JP2021529429A - 発光ダイオード及びその作製方法、表示装置 - Google Patents
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Abstract
本開示は、発光ダイオード及びその作製方法、及び表示装置を提供し、この発光ダイオードは、アノード、発光層、電子輸送層、カソード、電子輸送層とカソードとの間に位置する金属遷移層を含み、前記カソードは、透明導電性酸化物材料を含み、前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある。
Description
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年７月２日に中国で出願された中国特許出願第２０１８１０７０６６７８．Ｘ号の優先権を主張し、その内容の全ては、参照により本願に組み込まれる。
本願は、２０１８年７月２日に中国で出願された中国特許出願第２０１８１０７０６６７８．Ｘ号の優先権を主張し、その内容の全ては、参照により本願に組み込まれる。
本開示は、表示技術の分野に関し、特に、発光ダイオード及びその作製方法、この発光ダイオードを含む表示装置に関する。
今の社会生活では、人々は表示装置に対する要求もますます高まっている。アクティブマトリックス有機発光ダイオード（Ａｃｔｉｖｅ−ｍａｔｒｉｘ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＡＭＯＬＥＤと略す）による表示技術は、次世代新型表示技術と呼ばれているが、使用寿命の制限等の理由から、現在、ＡＭＯＬＥＤは、主にマスク蒸着の方法で作製されている。しかしながら、この作製方法は、技術的難易度が高く、量産化が困難で、製品の歩留まりが低く、商品価格が高い等の問題に直面している。
一形態において、本開示の実施例は、アノード、発光層、電子輸送層、カソード、及び、電子輸送層とカソードとの間に位置する金属遷移層を含み、前記カソードは、透明導電性酸化物材料を含み、前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある発光ダイオードを提供する。
好ましくは、前記金属遷移層は、カソードに接触しており、且つ前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さＲｍｓは、１．０ｎｍよりも大きく、前記粗さＲｍｓは、ＡＦＭ図において測定され、計算された二乗平均平方根で表される粗さである。
好ましくは、前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さＲｍｓは、１．０ｎｍ〜５．０ｎｍである。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つの金属からなる。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｌ又はＳｎ−Ａｇ合金からなる。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなる。
好ましくは、混合材料中の前記金属スズのモル比含有量は、５０％以上である。
好ましくは、前記金属遷移層の厚さは、０．５ナノメートル〜１５ナノメートルである。
好ましくは、前記金属遷移層のカソードに接触している表面は、不連続な島状形態を有し、且つその島状形態の突出高さが１０ｎｍ以下である。
別の形態において、本開示は、上記の何れか一項に記載の発光ダイオードを含む表示装置を提供する。
さらに別の形態において、本開示は、
アノード、発光層及び電子輸送層を作製するステップと、
金属遷移層を作製するステップと、
透明導電性酸化物を含む材料からなるカソードを作製するステップと
を含む、発光ダイオードを作製する方法であって、
前記金属遷移層は、電子輸送層とカソードとの間に位置し、且つ前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある、発光ダイオードを作製する方法を提供する。
アノード、発光層及び電子輸送層を作製するステップと、
金属遷移層を作製するステップと、
透明導電性酸化物を含む材料からなるカソードを作製するステップと
を含む、発光ダイオードを作製する方法であって、
前記金属遷移層は、電子輸送層とカソードとの間に位置し、且つ前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある、発光ダイオードを作製する方法を提供する。
好ましくは、前記金属遷移層は、カソードに接触しており、且つ前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さＲｍｓは、１．０ｎｍよりも大きく、前記粗さＲｍｓは、ＡＦＭ図において測定され、計算された二乗平均平方根で表される粗さである。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つの金属からなる。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなる。
