TW202115926A - 發光二極體及包含該發光二極體的發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種發光二極體(LED)及包含該二極體的發光裝置，該發光二極體包含由金屬成分製成且設置在第一電極與第二電極之間的電荷控制層。電荷可以被以平衡的方式注入到LED的發光材料層中，從而可以提高LED和發光裝置的發光效率和發光壽命。

Description

發光二極體及包含該發光二極體的發光裝置
本發明係有關一種發光二極體，更具體地，關於一種可以平衡地注入電荷的發光二極體以及包含該二極體的發光裝置。
隨著電子和資訊科技的迅速發展，用於處理及顯示大量資訊的顯示器領域已經迅速發展。因此，各種平板顯示裝置已被廣泛使用。在平板顯示裝置中，有機發光二極體(OLED)已成為人們關注的焦點。由於OLED可以甚至形成在可撓性透明基板上並且具有相對較低的功耗，因此，OLED顯示裝置作為代替LCD的下一代顯示裝置引起了很多關注。然而，在為了改善OLED顯示裝置中的亮度而在OLED中增加電流密度或升高驅動電壓的情況下，由於OLED中的有機材料的熱降解和劣化，OLED的發光壽命變短。
近來，已經開發出使用諸如量子點(QD)或量子棒(QR)的無機發光粒子的顯示裝置。QD或QR是一種由於不穩定態的激子從其導帶轉移至其價帶而發光的無機發光粒子。QD或QR在無機發光粒子中具有大的消光係數、高量子產率，並產生強螢光。此外，由於QD或QR隨著其尺寸而具有不同的發光波長，因此可以藉由調節QD或QR的尺寸來獲得整個可見光譜內的光，從而實現各種顏色。
然而，其中引入了諸如QD的無機奈米粒子的量子點發光二極體(QLED)，與OLED相比，表現出非常低的發光效率。另外，電荷不能被平衡地注入到發光材料層中，並且，注入到發光材料層中的電荷洩漏到OLED和QLED中的相鄰層。因此，有必要解決由於電荷不平衡和電荷洩漏而導致的發光效率和發光壽命降低的缺點。
因此，本發明的實施方式涉及一種發光二極體和具有該二極體的發光裝置，基本上消除了由於現有技術的侷限和缺點而導致的一個以上的問題。
本發明的一個目的是提供一種發光二極體以及包含該二極體的發光裝置，其中，電荷可以被平衡地注入該發光二極體中，並且，該發光二極體使電荷洩漏最小化。
本發明的另一目的是提供一種提高其發光效率和發光壽命的發光二極體以及包含該二極體的發光裝置。
附加的特徵和態樣將在隨後的描述中闡述，並且部分特徵將從描述中變得顯而易見，或者可以透過實踐本文提供的發明構思來習得。本發明構思的其他特徵和態樣可以透過在說明書中特別指出的結構或其衍生結構以及申請專利範圍和所附圖式來實現和獲得。
為了達成如所實施和廣泛描述的本發明構思的這些和其他態樣，一種發光二極體(LED)包括：第一電極；第二電極，面向第一電極；發光材料層，設置在第一電極與第二電極之間；以及電荷控制層，設置在發光材料層與第二電極之間；其中，電荷控制層包含金屬。
該金屬可以包括後過渡金屬(post-transition metal)、鹼金屬、鹼土金屬、鑭系金屬或錒系金屬，或者第13族金屬(Group 13 metal)。
例如，該金屬可以包括Al、Ga、In、Tl或其組合。
在一示例性態樣中，電荷控制層的厚度為約0.1nm至約10nm之間。
LED可以進一步包括：第一電荷轉移層，設置在第一電極與發光材料層之間；以及第二電荷轉移層，設置在電荷控制層與第二電極之間。
該轉移層包括無機材料，例如但不限於金屬氧化物。第二電荷轉移層的價帶能階比發光材料層的價帶能階更深。
例如，發光材料層可以包括無機發光粒子，例如：量子點、量子棒或其組合。例如，無機發光粒子包括：核心、包圍核心的殼體、及結合到殼體的表面的第一配位基。發光材料層可以進一步包括從無機發光粒子游離的第二配位基。
該金屬可以與第一配位基進行交互作用，例如，第一配位基可以與金屬配位。
在一示例性態樣中，該配位基包括帶有負電荷的有機配位基。在這種情況下，有機配位基可以在其至少一末端包括羧酸根基團、磷酸根基團和硫醇離子基團中的至少一個負電荷基團。
或者，第一配位基包括帶有孤對電子的有機配位基。在這種情況下，有機配位基可以在其至少一末端包括胺基、硫醇基、膦基和氧化膦基中的至少一種。
在另一態樣中，一種發光裝置包括：基板；以及如上所述的發光二極體，設置在基板上方。
應當理解，前面的一般描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，並且旨在提供對請求保護的發明構思的進一步解釋。
100:發光顯示裝置
110:基板
120:半導體層
122:緩衝層
124:閘極絕緣層
130:閘極電極
132:層間絕緣層
134:第一半導體層接觸孔
136:第二半導體層接觸孔
144:源極電極
146:汲極電極
150:鈍化層
152:汲極接觸孔
160:堤岸層
170:封裝膜
172:第一無機絕緣膜
174:有機絕緣膜
176:第二無機絕緣膜
210:第一電極
220,220A:發光層
230:第二電極
240:發光材料層(EML)
250:第一電荷轉移層(CTL1)
252:電洞注入層(HIL)
254:電洞傳輸層(HTL)
260:電荷控制層(CCL)
270:第二電荷轉移層(CTL2)
272:電子注入層(EIL)
274:電子傳輸層(ETL)
280:電子阻擋層(EBL)
300:無機發光粒子
310:核
320:殼體
330a,330b:配位基
D,D1,D2:發光二極體(LED)
M:金屬、金屬成分
Tr:薄膜電晶體
所附圖式被包含以提供對本發明的進一步理解，被併入並構成本發明的一部分，示出了本發明的實施方式，並且與說明書一起用於解釋本發明的原理。
圖1是根據本發明的發光顯示裝置的示意性剖面圖。
圖2是根據本發明一示例性態樣的發光二極體的示意性剖面圖。
圖3是示出EML中的無機發光粒子與鄰近EML設置的CCL中的金屬之間的交互作用的示意圖。
圖4是根據本發明一示例性態樣在發光層和電極中的材料之中的HOMO(導帶)和LUMO(價帶)能階的示意圖。
圖5是根據本發明另一示例性態樣的發光二極體的示意性剖面圖。
圖6是示出具有由In3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素。
圖7是示出具有由In3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素中的In成分。
圖8是示出具有由Ga3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素。
圖9是示出具有由Ga3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素中的Ga成分。
圖10是示出具有由Al3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素。
圖11是示出具有由Al3+離子製造的CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖，並示出在LED中檢測到的所有元素中的Al成分。
圖12是示出不具有CCL的LED的TEM-EDS分析結果的曲線圖。
圖13是示出根據本發明的實施例製造的LED的電壓(V)-電流密度(J)測量結果的曲線圖，並以線性尺度示出電流密度。
圖14是示出根據本發明實施例製造的LED的V-J測量結果的曲線圖，並以對數尺度示出電流密度。
