(57)【要約】【解決手段】トップエミッション型（ＴＥ）印刷ディスプレイの発光層は、溶液処理可能なナノ結晶量子ドットと、熱活性化遅延蛍光分子と、適切なホスト材料との組合せで構成され、電子及び正孔輸送材料の両方と共に、反射ボトム電極と透明又は半透明のトップ電極の間に挟まれてマイクロキャビティに入れられる。電極は反射性金属であってよく、発光層及び電荷輸送層の厚さは、共振状態を最適化し、光出力を最大化するために、半透明のトップ電極の厚さと共に、要求される共振波長に応じて調整されてよい。【選択図】図７【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップエミッション型（ＴＥ）印刷ディスプレイの発光層において、
熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）分子と協働するナノ結晶量子ドット（ＱＤ）と、
電子輸送材料及び正孔輸送材料と、
を備えており、
ＱＤ、ＴＡＤＦ分子、電子輸送材料、及び正孔輸送材料は、反射ボトム電極と透明又は半透明のトップ電極との間に挟まれてマイクロキャビティに入れられている、発光層。
【請求項２】
発光層は、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の発光層。
【請求項３】
ＱＤとＴＡＤＦ分子は、約１０：１乃至約１：１０の範囲のＱＤ：ＴＡＤＦの重量比で存在する、請求項１に記載の発光層。
【請求項４】
ＱＤは、青色発光ＱＤ、赤色発光ＱＤ、緑色発光ＱＤ、又は、それらの任意の組合せである、請求項１に記載の発光層。
【請求項５】
ＱＤは、紫外発光ＱＤ又は赤外発光ＱＤである、請求項１に記載の発光層。
【請求項６】
ＱＤは、コアＱＤ、コア‐シェルＱＤ、コア‐マルチシェルＱＤ、及び量子ドット‐量子井戸（ＱＤ‐ＱＷ）ＱＤからなる群から選択される、請求項１に記載の発光層。
【請求項７】
ＱＤはＩｎ及びＰを含む、請求項１に記載の発光層。
【請求項８】
ＱＤはキャッピングリガンドを更に含む、請求項１に記載の発光層。
【請求項９】
ＴＡＤＦ分子は、
２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソニコチノニトリル、
２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル、
２，３，４，５，６‐ペンタ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル、
２，３，５，６-テトラキス（３，６-ジ‐ｔｅｒｔ-ブチル-９Ｈ-カルバゾール-９-イル）ベンゾニトリル、
２，３，４，５，６‐ペンタキス（３，６‐ジ‐ｔｅｒｔ‐ブチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル、
４，５‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル、
３，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル、
４，４”‐ビス（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐［１，１’：２’，１”‐テルフェニル］‐４’，５’‐ジカルボニトリル、
２，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル、
２，４，５，６‐テトラキス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル、
２，６‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）‐４‐フェニルピリジン‐３，５‐ジカルボニトリル、
２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル、
２，３，５，６‐テトラキス（３，６‐ジフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル、
１２‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐５‐フェニル‐５，１２‐ジヒドロインドロ［３，２‐ａ］カルバゾール、
９‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール、
９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール、
９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール、
９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール、
９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐３，３”６，６”‐テトラフェニル‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール、
１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン、
１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノチアジン、
９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，３，６，８‐テトラメチル‐９Ｈ‐カルバゾール、
９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐２，６‐ジメチルフェニル）‐３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール、
１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン、
１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐フルオレン］、
９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン、
１０‐（４‐（２‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，１，１，３，３，３‐ヘキサフルオロプロパン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン、
１０，１０’‐（（６‐フェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（４，１‐フェニレン））ビス（１０Ｈ‐フェノキサジン）、
２，４，６‐トリス（４‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）フェニル）‐１，３，５‐トリアジン）、
２，４，６‐トリス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）‐１，３，５−トリアジン、
９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（９Ｈ‐カルバゾール）、
９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール）、
１０‐（４‐（ベンゾ［ｄ］オキサゾール‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン、
２，６‐ビス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）ベンゾ［１，２‐ｄ：５，４‐ｄ’］ビス（オキサゾール）、
２，６‐ビス（ジフェニルアミノ）アントラセン‐９，１０‐ジオン、
２，６‐ビス（４‐（ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アミノ）フェニル）アントラセン‐９，１０‐ジオン、
３‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン、
３‐（９’Ｈ‐［９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール］‐９’‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン、
５，９‐ジフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン、
９‐（［１，１’‐ビフェニル］‐３‐イル）‐Ｎ，Ｎ，５，１１‐テトラフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン‐３‐アミン、
９，９‐ジメチル‐１０‐（１０‐（２，４，６‐トリイソプロピルフェニル）‐１０Ｈ‐ジベンゾ［ｂ，ｅ］［１，４］オキソリニン−３−イル）‐９，１０‐ジヒドロアクリジン、
９‐（４‐（ジメシチルボレアニル）‐３，５‐ジメチルフェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン、
４，４’，４”‐（１，３，３ａ１，４，６，７，９‐ヘプタアザフェナレン‐２，５，８‐トリイル）トリス（Ｎ，Ｎ‐ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アニリン、
７，１０‐ビス（４‐（ジフェニルアミノ）フェニル）ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン‐２，３‐ジカルボニトリル、
１２，１２’‐（６‐（［１，１’‐ビフェニル］‐４‐イル）‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（１１‐フェニル‐１１，１２‐ジヒドロインドロ［２，３‐ａ］カルバゾール、
ビス（４‐（９Ｈ‐［３，９’‐ビカルバゾール］‐９‐イル）フェニル）メタノン、
１０，１０’‐（スルホニルビス（４，１‐フェニレン）ビス（９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）、
１０‐フェニル‐１０Ｈ，１０’Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐アントラセン］‐１０’‐オン、
それらの構造類似体、及び
それらの同族体
からなる群から選択される、請求項１に記載の発光層。
【請求項１０】
ＴＡＤＦ分子が、
【化５１】
2021521585.tif 000055
及び
【化５２】
2021521585.tif 000056
なる群から選択される、請求項１に記載の発光層。
【請求項１１】
ＱＤ及びＴＡＤＦ分子の少なくとも一方はホスト材料中に配置されている、請求項１に記載の発光層。
【請求項１２】
ホスト材料が４，４’，４”‐トリス（Ｎ‐カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）である、請求項１１に記載の発光層。
【請求項１３】
ＱＤは第１のホスト材料中に配置され、ＴＡＤＦ分子は第２のホスト材料中に配置されている、請求項１に記載の発光層。
【請求項１４】
第１のホスト材料中に配置されたＱＤはＱＤ層であり、第２のホスト材料に配置されたＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層であり、ＱＤ層とＴＡＤＦ層は、発光層において互いに隣接している、請求項１３に記載の発光層。
【請求項１５】
第２のホスト材料中に配置されたＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層であり、ＴＡＤＦ層は、正孔輸送層（ＨＴＬ）又は電子遮断層（ＥＢＬ）である、請求項１３に記載の発光層。
【請求項１６】
第２のホスト材料中に配置されたＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層であり、ＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層全体に分散している、請求項１３に記載の発光層。