好ましくは、前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、スパッタリングプロセス、熱分解プロセス又は原子層堆積プロセスによって、前記電子輸送層上に金属遷移層を堆積することを含む。
好ましくは、前記金属遷移層の堆積速度は、０．５〜３Å／秒であり、前記堆積速度は、単位時間内に堆積によって形成された層の厚さで表される。
好ましくは、前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなり、且つ前記方法は、堆積されたスズを酸素プラズマ処理して、スズとスズの酸化物とからなる前記金属遷移層を製造するステップを更に含む。
好ましくは、前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、ＳｎＨ４付加物を熱分解することで金属Ｓｎを堆積して、前記電子輸送層上に金属遷移層を堆積することを含む。
本開示の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするためには、以下、本開示の実施例の図面を参照しながら、本開示の実施例の技術案を明確且つ完全に説明する。明らかなことに、説明される実施例は本開示の実施例の一部であり、すべての実施例ではない。説明される本開示の実施例に基づいて、当業者によって得られた他の実施例は、全て本開示の保護範囲に含まれるものとする。
本開示に記載の「金属遷移層」とは、金属材料を含む遷移層を指す。例えば、金属遷移層は、金属材料から構成されてもよいし、金属と金属酸化物とを含む材料から構成されてもよい。好ましくは、前記金属遷移層は、例えば５０％以上の金属材料を主に含む遷移層を指す。
溶液法で作られたトップエミッション方式の発光ダイオードでは、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ、ＥＴＬと略す）は、酸化亜鉛や酸化マグネシウム亜鉛等の高屈折率をもつ金属酸化物ナノ粒子で製造されることが一般的である。この発光ダイオードは、薄い金属半透明カソード（Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃａｔｈｏｄｅ）を使用すると、不十分な光透過率や深刻な界面全反射等の問題に直面することになる。この発光ダイオードは、完全透明材料（例えばＩＴＯやＩＺＯ等）を用いてカソードを作製すると、このような材料は、高い仕事関数（ＩＴＯは４．７ｅＶ、ＩＺＯは５．１ｅＶ）を有しているため、キャリア注入は困難になる。従って、如何にカソードのキャリア注入を容易にするかは、関連技術において緊急に解決されるべき問題である。
本開示の実施例によれば、アノード、発光層、電子輸送層、カソード、及び、電子輸送層とカソードとの間に位置する金属遷移層を含み、前記カソードは、透明導電性酸化物材料を含み、前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある発光ダイオードを提供する。
本開示の実施例は、次のような有益な技術的効果をもたらす。本開示の実施例に係る発光ダイオードにおいて、電子輸送層とカソードとの間に適切な金属遷移層を設けることで、即ち、金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にあるようにすることで、カソードのキャリア注入をより容易にすることができる。その結果、発光ダイオードに印加される動作電圧を下げることができ、ひいては、発光ダイオードの使用寿命を延ばすことができる。
本開示の好ましい実施例において、前記発光ダイオードは量子ドット発光ダイオードであり、前記発光層は量子ドット発光層である。
図１は、本開示の好ましい実施例に係る発光ダイオードの構造模式図である。この発光ダイオード１０は、順次に設けられたアノード（Ａｎｏｄｅ）１１、量子ドット発光層１２、電子輸送層（ＥＴＬ）１３、金属遷移層（Ｍｅｔａｌ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）１４、及び、カソード（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃａｔｈｏｄｅ）１５を含む。前記カソード１５は、透明導電性酸化物を含む材料からなる。前記金属遷移層１４は、仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料からなる。例えば、前記金属遷移層の材料は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つであってもよく、又は、スズとスズの酸化物との混合材料であってもよい。上記材料を用いて前記遷移層を作ることによって、透明導電性酸化物層（即ちカソード）と電子輸送層との間の仕事関数の差異を調節することができるだけでなく、前記カソードのキャリア注入の有効面積を増やすこともできるため、カソードのキャリア注入をより容易にすることができる。
