KR20200072486A - 발광 소자, 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
양자점을 포함하는 발광 소자, 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 양극(3)과, 정공 수송층(4)과, 발광층(5)과, 전자 수송층(6)과, 음극(7)이 적층된 발광 소자(1)에 있어서, 상기 발광층은, 양자점을 포함하는 무기층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 양극으로부터 상기 음극에 이르는 모든 층이, 상기 무기층으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 정공 수송층, 상기 발광층, 및 상기 전자 수송층이, 나노 입자로 형성된 상기 무기층인 것이 바람직하다.
Description
본 발명은, 양자점을 이용한 발광 소자, 및 조명 장치에 관한 것이다.
하기의 특허문헌에는, 유기 EL(organic electro-luminescence)에 관한 발명이 개시되어 있다.
유기 EL 소자는, 기판 위에, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및, 음극이 적층되어 구성되어 있다. 이와 같은 유기 EL 소자는, 유기 화합물로 형성되어 있으며, 유기 화합물 안에 주입된 전자와 정공과의 재결합에 의해 생긴 여기자에 의해 발광된다.
그런데, 최근, 양자점을 이용한 발광 소자의 개발이 진행되고 있다. 양자점은, 수 백∼수 천개 정도의 원자로 구성된, 입경이 수 ㎚∼수 십 ㎚ 정도의 나노 입자이다. 양자점은, 형광 나노 입자, 반도체 나노 입자, 또는 나노 크리스탈이라고도 불린다. 양자점은, 나노 입자의 입경이나 조성에 의해, 발광 파장을 다양하게 변경할 수 있다는 특징을 갖는다.
그러나, 양자점을 이용한 발광 소자의 적층 구조에 대해서는, 아직 확립되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 점을 감안하여 이루어진 것이며, 양자점을 포함하는 발광 소자, 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 양극과, 발광층과, 음극과, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층과, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층이 적층된 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은, 양자점을 포함하는 무기층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상기 양극으로부터 상기 음극에 이르는 모든 층이, 상기 무기층으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 및 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층이, 나노 입자로 형성된 상기 무기층인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 발광 소자는, 가요성을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 양자점은, 코어의 표면이 셸로 덮여 있지 않은 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 양극, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층, 및 상기 음극이 기판 위에 이 순서로 적층되어 있는 구조로 할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 음극, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 및 상기 양극이 기판 위에 이 순서로 적층되어 있는 구조로 할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서의 조명 장치는, 상기의 어느 하나에 기재된 발광 소자를 이용한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자에 의하면, 양극으로부터 음극에 이르는 모든 층을 무기층으로 형성할 수 있다. 또, 이로 인해, 정공 주입층이나 전자 주입층이 불필요해지고, 층 구조를 종래에 비해 간략화할 수 있고, 제조도 용이하게 할 수 있다.
도 1a는 제1 실시형태에 있어서의 발광 소자의 단면도이다.
도 1b는 제1 실시형태의 발광 소자에 있어서의 각층의 에너지 준위도이다.
도 2a는 본 실시형태에 있어서의 양자점의 모식도이다.
도 2b는 본 실시형태에 있어서의 양자점의 모식도이다.
도 3a는 제2 실시형태에 있어서의 발광 소자의 단면도이다.
도 3b는 제2 실시형태의 발광 소자에 있어서의 각층의 에너지 준위도이다.
도 4는 본 실시형태의 발광 소자를 이용한 조명 장치의 실용적인 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 실시형태의 조명 장치로서의 백라이트 유닛을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 실시형태의 조명 장치로서의 광원 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 실시형태의 조명 장치로서의 전구를 나타내는 모식도이다.
도 8a는 코어셸 구조의 양자점을 이용한 경우의 에너지 준위도이다.
도 8b는 코어가 셸로 덮여 있지 않은 구조의 양자점을 이용한 경우의 에너지 준위도이다.
도 9는 백색광을 발광하는 발광 소자의 적층 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 백색광을 발광하는 발광 소자의 적층 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 실시 예의 도포 사진이다.
도 1b는 제1 실시형태의 발광 소자에 있어서의 각층의 에너지 준위도이다.
