(57)【要約】  本発明は、量子ドットが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機材料のマトリックスに関するものである。電極が、マトリックスに電子およびホールを供給して、量子ドットに伝達されるべき励起子を形成する。本発明は、量子ドット上に伝達分子を付与し、励起子をまず伝達分子に伝達することにより、エレクトロルミネッセント有機材料から量子ドットへの励起子の伝達を容易化する。伝達分子は、有機材料から伝達分子への励起子の伝達レートが、有機材料内での励起子の崩壊レートよりも大きくなるように選択される。より具体的には、有機マトリックスは、発光装置（ＬＥＤ）内の発光層を形成する。また、エレクトロルミネッセント有機材料は、エレクトロルミネッセントポリマーであることが好ましい。
2007513478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネッセント有機分子から、有機材料のマトリックス内に埋め込まれた量子ドットへの、電気エネルギーの伝達を改善する方法であって、
量子ドットが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスを付与する工程と、
前記量子ドットの表面上に１つ以上の伝達分子を付与する工程と、
前記有機マトリックスと電気的に接触状態にある第１および第２の電気接触子を用いて、該マトリックスに電子およびホールを供給する工程と、
前記マトリックスの前記エレクトロルミネッセント有機分子内において、励起子の形態で励起状態を発生させる工程と、
前記励起子を、前記エレクトロルミネッセント有機分子から、前記量子ドット上の前記伝達分子へと伝達する工程と、
前記励起子を、前記伝達分子から、前記量子ドットへと伝達する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記量子ドットが埋め込まれた、前記エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスを付与する前記工程が、有機分子と量子ドットとの溶液から、該マトリックスを調整する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マトリックスに隣接させて電子およびホールのブロッキング層を設けることにより、前記マトリックス内に電子およびホールを閉じ込める工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の伝達分子を付与する前記工程が、前記エレクトロルミネッセント有機分子のバンドギャップよりも小さく、かつ前記量子ドットのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、伝達分子を選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
１つ以上の伝達分子を付与する前記工程が、燐光性の伝達分子を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
１つ以上の伝達分子を付与する前記工程が、前記エレクトロルミネッセント有機分子から前記伝達分子への前記励起子の伝達レートが、前記エレクトロルミネッセント有機分子内における前記励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、伝達分子を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
１つ以上の伝達分子を付与する前記工程が、前記伝達分子から前記量子ドットへの前記励起子の伝達レートが、前記伝達分子内における前記励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、伝達分子を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
エレクトロルミネッセント有機分子から、埋め込まれた量子ドットへの電気エネルギーの伝達が改善された、前記量子ドットが埋め込まれた有機分子装置であって、
量子ドットが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスと、
該マトリックスに電子およびホールを供給する第１および第２の電気接触子とを備え、
量子ドットは、前記エレクトロルミネッセント有機分子内で生成された励起子を受け取り、受け取った該励起子を前記量子ドットに伝達するため、該量子ドットの表面に付着させられた１つ以上の伝達分子を有し、
前記エレクトロルミネッセント有機分子から前記伝達分子への前記励起子の伝達レートが、前記エレクトロルミネッセント有機分子内における前記励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、前記伝達分子が選択されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記伝達分子から前記量子ドットへの前記励起子の伝達レートが、前記伝達分子内における前記励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、前記１つ以上の伝達分子が選択されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記エレクトロルミネッセント有機分子が、エレクトロルミネッセントポリマーであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】
エレクトロルミネッセント有機分子から量子ドットへの電気エネルギーの伝達が改善された、量子ドットが埋め込まれた発光有機装置の作製方法であって、
ａ．溶液内に複数のエレクトロルミネッセント有機分子を付与する工程と、
ｂ．前記エレクトロルミネッセント有機分子のバンドギャップよりも小さく、かつ前記量子ドットのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する１つ以上の伝達分子が表面に付着させられた、複数の量子ドットを含む溶液を付与する工程と、
ｃ．前記エレクトロルミネッセント有機分子の前記溶液と、前記量子ドットの前記溶液とを、混合する工程と、
ｄ．第１の電気接触子を付与する工程と、
ｅ．混合された前記溶液を前記第１の電気接触子上に積層することにより、該第１の電気接触子上に、前記量子ドットが埋め込まれた前記エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスを形成する工程と、
ｆ．前記マトリックス上に第２の電気接触子を積層する工程とを含むことを特徴とする作製方法。
【請求項１２】
前記マトリックスと第１または第２の電極との間に、ホールの伝達を向上させ電子の伝達を低下させる材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の作製方法。  
【請求項１３】
前記マトリックスと第２または第１の電極との間に、電子の伝達を向上させホールの伝達を低下させる材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