好ましい実施例では、ＩＴＯ又はＩＺＯのような透明導電性酸化物材料を用いて発光ダイオードのカソードを作製した場合、このような材料は、高い仕事関数（例えば、ＩＴＯは４．７ｅＶ、ＩＺＯは５．１ｅＶ）を有しているため、電子輸送層とカソードとの間に金属遷移層が作製されて、仕事関数を調節する役割を果たすことが可能である。その結果、キャリア注入の難易度を下げることができる。なお、本開示の好ましい実施例に係る発光ダイオードにおいて、上記材料からなる金属遷移層は、そのカソードに接触している表面が高い表面粗さを有する。前記表面粗さは、ＡＦＭ図において測定され、計算された二乗平均平方根で表される粗さであり、本開示における粗さは、特に明記しない限り、この方法に従って測定及び計算された粗さを指す。好ましくは、上記材料からなる金属遷移層の表面は、不連続な島状形態を有し、より好ましくは、この島状形態の突出高さは、１０ｎｍ以下であり、このような形態特徴は、カソードのキャリア注入の有効面積を増やし、キャリア注入をより容易にしている。図７は、金属遷移層の電子輸送層に接触している表面に垂直な方向に沿って切断した断面図である。図７に示すように、基準線ｓ１を選択する基準としては、金属遷移層外へ突出する各突出部の面積の合計と、金属層内へ凹む各凹み部の面積の合計とが等しくなることである。この基準線ｓ１と、金属遷移層の電子輸送層に接触している表面との間の距離は、金属遷移層の厚さｈ１であり、各突出部における外へ突出する最高点と基準線ｓ１との距離は、突出部の突出高さｈ２であり、各凹み部における内へ凹む最低点と基準線ｓ１との距離は、凹み部の凹み高さｈ３である。全ての突出部の高さｈ２と全ての凹み部の深さｈ３の二乗平均平方根を計算すれば、本開示の表面粗さＲｍｓが得られる。
具体的に、類似な仕事関数をもつ金属アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）を用いてＱＬＥＤデバイスの金属遷移層を製作した。例えば、真空堆積システムにおいて、スパッタリング法又は蒸着法によって、０．５〜３Å／秒で電子輸送層上に厚さ５〜１０ｎｍの金属遷移層を堆積する。アルミニウム、インジウム、スズの仕事関数は、それぞれ４．３ｅＶ、４．１ｅＶ及び４．４ｅＶである。原子力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭと略す）を用いてこれら３つの金属のそれぞれからなる金属遷移層を観察したところ、以下のことが確認された。詳しくは、図２（Ａｌ）、図３（Ｉｎ）及び図４（Ｓｎ）を参照されたい。即ち、３つの金属の何れでも、不連続な島状形態をもつ粗い表面を形成可能であり、且つ、堆積によって形成された金属遷移層の表面の粗さは、アルミニウム、インジウム、スズの順で逓増しており（それぞれ１．３ｎｍ、１．６ｎｍ及び２．７ｎｍである）、つまり、スズからなる金属遷移層の表面は、不連続な柱状形態及び高い粗さを有し、特に金属Ｓｎからなる金属遷移層の表面は、最も粗くなっている。この結果は、図５〜図６からも裏付けられることができる。図５及び図６は、真空堆積システムにおいて、スパッタリング法又は蒸着法によって、０．５〜３Å／秒で素ガラス上に厚さ５〜１０ｎｍの金属層を堆積したものであり、即ち、図５〜図６は、図２〜図４に比べて、堆積された基板のみが異なり、他の堆積プロセスが全く同じである。図５〜図６から分かるように、金属Ｉｎ及びＳｎの何れでも、不連続な島状形態をもつ粗い表面を形成可能であり、その粗さは、それぞれ４．０ｎｍ及び５．０ｎｍである。本開示で形成された金属遷移層は、このような形態特徴を有することによって、カソードのキャリア注入の有効面積を増やし、キャリア注入をより容易にしている。
さらには、他の膜層の材料、構造及び厚さが全く同じであるという条件下で、金属アルミニウム、インジウム及びスズからなる金属遷移層を有する図９に示す発光ダイオードＱＬＥＤ−１、ＱＬＥＤ−２及びＱＬＥＤ−３、及び、金属遷移層を有しない発光ダイオードＱＬＥＤ−０をそれぞれ作製した。金属遷移層は、本開示の熱分解法を用いて堆積されたものであり、その堆積速度は２Å／秒であった。本開示の前記発光ダイオードの構成の１つとしては、カラスベース／ＩＴＯ（２００ｎｍ）／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（１０ｎｍ）／ＴＦＢ（２０ｎｍ）／ＴＣＴＡ（１０ｎｍ）／ＺｎＯ（２００ｎｍ）／Ｓｎ（１０ｎｍ）／ＩＺＯ（２００ｎｍ）といった構成が挙げられ、他のデバイスは、金属遷移層の構成材料のみが異なり、ＱＬＥＤ−０には、金属遷移層がない。ＱＬＥＤ−１、ＱＬＥＤ−２、ＱＬＥＤ−３及びＱＬＥＤ−０にそれぞれ通電して、これら４つのデバイスの輝度及び電流を測定して電流効率を計算した。図８に示すように、ＱＬＥＤ−１、ＱＬＥＤ−２、ＱＬＥＤ−３及びＱＬＥＤ−０の輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）−電流効率（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）のグラフが得られた。図８から分かるように、ＱＬＥＤ−１、ＱＬＥＤ−２、ＱＬＥＤ−３の何れも、ＱＬＥＤ−０に比べて、発光効率が改善されており、特にＱＬＥＤ−３の電流効率が顕著に改善された。この性能試験の結果は、ＱＬＥＤ−１、ＱＬＥＤ−２及びＱＬＥＤ−３の金属遷移層の粗さが順次に逓増するといった図２〜図４で観察された表面粗さの結果に一致している。従って、堆積によって形成された金属遷移層の粗さと、ＱＬＥＤデバイスの電流効率とは、正の相関をもつ。