【請求項１７】
第２のホスト材料中に配置されたＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層であり、ＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層の一部に分散している、請求項１３に記載の発光層。
【請求項１８】
第２のホスト材料中に配置されたＴＡＤＦ分子はＴＡＤＦ層であり、ＴＡＤＦ層は約１乃至約５０ｗｔ％のＴＡＤＦ分子を有する、請求項１３に記載の発光層。
【請求項１９】
ボトム電極の少なくとも一部はＡｇ又はＡｌで作られている、請求項１に記載の発光層。
【請求項２０】
トップ電極の少なくとも一部は、金属又は透明な導電性酸化物で作られている、請求項１に記載の発光層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１８年４月１１日に出願された米国仮出願第６２／６５６，０７５号の利益を主張する。当該仮出願の内容は、参照によって全体として本明細書の一部となる。
＜発明の分野＞
本発明は概して発光デバイスに関する。より詳細には、半導体ナノ粒子（又は、「量子ドット」）を含むエレクトロルミネッセンス発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光は、分子、原子、又はナノ構造体の軌道電子が、励起された一重項状態から光子を放出して基底状態に緩和されることで生じる。
【０００３】
Ｓ０は蛍光体（蛍光分子）の基底状態と呼ばれており、Ｓ１はその最初の（電子的に）励起された一重項状態である。
【０００４】
Ｓ１にある分子は、競合する幾つかの経路で緩和し得る。それは、励起エネルギーが熱（振動）として溶媒に放散する非放射性緩和を経てよい。励起された有機分子はまた、三重項状態への変換を介して緩和してよく、その後、燐光を介して、又は二次的な非放射性緩和ステップによって緩和してよい。
【０００５】
Ｓ１からの緩和はまた、蛍光消光を介した第２の分子との相互作用によって起こり得る。分子状酸素（Ｏ２）は、その独特な三重項基底状態から、非常に効率的な蛍光クエンチャーとなる。
【０００６】
大抵の場合、放出される光は吸収される光よりも波長が長くて、エネルギーが低いため、ストークスシフトと呼ばれる現象が起こる。しかしながら、吸収される電磁波が強い場合には、１つの電子が２つの光子を吸収することが可能である。この２光子の吸収により、吸収される電磁波よりも波長の短い放射が放出され得る。放射される放射はまた、吸収される放射と同じ波長であることがあり、これは「共鳴蛍光」呼ばれる現象である。
【０００７】
光吸収を通じて、又は（例えば、反応の結果である）異なるプロセスを介して励起された分子は、第２の「感光（sensitized）」分子にエネルギーを転移してよく、この分子は、その励起状態に変換されて、その後、蛍光を発し得る。
【０００８】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、有機化合物の膜が２つの導体の間に配置されている発光ダイオード（ＬＥＤ）である。その膜は、電流などの励起に応答して発光する。ＯＬＥＤは、テレビ画面、コンピュータモニター、携帯電話、タブレットなどのディスプレイに使用されている。ＯＬＥＤディスプレイに特有の問題点は、有機化合物の寿命が不十分であることである。特に、青色光を発するＯＬＥＤは、緑色又は赤色のＯＬＥＤに比べて著しく速い速度で劣化する。
【０００９】
ＯＬＥＤ材料は、ホスト輸送物質中の電子と正孔の再結合によって生成された分子励起状態（励起子）の放射減衰に依存している。励起の性質により、電子と正孔が相互作用して、励起状態を明るい一重項（全スピンが０）と暗い三重項（全スピンが１）とに分裂させる。電子と正孔の再結合は、４つのスピン状態（１つの一重項と３つの三重項の副準位）の統計的混合状態をもたらすことから、従来の有機ＥＬの理論上の効率は、最大で２５％となっている。
【００１０】
これまでのところ、ＯＬＥＤ材料の設計は、普通は暗い三重項から残りのエネルギーを取り出すことに重点を置いてきた。通常は暗い三重項状態から発光する効率的な蛍光体を作る最近の研究は、緑色や赤色のＯＬＥＤを実現している。しかしながら、青色などの他の色では、より高いエネルギー励起状態が必要となって、ＯＬＥＤの劣化過程が加速されてしまう。
【００１１】
三重項‐一重項遷移レートの基本的制限因子は、パラメータ｜Ｈｆｉ／Δ｜２の値であって、ここで、Ｈｆｉは、超微細相互作用又はスピン軌道相互作用による結合エネルギーであり、Δは一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂である。従来の燐光ＯＬＥＤは、スピン軌道（ＳＯ）相互作用に起因した一重項状態と三重項状態の混合によってＨｆｉを増加させ、重金属原子と有機リガンドの間で共有される最低発光状態を得ることに依存している。この結果、より高い一重項状態と三重項状態の全てからエネルギー取得が行われて、燐光（励起三重項からの比較的短寿命である発光）が続く。三重項の寿命が短くなることで、電荷と他の励起子による三重項励起子の消滅が減少する。三重項の寿命が短くなることで、電荷と他の励起子による三重項励起子の消滅が減少する。最近の研究報告では、燐光材料の性能が限界に達していることが示唆されている。
【００１２】
熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）は、Ｈｆｉの最大化に対してΔの最小化に依存しており、例えば１乃至１００μｓのような適当なタイムスケールで一重項準位と三重項副準位の間でポピュレーションを遷移できることが分かっている。ＴＡＤＦ分子を含むＯＬＥＤは急速に劣化することなく、より高い励起状態に到達できる。本明細書に記載されるデバイスは、過去に開示されたデバイスよりも高いエネルギー励起状態で発光できる。
【００１３】
ＯＬＥＤは通常、陽極と陰極である２つの電極の間に有機材料又は化合物の層を挟んで構成されている。有機分子は、分子の一部又は全部が共役によってπ電子が非局在化されると導電性を有する。電圧が印加されると、陽極に存在する最高被占軌道（ＨＯＭＯ）からの電子は、陰極に存在する有機分子の最低空軌道（ＬＵＭＯ）に流れ込む。ＨＯＭＯからの電子の除去はまた、ＨＯＭＯに正孔を入れることとして言及される。静電力は、電子と正孔を再結合して励起子（電子と正孔の結合状態である）を形成するまで、電子と正孔を互いに接近させる。励起状態が減衰して電子のエネルギー準位が緩和されると、可視スペクトルの周波数を有する放射線が放出される。この放射線の周波数は、材料のバンドギャップ（ＨＯＭＯとＬＵＭＯの間のエネルギー差）に依存する。
【００１４】
電子と正孔は半整数スピンのフェルミオンであるため、電子と正孔のスピンがどのように結合されているかによって、励起子が一重項状態になるか、三重項状態になるかが決まる。統計的には、各一重項励起子に対して３つの三重項励起子が形成されるであろう。三重項状態からの減衰はスピン禁制であるため、遷移のタイムスケールを増加させて、蛍光デバイスの内部効率を制限する。
【００１５】
熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）は、一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂（Δ）を最小化しようとする。典型的な０．４乃至０．７ｅＶの値から熱エネルギー（ｋＢＴに比例。ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度）のオーダーのギャップへの交換分裂の減少は、状態間の結合が小さい場合でも、熱撹拌は、適当なタイムスケールで一重項準位と三重項副準位の間でポピュレーションを遷移させることができることを意味する。
【００１６】
ＴＡＤＦ分子は、共有結合によって直接接続された、又は共役リンカー（即ち、「ブリッジ」）を介して接続されたドナー部位及びアクセプター部位からなる。「ドナー」部位は、励起時にそのＨＯＭＯから「アクセプター」部位に電子を移動させ易い。「アクセプター」部位は、「ドナー」部位からの電子をそのＬＵＭＯに受け入れ易い。ＴＡＤＦ分子のドナー‐アクセプターの性質は、非常に低いΔを示す電荷移動特性を有する低位励起状態をもたらす。熱分子運動は、ドナー‐アクセプター系の光学特性をランダムに変化させ得ることから、ドナーとアクセプターの堅固な三次元配置を使用して、励起の寿命の間、内部変換によって電荷移動状態の非放射的な減衰を制限することができる。
【００１７】
従って、一重項状態と三重項状態の間のエネルギー分裂（Δ）を減少させて、三重項励起子を利用できる逆項間交差（ＲＩＳＣ）が増加した系を作ることは有益である。このような系では、放射寿命が短くなる可能性がある。これらの特徴を有する系は、従来技術の青色ＯＬＥＤで良く見られる急速劣化を被ることなく、青色光を発光できる可能性がある。
【００１８】
白色トップエミッション型有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、使用する基板に光学的に依存しないことから非常に注目されている。モノクロトップエミッション型ＯＬＥＤは、高い発光効率を有するように設計することが容易である場合が多いが、白色発光は幾つかの障害に直面する。一般的にトップ電極として使用される薄い金属層は、狭角で角度依存性のある発光特性を有するマイクロ共振器へとデバイスを変えてしまう。
【００１９】
「ボトム」又は「トップ」の区別は、ＯＬＥＤディスプレイの向きではなく、放出された光がデバイスから出る方向に言及している。ＯＬＥＤデバイスは、放出された光が透明又は半透明のボトム電極とパネルが製造される基板とを通過する場合、ボトムエミッション型発光デバイスに分類される。トップエミッション型デバイスは、ＯＬＥＤデバイスから放出された光が、デバイスの製造後に追加された蓋を通過して放出されるか否かに基づいて分類される。トップエミッション型ＯＬＥＤは、非透過型トランジスタバックプレーンとより容易に統合できることから、アクティブマトリクス用途により適している。ＴＦＴアレイは、アクティブマトリクス型ＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）が製造されるボトム基板に取り付けられ、一般的に非透過性であることから、デバイスがボトムエミッション方式を採用した場合では、透過光がかなり遮られてしまう。
【００２０】
ＬＣＤは、ディスプレイのバックライトから放出された光をフィルタリングして、光のごく一部しか透過させない。故に、ＬＣＤには、真っ黒を表示することはできない。しかしながら、非アクティブなＯＬＥＤ素子は光を発生せず、即ち、電力を消費しないことから、真っ黒が可能である。故に、バックライトを除去することも、幾つかの基板が不要になることから、ＯＬＥＤをより軽くすることになる。トップエミッション型ＯＬＥＤでは、インデックスマッチング層（ＩＭＬ）において厚さも重要な役割を果たしている。ＩＭＬの厚さが１．３〜２．５ｎｍである場合、発光強度が向上する。また、屈折率と、デバイスの構造パラメータを含む光学的ＩＭＬ特性のマッチングとは、これらの厚さにて発光強度を向上させる。
【００２１】
透明ＯＬＥＤは、透明部品（基板、陰極、及び陽極）のみで構成されており、オフにされると、基板の最大８５％まで透明である。透明ＯＬＥＤディスプレイは、オンにされると光を双方向に透過させる。透明ＯＬＥＤディスプレイは、アクティブマトリクス又はパッシブマトリクスの何れかである。それらの技術は、ヘッドアップディスプレイに使用できる。
【００２２】
トップエミッション型ＯＬＥＤは、不透明な又は反射する基板を使用している。それらは、アクティブマトリクス設計に最適である。
【００２３】
ＯＬＥＤは、効率、明るさ、可撓性、色品質、視野角などにおける利点から、ディスプレイ及び照明機器にとって魅力的な技術である。ディスプレイでは、高い効率、安定性、色純度が望まれており、これらの向上に多くの努力が払われてきた。有機化合物の発光スペクトルは一般的に非常に広いことから、色純度は特に注目されている分野である。
【００２４】