도 2a는 본 실시형태에 있어서의 양자점의 모식도이다.
도 2b는 본 실시형태에 있어서의 양자점의 모식도이다.
도 3a는 제2 실시형태에 있어서의 발광 소자의 단면도이다.
도 3b는 제2 실시형태의 발광 소자에 있어서의 각층의 에너지 준위도이다.
도 4는 본 실시형태의 발광 소자를 이용한 조명 장치의 실용적인 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 실시형태의 조명 장치로서의 백라이트 유닛을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 실시형태의 조명 장치로서의 광원 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 실시형태의 조명 장치로서의 전구를 나타내는 모식도이다.
도 8a는 코어셸 구조의 양자점을 이용한 경우의 에너지 준위도이다.
도 8b는 코어가 셸로 덮여 있지 않은 구조의 양자점을 이용한 경우의 에너지 준위도이다.
도 9는 백색광을 발광하는 발광 소자의 적층 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 백색광을 발광하는 발광 소자의 적층 구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 실시 예의 도포 사진이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태(이하, '실시형태'라고 약기한다.)에 대해, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이하에서는, '발광 소자'에 대해서 설명하지만, 개념적으로는, 발광 소자가 조명 장치 그 자체여도 좋으며, 혹은, 발광 소자를 포함시켜 조명 장치를 구성해도 좋다.
도 1a는, 제1 실시형태에 있어서의 발광 소자의 단면도이며, 도 1b는, 제1 실시형태의 발광 소자에 있어서의 에너지 준위도이다.
도 1a에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(1)는, 기판(2)과, 기판 위에 형성된 양극(Anode)(3)과, 양극(3) 위에 형성된 정공 수송층(HTL: Hole Transport Layer)(4)과, 정공 수송층(4) 위에 형성된 발광층(EML: emitterlayer)(5)과, 발광층(5) 위에 형성된 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer)(6)과, 전자 수송층(6) 위에 형성된 음극(Cathode)(7)을 갖고 구성된다.
이와 같은 발광 소자(1)에 전압이 인가되면, 양극(3)으로부터 정공이 주입되고, 음극(7)으로부터 전자가 주입된다. 도 1b는, 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6)의 에너지 준위 모델을 각각 도시하고 있다. 도 1b에 도시하는 바와 같이, 정공 수송층(4)으로부터 수송되어온 정공은, 정공 수송층(4)의 HOMO 준위로부터 발광층(5)의 HOMO 준위에 주입된다. 한편, 전자 수송층(6)으로부터 수송되어온 전자는, 전자 수송층(6)의 LUMO 준위로부터 발광층(5)의 LUMO 준위에 주입된다. 그리고, 정공과 전자는, 발광층(5)에서 재결합하고, 발광층(5) 안의 양자점이 여기 상태가 되어, 여기된 양자점으로부터 발광을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 발광층(5)은, 양자점을 포함하는 무기층이다. 또, 본 실시형태에서는, 양극(3)으로부터 음극(7)에 이르는 모든 층이, 무기층으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 양극(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6), 및 음극(7)이 모두 무기층으로 형성되는 것이 바람직하다.
(양자점)
양자점의 구성 및 재질을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 본 실시형태에 있어서의 양자점은, 수 ㎚∼수 십 ㎚ 정도의 입경을 갖는 나노 입자이다.
예를 들면, 양자점은, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnSeS, ZnTe, ZnTeS, InP, AglnS2, CulnS2 등으로 형성된다. Cd은 그 독성으로 각국에서 그 사용에 규제가 있기 때문에, 양자점에, Cd은 포함하지 않는 것이 바람직하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 양자점(10)의 표면에는 다수의 유기 배위자(11)가 배위되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 양자점(10)끼리의 응집을 억제할 수 있고, 목적으로 하는 광학 특성이 발현된다. 반응에 이용할 수 있는 배위자는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 이하의 배위자가, 대표적인 것으로서 들 수 있다.
