JP6718938B2 - 量子ドットと、これを備える量子ドット発光ダイオードおよび量子ドット発光表示装置 - Google Patents
量子ドットと、これを備える量子ドット発光ダイオードおよび量子ドット発光表示装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、量子ドットに関するものであり、特に、２つのコアで発光した青色光と黄色光が混合されてなる白色光を提供できる量子ドットと、これを備える量子ドット発光ダイオードおよび量子ドット発光表示装置に関する。
情報化社会になるに伴い、大量の情報を処理して表示するディスプレイ分野における技術も急速に発展している。それに応じて、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ：ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ ｄｅｖｉｃｅ：ＰＤＰ）、電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ：ＦＥＤ）、有機発光ダイオード表示装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ：ＯＬＥＤ）などといった様々なフラット表示装置が開発され、脚光を浴びている。
一方、最近は、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）を表示装置に用いるための研究が行われている。
量子ドットは、不安定な状態の電子が伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）から価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）へ落ちるときに発光する。量子ドットは、吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が非常に大きくて、量子効率（ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ）も優れているので、強い蛍光を発生させる。また、量子ドットのサイズによって発光波長が変わるので、量子ドットのサイズを調節することにより、可視光線の全領域の光を得ることができる。
図１は、従来の量子ドットを概略的に示す図面である。
図１に示すように、量子ドット１は、コア１０とシェル２０を含む。コア１０に最も用いられるものは、ＣｄＳｅである。ＣｄＳｅコア１０を含む量子ドット１は、色純度の高い可視光を発するというメリットを有する。
従来の量子ドットは、１つの発光波長帯の光のみを発する。例えば、発光ダイオードで白色光が発光し、カラーフィルターを用いてカラー映像を具現化するＷ‐ＱＬＥＤ（ｗｈｉｔｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）装置に量子ドットが用いられた場合は、赤色量子ドットの発光スタック、緑色量子ドットの発光スタック、青色量子ドットの発光スタックが全て求められる。
本発明は、このような単一発光量子ドットの限界を克服することを目的とする。
前述したような課題を解決するため、本発明は、第１半導体物質からなる第１コアと、第１コアの外側に位置し、第２半導体物質からなる第１シェルと、第１コアと第１シェルとの間に位置し、第１半導体物質、または第２半導体物質に金属がドープされてなる第２コアとを含む量子ドットを提供する。
また、他の観点から、本発明は、第１エネルギーバンドギャップを有する第１コアと、第１コアの外側に位置し、第１エネルギーバンドギャップより大きい第２エネルギーバンドギャップを有する第１シェルと、第１コアと第１シェルとの間に位置し、第１エネルギーバンドギャップより小さい第３エネルギーバンドギャップを有する第２コアとを含む量子ドットを提供する。
さらに他の観点から、本発明は、第１電極と、第１電極と対向する第２電極と、前述した量子ドットを含み、第１電極と第２電極との間に位置する発光層とを備える量子ドット発光ダイオードを提供する。
また、他の観点から、本発明は、基板と、基板の上部に位置する前述した発光ダイオードと、基板と発光ダイオードとの間に位置し、第１電極に接続される薄膜トランジスタとを備える量子ドット発光表示装置を提供する。
本発明に係る量子ドットは、第１エネルギーバンドギャップを有する第１コアと、第１コアの外側に位置し、金属がドープされて第１エネルギーバンドギャップより小さい第２エネルギーバンドギャップを有する第２コアとを含み、第１コアからの第１波長（青色）の光、および第２コアからの第２波長（黄色）の光によって白色光を提供することができる。