圖15是示出在根據本發明實施例製造的LED中隨時間變化的亮度測量結果的曲線圖。
圖16至圖18中的每一圖是示出其中在QD膜上塗佈有金屬膜的雙層薄膜的XPS分析結果的曲線圖，並示出金屬與配位基中的氧之間的交互作用，其中，圖16示出在塗佈In的薄膜上的結果，圖17示出在塗佈Ga的薄膜上的結果，以及圖18示出在塗佈Al的薄膜上的結果。
現在將詳細參考本發明的態樣，其實施例在所附圖式中示出。
[發光裝置]
本發明係有關一種發光二極體(LED)及具有該LED的發光裝置，該LED引入了由金屬成分製成且設置在發光材料層(EML)與電荷轉移層(CTL)之間的電荷控制層(CCL)。該LED可以應用於發光裝置，諸如發光顯示裝置和發光二極體照明裝置。圖1是根據本發明的發光顯示裝置的示意性剖面圖。
如圖1所示，發光顯示裝置100包括：基板110；在基板110上方的薄膜電晶體Tr；以及連接到薄膜電晶體Tr的發光二極體(LED)D。
基板110可以包含但不限於玻璃、薄可撓性材料及/或聚合物塑膠。例如，可撓性材料可以選自但不限於由聚醯亞胺(PI)、聚醚碸(PES)、 聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)及其組合所組成的群組。其上方佈置有薄膜電晶體Tr和LED D的基板110形成陣列基板。
緩衝層122可以設置在基板110上方，並且，薄膜電晶體Tr設置在緩衝層122上方。緩衝層122可以被省略。
半導體層120設置在緩衝層122上方。在一示例性態樣中，半導體層120可以包含但不限於氧化物半導體材料。在這種情況下，可以在半導體層120下方設置遮光圖案，並且，該遮光圖案可以防止光朝向半導體層120入射，從而防止半導體層120由於光而劣化。或者，半導體層120可以包含多晶矽。在這種情況下，半導體層120的相對邊緣可以摻雜有雜質。
由絕緣材料製成的閘極絕緣層124設置在半導體層120上。閘極絕緣層124可以包含但不限於無機絕緣材料，例如氧化矽(SiOx)或氮化矽(SiNx)。
由諸如金屬的導電材料製成的閘極電極130設置在閘極絕緣層124上方，以對應於半導體層120的中心。儘管在圖1中，閘極絕緣層124是設置在基板110的整個區域上方，但是閘極絕緣層124可以被圖案化為與閘極電極130相同。
由絕緣材料製成的層間絕緣層132設置在閘極電極130上，並覆蓋基板110的整個表面。層間絕緣層132可以包含但不限於：無機絕緣材料，例如氧化矽(SiOx)或氮化矽(SiNx)；或有機絕緣材料，例如苯環丁烯或感光性丙烯酸(photo-acryl)。
層間絕緣層132具有暴露半導體層120的兩側的第一半導體層接觸孔134和第二半導體層接觸孔136。第一半導體層接觸孔134和第二半導體層接觸孔136設置在閘極電極130的兩側上方，並與閘極電極130間隔開。在圖1中，第一半導體層接觸孔134和第二半導體層接觸孔136形成在閘極絕緣層124內。或者，當閘極絕緣層124被圖案化為與閘極電極130相同時，第一半導體層接觸孔134和第二半導體層接觸孔136僅形成在層間絕緣層132內。
源極電極144和汲極電極146設置在層間絕緣層132上，其中，源極電極144和汲極電極146中的每一個包含諸如金屬的導電材料。源極電極144和汲極電極146相對於閘極電極130彼此間隔開，並且分別經由第一半導體層接觸孔134和第二半導體層接觸孔136接觸半導體層120的兩側。
半導體層120、閘極電極130、源極電極144和汲極電極146構成用作驅動元件的薄膜電晶體Tr。圖1中的薄膜電晶體Tr具有共平面結構，其中閘極電極130、源極電極144和汲極電極146設置在半導體層120上方。或者，薄膜電晶體Tr可以具有反轉堆疊結構，其中閘極電極設置在半導體層下方，源極電極和汲極電極設置在半導體層上方。在這種情況下，半導體層可以包含但不限於非晶矽。
儘管圖1中未示出，但是可以在像素區域中進一步形成：閘極線和資料線，彼此交叉以界定像素區域；以及開關元件，連接到閘極線和資料線。開關元件連接到作為驅動元件的薄膜電晶體Tr。另外，電源線與閘極線或資料線平行地間隔開，並且，薄膜電晶體Tr可以進一步包含儲存電容器，配置以在一幀內恆定地保持閘極電極的電壓。
此外，發光顯示裝置100可以包括濾色器，其包含染料或顏料，用於透射從LED D發出的特定波長的光。例如，濾色器可以透射特定波長的光，諸如紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)及/或白光(W)。紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器中的每一個可以分別形成在每個像素區域中。在這種情況下，發光顯示裝置100可以透過濾色器實現全彩。
例如，當發光顯示裝置100是底部發光型時，可以將濾色器設置在與LED D對應的層間絕緣層132上。或者，當發光顯示裝置100是頂部發光型時，可以將濾色器設置在LED D上方，即第二電極230上方。
另外，發光顯示裝置100可以進一步包括色轉換膜，其對從LED D發出的光中的特定波長的光進行轉換。色轉換膜可以包括無機發光材料，例如量子點及/或量子棒。例如，色轉換膜可以設置在LED D上方或LED D下方。
鈍化層150設置在整個基板110上方的源極電極144和汲極電極146上。鈍化層150具有平坦的頂表面和暴露薄膜電晶體Tr的汲極電極146的汲極接觸孔152。雖然汲極接觸孔152設置在第二半導體層接觸孔136上，但是其可以與第二半導體層接觸孔136間隔開。
LED D包含第一電極210，其設置在鈍化層150上並連接到薄膜電晶體Tr的汲極電極146。LED D進一步包含發光層220和第二電極230，其中的每一個依序地設置在第一電極210上。
第一電極210設置在每個像素區域中。第一電極210可以是陽極，並且包含具有相對高的功函數值的導電材料。例如，第一電極210可以包含但不限於摻雜或未摻雜的金屬氧化物，例如：氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、氧化銦銅(ICO)、氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)、鎘：氧化鋅(Cd：ZnO)、氟：氧化錫(F：SnO2)、銦：氧化錫(In：SnO2)、鎵：氧化錫(Ga：SnO2)或鋁：氧化鋅(Al：ZnO；AZO)。可選地，第一電極210可以包括除了上述金屬氧化物以外的金屬或非金屬材料，例如鎳(Ni)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銥(Ir)或奈米碳管(CNT)。
在一示例性態樣中，當發光顯示裝置100是頂部發光型時，可以在第一電極210下方設置反射電極或反射層(圖未顯示)。例如，反射電極或反射層(圖未顯示)可以包括但不限於鋁-鈀-銅(APC)合金。
另外，堤岸層160設置在鈍化層150上，以覆蓋第一電極210的邊緣。堤岸層160暴露第一電極210的中心。
發光層220設置在第一電極210上。在一示例性態樣中，發光層220可以具有單層發光材料層(EML)240和電荷控制層(CCL)260。或者，發光層220可以具有EML 240、第一電荷轉移層250、第二電荷轉移層270、CCL 260以及可選的電子阻擋層(EBL)280的多層結構(參見圖5)。在一示例性態樣中，發光層220可以具有一個發光單元。或者，發光層220可以具有多個發光單元以形成串聯結構。
