｍと約１０００ｎｍとの間、好ましくは約２ｎｍと約５０ｎｍとの間、さらに好ましくは約５ｎｍから約２０ｎｍまで（例えば約６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０ｎｍなど）の無機の結晶子を含む。
【００６２】
半導体ナノ結晶を形成する半導体は、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、例えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＳｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、これらの合金、および／またはこれらの混合物（三元または四元の混合物を含む。）を含む。
【００６３】
半導体ナノ結晶の形状の例は、球状、ロッド状、ディスク状、他の形状またはこれらの混合物を含む。
【００６４】
好ましくは、半導体ナノ結晶は、一種または複数の第１半導体材料の「コア」を含み、このコアは、第２半導体材料のオーバーコートまたは「シェル」によって取り囲むことができる。半導体シェルによって取り囲まれた半導体ナノ結晶コアはまた、「コア／シェル」半導体ナノ結晶と呼ばれる。
【００６５】
例えば、半導体ナノ結晶は、式：ＭＸ（式中、Ｍは、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、またはこれらの混合物であり、Ｘは、酸素、硫黄、セレニウム、テルル、窒素、リン、砒素、アンチモンまたはこれらの混合物である。）を有するコアを含むことができる。半導体ナノ結晶コアとして使用に好適な材料の例は、次のものに限定されないが、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＭｇＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＮ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、これらの合金および／またはこれらの混合物（三元および四元混合物を含む。）を含む。
【００６６】
前記シェルは、前記コアの組成と同じであるまたは異なった組成を有する半導体材料であり得る。シェルは、コアの半導体ナノ結晶の表面上に半導体材料のオーバーコートを含み、このオーバーコートは、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、および第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、例えばＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｅ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、これらの合金、および／またはこれらの混合物（三元または四元の混合物を含む。）を含むことができる。例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅまたはＣｄＳのオーバーコートを、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅ半導体ナノ結晶上に、成長させることができる。オーバーコートの方法は、例えば米国特許第６，３２２，９０１号に記載されている。オーバーコーティング中の反応混合物の温度を調整し、コアの吸収スペクトルを監視することによって、高い放出量子効率および狭い粒度分布を有するオーバーコートされた材料を得ることができる。オーバーコートは、１つまたは複数の層を含むことができる。オーバーコートは、コアの組成と同じか、または異なる少なくとも１つの半導体材料を含む。好ましくは、オーバーコートは、約１から約１０の単一層の厚さを有する。
【００６７】
一実施形態においては、取り囲む「シェル」材料は、コア材料のバンドギャップより大きなバンドキャップを有することができ、「コア」基体の原子間隔に近い原子間隔を有するように選択することができる。別の実施形態においては、取り囲むシェル材料は、コア材料のバンドキャップより少ないバンドキャップを有することができる。さらなる実施形態においては、シェルおよびコア材料は、同じ結晶構造を有することができる。
【００６８】
半導体ナノ結晶（コア）シェル材料の例は、限定されないが、赤色（例えば（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ（コア）シェル）、緑色（例えば（ＣｄＺｎＳｅ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェルなど）、および青色（例えば（ＣｄＳ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェルなど）を含む。