かかる量子ドットを用いると、単一発光層のみでホワイト量子ドット発光ダイオードおよびホワイト量子ドット発光表示装置（Ｗ−ＱＬＥＤ）を提供することができる。
すなわち、製造工程が単純であり、製造原価を節減できる薄型のホワイト量子ドット発光ダイオード、およびホワイト量子ドット発光表示装置を提供することができる。
本発明は、第１半導体物質からなる第１コアと、第１コアの外側に位置し、第２半導体物質からなる第１シェルと、第１コアと第１シェルとの間に位置し、第１半導体物質、または第２半導体物質に金属がドープされてなる第２コアとを含む量子ドットを提供する。
本発明の量子ドットにおいて、第１半導体物質は、ＺｎＳｅであり、第２半導体物質は、ＺｎＳｅＳである。
本発明の量子ドットにおいて、金属は、ＶＩＩ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、ＸＩＩＩ族の元素である。
本発明の量子ドットにおいて、金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｉｎのうち、少なくともいずれかの１つである。
本発明の量子ドットは、第１シェルの外側に位置し、第３半導体物質からなる第２シェルをさらに含む。
本発明の量子ドットにおいて、第３半導体物質は、ＺｎＳである。
本発明の量子ドットにおいて、第１コアからの光の強度、および第２コアからの光の強度は、金属のドープ量に依存する。
本発明の量子ドットにおいて、第１コアから第１波長を有する第１波長帯の光が発光し、第２コアから第１波長より長い第２波長を有する第２波長帯の光が発光して、金属が第１ドープ量を有する場合に、第１波長帯の光は第１強度を有し、第２波長帯の光は第１強度より小さい第２強度を有して、金属が第１ドープ量より大きい第２ドープ量を有する場合に、第１波長帯の光は第３強度を有し、第２波長帯の光は第３強度より大きい第４強度を有する。
他の観点から、本発明は、第１エネルギーバンドギャップを有する第１コアと、第１コアの外側に位置し、第１エネルギーバンドギャップより大きい第２エネルギーバンドギャップを有する第１シェルと、第１コアと第１シェルとの間に位置し、第１エネルギーバンドギャップより小さい第３エネルギーバンドギャップを有する第２コアとを含む量子ドットを提供する。
本発明の量子ドットにおいて、第１コアはＺｎＳｅからなり、第１シェルはＺｎＳｅＳからなり、第２コアはＡｌのドープされたＺｎＳｅＳである。
本発明の量子ドットにおいて、第１コアから第１波長の光が放出され、第２コアから第１波長より長い第２波長の光が放出される。
本発明の量子ドットは、第１シェルの外側に位置し、第２エネルギーバンドギャップより大きい第４エネルギーバンドギャップを有する第２シェルをさらに含む。
さらに別の観点から、本発明は、第１電極と、第１電極と対向する第２電極と、前述した量子ドットを含み、第１電極と第２電極との間に位置する発光層とを備える量子ドット発光ダイオードを提供する。
また、別の観点から、本発明は、基板と、基板の上部に位置する前述した量子ドット発光ダイオードと、基板と量子ドット発光ダイオードとの間に位置し、第１電極に接続される薄膜トランジスタとを備える量子ドット発光表示装置を提供する。
本発明の量子ドット発光表示装置において、基板と量子ドット発光ダイオードとの間、または量子ドット発光ダイオードの上部に位置するカラーフィルターがさらに備えられる。
以下、本発明に係る好適な実施例について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施例に係る量子ドットを概略的に示す図面であり、図３は、本発明の第１実施例に係る量子ドットにおけるエネルギーバンドギャップを説明するための図面である。
図２に示すように、本発明の第１実施例に係る量子ドット１００は、第１コア（内部コア）１１０と、第１コア１１０を取り囲む第２コア（外部コア）１２０と、第２コア１２０を取り囲む第１シェル（内部シェル）１３０と、第１シェル１３０を取り囲む第２シェル（外部シェル）１４０とを含む。すなわち、第１コア１１０は量子ドット１００の中央に位置し、第１シェル１３０は第１コア１１０の外側に位置する。また、第２コア１２０は第１コア１１０と第１シェル１３０との間に位置し、第２シェル１４０は第１シェル１３０の外側に位置し、第１シェル１３０は第２コア１２０と第２シェル１４０との間に介在する。
量子ドット１００は、第２シェル１４０の表面に結合するリガンド（図示せず）をさらに含んでもよい。省略してもよい。
第１コア１１０は第１半導体物質からなり、第１シェル１３０は第２半導体物質からなり、第２コア１２０は第１半導体物質または第２半導体物質に金属がドープされてなる。
