JP6848030B2 - 量子ドット発光ダイオード、その製造方法、および量子ドット発光表示装置 - Google Patents

量子ドット発光ダイオード、その製造方法、および量子ドット発光表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ、ＱＤ）発光ダイオードに関するものであり、特に、向上した電荷バランスを有す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、量子ドット発光ダイオードの製造方法に関するものである。
本格的な情報化時代になるにつれて、大量の情報を処理および表示するディスプレイ分野が急速に発展しており、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平板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）を表示装置に利用しようとする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）に落ちる際に発光する。量子ドットは、吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が非常に大きく、量子効率（ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ）が優れているので、強い蛍光を発生させる。また、量子ドットのサイズにより発光波長が変わるので、量子ドットのサイズを調節すると、可視光全域の光を得ることができる。
量子ドットを用いる量子ドット発光ダイオードは、互いに対向する陽極および陰極と、陽極と陰極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光層を備える。陽極と陰極からの正孔および電子が、量子ドット発光層に注入されると、量子ドット発光層から発光する。
ところが、量子ドット発光ダイオードでは電荷バランスが崩れるという問題が生じ、発光効率が低下する。例えば、正孔注入速度が電子注入速度より遅くて、量子ドット発光層において、正孔と電子の間における不均衡の問題が発生してしまう。
量子ドット発光ダイオードには電荷不均衡の問題がある。
本発明は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、前記第１電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第１電荷補助層と、前記量子ドット発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２電荷補助層とを備え、前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、前記第１電荷補助層は、前記リガンドに接触して、前記第２電荷補助層は、前記シェルに接触する量子ドット発光ダイオードを提供する。
他の観点から、本発明は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、前記第１電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第１電荷補助層と、前記量子ドット発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２電荷補助層とを備え、前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、前記シェルと前記第１電荷補助層との間の距離は、前記シェルと前記第２電荷補助層との間の距離より大きい量子ドット発光ダイオードを提供する。
本発明の量子ドット発光ダイオードにおいて、前記第１電荷補助層は正孔補助層であり、前記第２電荷補助層は電子補助層であり得る。
本発明の量子ドット発光ダイオードにおいて、前記第１電荷補助層は電子補助層であり、前記第２電荷補助層は正孔補助層であり得る。
本発明の量子ドット発光ダイオードにおいて、前記量子ドットは、互いに隣接した第１量子ドットおよび第２量子ドットを含み、前記第１量子ドットおよび前記第２量子ドットのリガンドは、互いに接触することができる。
他の観点から、本発明は、基板と、前記基板上に位置する前述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の間に位置し、前記量子ドット発光ダイオード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、前記第１電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）からなり、前記薄膜トランジスタに接続することができる。
また、他の観点から、本発明は、第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に第１電荷補助層を形成する段階と、前記第１電荷補助層上に量子ドットを含む量子ドット発光物質層を形成する段階と、前記量子ドット発光物質層に対し、ドライエッチングを行う段階と、前記ドライエッチングの段階の後に、前記量子ドット発光物質層上に第２電荷補助層を形成する段階と、前記第２電荷補助層上に第２電極を形成する段階を含む量子ドット発光ダイオードの製造方法を提供する。
