JP6965452B2 - 量子ドット白色光ダイオード - Google Patents

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Description

本開示は、発光ダイオードの分野に関し、特に、量子ドット白色光ダイオードに関する。
現在、白色光ダイオードは、表示及び照明の分野で広く使用され、主に無機白色光ダイオードと、有機又は量子ドット白色光ダイオードとの２種類に分けられる。両者の最大の違いとしては、無機白色光ダイオードがドット発光する一方で、有機又は量子ドット白色光ダイオードが面発光することにある。これにより、表示及び照明機器、並びにその応用シーンの多様な発展が促進され、人々の生活に想像力及び利便性がもたらされる。
面発光技術では、量子ドットの色鮮やかで繊細な発光及びその調節の容易さにより、量子ドット白色光ダイオードは、表示及び照明の分野で独特な利点をもたらし、例えば物品本来の様相をリアルに表示又は再現して、人々に視覚的な衝撃及び楽しさを与えることができる。
約３０年の発展を経て、赤や緑の単色量子ドット発光ダイオードは、効率及び寿命等の面で大きな進歩を遂げ、商業化のレベルに達しているが、青色光量子ドット発光ダイオードは、寿命の面で商業化に程遠いため、高効率で安定した長寿命の量子ドット白色光ダイオードを実現するには、適切な青色光の代替材料を見つけることが急務になっている。
以前から、業界では、青色光有機材料と、赤や緑の量子ドットとを組み合わせて白色光を実現することが提案されているが、これらの事例では、青色光の物質として、燐光材料又は熱活化遅延蛍光材料（ＴＡＤＦ）が広く使用されており、これらの物質は、発光効率が高い一方で、寿命が依然として商業化の要求を満たせないため、長寿命の目標の達成が困難であり、青色光有機蛍光物質と、赤や緑の量子ドットとを組み合わせて使用する事例は、多くの場合、単なるコンセプトになっており、確実な実現案が示されていない。
青色光有機蛍光発光ダイオードについて、その利点は、安定性が高く、寿命が長く、商業化の条件を満たせることである一方で、その欠点は、発光効率が低いことである。これは、有機蛍光材料は、一重項励起子だけが発光再結合して青色光を放出し、三重項励起子が非発光再結合の形で基底状態に戻るが、一重項励起子と三重項励起子との比率が１：３であるため、青色光有機蛍光発光ダイオードの理論的な最大内部量子効率が２５％に過ぎず、私たちが求めている１００％の内部量子効率から大きく離れている。明らかなことに、青色光の有機フォスファーと赤や緑の量子ドットとを組み合わせた白色光ダイオードにとって、これほど低効率な青色光の発光は、白色光ダイオードの内部量子効率を大きく制限している。
従って、従来技術は、更なる改善及び発展が必要である。
上述した従来技術の欠点に鑑みて、本開示の目的は、従来の青色光有機蛍光発光ダイオードの内部量子効率が低くて、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を大きく制限している問題を解決するための量子ドット白色光ダイオードを提供することにある。
本開示の技術案は、以下の通りである。
陰極、陽極、及び、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層を含む量子ドット白色光ダイオードであって、前記発光層は、積層して設けられた青色光有機蛍光層、スペーサー層及び量子ドット発光層を含み、前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記スペーサー層は、前記青色光有機蛍光層と前記量子ドット発光層との間に設けられ、前記量子ドット発光層の材料に量子ドットが含まれ、前記青色光有機蛍光層の材料に青色光有機蛍光材料が含まれ、前記スペーサー層の材料にスペーサー層材料が含まれ、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。
陰極、陽極、及び、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層を含む量子ドット白色光ダイオードであって、前記発光層は、積層して設けられた青色光有機蛍光層及び量子ドット発光層を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料が含まれ、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きい。
本開示は、前記発光層の青色光有機蛍光層と量子ドット発光層との間に、電子及び正孔の移動能力を持つスペーサー層を設けることで、前記スペーサー層は、青色光有機蛍光層の材料の一重項励起子が量子ドットへ転移することを防止可能で、一重項励起子が完全に青色光の生成に使用されるようにすることができるとともに、前記スペーサー層は、青色光有機発光層内の三重項励起子を量子ドット発光層に拡散させ、量子ドットを増感して発光させることができるため、量子ドット白色光ダイオードの量子効率が効果的に向上される。
本開示の具体的な実施形態による量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。 本開示の具体的な実施形態による他の量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。 本開示の実施例１による量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。 本開示の実施例３による量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。 本発明実施例５による量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。 本発明実施例６による量子ドット白色光ダイオードの構造模式図である。
本開示は、量子ドット白色光ダイオードを提供しており、本開示の目的、技術案及び効果をより明白にするため、以下、本発明を更に詳しく説明する。ここに記載の具体的な実施例は、本開示を解釈するためだけであり、本開示を限定するためのものではないことを理解されたい。
量子ドット発光ダイオードは、複数の形態があり、且つ前記量子ドット発光ダイオードは、正置構造及び転置構造に分けられており、前記転置構造の量子ドット白色光ダイオードは、下から上に向かって積層して設けられた基板、陰極、電子輸送層、青色光有機蛍光層、量子ドット発光層、スペーサー層、正孔輸送層及び陽極を含んでもよい。本開示の具体的な実施形態では、主に図１に示すような正置構造の量子ドット白色光ダイオードを実施例として紹介する。具体的には、図１に示すように、前記正置構造の量子ドット白色光ダイオードは、下から上に向かって積層して設けられた基板１０、陽極２０、正孔輸送層３０、青色光有機蛍光層４０、スペーサー層５０、量子ドット発光層６０、電子輸送層７０及び陰極８０を含み、前記量子ドット発光層の材料に量子ドットが含まれ、前記青色光有機蛍光層の材料に青色光有機蛍光材料が含まれ、前記スペーサー層の材料にスペーサー層材料が含まれ、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。
本実施例は、青色光有機蛍光層と量子ドット発光層との間に、電子及び正孔の両方の移動能力を持つスペーサー層を設けることで、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を効果的に向上させることができる。上記の効果の実現メカニズムは、具体的には、以下の通りである。
本実施例における前記青色光有機蛍光層及び量子ドット発光層が安定して発光できることを保証するために、前記スペーサー層は、陰極から注入された電子を青色光有機蛍光層に輸送するだけでなく、陽極から注入された正孔を量子ドット発光層に輸送する必要があり、従って、前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ材料である。一方で、青色光有機蛍光層の三重項励起子及び量子ドット発光層内の量子ドットの励起子がスペーサー層によって消光されることを避けるために、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、青色光有機蛍光層内の青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ量子ドット発光層内の量子ドットの励起子エネルギーよりも大きくされるべきである。本実施例におけるスペーサー層は、青色光有機蛍光層内の一重項励起子が量子ドットへ転移することを防止可能で、一重項励起子が完全に青色光の生成に使用されるようにすることができるとともに、前記スペーサー層は、青色光有機発光層内の三重項励起子を量子ドット発光層に拡散させ、量子ドットを増感して発光させることができるため、量子ドット白色光ダイオードの発光効率が効果的に向上される。
説明しておきたいのは、正置構造の量子ドット白色光ダイオードは、下から上に向かって積層して設けられた基板、陽極、正孔輸送層、量子ドット発光層、スペーサー層、青色光有機蛍光層、電子輸送層及び陰極を含み、前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ材料であり、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、青色光有機蛍光層内の青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ量子ドット発光層内の量子ドットの励起子エネルギーよりも大きくてもよい。この構造の量子ドット白色光ダイオードは、同様に、その発光効率を向上させることができ、上記の効果の実現メカニズムは、上記の実施例と同じである。
一部の実施形態において、一重項励起子は、一般に、Ｆｏｒｓｔｅｒエネルギー転移の方式で励起子エネルギーを伝達し、その有効作用半径が、通常３〜５ｎｍであるのに対して、三重項励起子は、その寿命が長いため、その励起子拡散長が１００ｎｍに至る。本実施例は、スペーサー層の厚さを３〜１００ｎｍに設定することで、スペーサー層によって、青色光有機蛍光層内の一重項励起子が量子ドット発光層に転移することを防止可能で、その三重項励起子を量子ドット発光層に拡散させて量子ドット発光を増感することを容易にしており、スペーサー層の厚さを３〜１００ｎｍに設定することで、量子ドット白色光ダイオードの量子効率を効果的に向上させることができる。