現在、ＯＬＥＤの実用化には、このような２つのアプローチが用いられている。まず、白色有機発光ダイオード（ＷＯＬＥＤ）が、ディスプレイのＲＧＢを実現するためにカラーフィルタ技術と共に用いられている。これには、カラーフィルタを通過しなかった光が失われてシステム全体の効率が低下するので、多くのデメリットがある。更に、同じ輝度を得るためにはＷＯＬＥＤの駆動電圧をより高くする必要があり、電力効率とパネルの寿命に影響を与える。
【００２５】
第二に、マイクロキャビティ効果が、取出し効率と色飽和度の両方を向上させるためにＯＬＥＤで使用されている。これは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層と基板の間に挿入された分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を使用することによって、或いは、反射ボトム電極と透明又は半透明のトップ電極の間に発光層を挟み込むことによって、トップエミッション構造を使用することで達成されることが多い。何れの場合も、キャビティ長は、個々の電極からの反射光が建設的に干渉することを保証するように最適化されてよい。ＤＢＲ及び金属／誘電体アプローチは、外部量子効率（ＥＱＥ）及び電流効率を約２倍増加させることが分かっている。しかしながら、広い有機発光に起因して、視野角の増加と共に発光波長の青色偏移が観測される。金属／誘電体アプローチにおける色の角度依存性は、ＤＢＲよりも小さく、より簡単な処理と併せて、好ましいアプローチである可能性がある。
【００２６】
金属／誘電体の利点が得られることにも拘わらず、個々の層の厚さの共振条件が非常に強いことから、赤、緑、及び青の各発光波長に対して高度に最適化された構造が必要とされる。強力なキャビティトップエミッション型（ＴＥ）ＯＬＥＤに要求される非常に厳しい厚さの条件は、従来の印刷ＯＬＥＤ技術が、蒸着した場合における効率及び色性能を達成することを妨げる。従って、厚さ制御の要求を可能とし、色性能と効率の要求を達成する解決策は、大きな利点を提供するであろう。
【発明の概要】
【００２７】
トップエミッション型（ＴＥ）印刷ディスプレイの発光層は、溶液処理可能なナノ結晶量子ドット（ＱＤ）と、熱活性化遅延蛍光分子と、適切なホスト材料との組合せで構成されており、電子と正孔の両方の電荷輸送材料と共に、反射ボトム電極と透明又は半透明のトップ電極の間に挟まれてマイクロキャビティに入れられる。電極は、例えば、アルミニウム、銀、及び／又は金などの反射性金属であってよく、発光層及び電荷輸送層の厚さは、共振状態を最適化して光出力を最大化するために、トップ半透明電極の厚さと共に、必要な共振波長に応じて調整されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、ＴＡＤＦ分子のエネルギー準位図を示す。
【００２９】
【図２】図２は、本開示の様々な態様に基づいた２ドーパント系のエネルギー準位図を示す。
【００３０】
【図３】図３は、本開示の様々な態様に基づいた臨界距離（ｒ０）決定のための代替的な原理の概略図である。
【００３１】
【図４】図４は、本開示の様々な態様に基づいた、例示的なＴＡＤＦ分子の発光スペクトルと例示的なＱＤの吸収スペクトルとのスペクトル重なりを示すグラフである。
【００３２】
【図５】図５は、本開示の様々な態様に基づいた、例示的なＴＡＤＦ分子の発光スペクトルと図４の例示的なＱＤの吸収スペクトルとの積分されたスペクトル重なりを示すグラフである。
【００３３】
【図６】図６は、本開示の様々な態様に基づいて構成された例示的なエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスのエネルギー準位図である。
【００３４】
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に基づく装置の概略図である。
【００３５】
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態に基づく装置の概略図である。
【００３６】
【図９】図９は、本開示の実施例１乃至５に基づくＱＤ‐ＬＥＤデバイスのバリエーションが示した最大輝度（ｃｄ／ｍ２）値を示すグラフである。
【００３７】
【図１０】図１０は、本開示の実施例１乃至５に基づく図１１のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの変形例が示した外部量子効率（ＥＱＥ）を示すグラフである。
【００３８】
【図１１】図１１は、本開示の実施例１乃至５に基づくＱＤ‐ＬＥＤデバイス及びその変形例の発光スペクトルを示すグラフである。
【００３９】
【図１２】図１２は、本開示の様々な態様に基づいて構成されたＴＡＤＦ分子及びＱＤを含む発光膜のフォトルミネッセンススペクトルを示すグラフである。
【００４０】
【図１３】図１３は、図１２にＰＬスペクトルが示された発光膜のフォトルミネッセンス強度対時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明に基づくエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）デバイスは、関連する熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）分子から伝達されるエネルギーによって少なくとも一部が励起される量子ドットで構成されている。以下、このようなデバイスをＱＤ‐ＬＥＤと称する。
【００４２】
従来のＯＬＥＤにおいて、発光層は、ホストマトリックス中に分散した蛍光性有機材料で構成される。蛍光材料の特定の種類の一つは、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）を示す有機分子である。
【００４３】
ＱＤ‐ＬＥＤの発光層は、ホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。他の場合では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層は、ホストマトリックスを用いることなく、量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層がホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団を含む一方で、隣接層は、異なるホストマトリックス中に分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。他の場合では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層が量子ドットの集団を含む一方で、隣接層がＴＡＤＦ分子の集団を含んでよく、どちらの層もホストマトリックスを用いない。
【００４４】
図２はＴＡＤＦ分子のエネルギー準位図を示す。ＴＡＤＦ分子では、励起されると、前述のように三重項状態の励起子が発生する。一般的に、白金錯体やイリジウム錯体のようなエミッタから発生した三重項励起子は、三重項状態から基底状態へと非放射的に減衰して発光には寄与しない。一方、ＴＡＤＦ分子では、一重項励起子と三重項励起子の間のエネルギーギャップ（ΔＥＳＴ）が小さいことから、逆項間交差（ＲＩＳＣ）を介して三重項励起子が一重項励起子にアップコンバートされて、発光が、遅延蛍光として一重項励起子から取り出されてよい。ＴＡＤＦ分子では、ΔＥＳＴは熱エネルギーの吸収によってもたらされる。
【００４５】
本開示の様々な態様に基づいて、量子ドット蛍光エミッタドーパントとＴＡＤＦアシストドーパントとを含む２ドーパント系が、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスのようなエレクトロルミネッセンス表示デバイスでの使用のために提供される。ＱＤは、ＴＡＤＦアシスト発光デバイス用の蛍光エミッタとして、有機蛍光体を超えた利点をもたらす。本開示の実施形態は、ほぼ１に近い内部量子効率を達成するＴＡＤＦ分子の励起子捕集能力を、高いフォトルミネッセンス量子収率を有するＱＤへの捕集励起子のエネルギー移動と組み合わせることで、超蛍光狭発光量子ドットデバイスを実現するように設計されている。ＱＤの狭い疑似ガウシアン発光は、有機蛍光体と比較して、より良い色純度と効率を導く可能性がある。ＱＤの蛍光発光は粒子径及び組成を調整することで調整可能であるのに対し、有機蛍光体は一般的に、広くて特有の発光プロファイルを示す。更に、ＱＤの蛍光量子収率（ＱＹ）は一般的に有機蛍光体よりも高い。
【００４６】
ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光層は、ホストマトリックス中に分散した量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光層は、量子ドットの集団及びＴＡＤＦ分子の集団を含んでおり、ホストマトリックスを用いなくてよい。何れの場合であっても、量子ドットの集団とＴＡＤＦ分子の集団の両方を有する発光層は、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さを有してよい。更に、発光層は、重量で約１０：１乃至約１：１０のＱＤ：ＴＡＤＦ比を有してよい。
【００４７】
幾つかの場合では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層がホストマトリックスに分散した量子ドットの集団を含む一方で、隣接層が、異なるホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＱＤ‐ＬＥＤの発光層がホストマトリックス無く量子ドットの集団を含む一方で、隣接層が、ホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子の集団を含んでよい。ホストマトリックスの有無に拘わらずＱＤを有する発光層は、約２．５ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さを有してよい。ホストマトリックスに分散したＴＡＤＦ分子を有する隣接層は、約１ｎｍ乃至約１２０ｎｍの厚さを有してよい。幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子含有隣接層は正孔輸送層（ＨＴＬ）である。幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子含有隣接層は、電子ブロック層（ＥＢＬ）とＨＴＬの両方として機能する層である。
【００４８】
幾つかの場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の全体に分散している。他の場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の一部のみに分散している。他の場合では、ＴＡＤＦ分子は隣接層の一部のみに分散しており、ここで、ＴＡＤＦ分子を有する部分は発光層に隣接して位置し、ＴＡＤＦ分子を有さない部分は発光層から離れて位置する。
【００４９】
隣接層内部のＴＡＤＦ分子の濃度（層のｗｔ％）は、ＴＡＤＦ分子が隣接層全体に分散している場合には、約１ｗｔ％乃至約５０ｗｔ％であってよい。ＴＡＤＦ分子が隣接層の一部のみに分散している場合、その部分内のＴＡＤＦ分子の濃度は、約１ｗｔ％乃至約５０ｗｔ％であってよい。
【００５０】
図３は、本開示の様々な態様に基づいた２ドーパント系のエネルギー準位図を示している。発光層がＴＡＤＦ化合物のみを含む場合、一重項励起子と三重項励起子の間の小さなエネルギーギャップ（ΔＥＳＴ）に起因して、三重項励起子が逆項間交差（ＲＩＳＣ）を介して一重項励起子にアップコンバートされて、発光が上述したように遅延蛍光として一重項状態から取り出され得る。しかしながら、ＴＡＤＦ分子がＱＤの存在下にある場合には、ＴＡＤＦ分子の一重項励起子は、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を介してＱＤの一重項状態に共鳴移動する。そして、光がＱＤの一重項状態から遅延蛍光として放出される。これは、ＴＡＤＦ分子とＱＤが同じ発光層にある場合と、ＱＤが発光層にあり、ＴＡＤＦ分子が発光層に隣接する層にある場合とにも当てはまる。