本発明の量子ドット発光ダイオードの製造方法において、前記第１電荷補助層は正孔補助層であり、前記第２電荷補助層は電子補助層であり得る。
本発明の量子ドット発光ダイオードの製造方法において、前記第１電荷補助層は電子補助層であり、前記第２電荷補助層は正孔補助層であり得る。
本発明の量子ドット発光ダイオードの製造方法において、前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面全体に結合されたリガンドを含み、前記ドライエッチングの段階で前記量子ドットの上部側のリガンドを取り除くことにより、前記第１電荷補助層は前記量子ドットの前記リガンドに接触し、前記第２電荷補助層は前記量子ドットの前記シェルに接触することができる。
本発明の量子ドット発光ダイオードの製造方法において、前記ドライエッチングの工程は、不活性ガスを用いたスパッタリング工程であり得る。
本発明の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は、一側のリガンドが取り除かれた量子ドットを含むことで、リガンドにより電荷注入が遮断される問題を防止することができる。
その結果、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おける電荷注入速度が増加し、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の発光効率が向上する。
また、量子ドットの一側表面におけるリガンドのみが除去されるので、正孔、または電子の注入速度が増加し、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おける電荷バランスが向上し、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の発光効率がさらに向上する。
さらに、量子ドット発光物質層を形成した後、不活性ガスを用いたドライエッチング（スパッタリングエッチング）の工程により一側のリガンドを取り除くので、量子ドットのシェルおよびコアに対する損傷を防止することができる。したがって、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の発光効率の低下が防止される。
本発明に係る量子ドット発光表示装置の概略的な回路図である。 本発明に係る量子ドット発光表示装置の概略的な断面図である。 本発明の第１実施例に係る量子ドット発光ダイオードの概略的な断面図である。 量子ドットを説明するための図面である。 量子ドット発光層のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析グラフである。 量子ドット発光層のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析グラフである。 量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。 量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。 量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。 量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。 量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。 非加工状態の量子ドットを説明するための図面である。 本発明の第２実施例に係る量子ドット発光ダイオードの概略的な断面図である。
以下、図面を参照し、本発明に係る好適な実施例について説明する。
図１は、本発明に係る量子ドット発光表示装置の概略的な回路図である。
図１に示すように、量子ドット発光表示装置には、互いに交差して画素領域Ｐを定義するゲート配線ＧＬ、データ配線ＤＬおよびパワー配線ＰＬが形成され、画素領域Ｐには、スイッチング薄膜トランジスタＴｓ、駆動薄膜トランジスタＴｄ、ストレージキャパシタＣｓｔ、量子ドット発光ダイオードＤが形成される。
スイッチング薄膜トランジスタＴｓは、ゲート配線ＧＬおよびデータ配線ＤＬに接続され、駆動薄膜トランジスタＴｄおよびストレージキャパシタＣｓｔは、スイッチング薄膜トランジスタＴｓとパワー配線ＰＬの間に接続される。量子ドット発光ダイオードＤは、駆動薄膜トランジスタＴｄに接続される。
かかる量子ドット発光表示装置では、ゲート配線ＧＬに印加されたゲート信号により、スイッチング薄膜トランジスタＴｓがターンオンすると、データ配線ＤＬに印加されたデータ信号がスイッチング薄膜トランジスタＴｓを通じ、駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極およびストレージキャパシタＣｓｔの一電極に印加される。
駆動薄膜トランジスタＴｄは、ゲート電極に印加されたデータ信号によりターンオンし、その結果、データ信号に比例する電流が、パワー配線ＰＬから駆動薄膜トランジスタＴｄを通じて量子ドット発光ダイオードＤへ流れるようになり、量子ドット発光ダイオードＤは、駆動薄膜トランジスタＴｄを通じて流れる電流に比例する輝度に発光する。