更に、前記スペーサー層の厚さは、３〜１０ｎｍであることが好ましく、この厚さ範囲内では、前記スペーサー層は、同様に、青色光有機蛍光層の材料の一重項励起子が量子ドット発光層に転移することを効果的に防止可能で、前記青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散して量子ドット発光を増感することにより有利であり、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を更に向上させることができる。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層と量子ドット発光層との間での電子及び正孔の動きが影響を受けないことを保証するために、前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ第一バイポーラ性材料である。一部の実施形態において、前記第一バイポーラ性材料は、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第一バイポーラ性材料は、１つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第一バイポーラ性材料は、２つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢである。一部の具体的な実施形態において、前記第一バイポーラ性材料はＣＢＰであり、ＣＢＰの正孔移動度と電子移動度とが近く、それぞれ１０−３ｃｍ２Ｖ−１Ｓ−１、１０−４ｃｍ２Ｖ−１Ｓ−１であり、正孔と電子との移動度が近いことにより、電荷の輸送及びバランスを保証し、発光層における電荷の蓄積を低減させることができ、量子ドット発光ダイオードの発光効率を向上させてスペクトルの安定性を維持することに有利であり、さらに重要なことに、前記ＣＢＰの三重項励起子エネルギーＴ１は、２．５６ｅＶであり、赤、黄、緑の量子ドットの励起子エネルギー及び一般的な青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも高い。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層と量子ドット発光層との間での電子及び正孔の動きが影響を受けないことを保証するために、前記スペーサー層材料は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。一部の実施形態において、前記第一ｎ型半導体材料は、ＴＰＢｉ（Ｔ１＝２．７５ｅＶ）、Ｂｅｐｐ２（Ｔ１＝２．６０ｅＶ）、ＢＴＰＳ（Ｔ１＝２．７９ｅＶ）及びＴｍＰｙＰｂ（Ｔ１＝２．７８ｅＶ）のうちの少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、前記第一ｎ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの１つであり、一部の形態において、前記第一ｎ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＰＢｉとＢｅｐｐ２、Ｂｅｐｐ２とＢＴＰＳ、ＢＴＰＳとＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第一ｎ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＢＴＰＳ、Ｂｅｐｐ２とＢＴＰＳとＴｍＰｙＰｂ、ＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第一ｎ型半導体材料は、４つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂである。
一部の実施形態において、前記第一ｐ型半導体材料は、ＴＡＰＣ（Ｔ１＝２．９８ｅＶ）、ｍＣＰ（Ｔ１＝２．９１ｅＶ）及びＴＣＴＡ（Ｔ１＝２．７６ｅＶ）のうちの少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、前記第一ｐ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第一ｐ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＡＰＣとｍＣＰ、ＴＡＰＣとＴＣＴＡ、ｍＣＰとＴＣＴＡであり、一部の実施形態において、前記第一ｐ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡである。前記Ｔ１は、半導体材料の三重項励起子エネルギーを指す。例として、前記第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料は、ＴＣＴＡ：ＴＰＢｉ、ＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂ、及び、ｍＣＰ：ＴｍＰｙＰｂのうちの１つであってもよいが、これに限定されない。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた前記青色光有機蛍光材料を含み、前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つである。前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子及び三重項励起子が第一主体材料によって消光されることを防止するために、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きい。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層内の第一主体材料は、第二バイポーラ性材料であり、前記第二バイポーラ性材料は、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第二バイポーラ性材料は、１つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第二バイポーラ性材料は、２つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢである。前記第二バイポーラ性材料電荷の輸送及びバランスを保証し、発光層における電荷の累積を低減させることができ、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を向上させ、効率のロールオフを減少し、スペクトルの安定性を維持することに有利であり、これは、白色光ダイオードにとって極めて重要である。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層内の第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二ｎ型半導体材料には、ＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの少なくとも１つが含まれる。一部の実施形態において、前記第二ｎ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの１つであり、一部の形態において、前記第二ｎ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ及びＢｅｐｐ２、Ｂｅｐｐ２及びＢＴＰＳ、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第二ｎ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＢＴＰＳ、Ｂｅｐｐ２とＢＴＰＳとＴｍＰｙＰｂ、ＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第二ｎ型半導体材料は、４つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂである。前記第二ｐ型半導体材料は、ＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの少なくとも１つを含む。一部の実施形態において、前記第二ｐ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第二ｐ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ及びｍＣＰ、ＴＡＰＣ及びＴＣＴＡ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡであり、一部の実施形態において、前記第二ｐ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡである。前記Ｔ１は、半導体材料の三重項励起子エネルギーを指す。例として、前記第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料は、ＴＣＴＡ：ＴＰＢｉ、ＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂ、及び、ｍＣＰ：ＴｍＰｙＰｂのうちの１つであってもよいが、これに限定されない。前記第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料は、同様に、電荷の輸送及びバランスを保証し、発光層における電荷の累積を低減させることができ、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を向上させ、効率のロールオフを減少し、スペクトルの安定性を維持することに有利であり、これは、白色光ダイオードにとって極めて重要である。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光材料は、４Ｐ−ＮＰＤ、Ｃｚ−２ｐｂｂ、ＰＯＴＡ及びＤＡＤＢＴ等のうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光材料は、１つの成分を含み、例えば４Ｐ−ＮＰＤ、Ｃｚ−２ｐｂｂ、ＰＯＴＡ及びＤＡＤＢＴのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光材料は、２つの成分を含み、例えば４Ｐ−ＮＰＤ及びＣｚ−２ｐｂｂ、Ｃｚ−２ｐｂｂ及びＰＯＴＡ、ＰＯＴＡ及びＤＡＤＢＴ、Ｃｚ−２ｐｂｂ及びＤＡＤＢＴであり、一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光材料は、３つの成分を含み、例えば４Ｐ−ＮＰＤとＣｚ−２ｐｂｂとＰＯＴＡ、４Ｐ−ＮＰＤとＣｚ−２ｐｂｂとＤＡＤＢＴ、Ｃｚ−２ｐｂｂとＰＯＴＡとＤＡＤＢＴであり、一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光材料は、４つの成分を含み、例えば４Ｐ−ＮＰＤ、Ｃｚ−２ｐｂｂ、ＰＯＴＡ及びＤＡＤＢＴである。前記青色光有機蛍光層において、前記青色光有機蛍光材料は、電子及び正孔を捕獲して励起子を形成することでき、第一主体材料から転移してきた励起子を受け取ることもできる。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層の厚さは、１０〜５０ｎｍである。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、青色光有機蛍光材料単体で形成された発光層であってもよい。本実施例において、前記青色光有機蛍光層の厚さは、５〜３０ｎｍである。