第２コア１２０にドープされる金属は、約１．９５〜２．７５ｅＶのエネルギーバンドギャップを有することができる。例えば、周期表上のＶＩＩ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、ＸＩＩＩ族の金属を用いることができる。第２コア１２０にドープされる金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｉｎのうち、少なくともいずれかの１つであることが望ましい。
例えば、第１コア１１０はＺｎＳｅからなり、第１シェル１３０はＺｎＳｅＳからなり、第２コア１２０は、金属（Ｍ）のドープされたＺｎＳｅ、すなわち、Ｍ：ＺｎＳｅからなってもよく、金属（Ｍ）のドープされたＺｎＳｅＳ、すなわち、Ｍ：ＺｎＳｅＳからなってもよい。
一方、第２シェル１４０は、ＺｎＳのような第４半導体物質からなり、第２シェル１４０によって量子ドット１００の発光効率（量子効率）が増加する。但し、第２シェル１４０は省略することができる。
図３を参照すると、第１コア１１０は、第１エネルギーバンドギャップＢＧ１を有し、第１シェル１３０は、第１コア１１０より大きい第２エネルギーバンドギャップＢＧ２を有する。これにより、第１コア１１０で青色の発光が起こる。
また、第２コア１２０は、第１コア１１０より小さい第３エネルギーバンドギャップＢＧ３を有する。したがって、第１コア１１０からのエネルギーが第２コア１２０へ伝達され、第２コア１２０で黄色の発光が起こる。言い換えると、第１コア１１０で発光した青色光が第２コア１２０で一部吸収され、第２コア１２０で黄色の発光が起こる。
例えば、第１コア１１０は、ＺｎＳｅからなり、約３．０〜３．６６ｅＶのエネルギーバンドギャップを有し、第２コア１２０は、Ａｌのドープ比が約４重量％のＡｌ：ＺｎＳｅＳからなって、約２．３５〜３．０ｅＶのエネルギーバンドギャップを有することができる。
すなわち、本発明の量子ドット１００では、第１コア１１０における青色光と第２コア１２０における黄色光とが混合されて、量子ドット１００から白色光が提供される。
第２シェル１４０は、第１シェル１３０の第２エネルギーバンドギャップより大きい第４エネルギーバンドギャップＢＧ４を有する。これにより、量子ドット１００の量子効率が向上する。また、前述したように、第２シェル１４０は省略することができる。
前述した通り、本発明の量子ドット１００では、エネルギーバンドギャップを縮められる金属が第２コア１２０にドープされ、その結果、量子ドット１００から白色光が提供される。
一方、金属が第１コア１１０にのみドープされたり、または第１コア１１０と第２コア１２０の両方にドープされた場合は、量子ドットは黄色光のみを発光する。また、金属がドープされていない場合は、量子ドットから青色光のみが提供される。
すなわち、本発明の量子ドット１００でのように、青色光が発光する第１コア１１０の外側に、金属がドープされて、第１コア１１０より小さいエネルギーバンドギャップを有する第２コア１２０が位置するときだけ、量子ドット１００から白色光が提供される。
量子ドットの合成
酢酸亜鉛（０．０７３ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、オレイン酸（０．２３７ｇ、０．８２ｍｍｏｌ）、Ｓｅ（０．０６４ｇ、０．８ｍｍｏｌ）、オクタデセン（２６ｍｌ）を三口フラスコに入れ、真空状態で１２０℃の条件下において２時間加熱した。
酢酸亜鉛（０．０７３ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、オレイン酸（０．２３７ｇ、０．８２ｍｍｏｌ）、Ｓｅ（０．０６４ｇ、０．８ｍｍｏｌ）、オクタデセン（２６ｍｌ）を三口フラスコに入れ、真空状態で１２０℃の条件下において２時間加熱した。
Ｎ２雰囲気で３００℃の条件下において１時間加熱した後、常温に冷却した。次に、Ａｌ ｏｌａｔｅ（０．０３４、０．０４ｍｍｏｌ）を添加して２０分間攪拌した。
Ｚｎ ｏｌａｔｅ（０．７５ｇ、１．２ｍｍｏｌ）、１ＭのＴＢＰ‐Ｓ（１．２ｍｌ）を添加して２８０℃で１時間加熱した後、室温に冷却した（ＴＢＰ：ｔｒｉｂｕｔｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）。
酢酸亜鉛（２．２１ｇ、１．２ｍｍｏｌ）、ドデカンチオール（０．５ｍｌ、２．８ｍｍｏｌ）を添加し、Ｎ２雰囲気で２３０℃の条件下において２時間加熱した後、常温に冷却した。
トルエン（５ｍｌ）で分散後、アセトン（４０ｍｌ）を入れ、８０００ｒｐｍで遠心分離する過程を４回繰り返し、ＺｎＳｅ／Ａｌ：ＺｎＳｅＳ／ＺｎＳｅＳ／ＺｎＳ構造の量子ドットを得られた。