このとき、ストレージキャパシタＣｓｔは、データ信号に比例する電圧に充電され、一フレームの間、駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極の電圧が一定に保持される。
したがって、量子ドット発光表示装置は、希望する映像を表示することができる。
図２は、本発明に係る量子ドット発光表示装置の概略的な断面図である。
図２に示すように、量子ドット発光表示装置１００は、基板１５０と、基板１５０上に位置する薄膜トランジスタＴｄと、薄膜トランジスタＴｄに接続される量子ドット発光ダイオードＤとを備える。
基板１５０は、ガラス基板であってもよく、ポリイミドのようなプラスチック基板であってもよい。すなわち、基板１５０は、フレキシブルな特性を有することができる。
図面に示していないが、基板１５０上には、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るバッファ層を形成することができる。
薄膜トランジスタＴｄは、スイッチング薄膜トランジスタに接続され、半導体層１５２と、ゲート電極１６０と、ソース電極１７０と、ドレイン電極１７２を含む。
半導体層１５２は、基板１５０上に形成されるが、酸化物半導体物質からなってもよく、多結晶シリコンからなってもよい。
半導体層１５２が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層１５２の下部には、遮光パターン（不図示）を形成することができ、遮光パターンは、半導体層１５２へ光が入射することを防ぎ、半導体層１５２が光によって劣化することを防止する。これとは異なって、半導体層１５２が多結晶シリコンからなる場合、半導体層１５２の両端部に不純物がドープされていることがある。
半導体層１５２の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜１５４が基板１５０の全面に形成される。ゲート絶縁膜１５４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形成することができる。
ゲート絶縁膜１５４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１６０が、半導体層１５２の中央に対応して形成される。ゲート電極１６０は、スイッチング薄膜トランジスタに接続される。
ゲート絶縁膜１５４が基板１５０の全面に形成されているが、ゲート絶縁膜１５４は、ゲート電極１６０と同じ形状にパターニングされてもよい。
ゲート電極１６０の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜１６２が基板１５０の全面に形成される。層間絶縁膜１６２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形成してもよく、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形成してもよい。
層間絶縁膜１６２は、半導体層１５２の両側を露出する第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６を有する。第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６は、ゲート電極１６０の両側にゲート電極１６０と離隔して位置する。
ここで、第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６は、ゲート絶縁膜１５４内にも形成される。これとは異なって、ゲート絶縁膜１５４がゲート電極１６０と同じ形状にパターニングされる場合、第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６は、層間絶縁膜１６２内にのみ形成されてもよい。
層間絶縁膜１６２上には、金属のような導電性物質からなるソース電極１７０およびドレイン電極１７２が形成される。
ドレイン電極１７２およびソース電極１７０は、ゲート電極１６０を中心に離隔して位置し、それぞれ前記第１コンタクトホール１６４と前記第２コンタクトホール１６６を介して、前記半導体層１５２の両側に接触する。ソース電極１７０は、パワー配線（図１のＰＬ）に接続される。
半導体層１５２と、ゲート電極１６０、ソース電極１７０、ドレイン電極１７２を含む薄膜トランジスタＴｄは、駆動素子として働く。
薄膜トランジスタＴｄは、半導体層１５２の上部に、ゲート電極１６０、前記ソース電極１７０および前記ドレイン電極１７２が位置するコプラナー構造を有する。
これとは異なって、薄膜トランジスタＴｄ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構造を有することができる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンから形成することができる。
一方、スイッチング薄膜トランジスタ（不図示）は、薄膜トランジスタＴｄと実質的に同じ構造を有することができる。
薄膜トランジスタＴｄのドレイン電極１７２を露出するドレインコンタクトホール１７６を有する保護層１７４が、トランジスタＴｄを覆いながら形成される。
保護層１７４上には、ドレインコンタクトホール１７６を介して薄膜トランジスタＴｄのドレイン電極１７２に接続される第１電極１１０が、画素領域毎に分離して形成される。
