(57)【要約】  面照明無機エレクトロルミネセントデバイスは、基板および１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイを含む。それぞれの共通してアドレス指定される発光素子は、基板の上に形成された第１の電極層、第１の電極層の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層および発光層の上に形成された第２の電極層を含む。発光層は、共通の多結晶半導体マトリックスの中で形成された複数のコア／シェル量子ドット発光体を含み、多数の異なるコア／シェル量子ドット発光体からの光がピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を有する分光分布を有し、それらのピーク波長の差が該異なるコア／シェル量子ドット発光体の４６０〜６７０ｎｍの範囲内での平均ＦＷＨＭ帯域幅以下である。【選択図】図１
2010529597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板、および
（ｂ）１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイを含み、
前記共通してアドレス指定される発光素子のそれぞれが、前記基板の上に形成された第１の電極層、該第１の電極層の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層および該発光層の上に形成された第２の電極層を含み、
前記１層もしくは２層以上の発光層が、共通の多結晶半導体マトリックスの中に形成された複数のコア／シェル量子ドット発光体を含み、
複数の異なるコア／シェル量子ドット発光体からの光がピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を有する分光分布を有し、それらのピーク波長の差が該異なるコア／シェル量子ドット発光体の４６０〜６７０ｎｍの範囲内での平均ＦＷＨＭ帯域幅以下である面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項２】
前記１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイにより生じた可視光の積分スペクトルパワーが白色光を提供する請求項１の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項３】
標準光源に関して、少なくとも８０の平均演色評価数を有する請求項１の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項４】
（ａ）基板の上に第１の電極層を形成するステップ、
（ｂ）ピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を含む分光分布を有する光を放射する複数の異なるコア／シェル量子ドット発光体を形成し、それらのピーク波長の差が、異なるコア／シェル量子ドット発光体の４６０〜６７０ｎｍの範囲内での平均ＦＷＨＭ帯域幅以下であるステップを含む面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項５】
多数の異なる種類のコア／シェル量子ドット発光体の固定した割合の異なるサブセットを有する、前記第１の電極層の少なくとも一部分の上に少なくとも第２の発光層を形成するステップをさらに含む請求項４の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項６】
（ａ）基板、および
（ｂ）１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイを含み、
前記共通してアドレス指定される発光素子のそれぞれが、
（ｂ１）前記基板の上に形成された第１の電極層、
（ｂ２）前記第１の電極層の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層、
（ｂ３）前記発光層の上に形成された第２の電極層を含み、
（ｃ）前記１層もしくは２層以上の発光層が、狭い間隔の分光分布を有する複数のコア／シェル量子ドット発光体を含み、
前記分光分布がピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を含み、
前記異なるコア／シェルドット発光体の少なくとも１つのサブセットにより生じた光の分光分布のピーク波長が、いずれかの２つのピーク波長間の前記最小距離が４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間で前記平均ＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍以下であり、前記エレクトロルミネセントデバイスが８０以上の平均演色評価数を有する白色光を生じさせるような間隔になっている、８０以上の平均演色評価数を有する面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項７】
それぞれの前記発光層が異なるコア／シェル量子ドット発光体の同じようなセットを有する請求項６の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項８】
それぞれの前記異なるコア／シェル量子ドット発光体により生じた光の分光分布が５０ｎｍ以下のＦＷＨＭ帯域幅を有する請求項６の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項９】
前記デバイスの分光分布が標準光源の分光分布と一致する請求項６の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスの分光分布が昼光光源の分光分布と一致し、
前記発光層が、４６０ｎｍよりも小さなピーク波長と少なくとも１つの６７０ｎｍより大きなピーク波長とを有する分光分布を有する光を放射する少なくとも２つの追加のコア／シェル量子ドット発光体からさらに構成される請求項９の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１１】
前記ＦＷＨＭ帯域幅が３０ｎｍとほぼ同じであり、
前記発光層が、異なるピーク波長を有する分光分布を有する光を生じさせる１３種以上の異なるコア／シェル量子ドット発光体を含む請求項６の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスの分光分布が、白色電球の分光分布と一致する請求項６の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスの分光分布が、前記黒体放射体の分光分布と一致するように設計される請求項７の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１４】
前記定まった分光分布と昼光もしくは同等の相関色温度を有する黒体に近い発光体の分光分布との間でＲＭＳＥを計算した場合、前記デバイスの分光分布と黒体に近い放射体との間のＲＭＳＥが１×１０-3未満であり、
前記２つの分光分布が、３５０ｎｍと７５０ｎｍとの間で同じ積分パワースペクトルパワーを有する請求項８の面照明無機エレクトロルミネセントデバイス。
【請求項１５】
（ａ）基板の上に第１の電極層を形成するステップ、
（ｂ）ピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を含む分光分布を有する光を放射する多数の異なるコア／シェル量子ドット発光体を形成するステップ、
（ｃ）所望の分光分布を形成するために、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体の正確な割合を決定するステップ、
（ｄ）前記正確な割合の異なるコア／シェル量子ドット発光体を含む混合物を形成するステップ、
（ｅ）前記第１の電極層の少なくとも一部分の上に第１の発光層を形成するステップ、および
（ｆ）前記発光層の上に第２の電極層を形成するステップを含み、