第二電極230設置在其上方設置有發光層220的基板110上方。第二電極230可以設置在整個顯示區域上方，可以包含與第一電極210相比具有相對低的功函數值的導電材料，並且可以是陰極。例如，第二電極230可以包含但不限於Ca、Ba、Ca/Al、LiF/Ca、LiF/Al、BaF2/Al、CsF/Al、CaCO3/Al、BaF2/Ca/Al、Al、Mg、Au：Mg或Ag：Mg。
另外，可以在第二電極230上方設置封裝膜170，以防止外部濕氣滲透到LED D中。封裝膜170可以具有但不限於第一無機絕緣膜172、有機絕緣膜174和第二無機絕緣膜176的層壓結構。
此外，可以將偏光器附接到封裝膜170以減少外部光反射。例如，偏光器可以是圓偏光器(circular polarizer)。另外，覆蓋窗可以附接到封裝膜170 或偏光器。在這種情況下，基板110和覆蓋窗可以具有可撓特性，因此，發光顯示裝置100可以是可撓性顯示裝置。
如下所述，LED D包括與EML 240相鄰設置並由金屬製成的CCL 260(參見圖2和圖5)，使得電荷可以被平衡地注入到EML 240中，並可以防止電荷洩漏到第二電荷轉移層270中。
[發光二極體]
圖2是根據本發明一示例性態樣的發光二極體的剖面圖。如圖2所示，發光二極體(LED)D1包括：第一電極210、面向第一電極210的第二電極230、以及設置在第一電極210與第二電極230之間的發光層220。發光層220包括設置在第一電極210與第二電極230之間的EML 240。而且，發光層220包含：第一電荷轉移層(CTL1)250，設置在第一電極210與EML 240之間；第二電荷轉移層(CTL2)270，設置在EML 240與第二電極230之間；以及電荷控制層(CCL)260，設置在EML 240與CTL2 270之間。
在此態樣中，第一電極210可以是陽極，例如電洞注入電極。第一電極210可以位於基板110上方(參見圖1)，基板110可以是玻璃或聚合物。例如，第一電極210可以包含但不限於摻雜或不摻雜的金屬氧化物，例如ITO、IZO、ITZO、ICO、SnO2、In2O3、Cd：ZnO、F：SnO2、In：SnO2、Ga：SnO2和AZO。可選地，第一電極210可以包含除了上述金屬氧化物之外的金屬或非金屬材料，例如Ni、Pt、Au、Ag、Ir和CNT。
第二電極230可以是陰極，例如電子注入電極。例如，第二電極230可以包含但不限於Ca、Ba、Ca/Al、LiF/Ca、LiF/Al、BaF2/Al、CsF/Al、CaCO3/Al、BaF2/Ca/Al、Al、Mg、Au：Mg或Ag：Mg。例如，第一電極210和第二電極230中的每一個可以具有但不限於約30至約300nm的厚度。
在一示例性態樣中，當LED D是底部發光型LED時，第一電極210可以包含但不限於透明導電金屬氧化物，例如ITO、IZO、ITZO或AZO，並且，第二電極230可以包含但不限於Ca、Ba、Ca/Al、LiF/Ca、LiF/Al、BaF2/Al、Al、Mg或Ag：Mg合金。
EML 240可以包含無機發光粒子或有機發光材料。例如，EML 240可以包含無機發光粒子，諸如量子點(QD)或量子棒(QR)。QD或QR是 無機發光粒子，其中的每一個由於不穩定的電荷激子從導帶能階轉移到價帶(VB)能階而發光。這些無機發光粒子在無機粒子中具有非常大的消光係數、高量子產率，並且產生強螢光。此外，這些無機發光粒子隨著其尺寸而以不同的發光波長發光，並可以藉由調節這些無機發光粒子的尺寸發出整個可見光譜內的光，從而實現各種顏色。當將這些諸如QD及/或QR的無機發光粒子用作EML 240中的發光材料時，可以增強各別的像素區域中的色純度，並實現具有高色純度的由紅光(R)、綠光(G)和藍光(B)組成的白光(W)。
在一示例性態樣中，QD或QR可以具有單層結構。在另一示例性態樣中，無機發光粒子300(例如，QD或QR)可以具有多層異質(heterologous)結構，即，核310/殼體320結構，並且，在這種情況下，EML 240可以進一步包括複數個配位基330a和330b，其中的每一個結合到殼體320的表面，或者從無機發光粒子300(例如，QD或QR)游離(參見圖3)。核310和殼體320中的每一個可以分別具有單層或多層。形成核310及/或殼體320的前驅物的反應性、前驅物注入到反應容器中的注入速率、反應溫度、以及鍵結到該些諸如QD或QR的無機發光粒子300的外表面的配位基330a和330b的種類可以影響該些無機發光粒子300的生長程度、晶體結構。因此，由於調節了該些無機發光粒子300的能階帶隙，可以發出各種發光波長範圍的光。
在一示例性態樣中，無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)可以具有第I型核/殼體結構，其中核310的能階帶隙在殼體320的能階帶隙內。在使用第I型核/殼體結構的情況下，電子和電洞被轉移到核310，並在核310中重新結合。由於核310由於激子能量而發光，因此，可以藉由調節核310的尺寸來調節發光波長。
在另一示例性態樣中，無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)可以具有第Ⅱ型核/殼體結構，其中核310和殼體320的能階帶隙是交錯的，並且電子和電洞在核310與殼體320之間向相反的方向轉移。在使用第Ⅱ型核/殼體結構的情況下，可以隨著殼體320的厚度和能階帶隙位置調節發光波長。
在又一示例性態樣中，無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)可以具有反轉的第I型核/殼體結構，其中核310的能階帶隙比殼體320的能階帶隙更寬。在使用反轉的第I型核/殼體結構的情況下，可以隨著殼體320的厚度調節發光波長。
例如，當無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)具有第I型核/殼體結構時，核310是發光基本上發生的區域，並隨著核310的尺寸決定無機發光粒子300的發光波長。為了實現量子侷限效應，核310必須具有比根據無機發光粒子300的材料的激子波耳半徑更小的尺寸，並具有對應的尺寸的光學帶隙。
無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)的殼體320促進核310的量子侷限效應，並決定無機發光粒子300的穩定性。與內部原子不同地，暴露於僅具有單一結構的膠體無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)的表面上的原子，帶有不參與化學鍵結的孤對電子。由於這些表面原子的能階在無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)的導帶邊緣與價帶邊緣之間，因此，電荷可能被捕捉在無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)的表面上，從而導致表面缺陷。由於由表面缺陷引起的激子的非輻射重組過程，無機發光粒子300的發光效率可能降低，並且所捕捉的電荷可能與外部的氧和化合物反應，從而導致無機發光粒子300的化學組成改變，或者無機發光粒子300的電/光學特性的永久性損失。