一部の実施形態において、前記量子ドット発光層の材料が前記量子ドット及び第二主体材料を含む場合、量子ドット励起子が第二主体材料によって消光されることを防止するために、前記第二主体材料の一重項励起子エネルギー及び三重項励起子エネルギーは、共に前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。本実施例において、前記量子ドット発光層の発光メカニズムは、以下の３つを含む。１つは、電子、正孔が、それぞれ陰極及び陽極から量子ドット発光層に輸送されて発光再結合して光子放出することであり、２つは、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散して、Ｄｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子が量子ドットに伝達され、量子ドットを励起して光子を放出させることであり、３つは、電子、正孔がそれぞれ陰極及び陽極から第二主体材料に輸送されて一重項及び三重項励起子を形成して、前記第二主体材料に形成された一重項及び三重項励起子がそれぞれＦｏｒｓｔｅｒ及びＤｅｘｔｅｒエネルギー転移で量子ドットに伝達され、量子ドット発光層内で発光再結合して光子を放出することである。
本実施例において、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料、第三ｎ型半導体材料、第三ｐ型半導体材料、及び、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つであるが、これに限定されない。
一部の実施形態において、前記第三バイポーラ性材料は、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第三バイポーラ性材料は、１つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第三バイポーラ性材料は、２つの成分を含み、例えばＣＢＰ及びＮＰＢである。
前記第三ｎ型半導体材料は、ＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第三ｎ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの１つであり、一部の形態において、前記第三ｎ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ及びＢｅｐｐ２、Ｂｅｐｐ２及びＢＴＰＳ、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第三ｎ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＢＴＰＳ、Ｂｅｐｐ２とＢＴＰＳとＴｍＰｙＰｂ、ＴＰＢｉとＢｅｐｐ２とＴｍＰｙＰｂであり、一部の実施形態において、前記第三ｎ型半導体材料は、４つの成分を含み、例えばＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂである。
一部の実施形態において、前記第三ｐ型半導体材料は、ＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第三ｐ型半導体材料は、１つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記第三ｐ型半導体材料は、２つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ及びｍＣＰ、ＴＡＰＣ及びＴＣＴＡ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡであり、一部の実施形態において、前記第三ｐ型半導体材料は、３つの成分を含み、例えばＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡである。
一部の実施形態において、前記量子ドット発光層の材料は量子ドットであり、そうなると、本実施例において、前記量子ドット発光層の発光メカニズムは、以下の２つを含む。１つは、電子、正孔が、それぞれ陰極及び陽極から量子ドット発光層に輸送されて発光再結合して光子放出することであり、２つは、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散して、Ｄｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子が量子ドットに伝達され、量子ドットを励起して光子を放出させることである。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記有機青色光蛍光層の材料は、第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料を含み、前記量子ドット発光層の材料は、量子ドット及び第二主体材料を含み、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択され、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料、第三ｎ型半導体材料、及び、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｐ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料である。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つである場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料である。この際、第一主体材料により、電子及び正孔が青色光有機蛍光層全体に分布されることを保証し、十分な青色光発光を得ることができ、且つ三重項励起子消滅の確率の低減に有利である。一方、三重項励起子が均一に分散されることは、その量子ドット層への拡散に有利であり、量子ドットの発光が保証される。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｐ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。この際、第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、優れた電子及び正孔の両方の移動能力を持っており、量子ドット発光層のインピーダンスを効果的に低減させ、励起子が均一に量子ドット発光層に分布されることを可能にし、励起子消滅の可能性を低減させ、量子ドット発光の安定性を向上させることができる。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。第一主体材料及び第二主体材料は、ｐ型半導体材料及びｎ型半導体材料の両方の半導体特性を持ち、即ち、良好な電子及び正孔の両方の移動能力をもっているため、発光層全体のインピーダンスを低減させ、陽極側から輸送してきた正孔が障害なく量子ドット発光層へ動けるのを保証するとともに、量子ドット発光層から動いてきた電子が障害なく青色光有機蛍光層を通過できるのを保証し、電荷キャリアが均一に発光層全体に分布されることを可能にし、励起子消滅の確率を低減させ、デバイスの効率及び安定性を向上させることに有利である。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料である場合、前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料であり、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料である。名前が示すように、バイポーラ性材料は、同様に、優れた電子及び正孔の移動能力を持っており、発光層全体のインピーダンスを低減させ、励起子が均一に発光層全体に分散されるようにし、デバイスの効率及び安定性を向上させることができる。更に、バイポーラ性材料の使用は、デバイスの構造及び製作過程の簡素化に有利である。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記有機青色光蛍光層の材料は、第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料を含み、前記量子ドット発光層の材料は、量子ドット及び第二主体材料を含み、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択され、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料、第三ｐ型半導体材料、及び、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｐ型半導体材料である。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｐ型半導体材料である。この際、第一主体材料が第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であることは、電子及び正孔が青色光有機蛍光層全体に分布されることを保証し、十分な青色光発光を得ることができ、且つ三重項励起子消滅の確率の低減に有利である。一方、三重項励起子が均一に分散されることは、その量子ドット層への拡散に有利であり、量子ドットの発光が保証される。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料、又は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。この際、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、優れた電子及び正孔の両方の移動能力を持っており、量子ドット発光層のインピーダンスを効果的に低減させ、励起子が量子ドット発光層に均一に分布されることを可能にし、励起子消滅の可能性を低減させ、量子ドット発光の安定性を向上させることができる。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料である場合、前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。第一主体材料及び第二主体材料は、ｐ型半導体材料及びｎ型半導体材料の両方の半導体特性を持ち、即ち、良好な電子及び正孔の両方の移動能力をもっているため、発光層全体のインピーダンスを低減させ、陽極側から輸送してきた正孔が障害なく青色光有機蛍光層へ動けるのを保証するとともに、有機蛍光層から動いてきた電子が障害なく量子ドット発光層を通過できるのを保証し、電荷キャリアが均一に発光層全体に分布されることを可能し、励起子消滅の確率を低減させ、デバイスの効率及び安定性を向上させることに有利である。