【００６９】
コア／シェル半導体構造体のさらなる例については、２００３年８月１２日に出願された「半導体ナノ結晶ヘテロ構造体」という表題の米国特許出願１０／６３８，５４６号（これにより、この特許は、参照によってこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）を参照されたい。
【００７０】
半導体ナノ結晶の製造および操作は、例えば米国特許第６，３２２，９０１号および６，５７６，２９１号および米国特許出願第６０／５５０，３１４号（これにより、これらの特許のそれぞれは、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）に記載されている。半導体ナノ結晶を製造する１つの方法は、コロイド成長法である。コロイド成長は、熱い配位性溶媒の中にＭドナーおよびＸドナーを注入することによって起こる。単分散の半導体ナノ結晶を製造する好ましい方法の１つの例は、熱い配位性溶媒の中に注入された有機金属試薬、例えばジメチルカドミウムなどの熱分解を含む。これは離散的な核発生を可能にし、巨視的な量の半導体ナノ結晶のコントロールされた成長をもたらす。前記注入は、コントロールされた形で成長させ、半導体ナノ結晶を形成することができる核を生成する。反応混合物は、半導体ナノ結晶を成長させ、アニールするために、穏やかに加熱することができる。あるサンプルにおける半導体ナノ結晶の平均粒子径および粒度分布の両方は、成長温度に依存している。安定成長を維持するために必要な成長温度が高くなれば、平均結晶径は大きくなる。半導体ナノ結晶は、半導体ナノ結晶の集団の一員である。離散的な核発生およびコントロールされた成長の結果として、得られた半導体ナノ結晶の集団は、直径の狭い単分散分布を有する。直径の単分散の分布は、「サイズ」と呼ぶことができる。好ましくは、粒子の単分散集団は、集団内の粒子の少なくとも６０％が特定の粒子サイズ範囲内に入る粒子の集団を含む。単分散粒子の集団は、好ましくは、直径において、１５％未満、さらに好ましくは１０％未満、最も好ましくは５％未満のｒｍｓ（二乗平均平方根）しか外れない。
【００７１】
半導体ナノ結晶の狭い粒子径分布は、狭いスペクトル幅における光放出の可能性を与える。単分散半導体ナノ結晶は、Ｍｕｒｒａｙなど（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１１５巻、８７０６頁（１９９３））；Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｍｕｒｒａｙなど、「ＩＩ−ＶＩ量子ドットの合成および特性把握ならびに３−Ｄ量子ドッド超格子中へのこれらの組み込み」の論文、マサチューセッツ工科大学、１９９５年９月；および「高ルミネッセンスのカラー選択性材料」という表題の米国特許出願第０８／９６９，３０２号（これにより、これらは、参照によってこれらの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）において詳細に記載されている。
【００７２】
また、核発生に続く配位性溶媒中における半導体ナノ結晶のコントロールされた成長およびアニーリングの過程は、均一表面の誘導化および規則正しいコア構造をもたらすことができる。粒度分布が鋭くなるに従って、安定成長を維持するために温度を上げることができる。より多くのＭドナーまたはＸドナーを加えることによって、成長時間を短くすることができる。Ｍドナーは、無機化合物、有機金属化合物または元素金属であり得る。Ｍは、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウムまたはタリウムである。Ｘドナーは、一般式：ＭＸを有する材料を形成するためにＭドナーと反応することができる化合物である。Ｘドナーは、カルコゲニドドナーまたはプニクチドドナー、例えばホスフィンカルコゲニド、ビス（シリル）カルコゲニド、二酸素、アンモニウム塩またはトリス（シリル）プニクチドなどであり得る。