JP7474345B2 - 光電変換素子、表示装置、および光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Description
(表示デバイスの製造方法及び構成)
以下においては、「同層」とは同一のプロセス(成膜工程)にて形成されていることを意味し、「下層」とは、比較対象の層よりも先のプロセスで形成されていることを意味し、「上層」とは比較対象の層よりも後のプロセスで形成されていることを意味する。
図3は、本実施形態1に係る発光素子ES(光電変換素子)における発光素子層5の概略構成を示す断面図である。
正孔輸送層42は、どのような構成であってもよく、正孔輸送層42は正孔輸送性の有機材料を1種以上含んでもよい。正孔輸送性の有機材料は例えば、PEDOT:PSS(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネートネート),PVK(ポリ-N-ビニルカルバゾール),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‐TPD(N,N'-ビス(4-ブチルフェニル)-N,N'-ビス(フェニル)-ベンジジン)である。
発光層43は、有機発光材料を含んでもよいが、量子ドットを含むことが好ましい。当該量子ドットは、無機物のナノ結晶およびリガンドから成る。このため、有機発光材料よりも量子ドットの方が、後述の除去工程(図5のステップS26を参照)において、発光層43の性能を損なわずに有機リガンド52の一部を除去することが容易である。
電子輸送層44は、複数の粒子50(キャリア輸送材料)と、複数の有機リガンド52とを含む。粒子50は、電子輸送性材料から成り、その粒径がナノ単位(すなわち、1nm以上1000nm未満の範囲)に収まる粒子である。
電子輸送層44は、第1端部領域46と第2端部領域47とを有する。第1端部領域46は、電子輸送層44の厚み方向における発光層43に近い側に位置する端部領域である。第2端部領域47は、電子輸送層44の厚み方向におけるカソード25に近い側に位置する端部領域である。電子輸送層44において、第1端部領域46に含まれる粒子50と発光層43との間の最短距離D1(第1最短距離)は、第2端部領域47に含まれる粒子50とカソード25との間の最短距離D2(第2最短距離)よりも、大きい。
本実施形態1に係る表示装置2は、三原色表示などの多色表示が可能なことが好ましい。例えば、図3に示すように表示装置2は、赤色発光する発光素子ESを有する赤色サブ画素Prと、緑色発光する発光素子ESを有する緑色サブ画素Pgと、青色発光する発光素子ESを有する青色サブ画素Pbとを備える。
以下に、図5~図9を参照して、図3に示した発光素子層5を形成する方法に関して詳細に説明する。
・粒子50がZnO、MgO,LiOから成る群から選択された1種以上の金属酸化物または前記群から選択された1種以上の金属酸化物を含む混晶系を含む。
・有機リガンド52がアルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された1種以上の置換基を有する化合物を含む。例えば、有機リガンド52は、PVP、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された1種以上の有機化合物を含む。
図10は、比較例に係る発光素子層205の概略構成を示す断面図である。
ステップS21~S24の後、ステップS25において、粒子50としてZnOのナノ結晶を含み、有機リガンド52としてPVPを含む電子輸送層44を形成した。ZnOのナノ結晶は、バンドキャップが3.3eVであり、動的光散乱法により測定した粒径の中央値が3.7nmであった。また、ZnOのナノ結晶とそれを修飾するPVPとを含むナノ粒子について、動的光散乱法により測定した粒径の中央値が12nmであった。
図11~図12を参照して、本発明に係る別の実施形態について説明する。
電子輸送層144は、どのような構成であってもよい。電子輸送層144は、電子輸送性の無機材料を1種以上含んでもよく、電子輸送性の有機材料を1種以上含んでもよく、その両方を1種以上ずつ含んでもよい。電子輸送性の無機材料は例えば、ZnO、MgO、LiO、TiO2、ZrO2、SnO2、Nb2O3から成る群から選択された1種以上の金属酸化物または前記群から選択された1種以上の金属酸化物を含む混晶系である。電子輸送性の有機材料は例えば、TPBi(2,2’,2”-(1,3,5-フェニレン)-トリス(1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール))である。
正孔輸送層142は、複数の粒子150(キャリア輸送材料)と、複数の有機リガンド152とを含む。粒子150は、正孔輸送性材料から成り、その粒径がナノ単位(すなわち、1nm以上1000nm未満の範囲)に収まる粒子である。
正孔輸送層142は、第1端部領域146と第2端部領域147とを有する。第1端部領域146は、正孔輸送層142の厚み方向における発光層43に近い側に位置する端部領域である。第2端部領域147は、正孔輸送層142の厚み方向におけるアノード22に近い側に位置する端部領域である。正孔輸送層142において、第1端部領域146に含まれる粒子150と発光層43との間の最短距離D101(第1最短距離)は、第2端部領域147に含まれる粒子150とアノード22との間の最短距離D102(第2最短距離)よりも、大きい。
以下に、図12を参照して、図11に示した発光素子層105を形成する方法に関して詳細に説明する。
本発明の態様1に係る光電変換素子は、互いに対向する第1電極および第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた光電変換層と、前記光電変換層および前記第2電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第1端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第2電極に近い側に位置する端部領域を第2端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、前記第1端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第1最短距離は、前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第2電極との間の第2最短距離よりも、大きい構成である。
前記第2電極はカソードであり、上記態様1~3の何れか1態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送層は電子輸送層であり、前記複数のキャリア輸送材料は、電子輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される1種または2種以上の混合物、あるいは前記群から選択された2種以上の混晶系を含む構成であってよい。