上記材料で作製された金属遷移層の粗い表面は、不連続な島状形態を有し、且つこの島状形態は、金属遷移層表面からの高さｈ２が３ナノメートル、４ナノメートル、５ナノメートル、８ナノメートル以下であるか、ひいては１０ナノメートル以下となる突出体を有する。この突出体の高さは、作製された金属遷移層の厚さに依存する。この不連続な島状形態は、出光にプラスの影響をもたらし、光線が鏡面反射され難くする。しかも、光線の出射角度が異なり、これらの光線によって光の干渉も形成可能であり、その結果、透過光の強度が高められて、出光にプラスの影響をもたらす。
本開示の好ましい実施例に係る発光ダイオードにおいて、仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料を用いて金属遷移層を作製する。好ましくは、前記金属遷移層を作製する材料は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つであるか、又は、スズとスズの酸化物との混合材料である。より好ましくは、前記金属遷移層を作製する材料は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｓｎ−Ａｌ又はＳｎ−Ａｇ合金、及び、金属スズとスズの酸化物である。これらの材料からなる金属遷移層によれば、電子輸送層とカソードとの間の仕事関数の差異を調節することができる。しかも、合金材料、又は、スズとスズの酸化物とからなる材料で金属遷移層を構成した場合、各金属の間の比率、又は、スズとスズ酸化物との間の比率を調整することで、電子輸送層とカソードとの間の仕事関数の差異を更に調節することもできる。従って、本開示の金属遷移層は、ＱＬＥＤデバイスの効率を改善している。好ましくは、前記合金材料は、スズと、銀、アルミニウムやインジウムなどの他の金属の少なくとも１つである。より好ましくは、スズと、銀、アルミニウムやインジウムなどの他の金属との原子比は、５：１〜１：１であり、更に好ましくは、原子比が３：１〜１：１とされる。この原子比は、最終的に電子輸送層の材料及びカソードの材料に依存しており、金属遷移層と電子輸送層との仕事関数の差異の調節に適するような比率にされればよい。
好ましくは、前記金属遷移層を作製する材料は、スズとスズの酸化物との混合物である。スズは、電子輸送層とのマッチング度が高く、酸化スズは、金属遷移層とカソード（透明導電性酸化物）との間のマッチング度を向上させることができる。従って、スズとスズの酸化物との混合物を用いた場合、キャリア注入の難易度を更に下げることができる。スズとスズの酸化物との混合物において、金属スズのモル比含有量は、５０％以上が好ましく、例えば、６０％、７０％、８０％又は９０％である。
好ましくは、前記金属遷移層の厚さは、０．５ナノメートル〜１５ナノメートルであり、金属遷移層の厚さが薄い場合、光線の透過性の増強に有利である。より好ましくは、前記金属遷移層の厚さは、３．５ナノメートル〜１５ナノメートルであり、更に好ましくは、５ナノメートル〜１０ナノメートルであり、そして、前記金属遷移層の表面粗さは、１ナノメートル〜１０ナノメートルとされることが好ましく、より好ましくは、３ナノメートル〜１０ナノメートルであり、更に好ましくは、３ナノメートル〜８ナノメートルである。
電子輸送層上に金属遷移層を堆積して形成された不連続な島状形態において、この島状形態の突出高さは、１０ｎｍ以下である。従って、金属遷移層の光透過性及び電子輸送層への金属遷移層の挿入度合を両立させるためには、前記金属遷移層の厚さは、５ナノメートル〜１０ナノメートルとされることが好ましい。この際、金属遷移層の光透過性が強く、電子輸送層への挿入度合が高く、キャリア注入の有効面積が大きいため、キャリア注入の難易度を下げるのに役立つ。
好ましくは、前記金属遷移層は、スパッタリング法、熱分解法又は原子層堆積法によって、前記電子輸送層上に材料を堆積することで製造される。
好ましくは、前記透明導電性酸化物材料は、ＩＴＯ又はＩＺＯである。
好ましくは、前記カソードの層の厚さは、５０〜５０００ｎｍである。
好ましくは、電子輸送層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。