有機エレクトロルミネッセント装置は、照明からフルカラー自発光ディスプレイまでの多岐に亘る用途で、重要と考えられている。基本的な構造は、発光有機層が、電極層、および発光層に電子およびホールを供給する伝達層の間に挟まれた構造である。
【０００２】
有機エレクトロルミネッセント装置では、発光有機層の最低空分子軌道（ｌｏｗｅｓｔ  ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ；ＬＵＭＯ）に注入された電子が、最高被占分子軌道（ｈｉｇｈｅｓｔ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ；ＨＯＭＯ）に注入されたホールと結合させられて、再結合して光を発するホール−電子対（励起子）を形成する。したがって、発光層内で再結合するホールおよび電子の、バランスの取れた注入を行うことが重要である。
【０００３】
有機発光材料（典型的にはエレクトロルミネッセントポリマー）は、良好な電子伝達性と良好なホール伝達性との両方を示すように設計され得る。加えて、エレクトロルミネッセントポリマーのＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位も、一般に入手可能な陰極材料および陽極材料（たとえば、ＩＴＯ製陽極やバリウム製陰極）と共に使用可能なように調整され得る。このことは、ポリマー発光装置ＰｏｌｙＬＥＤと呼ばれる、単純な三層構造（電極−有機発光層−電極）を結果としてもたらす。ＯＬＥＤと呼ばれるエレクトロルミネッセント装置の作製には、小さな有機分子も用いられる。ＯＬＥＤの場合には、通常、装置の効率を改善するために、３つよりも多くの層が用いられる。
【０００４】
近年、染料を用いた有機材料のドーピングが、多くの注目を集めている。大きなバンドギャップを有するホスト材料に、より小さなバンドギャップを有する染料をドーピングすることが可能である。三層構造では、電子およびホールがポリマー層内に注入されて励起子を生成し、その後その励起子が、発光のため染料分子へと伝達され得る。このことにより、発光波長は単に適切な染料の選択の問題となるので、発光波長の極めて広範な選択肢が可能となる。効率的なエネルギー伝達を得るためには、染料を発光層内に均等に分散させ、染料分子を、有機ホスト材料（たとえばポリマー鎖）の近傍に保持することが必要である。これらの理由から、染料分子は、合成時において共有結合によりポリマーに付着させられることが多い。
【０００５】
しかしながら、染料分子の安定性は限られていることが多いので、ＯＬＥＤおよびＰｏｌｙＬＥＤ内の染料に代わるものとして、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ；ＱＤ）と呼ばれるナノサイズの半導体結晶が提案されている。ここで、量子ドットは、有機ホスト材料と混合され、層構造（ＱＤ−ＬＥＤまたはＰｏｌｙＬＥＤ）内において電極間に挟まれた発光マトリックスを形成する。かかる装置は、「Ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ  ｌｅａｐ（量子ドット・リープ）」、Ｔｈｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ（ＩＳＳＮ  ００１３−７７５８）２９１、１９、２００２年、および「Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ＬＥＤ  ｅｍｉｔｓ  ｉｎ  ＩＲ（赤外における量子ドット複合ＬＥＤの発光）」、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｗｏｒｌｄ、２００３年６月（http:/www.photonics.com/spectra/-tech/XQ/ASP/techid.1557/QX/read.htm）に記載されている。マトリックス内に注入された電子およびホールは、ポリマー内において励起子を生成し、その励起子は、再結合および発光のためＱＤへと伝達される。ＱＤは、染料に比して、よりよい安定性の他にも、多くの利点を提供する。ＱＤは反応性であるが、ＱＤを大気および湿度に対して耐性を有するものとするための層である「パッシベーション」層または「キャッピング」層内にＱＤを封入することは、比較的容易である。また、ＱＤは、そのサイズにより決定される周波数において発光するという独特の特性を有している。したがって、単にＱＤの作製時においてサイズを調整することにより、ＱＤからの発光波長を、広範な波長範囲に亘って精確かつ連続的に調整することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
染料に比して、ＱＤを用いることの１つの欠点は、ＱＤへの励起子の伝達はより困難な点である。有機分子およびポリマー内の共役炭化水素鎖中にある、非局在化されたπ分子軌道は、電子、ホールおよび励起子の効率的な伝達をもたらす。ホールおよび電子の注入は、発光層内のランダムな位置において励起子を生成し、それらの位置はＱＤから遠く離れていることも多い。また、電子およびホールは、有機ホスト材料内を伝達され、適切な励起子を形成することなくＱＤにおいて再結合するかもしれない。電子およびホールの良好な伝達は、層内における励起子の生成および伝達を可能とするが、エレクトロルミネッセント材料からの励起子のＱＤ内への結合は、ボトルネックを生じさせている。
【０００７】
ＱＤ−ＯＬＥＤまたはＰｏｌｙＬＥＤは、ＱＤの薄い層が有機半導体の（ホールおよび電子）伝達層同士の間に挟まれているような、ＱＤを利用した他のタイプのＬＥＤと混同されるべきものではない。その場合、ＱＤに、またはＱＤ上のキャッピング分子に、電子およびホールが直接供給され（有機ホスト材料内での供給ではなく）、ホール／電子および励起子の伝達および消失は問題ではない。
【０００８】
本発明の１つの目的は、エレクトロルミネッセント有機材料から、その有機材料内に埋め込まれたＱＤへの、電気エネルギーの伝達を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の側面によれば、本発明は、エレクトロルミネッセント有機分子から、有機材料のマトリックス内に埋め込まれた量子ドットへの、電気エネルギーの伝達を改善する方法であって、
−  量子ドットが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスを付与する工程と、
−  量子ドットの表面上に１つ以上の伝達分子を付与する工程と、
−  上記の有機マトリックスと電気的に接触状態にある第１および第２の電気接触子を用いて、そのマトリックスに電子およびホールを供給する工程と、
−  上記のマトリックスのエレクトロルミネッセント有機分子内において、励起子の形態で励起状態を発生させる工程と、
−  上記の励起子を、エレクトロルミネッセント有機分子から、量子ドット上の伝達分子へと伝達する工程と、
−  上記の励起子を、伝達分子から、量子ドットへと伝達する工程とを含む方法を提供する。
【００１０】
マトリックス内にＱＤを埋め込むとは、ＱＤが、有機マトリックス全体に亘って空間的に分布させられることを意味する。ＱＤは、少なくとも実質的に、有機マトリックス内に均等に分布させられることが好ましい。空間的な分布は、ランダムな分布、秩序だった分布、または両者の間の任意の程度の分布のいずれであってもよい。ＱＤは、少なくとも実質的に結合様の何らかの相互作用により、有機分子と結合または近接していることが好ましい。好ましくは、ＱＤは有機ホスト材料内に埋め込まれ、それによりＱＤがドーピングされた単一の発光層が形成される。