前記異なるコア／シェルドット発光体の少なくとも１つのサブセットにより生じた光の前記分光分布のピーク波長が、いずれかの２つのピーク波長間の最小距離が４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間で前記ＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍未満であり、前記エレクトロルミネセントデバイスが８０以上のＣＲＩを有する白色光を生じさせるような間隔になる面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項１６】
白色光を提供するために前記１層もしくは２層以上の発光層に供給される電圧もしくは電流を調整するために、コントローラーを前記第１の電極層および前記第２の電極層と接続するステップをさらに含む請求項１５の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項１７】
前記第１の電極層および第２の電極層のうちの少なくとも１つが透明もしくは半透明である請求項１５の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項１８】
前記第１の電極層の少なくとも第１の部分の上に発光層を形成する前記ステップが、コア／シェル量子ドットおよび追加の電気伝導性粒子のコロイド状混合物を形成することをさらに含む請求項１５の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項１９】
前記第１の電極層の少なくとも一部分の上に前記発光層を形成する前記ステップが、それぞれの前記発光層の領域内に少なくとも１つの共通の無機輸送層をコーティングすることをさらに含む請求項１５の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【請求項２０】
前記発光層を形成する前記ステップが、前記エレクトロルミネセント材料をコーティングする前に、前記第１の電極の上に少なくとも１つの共通の無機輸送層をコーティングすること、および前記第２の電極層を形成する前に前記エレクトロルミネセント材料の上に少なくとも第２の共通の無機輸送層を形成することをさらに含む請求項１５の面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置の構造および製造に関し、特に、昼光光源または黒体放射体に近い他のものの分光分布とほぼ同じである分光分布を有する光を生じさせることができる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の複数の色を生成することができる照明装置は、ユーザーが光の相関色温度を調整できるような方法で「白色」光を発生させる、一般的な照明目的のための照明装置を含む多くの用途を満足させることが知られている。カメラのストロボおよび映画照明システムなどの特別な照明用途での使用のための調整可能な色温度を有する照明がさらに知られている。この応用空間の中では、一般的な黒体放射体、一般的な昼光照明もしくは標準昼光源の色度座標および分光分布と一致する色度座標および分光分布の両方を有する出力を提供する照明装置をつくり出すことが最も望ましい。日中の間、存在する自然光の色度座標は、プランク軌跡もしくは黒体曲線と呼ばれるＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）色空間内の曲線の近傍に一般的に該当する。４０００Ｋと２５０００Ｋとの間の色温度に関する昼光スペクトルを計算するための方法は、当該技術、ＣＩＥ  ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１５，Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ（Ｏｆｆｉｃｉａｌ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ），ウィーン，オーストリア，２００４．の中で挙げられる。この曲線の近傍に到達して該当することが望ましい標準化された照明状態には、５０００Ｋ、６５００Ｋおよび９３００Ｋの昼光色温度に対応する、Ｄ５０、Ｄ６５およびＤ９３と呼ばれる照明状態、並びに、より低い相関色温を有し、見かけ上、タングステンランプによって生じる光により類似する、いわゆる、より暖かな色の光がある。これらの標準照明状態と同じ色度座標を有する光を生じさせることが可能である照明装置を有することに加えて、これらの標準光源の標準分光分布と一致する分光分布を有する光を生じさせる照明装置を有することが望ましい。照明装置が生成した光の分光分布と、これらの標準照明状態の分光分布との間の一致する程度の測定方法の１つは、ＣＩＥ演色評価数、すなわちＣＲＩ（ＣＩＥ  ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１３．３，Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｉｆｙｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ−  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，ウィーン，オーストリア，１９９５．）である。
【０００３】
ＣＲＩは、所与の照明装置によって照射された標準反射対象物のセットの色の見えが、特定の参照光源の分光分布を有する光によって照射されたそれらの同じ対象物の見えと一致する程度を特定する標準的な方法である。ＣＩＥ  Ｐｕｂ．１３は、２つの演色評価数、いわゆる特殊演色評価数Ｒiおよび平均演色評価数Ｒaの計算の規定を設けている。参照光源ならびに実験下の照明装置によって照らされた個々の色サンプルの間の色差からＲi値を計算する。したがって、それぞれの色サンプルは、その特有の関連したＲiを有する。ＣＩＥ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  １３は、光源を試験するために１４色の色サンプルのセットを推薦している。平均演色評価数、すなわちＲa値は、これらの１４色の色サンプルうちの最初の８色からのＲi値の相加平均であり、ＣＲＩ値として一般に報告されている数である。したがって、当該技術分野では、ＣＲＩの用語は、Ｒaと取り替えて広く使用され、また、別に言及がなければ、この開示ではＲaを言及するために使用される。
【０００４】
先行技術では、８０以上のＣＲＩを有する照明装置が目標分光分布とよく一致し、高品質であると考えられている。ＣＲＩ測定方法を使用して光源の見えを変える能力を記述することの不利な点は、（１）その測定方法は、８色のパッチのグループのみに対して適用し、それらのパッチは、反射対象物の限定されたセットの反射スペクトルを表し、それらパッチの中には、条件等色に対して特に影響を受けるものがないこと、および（２）その測定方法は、８つのＲi値にわたる平均であり、一貫した測定ではなく主要な傾向の測定を提供することである。結果として、一組の分光分布の間の一致性の良好さを測定するために、この測定方法を適用する場合、特に、分光分布が少なく狭いピークから主に構成される光源を使用する場合、それらが、目標分光分布の全体の曲線形状と非常に一致性が悪いにもかかわらず、高いＣＲＩ値を得ることが可能である。たとえば、図１０は、２つの先行技術の分光分布、広いスペクトル１５４と、一連の３つの狭帯域の強度成分から成る別のスペクトル１５２とを示す。明らかに、それらの曲線形状があまり一致していないにもかかわらず、両方のスペクトルは同じ積分放射強度を有する。ＣＩＥ推薦のセット以外の色は、狭帯域の強度成分から構成される分光分布を使用する場合、重大な条件等色の問題、ＣＲＩ測定方法によっては取り上げられないかもしれない影響を示すかもしれないという別の結果がある。したがって、無機エレクトロルミネセントデバイスの中で見られるかもしれないそのような光源を評価する場合、その光源を評価するために代わりの測定方法を使用することは重要である。他の有用な測定方法には、設計された光の分光分布と所与の分光分布、一般に標準照明装置の分光分布との間の単純な二乗平均平方根誤差（ＲＭＳＥ）がある。その場合、これらの２つの分光分布は、それらの曲線下において共通の面積を有するように規格化される。さらに、条件等色により影響を受ける対象物の反射スペクトルを表す追加の色パッチをその計算に含める場合、拡張演色測定方法を使用することができる。そのような測定方法は、追加の色パッチのＲi値に基づかせることができる。