지방족 1급 아민계, 올레일아민: C18H35NH2, 스테아릴(옥타데실)아민: C18H37NH2, 도데실(라우릴)아민: C12H25NH2, 데실아민: C10H21NH2, 옥틸아민: C8H17NH2, 지방산, 오레인산: C17H33COOH, 스테아린산: C17H35COOH, 팔미틴산: C15H31COOH, 미리스틴산: C13H27COOH, 라우릴(도데칸)산: C11H23COOH, 데칸산: C9H19COOH, 옥탄산: C7H15COOH
티올계, 옥타데칸티올(Octadecanethiol): C18H37SH, 헥사데칸티올: C16H33SH, 테트라데칸티올: C14H29SH, 도데칸티올: C12H25SH, 데칸티올: C10H21SH, 옥탄티올: C8H17SH
포스핀계, 트리옥틸포스핀: (C8H17)3P, 트리페닐포스핀: (C6H5)3P, 트리부틸포스핀: (C4H9)3P
포스핀옥사이드계, 트리옥틸포스핀옥사이드: (C8H17)3P＝0, 트리페닐포스핀옥사이드: (C6H5)3P＝0, 트리부틸포스핀옥사이드: (C4H9)3P＝0
또, 도 2b에 도시하는 양자점(10)은, 코어(10a)와, 코어(10a)의 표면에 코팅된 셸(10b)을 갖는 코어셸 구조이다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 양자점(10)의 표면에는 다수의 유기 배위자(11)가 배위되어 있는 것이 바람직하다. 도 2b에 도시하는 양자점(10)의 코어(10a)는, 도 2a에 도시하는 나노 입자이다. 따라서, 코어(10a)는, 예를 들면, 상기에 언급한 재질에 의해 형성된다. 셸(10b)의 재질을 따지는 것은 아니지만, 예를 들면, 황화아연(ZnS) 등으로 형성된다. 셸(10b)도 코어(10a)와 마찬가지로, 카드뮴(Cd)을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 셸(10b)은, 코어(10a)의 표면에 고용화된 상태여도 좋다. 도 2b에서는, 코어(10a)와 셸(10b)과의 경계를 점선으로 나타냈지만, 이는, 코어(10a)와 셸(10b)과의 경계를 분석으로 확인할 수 있어도 없어도 어느 쪽이라도 상관없다는 것을 가리킨다.
(발광층(5))
발광층(5)은, 상기에 언급한 양자점(10)만으로 형성되어도 좋으며, 양자점(10)과, 다른 형광 물질을 포함하고 있어도 좋다. 또, 발광층(5)은, 용제에 녹인 양자점(10)을 도포하여 형성할 수 있기 때문에, 발광층(5) 안에 다소, 용제 성분이 포함되어 있어도 좋다.
발광층(5)에 포함되는 양자점(10)은, 청색으로 형광하는 청색 양자점, 적색으로 형광하는 적색 양자점, 및, 녹색으로 형광하는 녹색 양자점 중, 적어도 어느 1종을 포함한다. 또, 발광층(5)은, 형광 파장이 다른 복수의 양자점(10)을 포함하고 있어도 좋으며, 혹은, 양자점(10)과, 양자점 이외의 형광체를 포함하고 있어도 좋다.
발광층(5)은, 상기에 언급한 바와 같이, 용제에 녹인 양자점(10)을 도포하여 형성할 수 있고(스핀코팅 등), 혹은, 잉크젯법이나 진공 증착법 등, 기존의 박막 형성 방법을 이용할 수 있다.
(정공 수송층(4))
정공 수송층(4)은, 정공을 수송하는 기능을 갖는 무기 물질 혹은, 유기 물질로 이루어진다. 정공 수송층(4)은, 무기 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들면, NiO나, WO3 등이 무기 산화물로 형성되는 것이 바람직하다. 정공 수송층(4)은, 특히, NiO의 나노 입자로 형성되는 것이 바람직하다. 또, 정공 수송층(4)에는, 예를 들면, NiO에 Al2O3 등을 혼합시키는 것도 가능하다. 또, 금속 산화물에, Li, Mg, Al 등이 도핑되어도 좋다. 또, 정공 수송층(4)은, 무기 산화물 이외의 무기 물질이어도 좋다.
정공 수송층(4)은, 발광층(5)과 마찬가지로, 나노 입자를 포함하는 용제를 스핀코팅법으로 형성하거나, 잉크젯법 등의 인쇄법으로 형성하거나, 혹은, 진공 증착법 등의 기존의 박막 기술로 형성할 수 있다.