本開示の他のいくつかの実施例において、前記発光ダイオード１０は、順次に設けられた正孔注入層１６（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔ Ｌａｙｅｒ、ＨＩＬと略す）及び正孔輸送層１７（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ、ＨＴＬと略す）を更に含むことが好ましく、その詳細は、図９に示す通りである。前記正孔注入層１６は、前記正孔輸送層１７と前記アノード１１との間に位置し、前記正孔輸送層１７は、前記正孔注入層１６と前記発光層１２との間に位置する。
好ましくは、正孔注入層は、ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）からなる。好ましくは、正孔輸送層は、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−Ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＦＢ）からなる。
好ましくは、前記発光ダイオードは、トップエミッション構造の発光ダイオードである。トップエミッション構造の発光ダイオードは、狭帯域エミッションを実現し、発光の色純度を更に向上させることができる。
本開示の実施例において、発光ダイオードに金属遷移層が含まれ、これによって、マイクロキャビティが形成される。このマイクロキャビティのキャビティ長は、必要に応じて調節可能である。具体的に、カソード、電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び／又は正孔注入層の厚さを調節することで、調節可能なキャビティ長をもつマイクロキャビティを形成することができる。これにより、出光分布が調整され、出光にプラスの影響を更にもたらす。
本開示の好ましい実施例において、何れか１つの上記発光ダイオードを含む表示基板を更に提供している。
本開示の好ましい実施例において、何れか１つの上記発光ダイオード又は何れか１つの上記表示基板を含む表示装置を更に提供している。具体的に、上記表示装置は、基板と、前記基板上に形成された薄膜トランジスタアレイと、薄膜トランジスタアレイ上に位置するアノードと、前記アノード上に形成された正孔注入層と、前記正孔注入層上に形成された正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された電子輸送層と、前記電子輸送層上に形成されたカソードと、前記カソードの上方に設けられて前記基板と貼り合わせられたパッケージカバーと、前記基板と前記パッケージカバーとを接着するシーラントフレームとを含んでもよいが、特にこの例に限定されない。
本開示の実施形態において、
アノード、発光層及び電子輸送層を作製するステップと、
仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料からなる金属遷移層を作製するステップと、
透明導電性酸化物材料からなるカソードを作製するステップと
を含む、
発光ダイオードを作製する方法を更に提供している。
アノード、発光層及び電子輸送層を作製するステップと、
仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料からなる金属遷移層を作製するステップと、
透明導電性酸化物材料からなるカソードを作製するステップと
を含む、
発光ダイオードを作製する方法を更に提供している。
図１０は、本開示の実施例による、発光ダイオードを作製する方法のフロー模式図を示している。この方法は、以下のステップＳ８１〜Ｓ８３を含む。
ステップＳ８１としては、アノード、発光層及び電子輸送層を順次に作製する。具体的に、干燥した窒素雰囲気で、スピンコーティング、塗布等によって、アノード、発光層及び電子輸送層を順次に作製してもよい。
ステップＳ８２としては、前記電子輸送層上に、仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料からなる金属遷移層を作製する。
ステップＳ８３としては、前記金属遷移層上に、透明導電性酸化物材料からなるカソードを作製する。
上記作製方法は、本開示の一例に過ぎず、本開示の発光ダイオードは、上記方法で作製されることに限定されず、他の方法で作製されてもよい。例えば、アノードを作製してから金属発光層及び電子輸送層を作製し、その後に金属遷移層及びカソード等を作製することで、図１に示す構造の発光ダイオードを作り出してもよいし、カソードを作製してから金属遷移層及び電子輸送層を作製し、その後に発光層及びアノード等を作製することで、図１１に示す構造の発光ダイオードを作り出してもよい。
本開示の実施例に係る作製方法で作られた発光ダイオードにおいて、金属遷移層は、仕事関数ＷＦが電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、カソードを作る材料の仕事関数ＷＦとの間にある材料からなるため、カソードのキャリア注入をより容易にすることができ、その結果、発光ダイオードに印加される動作電圧を下げることができ、ひいては、その使用寿命を延ばすことができる。