【０００５】
当該技術分野で、高ＣＲＩを有する照明装置を形成するために、２、３の結晶無機エレクトロルミネセントダイオードのみを含む無機エレクトロルミネセントデバイスを使用した照明デバイスが検討されてきた。たとえば、「Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ」のタイトルの米国特許第５,８５１,０６３号明細書で、Ｄｏｕｇｈｔｙらは、８３と８７との間のＣＲＩ値を得るために３つの結晶発光ダイオードを使用した光源、ならびに４つの結晶発光ダイオードを使用し、９６のＣＲＩに達した照明デバイスを記述している。これらのデバイスは８０を越えるＣＲＩを達成するが、それらは、同じ相関色温度を有する黒体放射体の目標分光分布に似ている分光分布を提供しない。これは図１０に示されており、図１０は、Ｄｏｕｇｈｔｙによって明確に述べられたピーク波長と、先行技術の２８００Ｋの黒体放射体の分光分布１５４と比較してほぼ同じであるスペクトル帯域幅とを有する照明装置の先行技術の分光分布１５２を説明する。ここで、再び、それぞれの光源は、図示の波長範囲内において同じ放射パワーを供給する。再び、これらの２つの分光分布の形状は相互に明確に異なる。結果として、図１１に符号１６０，１６２，１６４として示される先行技術からのものなどのスペクトル反射率関数を有する追加のパッチに係るＲi値を計算する場合、−６０しかない値を得ることができる。負の大きなＣＲＩは、すなわち、スペクトルで相違を有する光源が高い飽和色を照らす場合、一般に、スペクトルを選択する反射物を使用して結合された強い狭帯域成分を含む光源から生ずる。これらのスペクトル反射率関数は、衣類、グラフィックアートもしくは装飾用材料でまれな飽和されたシアンおよび紫色からのものである。さらに、Ｄｏｕｇｈｔｙによって示された照明装置の規格化された分光分布と参照光源との間のＲＭＳＥは、４．９×１０-3であり、それは比較的高い値である。Ｄｏｕｇｈｔｙは、また、４つの特有のピーク波長を有する４つのＬＥＤを含み、この点でより良好に実施する照明装置の詳細を示していることに留意すべきである。しかし、スペクトルが図１１に表されている３色のパッチについての特殊演色評価数がまだ４６でしかなく、ＲＭＳＥは４．５×１０-3である。
【０００６】
Ｚｕｋａｕｓｋａｓらによる「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｈｉｔｅ  ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｍｐｓ」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．２，ｐ．２３４，２００２）に同じような開示が示されている。また、この論文は、２つ、３つもしくは５つの結晶ＬＥＤからの光出力を使用して比較的高いＣＲＩ値を得ることができ、その結果、より大きな数の結晶ＬＥＤを使用した光についてより高いＣＲＩ値が得られるという事実を検討している。しかし、もう一度、結果として得られた分光分布は、より少ない数の狭帯域成分を有し、標準の８色の色パッチを使用して計算する場合、それらは、高いＣＲＩ値を提供するが、一般に所望の昼光、黒体もしくは白熱の分光分布と特に良好に一致することはない。最も高いＣＲＩを提供する５つの狭帯域成分を有する光源の場合、図１１に示す３つのスペクトル分布についてのＲi値は、４９しかなく、もう一度、２．４×１０-3の値を有するＲＭＳＥは大きい。
【０００７】
これらの研究論文のそれぞれが、結晶エレクトロルミネセントダイオードからの光放射の利用を検討したことを留意することは重要である。狭波長帯域を有する光を放射する単結晶が完全なデバイスとしてパッケージ化されるように、これらのデバイスは一般にパッケージ化される。これらのデバイスのそれぞれは、それから選別され、ＺｕｋａｕｓｋａｓおよびＤｏｕｇｈｔｙによって検討されたような照明装置を形成するために一緒にパッケージ化される。それぞれ別々のパッケージ化された単結晶エレクトロルミネセントダイオードを形成し、たくさんのこれらのデバイスをさらに選別し、それらをパッケージ化して照明装置にすることが必要であると費用がかかり、手作業が大変になり、それぞれの照明装置中に２、３よりも多い単結晶エレクトロルミネセントデバイスを含むために極めて費用がかかるようになる。
【０００８】
また、より広い帯域の光を放射するエレクトロルミネセントデバイスが知られている。たとえば、「Ｃｏｌｏｒ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｒｅｇｕｌａｂｌｅ（ｓｉｃ）  ＬＥＤ  Ｌｉｇｈｔ」というタイトルの米国特許出願公開第２００４／２６４１９３号明細書で奥村は、青色もしくは紫外の結晶エレクトロルミネセントデバイスによって励起された場合、広帯域光を放射するリン光を発する物質から形成された白色ＬＥＤを検討している。上記態様は非常に広い帯域幅放射を提供するが、重要な位置で分光分布の相対的な振幅を調整することが可能ではなく、それゆえ、所望の分光分布とスペクトルが良好に一致するために、上記デバイスの出力を正確に調整することが可能ではない。さらに、青色もしくは紫外の光をより長い波長色の光に変換している間にエネルギーを失う。
【０００９】
Ｂ．Ｄａｍｉｌａｎｏらによる最近の論文「Ｆｒｏｍ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ｔｏ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｂｙ  ＧａＮ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔｓ  ｏｎ  Ｓｉ（１１１）  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．７５，ｐ．９６２，１９９９）は、量子ドットの複数の層を積層することを検討してきており、ホトルミネセンスを通じて白色光の放射を達成するためにそれぞれの層は補色の波長帯域に調整される。エレクトロルミネセント白色光放射は説明されておらず、固定した材料セットを使用した連続的な色調整でもなかった。さらに、このデバイスは所望のスペクトルのいずれにも一致せず、もしくは一致させることを試みなかった。そして、そのデバイスの放射スペクトルは、図に示される波長範囲にわたって２、３の狭帯域ピークから一般に構成された。
【００１０】
米国特許出願公開第２００６／００４３３６１号明細書は、白色光放射有機−無機ハイブリッドエレクトロルミネセンスデバイスを開示する。そのデバイスは正孔注入電極、正孔輸送層、半導体ナノ結晶層、電子輸送層および電子注入電極を含み、ここで、半導体ナノ結晶層は、少なくとも１種類のナノ結晶から構成され、少なくとも１つの前述の層は、白色光放射を達成するために光を放射する。また、このデバイスの半導体ナノ結晶層は、サイズ、組成、構造もしくは形状の点で少なくとも１つの違いを有する少なくとも２種類のナノ結晶から構成されることができる。有機材料は輸送層のために使用され、一方、無機材料はナノ結晶および電極のために使用される。白色光を作り出すために上記デバイスを使用することができるが、この白色光光源の色を変えるか、もしくは白色光光源の分光分布を制御する必要性に取り組まない。
【００１１】
米国特許第７,１２２,８４２号明細書は、白色光を生じさせる発光デバイスを開示する。ここで、一連の希土類がドープされたＩＶ族半導体ナノ結晶は、白色光を生じさせるために、単一の層の中で混合されるか、もしくは個々のＲＧＢ層の中で積層される。１つの例では、ＩＩ族もしくはＶＩ族のナノ結晶の少なくとも１つの層が、ＩＶ族の希土類がドープされたナノ結晶によって放射された、ポンプ光源として作用する光を受光し、その後、ＩＩ族もしくはＶＩ族のナノ結晶が様々な波長で蛍光を発する。また、この開示は、色の調整もしくは白色光光源の分光分布を制御する方法を説明していない。