【００５１】
幾つかの場合では、ＱＤは青色発光ＱＤであってよい。他の場合では、ＱＤは緑色発光ＱＤであってよい。更に別の場合では、ＱＤは赤色発光ＱＤであってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは、青色発光ＱＤ、緑色発光ＱＤ、及び赤色発光ＱＤの任意の組合せであってよい。更に別の場合では、ＱＤはＵＶ発光ＱＤであってよい。更に別の場合では、ＱＤはＩＲ発光ＱＤであってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは、用途に応じて、電磁スペクトルのＵＶ領域からＩＲ領域までの任意の波長で発光するように調整されてよい。このＴＡＤＦ分子は限定されない。本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子には、例えば、米国特許第９，５０２，６６８号、米国特許第９，６３４，２６２号、米国特許第９，６６０，１９８号、米国特許第９，６８５，６１５号、米国特許出願公開第２０１６号、米国特許出願公開第２０１６／０３７２６８２号、米国特許出願公開第２０１６／０３８０２０５号、及び米国特許出願公開第２０１７／０２２９６５８号に記載されたものが挙げられ得る。これらの内容全体は参照により本明細書の一部となる。
【００５２】
ＯＬＥＤデバイスなどのエレクトロルミネッセンスデバイスの２ドーパント系の性能を最適化するためには、様々な特性のＱＤを設計することが有利であろう。第一に、ＱＤは、高い発振強度を有するべきである。第二に、ＱＤは、ＴＡＤＦ分子とのＦＲＥＴが高くなるように作製されるべきである。第三に、ＱＤは、強い吸収体であるように作製されるべきである。最後に、ＱＤは、励起状態の寿命が短いように作製されるべきである。それらのみが、必ずしも本開示に従った系において最適化され得る特性ではない。
【００５３】
＜ＦＲＥＴの最大化＞
本開示の様々な態様では、ＴＡＤＦ分子の一重項励起子は、ＦＲＥＴを介してＱＤの一重項状態に共鳴的に移動する。近接場双極子−双極子結合機構、ＦＲＥＴの臨界距離は、よく知られたフェルスター機構［Ｆｏｒｓｔｅｒ，Ｔｈ．Ａｎｎ．Ｐｈｙｓ．４３７，５５  （１９４８）］に従って、ＴＡＤＦ分子（「蛍光ドナー」）とＱＤ（「吸光アクセプター」）のスペクトル重なりから計算することができる。ＴＡＤＦ分子とＱＤとの間のＦＲＥＴの効率を最大化するために、臨界距離が決定される必要がある。ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の臨界距離ｒ０は、ＦＲＥＴ効率が５０％となる距離であって、式１で定義される。
【数１】
2021521585.tif 000002
ここで、ｃは真空中の光速、ｎは材料の屈折率、κ２は配向係数、ηＤはＴＡＤＦ分子のフォトルミネッセンス（ＰＬ）量子効率、ＳＤはＴＡＤＦ分子の正規化されたＰＬスペクトル、σＡはＱＤ吸収断面積である。［Ｙ．Ｑ．Ｚｈａｎｇ  ａｎｄ  Ｘ．Ａ．Ｃａｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２０１０，９７，２５３１１５］。臨界距離ｒ０は、故に、例えば、ＴＡＤＦ分子のＰＬ特性（フォトルミネッセンス最大値（ＰＬｍａｘ））、半値全幅（ＦＷＨＭ）及びＰＬ量子効率、並びに、ＱＤの形状、組成及びアーキテクチャのような因子によって影響を受け得るσＡを変更することによって操作することができる。ＴＡＤＦ発光とＱＤ吸収の間のスペクトル重なりが良いほど、伝達効率がより良くなり、ひいては、エネルギーを運ぶことができる距離がより長くなる。
【００５４】
図４は、ｒ０決定のための代替的原理の概略図である。幾つかの場合では、ｒ０は、ＴＡＤＦ分子の中心からＱＤコアの中心（タイプＩのＱＤで発光が起こるところ）まで測定され得る。他の場合では、ｒ０は、ＴＡＤＦ分子の端からＱＤコアの端まで測定され得る。
【００５５】
ＴＡＤＦ分子は、図４に円又は球体として示されているが、任意の特定のＴＡＤＦ分子の形状がその化学構造に依存している。更に、ＱＤは球状であるように示されているが、本開示の様々な態様に従って使用されるＱＤの形状が本明細書に記載されているように変化し得る。本開示の様々な態様に基づいて使用されるＱＤは、コア、コアシェル、コアマルチシェル、又は量子ドット‐量子井戸（ＱＤ‐ＱＷ）ＱＤのうちの任意の１つであってよい。ｒ０が、ＴＡＤＦ分子の端からＱＤコアの端まで測定される場合、ＱＤ‐ＱＷアーキテクチャが望ましいであろう。ＱＤ‐ＱＷでは、バンドギャップが狭い第１のシェルが、コアとよりバンドギャップがより広い材料の第２のシェルとの間で挟まれており、発光は第１のシェルから起こる。従って、コア／シェルＱＤにおけるＴＡＤＦ分子の端とコアの端との間の距離は、ＱＤ‐ＱＷにおけるＴＡＤＦ分子の端と第１のシェルの端との間の距離よりも大きくてよい。
【００５６】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化１】
2021521585.tif 000003
（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソニコチノニトリル）
【化２】
2021521585.tif 000004
（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）
【化３】
2021521585.tif 000005
（２，３，４，５，６‐ペンタ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）
【化４】
2021521585.tif 000006
（２，３，５，６-テトラキス（３，６-ジ‐ｔｅｒｔ-ブチル-９Ｈ-カルバゾール-９-イル）ベンゾニトリル）
【化５】
2021521585.tif 000007
（２，３，４，５，６‐ペンタキス（３，６‐ジ‐ｔｅｒｔ‐ブチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）ベンゾニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００５７】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化６】
2021521585.tif 000008
（４，５‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル）
【化７】
2021521585.tif 000009
（３，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）フタロニトリル）
【化８】
2021521585.tif 000010
（４，４”‐ビス（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐［１，１’：２’，１”‐テルフェニル］‐４’，５’‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００５８】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化９】
2021521585.tif 000011
（２，４，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル）
【化１０】
2021521585.tif 000012
（２，４，５，６‐テトラキス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）イソフタロニトリル）
【化１１】
2021521585.tif 000013
（２，６‐ジ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）‐４‐フェニルピリジン‐３，５‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００５９】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化１２】
2021521585.tif 000014
（２，３，５，６‐テトラ（９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル）
【化１３】
2021521585.tif 000015
（２，３，５，６‐テトラキス（３，６‐ジフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐９‐イル）テレフタロニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６０】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化１４】
2021521585.tif 000016
（１２‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐５‐フェニル‐５，１２‐ジヒドロインドロ［３，２‐ａ］カルバゾール）
【化１５】
2021521585.tif 000017
（９‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール）
【化１６】
2021521585.tif 000018
（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’‐フェニル‐９Ｈ、９’Ｈ‐３，３’‐ビカルバゾール）
【化１７】
2021521585.tif 000019
（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９Ｈ‐３，９’‐ビカルバゾール）
【化１８】
2021521585.tif 000020
（９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール）
【化１９】
2021521585.tif 000021
（９’‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐３，３”６，６”‐テトラフェニル‐９’Ｈ‐９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール）
【化２０】
2021521585.tif 000022
（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン）
【化２１】
2021521585.tif 000023
（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノチアジン）
【化２２】
2021521585.tif 000024
（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，３，６，８‐テトラメチル‐９Ｈ‐カルバゾール）
【化２３】
2021521585.tif 000025
（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）‐２，６‐ジメチルフェニル）‐３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール）
【化２４】
2021521585.tif 000026
（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）
【化２５】
2021521585.tif 000027
（１０‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐フルオレン］）
【化２６】
2021521585.tif 000028
（９‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン）
【化２７】
2021521585.tif 000029