(전자 수송층(6))
전자 수송층(6)은, 전자를 수송하는 기능을 갖는 무기 물질 혹은, 유기 물질로 이루어진다. 전자 수송층(6)은, 무기 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들면, ZnO2, TiO2, ZnO, SnO2, V2Ox, MoO3 등의 무기 산화물로 형성되는 것이 바람직하다. 이들로부터 2종 이상 선택할 수도 있다. 전자 수송층(6)은, 특히, ZnO의 나노 입자로 형성되는 것이 바람직하다. 또, 금속 산화물에, Li, Mg, Al, Mn 등이 도핑되어도 좋다. 또, 전자 수송층(6)은, 무기 산화물 이외의 무기 물질(예를 들면, CsPbBr3 등)이어도 좋다.
전자 수송층(6)은, 발광층(5)과 마찬가지로, 나노 입자를 포함하는 용제를 스핀코팅법으로 형성하거나, 잉크젯법 등의 인쇄법으로 형성하거나, 혹은, 진공 증착법 등의 기존의 박막 기술로 형성할 수 있다.
(양극(3))
본 실시형태에서는, 양극(3)의 재질을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 양극(3)은, 인듐-주석의 복합 산화물(ITO), Au 등의 금속, CulSnO2, ZnO 등의 도전성 투명재로 형성되는 것이 바람직하다. 이 중, 양극(3)은, ITO로 형성되는 것이 바람직하다. 양극(3)은, 기판(2) 위에, 이들의 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 인해 박막으로 형성할 수 있다.
양극(3)은, 기판(2) 측으로부터 빛을 취출하는 구성에서는 투명 전극일 필요가 있으며, 상기한 금속 산화물이나 매우 얇은 금속막인 것이 바람직하다.
(음극(7))
본 실시형태에서는, 음극(7)의 재질을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 음극(7)은, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로서 이용할 수 있다. 예를 들면, 전극 물질로서는, Al, Mg, Li, 혹은 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이 중, 음극(7)은, Al으로 형성되는 것이 바람직하다.
음극은, 이들의 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 인해 박막으로 형성할 수 있다.
(기판(2))
본 실시형태에서는, 기판(2)의 재질을 한정하는 것은 아니지만, 기판(2)으로서는, 예를 들면, 유리, 플라스틱 등으로 형성할 수 있다. 기판(2)은, 기판(2) 측으로부터 빛을 취출하는 구성에서는, 투명 기판인 것이 바람직하다. 투명 기판으로서는, 예를 들면, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다.
기판(2)은, 리지드한 기판이든 플렉시블한 기판이든 어느 쪽이어도 좋지만, 플렉시블한 기판을 이용함으로써, 발광 소자(1)에 가요성을 갖게 할 수 있다. 투명 수지 필름은, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC) 등이다.
본 실시형태에서는, 양극(3)으로부터 음극(7)에 이르는 모든 층, 즉, 양극(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6) 및 음극(7)을 모두 무기층으로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 모든 층을 무기층으로 형성함으로써, 같은 도포·건조 장치 등을 이용하여 성막(成膜)할 수 있고, 제조 공정을 간략화할 수 있다. 또, 양극(3)으로부터, 정공 수송층(4) 및 발광층(5)에 이르는 HOMO 준위의 대소 관계를 적정화할 수 있다. 또한, 음극(7)으로부터 전자 수송층(6) 및 발광층(5)에 이르는 LUMO 준위의 대소 관계를 적정화할 수 있다. 이로 인해, 캐리어 밸런스를, 유기 화합물을 이용하는 경우보다도 개선할 수 있고, 정공 주입층이나 전자 주입층은 반드시 필요한 것은 아니다. 이상으로 인해, 양극(3)으로부터 음극(7)에 이르는 모든 층을 무기층으로 구성함으로써, 층수를 줄일 수 있다. 단, 본 실시형태에서는, 무기물의 정공 주입층이나 전자 주입층을, 각 전극과 각 수송층의 사이에 개재(介在)시키는 것도 가능하다.