【００１１】
ＱＤが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機分子（好ましくはポリマー）のマトリックスは、典型的には、有機分子の溶液とＱＤの溶液とを混ぜ合わせることにより形成される。混合の結果として得られる溶液を、典型的にはスピンコーティングにより電極等の基板上に積層し、乾燥させることにより、マトリックスを形成してもよい。伝達分子は、典型的にはＱＤ溶液が有機溶液に混合される前に、ＱＤの表面上に付与される。
【００１２】
エレクトロルミネッセント有機分子としては、現在ＯＬＥＤおよびＰｏｌｙＬＥＤで使用されているエレクトロルミネッセント有機物質の任意のものを用いることができる。しかしながら、適切な有機マトリックスを形成するためには、可溶性の物質または可溶性に変化させられる物質であることが好ましい。それにより、ＱＤを有機マトリックス内に適切に埋め込むことが可能となる。かかる物質のさらなる利点は、溶液からの加工で得ることができる点であり、それにより、マルチカラーまたはフルカラーの放射のため、発光層を容易にパターン化することが可能となる。さらに、有機ホスト材料およびＱＤの溶液を不完全にのみ乾燥させて、流体状の発光層を形成してもよい。
【００１３】
好ましくは、本発明に従うエレクトロルミネッセント有機分子は、エレクトロルミネッセントポリマーとされる。ポリマーは有機分子であり、以下の説明では、発光層のマトリックス状のホスト材料を指して、「有機分子」と「ポリマー」との両方の用語を用いることとするが、これは本発明の範囲をポリマーのみに限定する意図ではない。
【００１４】
有機分子は、効率的な励起子の伝達を提供するが、エレクトロルミネッセント有機分子内における励起状態すなわち励起子の寿命は、ＱＤへの励起子の伝達が生じるのに十分なほど長くはない。量子ドットの直接の表面上における励起状態は、ほぼ１００％のエネルギー伝達を示すが、量子ドットの表面から３ｎｍの距離に離れるだけで、この値は約１０％に減少する。この挙動のため、エネルギー転送レートを増大させるためには、量子ドットにより近い近傍に、励起子を持っていく必要がある。このことは、励起子再結合および／または伝達分子を、量子ドットの表面上に配することにより実現される。しかしながらそれでも、有機マトリックス内で生成された励起状態を、伝達分子へと伝達することが必要である。共振エネルギーの伝達に関するフォルスターの理論によれば、ドナーの放射スペクトルと重複する吸収スペクトルを有する近傍（アクセプタ）分子の存在下では、ドナーにより吸収されたエネルギーの一部は、放射を介さずにアクセプタに伝達され、その伝達効率Ｅは、
【数１】
2007513478.tif 000003
で与えられる。ここで、ｒは２つの放射中心間の距離であり、Ｒ０は以下で示されるフォルスター半径（単位Å）である。
【数２】
2007513478.tif 000004
【００１５】
この合成式において、ａはａ＝９．７８・１０３、ｎは媒体の屈折率、ＱＤはアクセプタの不在下におけるドナーの蛍光量子収量、Ｊ（λ）はスペクトルの重複の積分値（単位Ｍ−１・ｃｍ３）である。κ２は幾何学因子であり、自由回転する染料の場合には、平均２／３である。
【００１６】
あるいは、伝達効率は、蛍光の寿命を通じて、
【数３】
2007513478.tif 000005
として測定されてもよい。ここで、τＤ（Ａ）およびτＤ（０）は、それぞれアクセプタの存在下および不在下におけるドナーの寿命である。したがって、非常に大きなフォルスター半径を有するエネルギー伝達分子を用いれば、有機マトリックスから励起子伝達分子へと極めて効率的にエネルギーを伝達することができ、そのエネルギーは第２のステップにおいて量子ドットへと伝達される。
【００１７】
染料がドーピングされた系におけるフォルスター・エネルギー伝達とデクスター・エネルギー伝達との双方を利用するためには、適切なゲスト−ホスト系が選択されなくてはならない。非常に効率的な放射ゲストを用いる場合、ホスト内のシングレット励起子とトリプレット励起子との両方のエネルギー準位が、ゲスト内の対応の準位よりも上にならなくてはならず、効率的なエネルギー伝達は、フォルスター伝達とデクスター伝達との両方が作用するようにホスト内の放射とゲスト内の吸収とが重複することを必要とする。ホストからのフォルスター・エネルギー伝達またはデクスター・エネルギー伝達の効率は、
【数４】
2007513478.tif 000006
により表すこともできる。
【００１８】
ここで、ｋＥＴは有機分子からエネルギー伝達分子へのエネルギー伝達レート、ｋＲ
はドナーの放射レート、ｋＮＲはドナーの非放射レートである。この式は、ｋＥＴ＞ｋＲ＋ｋＮＲである場合、効率的なエネルギー伝達がなされることを示唆している。シングレット励起子間のフォルスター・エネルギー伝達は、ナノ秒の時間スケールで生じ、一方、トリプレット−トリプレット間のデクスター・エネルギー伝達は、マイクロ秒の範囲内で生じることが多い。したがって、デクスター機構によりトリプレット−トリプレット間において効率的なエネルギー伝達を行うには、励起子の寿命は、マイクロ秒の範囲より長くなくてはならない。
【００１９】
伝達分子は、好ましくはマトリックスのポリマーである有機分子から励起子を受け取ることができ、励起子をＱＤに伝達する分子である。別の表現をすれば、伝達分子は、マトリックスの有機分子内における励起状態により励起され得る分子（たとえば、交換相互作用（デクスター・エネルギー伝達）またはより長いレンジの双極子相互作用（フォルスター・エネルギー伝達）により励起され得る分子）であり、その励起された伝達分子は、類似の機構によりＱＤを励起することができる。
【００２０】
好ましくは、伝達分子としては、エレクトロルミネッセント有機分子のバンドギャップＥｏｒｇ．ｍｏｌ．よりも小さく、かつ量子ドットのバンドギャップＥＱＤよりも大きいバンドギャップを有する分子が選択される。有機分子から伝達分子への励起子の効率的な伝達を保障するため、励起子は、有機分子内において崩壊または再結合する前に伝達されるべきである。そのため、エレクトロルミネッセント有機分子から伝達分子への励起子の伝達レートが、エレクトロルミネッセント有機分子内における励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、伝達分子が選択されることが好ましい。
【００２１】
同様に、励起子は、伝達分子内において崩壊または再結合する前に、伝達分子からＱＤへと伝達されるべきである。そのため、伝達分子から量子ドットへの励起子の伝達レートが、伝達分子内における励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、伝達分子が選択されることが好ましい。オプションとして、伝達分子は、励起可能な長寿命の励起トリプレット状態を有する燐光性の分子とされる（すなわち、励起子は、低い崩壊／再結合レートを有することとなる）。
【００２２】
また、伝達分子は、ＱＤおよびエレクトロルミネッセント有機ホスト分子に対して、最小限の距離を有するように選択されてもよい。二段階のエネルギー伝達プロセスは、ＱＤと有機分子との間の実効距離を間接的に短くすることを可能とする。濃度消光を防止するため、過剰に多くのこれらの分子が表面上に存在することを回避するよう、注意が必要である。