【００１２】
米国特許出願公開第２００５／０１９４６０８号明細書は、広い分光分布のＡｌ(1-x-y)ＩｎyＧａxＮの白色発光デバイスを有するデバイスを開示している。そのデバイスは、広い分光分布を有する、少なくとも１つの青色−補色光量子ドット放射層と、少なくとも１つの青色発光層とを含む。青色−補色量子ドット層は複数の量子ドットを含み、その寸法およびインジウムの含有量は、その層の放射のＦＷＨＭを増加させるような一様でない分布になるように処理される。青色発光層は、パッケージ型ＬＥＤを形成するために２つの導電型クラッド層の間に配置される。様々な例が記載されており、その中では、広いスペクトル分布を提供するために９層までの放射層により青色−補色放射が達成され、４層までの青色放射層により青色放射が達成される。しかし、全ての例は、補色の青色および黄色を供給するための２つの異なる狭帯域成分の存在を説明している。著作者は、標準昼光、黒体もしくはタングステン発光体の分光分布のために必要な、比較的連続的な広帯域分光分布を達成するための手段を検討していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
それゆえ、特に一般的な昼光もしくはタングステンを含む黒体に近い放射体についてスペクトルがよく一致する照明装置の費用をよりかからなくするための必要性が存在する。したがって、照明装置は、標準の黒体に近い分光分布と比較した場合、より高い特殊演色評価数およびより低い二乗平均平方根誤差を有する分光分布を提供すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記必要性は、基板および１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイを含む面照明無機エレクトロルミネセントデバイスを提供することによりうまく処理される。それぞれの共通してアドレス指定される発光素子は、基板の上に形成された第１の電極層、第１の電極層の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層および発光層の上に形成された第２の電極層を含む。発光層は、共通の多結晶半導体マトリックス中に形成された複数のコア／シェル量子ドット発光体を含み、多数の異なるコア／シェル量子ドット発光体からの光がピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を有する分光分布を有し、それらのピーク波長の差が該異なるコア／シェル量子ドット発光体の４６０〜６７０ｎｍの範囲内での平均ＦＷＨＭ帯域幅以下である。
【００１５】
本発明の別の態様は、８０以上の平均演色評価数を有する面照明無機エレクトロルミネセントデバイスを提供する。さらに、デバイスは、１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子のアレイを含み、それぞれの共通してアドレス指定される発光素子が、
（１）基板の上に形成された第１の電極層、
（２）第１の電極層の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層、
（３）発光層の上に形成された第２の電極層
を有する。
【００１６】
１層もしくは２層以上の発光層は、狭い間隔の分光分布を有する複数のコア／シェル量子ドット発光体を含み、その分光分布はピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を含む。異なるコア／シェルドット発光体の少なくとも１つのサブセットにより生じた光の分光分布のピーク波長は、いずれか２つのピーク波長間の最小距離が４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間で平均ＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍未満であり、エレクトロルミネセントデバイスが８０以上の平均演色評価数を有する白色光を生じさせるような間隔になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一態様による面照明エレクトロルミネセントデバイスの断面図である。
【図２】図２は、本発明の一態様による発光層の略図である。
【図３】図３は、本発明の一態様による単一のコア／シェル量子ドット発光体の分光分布のプロットである。
【図４】図４は、本発明の一態様によるコア／シェル量子ドット発光体のグループの分光分布のプロットである。
【図５】図５は、当該技術分野で知られている標準光源の分光分布と比較した、本発明の一態様による面照明エレクトロルミネセントデバイスの分光分布のプロットである。
【図６】図６は、当該技術分野で知られている標準光源の分光分布と比較した、本発明の一態様による面照明エレクトロルミネセントデバイスの分光分布のプロットである。
【図７】図７は、本発明の一態様による面照明エレクトロルミネセントデバイスの略図である。
【図８】図８は、本発明の一態様による面照明エレクトロルミネセントデバイスを作製する方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の一態様による無機発光ダイオードの断面図である。
【図１０】図１０は、標準光源の分光分布と比較した、従来技術の解決策の分光分布を説明するプロットである。
【図１１】図１１は、当該技術分野で知られているように、条件等色を示すための光源の可能性を判断する際に有用な３色の色パッチについてのスペクトル反射率関数を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、所望の光源の分光分布とほぼ同じである分光分布を有する面照明無機エレクトロルミネセントデバイスを提供する。面照明エレクトロルミネセントデバイス２の断面図を図１に示す。この図に示すように、エレクトロルミネセントデバイスは、基板４および１つもしくは２つ以上の共通してアドレス指定される発光素子６アレイから構成される。共通してアドレス指定されるそれぞれの発光素子６は、基板４の上に形成された第１の電極層８、第１の電極層８の上に形成された１層もしくは２層以上の発光層１０および発光層１０の上に形成された第２の電極層１２を含む。所望の光源の分光分布によく近似している分光分布を提供するために、１層もしくは２層以上の発光層１０は、一般的な多結晶半導体マトリックスの中に形成された１つもしくは２つ以上のコア／シェル量子ドット発光体をそれぞれ含む。図２に示すように、１層もしくは２層以上の発光層１０は、複数のコア／シェル量子ドット発光体２２〜３０を一緒に含む。所望の態様では、発光層１０は、一般の多結晶半導体マトリックスの中で形成された複数のこれらのコア／シェル量子ドット発光体をそれぞれ含む。
【００１９】
それぞれの発光素子６内、そして望ましくは、それぞれの発光層１０内の複数のコア／シェル量子ドット発光体の存在は、実際の本発明のデバイスを商売として作製する場合に重要である。これらのデバイスは、所望の分光分布を提供するために、５種類を越え、しばしば１０種類を越える異なるコア／シェル量子ドットを含むことが多い。結晶エレクトロルミネセントダイオードなどのコーティング可能なコア／シェル量子ドット技術に対して競合する技術を使用して匹敵する照明デバイスを作れる場合がある。たとえば、当該技術分野で知られているように、５種類、１０種類もしくはそれよりも多い異なる別個の結晶ＬＥＤを使用することによって、照明デバイスを形成できる場合がある。しかし、そのようなデバイスは、それぞれの異なる別個の結晶ＬＥＤと、これらの別個のＬＥＤからデバイスの組立品とを別々に作製するステップが必要である。本発明は、当該時術分野では、以前は予期されなかった方法を提供する。その方法により、異なるコア／シェル量子ドット発光体のコロイド状の混合物を形成し、そして一般の基板の上に堆積させることができ、そのようなデバイスについての製造の複雑さおよびコストが著しく減少する。さらに、１電流を備えた電源で、本発明により作製された発光素子を駆動することができるので、電子回路が、先行技術のために必要なものに比べて非常に単純になる。別個のＬＥＤから組み立てられた従来技術の面照明デバイスに必要な電子回路には、これらのＬＥＤには一般に異なる電流が必要であるので、同じような性能を有する照明装置を形成するために、追加の電気的構成要素が必要である。
