JP2022516211A - 量子ドット発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本願は、表示技術分野に関し、量子ドット発光デバイス及びその製造方法を開示し、該量子ドット発光デバイスは、順次積層設置された第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層、及び第３電極層を含み、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側が出光側として構成され、前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。該量子ドット発光デバイスにおいて、出光側電極を二層構造の透明電極として製造することにより、電子の注入に有利であるとともに、上部電極の透過率向上に有利であり、さらに光取り出し効率を向上させる。
Description
関連出願の相互参照
本願は、２０１９年０１月１１日に中国特許庁に提出され、出願番号が２０１９１００２７５９８．６、出願の名称が「量子ドット発光デバイスの製造方法及び量子ドット発光デバイス」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容は援用により本願に組み込まれている。
本願は、２０１９年０１月１１日に中国特許庁に提出され、出願番号が２０１９１００２７５９８．６、出願の名称が「量子ドット発光デバイスの製造方法及び量子ドット発光デバイス」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容は援用により本願に組み込まれている。
本願は、表示技術分野に関し、特に量子ドット発光デバイス及びその製造方法に関する。
新規な発光材料としての量子ドットＱＤは、光色の純度が高く、発光量子効率が高く、発光色が調整可能であり、使用寿命が長いなどの利点を有し、現在、新規ＬＥＤ発光材料の研究の焦点となっている。したがって、量子ドット材料を発光層とする量子ドット発光ダイオードＱＬＥＤは、現在、新型表示デバイスの研究の主な方向となっている。
表示製品に対しては、高解像度が求められるため、発光ユニットは一般にトップエミッション構造とされている。トップエミッション構造では、上部電極は一般に半透明電極、たとえば薄いＡｌ、Ａｇなどを用い、ただし、薄金属薄膜の透過率が低いため、光取り出し効率に悪影響を及ぼし、デバイス効率向上に不利である。
本願は、電子の注入に有利であるとともに、上部電極の透過率向上に有利であり、さらに光取り出し効率を向上させる量子ドット発光デバイス、及びその製造方法を提供する。
上記目的を達成させるために、本願は、以下の技術案を提供する。量子ドット発光デバイスであって、順次積層設置された第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層、及び第３電極層を含み、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側が出光側として構成され、前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。
前記第２電極層材料の酸素含有量が、前記第３電極層材料の酸素含有量よりも小さいようにしてもよい。
前記第２電極層の厚さが、前記第３電極層の厚さよりも小さいようにしてもよい。
前記第２電極層の厚さが、前記第３電極層の厚さの５％～２０％であるようにしてもよい。
前記第２電極層の厚さが１ｎｍ～１０ｎｍであり、前記第３電極層の厚さが６０ｎｍ～１００ｎｍであるようにしてもよい。
前記第２電極層は、酸素含有量が０のインジウム亜鉛材料であり、前記第３電極層は酸化インジウム亜鉛材料であるようにしてもよい。
前記電子輸送層の材料が、酸化亜鉛ナノ粒子又はマグネシウムをドーピングした酸化亜鉛ナノ粒子であるようにしてもよい。
前記量子ドット発光デバイスは、前記第１電極層と量子ドット発光層との間に位置する正孔注入層及び正孔輸送層をさらに含み、前記正孔注入層は前記第１電極層と前記正孔輸送層との間に位置するようにしてもよい。
前記正孔注入層の材料は有機注入材料又は無機酸化物であるようにしてもよい。
前記正孔輸送層の材料は有機輸送材料又は無機酸化物であるようにしてもよい。
前記量子ドット発光デバイスは、前記第１電極層の前記第３電極層から離間した側、又は、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側に位置するベース基板をさらに含むようにしてもよい。
量子ドット発光デバイスの製造方法であって、
第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層をそれぞれ製造するステップを含み、
前記第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層は順次積層され、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側は出光側として構成され、
前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。
第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層をそれぞれ製造するステップを含み、