【００２３】
第２の側面によれば、本発明は、エレクトロルミネッセント有機分子から、埋め込まれた量子ドットへの電気エネルギーの伝達が改善された、量子ドットが埋め込まれた有機分子装置であって、
−  量子ドットが埋め込まれた、エレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスと、
−  そのマトリックスに電子およびホールを供給する第１および第２の電気接触子とを備え、
量子ドットは、エレクトロルミネッセント有機分子内で生成された励起子を受け取り、受け取った励起子を量子ドットに伝達するため、量子ドットの表面に付着させられた１つ以上の伝達分子を有し、
エレクトロルミネッセント有機分子から伝達分子への励起子の伝達レートが、エレクトロルミネッセント有機分子内における励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、伝達分子が選択されている装置を提供する。
【００２４】
さらに、上記の１つ以上の伝達分子は、その伝達分子から量子ドットへの励起子の伝達レートが、伝達分子内における励起子の崩壊レートよりも大きくなるように、選択されることが好ましい。
【００２５】
好ましくは、上記の第２の側面に係る装置は、発光装置（すなわちＱＤ−ＰｏｌｙＬＥＤ）とされる。そのような装置を用いることにより、励起子が、まずポリマー上において生成され、その後、表面を変性している分子へと伝達され、最終的に放射が生じる量子ドットへと伝達されるような、層構造を形成することができる。
【００２６】
ポリマーのホストが使用される場合には、そのポリマーを一般に入手可能な陰極および陽極材料（たとえばＩＴＯ製の陽極およびバリウム製の陰極）と共に使用して、三層構造を形成することができるように、エレクトロルミネッセントポリマーのＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位を調整することができる。１つの好ましい実施形態では、発光装置は、有機発光層に加え、ホールを伝達し電子をブロッキングする層および／または電子を伝達しホールをブロッキングする層といった、１つ以上の追加の層を含むものとされる。各電極と有機マトリックスとの間に配されるそれらの層は、発光層内に励起子を閉じ込めつつ、陰極／陽極から発光層内への効率的なホール／電子伝達を提供するという役割を果たす。理想的なケースでは、電子伝達（ホール・ブロッキング）層が、陰極側に配され、有機マトリックスのＬＵＭＯ準位と同一のＬＵＭＯ準位、および好ましくは有機マトリックスのＨＯＭＯ準位よりも低いＨＯＭＯ準位を有する層とされる。そのような材料はまた、ホール移動度よりもずっと高い電子移動度を示すものと期待される。理想的なホール伝達（電子ブロッキング）層は、逆に陽極側に配され、有機マトリックスのＬＵＭＯ準位よりも高いＬＵＭＯ準位、および好ましくは有機マトリックスのＨＯＭＯ準位よりもわずかに低く、かつ陽極のフェルミ準位よりも高いＨＯＭＯ準位を有する層とされる。そのようなホール伝達（電子ブロッキング）層はまた、電子移動度よりもずっと高いホール移動度を示すものと期待される。
【００２７】
平滑化層としても併用される上記のような追加の層の１つのよく知られた例は、ＩＴＯ陽極と有機発光層との間に配される、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳホール伝達層である。したがって、本発明の第１の側面に従う方法は、マトリックスに隣接させて電子およびホールのブロッキング層を設けることにより、マトリックス内に電子およびホールを閉じ込める工程をさらに含んでいてもよい。
【００２８】
本発明は、複数のピクセルを含み、本発明の第２の側面に従う量子ドットが埋め込まれた発光有機分子装置を各ピクセルが含むような、ディスプレイに適用されてもよい。１つの好ましい実施形態では、ディスプレイは、各ピクセルのオン／オフ状態が個々に制御可能であるという意味でアクティブとされる。別の実施形態では、ディスプレイは、ピクセルが異なる複数の色（たとえば、赤、緑および青といったような、２つ以上の異なる色）を有する、カラーディスプレイとされる。ピクセルの色は、そのピクセルの発光層に埋め込まれている量子ドットのバンドギャップにより、ひいてはサイズにより決定される。
【００２９】
第３の側面によれば、本発明は、エレクトロルミネッセント有機分子から量子ドットへの電気エネルギーの伝達が改善された、量子ドットが埋め込まれた発光有機装置の作製方法であって、
ａ．溶液内に複数のエレクトロルミネッセント有機分子を付与する工程と、
ｂ．上記のエレクトロルミネッセント有機分子のバンドギャップよりも小さく、かつ上記の量子ドットのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する１つ以上の伝達分子が表面に付着させられた、複数の量子ドットを含む溶液を付与する工程と、
ｃ．上記のエレクトロルミネッセント有機分子の溶液と、上記の量子ドットの溶液とを、混合する工程と、
ｄ．第１の電気接触子を付与する工程と、
ｅ．混合された溶液を第１の電気接触子上に積層することにより、第１の電気接触子上に、量子ドットが埋め込まれたエレクトロルミネッセント有機分子のマトリックスを形成する工程と、
ｆ．そのマトリックス上に第２の電気接触子を積層する工程とを含む作製方法を提供する。
【００３０】
オプションとして、上記の作製方法は、
−  導電性材料層を用いて接触子を平滑化する工程、
−  マトリックスと、第１もしくは第２の電極との間に、ホールの伝達を向上させ電子の伝達を低下もしくはブロッキングする材料層を形成する工程、および
−  マトリックスと、第２もしくは第１の電極との間に、電子の伝達を向上させホールの伝達を低下もしくはブロッキングする材料層を形成する工程のうちの、１つまたは複数をさらに含んでいてもよい。
【００３１】
上記の本発明の各側面の背景にある原理は、二段階のエネルギー伝達プロセスを用いて、エレクトロルミネッセント有機分子から、それらに埋め込まれた量子ドットへの、電気エネルギーの伝達を改善するという原理である。上記の説明より、この放射によらないエネルギーの伝達が、放射中心間の距離に反比例し、ＱＤへの励起子の伝達効率が、距離が増大するにつれて非線形的に減少することは明らかである。ＱＤに付着させられた伝達分子という中間段階を設けることにより、１回の長い距離の伝達に代えて、２回のより短い距離の伝達が得られる。その結果、エネルギー伝達の非線形的な距離依存性のため、全体的な効率は改善される。
【００３２】
ほとんどのＱＤは、大気や湿度等に対して反応性であり、ＱＤの発光効率を維持するためには、それらＱＤの表面を保護する必要がある。典型的には、ＱＤの励起状態の消失を防止するため、ＱＤはパッシベーション層でキャッピングされ、一般的に低エネルギーの表面状態が介在させられる。しかしながら、キャッピングは、ＱＤと有機分子との間の距離も増大させてしまい、その結果、有機ホストからＱＤへのエネルギー伝達効率が深刻な妨害を受ける。
【００３３】
そのため、本発明はまた、エレクトロルミネッセント有機分子から、有機材料のマトリックス内に埋め込まれた量子ドットへの、電気エネルギーの伝達を改善する方法であって、