본 실시형태에서는, 양극(3)과 발광층(5)과의 사이의 층이, 정공 수송층(4), 혹은, 정공 주입층, 또는, 정공 주입층과 정공 수송층을 겸용하는 층, 또는, 정공 수송층과 정공 주입층이 적층된 층(상기 경우, 정공 주입층이 양극(3) 측, 정공 수송층(4)이 발광층(5) 측에 형성되는)인 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 음극(7)과 발광층(5)과의 사이의 층이, 전자 수송층(6), 혹은, 전자 주입층, 또는, 전자 주입층과 전자 수송층을 겸용하는 층, 또는, 전자 수송층과 전자 주입층이 적층된 층(상기 경우, 전자 주입층이 음극(7) 측, 전자 수송층(6)이 발광층(5) 측에 형성되는)인 것이 바람직하다.
도 3a는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 장치의 단면도이며, 도 3b는, 제2 실시형태의 조명 장치에 있어서의 에너지 준위도이다.
도 3a에 도시하는 발광 소자(1)는, 도 1a의 역적층 구조이다. 즉, 기판(2) 측으로부터, 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4) 및 양극(3)의 순서로 적층되어 있다. 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4)에 관해서는, 상기에서 언급한 것을 적용할 수 있다. 또, 음극(7)에 대해서는, 도 1a의 양극(3)에서 적용된, 예를 들면 ITO로 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해 기판(2) 측의 전극인 음극(7)을 투명 전극으로 할 수 있고, 기판(2) 측으로부터 빛을 발할 수 있다. 또, 도 3a에 도시하는 양극(3)에는, 도 1a에 도시하는 음극(7)과 같은 재질, 예를 들면, Al을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 도 3a에 도시하는 발광 소자(1)에 있어서도, 발광층(5)이 양자점을 포함하는 무기층으로 형성된다. 또, 음극(7)으로부터 양극(3)에 이르는 모든 층이 무기층으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 각층의 에너지 준위의 밸런스로서는, 도 3보다도 도 1의 적층 구조가 바람직하다고 생각된다.
본 실시형태에서는, 정공 수송층(4), 발광층(5) 및 전자 수송층(6)을, 모두 나노 입자로 형성된 무기층으로 할 수 있다. 상기 경우, 각층을 스핀코팅법 등으로 도포하여 형성할 수 있고, 각층을 용이하고 그리고 균일한 막두께로 형성할 수 있다. 이로 인해, 발광 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 4는, 도 1a에 도시하는 발광 소자를 이용한 조명 장치의 일 예를 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판(2) 측을 표면으로 향하게 하고, 기판(2)의 뒷면에 형성된 양극(3)에 전원의 플러스극을 접속한다. 정공 수송층(4)으로부터 음극(7)에 이르는 각층은, 예를 들면, 양극(3)보다도 한 사이즈 정도 작은 형상으로, 패턴 형성하고, 양극(3)으로부터 플러스극을 인출하기 쉬운 구조로 하는 것이 바람직하다. 또, 음극(7)에는, 전원의 마이너스극을 접속한다. 도 4에 도시하는 조명 장치(20)는, 기판(2)이 투명한 유리 기판, 양극(3)이 ITO로 형성되어 있으며, 발광층(5)에서 정공과 전자가 재결합하여 여기된 양자점으로부터의 빛(L)을 기판(2) 측으로부터 꺼낼 수 있다.
도 5에 도시하는, 본 실시형태의 조명 장치(30)는, 예를 들면, 표시 장치(31)의 뒷면에 배치한 백라이트 유닛을 구성한다. 도 5에 도시하는 조명 장치(30)는, 도 4에 도시하는 조명 장치(20)를 시트 형상으로 한 것이다. 도 5에 도시하는 조명 장치(30)는, 시트 표면 전역으로부터 면발광시킬 수 있다. 도 5와 같이, 조명 장치(30)를, 표시 장치(31)와 간격을 두고 서로 마주보게 하고, 조명 장치(30)로부터의 빛을, 직접, 표시 장치(31)에 조사할 수 있다. 혹은, 도 6에 도시하는 바와 같은 조명 장치로서의 광원(40)을 백라이트 유닛의 광원으로서 이용할 수 있다. 도 6에서는, 지지 기판(41) 위에 복수의 본 실시형태의 발광 소자(1)를 배치하고, 각 발광 소자(1)의 표면을 돔형의 렌즈부(42)로 덮은 구조이다. 도 6에 도시하는 광원(40)과, 표시 장치(31)와의 사이에, 광확산 부재(미도시)를 개재시켜도 좋다.