好適なＸドナーは、二酸素、ビス（トリメチルシリル）セレニド（（ＴＭＳ）２Ｓｅ）、例えば（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）セレニド（ＴＯＰＳｅ）または（トリ−ｎ−ブチルホスフィン）セレニド（ＴＢＰＳｅ）などのトリアルキルホスフィンセレニド、例えば（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）テルリド（ＴＯＰＴｅ）などのトリアルキルホスフィンテルリド、またはヘキサプロピルホスホラストリアミドテルリド（ＨＰＰＴＴｅ）、ビス（トリメチルシリル）テルリド（ＴＭＳ）２Ｔｅ）、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（（ＴＭＳ）２Ｓ）、例えば（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）スルフィド（ＴＯＰＳ）などのトリアルキルホスフィンスルフィド、例えばハロゲン化アンモニウムなどのアンモニウム塩（例えばＮＨ４Ｃ１）、トリス（トリメチルシリル）ホスフィド（（ＴＭＳ）３Ｐ）、トリス（トリメチルシリル）アルセニド（（ＴＭＳ）３Ａｓ）、またはトリス（トリメチルシリル）アンチモニド（（ＴＭＳ）３Ｓｂ）を含む。ある実施形態においては、ＭドナーおよびＸドナーは、同じ分子内の一部であり得る。
【００７３】
配位性溶媒は、半導体ナノ結晶の成長のコントロールを助けることができる。配位性溶媒は、例えば成長している半導体ナノ結晶の表面に配位するために利用可能な孤立電子対を有するドナー孤立対を有する化合物である。溶媒の配位は、成長している半導体ナノ結晶を安定させることができる。配位性溶媒の例は、アルキルホスフィン、アルキルホスフィンオキシド、アルキルホスホン酸またはアルキルホスフィン酸を含むが、また、例えばピリジン、フランおよびアミンなどの他の配位性溶媒も半導体ナノ結晶生産に好適であり得る。好適な配位性溶媒の例は、ピリジン、トリ−ｎ−オクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリ−ｎ−オクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、およびトリスヒドロキシプロピルホスフィン（ｔＨＰＰ）を含む。工業グレードＴＯＰＯも使用することができる。
【００７４】
粒子群の吸収または発光の線幅を監視することによって、反応の生長段階の間の粒度分布を推定することができる。粒子群の吸収スペクトルにおける変化に対応した反応温度の変更は、成長の間のシャープな粒度分布の維持を可能にする。より大きい結晶を育てるために、結晶成長の間に核発生溶液に反応剤を加えることができる。例えば、ＣｄＳｅおよびＣｄＴｅに関しては、特定の半導体ナノ結晶の平均直径で成長を止め、半導体材料の適切な組成を選択することによって、３００ｎｍから５ミクロン、または４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長範囲にわたって連続的に半導体ナノ結晶の発光スペクトルを同調させることができる。
【００７５】
米国特許第６，３２２，９０１号に記載されているように、例えばメタノール／ブタノールなどの半導体ナノ結晶のための貧溶媒による寸法選択性沈殿によって、半導体ナノ結晶の粒度分布をさらに精製することができる。例えばヘキサンの中の１０％のブタノールの溶液中に半導体ナノ結晶を分散させることができる。乳光が持続している間、この攪拌中の溶液にメタノールを滴下して加えることができる。遠心分離法による上澄みと凝集物との分離は、サンプルで最も大きい結晶子に富んだ沈殿を生産する。光吸収スペクトルがさらにシャープにならないことが認められるまで、この手順を繰り返すことができる。サイズ選択的沈殿は、ピリジン／ヘキサンおよびクロロホルム／メタノールを含む様々な溶媒／非溶媒のペアで実行することができる。サイズ−選択された半導体ナノ結晶の集団は、平均直径からの１５％以下のｒｍｓ偏差、さらに好ましくは１０％以下のｒｍｓ偏差、最も好ましくは５％以下のｒｍｓ偏差しか有していない。
【００７６】
本明細書で論じたように、半導体ナノ結晶は、好ましくはこれに付く配位子を有する。
【００７７】
一実施形態において、この配位子は、成長過程中に使用される配位性溶媒から誘導される。表面は、過剰の競合する配位基への繰り返しの露出によって変性され、オーバーレーヤを形成し得る。例えば、覆われた半導体ナノ結晶の分散については、ピリジンなどの配位性有機化合物によって処理し、ピリジン、メタノールおよび芳香族化合物の中で容易に分散するが、脂肪族溶媒の中には分散しない結晶子を生成することができる。このような表面交換プロセスは、例えばホスフィン、チオール、アミンおよびホスフェートなどを含む、半導体ナノ結晶の外部表面に配位し、または結合することができる化合物を用いて行うことができる。半導体ナノ結晶は、表面に親和性を示し、また懸濁液または分散液の媒体に親和性を有する部分を末端とする短鎖ポリマーに曝すことができる。このような親和性は、懸濁液の安定性を改良し、半導体ナノ結晶の凝集を妨げる。