−  １タイプ以上の量子ドットを含む溶液を提供する工程と、
−  量子ドットの表面にパッシベーション分子を付着させて、それにより量子ドット上にパッシベーション層を形成する工程と、
−  １ｎｍ未満、０．８ｎｍ未満、０．６ｎｍ未満、０．４ｎｍ未満もしくは０．２ｎｍ未満の長さを有するパッシベーション分子、または量子ドットの表面を覆うピリジンの厚さよりも短い長さを有するパッシベーション分子を選択することにより、パッシベーション層を通じた電気エネルギーの伝達を容易化する工程と、
−  パッシベーション層を有する量子ドットを、エレクトロルミネッセント有機分子と混合して、量子ドットが埋め込まれた有機マトリックスを形成する工程とを含む方法も提供する。
【００３４】
ここで、パッシベーション層に短分子を用いることは、介在する層の厚さを減らすことにより、有機マトリックスとＱＤとの間の物理的な距離を減少させる。有機分子とＱＤとをより緊密に結合することもまた、物理的な距離を減少させる。
【００３５】
そのため、本発明はまた、エレクトロルミネッセント有機分子から、有機材料のマトリックス内に埋め込まれた量子ドットへの、電気エネルギーの伝達を改善する方法であって、
−  １タイプ以上の量子ドットを含む溶液を提供する工程と、
−  無機結晶材料と強い相互作用を持つ官能基を有する、複数のエレクトロルミネッセント有機分子を準備する工程と、
−  上記の量子ドットを上記のエレクトロルミネッセント有機分子と混合して、量子ドットが埋め込まれた有機マトリックスを形成し、有機分子上の上記の官能基と量子ドットとの間に少なくとも結合様の相互作用を形成することにより、それら有機分子上の官能基と量子ドットとの間の電気エネルギーの伝達を容易化する工程とを含む方法も提供する。
【００３６】
この手法は、無機粒子の表面と強い相互作用を持つ部分を有機分子内に含ませることにより、エレクトロルミネッセント有機分子とＱＤとの間の実効距離を減少させるものである。かかる部分は、カルボン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン、酸化ホスフィン、スルホン酸塩、チオール基、アミン、ピリジン等であってもよい。有機分子がポリマーである１つの好ましい実施形態では、かかる官能基は、最適な濃度で存在する変性モノマーの適用により、ポリマー内に導入され得る。
【００３７】
ＱＤは、パッシベーション層でキャッピングされてもよく、その場合、上記の官能基は、パッシベーション層の分子と相互作用するか、パッシベーション層の一部を形成する。
【００３８】
結合様の相互作用とは、ポリマー上の官能基とＱＤ表面またはパッシベーション層とに作用している分子に依存する、結合力のある相互作用である。結合は、共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合、または複雑な配位の結果として得られる結合であってもよい。
【００３９】
本発明は、ＱＤが埋め込まれたエレクトロルミネッセント有機マトリックスに基づく、あらゆる装置の電力効率および性能の改善に応用することができる。すなわち、本発明は、それらの装置を、現行では他の発光装置が使用されているような多くの用途に使用することに繋がり得る。また、本発明は、現行の電気エネルギー伝達効率がこの技術の進出可能性の阻害要因となっていた分野において、これらの装置を利用することにも繋がり得る。したがって、本発明は、発光装置の改良に限定されるものではなく、他の分野における、ＱＤが埋め込まれた有機マトリックスに基づく装置の電力効率および性能を向上させるためにも利用することができる。それらの分野には、たとえば、マイクロ／ナノ電子素子、センサ、光電装置および任意のその他の非放射性装置が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の上記およびその他の側面は、以下に説明する実施形態を参照することにより明らかとされる。
【００４１】
図１に示した本発明の１つの好ましい実施形態では、本発明は、発光装置２を提供する。この装置は、陰極４と、透明基板５上に配された透明陽極６とを含み、さらにこれらの電極の間に電界を生成するための電源８を有している。電極間には、エレクトロルミネッセント有機分子とＱＤとの混合物からなる、発光層１０が存在する。ここで説明する実施形態では、有機分子はポリマーである。
【００４２】
図２は、相対的なサイズが強調された、図１の装置２の拡大断面図を示している。この図から、発光層１０は、伝達分子を伴うＱＤ１４が全体に分散させられた、ポリマーのマトリックス１２からなることが見て取れる。また、薄いフィルム状の平滑化層１１が、陽極６と発光層１０との間に見て取れる。
【００４３】
以下、図１および２の発光装置２の、好ましい作製方法を説明する。装置２の設計の際には、安定した供給量の電子とホールとの対をポリマーに注入することを容易とするため、電極の仕事関数が、ポリマー中のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位と適合するべきである。陽極６のため、透明かつ導電性の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の薄い層が、ガラスまたはプラスチック製の基板５の上に積層される。典型的には５０から１５０ｎｍの厚さを有する、薄いフィルム状の平滑化層１１が、溶液から、たとえばスピンコーティングやプリント技術を用いて、陽極６上に積層される。この平滑化層は、非放射性かつ導電性のポリマー（ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、またはポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）によりドーピングされたポリアニリン）であり、ホール注入層として作用し、ＩＴＯよりもさらに高い仕事関数を有する。発光層１０を形成するため、エレクトロルミネッセントポリマーおよびＱＤの溶液が、たとえばスピンコーティングやプリント技術を用いて、平滑化層１１上に積層される。ポリマーおよびＱＤの溶液の調整については後述する。最後に、金属製の陰極４が、発光層１０の上に蒸着される。陰極４は、ポリマーのＬＵＭＯ準位に合致するような低い仕事関数を有する反射性の金属層で、たとえばカルシウムまたはバリウムの層である。上記に代わる代替調整技術および代替構造も可能である。
【００４４】
ＰｏｌｙＬＥＤ装置では、陰極材料と陽極材料との仕事関数の差は、典型的には、ポリマーのバンドギャップよりも小さい。そのため、電子およびホールがポリマー内に進入するのを阻害するエネルギー障壁が存在し、そのことが励起子の生成量を減少させ、効率を低下させる。この電荷注入に対するポテンシャルエネルギー障壁は、通常、陰極−ポリマー間の界面に存在する。この問題に対する１つの解決方法は、フッ化リチウムのような誘電体の薄層を、陰極側に挿入することである。この薄層は、電子の注入を増強し、装置の効率を高める。
【００４５】
装置は、典型的には、有機材料および反応性の金属製陰極を劣化させるおそれのある、水分および酸素の侵入を防ぐため、気密封止される。現行の生成構造は、典型的には、基板に対する接着剤でのシーリングを伴う、金属またはガラス缶封入を用いている。
【００４６】