前記複数の有機リガンドは、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された1種以上の置換基を有する有機化合物を含む構成であってよい。
25 カソード(第2電極,第1電極)
43 発光層(光電変換層)
43b 青色発光層(第1光電変換層)
43g 緑色発光層(第2光電変換層)
44 電子輸送層(キャリア輸送層)
44b 青色電子輸送層(第1キャリア輸送層)
44g 緑色電子輸送層(第2キャリア輸送層)
142 正孔輸送層(キャリア輸送層)
50、50b、50g、50r、150 粒子(複数のキャリア輸送材料)
52、152 有機リガンド(複数の有機リガンド)
46,46b、46g、46r、146 第1端部領域
47,47b、47g、47r、147 第2端部領域
D1 第1最短距離
D2 第2最短距離
ES 発光素子(光電変換素子,第1光電変換素子,第2光電変換素子)
Claims (26)
- 互いに対向する第1電極および第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層および前記第2電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第1端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第2電極に近い側に位置する端部領域を第2端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
前記第1端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第1最短距離は、前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第2電極との間の第2最短距離よりも、大きいことを特徴とする光電変換素子。 - 互いに対向する第1電極および第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層および前記第2電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第1端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第2電極に近い側に位置する端部領域を第2端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
前記第1端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第1端部領域に含まれる有機リガンドの第1比率は、前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第2端部領域に含まれる有機リガンドの第2比率よりも、大きいことを特徴とする光電変換素子。 - 前記第2比率は、前記第1比率の0以上1/2以下であることを特徴とする請求項2に記載の光電変換素子。
- 前記第2電極はカソードであり、
前記キャリア輸送層は電子輸送層であり、
前記複数のキャリア輸送材料は、電子輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される1種または2種以上の混合物、あるいは前記群から選択された2種以上の混晶系を含む請求項1~3の何れか1項に記載の光電変換素子。 - 前記複数のキャリア輸送材料は、ZnO、MgO、LiO、TiO2、ZrO2、SnO2、Nb2O3から成る群から選択された1種以上の金属酸化物または前記群から選択された1種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことを特徴とする請求項4に記載の光電変換素子。
- 前記複数のキャリア輸送材料は、ZnOまたはZnOを含む混晶系を含み、
前記複数の有機リガンドは、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された1種以上の置換基を有する有機化合物を含むことを特徴とする請求項4に記載の光電変換素子。 - 前記第2電極はアノードであり、
前記キャリア輸送層は正孔輸送層であり、
前記キャリア輸送材料は、正孔輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される1種または2種以上の混合物または2種以上の混晶系を含むことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の光電変換素子。 - 前記キャリア輸送材料は、NiO、MgO、LaO、MnO3、V2O5、WO3、ReO3から成る群から選択された1種以上の金属酸化物または前記群から選択された1種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことを特徴とする請求項7に記載の光電変換素子。
- 前記複数の有機リガンドはPVP、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された1種以上の有機化合物を含むことを特徴とする請求項7に記載の光電変換素子。
- 前記キャリア輸送層の前記第2端部領域は、前記第2電極に接していることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の光電変換素子。
- 前記複数のキャリア輸送材料のうちの前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料は、前記第2電極に接していることを特徴とする請求項10に記載の光電変換素子。
- 前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第1端部領域の厚みは、前記第2端部領域の厚みよりも、大きく、
前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、
前記第1端部領域および前記第2端部領域は各々、前記複数のキャリア輸送材料について、1粒子層であることを特徴とする請求項1~11の何れか1項に記載の光電変換素子。 - 互いに対向する第1電極および第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層および前記第2電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第1端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第2電極に近い側に位置する端部領域を第2端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