【００７８】
有機配位子は、デバイス内の高度に安定な無機ナノ結晶の広域の非エピタキシャル被着を容易にすることにおいて有用であり得る。
【００７９】
さらに、具体的には、配位する配位子は、式：
（Ｙ−）ｋ−ｎ−（Ｘ）−（Ｌ）ｎ
（式中、ｋは、２、３、または５であり、ｎは、１、２、３、４または５であり、ｋ−ｎは、ゼロ以上であり；Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｓ＝Ｏ、ＳＯ２、Ｓｅ、Ｓｅ＝Ｏ、Ｎ、Ｎ＝Ｏ、Ｐ、Ｐ＝Ｏ、Ａｓ、Ａｓ＝Ｏであり、ＹおよびＬのそれぞれは、独立してアリール、ヘテロアリール、あるいは少なくとも１つの二重結合、少なくとも１つの三重結合、または少なくとも１つの二重結合と少なくとも１つの三重結合とを場合により含む直鎖または分岐鎖のＣ２−１２の炭化水素鎖である。炭化水素鎖は、１つないし複数のＣ１−４アルキル、Ｃ２−４アルケニル、Ｃ２−４アルキニル、Ｃ１−４アルコキシ、ヒドロキシル、ハロ、アミノ、ニトロ、シアノ、Ｃ３−５シクロアルキル、３−５員環のヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、Ｃ１−４アルキルカルボニルオキシ、Ｃ１−４アルキルオキシカルボニル、Ｃ１−４アルキルカルボニルまたはホルミルで場合により置換され得る。また、炭化水素鎖も、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒａ）−、−Ｎ（Ｒａ）−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒａ）、−Ｎ（Ｒａ）−Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒｂ）−、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｏ、−Ｐ（Ｒａ）−、または−Ｐ（Ｏ）（Ｒａ）−によって場合により中断され得る。ＲａおよびＲｂのそれぞれは、独立して水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシルまたはハロアルキルである。アリール基は、置換または非置換の環状芳香族基である。この例は、フェニル、ベンジル、ナフチル、トリル、アントラシル、ニトロフェニルまたはハロフェニルを含む。ヘテロアリール基は、環中に１つないし複数のヘテロ原子を有するアリール基、例えばフリル、ピリジル、ピロリル、フェナントリルなどである。）を有することができる。
【００８０】
好適な配位する配位子は、商業的に購入するか、または例えばＪ．Ｍｕｒｃｈ、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（これにより、この文献は、参照によってその全てにおいて本明細書に組み込まれる。）に記載されているように通常の合成有機技術によって製造することができる。
【００８１】
また、２００３年８月１５日に出願された「安定化された半導体ナノ結晶」という表題の米国特許出願第１０／６４１，２９２号（これにより、この特許は、参照によってその全てにおいて本明細書に組み込まれる。）を参照されたい。
【００８２】
電子およびホールが半導体ナノ結晶の上に局在化しているとき、放出が放出波長で起こり得る。放出は、量子が封じ込められた半導体材料のバンドキャップに対応する振動数を有する。バンドキャップは、半導体ナノ結晶のサイズの関数である。小さい直径を持っている半導体ナノ結晶は、分子とバルク形態の物質との間の中間的な性質を有し得る。例えば、小さい直径を持っている半導体材料に基づく半導体ナノ結晶は、すべての三次元における、電子およびホールの両方の量子封じ込めを示し、それは、結晶サイズが減少するに従って材料の有効なバンドキャップの増加をもたらす。その結果、結晶子のサイズが減少するのに従って、半導体ナノ結晶の光の吸収および放出の両方が、青または、より高いエネルギーに移行する。  半導体ナノ結晶からの放出は、半導体ナノ結晶のサイズ、半導体ナノ結晶の組成またはこの両方を変えることによって、スペクトルの紫外、可視、または赤外の領域の完全な波長範囲を通して調整し得る、狭いガウスの（Ｇａｕｓｓｉａｎ）放出バンドであり得る。例えば、ＣｄＳｅは、可視領域において調整することができ、ＩｎＡｓは、赤外領域において調整することができる。半導体ナノ結晶の集団の狭い粒度分布は、狭いスペクトル領域の中の光の放出をもたらすことができる。集団は、好ましくは、半導体ナノ結晶の直径において１５％未満の、さらに好ましくは１０％未満、最も好ましくは５％未満のｒｍｓ（二乗平均平方根）しか示さない単一分散であり得る。