為了有效地在核310的表面上形成殼體，殼體320的材料的晶格常數需要與核310的材料的晶格常數相似。由於核310的表面被殼體320包圍，所以可以防止核310的氧化，可以增強無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)的化學穩定性，並且可以防止由於諸如水或氧的外部因素引起的核310的光降解。另外，可以最小化由核310的表面上的表面陷阱所引起的激子損失，並可以防止由分子振動所引起的能量損失，從而提高量子效率。
在一示例性態樣中，核310和殼體320中的每一個可以包含但不限於具有量子侷限效應的半導體奈米晶體及/或金屬氧化物奈米晶體。例如，核310和殼體320的半導體奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：第Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體、第Ⅲ-V族化合物半導體奈米晶體、第Ⅳ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體、第I-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體、及其組合。
具體地，核310及/或殼體320的第Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnSeS、ZnTeSe、ZnO、CdS、CdSe、CdTe、CdSeS、CdZnS、CdSeTe、CdO、HgS、HgSe、HgTe、CdZnTe、HgCdTe、HgZnSe、HgZnTe、CdS/ZnS、CdS/ZnSe、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、ZnSe/ZnS、ZnS/CdSZnS、CdS/CdZnS/ZnS、ZnS/ZnSe/CdSe、及其 組合。核及/或殼體的第Ⅲ-V族化合物半導體奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlGaAs、InGaAs、InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、GaAsP、GaAsSb、AlGaN、AlGaP、InGaN、InAsSb、InGaSb、AlGaInP、AlGaAsP、InGaAsP、InGaAsSb、InAsSbP、AlInAsP、AlGaAsN、InGaAsN、InAlAsN、GaAsSbN、GaInNAsSb、及其組合。
核310及/或殼體320的第Ⅳ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：TiO2、SnO2、SnS、SnS2、SnTe、PbO、PbO2、PbS、PbSe、PbTe、PbSnTe、及其組合。此外，核310及/或殼體320的第I-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：AgGaS2、AgGaSe2、AgGaTe2、AgInS2、CuInS2、CuInSe2、Cu2SnS3、CuGaS2、CuGaSe2、及其組合。或者，核310和殼體320中的每一個可以獨立地包含多個層，其中的每一層分別具有不同族的化合物半導體奈米晶體，例如，第Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體奈米晶體和第Ⅲ-V族化合物半導體奈米晶體，諸如InP/ZnS、InP/ZnSe、GaP/ZnS等。
在另一態樣中，核310及/或殼體320的金屬氧化物奈米晶體可以包含但不限於第Ⅱ族或第Ⅲ族金屬氧化物奈米晶體。例如，核310及/或殼體320的金屬氧化物奈米晶體可以選自但不限於由MgO、CaO、SrO、BaO、Al2O3及其組合所組成的群組。
核310及/或殼體320的半導體奈米晶體可以摻雜有稀土元素，例如Eu、Er、Tb、Tm、Dy或其任意組合，或者可以摻雜有金屬元素，例如Mn、Cu、Ag、Al或其任意組合。
例如，無機發光粒子300(例如，QD或QR)中的核310可以包含但不限於ZnSe、ZnTe、CdSe、CdTe、InP、ZnCdS、CuxIn1-xS、CuxIn1-xSe、AgxIn1-xS或其組合。無機發光粒子300(例如，QD或QR)中的殼體320可以包含但不限於ZnS、GaP、CdS、ZnSe、CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、ZnS/ZnSe/CdSe、GaP/ZnS、CdS/CdZnS/ZnS、ZnS/CdSZnS、CdxZn1-xS或其組合。
在另一示例性態樣中，無機發光粒子300可以包含但不限於合金QD或合金QR，例如均質合金QD或QR，或者梯度合金QD或QR，例如CdSxSe1-x、CdSexTe1-x、CdxZn1-xS、ZnxCd1-xSe、CuxIn1-xS、CuxIn1-xSe、AgxIn1-xS。
在另一示例性態樣中，無機發光粒子300可以是具有鈣鈦礦結構的QD或QR。鈣鈦礦結構的諸如QD或QR的無機發光粒子包含：作為發光成分的核；以及可選的殼體。例如，具有鈣鈦礦結構的無機發光粒子300的核310可以具有以下化學式1的結構：
[化學式1][ABX3]
在化學式1中，A是有機銨或鹼金屬；B是由二價過渡金屬、稀土金屬、鹼土金屬、Pb、Sn、Ge、Ga、In、Al、Sb、Bi、Po及其組合所組成的群組中選出的金屬；以及X是由Cl、Br、I及其組合所組成的群組中選出的鹵素。
例如，當A是有機銨時，無機發光粒子300構成無機-有機混合鈣鈦礦結構。有機銨可以包括但不限於基於：脒系有機離子(amidinium-based organic ion)、(CH3NH3)n、((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n、(CnH2n+1NH3)2、(CF3NH3)、(CF3NH3)n、((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n、((CxF2x+1)nNH3)2及/或(CnF2n+1NH3)2(n和x中的每一個獨立地為大於等於1的整數)。更具體地，有機銨可以是甲基銨或乙基銨。
另外，A的鹼金屬可以包括但不限於Na、K、Rb、Cs及/或Fr。在這種情況下，無機發光粒子構成無機金屬鈣鈦礦結構。
例如，當具有鈣鈦礦結構的無機發光粒子300的核310是無機-有機混合鈣鈦礦結構時，無機-有機混合鈣鈦礦結構具有層狀結構，其中金屬陽離子所在的無機平面夾在有機陽離子所在的複數個有機平面之間。在這種情況下，由於有機和無機材料的介電常數之間的差異大，因此激子被限制在構成無機-有機混合鈣鈦礦晶格結構的無機平面中，並且因此具有發出高色純度的光的優點。而且，當具有鈣鈦礦結構的無機發光粒子300的核310具有無機-有機混合鈣鈦礦結構時，在材料穩定性方面可能是有利的。
藉由調節具有鈣鈦礦結構的無機發光粒子300的核310中的各成分的組成比、鹵素(X)原子的種類和組成比，可以合成發出各種波長的光的核。另外，與構成其他QD或QR的核不同，具有鈣鈦礦結構的無機發光粒子300具有穩定的晶格結構，因此可以提高發光效率。