또, 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 발광 소자(1)를 이용한 조명 장치로서의 전구(50)를 구성할 수도 있다.
본 실시형태의 발광층(5)에 이용되는 양자점이, 코어셸 구조이면, 도 8a에 도시하는 에너지 준위도가 되고, 셸의 에너지 준위가 정공과 전자와의 재결합의 장벽이 될 가능성이 있다. 이 때문에, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 코어의 표면을 셸로 덮지 않는(코어의 표면이 노출되어 있는: 양자점을 구성하는 재질이, 양자점의 중심으로부터 표면에 걸쳐 균일한) 양자점을 이용하는 것이 바람직하고, 이로 인해, 정공과 전자와의 재결합 시의 에너지 장벽이 없어지고, 정공과 전자를 효율적으로 재결합시킬 수 있고, 발광 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 전자 수송 효율 및 정공 수송 효율을 향상시키기 위해, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 양자점(10)의 표면에 유기 배위자(11)를 배위시키는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서, 형광 파장이 다른 코어셸 구조의 양자점을 포함하는 구성에서는, 각 양자점의 셸의 에너지 준위를 일치시킴으로써, 적절하게 재결합을 촉진시킬 수 있다. 이 때문에, 각 양자점에 이용하는 셸의 재질을 같게 하는 것이 바람직하다.
조명 장치로서 백색광을 발하려면, 발광층에 이용하는 양자점은, 청색 양자점, 적색 양자점, 및 녹색 양자점의 3 종류를 이용하는 것이 필요해진다. 이때, 3 종류의 양자점을 같은 발광층에 혼합시키는 것도 가능하고, 청색 양자점층, 적색 양자점층, 및 녹색 양자점층을 각각 따로따로 적층할 수도 있다. 예를 들면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 적색 양자점층(60), 녹색 양자점층(61) 및 청색 양자점층(62)을 적층한 구조로 할 수 있다. 이로 인해, 백색광을 발광시키는 것이 가능해진다.
또는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 적색 양자점과 녹색 양자점을 혼합한 양자점층(65)과, 청색 양자점층(63)과, 양자점층(65)과 청색 양자점층(63)과의 사이의 중간층(64)과의 적층 구조(탄뎀 구조)로 할 수 있다. 중간층(64)은, 중간 전극을 갖고, 혹은, A층/중간 전극/B층, A층/중간 전극, 중간 전극/B층의 적층 구조로 할 수 있다. A층으로서는, 전자 수송층, 전자 주입층, 또는 전자 주입층과 전자 수송층과의 적층 구조, B층으로서는, 정공 수송층, 정공 주입층, 또는 정공 주입층과 정공 수송층과의 적층 구조로 형성할 수 있다.
본 실시형태와 같이, 양자점을 이용한 조명 장치에 있어서는, 양자점을 점광원에도 면광원에도 구성하는 것이 가능하고, 기판의 선정에 따라, 곡면 광원이나 플렉시블한 제품도 실현할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 지금까지 실현이 어려웠던 태양광과 같은 혼색성을 갖는 조명이나, 눈이 피로하지 않은 조명, 식물 공장에 최적화된 조명 등, 특징이 있는 제품을 개발하는 것이 가능하다.
이와 같이, 양자점을 이용한 조명 장치에 있어서는, 얇고 가볍고, 곡면으로 형성할 수 있는 등, 배치의 자유도가 높고, 면 전체를 발광시킬 수 있고, 직시해도 눈이 부시지 않고, 그림자가 잘 생기지 않는 자연스러운 발광을 실현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 적고, 수명도 길다. 예를 들면, 유기 EL 조명에 대해서는, 본 실시형태의 양자점을 이용한 조명 장치가, 연색성·발광성, 제품 수명, 및 제품 가격의 면에서, 뛰어나다.