可視において放出する半導体ナノ結晶については、約７５ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以下、さらに好ましくは４０ｎｍ以下、最も好ましくは３０ｎｍ以下の半値全幅（ＦＷＨＭ）の狭い範囲のスペクトル放出を観察することができる。赤外で放出する半導体ナノ結晶は、１５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下のＦＷＨＭを有し得る。放出エネルギーの点から表せば、放出は、０．０５ｅＶ以下、または０．０３ｅＶ以下のＦＷＨＭを有し得る。放出の幅は、半導体ナノ結晶直径の分散度が減少するのに従って減少する。半導体ナノ結晶は、例えば１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、または８０％を超えるなどの高い放出量子効率を有し得る。
【００８３】
半導体ナノ結晶の狭いＦＷＨＭは、飽和色放出をもたらすことができる。これは、半導体ナノ結晶放出デバイスにおいて、光子が赤外および紫外放出に負けないので、可視スペクトルの赤い部分および青い部分でさえ効率的な照明デバイスをもたらすことができる。単一材料系の全体の可視スペクトルにわたる広く調整しうる飽和色の放出は、いかなる有機発色団のクラスと比べものにならない（例えばＤａｂｂｏｕｓｉなど、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１０１巻、９４６３頁（１９９７）（この文献は、参照によってこの全てにおいて組み込まれる。）を参照されたい。）。半導体ナノ結晶の単一分散の集団は、波長の狭い範囲にわたって発光する。半導体モノ結晶の１つより多いサイズを含むデバイスは、波長の１つより多い狭い範囲において発光することができる。視聴者によって知覚される放出された光の色は、デバイス内の半導体ナノ結晶サイズおよび材料の適切な組合せならびに相対的な副画素電流を選択することによってコントロールすることができる。半導体ナノ結晶のバンド端エネルギーレベルの縮重は、直接的な電荷注入によって生まれようと、エネルギー移動によって生まれようと、すべての可能な励起子の捕捉および放射再結合を容易にする。したがって、最高の理論上の半導体ナノ結晶照明デバイス効率は、燐光性の有機発光デバイスの統一効率に匹敵している。半導体ナノ結晶の励起状態寿命（τ）は、典型的な蛍光物質（τ＞０．１μｓ）よりはるかに短く（τ≒１０ｎｓ）、半導体ナノ結晶照明デバイスが高電流密度および高輝度においてさえ、効率的に作動することを可能にする。
【００８４】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、半導体ナノ結晶集団のサイズ、形状、および分布に関する情報を提供し得る。粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンは、半導体ナノ結晶の結晶構造のタイプおよび品質に関する最も完全な情報を提供することができる。また、粒子径は、Ｘ線コヒーレンス長を経て、ピーク幅に対して反比例するので、サイズの推定も可能である。例えば、半導体ナノ結晶の直径については、透過型電子顕微鏡で直接測定するか、例えばシェレール（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）方程式を使用してＸ線回折データから推定することができる。また、ＵＶ／Ｖｉｓ吸収スペクトルからそれを推定することもできる。
【００８５】
前に論じたように、半導体ナノ結晶については、ホール輸送層中に含むことができる。あるいは、半導体ナノ結晶については、電子輸送層中に含むことができる。ホール輸送層および／または電子輸送層に含まれる場合、例えば半導体ナノ結晶は、前記層の材料中に含まれ得る。あるいは、半導体ナノ結晶は、２つのホール輸送層および／または２つの電子輸送層の間の１つまたは複数の別個の層として含まれ得る。いずれの場合でも、電荷輸送層のそれぞれは、１つまたは複数の層をさらに含むことができる。別の実施形態においては、半導体ナノ結晶は、ホール輸送層と電子輸送層の間に配置された１つまたは複数の分離した発光性層として配置することができる。あるいは、半導体ナノ結晶については、デバイスのいかなる２つの他の層の間にも配置することができる。前に論じたように、他の層は、電子輸送層とホール輸送層との間に含まれ得る。別個の層としてデバイスに含まれる場合、例えば半導体ナノ結晶については、連続する、または実質的に連続する薄膜または層として配置することができる。別個の層として配置される場合、この層はパターン形成されてもよく、パターン形成されなくてもよい。好ましくは、デバイスに含まれる半導体ナノ結晶は、半導体ナノ結晶の実質的な単分散の集団を含む。