前記第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層は順次積層され、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側は出光側として構成され、
前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。
前記第２電極層及び第３電極層を製造することは、具体的には、
第２電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量が第３電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量よりも小さいように、スパッタリング方式によって前記第２電極層及び前記第３電極層を堆積することを含むようにしてもよい。
第２電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量が第３電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量よりも小さいように、スパッタリング方式によって前記第２電極層及び前記第３電極層を堆積することを含むようにしてもよい。
前記第２電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガスの流量が約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含むようにしてもよい。
スパッタリングにおいて酸素ガスの流量が約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含むようにしてもよい。
前記第３電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含むようにしてもよい。
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含むようにしてもよい。
前記製造方法は、正孔注入層及び正孔輸送層をそれぞれ製造することをさらに含み、
前記正孔注入層及び正孔輸送層は前記第１電極層と量子ドット発光層との間に位置し、且つ前記正孔注入層は前記第１電極層と前記正孔輸送層との間に位置するようにしてもよい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層は前記第１電極層と量子ドット発光層との間に位置し、且つ前記正孔注入層は前記第１電極層と前記正孔輸送層との間に位置するようにしてもよい。
以下、本願の実施例における図面を参照しながら、本願の実施例の技術案を明確かつ完全に説明するが、明らかなように、説明する実施例は本願の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。当業者が本願の実施例に基づいて創造的な努力を必要とせずに得る他のすべての実施例は、本願の特許範囲に属する。
図１～図３に示すように、本願は、順次積層設置された第１電極層２、量子ドット発光層５、電子輸送層６、第２電極層７、及び第３電極層８を含む量子ドット発光デバイスを提供し、具体的には、第３電極層８の第１電極層２から離間した側は出光側として構成され、第２電極層７及び第３電極層８が透明電極層であり、第２電極層７の仕事関数が、電子輸送層６のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ第３電極層８の仕事関数よりも小さい。具体的には、透明電極層とは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、フッ素ドーピング酸化スズ（ＦＴＯ）などの透明導電性酸化物材料で製造された電極層である。
本願の実施例による量子ドット発光デバイスでは、電子輸送層上に第２電極層が設けられ、第２電極層上に第３電極層が設けられ、第２電極層及び第３電極層が出光側電極構造として構成され、且つ第２電極層及び第３電極層がともに透明電極層であり、したがって、金属薄膜を出光側電極とする通常の構造に比べて、該量子ドット発光デバイスの出光効率が高くなり、さらに、第２電極層の仕事関数が第３電極層の仕事関数よりも小さいので、電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルにより近くなり、電子の注入に有利であり、一方、第３電極層の仕事関数が大きいので、透過率が高くなり、出光側電極の透過率向上に有利であり、さらに光取り出し効率を向上させる。
また、第２電極層及び第３電極層は透明電極層であり、マイクロキャビティ効果が弱く、また、量子ドットなどの無機材料が溶液法プロセスで成膜されるので、膜厚の均一性が不十分であり、その結果、マイクロキャビティ構造が正確に制御できないという欠点を解決する。
前記のように、本願の実施例による量子ドット発光デバイスは、発光性能に優れ、且つ出光効率が高い。
図２及び図３に示すように、具体的な一実施例では、本願による量子ドット発光デバイスは、第１電極層２と量子ドット発光層５との間に位置する正孔注入層３及び正孔輸送層４をさらに含み、ここでは、正孔注入層３は第１電極層２と正孔輸送層４との間に位置する。即ち、本願による量子ドット発光デバイスは、順次積層設置された第１電極層２、正孔注入層３、正孔輸送層４、量子ドット発光層５、電子輸送層６、第２電極層７、及び第３電極層８を含む。図４は、上記量子ドット発光デバイスのエネルギーレベルの構造模式図を示している。ここで、正孔注入層３、正孔輸送層４、量子ドット発光層５、電子輸送層６のエネルギーレベルは順次減小し、第２電極層７の仕事関数は第３電極層８よりも小さく、電子輸送層６のＬＵＭＯエネルギーレベルにより近く、第３電極層８の仕事関数は第２電極層７よりも大きく、電子輸送層６のＬＵＭＯエネルギーレベルとは大きな差がある。