図４は、本発明の第２実施例に係る量子ドット発光表示装置を概略的に示す断面図であり、図５は、量子ドット発光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図４に示すように、本発明の第２実施例に係る量子ドット発光表示装置２００は、第１基板２１０と、第１基板２１０上に位置する駆動素子である薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒに接続される量子ドット発光ダイオードＤとを備える。
第１基板２１０上には、酸化物半導体物質、または多結晶シリコンからなる半導体層２２２が形成される。
半導体層２２２が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層２２２の下部には遮光パターン（図示せず）を形成することができ、遮光パターンは、半導体層２２２へ光が入射することを防止して、半導体層２２２が光によって劣化することを防止する。一方、半導体層２２２は多結晶シリコンからなってもよい。この場合、半導体層２２２の両端部に不純物がドープされることがある。
半導体層２２２の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜２２４が形成される。ゲート絶縁膜２２４は、酸化シリコン、または窒化シリコンのような無機絶縁物質からなり得る。
ゲート絶縁膜２２４の上部には、金属のような導電性物質からなるゲート電極２３０が、半導体層２２２の中央に対応して形成される。
ゲート電極２３０の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜２３２が形成される。層間絶縁膜２３２は、酸化シリコンや窒化シリコンのような無機絶縁物質からなってもよく、ベンゾシクロブテンやフォトアクリルのような有機絶縁物質からなってもよい。
層間絶縁膜２３２は、半導体層２２２の両側を露出する第１コンタクトホール２３４および第２コンタクトホール２３６を有する。第１コンタクトホール２３４と第２コンタクトホール２３６は、ゲート電極２３０の両側にゲート電極２３０と離隔して位置する。
層間絶縁膜２３２上には、金属のような導電性物質からなるソース電極２４０およびドレイン電極２４２が形成される。
ソース電極２４０およびドレイン電極２４２は、ゲート電極２３０を中心に離隔して位置し、第１および第２コンタクトホール２３４、２３６を介して半導体層２２２の両側にそれぞれ接触する。
半導体層２２２と、ゲート電極２３０と、ソース電極２４０と、ドレイン電極２４２は、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒを構成する。
図４では、ゲート電極２３０と、ソース電極２４０、およびドレイン電極２４２は半導体層２２２の上部に位置付けられる。すなわち、薄膜トランジスタＴｒは共面（ｃｏｐｌａｎａｒ）構造を有する。
代替方法として、薄膜トランジスタＴｒは、半導体層の下部にゲート電極が位置し、半導体層の上部にソース電極およびドレイン電極が位置する逆スタガ（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）構造を有することもできる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンを含んでもよい。
図示しないものの、ゲート配線とデータ配線は、第１基板２１０上に配置され、互いに交差して画素領域を画定する。また、ゲート配線およびデータ配線に電気的に接続されるスイッチング素子がさらに第１基板２１０上に配置されてもよい。スイッチング素子は、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒに接続される。
また、パワー配線は、ゲート配線またはデータ配線と平行に、且つ離隔し、第１基板２１０上に形成される。第１基板２１０の上には、薄膜トランジスタＴｒのゲート電極２３０の電圧を一定に保つためのストレージキャパシタがさらに形成される。
薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極２４２を露出させるドレインコンタクトホール２５２を有する保護層２５０は、薄膜トランジスタＴｒを覆う。
ドレインコンタクトホール２５２を介して薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極２４２に接続する第１電極２６０は、各画素領域ごとに分離して形成される。第１電極２６０は、アノードであってもよく、相対的に高い仕事関数を有する導電性物質で形成されてもよい。例えば、第１電極２６０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの透明導電性物質で形成されてもよい。