（１０‐（４‐（２‐（４‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）フェニル）‐１，１，１，３，３，３‐ヘキサフルオロプロパン‐２‐イル）フェニル）‐９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６１】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化２８】
2021521585.tif 000030
（１０，１０’‐（（６‐フェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（４，１‐フェニレン））ビス（１０Ｈ‐フェノキサジン）
【化２９】
2021521585.tif 000031
（２，４，６‐トリス（４‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）フェニル）‐１，３，５‐トリアジン））
【化３０】
2021521585.tif 000032
（２，４，６‐トリス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）‐１，３，５−トリアジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６２】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化３１】
2021521585.tif 000033
（９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（９Ｈ‐カルバゾール）
【化３２】
2021521585.tif 000034
（９，９’，９”‐（５‐（４，６‐ジフェニル‐１，３，５‐トリアジン‐２‐イル）ベンゼン‐１，２，３‐トリイル）トリス（３，６‐ジメチル‐９Ｈ‐カルバゾール））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６３】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化３３】
2021521585.tif 000035
（１０‐（４‐（ベンゾ［ｄ］オキサゾール‐２‐イル）フェニル）‐１０Ｈ‐フェノキサジン）
【化３４】
2021521585.tif 000036
（２，６‐ビス（４‐（１０Ｈ‐フェノキサジン‐１０‐イル）フェニル）ベンゾ［１，２‐ｄ：５，４‐ｄ’］ビス（オキサゾール））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６４】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化３５】
2021521585.tif 000037
（２，６‐ビス（ジフェニルアミノ）アントラセン‐９，１０‐ジオン）
【化３６】
2021521585.tif 000038
（２，６‐ビス（４‐（ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アミノ）フェニル）アントラセン‐９，１０‐ジオン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６５】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化３７】
2021521585.tif 000039
（３‐（９，９‐ジメチルアクリジン‐１０（９Ｈ）‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン）
【化３８】
2021521585.tif 000040
（３‐（９’Ｈ‐［９，３’：６’，９”‐テルカルバゾール］‐９’‐イル）‐９Ｈ‐キサンテン‐９‐オン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６６】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化３９】
2021521585.tif 000041
（５，９‐ジフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン）、
【化４０】
2021521585.tif 000042
（９‐（［１，１’‐ビフェニル］‐３‐イル）‐Ｎ，Ｎ，５，１１‐テトラフェニル‐５，９‐ジヒドロ‐５，９‐ジアザ‐１３ｂ‐ボラナフト［３，２，１‐デ］アントラセン‐３‐アミン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６７】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４１】
2021521585.tif 000043
（９，９‐ジメチル‐１０‐（１０‐（２，４，６‐トリイソプロピルフェニル）‐１０Ｈ‐ジベンゾ［ｂ，ｅ］［１，４］オキソリニン−３−イル）‐９，１０‐ジヒドロアクリジン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６８】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４２】
2021521585.tif 000044
（９‐（４‐（ジメシチルボレアニル）‐３，５‐ジメチルフェニル）‐Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６‐テトラフェニル‐９Ｈ‐カルバゾール‐３，６‐ジアミン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００６９】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４３】
2021521585.tif 000045
（４，４’，４”‐（１，３，３ａ１，４，６，７，９‐ヘプタアザフェナレン‐２，５，８‐トリイル）トリス（Ｎ，Ｎ‐ビス（４‐（ｔｅｒｔ‐ブチル）フェニル）アニリン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７０】
幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４４】
2021521585.tif 000046
（７，１０‐ビス（４‐（ジフェニルアミノ）フェニル）ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン‐２，３‐ジカルボニトリル）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７１】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４５】
2021521585.tif 000047
（１２，１２’‐（６‐（［１，１’‐ビフェニル］‐４‐イル）‐１，３，５‐トリアジン‐２，４‐ジイル）ビス（１１‐フェニル‐１１，１２‐ジヒドロインドロ［２，３‐ａ］カルバゾール）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７２】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４６】
2021521585.tif 000048
（ビス（４‐（９Ｈ‐［３，９’‐ビカルバゾール］‐９‐イル）フェニル）メタノン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７３】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４７】
2021521585.tif 000049
（１０，１０’‐（スルホニルビス（４，１‐フェニレン）ビス（９，９‐ジメチル‐９，１０‐ジヒドロアクリジン））
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７４】
幾つかの実施形態では、本開示の様々な態様に従って使用されるＴＡＤＦ分子は、例えば、以下のようなものであってよい。
【化４８】
2021521585.tif 000050
（１０‐フェニル‐１０Ｈ，１０’Ｈ‐スピロ［アクリジン‐９，９’‐アントラセン］‐１０’‐オン）
或いは、上記の任意の適当な構造類似体若しくは同族体。
【００７５】
本開示の様々な態様に基づいて使用されるＱＤは、２乃至１００ｎｍの範囲のサイズを有しており、以下を含むコア材料を含んでよい。
【００７６】
周期表の第２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＡ‐ＶＩＡ（２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、及びＢａＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７７】
周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＢ‐ＶＩＡ（１２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、及びＨｇＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７８】
周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩ‐Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料としては、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｎ２、及びＺｎ３Ｎ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７９】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、及びＢＮが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８０】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１４族の第２の元素とからなるＩＩＩ-ＩＶ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂ４Ｃ、Ａｌ４Ｃ３、及びＧａ４Ｃが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８１】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＩ‐ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ａｌ２Ｓ３、Ａｌ２Ｓｅ３、Ａｌ２Ｔｅ３、Ｇａ２Ｓ３、Ｇａ２Ｓｅ３、ＧｅＴｅ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｇａ２Ｔｅ３、及びＩｎ２Ｔｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８２】
周期表の第１４族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料及びドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、及びＳｎＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８３】
周期表の第１５族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料及びドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｓｂ２Ｓｅ３、及びＳｂ２Ｔｅ３が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８４】