第１電極１１０はアノードであり得る。そして、仕事関数が比較的に大きい導電性物質からなり得る。例えば、第１電極１１０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）のような透明導電性物質から形成することができる。
一方、本発明の量子ドット発光表示装置１００がトップエミッションタイプである場合、第１電極１１０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）の合金から形成することができる。
また、保護層１７４上には、第１電極１１０の端部を覆うバンク層１１５が形成される。バンク層１１５は、画素領域に対応し、第１電極１１０の中心を露出する。
第１電極１１０上には、発光層１１２が形成される。発光層１１２は、量子ドット（不図示）を含む量子ドット発光物質層１３０と、量子ドット発光物質層１３０の下部に位置する正孔補助層１２０と、量子ドット発光層１３０の上部に位置する電子補助層１４０を含む。
発光層１１２が形成された基板１５０の上部に、第２電極１１４が形成される。第２電極１１４は、表示領域の全面を覆い、仕事関数が比較的に小さい導電性物質から形成され、カソードとして利用することができる。例えば、第２電極１１４は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム・マグネシウムの合金（ＡｌＭｇ）のうち、いずれか１つから形成することができる。
正孔補助層１２０は、第１電極１１０と量子ドット発光物質層１３０の間に位置し、電子補助層１４０は、量子ドット発光物質層１３０と第２電極１１４の間に位置する。
第１電極１１０、発光層１１２および第２電極１１４は、量子ドット発光ダイオードＤを構成する。
後述するように、量子ドット発光物質層１３０内の量子ドットの一側面からリガンドが除去されることにより、量子ドット発光ダイオードＤ内の電荷バランスが向上する。その結果、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１００の発光効率が向上する。
図３は、本発明の第１実施例に係る量子ドット発光ダイオードの概略的な断面図である。
図３に示すように、本発明の量子ドット発光ダイオードＤは、第１電極１１０と、第１電極１１０と対向する第２電極１１４と、第１電極１１０と第２電極１１４の間に位置する発光層１１２を備え、発光層１１２は、量子ドット発光物質層（ＥＭＬ）１３０と、第１電極１１０と量子ドット発光物質層１３０の間に位置する正孔補助層１２０と、量子ドット発光物質層１３０と第２電極１１４の間に位置する電子補助層１４０を含む。
第１電極１１０は陽極であり、第２電極１１４は陰極であり得る。
正孔補助層１２０は、第１電極１１０と量子ドット発光物質層１３０の間に位置する正孔輸送層（ＨＴＬ）１２４と、第１電極１１０と正孔輸送層１２４の間に位置する正孔注入層（ＨＩＬ）１２２を含む。正孔注入層１２２と正孔輸送層１２４のうち、一方は省略してもよい。
電子補助層１４０は、量子ドット発光物質層１３０と第２電極１１４の間に位置する電子輸送層（ＥＴＬ）１４２と、電子輸送層１４２と第２電極１１４の間に位置する電子注入層（ＥＩＬ）１４４を含む。電子輸送層１４２と電子注入層１４４のうち、一方は省略してもよい。
量子ドット発光物質層１３０は、複数の量子ドット１８０を含む。量子ドット１８０は、半導体物質から形成される。
量子ドットを説明するための図面である図４を参照すると、量子ドット１８０は、その中心に光を出すコア１８２と、コアを取り囲むシェル１８４と、シェルの表面一部に結合されたリガンド１８６を含む。
コア１８２とシェル１８４は、互いに異なるエネルギーバンドギャップを有する。コア１８２とシェル１８４のそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしＶ族のナノ半導体化合物を含むことができる。例えば、ナノ半導体化合物は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＡｓのうち、いずれか１つであり得る。
リガンド１８６は、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基であり得る。そのリガンド１８６によって量子ドット１８０が溶媒に分散される。リガンド１８６は、シェル１８４の一側表面を露出し、他側表面を覆うように形成される。すなわち、量子ドット１８０の一側表面からリガンド１８６が除去され、シェル１８４が露出される。
したがって、正孔補助層１２０は、量子ドット１８０のリガンド１８６に接触し、電子補助層１４０は、量子ドット１８０のシェル１８４に接触する。また、隣接した量子ドット１８０間において、リガンド同士の接触が起こる。
前述したように、溶媒に対する量子ドット１８０の分散特性の向上のため、リガンド１８６が量子ドット１８０のシェル１８４の表面に形成されるが、リガンド１８６は、電荷注入に対するバリアとして働く。すなわち、量子ドット１８０のシェル１８４の表面に形成されたリガンドにより、正孔および電子の注入が妨げられる。
しかしながら、本発明のように、量子ドット１８０のシェル１８４の一側表面のリガンド１８６が除去される場合、電荷の注入速度が増加するので、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１００の発光効率が向上する。