一部の実施形態において、前記スペーサー層材料が第一バイポーラ性材料である場合、前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料であり、前記第二主体材料は、いずれも第三バイポーラ性材料である。バイポーラ性材料は、優れた電子及び正孔の移動能力を持っており、発光層全体のインピーダンスを低減させ、励起子が均一に発光層全体に分散されるようにし、デバイスの効率及び安定性を向上させることができる。更に、バイポーラ性材料の使用は、デバイスの構造及び製作過程の簡素化に有利である。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーが消光されることを防止するために、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーは、量子ドット発光層内の量子ドットのエネルギーよりも大きくされるべきである。従って、前記発光層において、青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーの大きさによっては、前記量子ドットの選択も異なる。前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きい。
例として、前記青色光有機蛍光材料がＣｚ−２ｐｂｂ（Ｔ１＝２．４６ｅＶ）又はＰＯＴＡ（Ｔ１＝２．４４ｅＶ）のうちの１つである場合、前記黄色光量子ドットは、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳ等のうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。前記の赤、緑の量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳのうちの少なくとも１つから独立して選択されてもよいが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記黄色光量子ドットは、１つの成分を含み、例えばＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、及び、ＩｎＰ／ＺｎＳのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記黄色光量子ドットは、２つの成分を含み、例えばＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ及びＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ及びＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳであり、一部の実施形態において、前記黄色光量子ドットは、３つの成分を含み、例えばＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＡｇＩｎＳ／ＺｎＳとＩｎＰ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＩｎＰ／ＺｎＳであり、一部の実施形態において、前記黄色光量子ドットは、４つの成分を含み、例えばＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳである。
一部の実施形態において、前記赤色光量子ドット又は緑色光量子ドットは、１つの成分を含み、例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳのうちの１つであり、一部の実施形態において、前記赤色光量子ドット又は緑色光量子ドットは、２つの成分を含み、例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳ及びＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ及びＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ及びＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ及びＩｎＰ／ＺｎＳであり、一部の実施形態において、前記赤色光量子ドット又は緑色光量子ドットは、３つの成分を含み、例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳとＣｄＳｅ／ＣｄＳとＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳとＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳとＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＡｇＩｎＳ／ＺｎＳであり、一部の実施形態において、前記赤色光量子ドット又は緑色光量子ドットは、４つの成分を含み、例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳとＣｄＳｅ／ＣｄＳとＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳとＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳとＡｇＩｎＳ／ＺｎＳとＩｎＰ／ＺｎＳである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドット発光層は、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜３０ｎｍである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、５〜５０ｎｍである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、１５〜５０ｎｍである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである。
一部の実施形態において、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子エネルギーが２．２５ｅＶ〜２．３８ｅＶである場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きく、前記赤色光量子ドット発光スペクトルの半波幅は、限定されない。前記量子ドットが黄色光量子ドットである場合、前記量子ドット発光層の厚さは、５〜５０ｎｍである。前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜５０ｎｍであり、前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである。
例として、青色光有機蛍光層の材料が４Ｐ−ＮＰＤ（Ｔ１＝２．３ｅＶ）又はＤＡＤＢＴ（Ｔ１＝２．３８ｅＶ）である場合、前記赤色光量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、及び、ＩｎＰ／ＺｎＳのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。前記黄色光量子ドットは、ＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＺｎＣｕＩｎＳ／ＺｎＳ、ＡｇＩｎＳ／ＺｎＳ、及び、ＩｎＰ／ＺｎＳのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。
一部の実施形態において、前記基板は、ガラス等の剛性材質の基板であってもよいし、ＰＥＴやＰＩ等の可撓性材質の基板であってもよい。
一部の実施形態において、前記陽極は、インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等のうちの１つ又は複数から選択されてもよい。
一部の実施形態において、前記正孔輸送層の材料は、良好な正孔輸送性能を持つ材料から選択されてもよく、例えば、ｐ型のＴＡＰＣ、ｍＣＰ、ＴＦＢ、ＰＶＫ、Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ、ＰＦＢ、ＴＣＴＡ、ＣＢＰ、ＴＰＤ及びＮＰＢ等のうちの１つ又は複数から選択されてもよいが、これらに限定されない。
一部の実施形態において、前記電子輸送層の材料は、良好な電子輸送性能を持つ材料から選択されてもよく、例えば、ｎ型のＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ、ＴｍＰｙＰｂ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＡｌＺｎＯ、ＺｎＳｎＯ及びＩｎＳｎＯ等のうちの１つ又は複数から選択されてもよいが、これらに限定されない。
一部の実施形態において、前記陰極は、アルミニウム（Ａｌ）電極、銀（Ａｇ）電極及び金（Ａｕ）電極等のうちの１つから選択されてもよい。
説明しておきたいのは、本開示に係る量子ドット白色光ダイオードは、陽極と正孔輸送層との間に設けられた正孔注入層、陰極と電子輸送層との間に設けれた電子注入層といった機能層のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
本開示は、図１に示すような正置構造の量子ドット白色光ダイオードの作製方法の実施例を更に提供している。この作製方法は、具体的に、
基板を用意し、前記基板上に陽極を形成するステップと、
前記陽極上に正孔輸送層を作製するステップと、
前記正孔輸送層上に青色光有機蛍光層を作製するステップと、
前記青色光有機蛍光層上にスペーサー層を作製するステップと、