周期表の遷移金属の任意の族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるナノ粒子材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、以下のものが含まれるが、ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦２）、及びＡｇＩｎＳ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８５】
明細書及び特許請求の範囲の目的において、用語ドープナノ粒子は、上記のナノ粒子と１又は複数の主族元素若しくは希土類元素からなるドーパントとに言及しており、これは大抵の場合、マンガンを伴う硫化亜鉛のような遷移金属又は希土類元素であって、例えばＭｎ＋でドープされたＺｎＳナノ粒子であるが、これに限定されない。
【００８６】
用語「三元材料」は、明細書及び特許請求の範囲の目的では、上記のＱＤであるが、三成分材料を指す。３つの成分は通常、言及されている族の元素の組成であって、例としては、（ＺｎｘＣｄ１−ｘＳ）ｍＬｎナノ結晶（Ｌはキャッピング剤である）がある。
【００８７】
用語「四元材料」は、明細書及び特許請求の範囲の目的では、上記のナノ粒子であるが、四成分材料を指す。４つの成分は通常、言及されている族の元素の組成であって、例としては、（ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｙＳｅ１−ｙ）ｍＬｎナノ結晶（Ｌはキャッピング剤である）がある。
【００８８】
大抵の場合におけるコア粒子上に成長した任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルで使用される材料は、コア材料に類似した格子タイプの材料であって、コア材料に近い格子整合を有しており、コア材料にエピタキシャル成長させることができるが、必ずしもこのような適合性を有する材料に限定されない。大抵の場合における存在するコア上に成長した任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルで使用される材料は、コア材料よりも広いバンドギャップを有するであろうが、必ずしもこのような適合性を有する材料に限定されない。任意のシェル又はそれに続く幾つかのシェルをコアに成長させた材料は、以下の材料を含んでよい。
【００８９】
周期表の第２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＡ‐ＶＩＡ（２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、及びＳｒＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９０】
周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＢ‐ＶＩＡ（１２‐１６）族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、及びＨｇＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９１】
周期表の第１２族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｎ２、及びＺｎ３Ｎ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９２】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１５族の第２の元素とからなるＩＩＩ-Ｖ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＢＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、及びＢＮが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９３】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１４族の第２の元素とからなるＩＩＩ-ＩＶ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂ４Ｃ、Ａｌ４Ｃ３、及びＧａ４Ｃが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９４】
周期表の第１３族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＩＩ‐ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ａｌ２Ｓ３、Ａｌ２Ｓｅ３、Ａｌ２Ｔｅ３、Ｇａ２Ｓ３、Ｇａ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｇａ２Ｔｅ３、及びＩｎ２Ｔｅ３が挙げられるが、これらに限定されない
【００９５】
周期表の第１４族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＩＶ‐ＶＩＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、及びＳｎＴｅが含まれるが、これらに限定されない。
【００９６】
周期表の第１５族の第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるＶ-ＶＩ族材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｓｂ２Ｓｅ３、及びＳｂ２Ｔｅ３が含まれるが、これらに限定されない。
【００９７】
周期表の遷移金属の任意の族からの第１の元素と周期表の第１６族の第２の元素とからなるナノ粒子材料。三元材料及び四元材料並びにドープ材料も挙げられる。ナノ粒子材料には、ＮｉＳ、ＣｒＳ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎｘＧａ１−ｘＳｙＳｅ２−ｙ（０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦２）、及びＡｇＩｎＳ２が含まれるが、これらに限定されない。
【００９８】
図４に示すように、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の分離の程度又は距離は、ＱＤキャッピングリガンドを使用することで制御できる。具体的には、キャッピングリガンドが長くなるほど、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の距離は大きくなる。一般的に、ルイス酸がキャッピングリガンドとして使用されている。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、第一級、第二級若しくは第三級アミン、はアンモニウム化合物であってよく、１又は複数の直鎖若しくは分岐Ｃ１−Ｃ２４アルキル基、或いは、１又は複数のＣ３−Ｃ１８芳香族基、多環芳香族基、シクロアルカン基、シクロアルケン基、シクロアルケン基、シクロアルキン基、ポリシクロアルカン基、ポリシクロアルケン基、若しくはポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、第一級、第二級若しくは第三級ホスフィン又はホスホニウム化合物であってよく、１又は複数の直鎖若しくは分岐Ｃ１−Ｃ２４アルキル基、或いは、１又は複数のＣ３−Ｃ１８芳香族基、多環芳香族基、シクロアルカン基、シクロアルケン基、シクロアルケン基、シクロアルキン基、ポリシクロアルカン基、ポリシクロアルケン基、若しくはポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、カルボン酸であってよく、直鎖又は分枝Ｃ１−Ｃ２４アルキル基、又はＣ３−Ｃ１８芳香族、多環式芳香族、シクロアルケン、シクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、又はポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、アルコール、ポリオール、チオール、セレン、又はテルル等価体（tellurium equivalent）（Ｒ‐Ｔｅ‐Ｈ）であってよく、直鎖又は分枝Ｃ１−Ｃ２４アルキル基、又はＣ３−Ｃ１８芳香族、多環式芳香族、シクロアルケン、シクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、ポリシクロアルケン、又はポリシクロアルキン基を有する。幾つかの場合では、本開示の様々な態様に従って使用されるキャッピングリガンドは、エントロピックリガンドであってよい。本明細書では、「エントロピックリガンド（entropic ligand）」は、不規則に分岐したアルキル鎖を有するリガンドを意味する。好適なエントロピックリガンドの例としては、２‐メチルブタンチオール及び２‐エチルヘキサンチオールのような不規則に分岐したチオールと、４‐メチルオクタン酸、４‐エチルオクタン酸、２‐ブチルオクタン酸、２‐ヘプチルデカン酸、及び２‐ヘキシルデカン酸のような不規則に分岐したアルカン酸とが挙げられるが、これらに限定されない。エントロピックリガンドは、ナノ粒子のプロセス性を向上させつつ、デバイスの性能を保持又は向上させることができる。
【００９９】
ＦＲＥＴを最大化するためには、所定の波長で発光するより小さなＱＤが望ましいであろう。例えば、ＣｄＳｅなどのコアＱＤよりもバルクバンドギャップが狭くてボーア半径が大きいＩｎＰを用いたＱＤが有利であろう。例えば、６２０ｎｍで発光するＩｎＰのＱＤコアは通常、同じ波長で発光するＣｄＳｅのＱＤコアよりも小さい直径を有するであろう。
【０１００】
例えば、５２８ｎｍの最大フォトルミネッセンス（ＰＬｍａｘ）と３９ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）とを示すＱＤと、５４８ｍのＰＬｍａｘと９２ｎｍのＦＷＨＭとを示すＴＡＤＦ分子とを有する系について臨界距離を推定するために使用される値と重なりとは、図４及び図５と表１に示されている。図５を具体的に参照すると、このグラフは、これらの２つの材料のスペクトル重なり非積分関数（spectral overlap integrand）を示している。この重なりの最大化は重要なパラメータであって、上記の式１で示されるように、ＦＲＥＴの臨界距離の増加と、エネルギー移動の効率の向上とにつながるであろう。
【表１】
2021521585.tif 000051
【０１０１】
上記から、４．７ｎｍの臨界距離が、５２８ｎｍの最大フォトルミネッセンス（ＰＬｍａｘ）と３９ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を示すＱＤと、５４８ｎｍのＰＬｍａｘと９２ｎｍのＦＷＨＭを示すＴＡＤＦ分子とについて得られる。当該分野の通常の知識を有する者であれば、臨界距離は、系で使用される特定のＱＤ及びＴＡＤＦ分子の関数であることは容易に理解するであろう。
【０１０２】
＜ＱＤ発振強度の最大化＞
ＱＤのバンドギャップ遷移の振動子強度（ｆｇａｐ）は、蛍光確率を表す。故に、２ドーパント系の用途では、高い振動子強度を有するＱＤを含めることが望ましいと考えられるかもしれない。強い量子閉じ込め領域では、電子と正孔の波動関数が粒子径とは無関係に完全に重なっているため、振動子強度はＱＤ径の影響により僅かにしか変化しないが［Ｍ．Ｄ．Ｌｅｉｓｔｉｋｏｗ，Ｊ．Ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ａ．Ｊ．Ｋｅｔｔｅｌａｒｉｊ，Ｐ．Ｌｏｄａｈｌ  ａｎｄ  Ｗ．Ｌ．Ｖｏｓ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２００９，７９，０４５３０１］、量子閉じ込め領域を超えたＱＤでは、粒子径が大きくなるほど振動子強度が増加する［Ｋ．Ｅ．Ｇｏｎｇ，Ｙ．Ｚｅｎｇ  ａｎｄ  Ｄ．Ｆ．Ｋｅｌｌｅｙ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，２０１３，１１７，２０２６８］.