前記第1端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第1最短距離は、前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第2電極との間の第2最短距離よりも、大きい光電変換素子であって、
前記キャリア輸送材料は、1nm以上10nm以下の粒径を有する金属酸化物であることを特徴とする光電変換素子。 - 互いに対向する第1電極および第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層および前記第2電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第1端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第2電極に近い側に位置する端部領域を第2端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
前記第1端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第1端部領域に含まれる有機リガンドの第1比率は、前記第2端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第2端部領域に含まれる有機リガンドの第2比率よりも、大きい光電変換素子であって、
前記キャリア輸送材料は、1nm以上10nm以下の粒径を有する金属酸化物であることを特徴とする光電変換素子。 - 前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第2端部領域の厚みは、前記キャリア輸送層の厚みの1/30以上1/2以下であり、
前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、
前記第2端部領域は、前記複数のキャリア輸送材料について、1粒子層であることを特徴とする請求項1~14の何れか1項に記載の光電変換素子。 - 前記光電変換層は、量子ドットを含むことを特徴とする請求項1~15の何れか1項に記載の光電変換素子。
- 前記光電変換層は、発光層であることを特徴とする請求項1~16の何れか1項に記載の光電変換素子。
- 前記光電変換層は、受光層であることを特徴とする請求項1~16の何れか1項に記載の光電変換素子。
- 請求項2に記載の光電変換素子を2つ以上備え、
前記2つ以上の光電変換素子は、第1光電変換素子と第2光電変換素子とを含み、
前記第1光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第1光電変換層及び第1キャリア輸送層とし、
前記第2光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第2光電変換層および第2キャリア輸送層とし、
前記第1光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第2光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、
前記第1キャリア輸送層の前記第1比率は、前記第2キャリア輸送層の前記第1比率よりも小さい、表示装置。 - 請求項1~17の何れか1項に記載の光電変換素子を2つ以上備え、
前記2つ以上の光電変換素子は、第1光電変換素子と第2光電変換素子とを含み、
前記第1光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第1光電変換層及び第1キャリア輸送層とし、
前記第2光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第2光電変換層および第2キャリア輸送層とし、
前記第1光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第2光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、
前記第1キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径は、前記第2キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径よりも小さい、表示装置。 - 第1電極を形成する第1工程と、
前記第1電極の上層に光電変換層を形成する第2工程と、
前記光電変換層の上層にキャリア輸送層を、前記キャリア輸送層が複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有するように、形成する第3工程と、
前記キャリア輸送層の上層に第2電極を形成する第4工程と、を含み、
前記キャリア輸送層から前記複数の有機リガンドの一部を除去する第5工程をさらに含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 前記第5工程は、前記第3工程と前記第4工程との間に行われることを特徴とする請求項21に記載の光電変換素子の製造方法。
- 前記第5工程において、前記複数のキャリア輸送材料は全て残存することを特徴とする請求項21または22に記載の光電変換素子の製造方法。
- 前記第5工程において、アッシング処理、エッチング処理、紫外線照射、オゾン暴露、および有機溶剤で洗浄する有機洗浄から成る群から選択される1種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去することを特徴とする請求項21~23の何れか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
- 前記複数のキャリア輸送材料はZnO、ZnMgOから成る群から選択された1種以上の金属酸化物または2種以上の金属酸化物の混晶系を含み、
前記複数の有機リガンドはPVP、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された1種以上の有機化合物を含み、
前記第5工程において、アッシング処理およびエッチング処理から成る群から選択される1種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去することを特徴とする請求項24に記載の光電変換素子の製造方法。 - 前記第5工程において、前記キャリア輸送層の厚み方向において、前記複数の有機リガンドを1nm以上20nm以下だけ除去することを特徴とする請求項21~25の何れか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
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