また、量子ドット１８０の一側表面におけるリガンド１８６のみが除去されるので、電子の注入速度が増加し、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１００における電荷バランスが向上し、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１００の発光効率がさらに向上する。
正孔注入速度に比べて電子注入速度が遅い従来の量子ドット発光ダイオードでは、電荷のバランスが崩れる。
しかしながら、本発明の量子ドット発光ダイオードＤでは、量子ドット１８０の上部側表面のリガンドが除去され、電子補助層１４０が量子ドット１８０のシェル１８４と接触するので、電子の注入速度が増加し、電荷バランスが向上する。言い換えれば、正孔補助層１２０は、量子ドット１８０のリガンド１８６と接触するので、正孔注入速度は変わらないが、電子補助層１４０は、量子ドット１８０のシェル１８４と接触するので、電子注入速度が増加する。
また、後述するように、リガンド１８６がシェル１８４の全体に形成された量子ドットを利用して量子ドット発光物質層１３０を形成した後、ドライエッチングにより上部側のリガンドが除去されるので、溶媒に対する量子ドット１８０の分散特性は低下しない。
さらに、ドライエッチングによってリガンドのみが除去されるので、ウェットエッチングに用いられる液状のエッチング液による量子ドット１８０のコア１８２および／またはシェル１８４の損傷や、下部層、すなわち、正孔補助層１２０の損傷が防止される。
図５ａおよび図５ｂは、量子ドット発光層のＸＰＳ（Ｘ‐ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析グラフである。図５ａは、ドライエッチング工程前の量子ドットのＸＰＳ分析グラフであり、図５ｂは、ドライエッチング工程後、シェルの上部表面のリガンドが除去された量子ドットのＸＰＳ分析グラフである。図５ａおよび図５ｂは、量子ドット発光層の表面から約５ｎｍの部分に対するＸＰＳ分析グラフである。
図５ａに示すように、ドライエッチング工程の前に、量子ドットの表面全体にリガンドが形成されたので、リガンドのアルキル基が検出された。
一方、図５ｂに示すように、ドライエッチング工程により、シェルの上部表面のリガンドが除去されたため、リガンドのアルキル基は検出されなかった。
図６ａないし図６ｅは、量子ドット発光表示装置の製造工程を示す断面図である。
図６ａに示すように、基板１５０上に駆動薄膜トランジスタＴｄが形成され、駆動薄膜トランジスタＴｄを覆いながら、駆動薄膜トランジスタＴｄのドレイン電極１７２を露出するドレインコンタクトホール１７６を有する保護層１７４が形成される。
具体的に、基板１５０上に半導体物質を蒸着し、マスク工程でパターニングすることにより、半導体層１５２が形成される。
続いて、半導体層１５２の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜１５４が基板１０１の全面に形成される。
次に、ゲート絶縁膜１５４上に銅、アルミニウムといった低抵抗の金属物質を蒸着し、それに対するマスク工程を行うことにより、ゲート絶縁膜１５４上にゲート電極１６０が形成される。ゲート電極１６０は、半導体層１５２の中央に対応して形成される。図面に示していないが、ゲート絶縁膜１５４上には、第１方向に沿って延びるゲート配線を形成することができる。
続いて、ゲート電極１６０上に絶縁物質層を形成し、マスク工程を行うことにより、半導体層１５２の両側を露出する第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６を有する層間絶縁膜１６２を形成する。
次に、層間絶縁膜１６２上に銅、アルミニウムといった低抵抗の金属物質を蒸着し、それに対するマスク工程を行うことにより、層間絶縁膜１６２上にソース電極１７０とドレイン電極１７２を形成する。ソース電極１７０とドレイン電極１７２は、ゲート電極１６０を中心に離隔して位置し、それぞれ第１コンタクトホール１６４および第２コンタクトホール１６６を介して半導体層１５２の両側と接触する。
図面に示していないが、層間絶縁膜１６２上には、第２方向に沿って延びるデータ配線と、データ配線と並んで離隔するパワー配線を形成することができる。
半導体層１５２と、ゲート電極１６０、ソース電極１７０およびドレイン電極１７２は、駆動薄膜トランジスタＴｄを構成する。
次に、薄膜トランジスタＴｒを覆う絶縁物質層を形成し、それに対してマスク工程を行うことにより、駆動薄膜トランジスタＴｄを露出するドレインコンタクトホール１７６を有する保護層１７４が形成される。
続いて、図６ｂに示すように、保護層１７４上に透明導電性物質を蒸着し、マスク工程を行うことにより、各画素領域に第１電極１１０を形成する。第１電極１１０は、ドレインコンタクトホール１７６を通じて、駆動薄膜トランジスタＴｄのドレイン電極１７２に接続される。
次に、絶縁物質層を形成し、それに対してマスク工程を行うことにより、第１電極１１０の端部を覆い、第１電極１１０の中央を露出する開口部ｏｐを有するバンク層１１５を形成する。