【００８６】
ある実施形態においては、半導体ナノ結晶は、デバイスに単層の厚さで含まれる。発光デバイスにおいては、単層は、電気性能への影響を最小にしながら半導体ナノ結晶の有利な光放出特性を与えることができる。しかしながら、あるいは、半導体ナノ結晶を含むより厚い層も含むこともできる。
【００８７】
ある実施形態において、半導体ナノ結晶は、複数の単層以下の厚さで被着される。例えばこの厚さは、３つを超える単層、３つ以下の単層、２つ以下の単層、１つの単層、部分的な単層などであり得る。半導体ナノ結晶のそれぞれの被着層の厚さは、変えることができる。好ましくは、被着された半導体ナノ結晶のあらゆる点における厚さの変化は、３つ未満の単層、さらに好ましくは２つ未満の単層、最も好ましくは１つ未満の単層である。１つの単層として被着される場合、好ましくは半導体ナノ結晶の少なくとも約６０％、さらに好ましくは少なくとも約８０％が、１つの単層厚さであり、最も好ましくは、半導体ナノ結晶の少なくとも約９０％が、１つの単層厚さである。本明細書で論じたように、半導体モノ結晶は、パターン形成される、またはパターン形成されない段取りおいて被着されるように、場合により被着される。
【００８８】
半導体ナノ結晶は、強い量子封じ込め効果を示し、この効果は、半導体ナノ結晶のサイズおよび組成で調整し得る電子的および光学的特性を有する複雑なヘテロ構造をつくり出すためにボトムアップの化学的アプローチを設計するのに利用することができる。
【００８９】
半導体ナノ結晶を含む発光デバイスにつては、ＨＴＬ有機半導体分子および半導体ナノ結晶を含む溶液のスピン−キャスティングによって製造することができ、本明細書では、ＨＴＬが、相分離を経て半導体ナノ結晶層の下に生じる（両方とも２００３年３月２８日に出願された米国特許出願第１０／４００，９０７号および１０／４００，９０８号（これらのそれぞれは、参照によってこの全てにおいて組み込まれる。）を参照されたい。）。ある実施形態において、この層分離技術は、有機半導体ＨＴＬおよびＥＴＬの間に半導体ナノ結晶の単一層を入れるために使用することができ、これによって電気的性能へのこれらの影響を最小にしながら、半導体ナノ結晶の好都合な発光特性を効果的に利用することができる。半導体ナノ結晶を被着させるための他の技術は、ラングミュア−ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）技術およびドロップ−キャスティングを含む。半導体ナノ結晶を被着させるためのいくつかの技術は、すべての可能な基体材料には必ずしもよく適合していないこともあり、層の電気的または光学的性質に影響を与え得る化合物を使用することもあり、基材を過酷な条件にかけることもあり、および／またはある方法で成長され得る装置のタイプに制限を課すこともある。次に論ずる他の技術は、半導体ナノ結晶のパターン形成された層が所望される場合、推奨され得る。
【００９０】
好ましくは、半導体ナノ結晶は、コントロールされた（酸素なしで、水分なしの）環境で処理され、製造工程中のルミネッセンスの効率の消滅を防ぐ。
【００９１】
ある実施形態においては、半導体ナノ結晶は、パターン形成される段取りにおいて被着され得る。パターン形成される半導体ナノ結晶は、通電して所定の波長の光を発する、例えば赤、緑および青、またはこの代わりに赤、黄、緑、青−緑および／もしくは青発光または区別可能な色を発する副画素の他の組合せを含む画素の配列を形成するのに使用することができる。
【００９２】
パターンおよび／またはマルチカラーパターンまたは他の配列で、半導体ナノ結晶を含む発光材料を被着する好ましい技術は、接触印刷である。接触印刷は、好都合に表面上へのミクロン−スケール（例えば１ｍｍ未満、５００ミクロン未満、２００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２５ミクロン未満、または１０ミクロン未満）の特徴のパターン形成を可能にする。また、パターンの特徴は、より大きなスケール（例えば１ｍｍ以上、１ｃｍ以上、１ｍ以上、１０ｍ以上など）でも適用することができる。接触印刷は、表面にパターン形成された半導体ナノ結晶層の乾燥した（例えば液体が無いまたは実質的に液体が無い）付着を可能にする。画素化されたデバイスにおいては、半導体ナノ結晶層は、下層の上に半導体ナノ結晶のパターン形成された配列を含む。画素が、副画素を含む例においては、副画素のサイズは、副画素の数に基づいて画素サイズの比例した部分であり得る。
【００９３】