好ましくは、ステップＳ８１における発光層は、量子ドット発光層であり、本開示の実施例に係る作製方法で作られた発光ダイオードは、量子ドット発光ダイオードである。
好ましくは、前記金属遷移層の材料は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ又はＳｎである。そして、前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、スパッタリング法、熱分解法又は原子層堆積法によって、前記電子輸送層上に金属又は合金を堆積することで、前記金属又は前記合金からなる前記金属遷移層を製造することを含む。作製された発光ダイオードの効率の観点から、金属Ｓｎ、Ｉｎ又はＡｌを用いることが好ましく、さらには、金属Ｓｎを用いることがより好ましい。
熱分解法を用いた場合、ＳｎＨ４付加物をアニールすることでスズを堆積してもよい。即ち、電子輸送層上にＳｎＨ４溶液をスプレー又はスピンコーティングする。このＳｎＨ４溶液には付加物ＳｎＨ４が含まれており、加熱によってスズとＨ２に分解されて、スズからなる前記金属遷移層が得られる。付加物は窒素含有付加物であり、ＳｎＨ４溶液の安定性を維持し、ＳｎＨ４を液体の形で溶液中に存在させ、これは、後続の反応に有利である。原子層堆積法を用いた場合、基板を真空堆積システムに入れて、５〜１０ｎｍの金属Ｓｎを堆積することが好ましく、堆積速度は、０．５〜３Å／秒であってもよく、例えば、１〜２Å／秒とされる。
好ましくは、前記スズ含有材料は、スズと他の金属との合金である。前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、スパッタリング法、熱分解法又は原子層堆積法によって、前記電子輸送層上にスズと他の金属とを蒸着することで、スズと他の金属との合金からなる前記金属遷移層を製造することを含む。
例えば、スズと他の金属とを共蒸着の形で堆積し、スズと他の金属との堆積速度を制御することで所望比率の金属合金を得て、堆積後、スズと他の金属との合金又は固溶体からなる金属遷移層が得られる。
好ましくは、前記他の金属は、銀、アルミニウム及びインジウムのうち少なくとも１つを含む。より好ましくは、金属アルミニウム又はインジウムが他の金属として用いられる。
好ましくは、前記スズ含有材料は、スズとスズの酸化物との組み合わせであり、且つ前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、スパッタリング法、熱分解法又は原子層堆積法によって、前記電子輸送層上にスズを堆積し、堆積されたスズを酸素プラズマ処理して、スズとスズの酸化物とからなる前記金属遷移層を製造することを含む。この際、金属遷移層内の酸化スズは、金属遷移層とカソードとの間のマッチング度を向上させることができるため、キャリア注入の難易度が更に下げられる。
好ましくは、前記透明導電性酸化物材料は、ＩＴＯ又はＩＺＯである。好ましくは、スパッタリング堆積法によって透明導電性酸化物材料層を作製する。堆積プロセスのパラメータとしては、０．１〜１５Ｐａであり、アルゴン（Ａｒ）の流量は１０〜１００ｓｃｃｍ、堆積されるＩＴＯ又はＩＺＯは、５０〜５００ｎｍである。
好ましくは、上記作製方法を用いてトップエミッション構造の発光ダイオードを作製する。こうした場合、狭帯域エミッションを実現し、発光の色純度を更に向上させることができる。
好ましくは、上記ステップＳ８１は、前記ベース基板上に、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を順次に作製することを含む。より好ましくは、干燥した窒素雰囲気で、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を順次に作製する。
好ましくは、アノード上にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積することで、正孔注入層を製造する。
好ましくは、正孔注入層上にＴＦＢを堆積することで、正孔輸送層を製造する。
好ましくは、発光層上に酸化亜鉛を堆積することで、電子輸送層を製造する。
本開示の実施例に係る発光ダイオードの作製方法を用いれば、作製された発光ダイオードに金属遷移層が含まれ、これによって、マイクロキャビティが形成される。このマイクロキャビティのキャビティ長は、必要に応じて調節可能である。具体的に、カソード、電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び／又は正孔注入層の厚さを調節することで、調節可能なキャビティ長をもつマイクロキャビティを形成することができる。これにより、出光分布が調整され、出光にプラスの影響を更にもたらす。
別途に定義されない限り、ここで使用される技術用語又は科学用語は、本開示の所属する分野における一般的な技能を持つ者により理解される通常の意味とされるべきである。本開示の特許出願明細書及び特許請求の範囲で使用される「第１」、「第２」及び類似した用語は、いかなる順番、数量又は重要性も表さず、単に異なる構成部分を区別するためのものである。「接続」又は「繋がる」などの類似した用語は、必ずしも物理的又は機械的接続に限定されるものではなく、直接又は間接的な電気的接続を含み得る。「上」、「下」、「右」、「左」などは、相対位置関係を表すためのものに過ぎず、説明される対象の絶対位置が変更されると、当該相対位置関係もそれに従って変更される。