続いて、図６ｃに示すように、開口部（図６ｂのｏｐ）に正孔輸送物質および／または正孔注入物質を蒸着したり、またはコーティングしたりして正孔補助層１２０（第１電荷補助層）を形成する。例えば、正孔補助層１２０は、第１電極１１０上に順次積層される正孔注入層（図３の１２２）と正孔輸送層（図３の１２４）を含むことができる。
次に、正孔補助層１２０上に、シェルの表面全体にリガンドが結合されている量子ドット１９０の溶液をコーティングし、乾燥工程を行うことにより、量子ドット層１３２を形成する。すなわち、非加工状態の量子ドット１９０を示す図７を参照すると、図６ｃの段階における量子ドット１９０は、コア１８２と、コアを取り囲むシェル１８４と、シェル１８４の表面全体に結合されたリガンド１８６を含む。
続いて、図６ｄに示すように、量子ドット層（図６ｃの１３２）に対してドライエッチング工程を行い、非加工の量子ドット（図６ｃの１９０）の一側表面に位置するリガンド１８６を除去することで、一側表面におけるリガンド１８６は取り除かれ、他側表面にリガンド１８６の存在する量子ドット１８０を含む量子ドット発光物質層１３０が形成される（図４を参照）。したがって、正孔補助層１２０の上部面は、量子ドット１８０のリガンド１８６に接触する。
ドライエッチング工程は、不活性ガスのアルゴンを用いたスパッタリング工程であり得る。例えば、ドライエッチング工程は、１×１０−７〜１×１０−５Ｔｏｒｒの圧力条件下で、約０．２分〜１分間行うことができる。
前述したように、リガンド１８６がシェル１８４の表面全体に形成された非加工の量子ドット１９０が溶媒に分散された溶液がコーティングされ、量子ドット層１３２が形成されるため、量子ドットの分散特性は低下しない。
さらに、ドライエッチング工程により、上部側のリガンドが除去されるため、ウェットエッチングによる量子ドット１８０のコア１８２および／またはシェル１８４の損傷や、下部層、すなわち、正孔補助層１２０の損傷が防止される。
次に、図６ｅに示すように、量子ドット１８０からなる量子ドット発光物質層１３０上に、電子輸送物質および／または電子注入物質を蒸着したり、またはコーティングしたりして電子補助層１４０（第２電荷補助層）を形成する。電子補助層１４０の下部面は、量子ドット１８０のシェル１８４と接触する。例えば、電子補助層１４０は、電子輸送層（図３の１４２）と電子注入層（図３の１４４）を含むことができる。
続いて、電子補助層１４０上に金属物質を蒸着し、第２電極１１４を形成する。
前述したように、量子ドット１８０の上部側表面のリガンドが除去され、電子補助層１４０が量子ドット１８０のシェル１８４に接触するので、電子の注入速度が増加する。したがって、電子の注入速度が正孔の注入速度より遅い従来の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１００における電荷バランスおよび発光効率が向上する。
図８は、本発明の第２実施例に係る量子ドット発光ダイオードの概略的な断面図である。
図８に示すように、本発明の量子ドット発光ダイオードＤは、第１電極２１０と、第１電極２１０と対向する第２電極２１４と、第１電極２１０と第２電極２１４の間に位置する発光層２１２とを備え、発光層２１２は、量子ドット発光物質層（ＥＭＬ）２３０と、第１電極２１０と量子ドット発光物質層２３０の間に位置する電子補助層（第１電荷補助層）２２０と、量子ドット発光物質層２３０と第２電極２１４の間に位置する正孔補助層（第２電荷補助層）２４０を含む。
第１電極２１０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）のような透明導電性物質から形成することができ、陰極であり得る。また、第２電極２１４は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム・マグネシウムの合金（ＡｌＭｇ）のような導電性物質から形成することができ、陽極であり得る。第１電極２１０は、駆動薄膜トランジスタ（図２のＴｄ）に接続される。
電子補助層２２０は、第１電極２１０と量子ドット発光物質層２３０の間に位置する電子輸送層（ＥＴＬ）２２４と、電子輸送層２２４と第１電極２１０の間に位置する電子注入層（ＥＩＬ）２２２を含む。電子輸送層２２４と電子注入層２２２のうち、一方は省略してもよい。
正孔補助層２４０は、量子ドット発光物質層２３０と第２電極２１４の間に位置する正孔輸送層（ＨＴＬ）２４２と、正孔輸送層２４２と第２電極２１４の間に位置する正孔注入層（ＨＩＬ）２４４を含む。正孔注入層２４４と正孔輸送層２４２のうち、一方は省略してもよい。
量子ドット発光物質層２３０は、複数の量子ドット２８０を含む。量子ドット２８０は、半導体物質から形成される。
量子ドットを説明するための図面である図４を参照すると、量子ドット２８０は、その中心に光を出すコア１８２と、コアを取り囲むシェル１８４と、シェルの表面一部に結合されたリガンド１８６を含む。
コア１８２とシェル１８４は、互いに異なるエネルギーバンドギャップを有する。コア１８２とシェル１８４のそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしＶ族のナノ半導体化合物を含むことができる。例えば、ナノ半導体化合物は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＡｓのうち、いずれか１つであり得る。