當EML 240包含諸如QD及/或QR的無機發光粒子時，可以透過溶液製程對EML 240進行層壓，即，將包含溶解在溶劑中的無機發光粒子300的分 散溶液塗佈在CTL1 250上並蒸發溶劑。可以使用任何溶液製程，例如旋塗、滴塗、浸塗、噴塗、輥塗、淋塗、鑄製、網印、和噴墨印刷、或其組合，將EML 240層壓在CTL1 250上。
在一示例性態樣中，EML 240可以包含諸如QD及/或QR的無機發光粒子300，其具有440nm、530nm和620nm的光致發光(PL)波長峰值，以實現白色LED。可選地，EML 240可以包含具有紅色、綠色和藍色中的任何一種的諸如QD或QR的無機發光粒子300，並可以形成為發出任何一種顏色。
在此態樣中，CTL1 250可以是為EML 240提供電洞的電洞轉移層。例如，CTL1 250可以包含：電洞注入層(HIL)252，在第一電極210與EML 240之間設置為鄰近第一電極210；以及電洞傳輸層(HTL)254，在第一電極210與EML 240之間設置為鄰近EML 240。
HIL 252有助於將電洞從第一電極210注入到EML 240。例如，HIL 252可以包含但不限於由以下所組成的群組中選出的有機發光材料：聚(伸乙二氧基噻吩)：聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT：PSS)；摻雜有四氟-四氰基-醌二甲烷(F4-TCNQ)的4,4',4"-三(二苯胺基)三苯胺(TDATA)；p型摻雜的酞菁素，例如摻雜有F4-TCNQ的鋅酞菁素(ZnPc)；摻雜有F4-TCNQ的N,N'-二苯基-N,N'-雙(1-萘基)-1,1'-聯苯-4,4"-二胺(α-NPD)；六氮雜聯伸三苯六甲腈(HAT-CN)；及其組合。例如，HIL 252可以包含約1至約30wt%的摻雜劑，例如F4-TCNQ。可以根據LED D1的結構省略HIL 252。
HTL 254將電洞從第一電極210傳輸到EML 240中。HTL 254可以包含無機材料或有機材料。例如，當HTL 254包含有機材料時，HTL 254可以包含但不限於：4,4'-雙(對咔唑基)-1,1'-聯苯化合物，例如，4,4'-雙(N-咔唑基)-1,1'-聯苯(CBP)和4,4'-雙(9-咔唑基)-2,2'-二甲基聯苯(CDBP)；芳香胺，即芳基胺或多核芳香胺，選自由α-NPD、N4,N4'-二(萘-1-基)-N4,N4'-雙(4-乙烯基苯基)聯苯-4,4'-二胺(VNPB)、N,N'-二苯基-N,N'-雙(3-甲基苯基)-(1,1'-聯苯)-4,4'-二胺(TPD)、N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-雙(苯基)-螺(spiro-TPD)、N,N'-二(4-(N,N'-二苯基-胺基)苯基)-N,N'-二苯基聯苯胺(DNTPD)、N,N'-雙(3-甲基苯基)-N,N'-雙(苯基)-9,9'-二辛基茀(DOFL-TPD)、N2,N7-二(萘-1-基)-9,9-二辛基-N2,N7-二苯基-9H-茀-2,7-二胺(DOFL-NPB)、N4,N4'-雙(4-(6-((3-乙基氧環丁-3-基)甲氧基)己基)苯基)-N4,N4'-二苯基聯苯-4,4'-二胺 (N4,N4'-Bis(4-(6-((3-ethyloxetan-3-yl)methoxy)hexyl)phenyl)-N4,N4'-diphenylbip henyl-4,4'-diamine,OTPD)、三(4-咔唑-9-基苯)胺(TCTA)、四-N-苯基聯苯胺(TPB)、三(3-甲基苯基苯胺)-三苯胺(m-MTDATA)、聚(9,9'-二辛基茀-2,7-二基)-共-(4,4'-(N-(4-二級丁基苯基)二苯胺(TFB)、聚(4-丁基苯基-二苯胺)(poly-TPD)及其組合所組成的群組；導電聚合物，例如聚苯胺、聚吡咯、PEDOT：PSS；PVK及其衍生物；聚(對)伸苯乙烯(PPV)及其衍生物，例如聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-伸苯乙烯](MEH-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(3',7'-二甲基辛氧基)-1,4-伸苯乙烯](MOMO-PPV)；聚甲基丙烯酸酯及其衍生物；聚(9,9-辛基茀)及其衍生物；聚(螺-茀)及其衍生物；金屬錯合物，例如銅酞菁素(CuPc)；或其組合。
或者，當HTL 254包含無機材料時，HTL 254可以包含由金屬氧化物奈米晶體、非金屬氧化物奈米晶體及其組合所組成的群組中選出的無機材料。可以在HTL 254中使用的金屬氧化物奈米晶體可以選自但不限於由以下所組成的群組：ZnO、TiO2、CoO、CuO、Cu2O、FeO、In2O3、MnO、NiO、PbO、SnOx、Cr2O3、V2O5、Ce2O3、MoO3、Bi2O3、ReO3及其組合。非金屬氧化物奈米晶體可以包括但不限於CuSCN、Mo2S或p型GAN。或者，HTL 254中的金屬氧化物奈米晶體及/或非金屬氧化物奈米晶體可以摻雜有p型摻雜劑。例如，p型摻雜劑可以選自但不限於由以下所組成的群組：Li+、Na+、K+、Sr+、Ni2+、Mn2+、Pb2+、Cu+、Cu2+、Co2+、Al3+、Eu3+、In3+、Ce3+、Er3+、Tb3+、Nd3+、Y3+、Cd2+、Sm3+、N、P、As及其組合。
在圖2中，雖然CTL1 250被分為HIL 252和HTL 254，但是CTL1 250可以具有單層結構。例如，CTL1 250可以僅包含HTL 254而沒有HIL 252，或者可以包含上述摻雜有電洞注入材料的電洞傳輸材料(例如PEDOT：PSS)。
可以透過任何真空沉積製程，例如真空氣相沉積和濺射，或者透過任何溶液製程，例如旋塗、滴塗、浸塗、噴塗、輥塗、淋塗、鑄製、網印、和噴墨印刷、或其組合，對包含HIL 252和HTL 254的CTL1 250進行層壓。例如，HIL 252和HTL 254中的每一個可以具有但不限於約10nm至200nm之間，或者約10nm至100nm之間的厚度。
CTL2 270設置在EML 240和第二電極230之間。CTL2 270可以是將電子提供到EML 240中的電子轉移層。在一示例性態樣中，CTL2 270可以包 含：電子注入層(EIL)272，在第二電極230與EML 240之間設置為與第二電極230相鄰；以及電子傳輸層(ETL)274，在第二電極230與EML 240之間設置為與EML 240相鄰。
EIL 272有助於將電子從第二電極230注入到EML 240中。例如，EIL 272可以包含但不限於：金屬，諸如Al、Cd、Cs、Cu、Ga、Ge、In及/或Li，其中的每一個未摻雜或是摻雜有氟；及/或金屬氧化物，諸如TiO2、ZnO、ZrO2、SnO2、WO3及/或Ta2O3，其中的每一個未摻雜或是摻雜有Al、Mg、In、Li、Ga、Cd、Cs或Cu。
ETL 274將電子轉移到EML 240中，並包含無機材料或有機材料。在一示例性態樣中，當EML 240包含無機發光粒子時，ETL 274可以包含無機材料，以防止在EML 240與ETL 274之間的界面處形成界面缺陷，從而確保LED D1的驅動穩定性。另外，當ETL 274包含具有高電荷遷移率的無機材料時，可以提高由第二電極230提供的電子傳輸速率，並且，由於高電子能階(electron level)或濃度，可以將電子有效地傳輸到EML 240中。