前記スペーサー層上に量子ドット発光層を作製するステップと、
前記量子ドット発光層上に電子輸送層を作製するステップと、
前記電子輸送層上に陰極を作製して、前記量子ドット白色光ダイオードを得るステップと、を含み、
前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ材料であり、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、青色光有機蛍光層内の青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ量子ドット発光層内の量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。
本開示において、各層の作製方法は、化学的方法又は物理的方法であってもよく、化学的方法は、化学気相堆積法、連続イオン層吸着反応法、陽極酸化法、電解析出法、共沈法のうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。物理的方法は、溶液法（如スピンコート法、印刷法、ブレードコート法、ディッププル法、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法、キャスト法、スロットコート法やストリップコート法等）、蒸着法（如熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、マグネトロンススパッタ法又はマルチアークイオンコーティング法等）、堆積法（如物理気相堆積法、原子層堆積法、パルスレーザー堆積法等）のうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。
一部の実施形態において、正置構造の量子ドット白色光ダイオードを更に提供しており、図２に示すように、この量子ドット白色光ダイオードは、下から上に向かって積層して設けられた基板１０、陽極２０、正孔輸送層３０、青色光有機蛍光層４０、量子ドット発光層５０、電子輸送層６０及び陰極７０を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料が含まれ、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きい。
本実施例における青色光有機蛍光層の材料には、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料が含まれ、このような材料からなる青色光有機蛍光層は、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を効果的に向上させることができる。上記の効果の実現メカニズムは、具体的に、以下の通りである。
１、前記青色光有機蛍光層内の青色光有機蛍光材料が前記第一主体材料にドープされているため、前記青色光有機蛍光材料の一重項及び三重項励起子が前記第一主体材料に分布されることが可能になり、これは、励起子消滅効果の軽減に有利であり、大きな電流密度又は高い明度の場合に量子ドット白色光ダイオードが安定して白色光を放出可能であることを保証できる。
２、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きいため、前記第一主体材料に形成された一重項励起子がＦｏｒｓｔｅｒエネルギー転移で青色光有機蛍光材料に伝達され、青色光有機蛍光材料内で発光再結合して青色光を放出することが可能になる一方で、前記第一主体材料及び青色光有機蛍光材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散してＤｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子エネルギーを量子ドットに伝達して、量子ドットを励起して光子を放出させることが可能になり、これによって、量子ドット白色光ダイオードの発光効率が向上される。
説明しておきたいのは、前記正置構造の量子ドット白色光ダイオードは、下から上に向かって積層して設けられた基板、陽極、正孔輸送層、量子ドット発光層、青色光有機蛍光層、電子輸送層及び陰極を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料が含まれ、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きくてもよい。この構造の量子ドット白色光ダイオードは、同様に、その発光効率を向上させることができ、上記の効果の実現メカニズムは、上記の実施例と同じである。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層において、前記青色光有機蛍光材料のドープ濃度は、０．５〜３％である。一重項励起子は、寿命が極めて短いため、その励起子拡散長が１ｎｍ未満であり、一重項励起子は、一般に、Ｆｏｒｓｔｅｒエネルギー転移の方式で励起子エネルギーを伝達し、その有効作用半径が、通常３〜５ｎｍであるのに対して、三重項励起子は、その寿命が長いため、その励起子拡散長が１００ｎｍに至り、三重項励起子は、一般に、Ｄｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で励起子エネルギーを伝達し、その有効作用半径が１ｎｍ以内である。本実施例は、前記青色光有機蛍光材料のドープ濃度を０．５〜３％に設定することで、前記青色光有機蛍光層には、量子ドット発光層に近接する３〜５ｎｍ範囲内で一重項励起子に占められる比率が明らかに減少するため、青色光有機蛍光材料の一重項励起子が量子ドット発光層に転移する確率が効果的に低減され、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子が青色光有機蛍光層内で発光再結合して青色光を放出することが可能になる。
Ｄｅｘｔｅｒエネルギー転移の有効作用半径が１ｎｍ以内であるため、青色光有機蛍光材料のドープ濃度が０．５〜３％であるという条件の下で、前記第一主体材料の三重項励起子は、１ｎｍの範囲内で、エネルギーを転移可能な青色光有機蛍光材料を見つけることができない。従って、本実施例は、第一主体材料が三重項励起子青色光有機蛍光材料に伝達して非発光再結合の方式で基底状態に戻り、エネルギー損失を引き起こすことを効果的に防止することもできる。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層の厚さは、１０〜４０ｎｍであり、この厚さ範囲内では、前記青色光有機蛍光層内の第一主体材料及び青色光有機蛍光材料の三重項励起子は、いずれも、量子ドット発光層に拡散してＤｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子エネルギーを量子ドットに伝達し、量子ドットを励起して光子を放出させることができる。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層内の第一主体材料は、正孔輸送能力を持つ第一ｐ型半導体材料と、電子輸送能力を持つ第一ｎ型半導体材料からなる混合材料であり、つまり、前記第一主体材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持っており、従って、前記第一主体材料は、電荷の輸送及びバランスを保証し、発光層における電荷の累積を低減させることもでき、量子ドット白色光ダイオードの発光効率を向上させ、効率のロールオフを減少し、スペクトルの安定性を維持することに有利であり、これは、白色光ダイオードにとって極めて重要である。
一部の実施形態において、前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層が設けられ、且つ前記青色光有機蛍光層が前記電子輸送層側に近接するように設けられている場合、前記電子輸送層の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｎ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じである。前記電子輸送層内の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｎ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じであるため、前記電子輸送層から送出された電子が前記青色光有機蛍光層に輸送される時に界面障壁が存在せず、前記電子が障害なく電子輸送層から青色光有機蛍光層に迅速に輸送されることが可能になり、これによって、励起子再結合効率が向上される。
一部の実施形態において、前記陽極と前記発光層との間に正孔輸送層が設けられ、且つ前記青色光有機蛍光層が前記正孔輸送層側に近接するように設けられている場合、前記正孔輸送層の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｐ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じである。前記正孔輸送層内の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｐ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じであるため、正孔輸送層から送出された正孔が前記青色光有機蛍光層に輸送される時に界面障壁が存在せず、前記正孔が障害なく電子輸送層から青色光有機蛍光層に迅速に輸送されることが可能になり、これによって、励起子再結合効率が向上される。
一部の実施形態において、前記量子ドット発光層の材料には、前記量子ドット及び第二主体材料が含まれ、量子ドット励起子が第二主体材料によって消光されることを防止するために、前記第二主体材料の一重項励起子エネルギー及び三重項励起子エネルギーは、共に前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。本実施例において、前記量子ドット発光層の発光メカニズムは、以下の３つを含む。１つは、電子、正孔が、それぞれ陰極及び陽極から量子ドット発光層に輸送されて発光再結合して光子放出することであり、２つは、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散してＤｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子を量子ドットに伝達し、量子ドットを励起して光子を放出させることであり、３つは、電子、正孔がそれぞれ陰極及び陽極から第二主体材料に輸送されて一重項及び三重項励起子を形成して、前記第二主体材料に形成された一重項及び三重項励起子がそれぞれＦｏｒｓｔｅｒ及びＤｅｘｔｅｒエネルギー転移で量子ドットに伝達され、量子ドット発光層内で発光再結合して光子を放出することである。