リガンド１８６は、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基であり得る。そのリガンド１８６によって量子ドット１８０が溶媒に分散される。リガンド１８６は、シェル１８４の一側表面を露出し、他側表面を覆うように形成される。すなわち、量子ドット２８０の一側表面からリガンド１８６が除去され、シェル１８４が露出される。
したがって、電子補助層２２０は、量子ドット２８０のリガンド１８６に接触し、正孔補助層２４０は、量子ドット２８０のシェル１８４に接触する。また、隣接した量子ドット２８０間において、リガンド同士の接触が起こる。
前述したように、溶媒に対する量子ドット２８０の分散特性の向上のため、リガンド１８６が量子ドット２８０のシェル１８４の表面に形成されるが、リガンド１８６は、電荷注入に対するバリアとして働く。すなわち、量子ドット２８０のシェル１８４の表面に形成されたリガンドにより、正孔および電子の注入が妨げられる。
しかしながら、本発明のように、量子ドット２８０のシェル１８４の一側表面のリガンド１８６が除去される場合、電荷の注入速度が増加するので、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（図２の１００）の発光効率が向上する。
また、量子ドット２８０の一側表面におけるリガンド１８６のみが除去されるので、正孔の注入速度が増加し、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１００における電荷バランスが向上し、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１００の発光効率がさらに向上する。
電子注入速度に比べて正孔注入速度が遅い従来の量子ドット発光ダイオードでは、電荷のバランスが崩れる。
しかしながら、本発明の量子ドット発光ダイオードＤでは、量子ドット２８０の上部側表面のリガンドが除去され、正孔補助層２４０が量子ドット２８０のシェル１８４と接触するので、正孔の注入速度が増加し、電荷バランスが向上する。言い換えれば、電子補助層２２０は、量子ドット２８０のリガンド１８６と接触するので、正孔注入速度は変わらないが、正孔補助層２４０は、量子ドット２８０のシェル１８４と接触するので、正孔注入速度が増加する。
また、リガンド１８６がシェル１８４の全体に形成された量子ドットを利用して量子ドット発光物質層２３０を形成した後、ドライエッチングにより上部側のリガンドが除去されるので、溶媒に対する量子ドット２８０の分散特性は低下しない。
さらに、ドライエッチングによってリガンドのみが除去されるので、ウェットエッチングに用いられる液状のエッチング液による量子ドット２８０のコア１８２および／またはシェル１８４の損傷や、下部層、すなわち、電子補助層２２０の損傷が防止される。
以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該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において、本発明を種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…量子ドット発光表示装置、１１０、２１０…第１電極、１１２、２１２…発光層、１１４、２１４…第２電極、１２０、２４０…正孔補助層、１４０、２２０…電子補助層、１２２、２４４…正孔注入層、１２４、２４２…正孔輸送層、１４２、２２４…電子輸送層、１４４、２２２…電子注入層、１３０、２３０…量子ドット発光物質層、１８０、２８０…量子ドット、１８２…コア、１８４…シェル、１８６…リガンド、Ｄ…量子ドット発光ダイオード

Claims (17)

  1. 互いに対向する第１電極および第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、
    前記第１電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第１電荷補助層と、
    前記量子ドット発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２電荷補助層とを備え、
    前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、
    前記第１電荷補助層は、前記リガンドに接触して、前記第２電荷補助層は、前記シェルに接触し、
    前記量子ドットは、互いに隣接した第１量子ドットおよび第２量子ドットを含み、前記第１量子ドットのリガンドは、前記第２量子ドットのリガンドに接触する、
    量子ドット発光ダイオード。
  2. 前記第１電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち一方であり、前記第２電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち他方である、請求項１に記載の量子ドット発光ダイオード。
  3. 前記正孔補助層は、正孔注入層と正孔輸送層のうち、少なくとも１つを含み、前記電子補助層は、電子注入層と電子輸送層のうち、少なくとも１つを含む、請求項２に記載の量子ドット発光ダイオード。