此外，當EML 240包含無機發光粒子300時，與有機發光材料的VB能階相比，無機發光粒子300通常具有非常深的VB(價帶)能階。在一示例性態樣中，與EML 240中的發光材料的VB能階相比，ETL 274可以包含具有相對深的VB能階的無機材料(參見圖4)。例如，可以使用具有在VB能階與導帶(CB)能階之間的寬能階帶隙(Eg)的無機材料作為ETL 274的電子傳輸材料。在這種情況下，可以經由ETL 274將電子從第二電極230有效地注入到EML 240中。
在一示例性態樣中，ETL 274可以包括但不限於無機材料，諸如金屬氧化物奈米晶體、半導體奈米晶體、氮化物及/或其組合。例如，ETL 274可以包括金屬氧化物奈米晶體。
例如，在ETL 274中的金屬氧化物奈米晶體可以包括但不限於由Zn、Ca、Mg、Ti、Sn、W、Ta、Hf、Al、Zr、Ba及其組合所組成的群組中選出的金屬成分的氧化物奈米粒子。更具體地，ETL 274中的金屬氧化物可以包括但不限於TiO2、ZnO、ZnMgO、ZnCaO、ZrO2、SnO2、SnMgO、WO3、Ta2O3、HfO3、Al2O3、BaTiO3、BaZrO3、或其組合。ETL 274中的半導體奈米晶體可以包括但不限於CdS、ZnSe、ZnS等，ETL 274中的氮化物可以包括但不限於Si3N4。
在一示例性態樣中，如圖4所示，ETL 274可以設計為具有與EML 240的CB能階基本相等的CB能階，而ETL 274的VB能階比EML 240的VB能階更深。
與CTL1 250相似地，儘管圖2將CTL2 270示出為包含EIL 272和ETL 274的雙層結構，但是CTL2 270可以具有僅具有ETL 274的單層結構。或者，CTL2 270可以具有包含上述電子傳輸無機材料與碳酸銫的摻合物的ETL 274的單層結構。
可以透過任何真空沉積製程，例如真空氣相沉積和濺射，或者透過溶液製程，例如旋塗、滴塗、浸塗、噴塗、輥塗、淋塗、鑄製、網印、和噴墨印刷、或其組合，將包含EIL 272及/或具有無機材料的ETL 274的CTL2 270層壓在EML 240上。例如，EIL 272和ETL 274中的每一個可以具有但不限於約10nm至200nm之間，或者約10nm至100nm之間的厚度。
例如，LED D1可以具有混合CTL結構，其中CTL1 250的HTL 254包含如上所述的有機材料，而CTL2 270，例如ETL 274包含如上所述的無機材料。在這種情況下，LED D1可以增強其發光性能。
LED D1包括由金屬成分M製成且設置在EML 240與CTL2 270之間的CCL 260。CCL 260中的金屬成分M可以與結合到無機發光粒子300的表面的配位基330a進行交互作用，或者與EML 240中從無機發光粒子300游離的配位基330b進行交互作用。例如，配位基330a和330b中的每一個與CCL 260中的金屬成分M配位。在這種情況下，CCL 260可以與EML 240的表面錨定(anchored)。圖3是示出EML 240中的無機發光粒子與CCL 260中的金屬之間的交互作用的示意圖。
如上所述，無機發光粒子300(例如，QD及/或QR)可以具有核310和包圍核310的殼體320的異質結構，並包括結合到殼體320的表面的配位基330a。當使用溶液製程製造包含無機發光粒子300的EML 240時，結合到殼體320的表面的配位基330a中的一些分離出來，因此，在EML 240中可以存在從無機發光粒子300游離的配位基330b。CCL 260中的金屬M可以與結合到無機發光粒子300的表面的配位基330a的末端部分及/或與從無機發光粒子300游離的配位基330b進行電交互作用(electrically interact)或配位。因此，CCL 260可以是EML 240的一個表面。
在一示例性態樣中，配位基330a和330b中的每一個可以獨立地是在其一個或多個末端帶有負電荷(-)的有機配位基，即，X型配位基。例如，帶有負電荷的X型配位基可以透過由以下所組成的群組中選出的負電荷基團結到至CCL 260中的金屬M的表面：羧酸根基團(-COO-)、磷酸根基團(-P(OR)3)和硫醇離子機團(-RS)(例如，R為氫、C1-C20脂族烴、C6-C30芳香基、或C3-C30雜芳基)。例如，帶有負電荷的X型配位基330a或330b可以透過末端的羧酸根基團結合到金屬M的表面，但不限於此。在這種情況下，X型配位基330a或330b中的負電荷的基團，例如羧酸根基團，可以與CCL 260中的金屬M進行電交互作用。
例如，具有末端的羧酸根基團的配位基330a和330b中的每一個可以衍生自但不限於飽和或不飽和的C5-C30脂族羧酸，較佳衍生自但不限於飽和或不飽和的C8-C20脂族羧酸。更具體地，具有末端的羧酸根基團的配位基330a和330b中的每一個可以衍生自飽和或不飽和的脂族羧酸，例如：辛酸(CH3(CH2)6COOH)、癸酸(CH3(CH2)8COOH)、十二烷酸(或月桂酸，CH3(CH2)10COOH)、1-十四烷酸(或肉荳蔻酸，CH3(CH2)12COOH)、正十六烷酸(或棕櫚酸，CH3(CH2)14COOH)、正十八烷酸(或硬脂酸，CH3(CH2)16COOH)、順-9-十八烯酸(或油酸，CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH)。
在一替代態樣中，配位基330a和330b中的每一個可以是透過孤對電子結合到金屬M的表面的有機配位基，即L型配位基。帶有孤對電子的有機配位基330a和330b中的每一個可以透過由胺基(-NR2)、硫醇基(-SH)、膦基(-PR3)和氧化膦基(-POR3)選出的基團的孤對電子與金屬M配位來與金屬進行交互作用(例如，R為氫、C1-C20脂族烴、C6-C30芳香基、或C3-C30雜芳基)。例如，當有機配位基330a或330b具有包含孤對電子的末端胺基時，胺基中的氮原子透過氮原子與金屬之間的配位鍵牢固地鍵結到CCL中的金屬M。
例如，帶有孤對電子的有機配位基330a和330b中的每一個可以選自但不限於由以下所組成的群組：C1-C10烷基胺(例如：一級、二級或三級胺)，較佳為直鏈或支鏈的C1-C5烷基胺；C4-C8脂環胺，較佳為C5-C8脂環胺；C5-C20芳香胺，較佳為C5-C10芳香胺；直鏈或支鏈的C1-C10烷基膦(例如：一級、二級或三級烷基膦)，較佳為直鏈或支鏈的C1-C5烷基膦；直鏈或支鏈的C1-C10烷基氧化膦(例如：一級、二級或三級烷基氧化膦)，較佳為直鏈或支鏈的C1-C5烷基氧化膦；及其組合。
在一示例性態樣中，帶有孤對電子的有機配位基可以包括但不限於：三級胺，例如三(2-胺乙基)胺(TAEA)和三(2-胺甲基)胺；烷基多胺，例如N-丁基-N-乙基乙烷-1,2-二胺、乙二胺、和五伸乙六胺(pentaethylenehexamine)；脂環胺，例如環己烷-1,2-二胺和環己烯-1,2-二胺；芳香胺，例如2,3-二胺吡啶；或其組合。
CCL 260防止電洞洩漏到或被捕獲在CTL2如ETL 274，並誘導電洞和電子以平衡的方式注入到EML 240中。圖4是根據本發明一示例性態樣在發光層和電極中的材料之中的HOMO(或CB)和LUMO(或VB)能階的示意圖。