具体的には、第２電極層７材料の酸素含有量が、第３電極層８材料の酸素含有量よりも小さい。
具体的には、第２電極層７は酸化インジウム亜鉛材料であり、第３電極層８は酸化インジウム亜鉛材料である。
具体的には、酸化インジウム亜鉛薄膜は、酸素含有量が異なると、透過率及び仕事関数が異なり、上記量子ドット発光デバイスでは、低酸素含有量の酸化インジウム亜鉛薄膜（第２電極層）は、仕事関数が電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルに近く、電子の注入に有利であり、高酸素含有量の酸化インジウム亜鉛薄膜（第３電極層）は、透過率が低酸素含有量の酸化インジウム亜鉛薄膜（第２電極層）よりも高く、酸化インジウム亜鉛薄膜の透過率向上に有利であり、さらに光取り出し効率を向上させる。
具体的には、第２電極層７の厚さが、第３電極層８の厚さよりも小さい。
具体的には、第２電極層７の厚さが、第３電極層８の厚さの５％～２０％である。
第２電極層７の厚さが１ｎｍ～１０ｎｍであり、第３電極層８の厚さが６０ｎｍ～１００ｎｍであるようにしてもよい。一例として、第２電極層７の厚さは１０ｎｍであってもよく、第３電極層８の厚さは８０ｎｍであってもよい。
具体的な一実施例では、本願による量子ドット発光デバイスは、ベース基板をさらに含み、図２に示すように、ベース基板１は第１電極層２の第３電極層８から離間した側、又は、図３に示すように、第３電極層８の第１電極層２から離間した側に位置するようにしてもよい。即ち、本願による量子ドット発光デバイスは、ボトムエミッションデバイスであってもよいし、トップエミッションデバイスであってもよい。
上記量子ドット発光デバイスでは、ベース基板はガラスや可撓性ＰＥＴベースなどであってもよく、実際の状況に応じて選択し、ここで制限しない。
具体的には、電子輸送層の堆積材料は、好ましくは、酸化亜鉛ＺｎＯナノ粒子又はマグネシウムをドーピングした酸化亜鉛ＺｎＯナノ粒子である。
具体的には、第１電極層の材料はＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯであり、もちろん、第１電極層の材料は透明なインジウムスズ酸化物ＩＴＯ、フッ素ドーピングスズ酸化物ＦＴＯ、導電性ポリマーなど、又は不透明なアルミＡｌ、銀Ａｇなどの金属電極であってもよく、実際の状況に応じて選択し、ここで制限しない。
具体的には、正孔注入層材料は、有機注入材料、たとえばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどであるか、又は無機酸化物、たとえば酸化モリブデンＭｏＯx材料などであってもよく、実際の状況に応じて選択し、ここで制限しない。
具体的には、正孔輸送層の材料は、有機輸送層材料、たとえばポリビニルカルバゾールＰＶＫ、ＴＦＢ、テトラフェニルビフェニルジアミン系化合物ＴＰＤなどであってもよく、無機酸化物、たとえば酸化ニッケルＮｉＯx又はバナジウム酸化物ＶＯxなどであってもよく、実際の状況に応じて選択し、ここで制限しない。
同じ発明構想に基づいて、本願は、量子ドット発光デバイスの製造方法をさらに提供し、この製造方法は、
第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層をそれぞれ製造するステップを含み、前記第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層は順次積層され、第３電極層の第１電極層から離間した側は出光側として構成され、ここでは、第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、第２電極層の仕事関数が、電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ第３電極層の仕事関数よりも小さい。
第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層をそれぞれ製造するステップを含み、前記第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層は順次積層され、第３電極層の第１電極層から離間した側は出光側として構成され、ここでは、第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、第２電極層の仕事関数が、電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ第３電極層の仕事関数よりも小さい。