【００２０】
図２は、本発明の典型的な発光層１０を示す。図２に示すように、発光層は、数多くの異なるコア／シェル量子ドット発光体を含み、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体は異なる分光分布を有する。図２に示すように、発光層は、コア／シェル量子ドット発光体２２，２４，２６，２８などの異なるサイズを有する異なるコア／シェル量子ドット発光体を含むことによって、この性能を達成することができる。一般に、符号２６，２８などの大きい方のコア／シェル量子ドット発光体は、符号２２，２４などの小さい方のコア／シェル量子ドット発光体に比べて、より長い波長を有する光を放射する。手短により詳細に検討したように、発光層１０は、また、コア／シェル量子ドット発光体２２，２４，２６，２８ではないが、多結晶半導体マトリックスを通るコア／シェル量子ドット発光体への電流の流れを助けるために存在する他の粒子３０を含むことができる。
【００２１】
本発明の中では、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体２２，２４，２６，２８は、図３に示す分光分布を有する光を放射する。図３に示すように、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体の分光分布４０は、この例では、４９５ｎｍに図示されているピーク波長４２および半値幅振幅スペクトル帯域幅４４（ＦＷＨＭ帯域幅と呼ぶ）を含む。個々のコア／シェル量子ドット発光体のいずれも単一の波長のみで光を放射するが、一般に知られている合成方法により、一般にサイズ分布を有するコア／シェル量子ドット発光体が生じることに留意すべきである。したがって、意図したか否かにかかわらずコア／シェル量子ドットのこのサイズ分布により、分光分布４０を有する光が生じる。そのサイズ分布は、一般に３０ｎｍほどのＦＷＨＭ帯域幅４４が生ずるサイズのバリエーションを一般に有する。したがって、本発明のデバイスは、５０ｎｍ以下のＦＷＨＭ帯域幅を一般に有する。本発明の面照明無機エレクトロルミネセントデバイスの中で、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体により生じた光の分光分布のピーク波長４２は、いずれの２つのピーク波長の間の最小距離が４６０ｎｍと６７０ｎｍとの波長範囲内の平均ＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍よりも小さくなるような狭い間隔になり、これにより、エレクトロルミネセントデバイスは、８０以上のＣＲＩと、多くの多岐にわたる色サンプルに関して一貫して８０以上である特殊演色評価数Ｒiとの両方を有する白色光を生じる。ある態様では、同等の相関色温度を有する昼光もしくは黒体に近い発光体の分光分布と比較した場合、エレクトロルミネセントデバイスは、１×１０-3よりも小さな、望ましくは、５×１０-4よりも小さな二乗平均平方根誤差を有する分光分布を生じさせる。ここで、２つの分光分布は、３５０ｎｍと７５０ｎｍとの間で同じ積分パワーを有する。あるエレクトロルミネセントデバイスでは、２つの隣接するピーク波長の間のピーク波長は、４６０〜６７０ｎｍの範囲内で、異なるコア／シェル量子ドット発光体の平均ＦＷＨＭ帯域幅４４以下の値だけ異なる。
【００２２】
図４は、共通してアドレス指定される本発明の１つもしくは２つ以上の発光素子内のコア／シェル量子ドット発光体のグループの分光分布の一つの例示的なグループを示す。この図は、１３種の分光分布５０〜７４のグループを示し、それぞれの分光分布は、３０ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅と、３７０、４０１、４３２、４６０、４９０、５２０、５５０、５８０、６１０、６４０、６７０、７０５、７４０ｎｍに位置するピーク波長とを有する。図に示すように、分光分布５６〜７０により４６０〜６７０ｎｍの範囲内でピーク波長を有する光が生じ、これらのピーク波長はＦＷＨＭ帯域幅に等しい３０ｎｍで分離しており、ピーク波長は平均ＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍よりも小さく、ＦＷＨＭ帯域幅に等しい最小分離を有する。また、２つの隣接するピーク波長は、平均ＦＷＨＭ帯域幅よりも大きな値だけ異なることに留意すべきである。しかし、４６０〜６７０ｎｍの波長範囲の外側では、ピーク波長は、異なる間隔になっており、概してより長い距離だけ分離していることに留意してください。したがって、これらの分光分布のピーク波長間の分離は、４６０〜６７０ｎｍの範囲内のみでＦＷＨＭ帯域幅以下であるが、この範囲の外側では分離がより大きくなる。
【００２３】
本発明の中では、異なるコア／シェル量子ドット発光体のグループは、共通してアドレス指定される１種もしくは２種以上の発光素子の中で、単一の分光分布を提供するために結合することができる光をそれぞれ生じさせる。さらに、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体により生じた放射エネルギーの相対的総量を制御するために、異なるコア／シェル量子ドット発光体の濃度などのこの発光層の特質を調整することができる。それゆえ、白色光を発生させるために、結果として生じた単一の分光分布を作り出すことができる。図５は、図４に描かれたコア／シェル量子ドット発光体の個々の分光分布５０〜７４の正確な割合で光を結合させることによって作り出された分光分布８０を説明する。また、ＣＩＥによって定義された６５００Ｋの相関色温度を有する標準昼光光源に係る分光分布８２を図５に示す。分光分布８０は標準分光分布８２と比較的近接して一致することに留意してください。本発明の面エレクトロルミネセントデバイスによって作り出された分光分布８０が標準Ｄ６５昼光光源に係る分光分布８２と一致していることを、パワー分布８２を基準として使用してパワー分布８０に関する演色評価数を計算することによって説明することができる。分光分布８０の場合、ＣＲＩ値は、標準分光分布８２に関連して９７である。
【００２４】
この例で説明したように、面照明エレクトロルミネセントデバイスは、８０以上の演色評価数で標準昼光光源の分光分布と比較的一致する分光分布を提供する。ＣＲＩを計算するために、参照スペクトルを用意することが必要であることに留意してください。単に、最も近い相関色温度を有する昼光もしくは黒体光源として参照を選択することによって、評価している間に参照を決定することができる。
【００２５】
少なくとも８０のＣＲＩおよび一貫して８０よりも大きなＲi値を達成するためには、面照明エレクトロルミネセントデバイスは、４６０〜６７０ｎｍの範囲内で、異なるコア／シェル量子ドット発光体の平均ＦＷＨＭ帯域幅４４以下の波長値だけ異なるピーク波長を伴う分光分布を有する光を放射する異なるコア／シェル量子ドット発光体を備える。この基準に加えて、発光体は、４６０ｎｍよりも小さいピーク波長を有する３種の分光分布、および６７０ｎｍよりも大きなピーク波長を有する２種の分光分布を提供する３種の追加のコア／シェル量子ドット発光体を備える。
【００２６】
同じピーク波長を有するコア／シェル量子ドット発光体の同じグループを適用することによって、ＣＩＥによって提供される標準昼光光源のいずれに対してもよく一致する分光分布を有する面照明エレクトロルミネセントデバイスを作り出すことができる。これを実現するためには、その分光分布のそれぞれの振幅を調整することのみが必要である。たとえば、発光層１０の中の異なるコア／シェル量子ドット発光体の相対的濃度を調整することによって、本発明のデバイス中でこれを実現することができる。表１は、ある典型的な相関色温度についてＣＩＥ昼光分光分布を達成することができるＣＲＩ値を示す。表１に示すように、本発明のデバイスの場合、９４と９７との間ですべて８０よりも大きい分光分布を達成することができる。図１１に示すスペクトル反射率関数がＣＲＩ値の計算に関して適しているスペクトル反射率関数に加えられた場合でさえも、最小Ｒi値が９０よりも大きいことに留意してください。さらに、この例では、ＲＭＳＥ値が全て２．５×１０-4よりも小さい。