【０１０３】
例えば、ＩｎＰで構成されており、可視スペクトル内で発光するコアを備えるＱＤは、強い閉じ込め領域内で十分な半径を有しており、振動子強度は粒子径に大きく依存しないであろう。幾つかの場合では、ＱＤの形状は振動子強度に影響を与え得る。幾つかの場合では、ＱＤは実質的に球形又は卵形であってよい。他の実施形態では、ＱＤは実質的に円錐形であってよい。更に別の実施形態では、ＱＤは実質的に円筒形であってよい。更に別の場合では、ＱＤは実質的に棒状であってよい。更に別の場合では、ＱＤは、ナノロッド、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノシート、デンドリマー、星形、テトラポッド、円盤、又は類似の物理的形態であってよい。
【０１０４】
＜ＱＤ吸収率の増加＞
ＦＲＥＴプロセスを最大化するためには、高いＱＤ吸収断面積が望ましい。量子ロッドでは、例えば、発光波長は短軸の長さによって制御され、吸収断面積は主に体積に依存する。ナノ粒子の吸収断面積αａは、式２で定義される。
【数２】
2021521585.tif 000052
ここで、ｎｂとαｂは夫々、バルク半導体の屈折率と吸収係数、ｎは周囲媒体の屈折率、│ｆ（換算プランク定数・ω）│２は局所場因子、Ｖは体積である。Ｈｔｏｏｎらは、球状（半径２．３ｎｍ）のＱＤの吸収断面積を、半径が同じであって長さが２２、３６、及び４４ｎｍである細長いナノ粒子である量子ロッドの吸収断面積と比較して調べた。［Ｈ．Ｈｔｏｏｎ，Ｊ．Ａ．Ｈｏｌｌｉｎｇｗｏｒｔｈ，Ａ．Ｖ．Ｍａｌｋｏ，Ｒ．Ｄｉｃｋｅｒｓｏｎ  ａｎｄ  Ｖ．Ｉ．Ｋｌｉｍｏｖ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，２００３，８２，４７７６］。体積が大きいナノロッドと同様に、│ｆ（換算プランク定数・ω）│２は、球状ナノ粒子と比較して、ランダム配向ナノロッドについてほぼ２倍高いことが判明した。│ｆ（換算プランク定数・ω）│２は、配向ナノロッドについて更に増加させることができる。このように、量子ロッドアーキテクチャは、ＱＤ吸収断面積を増加させるという点で、球状ＱＤジオメトリよりも有利であり得る。
【０１０５】
＜励起状態の寿命の最小化＞
効率的なＦＲＥＴのためには、ＱＤの励起状態の寿命をできるだけ小さくすることが有利である。基本的に、ＱＤの励起状態の寿命は閉じ込めの程度に関係している。電子と正孔間の重なりが大きいほど閉じ込めは強くなり、放射寿命は短くなる。電子と正孔の重なりを最大化するＱＤアーキテクチャは、エレクトロルミネッセンスデバイスにおける２ドーパント系にとって有益であり得る。幾つかの場合では、所与のコアサイズについて、そのコア上のシェル厚さを増加させることは、ＱＤの励起状態の寿命を減少させる。しかしながら、先に述べたように、比較的シェルが厚いコア‐シェル量子ドットは好ましくないかもしれず、ＴＡＤＦ分子とＱＤの間の距離は、シェルの厚さの増加に伴って増大する。故に、ＱＤにおける閉じ込めの程度を操作するための代替的な方法が必要とされるかもしれない。
【０１０６】
タイプＩのコア‐シェル型ＱＤでは、エネルギー準位の急激なオフセットが強い閉じ込めをもたらし得る一方で、組成レーディングが電子と正孔の非局在化につながり得る。例えば、ＩｎＰコア（バルクバンドギャップＥｇ＝１．３４ｅＶ）をＺｎＳシェル（Ｅｇ＝３．５４ｅＶ（立方晶）、３．９１ｅＶ（六方晶））で覆ったＩｎＰ／ＺｎＳのＱＤにおける閉じ込めは、ＩｎＰ／ＺｎＳｅコア-シェルＱＤ（ＺｎＳｅ  Ｅｇ＝２．８２ｅＶ）における閉じ込めよりも強くなるであろう。組成グレーディングされたタイプＩのＱＤの例は、Ｉｎ１−ｘＰ１−ｙＺｎｘＳｙであって、ここでｘ及びｙは、ＱＤの中心における０から、ＱＤの外面における１へと徐々に増加する。
【０１０７】
コア‐マルチシェルアーキテクチャが使用されている場合、シェルの相対的な厚さが閉じ込めの程度に影響を与え得る。
【０１０８】
ある特定の材料のコアＱＤの場合、ＱＤが小さくなるほど、電子と正孔間の重なりが大きくなって、放射寿命が短くなる。従って、特定の発光波長を維持しながらＱＤコアの直径を小さくする戦略が採用され得る。これは、第１の半導体材料を、同様な格子定数でより小さいバンドギャップを有するような第２の材料と合金化する工程を含んでよい。例えば、ＩｎＰをＩｎＡｓと合金化して作られたＩｎＡｓＰナノ粒子は６３０ｎｍで発光可能であって、同じ波長で発光するＩｎＰナノ粒子よりも直径が小さい。また、例えば、ＣｄＳをＣｄＳｅと合金化して作られたＣｄＳｅＳナノ粒子は４８０ｎｍで発光可能であって、同じ波長で発光するＣｄＳナノ粒子よりも直径が小さい。
【０１０９】
幾つかの場合では、ナノ粒子の形状が励起状態の寿命に影響を与え得る。例えば、扁長のＣｄＳｅのＱＤの放射寿命は、球状のＣｄＳｅナノ粒子の放射寿命よりも僅かに短くなり得る［Ｋ．Ｇｏｎｇ，Ｙ．Ｚａｎｇ  ａｎｄ  Ｄ．Ｆ．Ｋｅｌｌｅｙ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，２０１３，１１７，２０２６８］。故に、棒状のＱＤ、即ち量子ロッドは、球状のＱＤよりも短い励起状態の寿命をもたらし得る。ここで、「量子ロッド」は、横方向の寸法ｘ及びｙと、長さｚをと有する量子ドットを記述するために使用され、ここで、ｚは、ｚ＞ｘ，ｙである。或いは、より短い励起状態の寿命は、２次元ＱＤによってもたらされてよく、その量子ドットは、量子閉じ込め領域の横方向の寸法を有し、１乃至５層のモノレイヤの厚さを有する。
【０１１０】
ある特定の例示的な実施形態では、トップエミッション型（ＴＥ）印刷ディスプレイの発光層は、ホスト材料中の熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）分子と協働するナノ結晶ＱＤと、電子及び正孔輸送材料とを含んでおり、ホスト材料中のＱＤ及びＴＡＤＦ分子と、電子及び正孔輸送材料とは、反射ボトム電極と透明又は半透明のトップ電極との間に挟まれてマイクロ共振器に入れられている。
【０１１１】
光キャビティは、特定の光の波長について共振条件が満たされているデバイスである。光はキャビティの両端で反射されて、反射した光波間の干渉によって、幾つかの波長は破壊的干渉でキャビティ内で抑制され、他の波長は、建設的干渉で増強される。キャビティでのそのような定常モードの生成は、キャビティと結合した光の波長が狭くなり、フィードバック効果によって強度が増加する結果となり、空洞と共振するそれらの波長だけが持続する。
【０１１２】
「強いキャビティ」とは、上記のようなキャビティ効果が比較的大きいものであり、極端な例としては、発光が単一波長に制限されて、光が非常に強くて指向性の高いレーザがある。「弱いキャビティ」とは、僅かなキャビティ効果で、発光の狭化と強度の増強とが比較的小さいものをいう。
【０１１３】
マイクロ共振器についてＴＡＤＦ＋ＱＤエミッタの組合せを使用する幾つかの利点は、本発明の設計を使用して実現できる。
・ＱＤの発光スペクトルのピークは有機材料に比べて著しく狭いことから、放射の大部分がキャビティの共振条件を満たすことになり、干渉増強が強くなり得る。
・量子ドットの発光スペクトルのピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が減少する結果、角度によるカラーシフトも減少し得る。
・薄膜で均一なＱＤ膜は、スピンコーティング、ドクターブレード、ドロップキャスティング、スリットコーティングなどの様々なスケーラブルな溶液処理技術や、インクジェット印刷や転写印刷などの印刷方法を用いて実施されており、それらは、ナノメートルレベルまで厚さを制御することができる。
【０１１４】
マイクロキャビティを実装するには、無損失誘電体ミラーを使用する方法と、金属ミラーを使用する方法とがある。前者の場合、基板は分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）−屈折率が異なる交互の層（例えば、ＴｉＯ２（ｎ＝２．４５）とＳｉＯ２（ｎ＝１．５））で構成された光学構造−とされてよい。屈折率は、それらの層において高と低の間で交互に変化し、特定の波長で高い反射率が得られるように層の厚さは調整される。このタイプのデバイスは、図７に示されており、トップエミッション型ディスプレイデバイス１００は、分布ブラッグ反射鏡１０２と光学的に連通している発光素子１０１を備えている。発光素子１０１は、陽極１０、正孔注入層（ＨＩＬ）２０、正孔輸送層（ＨＴＬ）３０、電子ブロック層（ＥＢＬ）４０、放射層５０（量子ドット及びＴＡＤＦ分子を含んでよい）、正孔ブロック層（ＨＢＬ）６０、電子輸送層（ＥＴＬ）７０、電子注入層（ＥＩＬ）８０、及び陰極９０を備えている。
【０１１５】
マイクロキャビティを実装できる上述した２つの方法の後者では、ボトム電極は高反射金属鏡（Ａｇ、Ａｌ）であってよく、トップ電極は、半透明−例えば、薄い金属又は透明導電性酸化物（ＴＣＯ）−であってよい。マイクロキャビティを実装できる２つの方法のうち、これは金属ミラーの比較的簡単な堆積のみしか要しないので、より簡単なアプローチである。このタイプのデバイス２００は、図８に模式的に示されている。
【０１１６】
以下の実施例は、発光デバイスが量子ドットとＴＡＤＦ分子の組合せを採用した場合に得られ得る性能向上を示している。
【実施例】
【０１１７】
＜実施例１＞
エレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤデバイスを、ＱＤ‐ＬＥＤの陰極として機能するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）基板上に６０ｎｍのＺｎＯナノ粒子層をスピンコーティングで作製した。ＺｎＯナノ粒子層は、ＥＩＬとＥＴＬの両方として機能する。次に、インジウム及びリンを含む緑色発光ＣＦＱＤ（登録商標）量子ドット［ナノコ  テクノロジーズ  リミテッド、マンチェスター、英国］（ＰＬｍａｘ＝５２８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝３９ｎｍ）のトルエン溶液を、ＺｎＯナノ粒子層上にスピンコーティングして、加熱してトルエンを蒸発させ、約１５ｎｍのＱＤ発光層を形成した。次に、４，４’４”‐トリス（Ｎ‐カルバゾリル）トリフェニル‐アミン（ＴＣＴＡ）で作られた厚さ４０ｎｍのＨＴＬを、熱蒸着によって発光層上に形成した。その後、酸化モリブデンで作られた厚さ約１０ｎｍのＨＩＬを、熱蒸着によってＨＴＬ上に形成した。最後に、厚さ約１００ｎｍのアルミニウム陰極層を、熱蒸着によってＨＩＬ上に形成した。
【０１１８】
＜実施例２＞
ＴＡＤＦ‐１分子（以下に示すＴＡＤＦ−１。ＰＬｍａｘ＝５４８ｎｍ、ＦＷＨＭ＝９２ｎｍ）を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の３ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１と同様にしてエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤを調製した。従って、発光層に隣接するＴＣＡＴの最初の３ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３７ｎｍは純粋なＴＣＡＴであった。
【化４９】
2021521585.tif 000053
【０１１９】
＜実施例３＞
ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の５ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１と同様にしてエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤを調製した。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の５ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３５ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。
【０１２０】
＜実施例４＞
ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の７ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１と同様にしてエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤを調製した。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の７ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３３ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。
【０１２１】
＜実施例５＞
ＴＡＤＦ‐１分子を、発光層に隣接するＨＴＬの最初の９ｎｍに約２０ｗｔ％のドーピング濃度でドーピングしたことを除いて、実施例１と同様にしてエレクトロルミネッセンスＱＤ‐ＬＥＤを調製した。従って、発光層に隣接するＴＣＴＡの最初の９ｎｍは、約２０ｗｔ％のＴＡＤＦを有している一方で、発光層に隣接していない残りの３１ｎｍは純粋なＴＣＴＡであった。
【０１２２】
＜実施例１乃至５の性能比較データ＞
図９は、実施例１乃至５のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示した最大輝度（ｃｄ／ｍ２）の値を示している。図示されているように、ＴＡＤＦを含まないＱＤ‐ＬＥＤデバイス（実施例１）は、約４２００ｃｄ／ｍ２の最大輝度を示した。実施例２及び３のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが、ＴＡＤＦを用いないＱＤ‐ＬＥＤデバイスと比べて低い又はほぼ同等の最大輝度を示した一方、厚さが厚い７ｎｍ及び９ｎｍの２つのＴＡＤＦドープ層で輝度の顕著な増加が観察された（実施例４及び５）。この増加は最大輝度で、７ｎｍのＴＡＤＦドープ層（実施例４）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約１２５％、９ｎｍのＴＡＤＦドープ層（実施例５）のＱＤ‐ＬＥＤデバイスでは約１７０％であった。この増加は、オーバーフロー電子がＴＡＤＦで捕獲されて正孔と再結合して、その後のＴＡＤＦからＱＤへエネルギーが移動することによって説明できるであろう。計算された臨界距離（４．７ｎｍ）を超えるとエネルギー移動効率が低下すると予想され、最も大きい増加は、その臨界距離よりもかなり厚いＴＡＤＦドープ層の厚さからもたらされることは注目すべき点である。
【０１２３】
図１０は、実施例１乃至５のＱＤ‐ＬＥＤデバイスが示す外部量子効率（ＥＱＥ）を示す。ＥＱＥ及び電流効率の有意な増加は、ＴＡＤＦドープ層が９ｎｍである（実施例５）ＱＤ‐ＬＥＤデバイスでのみ観察された。特定の理論に拘束されるものではないが、この理由は、望ましい移動メカニズムではないＴＡＤＦ分子とＴＣＴＡとの間のエキシプレックス形成に起因するかもしれないと考えられる。
【０１２４】
図１１は、実施例１乃至４のＱＤ‐ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを示す。「ＴＣＴＡ  Ｒｅｆ」は実施例１に対応し、「ＴＡＤＦ  ＰＬ」は純粋なＴＡＤＦ分子に対応している。図示されているように、純粋なＴＡＤＦ分子は、ＰＬｍａｘ＝５４８ｎｍ及びＦＷＨＭ＝９２ｎｍを示す。純粋なＴＡＤＦ分子を除く緑色発光ＣＦＱＤ量子ドットが存在する全ての実施例において、ＱＤ‐ＬＥＤデバイスは、ＰＬｍａｘ＝５３８ｎｍ及びＦＷＨＭ＝４２ｎｍを示す。従って、三重項励起子はＴＡＤＦ分子によって捕捉され、遅延蛍光のためにＱＤに送られること、そして、そのような遅延蛍光はＱＤを含む発光層に由来することは明らかである。
【０１２５】
＜実施例６＞
本実施例では、ＴＡＤＦ分子及び量子ドットを含む発光膜を作製した。インジウム及びリンを含む緑色発光性のＣＦＱＤ量子ドット[ナノコ  テクノロジーズ  リミテッド、マンチェスター、英国]（ＰＬｍａｘ＝５２７ｎｍ、ＦＷＨＭ＝４０ｎｍ）のトルエン溶液を２ｍｇ／ｍＬの濃度で調製した。また、空色発光ＴＡＤＦ分子（ＴＡＤＦ‐２（下図。膜として堆積した場合においてＰＬｍａｘ＝４８６ｎｍ、ＦＷＨＭ＝８１ｎｍ））のトルエン溶液を、１０ｍｇ／ｍＬの濃度で調製した。
【化５０】
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【０１２６】
０．２５ｍＬのＴＡＤＦ溶液と５ｍＬのＱＤ溶液とを混ぜ合わせて、石英ガラス基板上に２，０００ｒｐｍで６０秒間スピンコーティングして、２０ｎｍの膜を形成した。
【０１２７】
ＰＬスペクトル及び過渡ＰＬ特性を測定した。図１２に示されているように、ＰＬスペクトルは、単一の発光ピーク（ＰＬｍａｘ≒５３５ｎｍ、ＦＷＨＭ≒３９ｎｍ）を示し、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動を示唆している。図１３は、ＰＬ強度対時間を示している。過渡ＰＬ特性を用いて過渡寿命（transient lifetime）を計算し、即発成分τ１＝０．１２４μｓ及び遅延成分τ２＝１．３５６μｓであった。比較のために、同じ濃度のＱＤのみの膜の過渡寿命は、τ１＝０．０２μｓ及びτ２＝０．１４μｓであった。ＱＤのみの膜と比較して複合ＴＡＤＦ‐ＱＤ膜の遅延成分の寿命が長いことは、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動をより示唆している可能性がある。全体として、これらの結果は、ＴＡＤＦ分子からＱＤへのエネルギー移動プロセスをもたらす複合膜におけるＴＡＤＦ分子とＱＤの適合性を実証している。調製された膜は、発光デバイスを作るために使用されなかったが、このプロセス（即ち、ＱＤ及びＴＡＤＦ分子を相溶性溶媒中に含む溶液をスピンコーティングする）は、本明細書に記載されたタイプのトップエミッション型ディスプレイの調製に適用できる。
【０１２８】
上記の説明は、本発明の原理を具体化するシステムの特定の実施形態を提示する。当業者であれば、本明細書に明示的に開示されていなくても、それらの原理を具体化すると共に本発明の範囲内にある代替例及び変形例を考え出すことができるであろう。本発明の特定の実施形態が示され、記載されているが、それらは、本特許で保護されるものを限定することを意図したものではない。当技術分野の通常の知識を有する者は、文字通り、そして添付の特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形が行われ得ることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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