上記量子ドット発光デバイスの製造方法により得られた量子ドット発光デバイスでは、出光側電極構造は第２電極層と第３電極層との二層構造を含み、且つ第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、したがって、金属薄膜を出光側電極とする通常の構造に比べて、該量子ドット発光デバイスの出光効率が高く、さらに、第２電極層の仕事関数が電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ第３電極層の仕事関数よりも小さい、つまり、第２電極層の仕事関数が第３電極層の仕事関数よりも小さいので、第２電極層の仕事関数が電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルにより近く、電子の注入に有利であり、一方、第３電極層の仕事関数が大きく、透過率が高くなり、量子ドット発光デバイスの上部電極の透過率向上に有利であり、さらに量子ドット発光デバイスの光取り出し効率を向上させる。
また、上記製造方法では、第２電極層及び第３電極層が透明電極層として製造されることにより、量子ドット発光デバイスは、マイクロキャビティ効果が弱く、また、量子ドットなどの無機材料が溶液法プロセスで成膜されるので、膜厚の均一性が不十分であり、その結果、マイクロキャビティ構造が正確に制御できないという欠点を解決する。
前記のように、本願実施例の製造方法により得られた量子ドット発光デバイスは、発光性能に優れ、且つ出光効率が高い。
具体的な一実施例では、本願による量子ドット発光デバイスの製造方法は、
正孔注入層及び正孔輸送層をそれぞれ製造するステップをさらに含んでもよく、前記正孔注入層及び正孔輸送層は第１電極層と量子ドット発光層との間に位置し、且つ正孔注入層は第１電極層と正孔輸送層との間に位置する。
正孔注入層及び正孔輸送層をそれぞれ製造するステップをさらに含んでもよく、前記正孔注入層及び正孔輸送層は第１電極層と量子ドット発光層との間に位置し、且つ正孔注入層は第１電極層と正孔輸送層との間に位置する。
具体的には、図５に示すように、本願による量子ドット発光デバイスの製造方法の具体的なステップは以下のとおりである。
Ｓ１０１：ベース基板上に第１電極層を形成する。
Ｓ１０２：第１電極層上に正孔注入層を形成する。
Ｓ１０３：正孔注入層上に正孔輸送層を形成する。
Ｓ１０４：正孔輸送層上に量子ドット発光層を形成する。
Ｓ１０５：量子ドット発光層上に電子輸送層を形成する。
Ｓ１０６：電子輸送層上に第２電極層を形成し、第２電極層上に第３電極層を形成し、ここで、前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が、前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。
Ｓ１０１：ベース基板上に第１電極層を形成する。
Ｓ１０２：第１電極層上に正孔注入層を形成する。
Ｓ１０３：正孔注入層上に正孔輸送層を形成する。
Ｓ１０４：正孔輸送層上に量子ドット発光層を形成する。
Ｓ１０５：量子ドット発光層上に電子輸送層を形成する。
Ｓ１０６：電子輸送層上に第２電極層を形成し、第２電極層上に第３電極層を形成し、ここで、前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が、前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい。
具体的には、本願実施例の製造方法では、第２電極層及び第３電極層を製造することは、具体的には、
第２電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガス流量が第３電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガス流量よりも小さいように、スパッタリング方式によって第２電極層及び第３電極層を堆積することを含んでもよい。導入される酸素ガスの流量とは、１分間あたり導入される酸素ガスの体積を指す。
第２電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガス流量が第３電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガス流量よりも小さいように、スパッタリング方式によって第２電極層及び第３電極層を堆積することを含んでもよい。導入される酸素ガスの流量とは、１分間あたり導入される酸素ガスの体積を指す。
具体的には、第２電極層は、低酸素ガス含有量のスパッタリングにより堆積された第１酸化インジウム亜鉛薄膜であってもよく、第３電極層は、高酸素ガス含有量のスパッタリングにより堆積された第２酸化インジウム亜鉛薄膜であってもよい。
具体的には、低酸素ガス含有量は約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍである。高酸素ガス含有量は約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍである。
具体的には、製造プロセスでは、プロセスガス中の酸素ガスと不活性ガスとの割合である酸素ガス含有量は、酸素ガス流量を制御することにより制御される。
具体的には、第２電極層をスパッタリングにより堆積する際に、酸素ガス流量は０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量は４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであり、第３電極層をスパッタリングにより堆積する際に、酸素ガス流量は０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量は４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍである。