半導体ナノ結晶を被着させるための追加情報および方法は、２００５年１０月２１日に出願された「パターン形成された材料を転写する方法およびシステム」という表題の米国特許出願第１１／２５３，６１２号および２００５年１０月２１日に出願された「半導体ナノ結晶を含む発光デバイス」という表題の米国特許出願第１１／２５３，５９５号（これにより、これらのそれぞれは、参照によってこの全てにおいてここに組み込まれる。）に記載されている。
【００９４】
本発明に有用であり得る他の技術、方法および応用は、２００６年４月１４日に出願された「材料を含む組成物、材料を被着させる方法、これらを含む物品および材料を被着させるシステム」についてのＳｅｔｈ  Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎなどの米国仮特許出願第６０／７９２，１７０号；２００６年４月１４日に出願された「材料を被着させる方法、デバイスおよびシステムの製造方法」についてのＭａｒｉａ．Ｊ．Ａｎｃの米国仮特許出願第７９２，０８４号；２００６年４月１４日に出願された「ナノ材料を被着させる方法およびデバイスを製造する方法」についてのＭａｒｓｃｈａｌｌ  Ｃｏｘなどの米国仮特許出願第６０／７９２，０８６号；２００６年４月１４日に出願された「材料を被着させるための物品、転写表面、および方法」についてのＳｅｔｈ  Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎなどの米国仮特許出願第６０／７９２，１６７号；２００６年４月１４日に出願された、「材料を被着させるアプリケーターおよび方法」についてのＬｅｅＡｎｎ  Ｋｉｍなどの米国仮特許出願第６０／７９２，０８３号；２００６年４月２１日に出願された「材料を被着させるアプリケーターおよび方法」についてのＬｅｅＡｎｎ  Ｋｉｍなどの米国仮特許出願第６０／７９３，９９０号；および２００６年４月７日に出願された「ナノ材料を含ませる方法および物品」についてのＳｅｔｈ  Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎなどの米国仮特許出願第６０／７９０，３９３号に記載されている。これにより、前記に列挙した仮特許出願のそれぞれの開示は、参照によってその全てにおいて本明細書に組み込まれる。
【００９５】
他の多層構造体も、本発明の発光デバイスおよびディスプレイの性能の改良のために場合より使用され得る（例えば２００３年３月２８日に出願された米国特許出願第１０／４００，９０７号および第１０／４００，９０８号（これらのそれぞれは、参照によってこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）を参照されたい。）。
【００９６】
発光デバイスの性能は、これらの効率を増大させること、これらの放出スペクトルを狭くし、または広くすること、またはこれらの放出を偏光させることによって改良することができる。例えば、Ｂｕｌｏｖｉｃなど、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ、６４巻、２５５頁（２０００）；Ａｄａｃｈｉなど、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７８巻、１６２２頁（２００１）；Ｙａｍａｓａｋｉなど、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７６巻、１２４３頁（２０００）；Ｄｉｒｒなど、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３７巻、１４５７頁（１９９８頁）およびＤ’Ａｎｄｒａｄｏなど、ＭＲＳ  Ｆａｌｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ、ＢＢ６．２（２００１）（これらのそれぞれは、参照により全てにおいて本明細書に組み込まれる。）を参照されたい。半導体モノ結晶は、ハイブリッド有機／無機発光デバイス中に組み入れることができる。
【００９７】
製造され得る半導体ナノ結晶材料に多様性があり、半導体ナノ結晶の組成、構造およびサイズによって波長調整ができるので、所定の色の光を発するデバイスは、発光性材料としての半導体材料ナノ結晶の使用によって可能である。半導体のナノ結晶の発光デバイスは、スペクトルにおいてどこでも発光するように波長を合わせることができる。
【００９８】
可視の、または不可視の（例えばＩＲなど）光を発する発光デバイスも製造することができる。半導体ナノ結晶のサイズおよび材料については、半導体ナノ結晶が所定の波長を有する光を発するように選択することができる。発光は、スペクトルのあらゆる領域における所定の波長、例えば可視、赤外などのものであり得る。例えば、波長は、３００と２，５００ｎｍ超との間、例えば、３００ｎｍと４００ｎｍとの間、４００ｎｍと７００ｎｍとの間、７００ｎｍと１１００ｎｍとの間、１１００ｎｍと２５００ｎｍとの間または２５００ｎｍ超であり得る。