上述したのは、本開示の好ましい実施形態であり、注意すべきことは、当業者にとって、本開示の原理を逸脱しない前提で、若干の改良及び潤色を更に行うことが可能であり、これらの改良及び潤色も本開示の保護範囲内であると見なされるべきである。
Claims (18)
- アノード、発光層、電子輸送層、カソード、及び、電子輸送層とカソードとの間に位置する金属遷移層を含み、
前記カソードは、透明導電性酸化物材料を含み、
前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、前記カソードの材料の仕事関数ＷＦとの間にある、発光ダイオード。 - 前記金属遷移層は、カソードに接触しており、且つ前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さＲｍｓは、１．０ｎｍよりも大きく、
前記粗さは、ＡＦＭ図において測定され、計算された二乗平均平方根で表される粗さである、請求項１に記載の発光ダイオード。 - 前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さは、１．０ｎｍ〜５．０ｎｍである、請求項２に記載の発光ダイオード。
- 前記金属遷移層は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つの金属からなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記金属遷移層は、金属Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｌ又はＳｎ−Ａｇ合金からなる、請求項４に記載の発光ダイオード。
- 前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の発光ダイオード。
- 混合材料中の前記金属スズのモル比含有量は、５０％以上である、請求項６に記載の発光ダイオード。
- 前記金属遷移層の厚さは、１．５ナノメートル〜１５ナノメートルである、請求項１〜６の何れか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記金属遷移層のカソードに接触している表面は、不連続な島状形態を有し、且つその島状形態の突出高さが１０ｎｍ以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載の発光ダイオード。
- 請求項１〜９の何れか一項に記載の発光ダイオードを含む、表示装置。
- アノード、発光層及び電子輸送層を作製するステップと、
金属遷移層を作製するステップと、
透明導電性酸化物を含む材料からなるカソードを作製するステップと
を含む、発光ダイオードを作製する方法であって、
前記金属遷移層は、電子輸送層とカソードとの間に位置し、且つ前記金属遷移層の材料の仕事関数ＷＦは、電子輸送層の材料のＬＵＭＯと、前記カソードの材料の仕事関数ＷＦとの間にある、発光ダイオードを作製する方法。 - 前記金属遷移層は、カソードに接触しており、且つ前記金属遷移層のカソードに接触している表面の粗さは、１．０ｎｍよりも大きく、
前記粗さは、ＡＦＭ図において測定され、計算された二乗平均平方根で表される粗さである、請求項１１に記載の方法。 - 前記金属遷移層は、金属Ａｌ、Ｉｎ、Ａｇ及びＳｎのうち少なくとも１つの金属からなる、請求項１１又は１２に記載の方法。
- 前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなる、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の方法。
- 前記金属遷移層を作製するステップは、
スパッタリングプロセス、熱分解プロセス又は原子層堆積プロセスによって、金属遷移層を堆積することを含む、請求項１１〜１４の何れか一項に記載の方法。 - 前記金属遷移層の堆積速度は、０．５〜３Å／秒であり、
前記堆積速度は、単位時間内に堆積によって形成された層の厚さで表される、請求項１５に記載の方法。 - 前記金属遷移層は、金属スズとスズの酸化物との混合材料からなり、且つ前記方法は、
堆積されたスズを酸素プラズマ処理して、スズとスズの酸化物とからなる前記金属遷移層を製造するステップを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。 - 前記電子輸送層上に金属遷移層を作製する前記ステップは、
ＳｎＨ４付加物を熱分解することで金属Ｓｎを堆積して、前記電子輸送層上に金属遷移層を堆積することを含む、請求項１５に記載の方法。
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