具体的には、本願の実施例の製造方法では、第２電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって電子輸送層上に酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）薄膜を堆積するステップを含む。ここで、「約」とは、誤差範囲が２０％内であることを意味し、たとえば、酸素ガス流量の場合は、実際の操作プロセスにおいて２．１ｓｃｃｍ、２．２ｓｃｃｍ、２．３ｓｃｃｍ、２．４ｓｃｃｍであってもよく、以下、「約」の定義は同じである。
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって電子輸送層上に酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）薄膜を堆積するステップを含む。ここで、「約」とは、誤差範囲が２０％内であることを意味し、たとえば、酸素ガス流量の場合は、実際の操作プロセスにおいて２．１ｓｃｃｍ、２．２ｓｃｃｍ、２．３ｓｃｃｍ、２．４ｓｃｃｍであってもよく、以下、「約」の定義は同じである。
具体的には、本願の実施例の製造方法では、第３電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって第２電極層上に酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）薄膜を堆積するステップを含む。
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって第２電極層上に酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）薄膜を堆積するステップを含む。
上記量子ドット発光デバイスの製造方法では、不活性ガスはアルゴンガスであってもよい。
上記量子ドット発光デバイスの製造方法では、異なる酸素ガスの流量を用いると、堆積された酸化インジウム亜鉛薄膜は、透過率及び仕事関数が異なり、ここでは、低酸素ガス流量（０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ）で堆積されたＩＺＯ薄膜は、仕事関数が電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルに近く、電子の注入に有利であり、高酸素ガス流量（０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ）で堆積されたＩＺＯ薄膜は、透過率が低酸素ガス流量で堆積されたＩＺＯ薄膜よりも高く、ＩＺＯ薄膜の透過率向上に有利であり、さらに光取り出し効率を向上させる。
具体的には、本願の実施例の製造方法では、第３電極のスパッタリング時間が、第２電極のスパッタリング時間よりも長い。即ち、スパッタリングされた第３電極層の膜層の厚さが、スパッタリングされた第２電極層の膜層の厚さよりも大きい。
また、本願による量子ドット発光デバイスの性能をよりよく説明するために、本願は、いくつかの具体的な実験データをさらに提供する。
図６は、実験により得られた、酸化インジウム亜鉛膜層の製造過程において導入された酸素ガス流量と酸化インジウム亜鉛膜層の仕事関数との関係の曲線を示し、具体的には、酸素ガス流量が０～２．０ｓｃｃｍ範囲である場合の仕事関数の変化の曲線を示し、図７は、異なる酸化インジウム亜鉛薄膜を透過したときの各波長の光の透過率の変化の曲線を示し、曲線Ａの酸化インジウム亜鉛薄膜のプロセス条件としては、作動圧力が０．４Ｐａ、酸素ガス流量が０ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、プロセス時間が１８００ｓであり、曲線Ｂの酸化インジウム亜鉛薄膜のプロセス条件としては、作動圧力が０．４Ｐａ、酸素ガス流量が０．８ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、プロセス時間が１８００ｓであり、曲線Ｃの酸化インジウム亜鉛薄膜のプロセス条件としては、作動圧力が０．４Ｐａ、酸素ガス流量が１．６ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、プロセス時間が１８００ｓであり、曲線Ｄの酸化インジウム亜鉛薄膜のプロセス条件としては、作動圧力が０．６Ｐａ、酸素ガス流量が１．６ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、プロセス時間が１２００ｓであり、曲線Ｅの酸化インジウム亜鉛薄膜のプロセス条件としては、作動圧力が０．８Ｐａ、酸素ガス流量が１．６ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、プロセス時間が９００ｓである。プロセス時間は酸化インジウム亜鉛薄膜の厚さに対応し、図７から分かるように、作動圧力及び薄膜厚さによる透過率への影響が低く、酸素ガス流量による透過率への影響が大きい。