【００２７】
【表１】
2010529597.tif 000003
【００２８】
表１は、４６０〜６７０ｎｍの範囲内におけるそれらのＦＷＨＭ帯域幅に等しい距離でコア／シェル量子ドット発光体の分光分布を重ねることによって作り出した、本発明のデバイスのスペクトルがよく一致していることを説明する。コア／シェル量子ドット発光体の分光分布をよりわずかに重ねた場合、良好な性能を達成することができる。たとえば、表２は、４６０ｎｍと６７０ｎｍとの範囲内で、コア／シェル量子ドット発光体の分光分布が平均帯域幅の１．１倍だけ重なる場合に達成することができる結果を示す。特に、コア／シェル量子ドット発光体は、３０ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅を有し、と３７０、４０１、４２２、４５５、４８８、５１１、５４４、５７７、６１０、６４３、６７６、７０５、７４０ｎｍのピーク波長が適用された。表２に示すように、図１１に示すスペクトル反射率関数がＣＲＩ値の計算に適したスペクトル反射率関数に加えられる場合でさえも、ＣＲＩ値および最小特殊演色評価数の両方が８０よりも大きい。さらに、３．５×１０-4よりも小さいＲＭＳＥ値を達成する。
【００２９】
【表２】
2010529597.tif 000004
【００３０】
それぞれの標準昼光分光分布は、４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間でなめらかに変わる。異なる比較的狭い分光分布（すなわち、狭いＦＷＨＭ帯域幅を有する分光分布）の光を結合させることより、８０よりも大きなＣＲＩとなめらかに変わるスペクトルを達成するためには、異なる比較的狭い分光分布の間で、かなりの程度重なること、当該技術分野で以前認識されていなかった事実が必要である。４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間の分光分布間の重なりをより小さくすることによって重なることの影響を説明することができる。より小さな重なりを達成するために、この範囲で分光分布５０〜７４のうちの１つを除くことができ、４６０〜６７０ｎｍの範囲内でピーク波長４２の間により大きな間隔を備えることができる。この例では、３７０、４０１、４３２、４６０、４９５、５３０、５６５、６００、６４０、６７０、７０５、７４０ｎｍのピーク波長を有する分光分布が適用された。４６０〜６７０ｎｍの範囲内のこれらの発光体のピーク波長を、３０ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅の１．１倍よりも大きい３５ｎｍだけ分離することに留意してください。以前の例のように、前の２つの表で示された同じ相関色温度について達成することができる最大演色評価数を表３に示す。それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体について分光分布の重なりが減少する場合、ＣＲＩ値は、高い９０台の中の値から６８と８３との間の値へ減少し、拡張されたパッチセットについての最小Ｒi値は５８と７３との間の範囲にわたることに留意してください。さらに、ＲＭＳＥ値が３．４×１０-4もしくはそれよりも大きくなる。この例が説明したように、高いＣＲＩおよび一貫したＲｉを達成するためには、異なるコア／シェル量子ドット発光体からの放射について分光分布がかなり重なっていることが重要である。目標分光分布がなめらかに変わる波長範囲にわたって、異なるコア／シェル量子ドット発光体のピーク波長を平均ＦＷＨＭ帯域幅以上、分離させないことによって、この重なりの必要性を達成することができる。
【００３１】
【表３】
2010529597.tif 000005
【００３２】
また、目標分光分布の波長範囲内の異なるコア／シェル量子ドット発光体の分光分布を重ねるというこの原理を適用することによって、従来の白熱電球もしくは従来の黒体発光体のいずれかの分光分布とよく一致した分光分布を有する面照明エレクトロルミネセントデバイスを提供することができる。図６は従来の白熱電球の分光分布９０を示す。標準黒体放射体に形状が非常に似ているこの目的分光分布は、４６０〜６７０ｎｍの範囲にわたるのみならず可視域全体にわたってなめらかに変化することに留意してください。数多くの異なるコア／シェル量子ドット発光体を含む発光層１０を備えることによって、そのような分光分布を達成することができる。ここで、個々の異なるコア／シェル量子ドット発光体の分光分布は、ピーク波長が、異なるコア／シェル量子ドット発光体の平均ＦＷＨＭ帯域幅以下の波長値だけ異なるように重なる。たとえば、３０ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅の異なるコア／シェル量子ドット発光体を使用する本発明の面照明エレクトロルミネセントデバイスは、３６０、３９０、４２０、４５０、４８０、５１０、５４０、５７０、６００、６３０、６５０、６８０、７２０および７５０ｎｍのピーク波長を有する発光体を採用することができる。適した割合でこれらのスペクトル位置の発光体を採用することによって、分光分布９２が得られる。元のタングステン発光体と比較した場合、そのようなデバイスは、８０をかなり越えた８７のＣＲＩを有するであろう。すなわち、拡張されたパッチセットに関して８０を越える８１の最小Ｒi値を有するであろう。そして、タングステン光源と同じ相関色温度を有する黒体光源の分光分布と比較した場合、１．５×１０-4のＲＭＳＥを有するであろう。したがって、これらの基準に基づいて、結果として得られたデバイスは、タングステン球の照明とほぼ同じにするための高品質の照明デバイスを備えるであろう。同様に、標準黒体発光体と一致させるために異なるコア／シェル量子ドット発光体の同様のグループを使用することにより、平均ＦＷＨＭ帯域幅以下の波長値だけ異なるピーク波長を採用することによって、同様の一致性を獲得することができる。
【００３３】
それぞれの前の例では、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体が備えるＦＷＨＭ帯域幅は、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体について同じであったことに留意すべきである。しかし、これは本発明の必要条件ではない。その代わり、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体が異なるＦＷＨＭ帯域幅を有することも可能である。ピーク波長の分離は平均ＦＷＨＭ帯域幅以上にすべきである。ＦＷＨＭ帯域幅が全て同じである場合、全てのＦＷＨＭ帯域幅は、当然、平均ＦＷＨＭ帯域幅に等しい。しかし、ＦＷＨＭ帯域幅が全て同じであるということではない場合、平均ＦＷＨＭ帯域幅は、いずれかのコア／シェル量子ドット発光体のＦＷＨＭ帯域幅と、最も近いピーク波長周波数を有するそれに隣接するものの一方もしくは両方のＦＷＨＭ帯域幅とから計算される。また、面照明エレクトロルミネセントデバイス内の異なるコア／シェル量子ドット発光体の全てのＦＷＨＭ帯域幅から平均ＦＷＨＭ帯域幅を計算する。
【００３４】