発光層を形成する有機マトリックスは、有機分子およびＱＤの溶液が積層され、溶媒が蒸発させられることにより形成される。典型的なエレクトロルミネッセントポリマーおよびオリゴマーとしては、ポリまたはオリゴｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）や、ポリまたはオリゴフルオレン族（たとえば、ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン））が挙げられる。ポリもしくはオリゴフェニレン、ポリもしくはオリゴフェニルエチレン、ポリもしくはオリゴインデノフルオレン、ポリもしくはオリゴビニルカルバゾール、ポリもしくはオリゴオキサジアゾール、およびそれらのコポリマーもしくは混合物を含む、エレクトロルミネッセントポリマーもある。可溶性およびフィルム形成のために適した側基を有している、有機小分子を用いることも可能である。それらはまた、可溶性およびフィルム形成特性を改善するため、デンドリマーのような多くの分岐を有する分子の形態であってもよい。そのような小分子の例としては、フルオレン、フルオレン誘導体、ペリレン、ペリレン誘導体、クマリン、クマリン誘導体、フェノキサゾン、フェノキサゾン誘導体、４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン誘導体、ロダミン、ロダミン誘導体、オキサジン、オキサジン誘導体、オキサゾール、オキサゾール誘導体、スチリル、スチリル誘導体、金属−有機物錯体、スチルベン、スチルベン誘導体、フラビン、フラビン誘導体、フルオレセイン、フルオレセイン誘導体、ピロメテン、ピロメテン誘導体、またはその他の任意の染料が挙げられる。イリジウムベースのトリプレット・エミッタや、プラチナ錯体を用いることもできる。
【００４７】
これらの系はさらに、系内の電荷伝達性を改善するために、以下に列挙するような電子および／またはホール伝達性の部分を含んでいてもよい。バンドギャップ、電子親和性ならびに電荷伝達性といった電気的特性、および粘性ならびに様々な置換による可溶性といった流動特性を調整することが可能であるので、具体的な用途および積層方法に合わせた材料とすることが可能である。
【００４８】
伝達分子１５を伴うＱＤ１４が、図３に示されている。ＱＤは、好ましくは湿式化学処理により調整され、伝達分子１５が、ＱＤの形成後に表面に添加される。ＱＤは、半導体ナノメートル結晶であり、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅならびにＨｇＴｅといったＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、および／またはＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰならびにＩｎＳｂといったＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶、および／またはＳｉならびにＧｅといったＩＶ族化合物半導体結晶を含んでいてもよい。加えて、化合物半導体は、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋、Ｍｎ２＋、Ａｇ＋またはＣｕ＋といった、希土類金属の陽イオンまたは遷移金属の陽イオンにより、ドーピングされていてもよい。また、ＱＤは、２種類以上の化合物半導体からなるものであってもよい。最もあり得る形態としては、ＱＤは、ＩｎＮ、ＩｎＧａＰまたはＧａＡｓを含むものとされる。ＱＤの半径は、それぞれのバルク材料の励起子のボーア半径よりも小さい。最もあり得る形態としては、ＱＤは、約１０ｎｍを超えない半径を有する。
【００４９】
ＱＤは、コア−シェル構造を含んでいてもよい。この場合、ＱＤは、励起子がＱＤのコア内に閉じ込められるように、より高いバンドギャップを有するシェル材料（たとえばＺｎＳ）により被覆された発光コア材料（たとえばＣｄＳｅ）からなるものとされる。
【００５０】
コロイド状のルミネッセントＣｄＳｅ／ＺｎＳコア−シェル・ナノ結晶は、二段階の合成法で合成することできる。第１の段階では、２７０−３１０°Ｃのヘキサデシルアミン−酸化トリオクチルホスフィン−トリオクチルホスフィン（ＨＤＡ−ＴＯＰＯ−ＴＯＰ）安定化混合物内において、ジメチルカドミウムをセレン化トリオクチルホスフィンと反応させることにより、単分散ＣｄＳｅナノ結晶が調整される。１８０−２２０°Ｃにおいて、ジメチル亜鉛およびビス−トリメチルシリルサルファイド（対応の亜鉛および硫黄の先駆物質）を、ＨＤＡ−ＴＯＰＯ−ＴＯＰ混合物内にＣｄＳｅコアを混ぜた溶液にゆっくりと加えることにより、コロイド状ＣｄＳｅコア周囲にＺｎＳシェルが成長させられる。結果として得られるＣｄＳｅ／ＺｎＳコア−シェル・ナノ結晶は、ＨＤＡ−ＴＯＰＯ−ＴＯＰの表面コーティングを有し、クロロホルムやトルエンといった無極性溶媒に対して可溶なものとなる。
【００５１】
コア−シェルＣｄＳｅ／ＺｎＳナノ結晶は、強いバンドエッジ・フォトルミネッセンスを呈し、室温下において、３０−７０％もの高い量子効率を示す。放射帯のスペクトル位置は、ＣｄＳｅコアのサイズを約２ｎｍから６ｎｍに増加させることにより、青色領域から赤色領域まで調整可能である。ＣｄＳｅコアの周囲に成長させられた薄い（約２単層分）ＺｎＳのエピタキシャル・シェルにより、粒子の安定性およびルミネッセンス効率が、大幅に改善される。
【００５２】
他の分子を用いることにより粒子の表面を変性し、結果として、ＨＤＡ−ＴＯＰＯ−ＴＯＰの全体または一部を置き換えてもよい。伝達分子によりドットの表面を変性するため、これらのドットは、標準的なキャッピング交換（ｃａｐｐｉｎｇ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）手順を受けてもよい。適切な官能基を有する過剰量の伝達分子が、ＱＤをクロロホルムに混ぜた溶液に加えられ、５０°Ｃの温度下において数時間攪拌される。ＱＤを沈殿させるためにメタノールが使用されてもよい。ＱＤの表面に結合させられていない伝達分子を除去するため、溶解および沈殿の工程が数回繰り返される。伝達分子は、ＱＤの表面に直接取り付く官能基の導入により（たとえば、カルボン酸塩、ホスホン酸塩、スルホン酸塩またはチオール基を介して）、ＱＤに対して小さな距離を有するものとなるように選択されてもよい。
【００５３】
可能性のある伝達分子には、フルオレンオリゴマー、フルオレンポリマー、フルオレン誘導体、フェニレンビニレンオリゴマー、フェニレンビニレンポリマー、ペリレン、ペリレン誘導体、クマリン、クマリン誘導体、フェノキサゾン、フェノキサゾン誘導体、９，９’スピロビフルオレンオリゴマー、９，９’スピロビフルオレンポリマー、フェニレンポリマー、フェニレンオリゴマー、４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）、４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン誘導体、ロダミン、ロダミン誘導体、オキサジン、オキサジン誘導体、オキサゾール、オキサゾール誘導体、スチリル、スチリル誘導体、金属−有機物錯体、スチルベン、スチルベン誘導体、フラビン、フラビン誘導体、フルオレセイン、フルオレセイン誘導体、ピロメテン、ピロメテン誘導体、またはその他の任意の染料が含まれる。当然ながら、オリゴマーまたはポリマーの１つ以上の炭素原子が置換されてもよい。好ましくは、図４Ａから４Ｊに示すような、イリジウムベースのトリプレット・エミッタ、ならびにプラチナ錯体、または図６に一例が示されているアントラセン誘導体が、伝達分子として適用され得る。