【００９９】
個々の発光デバイスを形成することもできる。他の実施形態において、複数の個々の発光デバイスを、単一基体上の複数の位置に形成し、ディスプレイを形成することができる。このディスプレイは、同じまたは異なる波長で発光するデバイスを含むことができる。基体に異なる色を発する半導体モノ結晶の配列でパターン形成することによって、異なる色の画素を含むディスプレイを形成することができる。
【０１００】
ディスプレイの個々の発光デバイスまたは１つないし複数の発光デバイスは、場合により、白色光を生ずるように配合された異なる発色半導体モノ結晶の混合物を含むことができる。あるいは、白色光は、赤、緑、青および場合により追加の画素を含むデバイスから生み出すことができる。
【０１０１】
他のディスプレイの例は、２００６年２月９日に出願されたＳｅｔｈ  Ｃｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎなどの「半導体ナノ結晶を含むディスプレイおよびこれを製造する方法」についての米国特許出願第６０／７７１，６４３号（これにより、この出願の開示は、参照によってこの全てにおいて本明細書に取り込まれる。）に含まれる。
【０１０２】
本発明の別の実施形態において、前記デバイスは、光検出器であり得る。光検出器においては、半導体ナノ結晶は、スペクトルの例えばＩＲ、ＭＩＲまたは他の領域における特定の波長の吸収のときに所定の電気的応答を発生させるように設計される。半導体ナノ結晶を含む光検出デバイスの例は、２００５年２月にマサチューセッツ工科大学でのコンピュータサイエンスおよびエンジニアリングにおける科学のマスターの学位のための要件の部分的な遂行において、電気工学およびコンピュータサイエンスの部門に提出された、Ａｌｅｘｉ  Ｃｏｓｍｏｓ  Ａｒａｎｇｏによる「量子ドットへテロ接合光検出」（これにより、この文献の開示は、参照によりこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）に記載されている。光検出器は、さらにホール輸送層および／または電子輸送層を含む。本発明によれば、光検出器の層中にドープされた有機材料を含むことができる。ある実施形態においては、光検出デバイスの電荷輸送層の１つまたは両方が、ドープされた有機材料を含むことができる。場合により、光検出デバイス中に、ドープされた有機材料を含む１つまたは複数の追加層を含むことができる。半導体モノ結晶を含む１つまたは複数の光検出器およびドープされた有機材料を含む層を、例えばハイパースペクトラル像形成デバイスのような像形成デバイス中に含ませることができる。例えば、２００６年３月２４日に出願された「ハイパースペクトル像形成デバイス」についてのＣｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎなどの米国仮特許出願第６０／７８５，７８６号（これにより、この出願の開示は、参照によりこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。）を参照されたい。
【０１０３】
また、半導体ナノ結晶に関連する追加情報およびこれらの使用に関しては、２００４年１０月２２日に出願された米国特許出願第６０／６２０，９６７号および２００５年１月１１日に出願された米国特許出願第１１／０３２，１６３号、２００５年３月４日に出願された米国特許出願第１１／０７１，２４４号を参照されたい。これにより、前記特許出願のそれぞれは、参照によってこの全てにおいて本明細書に組み込まれる。
【０１０４】
前記および全体のすべての特許および刊行物は、参照によってこれらのすべてにおいて本明細書に組み込まれる。
【０１０５】
本発明の他の実施形態は、本明細書および本明細書に開示された本発明の実施方法の考慮から当業者には明白であるはずである。本明細書および実施例は、次の特許請求の範囲および均等な範囲によって示されている本発明の真実の範囲および精神に関してのみ模範的であるとみなされるべきであることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】発光デバイスを示す概略図である。
【図１】
2009526370.tif 000003
【国際調査報告】
2009526370.tif 000004
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