この開示の中の例は、複数の、主として５種を越える、さらに１０種を越える異なるコア／シェル量子ドット発光体を採用したことに留意すべきである。第１の電極層と第２の電極層でこれらの発光体の全てをコーティングすることができ、そしてこれは、最も費用のかからない上記デバイスを作製する方法であり得るが、このコーティング法は必須ではない。いずれの発光素子も共通してアドレス指定されることのみが必要である。そのような代替の態様の１つを図７に示す。この図に示すように、本発明の面照明デバイス１０２は２つの発光素子１０４，１０６から構成される。第１のタイプの発光素子１０４を形成するために、一組の電極の間に第１の発光層を堆積することができる。同様に、第２のタイプの発光素子１０６を形成するために、一組の電極の間に第２の発光層を堆積することができる。これらの２つの発光素子の発光層は、本発明を容易にするのに必要な異なるコア／シェル量子ドット発光体のサブセットをそれぞれ備える。しかし、これらの２つの発光素子１０４，１０６は共通してアドレス指定される。すなわち、共通の駆動信号を使用して２つの発光素子１０４，１０６を同時に駆動するために、コントローラー１０８から制御電線１１０にわたって単一の制御信号を供給することができる。
【００３５】
図９に、本発明の発光素子を形成する際に有用な無機発光ダイオード２０２を示す。
この図に示すように、発光ダイオード２０２は、量子ドット無機発光層２１０を組み込む。基板２０４は、堆積された半導体層および金属層を支持する。基板２０４は、堆積プロセスが可能な程に十分堅くすべきことが好ましく、その結果、それは、熱アニールプロセス（２８５℃までの最大温度）に耐えることができる。基板２０４は、透明でも不透明でもあり得る。可能な基板材料は、ガラス、シリコン、金属ホイルおよびいくつかのプラスチックである。次の堆積材料はアノード２０８である。基板２０４がｐ型Ｓｉの場合、アノード２０８は、基板２０４の底面上に堆積される。ｐ−Ｓｉについて好適なアノード金属はＡｌである。熱蒸着もしくはスパッタリングによってそれを堆積することができる。その堆積に引き続いて、４３０℃までの温度でそれを２０分間アニールすることが好ましい。上で挙げられた他の基板タイプの全てについて、アノード２０８は、基板２０４の上面上に堆積され、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明伝導体から構成される。スパッタリングもしくは、当該技術分野でよく知られた他の処置によって、ＩＴＯを堆積することができる。ＩＴＯは、その透明度を改善するために、一般に、３００℃までの温度で１時間アニールされる。ＩＴＯなどの透明伝導体のシート抵抗は、金属のシート抵抗に比べて非常に大きいので、接触パッドから実際のデバイスまでの電圧降下を低減させるために、熱蒸着もしくはスパッタリングを使用してシャドーマスクを通してバス（ｂｕｓ）金属２１４を選択的に堆積することができる。無機発光層２１０を次に堆積する。透明伝導体（もしくはＳｉ基板）の上にそれを滴下もしくはスピンキャストすることができる。また、コロイド状の量子ドット−無機ナノ粒子混合物をインクジェット印刷することなどの他の堆積技術も可能である。その堆積に引き続いて、２７０℃の好ましい温度で無機発光層２１０を５０分間アニールする。最後に、無機発光層２１０の上にカソード２１２の金属を堆積する。カソード２１２金属の候補は、無機ナノ粒子を含む材料とオーム接触を形成するものである。たとえば、量子ドットがＺｎＳ無機ナノ粒子から形成される場合、好ましい金属はＡｌである。熱蒸着もしくはスパッタリングによりそれを堆積することができ、２８５℃、１０分間の熱アニールが後に続く。また、当業者は、カソード２１２を基板２０４上に堆積させ、アノード２０８を無機発光層２１０上に形成するように、その層の構成を逆にすることができることを推測することができる。この構成では、基板２０４がＳｉから形成される場合、基板２０４はｎ型Ｓｉである。
【００３６】
図９に示されていないが、無機発光層２１０を囲むようにｐ型輸送層およびｎ型輸送層をデバイスに加えることができる。当該技術分野で周知なように、ＬＥＤ構造はドープされたｎ型およびｐ型の輸送層を一般に含む。それらは、少し異なる目的を果たす。半導体がドープされている場合、半導体に対するオーム接触の形成がより簡単になる。発光体層は一般に真性半導体か、もしくは少しばかりドープされているので、ドープされた輸送層に対してオーム接触を作りことが非常に簡単になる。表面プラズモン効果の結果として、発光体層に近接して金属層を有することにより、発光体効率の損失が生じる。その結果として、十分な厚み（少なくとも１５０ｎｍ）の輸送層によって金属接触から発光体層への間隔をあけることは有利である。最後に、輸送層は、発光体層に電子および正孔を注入するのみならず、材料をより適切に選択することによって、発光体層から逆戻りして出てくるキャリアの漏れを防止することができる。たとえば、発光層２１０の無機量子ドットがＺｎＳ0.5Ｓｅ0.5からなり、輸送層がＺｎＳから構成される場合、その場合、電子および正孔は、ＺｎＳのポテンシャル障壁によって発光体層に閉じ込められるだろう。ｐ型輸送層のために好適な材料には、ＩＩ−ＶＩ族半導体およびＩＩＩ−Ｖ族半導体がある。典型的なＩＩ−ＶＩ族半導体は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳもしくはＺｎＴｅである。ＺｎＴｅのみが生来のｐ型であり、一方、ＺｎＳｅおよびＺｎＳはｎ型である。十分に高いｐ型伝導性を得るために、３つの材料の全てに追加のｐ型ドーパントを添加すべきである。ＩＩ−ＶＩ族ｐ型輸送層の場合、可能なドーパント候補はリチウムおよび窒素である。たとえば、文献では、ということが示されている。０．４Ω−ｃｍしかない抵抗率を有するｐ型ＺｎＳｅを作り出すために３５０℃までの温度でＬｉ3ＮをＺｎＳｅ中に拡散することができる。
【００３７】
ｎ型輸送層のために好適な材料には、ＩＩ−ＶＩ族半導体およびＩＩＩ−Ｖ族半導体がある。典型的なＩＩ−ＶＩ族半導体は、ＺｎＳｅもしくはＺｎＳである。ｐ型輸送層の場合は、十分に高いｎ型伝導性を得るために、ｎ型ドーパントを半導体に添加すべきである。ＩＩ−ＶＩ族ｎ型輸送層の場合、可能なドーパント候補は、Ａｌ，ＩｎもしくはＧａのＩＩＩ族タイプのドーパントである。当該技術分野でよく知られているように、イオン注入（アニールが後に続く）もしくは拡散プロセスのどちらかで、これらのドーパントをその層に添加することができる。よい好ましい経路は、ナノ粒子の化学合成の間に、その場でそのドーパントを添加することである。ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ）／ＴＯＰＯ配位溶媒で形成されたＺｎＳｅ粒子の例に取ると、Ｚｎ源はヘキサン中のジエチル亜鉛であり、Ｓｅ源はＴＯＰ（ＴＯＰＳｅを形成する）中に溶解しているＳｅ粉である。ＺｎＳｅにＡｌをドープする場合、その場合は、ヘキサン中で配位する割合のトリメチルアルミニウム（ジエチル亜鉛の濃度と比較して数パーセント）を、ＴＯＰＳｅおよびジエチル亜鉛が入っている注入器に加えるであろう。化学浴堆積法により薄膜を成長させる場合、これらのような、その場でドープするプロセスは成功裡に明示される。その構造に加えられたｐ型輸送層もしくはｎ型輸送層のみを有するダイオードもまた作動することに留意すべきである。また、当業者は、カソード２１２を基板２０４上に堆積させ、アノード２０８をｐ型輸送層上に形成するように、その層の構成を逆にすることができることを推測することができる。Ｓｉが支持する場合、基板２０４はｎ型Ｓｉである。
【００３８】
好ましくは、無機発光層２１０は複数の発光コアからなり、それぞれのコアは、正孔および電子の再結合に応答して光を放射する半導体材料を有し、それぞれの上記発光コアは第１のバンドギャップを決定する。そして、コア／シェル量子ドットを形成するために、複数の半導体シェルが発光コアの周りにそれぞれ形成され、それぞれの上記半導体シェルは、第１のバンドギャップよりも広い第２のバンドギャップを有する。そして、半導体マトリックスは、半導体マトリックスを通る伝導路を備えるために半導体シェルと接続され、正孔および電子の再結合を可能にするように、それぞれの上記半導体シェルおよびそれに対応する発光コアと接続される。
【００３９】