具体的には、図６及び図７に示すように、低酸素ガス流量、たとえば酸素ガス流量が０ｓｃｃｍ（曲線Ａ参照）である場合、堆積されたＩＺＯ薄膜は、仕事関数が約４．２ｅＶと低く、電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルに近く、電子の注入に有利である反面、その透過率が３０％～４０％しかなく、一方、高酸素ガス流量、たとえば酸素ガス流量が１．６ｓｃｃｍ（曲線Ｃ、Ｄ、Ｅ参照）である場合、堆積されたＩＺＯ薄膜は、仕事関数が約５．６ｅＶであり、電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルとは大きな差があり、電子の注入に不利であるものの、その透過率が９０％以上と高く、したがって、エネルギーレベルと透過率との２つの要素を考慮すると、透明な上部電極は二層構造とされ、電子輸送層に近い第２電極層には、電子の注入に有利である低酸素ガス流量の堆積方式が採用され、一方、第３電極層には、上部電極の透過率向上に有利である高酸素ガス流量の堆積方式が採用され、それによって、さらに上部電極の光取り出し効率を向上させる。
具体的な実験データのうち、発明者は、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイス（上部電極は仕事関数の異なる二層のＩＺＯ層を含む）について通常のＱＬＥＤデバイス（上部電極は一層のＩＺＯ層である）と比較実験を行って分析した。具体的には、上記２種のＱＬＥＤデバイスの同じ実験条件は以下のとおりである。底部電極材料がＩＺＯ／Ａｇ／ＩＺＯであり、正孔注入層（ＨＩ）及び正孔輸送層（ＨＴ）が有機材料であり、ＱＤ材料がセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）であり、電子輸送層（ＥＴＬ）には酸化亜鉛ナノ粒子が使用される。上記２種のＱＬＥＤデバイスの異なる条件は以下のとおりである。
通常のＱＬＥＤデバイスでは、上部電極の一層のＩＺＯの製造条件としては、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が２ｓｃｃｍ、作動圧力が０．５Ｐａ、プロセス時間が２０ｍｉｎ～３０ｍｉｎである。
本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスでは、上部電極の二層のＩＺＯ層のうち、ＥＴＬに近い層はＩＺＯ１であり、ＥＴＬから離れた層はＩＺＯ２であり、ここで、ＩＺＯ１の製造条件としては、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が０ｓｃｃｍ、作動圧力が０．５Ｐａ、プロセス時間が２ｍｉｎ～５ｍｉｎ、厚さが１０ｎｍであり、ＩＺＯ２の製造条件としては、アルゴンガス流量が４０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が２ｓｃｃｍ、作動圧力が０．５Ｐａ、プロセス時間が２０ｍｉｎ～３０ｍｉｎ、厚さが８０ｎｍであり、図８に示すように、光学シミュレーションを行ったところ、該ＩＺＯ２膜層の厚さとＱＬＥＤデバイスの出光強度とは多重正弦波分布を示し、且つ正弦波の波峰が徐々に減小し、ここで、最大の中心波峰が８０ｎｍであり、つまり、ＩＺＯ２膜層の厚さが８０ｎｍである場合、出光効率が最高である。
具体的には、図９は、作動電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に伴うＱＬＥＤデバイスの出光輝度（Ｌ）の変化の曲線図であり、具体的には、電圧４Ｖ～８Ｖ範囲内の出光輝度の変化の曲線を示し、図（ａ）は作動電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に伴う通常のＱＬＥＤデバイスの出光輝度（Ｌ）の変化の曲線であり、図（ｂ）は、作動電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に伴う本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの出光輝度（Ｌ）の変化の曲線である。図１０は、出光輝度（Ｌ）に伴うＱＬＥＤデバイスの電流効率（Ｃ．Ｅ．）の変化の曲線図であり、具体的には、輝度に伴う電圧４Ｖ～８Ｖ範囲内の電流効率の変化の曲線を示し、図（ａ）は出光輝度（Ｌ）に伴う通常のＱＬＥＤデバイスの電流効率（Ｃ．Ｅ．）の変化の曲線であり、図（ｂ）は、出光輝度（Ｌ）に伴う本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの電流効率（Ｃ．Ｅ．）の変化の曲線である。
図９の（ａ）と（ｂ）を比較した結果、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの出光輝度は通常のＱＬＥＤデバイスのそれよりも明らかに向上し、且つ数倍も上昇したことが分かり、具体的には、作動電圧が５ｖ～６ｖである場合、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの出光輝度は通常のＱＬＥＤデバイスのそれの１０倍以上にも達する。図１０の（ａ）と（ｂ）を比較した結果、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの電流効率も通常のＱＬＥＤデバイスのそれよりも明らかに向上したことが分かり、具体的には、作動電圧が５ｖ～６ｖである場合、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスの電流効率は約６２ｃｄ／Ａ～６３ｃｄ／Ａであり、通常のＱＬＥＤデバイス（３２ｃｄ／Ａ～３８ｃｄ／Ａ）の約２倍である。以上の実験データ結果から明らかなように、通常のＱＬＥＤデバイスに比べて、本願の実施例によるＱＬＥＤデバイスは、出光輝度及び電流効率の両方が明らかに向上し、ＱＬＥＤデバイスの性能を効果的に改善できる。