量子ドット発光表示装置２００がトップエミッションタイプで動作する場合、第１電極２６０の下部には、反射電極、または反射層をさらに形成することができる。例えば、反射電極、または反射層は、アルミニウム・パラジウム・銅（ＡＰＣ）の合金で形成されてもよい。
第１電極２６０上には、量子ドット１００を含む発光層２６２が形成され、発光層２６２を含む第１基板２１０の上部に第２電極２６４が形成される。第２電極２６４は、表示領域の全面を覆い、相対的に小さい仕事関数を有する導電性物質で形成されて、カソードとしてサービスされ得る。例えば、第２電極２６４は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム・マグネシウム（ＡｌＭｇ）の合金のうち、いずれかの１つからなり得る。
第１電極２６０と、発光層２６２と、第２電極２６４とは、量子ドット発光ダイオードＤを構成する。
量子ドット発光ダイオードＤの上部には、第１基板２１０と対向する第２基板２７０が配置される。また、第２基板２７０の内側には、カラーフィルター２８０が形成される。すなわち、カラーフィルター２８０は、量子ドット発光ダイオードＤと第２基板２７０との間に配置される。
一方、カラーフィルター２８０は、第１基板２１０と量子ドット発光ダイオードＤとの間に配置されてもよい。
すなわち、カラーフィルター２８０の位置は、量子ドット発光ダイオードＤがトップエミッションタイプであるか、またはボトムエミッションタイプであるかによって決定される。
また、図示していないが、量子ドット発光ダイオードＤとカラーフィルター２８０との間には、量子ドット発光ダイオードＤを覆うように、カプセル封止層（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成してもよい。カプセル封止層は、例えば、外部の水分などが浸透することを防止することができる。
図５を参照すると、発光層２６２は、第１電極２６０と第２電極２６４との間に位置し、発光物質層２９５（ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｌａｙｅｒ：ＥＭＬ）を含むことができる。発光物質層２９５は、量子ドット１００を含む。
また、発光層２６２は、第１電極２６０と発光物質層２９５との間に位置する正孔輸送層２９３（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）と、第１電極２６０と正孔輸送層２９３との間に位置する正孔注入層２９１（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＨＩＬ）と、発光物質層２９５と第２電極２６４との間に位置する電子輸送層２９７（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＥＴＬ）と、電子輸送層２９７と第２電極２６４との間に位置する電子注入層２９９（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）とをさらに備えることができる。発光層２６２は、表示領域の全面を覆う。
図２を参照すると、量子ドット１００は、第１コア１１０と、第１コア１１０を取り囲む第２コア１２０と、第２コア１２０を取り囲む第１シェル１３０とを含み、第２コア１２０には金属がドープされ、その結果、第２コア１２０が有するエネルギーバンドギャップは、第１コア１１０よりも小さくなる。したがって、第１コア１１０からの青色光、および第２コア１２０からの黄色光により、量子ドット１００は白色光を提供する。
本発明では、量子ドット１００を用いて単一発光層のホワイト量子ドット発光ダイオード（Ｗ−ＱＬＥＤ）を具現化でき、カラーフィルターを用いてカラー映像を具現化できる量子ドット発光表示装置２００を提供することができる。
従来の発光ダイオードでは、青色発光スタックと、黄色発光スタックの少なくとも２つの発光スタックを備えるホワイト量子ドット発光ダイオードが提供され得る。そのため、製造原価と表示装置の厚さが増加する。
しかしながら、本発明の量子ドット発光表示装置２００は、第１コア１１０からの青色光および第２コア１２０からの黄色光の利用により白色光を提供する量子ドット１００を含むので、ホワイト量子ドット発光ダイオードタイプの量子ドット発光表示装置２００は単一発光スタックで提供される。
したがって、量子ドット発光ダイオードＤおよび量子ドット発光表示装置２００の製造原価や厚さという点で強みを有する。
量子ドット発光ダイオードの作製