２つの電極のうちの少なくとも１つ（すなわち、アノード２０８もしくはカソード２１２）を、ＩＴＯもしくはＩＺＯなどの透明もしくは半透明の材料で一般に形成する。対向する電極は、アルミニウムもしくは銀などの高反射材料で形成することが多いが、また透明でもよい。典型的な態様では、アノードが透明で、カソードが反射するが、反対の構造もまた実行可能である。上記のように、無機半導体材料から正孔および電子の輸送材料を形成することができ、そして、代わりに、有機半導体材料から形成してもよい。また、電極のうちの１つの近くで反対に荷電した粒子と再結合するために、電子もしくは正孔が発光層を通って伝わるのを防止するための、電極または電子もしくは正孔のブロッキング層からの電子および正孔の注入など、他の機能を向上させるために追加の層をその構造の中に配置することができる。図６に関連してちょうど記載されたように、無機発光ダイオードは、本発明の面照明エレクトロルミネセントデバイスの中に１つもしくは２つ以上の発光素子を備えることができる。
【００４０】
本明細書では、発光素子は、一対の電極片を分け、光を放射する任意のエレクトロルミネセント素子と定義される。発光素子は、単一の発光層の中にコア／シェル量子ドット発光体の混合物を含むことができ、発光素子は、複数の発光層を含むことができ、それぞれ１種もしくは２種以上の異なるコア／シェル量子ドット発光体を含み、これらの電極は一般にアドレス指定される場合、発光素子は、分割された一対の電極の間に形成される、異なるコア／シェル量子ドット発光体を有する個別の発光層から構成される。
【００４１】
面照明エレクトロルミネセントデバイスの作製方法は、図８に示すステップを含む。まず最初に、基板の上に第１の電極層を形成する（１２０）。次に、ピークおよびＦＷＨＭ帯域幅を含む分光分布を有する光を放射する多くの異なるコア／シェル量子ドット発光体を形成する（１２２）。ここで、異なるコア／シェル量子ドット発光体の少なくとも１つのサブセットによって生じた光の分光分布のピーク波長は、４６０ｎｍと６７０ｎｍとの間の範囲内の異なるコア／シェル量子ドット発光体の平均ＦＷＨＭ帯域幅以下の波長値異なる。同時係属しており、参照することによって、この結果そっくりそのまま含まれることになるＫａｈｅｎによる米国出願公開第２００７／００５７２６３号明細書で、それぞれのサイズのコア／シェル量子ドット発光体を形成するためのプロセスの１つを検討している。このプロセスを使うと、コア／シェル量子ドット発光体を形成するのに使用される反応のパラメーター（たとえば、時間、温度または濃度）を変更することにより異なるサイズのコア／シェル量子ドット発光体が形成される。混合したとき所望の分光分布を有するデバイスを形成する、それぞれの異なるコア／シェル量子ドット発光体の正確な割合を決定する（１２４）。異なるコア／シェル量子ドット発光体をそれぞれ加えることで正確な色を得ることを確実にするため、ホトルミネセンスを使用してこの出力スペクトルをチェックすることができることに留意してください。その後、それぞれのサイズ分布のコア／シェル量子ドット発光体を含む混合物を形成するために、結果として得られたコア／シェル量子ドット発光体を広く知られた材料に入れて混合することによって、正確な割合の異なるコア／シェル量子ドット発光体を含む混合物を形成する（１２６）。追加の伝導性無機粒子と一緒の２つの分布もしくはサイズの量子ドットの混合物を形成する任意選択的な作業（１２８）を実施してもよい。いくつかの態様では、半導体マトリックスを形成し、正孔および電子の量子ドットへの流れを促進するとき、これらの追加の伝導性無機粒子は有用であり得る。その後、第１の発光層の上に混合物をコーティングすることによって、第１の電極層の少なくとも一部分の上に第１の発光層を形成する（１３０）。導電率を改善するために、この層を乾燥し、焼成することができる。その後、第１および第２の発光層の上に第２の電極層を形成する（１３２）。
【００４２】
本発明による面照明エレクトロルミネセントデバイスを作製する方法は、他の任意選択的なステップを含む。たとえば、多数の異なる種類のコア／シェル量子ドット発光体の固定した割合の異なるサブセットを有する、第１の電極層の少なくとも一部分の上の第２の発光層。この例では、図７に描いたように、第１のタイプの発光素子１０４を作り出すために、第１の電極層の一部の上に第１の発光層を形成することができ、第２の発光素子１０６を作り出すために、第１の電極層の別々の部分の上に第２のタイプの発光層を形成することができる。そのようなデバイスでは、所望の色の光を得るために発光素子に供給される電圧または電流を調整するため、第１および第２の電極層とコントローラー１０８を接続する必要があり得る。第１の電極層の少なくとも第１の部分の上に発光層を形成するこのプロセスは、異なるコロイド状のコア／シェル量子ドットの混合物を形成することをさらに含み、その後、第２の発光層の堆積のための追加の電気的伝導性粒子を第１の発光層の中に形成した。
【００４３】
別の任意選択的なステップは、発光層のそれぞれの領域内に少なくとも１つの共通の無機電荷輸送層をコーティングすることを含むことができる。そのようなデバイスを製造することには、エレクトロルミネセント材料をコーティングする前に、少なくとも１つの共通の無機電荷輸送層を、第１の電極層の上にコーティングすること、および第２の電極層を形成する前に、少なくとも第２の共通の無機輸送層を、発光層１０の上に形成することが含まれることが多い。本発明のデバイスからの光の放射を減少させる可能性のある表面プラズモンの生成を防止しながら、電極から発光層への電子および正孔の流れを促進する点で、そのような電荷輸送層は有用となり得る。
【００４４】
本発明の好ましい態様を特に参照して本発明を詳細に記載してきたが、本発明の精神および範囲の中であれば、変形例および変更例にも効力が及ぶことを理解するであろう。
【符号の説明】
【００４５】
２    デバイス
４    基板
６    発光素子
８    第１の電極層
１０    発光層
１２    第２の電極層
２２    コア／シェル量子ドット発光体
２４    コア／シェル量子ドット発光体
２６    コア／シェル量子ドット発光体
２８    コア／シェル量子ドット発光体
３０    伝導性粒子
４０    分光分布
４２    ピーク波長
４４    ＦＷＨＭ帯域幅
５０    分光分布
５２    分光分布
５４    分光分布
５６    分光分布
５８    分光分布
６０    分光分布
６２    分光分布
６４    分光分布
６６    分光分布
６８    分光分布
７０    分光分布
７２    分光分布
７４    分光分布
８０    デバイスの分光分布
８２    標準昼光光源の分光分布
９０    白熱電球の分光分布
９２    分光分布
１０２    面照明デバイス
１０４    第１のタイプの発光素子
１０６    第２のタイプの発光素子
１０８    コントローラー
１１０    制御電線
１２０    第１の電極層を形成するステップ
１２２    コア／シェル量子ドット発光体を形成するステップ
１２４    正確な割合を決定するステップ
１２６    混合物を形成するステップ
１２８    任意選択的に伝導性粒子で混合物を形成するステップ
１３０    第１の発光層を形成するステップ
１３２    第２の電極層を形成するステップ
１５２    照明装置の分光分布
１５４    黒体分光分布
１６０    スペクトル反射率関数
１６２    スペクトル反射率関数
１６４    スペクトル反射率関数
２０２    無機発光ダイオード
２０４    基板
２０８    アノード
２１０    発光層
２１２    カソード
２１４    バス金属
【図１】
2010529597.tif 000006
【図２】
2010529597.tif 000007
【図３】
2010529597.tif 000008
【図４】
2010529597.tif 000009
【図５】
2010529597.tif 000010
【図６】
2010529597.tif 000011
【図７】
2010529597.tif 000012
【図８】
2010529597.tif 000013
【図９】
2010529597.tif 000014
【図１０】
2010529597.tif 000015
【図１１】
2010529597.tif 000016
【国際調査報告】
2010529597.tif 000017
2010529597.tif 000018
2010529597.tif 000019