【００５４】
励起子形成のために有機マトリックス内に電子およびホールを閉じ込めるため、有機マトリックスを通り抜ける電子／ホールの伝達を防ぐ、電子／ホール・ブロッキング層がさらに形成されてもよい。図５は、かかる層が設けられた、図１の装置２に類似の装置１７を示している。陰極４と有機マトリックス１０との間に、ホールを伝達し電子をブロッキングする層１８が形成されている。同様に、電子を伝達しホールをブロッキングする層１９が、陽極６と有機マトリックス１０との間に形成されている。
【００５５】
ホールを伝達し電子をブロッキングする材料層１８は、第三級芳香族アミン、チオフェンオリゴマー、チオフェンポリマー、ピロールオリゴマー、ピロールポリマー、フェニレンビニレンオリゴマー、フェニレンビニレンポリマー、ビニルカルバゾールオリゴマー、ビニルカルバゾールポリマー、フルオレンオリゴマー、フルオレンポリマー、フェニレンエチレンオリゴマー、フェニレンエチレンポリマー、フェニレンオリゴマー、フェニレンポリマー、アセチレンオリゴマー、アセチレンポリマー、フタロシアニン、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンまたはポルフィリン誘導体を含んでいてもよい。ここでも、オリゴマーまたはポリマーの１つ以上の炭素原子が置換されてもよい。そのような材料層はまた、トリフェニルアミン単位、フェニレンビニレンオリゴマー単位、フェニレンオリゴマー単位、またはフルオレンオリゴマー単位といった、官能性の単位を有する分子を含んでいてもよい。また、約４ｅＶから約６ｅＶの間の範囲内にある最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）を有する染料を、ホールを伝達し電子をブロッキングする層１８として用いてもよい。
【００５６】
電子を伝達しホールをブロッキングする材料層１９は、オキサジアゾール、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール、オキサゾール誘導体、イソキサゾール、イソキサゾール誘導体、チアゾール、チアゾール誘導体、イソチアゾール、イソチアゾール誘導体、チアジアゾール、チアジアゾール誘導体、１，２，３トリアゾール、１，２，３トリアゾール誘導体、１，３，５トリアジン、１，３，５トリアジン誘導体、キノキサリン、キノキサリン誘導体、ピロールオリゴマー、ピロールポリマー、フェニレンビニレンオリゴマー、フェニレンビニレンポリマー、ビニルカルバゾールオリゴマー、ビニルカルバゾールポリマー、フルオレンオリゴマー、フルオレンポリマー、フェニレンエチレンオリゴマー、フェニレンエチレンポリマー、フェニレンオリゴマー、フェニレンポリマー、チオフェンオリゴマー、チオフェンポリマー、アセチレンポリマーまたはアセチレンオリゴマーを含んでいてもよい。ここでも、オリゴマーまたはポリマーの１つ以上の炭素原子が置換されてもよい。
【００５７】
最適な性能を発揮するため、電子伝達（ホール・ブロッキング）層は、ＱＤが埋め込まれているホスト有機材料とほぼ等しいＬＵＭＯを有している必要があり、ホール伝達（電子ブロッキング）層は、ホスト有機材料とほぼ等しいＬＵＭＯを有している必要がある。いずれの場合でも、ホールおよび電子伝達層のバンドギャップは、６ｅＶのオーダーにある。これらの層は、物理的または化学的な蒸着により、溶液から積層されてもよい。溶液による積層が用いられる場合には、層を溶かさない溶媒を用いることが必要である。
【００５８】
以下において、本発明の好ましい実施形態に係る発光装置の、可能性のある適用例を示す。この例では、本発明を利用して、アクティブカラーディスプレイ中のピクセルアレイを構成する、複数の発光装置が形成されている。図６は、本発明に従う、ＱＤが埋め込まれた高効率の有機マトリックスを用いたカラーディスプレイの形成に用いることができる、標準的なカラーディスプレイの設計２０を示している。この例では、互いに独立した赤色ピクセル、緑色ピクセルおよび青色ピクセルのパターンが形成されている。これらのピクセルのパターンは、典型的には、有機材料とＱＤとの混合溶液２２、２３および２４を、予めパターン形成されたウェル２６内に直接プリントすることにより形成される。それぞれ適切な赤色波長、緑色波長および青色波長での放射を生成するように調整されたＱＤサイズを有する、３種類の異なる有機材料とＱＤとの混合溶液２２、２３および２４が必要とされる。各ピクセルは、上記で図１を用いて説明した装置２に対応する。典型的には、ウェルの底部を形成するポリシリコン製ＴＦＴ基板３０の上に、透明陽極２８が形成され、一方、絶縁シリカ製セパレータ３２の上に配されたポリイミド製陰極３１が、障壁を形成する。平滑化およびホール注入のためのＰＥＤＯＴ層３４は、陽極２８の上に積層される。有機材料とＱＤとの混合溶液２２、２３および２４の溶質が蒸発すると、赤色、緑色および青色の光を発するＱＤを伴う有機ｌマトリックス３５、３６および３７が形成される。
【００５９】
図６を用いて説明したアクティブカラーディスプレイは、本発明の多くの可能な適用例の１つにすぎない。本発明に従う、ＱＤが埋め込まれたエレクトロルミネッセント有機マトリックスベースの装置における、改善された電力効率および性能のため、アクティブディスプレイおよびパッシブディスプレイの設計において新たな自由度が得られる。ピクセルは、より低い電力しか必要としない、より小サイズかつ変則的な形状のものとされてもよく、それにより、解像度の向上に道が拓かれる。さらに、可撓性のシート状ディスプレイや、「電子またはデジタルペーパー」も実現され得る。
【００６０】
本発明に従う、伝達分子からＱＤへのエネルギー伝達の作用原理を説明するため、一連の測定が行われた。以下の蛍光の測定結果は、本発明における二段階のエネルギー伝達の第２のステップを説明するものである。
【００６１】
図８および９に示した第１の組の測定結果は、１）ＱＤに付着させられていない伝達分子を用いるケースと、２）ＱＤに付着させられている伝達分子を用いるケースとの２つのケースから得られる励起スペクトルを利用した、伝達分子とＱＤとの間のエネルギー伝達を示している。
【００６２】
これらの測定用に選択された伝達分子は、図７に示したようなアントラセン誘導体である。
【００６３】
ケース１）：ＱＤとアントラセン誘導体とは、（同一の）溶液中にある。図８において、３６０ｎｍ（ＱＤとアントラセン誘導体との双方が吸収を行う波長）における溶液の励起から得られた放射スペクトル６２は、ＱＤの放射ピーク６４、およびアントラセン誘導体の放射ピーク６５を示している。
【００６４】
スペクトル６６は、４４０ｎｍにおけるアントラセン放射に対応する励起スペクトルである。ここでは、励起波長をスキャンしながら、（アントラセン由来の）４４０ｎｍにおける放射がモニタリングされた。結果として得られたスペクトルは、励起波長の関数としての、４４０ｎｍ放射の強度を示しており、これにより、所与の波長においてどの程度の励起が４４０ｎｍの放射をもたらしているかが示される。励起のピーク６７は、アントラセンの励起スペクトルである。
【００６５】