  4. 前記リガンドは、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基である、請求項１に記載の量子ドット発光ダイオード。
  5. 前記コアと前記シェルは、互いに異なるエネルギーギャップを有する、請求項１に記載の量子ドット発光ダイオード。
  6. 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしＶ族のナノ半導体物質を含む、請求項１に記載の量子ドット発光ダイオード。
  7. 第１電極を形成する段階と、
    前記第１電極上に第１電荷補助層を形成する段階と、
    前記第１電荷補助層上に、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドとを含む量子ドットを含む量子ドット層を形成する段階と、
    前記シェルの第１側に位置する前記リガンドを除去し、量子ドット発光物質層を形成する段階と、
    前記量子ドット発光物質層上に第２電荷補助層を形成する段階と、
    前記第２電荷補助層上に第２電極を形成する段階とを含み、
    前記第１電荷補助層は、前記シェルの第２側に位置する前記リガンドに接触し、前記第２電荷補助層は、前記シェルの第１側に接触し、
    前記量子ドットは、互いに隣接した第１量子ドットおよび第２量子ドットを含み、前記第１量子ドットのリガンドは、前記第２量子ドットのリガンドに接触し、
    前記シェルの第１側に位置する前記リガンドを除去する段階は、１×１０ −７ 〜１×１０ −５ Ｔｏｒｒの圧力下で０．２分〜１分間行うアルゴンを用いたスパッタリング工程であるドライエッチング工程を含む、
    量子ドット発光ダイオードの製造方法。
  8. 前記第１電荷補助層は正孔補助層であり、前記第２電荷補助層は電子補助層である、請求項７に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
  9. 前記第１電荷補助層は電子補助層であり、前記第２電荷補助層は正孔補助層である、請求項７に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
  10. 前記リガンドは、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基である、請求項７に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
  11. 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしＶ族のナノ半導体物質を含む、請求項７に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
  12. 基板と、
    前記基板の上部に位置し、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、前記第１電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第１電荷補助層と、前記量子ドット発光物質層と前記第２電極の間に位置する第２電荷補助層を備える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の間に位置し、前記量子ドット発光ダイオードに接続される薄膜トランジスタとを備え、
    前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、
    前記シェルと前記第１電荷補助層との間の距離は、前記シェルと前記第２電荷補助層との間の距離より大きく、
    前記量子ドットは、互いに隣接した第１量子ドットおよび第２量子ドットを含み、前記第１量子ドットのリガンドは、前記第２量子ドットのリガンドに接触する、
    量子ドット発光表示装置。
  13. 前記第１電極の端部を覆い、前記薄膜トランジスタの上部に位置するバンク層をさらに備え、
    前記バンク層は、前記第１電極の中央を露出する、請求項１２に記載の量子ドット発光表示装置。
  14. 前記第１電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち一方であり、前記第２電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち他方である、請求項１２に記載の量子ドット発光表示装置。
  15. 前記正孔補助層は、正孔注入層と正孔輸送層のうち、少なくとも１つを含み、前記電子補助層は、電子注入層と電子輸送層のうち、少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の量子ドット発光表示装置。
  16. 前記リガンドは、Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基である、請求項１２に記載の量子ドット発光表示装置。
  17. 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしＶ族のナノ半導体物質を含む、請求項１２に記載の量子ドット発光表示装置。
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