下記の表１に示すアノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光物質層、電子輸送層、およびカソードは順次に積層されて量子ドット発光ダイオードを形成する（ＰＥＤＯＴ：ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルフォネート，ＴＦＢ：ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−コ−（４，４’−（Ｎ−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）ジフェニルアミン））］：（Ｐｏｌｙ［（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｙｌ−２，７−ｄｉｙｌ）−ｃｏ−（４，４’−（Ｎ−（４−ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ） ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ））］））。
下記の表１に示すアノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光物質層、電子輸送層、およびカソードは順次に積層されて量子ドット発光ダイオードを形成する（ＰＥＤＯＴ：ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルフォネート，ＴＦＢ：ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−コ−（４，４’−（Ｎ−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）ジフェニルアミン））］：（Ｐｏｌｙ［（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｙｌ−２，７−ｄｉｙｌ）−ｃｏ−（４，４’−（Ｎ−（４−ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ） ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ））］））。
量子ドット発光ダイオードにおいて使用される量子ドットは、ＺｎＳｅ／（Ａｌ）：ＺｎＳｅＳ／ＺｎＳｅＳ／ＺｎＳ構造を有する。第２コアに対するＡｌのドープ比を変えながら量子ドット発光ダイオードの特性を測定して、下記の表２に記載した。また、発光波長によるＥＬ強度（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を、図６Ａないし図６Ｃに示す。表２において、Ａｌの重量％は、量子ドットの合成における供給比（ｆｅｅｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ）である。
比較例（Ｒｅｆ）では、Ａｌのドープされていない量子ドット（ＱＤ）が用いられ、実験例１および実験例２（Ｅｘ１およびＥｘ２）では、Ａｌのドープされた量子ドットが用いられる。例えば、Ａｌの供給比が実験例１では１０重量％である場合、第２コアにおけるＡｌは約４重量％である。
表２および図６Ａに示すように、Ａｌのドープされていない量子ドットを用いる量子ドット発光ダイオードは、青色光を発光する。
一方、表２、図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、Ａｌのドープされた第２コア（図２の１２０）を含む量子ドットを用いる量子ドット発光ダイオードは、白色光を発光する。しかしながら、Ａｌのドープ比が増加するにつれて、量子ドットの発光効率は減少し、光が黄色へシフトする現象が発生する。
色純度および発光効率を考慮すると、第２コア１２０におけるＡｌの重量％は、約２〜１０重量％であり得る。しかしながら、これに限定されるものではない。
図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、第１コア１１０から第１波長帯（青色）の光が発生し、第２コア１２０から第２波長帯（黄色）の光が発生する。第１波長帯の光および第２波長帯の光のそれぞれの強度は、第２コア１２０にドープされる金属量によって制御され、決定される。言い換えると、第１の波長帯の光および第２の波長帯の光のそれぞれの強度は、第２コア１２０にドープされた金属のドープ比に依存する。
すなわち、図６Ｂに示すように、金属が第１ドープ比（またはドープ量）でドープされた場合、第１波長帯の光は第１強度を有し、第２波長帯の光は第１強度より小さい第２強度を有する。一方、図６Ｃに示すように、金属が第１ドープ比より大きい第２ドープ比でドープされた場合、第１波長帯の光は第３強度を有し、第２波長帯の光は第３強度より大きい第４強度を有する。
言い換えると、第２コアに対する金属のドープ比によって、第２コアのエネルギーバンドギャップが変わり、第１コアと第２コアのそれぞれから放出される第１波長帯の光および第２波長帯の光の強度もまた、第２コア内の金属のドープ比によって変わる。