図８にはまた、６１０ｎｍにおけるＱＤ放射に対応する励起スペクトル６８も示されている。ここで、６１０ｎｍの放射は、主としてＱＤの吸収に対応することが見て取れる。このスペクトルにアントラセンの吸収ピーク６７が存在しないことは、アントラセンからＱＤへのエネルギー伝達がほとんどないことを示す。
【００６６】
ケース２）：アントラセン誘導体が付着させられたＱＤの乾燥フィルム。図９には、３６０ｎｍにおけるフィルムの励起から得られる放射スペクトル７２（図８における放射スペクトル６２に対応）が示されている。スペクトル７２は、ＱＤの放射ピーク７３を示しているが、アントラセンからの放射はほとんどない。したがって、試料が３６０ｎｍで励起させられた場合には、ＱＤからの放射のみが観測され、アントラセンからの放射は観測されない。このことは、アントラセン内への吸収光が、アントラセンから一切再放射されないことを示す。
【００６７】
図９にはまた、６１０ｎｍにおけるＱＤの放射に対応する放射スペクトル７８（図８における放射スペクトル６８に対応）も示されている。励起スペクトル７８は、ＱＤの吸収に、アントラセンの吸収ピーク７７が重畳された状態を明らかに示している。このことは、アントラセンの吸収が、６１０ｎｍにおけるＱＤの放射に寄与していることを証明しており、したがってアントラセンからＱＤへのエネルギー伝達の存在を明らかに示している。
【００６８】
図８および９の測定結果は、二段階のエネルギー伝達の第２のステップ、すなわち伝達分子からＱＤへの励起子の伝達を示している。乾燥フィルムについて観測された挙動は、溶液について観測された挙動とは全く異なる。乾燥フィルムでは、伝達分子内で生成された励起子は、アントラセン内におけるそれら励起子の崩壊レートよりも速いレートで、ＱＤへと伝達される。
【００６９】
分子からＱＤへのより効率的なエネルギー伝達を得るための別の方法は、伝達分子内の励起状態の寿命を長くすることによる方法である。この方法によれば、分子からＱＤへのエネルギー伝達が生じるのに、より長い時間が利用可能となる。そのため、図１０、１１および１２に示した第２の組の測定結果は、有機トリプレット・エミッタとＱＤとの間のエネルギー伝達を示している。
【００７０】
上記の目的のため、長い崩壊時間を持つものとして知られる、トリプレット・エミッタを使用した。図１０には、８０％のＱＤと２０％のトリプレット・エミッタとを含む層の放射スペクトル８２が、純粋なトリプレット・エミッタから得られた放射スペクトル８４と共に示されている。
【００７１】
図１１において、曲線９２は、図１０の６２０ｎｍの放射ピーク（量子ドット放射に対応する）に関して、純粋なＱＤ層の励起スペクトルを示している。曲線９４もまた、６２０ｎｍのＱＤ放射ピークに関する励起スペクトルを示しているが、これは８０％のＱＤと２０％のトリプレット・エミッタとを含む層についてのものである。図より、８０％のＱＤと２０％のトリプレット・エミッタとを含む層についてのスペクトル９４内において、ＱＤ放射へのずっと大きな寄与が存在することが見て取れる。このことは、６２０ｎｍの放射の多くの割合分が、トリプレット・エミッタ内への吸収から来ていることを示す。図１１にはまた、曲線９６が示されており、この曲線は、量子ドット吸収（スペクトル９２）と、６２０ｎｍの放射へのトリプレット・エミッタの寄与とについて補正がなされた、スペクトル９４である（図１０のスペクトル８４は、トリプレット・エミッタも６２０ｎｍにおいて放射を行うことを示しており、この寄与分について、モニタリングされた６２０ｎｍ放射を補正した）。これらの補正後においても、トリプレット・エミッタによるＱＤ放射への寄与が依然として存在することが見て取れる。
【００７２】
トリプレット・エミッタから量子ドットへのエネルギー伝達を証明するため、時間分解した測定が行われた。この目的のため、図１２の曲線１０２に示されているように、５３０ｎｍにおける純粋なトリプレット・エミッタからのルミネッセンスの減衰が、時間の関数として測定された。同様のルミネッセンスの減衰が、曲線１０４においても見て取れるが、これは８０％のＱＤと２０％のトリプレット・エミッタとを含む層についてのものである。この結果より、純粋なトリプレット・エミッタについて観測された長い減衰時間が、系内に量子ドットを混合することにより顕著に減少させられていることが見て取れる。実際、曲線１０６における減衰は、主としてＱＤ放射に対応する、曲線１０６に示されている６１６ｎｍにおける減衰の減衰挙動に類似している。
【００７３】
結論として、大幅に減少させられた減衰は、トリプレット・エミッタから量子ドットへの励起子の伝達が、トリプレット状態の減衰よりもずっと速く生じ、その結果、ＱＤ放射が増大させられることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の１つの好ましい実施形態に従う発光装置の断面図
【図２】ＱＤが埋め込まれたポリマーのマトリックスの、拡大断面図（縮尺は精確でない）
【図３】伝達分子を伴うＱＤの拡大断面図（縮尺は精確でない）
【図４Ａ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｂ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｃ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｄ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｅ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｆ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタを示した図
【図４Ｇ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、プラチナ錯体を示した図
【図４Ｈ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、プラチナ錯体を示した図
【図４Ｉ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、プラチナ錯体を示した図
【図４Ｊ】本発明に従う伝達分子として用いられ得る、イリジウムベースのトリプレット・エミッタおよびプラチナ錯体を示した図
【図５】電子／ホールをブロッキングしホール／電子を伝達する層を含む、本発明の１つの好ましい実施形態に従う発光装置の断面図
【図６】本発明の１つの実施形態に従うアクティブカラーディスプレイの断面図
【図７】アントラセン誘導体の分子構造式を示した図
【図８】ＱＤおよびアントラセン誘導体の、放射および励起スペクトルを示したグラフ
【図９】ＱＤおよびアントラセン誘導体の、放射および励起スペクトルを示したグラフ
【図１０】ＱＤおよびトリプレット・エミッタの放射スペクトルを示したグラフ
【図１１】ＱＤおよびトリプレット・エミッタの励起スペクトルを示したグラフ
【図１２】ＱＤおよびトリプレット・エミッタの崩壊を示したグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2007513478.tif 000029
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