如上所述，包含無機材料的ETL 274具有非常深的VB能階。但是，由於無機材料的特性，在ETL 274的能帶隙的中間存在許多電洞陷阱能階。注入到EML 240中的電洞可以藉由電洞陷阱能階洩漏到或被捕獲到ETL。相反地，由於由金屬成分製成並設置在EML 240與ETL 274之間的CCL 260可以用作能量障壁，最小化了電洞洩漏或電洞陷阱。
另外，當ETL 274由無機材料製成時，從第二電極230經由ETL 274注入到EML 240的電子的數量，大於從第一電極210經由HTL 254注入到EML 240的電洞的數量，因為由無機材料製成的ETL 274中的電子比由有機材料製成的HTL 254中的電洞傳輸地更快。CCL 260用作ETL 274與EML 240之間的電子注入障壁，並延遲朝向EML 240的電子注入。
藉由應用CCL 260可以使EML 240與ETL 274之間的電洞洩漏或陷阱最小化，因此可以減小LED D1中的漏電流，並且可以將電洞和電子以平衡的方式注入到EML 240中。因此，LED D1可以降低其驅動電壓並提高其發光效率和發光壽命。
在一示例性態樣中，可以使用將具有金屬組分的離子金屬化合物解離在溶劑中的溶液來製造CCL 260，該溶劑例如極性溶劑，諸如醇(例如乙醇)。例如，CCL 260中的金屬可以包括後過渡金屬。例如，該金屬可以是可在溶劑中解離成三價離子的第13族金屬。更具體地，第13族金屬可以選自Al、Ga、In、Tl或其組合，較佳選自Al、Ga、In或其組合。在一替代態樣中，CCL 260中的金屬M可以包括鹼金屬、鹼土金屬、鑭系金屬或錒系金屬。
例如，可以這樣製造CCL 260：藉由在EML 240上施加離子金屬化合物解離在其中的溶液、然後蒸發或除去溶劑和相對離子材料(counter-ionic material)以形成由金屬M製成的CCL 260。例如，可以使用任何溶液製程，例如旋塗、滴塗、浸塗、噴塗、輥塗、淋塗、鑄製、網印、和噴墨印刷、或其組合，將CCL層壓在EML 240上。
在一示例性態樣中，由金屬M製成的CCL 260可以具有但不限於約0.1nm至約10nm，較佳約0.1nm至約3nm的厚度。當CCL 260的厚度大於10nm時，LED D1的驅動電壓可能過度升高。
在以上態樣中，發光層包括EML、複數個CTL和CCL。LED可以進一步包括用於控制電子轉移的電子阻擋層(EBL)。圖5是根據本發明另一示例性態樣的發光二極體的示意性剖面圖。
如圖5所示，此態樣的LED D2包括：第一電極210、面向第一電極210的第二電極230、以及設置在第一電極210與第二電極230之間的發光層220A。發光層220A包括EML 240。而且，發光層220A進一步包括：CTL1 250，設置在第一電極210與EML 240之間；CTL2 270，設置在EML 240與第二電極230之間；CCL 260，設置在EML 240與CTL2 270之間；以及EBL 280，設置在CTL1 250與EML 240之間。除了EBL 280之外，第一電極210和第二電極230以及發光層220A中的構造和材料可以與第一態樣中對應的層相同。
EBL 280防止電子在EML 240與CTL1 250之間轉移，從而防止LED D2的發光效率和發光壽命降低。例如，EBL 280可以包括但不限於：TCTA、三[4-(二乙基胺)苯基]胺、N-(聯苯-4-基)-9,9-二甲基-N-(4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基)-9H-茀-2-胺、三對甲苯胺(tri-p-tolylamine)、1,1-雙(4-(N,N'-二(對甲苯基)胺基)苯基)環己烷(1,1-bis(4-(N,N'-di(ptolyl)amino)phenyl)cyclohexane,TAPC)、m-MTDATA、1,3-雙(N-咔唑基)苯(mCP)、3,3'-雙(N-咔唑基)-1,1'-聯苯(mCBP)、poly-TPD、CuPC、DNTPD、1,3,5-三[4-(二苯胺基)苯基]苯(TDAPB)、或其組合。
LED D2包括在EML 240與CTL2 270之間的CCL 260，因此可以使電洞洩漏或陷阱最小化，並可以將電洞和電子平衡地注入到EML 240中。另外，EBL 280防止電子洩漏到CTL1 250中。因此，LED D2可以使電荷洩漏最小化，降低其驅動電壓和功耗，並提高其發光效率和發光壽命。
<實施例1：LED的製造>
製造了量子發光二極體(QLED)，其中電荷控制層(CCL)由銦製成並設置在EML與ETL之間。將ITO(50nm)-玻璃圖案化為具有3mm×3mm的發光面積並進行洗滌。並按以下順序對發光層和陰極進行層壓：
HIL(PEDOT：PSS，以水系基底旋塗(2000rpm，60秒，Clevios PVP AL 4083(Heraeus公司))，並且加熱(140℃，30分鐘)，40nm)；HTL(TFB(3mg/mL，在甲苯中)，旋塗(5000rpm，60秒)並加熱(210℃，40分鐘)，15nm)；EML(具有月桂酸和油酸配位基的綠色QD InP/ZnSe/ZnS(18mg/mL，在辛烷中)，旋塗(3000rpm，60秒)，25nm)；CCL(InCl3(在EtOH中，2wt%)，旋塗(3000rpm，60秒)並乾燥(60℃，30秒)，0.1至3nm)；ETL(ZnMgO(12mg/mL，在EtOH中)，旋塗(2000rpm，60秒)並加熱(90℃，3分鐘)，20nm)；陰極(Al，在10-6torr下以2.5Å/s的速率沉積，100nm)。
在沉積陰極後，用玻璃封裝QLED。然後，將QLED轉移到乾燥箱中進行成膜(film formation)，然後使用可紫外線固化(UV-curable)的環氧樹脂和吸濕劑進行封裝。
<實施例2至3：LED的製造>
使用與實施例1相同的材料製造QLED，除了各自使用GaCl3(實施例2)或AlCl3(實施例3)代替InCl3作為CCL的起始材料之外。
<比較例1：LED的製造>
使用與實施例1相同的材料製造QLED，除了在EML與ETL之間不形成CCL之外。
<比較例2至4：LED的製造>
使用與比較例1相同的材料製造QLED，除了各自使用摻雜有3至5wt%的In3+的ZnMgO(比較例2)、摻雜有3至5wt%的Ga3+的ZnMgO(比較例3)、或摻雜有3至5wt%的Al3+的ZnMgO(比較例4)代替未摻雜的ZnMgO之外。
<實驗例1：CCL形成的分析>
在去除頂部玻璃的覆蓋(decapping)並在陰極上塗佈鉑(Pt)膜之後，在實施例1至實施例3和比較例1中製造的LED的剖面中，使用TEM-EDS分析，藉由掃描從頂部陰極到下部基板的電子束來檢測元素。圖6和圖7示出在 實施例1中製造的LED的TEM-EDS分析結果(使用銦作為CCL)，圖8和圖9示出在實施例2中製造的LED的TEM-EDS分析結果(使用鎵作為CCL)，圖10和圖11示出在實施例3中製造的LED的TEM-EDS分析結果(使用鋁作為CCL)，以及圖12示出在比較例1中製造的LED的TEM-EDS分析結果。如圖6至圖11所示，確認了實施例1至實施例3中的QLED的每一都包括在EML與ETL之間且由銦、鎵或鋁製成的CCL。
<實驗例2：QLED的發光性能評估>