本実施例において、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つであるが、これに限定されない。一部の実施形態において、前記第一バイポーラ性材料は、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。前記第二ｎ型半導体材料は、ＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。前記第二ｐ型半導体材料は、ＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの少なくとも１つを含むが、これに限定されない。
一部の実施形態において、前記量子ドット発光層の材料は、量子ドットである、そうなると、本実施例において、前記量子ドット発光層の発光メカニズムは、以下の２つを含む。１つは、電子、正孔が、それぞれ陰極及び陽極から量子ドット発光層に輸送されて発光再結合して光子放出することであり、２つは、青色光有機蛍光層の材料の三重項励起子が量子ドット発光層に拡散して、Ｄｅｘｔｅｒエネルギー転移の方式で三重項励起子が量子ドットに伝達され、量子ドットを励起して光子を放出させることである。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層の材料は、量子ドット及び第二主体材料を含み、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される。
一部の実施形態において、前記第二主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料の使用により、良好な電子及び正孔の両方の移動能力を持っており、発光層のインピーダンスを低減させ、陰極側から輸送してきた電子が障害なく青色光有機蛍光層へ動けるのを保証するとともに、青色光有機蛍光層から動いてきた正孔が障害なく量子ドット発光層を通過できるのを保証し、電荷キャリアが均一に発光層全体に分布されることを可能にし、励起子消滅の確率を低減させ、デバイスの効率及び安定性を向上させることに有利である。
一部の実施形態において、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料である。第一バイポーラ性材料は、同様に、優れた電子及び正孔の移動能力を持っており、上述した第二ｎ型半導体及び第二ｐ型半導体混合材料と同じ役割を果たすことができる。
一部の実施形態において、前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層の材料は、量子ドット及び第二主体材料を含み、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される。
一部の実施形態において、前記第二主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料である。第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料の使用により、良好な電子及び正孔の両方の移動能力を持っており、発光層のインピーダンスを低減させ、陰極側から輸送してきた電子が障害なく青色光有機蛍光層へ動けるのを保証するとともに、青色光有機蛍光層から動いてきた正孔が障害なく量子ドット発光層を通過できるのを保証し、電荷キャリアが均一に発光層全体に分布されることを可能にし、励起子消滅の確率を低減させ、デバイスの効率及び安定性を向上させることに有利である。
一部の実施形態において、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料である。同じ理由につき、第一バイポーラ性材料は、同様に、優れた電子及び正孔の移動能力を持っており、上述第二ｎ型半導体及び第二ｐ型半導体混合材料と同じ役割を果たすことができる。
一部の実施形態において、本発明は、図２に示すような正置構造の量子ドット白色光ダイオードの作製方法の実施例を更に提供している。この作製方法は、具体的に、
基板を用意し、前記基板上に陽極を形成するステップと、
前記陽極上に正孔輸送層を作製するステップと、
前記正孔輸送層上に青色光有機蛍光層を作製するステップと、
前記青色光有機蛍光層上にスペーサー層を作製するステップと、
前記スペーサー層上に量子ドット発光層を作製するステップと、
前記量子ドット発光層上に電子輸送層を作製するステップと、
前記電子輸送層上に陰極を作製して、前記量子ドット白色光ダイオードを得るステップと、を含み、
前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ材料であり、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、青色光有機蛍光層内の青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ量子ドット発光層内の量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい。
以下、実施例により、本開示を詳しく説明する。
実施例１
ＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂ混合材料をスペーサー層材料とし、図３に示すように、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極１０１、正孔注入層１０２、正孔輸送層１０３、量子ドット発光層１０４、スペーサー層１０５、青色光有機蛍光層１０６、電子輸送層１０７、電子注入層１０８及び陰極１０９を含み、その具体的な作製は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、溶液法により、厚さ１５ｎｍの混合された赤と緑の量子ドットを堆積して量子ドット発光層とするステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ８ｎｍのＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂ混合材料を共蒸着して堆積し、スペーサー層とするステップと、
スペーサー層上に、蒸着法により、厚さ１５ｎｍのＰＯＴＡ及びＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂを共蒸着して堆積し、青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例２
ＣＢＰをスペーサー層材料とし、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極、正孔注入層、正孔輸送層、量子ドット発光層、スペーサー層、青色光有機蛍光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、その具体的な作製は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、溶液法により、厚さ２０ｎｍのＣＢＰ：赤と緑の量子ドット混合材料を堆積して量子ドット発光層とするステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ８ｎｍのＣＢＰを堆積してスペーサー層とするステップと、
スペーサー層上、蒸着法により、厚さ１５ｎｍのＰＯＴＡ及びＣＢＰを堆積して青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例３
以ＣＴＡ：ＴＰＢｉ混合材料をスペーサー層材料とし、図４に示すように、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極２０１、正孔注入層２０２、正孔輸送層２０３、青色光有機蛍光層２０４、量子ドット発光層２０５、スペーサー層２０６、電子輸送層２０７、電子注入層２０８及び陰極２０９を含み、その具体的な作製は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、蒸着法により、厚さ１５ｎｍのＰＯＴＡ及びＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂを共蒸着して堆積し、青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、溶液法により、積層された赤、緑の量子ドット薄膜を順次に堆積して量子ドット発光層とするステップであって、赤色光量子ドット薄膜の厚さが５ｎｍ、緑色光量子ドット薄膜の厚さが１０ｎｍであるステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ８ｎｍのＴＣＴＡ：ＴＰＢｉ混合材料を共蒸着して堆積し、スペーサー層とするステップと、
スペーサー層上、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例４
ＮＰＢをスペーサー層材料とし、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極、正孔注入層、正孔輸送層、青色光有機蛍光層、量子ドット発光層、スペーサー層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、その具体的な作製は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、蒸着法により、厚さ１５ｎｍのＣｚ−２ｐｂｂを堆積して青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、溶液法により、積層された赤、緑の量子ドット薄膜を順次に堆積して量子ドット発光層とするステップであって、赤色光量子ドット薄膜の厚さが５ｎｍ、緑色光量子ドット薄膜の厚さが１０ｎｍであるステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ８ｎｍのＮＰＢを堆積してスペーサー層とするステップと、
スペーサー層上、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例５