前述したように、本発明の量子ドット１００は、第１コア１１０と、第１コア１１０を取り囲む第２コア１２０と、第２コア１２０を取り囲む第１シェル１３０とを含み、第２コア１２０には金属がドープされ、第２コア１２０は、第１コア１１０より小さいエネルギーバンドギャップを有する。したがって、第１コア１１０からの青色光、および第２コア１２０からの黄色光により、量子ドット１００は、白色光を提供する。
また、本発明の量子ドット１００を利用し、製造原価の低い、簡単な構造を有するホワイト量子ドット発光ダイオードＤおよびホワイト量子ドット発光表示装置２００が提供できる。
以上、上記では本発明の好適な実施例を参照し、本発明を説明したが、該当技術分野における通常の技術者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を様々に修正および変更できることを理解できるであろう。
１００…量子ドット、１１０…第１コア、１２０…第２コア、１３０…第１シェル、１４０…第２シェル、２００…量子ドット発光表示装置、Ｄ…量子ドット発光ダイオード
Claims (13)
- 第１半導体物質からなる第１コアと、
前記第１コアの外側に位置し、第２半導体物質からなる第１シェルと、
前記第１コアと前記第１シェルとの間に位置し、前記第１および第２半導体物質の内の１つならびにドープ金属からなる第２コアと、を含み、
前記第１半導体物質は、ＺｎＳｅであり、前記第２半導体物質は、ＺｎＳｅＳである、量子ドット。 - 前記ドープ金属は、ＶＩＩ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、ＸＩＩＩ族の元素である、請求項１に記載の量子ドット。
- 前記金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｉｎのうち、少なくともいずれかの１つである、請求項２に記載の量子ドット。
- 前記第１シェルの外側に位置し、第３半導体物質からなる第２シェルをさらに含む、請求項１に記載の量子ドット。
- 前記第３半導体物質は、ＺｎＳである、請求項４に記載の量子ドット。
- 前記第１コアからの光の強度、および前記第２コアからの光の強度は、前記ドープ金属のドープ比に依存する、請求項１に記載の量子ドット。
- 前記第１コアから第１波長を有する第１波長帯の光が発光し、前記第２コアから前記第１波長より長い第２波長を有する第２波長帯の光が発光し、
前記ドープ金属が前記第２コアにおいて第１ドープ比を有する場合、前記第１波長帯の光は第１強度を有し、前記第２波長帯の光は前記第１強度より小さい第２強度を有し、
前記ドープ金属が前記第２コアにおいて、前記第１ドープ比より大きい第２ドープ比を有する場合、前記第１波長帯の光は第３強度を有し、前記第２波長帯の光は前記第３強度より大きい第４強度を有する、請求項１に記載の量子ドット。 - 第１エネルギーバンドギャップを有する第１コアと、
前記第１コアの外側に位置し、前記第１エネルギーバンドギャップより大きい第２エネルギーバンドギャップを有する第１シェルと、
前記第１コアと前記第１シェルとの間に位置し、前記第１エネルギーバンドギャップより小さい第３エネルギーバンドギャップを有する第２コアと、を含み、
前記第１コアは、ＺｎＳｅからなり、前記第１シェルは、ＺｎＳｅＳからなり、前記第２コアは、ＡｌのドープされたＺｎＳｅＳである、量子ドット。 - 前記第１コアから第１波長の光が放出され、前記第２コアから前記第１波長より大きい第２波長の光が放出される、請求項８に記載の量子ドット。
- 前記第１シェルの外側に位置し、前記第２エネルギーバンドギャップより大きい第４エネルギーバンドギャップを有する第２シェルをさらに含む、請求項８に記載の量子ドット。
- 第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
請求項１ないし請求項１０のうち、いずれか１項に記載の量子ドットを含み、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する発光層と、を備える量子ドット発光ダイオード。 - 基板と、
前記基板の上部に位置する請求項１１に記載の量子ドット発光ダイオードと、
前記基板と前記量子ドット発光ダイオードとの間に位置し、前記第１電極に接続される薄膜トランジスタと、を備える量子ドット発光表示装置。 - 前記基板と前記量子ドット発光ダイオードとの間、または前記量子ドット発光ダイオードの上部に位置するカラーフィルターをさらに備える、請求項１２に記載の量子ドット発光表示装置。
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