본 실시형태의 양자점을 이용한 조명 장치로서는, EL 발광체와 병행하여, PL 발광체로서 이용할 수 있다. 또, 양자점을 이용한 조명 장치에 있어서는, EL 발광체와 PL 발광체를 적층한 하이브리드형 발광 소자를 실현할 수 있다. 예를 들면, EL 발광체의 표면에, PL 발광체를 겹쳐서, EL 발광체에서, 여기된 양자점으로부터의 발광에 의해, PL 발광체 안에 포함되는 양자점으로 발광 파장을 변경할 수 있다. EL 발광체는, 상기한 발광 소자의 적층 구조이며, PL 발광체로서는, 예를 들면, 복수의 양자점이 수지 안에 분산된 시트 형상의 파장 변환 부재이다. 이와 같은 하이브리드형 구성은, 양자점을 이용함으로써 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 양자점을 이용한 조명 장치의 대면적화와 제조 비용의 절감을 양립시키기 위해, 도포 방법에는, 잉크젯 인쇄 방식이나, 스핀코터 방식, 디스펜서 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
실시 예
이하, 본 발명의 실시 예에 의해 본 발명의 효과를 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태는 이하의 실시 예에 의해 어떠한 한정이 되는 것이 아니다.
이하의 표 1에 나타내는 각 샘플을 제작하고, 잉크젯에 의한 적하(滴下: dripping)성을 조사했다. 또한, 표 1에 나타내는 'Abs10'이란, 양자점을 1 질량 ％∼2 질량 ％ 정도 혼합한 것을 가리키고, 'Abs20'이란, 양자점을 3 질량 ％∼4 질량 ％ 정도 혼합한 것을 가리킨다.
[표 1]
표 1에 나타내는 '드리핑(적하)' 칸의 ○가, 적절하게 드리핑된 샘플이며, ×가, 드리핑 불량을 일으킨 샘플이었다.
표 1 중, '적색 QD', '녹색 QD'의 각 샘플은, 발광층에 적용된다. 또, '폴리비닐카바졸'의 각 샘플은, 정공 주입층(홀 주입층)에 적용된다. '산화아연 나노입자'의 샘플은, 전자 수송층이나 전자 주입층에 적용된다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 산화아연 나노입자의 용매로서는, IPA 및 프로필렌글라이콜로는 바람직하지 않고, 변경할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다. 표 1에 나타내는 '드리핑(적하)' 칸이 ○인 용매를 적절하게 적용할 수 있지만, 친수성 용매가 바람직하다. 예를 들면, 친수성 용매로서는, 알코올계를 적용할 수 있다.
도 11은, ZnO에, 용매로서, 에톡시에탄올:EG＝7:3을 이용하여, 잉크젯법에 의해 도포한 상태의 사진이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 양호한 도포 상태를 얻을 수 있었다.
또, 잉크젯 헤드의 내부의 EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 고무)으로의 악영향에 대해서도 조사했다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플에 따라서는, 캡 변형되거나, EPDM으로의 악영향이 있었다. 따라서, EPDM이 사용되는 경우에는, EPDM으로의 영향도 고려하는 것이 바람직하다고 알 수 있었다.
산업 상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 발광 소자를 조명 장치로서 적용할 수 있고, 뛰어난 발광 특성을 얻을 수 있다.
본 출원은, 2017년 10월 19일 출원의 특원 2017-202874에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함시켜둔다.
Claims (8)
- 양극과, 발광층과, 음극과, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층과, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층이 적층된 발광 소자에 있어서,
상기 발광층은, 양자점을 포함하는 무기층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 양극으로부터 상기 음극에 이르는 모든 층이, 상기 무기층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 및 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층이, 나노 입자로 형성된 상기 무기층인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 소자는, 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양자점은, 코어의 표면이 셸로 덮여 있지 않은 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층, 및 상기 음극이 기판 위에 이 순서로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음극, 상기 음극과 상기 발광층과의 사이의 층, 상기 발광층, 상기 양극과 상기 발광층과의 사이의 층, 및 상기 양극이 기판 위에 이 순서로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나에 기재된 발광 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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