図５に示すように、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極１０１、正孔注入層１０２、正孔輸送層１０３、量子ドット発光層１０４、青色光有機蛍光層１０５、電子輸送層１０６、電子注入層１０７及び陰極１０８を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、重量比１：１のＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂとなる主体材料、及び、前記主体材料にドープされた有機蛍光材料であるＰＯＴＡが含まれ、前記ＰＯＴＡのドープ濃度は、２％である。前記量子ドット白色光ダイオードの作製方法は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、溶液法により、厚さ１５ｎｍの混合された赤と緑の量子ドットを堆積して量子ドット発光層とするステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ２５ｎｍのＰＯＴＡ（２％）−ｄｏｐｅｄＴＣＴＡ：ＴｍＰｙＰｂ（１：１）を共蒸着して堆積し、青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例６
図６に示すように、量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極２０１、正孔注入層２０２、正孔輸送層２０３、青色光有機蛍光層２０４、量子ドット発光層２０５、電子輸送層２０６、電子注入層２０７及び陰極２０８を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、重量比１：１のＴＣＴＡ：ＴＰＢｉとなる主体材料、及び、前記主体材料にドープされた有機蛍光材料である４Ｐ−ＮＰＤが含まれ、前記４Ｐ−ＮＰＤのドープ濃度は、１％である。前記量子ドット白色光ダイオードの作製方法は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＣＴＡを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、蒸着法により、厚さ２５ｎｍの４Ｐ−ＮＰＤ（１％）−ｄｏｐｅｄＴＣＴＡ：ＴＰＢｉ（１：１）共蒸着して堆積し、青色光有機蛍光層とするステップと、
青色光有機蛍光層上に、溶液法により、厚さ２０ｎｍのＣＢＰ：赤と緑の量子ドットの混合物を堆積して量子ドット発光層とするステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
実施例７
量子ドット白色光ダイオードは、下から上へ順次に、ＩＴＯ陽極、正孔注入層、正孔輸送層、青色光有機蛍光層、量子ドット発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、重量比１：１のｍＣＰ：ＴｍＰｙＰｂとなる主体材料、及び、前記主体材料にドープされた有機蛍光材料であるＤＡＤＢＴが含まれ、前記ＤＡＤＢＴのドープ濃度は、３％である。前記量子ドット白色光ダイオードの作製方法は、
パターン化されたＩＴＯガラス上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを堆積して正孔注入層とするステップと、
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に、溶液法により、厚さ３０ｎｍのＴＦＢを堆積して正孔輸送層とするステップと、
ＴＦＢ上に、溶液法により、赤色光量子ドット薄膜、緑色光量子ドット薄膜を順次に堆積して量子ドット発光層とするステップであって、赤色光量子ドット薄膜の厚さが５ｎｍ、緑色光量子ドット薄膜の厚さが１０ｎｍであるステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ２５ｎｍのＤＡＤＢＴ（３％）−ｄｏｐｅｄｍＣＰ：ＴｍＰｙＰｂ（１：１）を共蒸着して堆積し、青色光有機蛍光層とするステップと、
量子ドット発光層上に、蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｍＰｙＰｂを堆積して電子輸送層とするステップと、
ＴｍＰｙＰｂ上に、蒸着法により、厚さ１ｎｍのＬｉＦを堆積して電子注入層とするステップと、
ＬｉＦ上に、蒸着法により、厚さ１００ｎｍのＡｌを堆積して陰極とするステップと、を含む。
以上を纏めて、本開示は、量子ドット白色光ダイオードを提供しており、前記発光層の青色光有機蛍光層と量子ドット発光層との間に、電子及び正孔の移動能力を持つスペーサー層を設けることで、前記スペーサー層は、青色光有機蛍光層の材料の一重項励起子が量子ドットへ転移することを防止可能で、一重項励起子が完全に青色光の生成に使用されるようにすることができるとともに、前記スペーサー層は、青色光有機発光層内の三重項励起子を量子ドット発光層に拡散させて量子ドット発光を増感することもでき、これによって、量子ドット白色光ダイオードの発光効率が効果的に向上される。本開示は、量子ドット白色光ダイオードを更に提供しており、青色光有機蛍光材料を、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料に均一にドープすることで、前記第一主体材料内の一重項励起子が、Ｆｏｒｓｔｅｒエネルギー転移で青色光有機蛍光材料に伝達されて発光再結合して青色光放出することが可能になり、前記第一主体材料及び青色光有機蛍光材料の三重項励起子が、量子ドット発光層に拡散してＤｅｘｔｅｒエネルギー転移で量子ドットに伝達され、量子ドットを励起して光子を放出させることが可能なり、これによって、量子ドット白色光ダイオードの発光効率が効果的に向上される。
本開示の応用は、上記の例に限定されず、当業者にとって、上記の説明に従って改良又は変更可能であり、これらの改良及び変更の全ては、本開示の添付の特許請求の範囲の保護範囲に含まれるべきであることを理解されたい。

Claims (27)

  1. 陰極、陽極、及び、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層を含む量子ドット白色光ダイオードであって、前記発光層は、積層して設けられた青色光有機蛍光層、スペーサー層及び量子ドット発光層を含み、前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記スペーサー層は、前記青色光有機蛍光層と前記量子ドット発光層との間に設けられ、前記量子ドット発光層の材料に量子ドットが含まれ、前記青色光有機蛍光層の材料に青色光有機蛍光材料が含まれ、前記スペーサー層の材料にスペーサー層材料が含まれ、前記スペーサー層材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい
    ことを特徴とする量子ドット白色光ダイオード。
  2. 前記スペーサー層材料は、第一ｎ型半導体材料と第一ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、或いは、
    前記スペーサー層材料は、電子及び正孔の両方の移動能力を持つ第一バイポーラ性材料である
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  3. 前記スペーサー層の厚さは、３〜１０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  4. 前記第一バイポーラ性材料は、ＣＢＰ（4,4'-ビス(9-カルバゾリル)-1,1'-ビフェニル）及びＮＰＢ（N,N'-ジ(1-ナフチル) -N,N'-ジフェニル-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン）の一方又は両方であり、或いは、
    前記第一ｎ型半導体材料には、ＴＰＢｉ（1,3,5-トリス(1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン）、Ｂｅｐｐ２（ビス(2-ヒドロキシフェニルピリジン)ベリリウム）、ＢＴＰＳ（3,3',5,5'-テトラフェニルジフェニルスルホン）及びＴｍＰｙＰｂ（1,3,5-トリ(m-ピリジン-3-イルフェニル)ベンゼン）のうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第一ｐ型半導体材料には、ＴＡＰＣ（4,4'-シクロヘキシリデンビス[N,N-ビス(4-メチルフェニル)アニリン]）、ｍＣＰ（1,3-ジカルバゾール-9-イルベンゼン）及びＴＣＴＡ（4,4',4''-トリス(カルバゾール-9-イル)トリフェニルアミン）のうちの少なくとも１つが含まれている
    ことを特徴とする請求項２に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  5. 前記青色光有機蛍光材料には、４Ｐ−ＮＰＤ（N,N'-ジ(1-ナフチル) -N,N'-ジフェニル-[1,1':4',1'':4'',1'''-クアテルフェニル]-4,4'-ジアミン）、Ｃｚ−２ｐｂｂ（9-(4-メチルフェニル)-3,6-ビス[4-(1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール-2-イル)フェニル]カルバゾール）、ＰＯＴＡ（4-(4,6-ジフェノキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル-N,N-ジフェニルアミン）及びＤＡＤＢＴ（2,8-ビス[4-(ジフェニルアミノ)フェニル]ジベンゾチオフェンスルホン）のうちの少なくとも１つが含まれている
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  6. 前記青色光有機蛍光層の厚さは、５〜３０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  7. 前記青色光有機蛍光層の材料には、第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた前記青色光有機蛍光材料が含まれ、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  8. 前記青色光有機蛍光層の厚さは、１０〜５０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  9. 前記量子ドット発光層の材料には、前記量子ドット及び第二主体材料が含まれ、前記第二主体材料の一重項励起子エネルギー及び三重項励起子エネルギーは、共に前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい
    ことを特徴とする請求項７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  10. 前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択され、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料、第三ｐ型半導体材料、及び、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される
    ことを特徴とする請求項９に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  11. 前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｐ型半導体材料であり、或いは、
    前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｐ型半導体材料であり、或いは、
    前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、或いは、
    前記第一主体材料は、第二バイポーラ性材料であり、前記第二主体材料は、第三バイポーラ性材料であり、或いは、
    前記第一主体材料は、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料であり、前記第二主体材料は、第三ｎ型半導体材料と第三ｐ型半導体材料とからなる混合材料である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  12. 前記第二ｎ型半導体材料には、ＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第三ｎ型半導体材料には、ＴＰＢｉ、Ｂｅｐｐ２、ＢＴＰＳ及びＴｍＰｙＰｂのうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第二ｐ型半導体材料には、ＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第三ｐ型半導体材料には、ＴＡＰＣ、ｍＣＰ及びＴＣＴＡのうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第二バイポーラ性材料には、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つが含まれ、或いは、
    前記第三バイポーラ性材料には、ＣＢＰ及びＮＰＢのうちの少なくとも１つが含まれる
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  13. 青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  14. 青色光有機蛍光材料の三重項励起子が２．２５ｅＶ〜２．３８ｅＶである場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  15. 前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドット発光層は、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜３０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、５〜５０ｎｍであり、或いは
    前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、１５〜５０ｎｍであり、或いは
    前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１３に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  16. 前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、前記量子ドット発光層の厚さは、５〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１４に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  17. 陰極、陽極、及び、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層を含む量子ドット白色光ダイオードであって、前記発光層は、積層して設けられた青色光有機蛍光層及び量子ドット発光層を含み、前記青色光有機蛍光層の材料には、第一ｐ型半導体材料と第一ｎ型半導体材料とが混合して形成された第一主体材料、及び、前記第一主体材料にドープされた青色光有機蛍光材料が含まれ、前記第一主体材料の一重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の一重項励起子エネルギーよりも大きく、且つ、前記第一主体材料の三重項励起子エネルギーは、前記青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーよりも大きい
    ことを特徴とする量子ドット白色光ダイオード。
  18. 前記青色光有機蛍光材料のドープ濃度は、０．５〜３％である
    ことを特徴とする請求項１７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  19. 前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層が更に設けられ、前記青色光有機蛍光層は、前記電子輸送層側に近接するように設けられ、前記電子輸送層の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｎ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じである
    ことを特徴とする請求項１７〜１８の何れか一項に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  20. 前記陽極と前記発光層との間に正孔輸送層が更に設けられ、前記青色光有機蛍光層は、前記正孔輸送層側に近接するように設けられ、前記正孔輸送層の材料と前記青色光有機蛍光層の材料とで、第一ｐ型半導体材料のうちの少なくとも１つが同じである
    ことを特徴とする請求項１７〜１８の何れか一項に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  21. 前記量子ドット発光層の材料には、量子ドット及び第二主体材料が含まれ、前記第二主体材料の一重項励起子エネルギー及び三重項励起子エネルギーは、共に前記量子ドットの励起子エネルギーよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  22. 前記青色光有機蛍光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される
    ことを特徴とする請求項２１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  23. 前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択され、或いは、
    前記青色光有機蛍光層は、陰極側に近接するように設けられ、前記量子ドット発光層は、陽極側に近接するように設けられ、前記第二主体材料は、第一バイポーラ性材料、第二ｎ型半導体材料、第二ｐ型半導体材料、及び、第二ｎ型半導体材料と第二ｐ型半導体材料とからなる混合材料のうちの１つから選択される
    ことを特徴とする請求項２１に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  24. 青色光有機蛍光材料の三重項励起子エネルギーが２．３８ｅＶよりも大きい場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  25. 青色光有機蛍光材料の三重項励起子が２．２５ｅＶ〜２．３８ｅＶである場合、前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、或いは、前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとからなる混合量子ドットであり、前記黄色光量子ドットの発光スペクトルの半波幅は、７０ｎｍよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１７に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  26. 前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドット発光層は、赤色光量子ドットと緑色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜３０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、５〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドットは、赤色光量子ドット、黄色光量子ドット及び緑色光量子ドットを含む混合量子ドットであり、前記量子ドット発光層における厚さは、１５〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層、黄色光量子ドット薄膜層及び緑色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである
    ことを特徴とする請求項２４に記載の量子ドット白色光ダイオード。
  27. 前記量子ドットは、黄色光量子ドットであり、前記量子ドット発光層の厚さは、５〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドットは、赤色光量子ドットと黄色光量子ドットとが混合して形成された単一な混合膜層であり、前記単一な混合膜層の厚さは、１０〜５０ｎｍであり、或いは、
    前記量子ドット発光層は、積層して設けられた赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層であり、前記赤色光量子ドット薄膜層及び黄色光量子ドット薄膜層の厚さは、共に５〜１５ｎｍである
    ことを特徴とする請求項２５に記載の量子ドット白色光ダイオード。
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