もちろん、当業者であれば、本願の精神及び範囲を逸脱することなく本願に対して各種の変化や変形を行うことができる。このように、本願のこれらの修正や変形が本願の特許請求の範囲及びその等同な技術の範囲に属すると、本願はこれらの変化や変形も含むことを意図している。
Claims (16)
- 順次積層設置された第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層、及び第３電極層を含み、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側が出光側として構成され、前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい量子ドット発光デバイス。
- 前記第２電極層材料の酸素含有量が、前記第３電極層材料の酸素含有量よりも小さい、請求項１に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第２電極層の厚さが、前記第３電極層の厚さよりも小さい、請求項１又は２に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第２電極層の厚さが、前記第３電極層の厚さの５％～２０％である、請求項３に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第２電極層の厚さが１ｎｍ～１０ｎｍであり、前記第３電極層の厚さが６０ｎｍ～１００ｎｍである、請求項４に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第２電極層は、酸素含有量が０のインジウム亜鉛材料であり、前記第３電極層は酸化インジウム亜鉛材料である、請求項１又は２に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記電子輸送層の材料が、酸化亜鉛ナノ粒子又はマグネシウムをドーピングした酸化亜鉛ナノ粒子である、請求項１又は２に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第１電極層と量子ドット発光層との間に位置する正孔注入層及び正孔輸送層をさらに含み、前記正孔注入層は前記第１電極層と前記正孔輸送層との間に位置する、請求項１又は２に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記正孔注入層の材料は有機注入材料又は無機酸化物である、請求項８に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記正孔輸送層の材料は有機輸送材料又は無機酸化物である、請求項８に記載の量子ドット発光デバイス。
- 前記第１電極層の前記第３電極層から離間した側、又は、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側に位置するベース基板をさらに含む、請求項１又は２に記載の量子ドット発光デバイス。
- 第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層をそれぞれ製造するステップを含み、
前記第１電極層、量子ドット発光層、電子輸送層、第２電極層及び第３電極層は順次積層され、前記第３電極層の前記第１電極層から離間した側は出光側として構成され、
前記第２電極層及び第３電極層が透明電極層であり、前記第２電極層の仕事関数が前記電子輸送層のＬＵＭＯエネルギーレベルよりも大きく、且つ前記第３電極層の仕事関数よりも小さい、量子ドット発光デバイスの製造方法。 - 前記第２電極層及び第３電極層を製造することは、
第２電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量が第３電極層をスパッタリングするときに導入される酸素ガスの流量よりも小さいように、スパッタリング方式によって前記第２電極層及び前記第３電極層を堆積することを含む、請求項１２に記載の製造方法。 - 前記第２電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガスの流量が約０ｓｃｃｍ～０．２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含む、請求項１３に記載の製造方法。 - 前記第３電極層を製造することは、
スパッタリングにおいて酸素ガス流量が約０．５ｓｃｃｍ～２ｓｃｃｍ、不活性ガス流量が約４０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであるように、スパッタリング方式によって酸化インジウム亜鉛薄膜を堆積することを含む、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の製造方法。 - 正孔注入層及び正孔輸送層をそれぞれ製造することをさらに含み、
前記正孔注入層及び正孔輸送層は前記第１電極層と量子ドット発光層との間に位置し、且つ前記正孔注入層は前記第１電極層と前記正孔輸送層との間に位置する、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の製造方法。
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