將在實施例1至實施例3和比較例1至比較例4中製造的QLED的每一個連接到外部電源，然後在室溫使用恆流電源(KEITHLEY)和光度計PR650評估所有二極體的發光性能。具體地，測量QLED在10J(mA/cm2)的電流密度時的電壓電流密度以及外部量子效率(EQE,%)、亮度(cd/m2)、驅動電壓(V)、峰值波長(Wp,nm)、半高寬(FWHM,nm)和發光壽命(T95、T90、T50，小時)。其結果在以下表1和圖13至圖16中示出。
Figure 109128832-A0202-12-0021-1
如表1和圖15所示，與比較例1中未引入CCL的QLED相比，在實施例1至實施例3中於EML與ETL之間引入了CCL的QLED顯示相同或略微升高 的驅動電壓，但是將其EQE、亮度、發光壽命分別提高了45.5%、103.0%、245.7倍(T90)。並且，如圖13和圖14所示，比較例1中的QLED由於電洞洩漏或被捕獲在ETL中而在沒有驅動電壓的情況下產生了大量的漏電流，然而實施例1至實施例3中的QLED則顯著降低了漏電流。
並且，與比較例1中的ETL僅包含無機金屬氧化物的QLED相比，其中ETL還包含摻雜到無機金屬氧化物的金屬離子的QLED改善了其EQE和亮度，但其發光壽命略微降低或提高。這樣的結果表示，在將金屬成分摻雜到ETL中的無機材料中的情況下，由於電子注入速度的降低，可以將電洞和電子注入到EML中，但是電子注入速度會過度延遲，並且電洞可能會洩漏到ETL中。
<實驗例3：CCL中的金屬與QD配位基之間的交互作用>
將結合有月桂酸和油酸配位基的QD ZnSe/ZnS的溶液(18mg/mL，在辛烷中)旋塗(3000rpm，60秒)在晶圓基板上以形成QD薄膜。然後，將InCl3(在EtOH中，2wt%)、GaCl3(在EtOH中，2wt%)或AlCl3(在EtOH中，2wt%)的溶液旋塗(3000rpm，60秒)在QD薄膜上，並進行乾燥(60℃，30秒)，以形成由銦、鎵或鋁製成的第二層CCL薄膜。為了確認雙層薄膜中的QD薄膜與CCL薄膜之間的交互作用，進行了XPS分析。圖16至圖18示出雙層薄膜的XPS分析結果。如圖16至圖18所示，觀察到了結合到月桂酸及/或油酸配位基中所包含的氧的金屬成分(銦、鎵或鋁)。確認了CCL層中的金屬成分與QD薄膜中的羧酸配位基的氧原子進行交互作用。
對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對本發明進行各種修改和變化。因此，在其落入所附申請專利範圍的範圍內的前提下，本發明旨覆蓋本發明的修改和變化。
本申請主張於2019年9月4日提交的韓國專利申請第10-2019-0109454號的優先權，該參照文獻完整併入本文中。
300:無機發光粒子
310:核
320:殼體
330a:配位基
330b:配位基
CCL:電荷控制層
EML:發光材料層
M:金屬、金屬成分

Claims (20)

  1. 一種發光二極體，包括：
    一第一電極；
    一第二電極，面向該第一電極；
    一發光材料層，設置在該第一電極與該第二電極之間；以及
    一電荷控制層，設置在該發光材料層與該第二電極之間；
    其中，該電荷控制層包含金屬。
  2. 如請求項1所述之發光二極體，其中，該金屬包括後過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、鑭系金屬或錒系金屬。
  3. 如請求項1所述之發光二極體，其中，該金屬包括第13族金屬。
  4. 如請求項1所述之發光二極體，其中，該金屬包括Al、Ga、In、Tl或其組合。
  5. 如請求項1所述之發光二極體，其中，該電荷控制層的厚度為約0.1nm至約10nm之間。
  6. 如請求項1所述之發光二極體，進一步包括：一第一電荷轉移層，設置在該第一電極與該發光材料層之間；以及一第二電荷轉移層，設置在該電荷控制層與該第二電極之間。
  7. 如請求項6所述之發光二極體，其中，該第二電荷轉移層包括無機材料。
  8. 如請求項6所述之發光二極體，其中，該第二電荷轉移層包括金屬氧化物。
  9. 如請求項6所述之發光二極體，其中，該第二電荷轉移層的價帶能階比該發光材料層的價帶能階更深。
  10. 如請求項1所述之發光二極體，其中，該發光材料層包括無機發光粒子。
  11. 如請求項10所述之發光二極體，其中，該無機發光粒子包括量子點、量子棒或其組合。
  12. 如請求項10所述之發光二極體，其中，該無機發光粒子包括：一核心、包圍該核心的一殼體、及結合到該殼體的一表面的一第一配位基。
  13. 如請求項12所述之發光二極體，其中，該發光材料層進一步包括從該無機發光粒子游離的一第二配位基。
  14. 如請求項12所述之發光二極體，其中，該金屬與該第一配位基進行交互作用。
  15. 如請求項12所述之發光二極體，其中，該第一配位基包括帶有負電荷的一有機配位基。
  16. 如請求項15所述之發光二極體，其中，該有機配位基在其至少一末端包括羧酸根基團、磷酸根基團和硫醇離子基團中的至少一個負電荷基團。
  17. 如請求項12所述之發光二極體，其中，該第一配位基包括帶有孤對電子的有機配位基。
  18. 如請求項17所述之發光二極體，其中，該有機配位基在其至少一末端包括胺基、硫醇基、膦基和氧化膦基中的至少一種。
  19. 如請求項12所述之發光二極體，其中，該第一配位基與該金屬配位。
  20. 一種發光裝置，包括：
    一基板；以及
    如請求項1之發光二極體，設置在該基板上方。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113707821A (zh) * 2021-07-08 2021-11-26 合肥福纳科技有限公司 用于电子传输层的组合物及其制备方法和应用

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111173A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Tdk Corp 有機ｅｌ素子
US7952105B2 (en) 2007-01-29 2011-05-31 Global Oled Technology, Llc. Light-emitting display device having improved efficiency
KR101960943B1 (ko) * 2012-11-28 2019-03-20 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
KR102135243B1 (ko) * 2013-07-12 2020-07-20 삼성디스플레이 주식회사 유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치
KR102503845B1 (ko) * 2016-04-20 2023-02-27 삼성디스플레이 주식회사 유기발광소자 및 이를 포함하는 유기발광 표시패널
US20170373263A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 Nanoco Technologies Ltd. Organic/Inorganic Hybrid Electroluminescent Device with Two-Dimensional Material Emitting Layer
CN106981578B (zh) * 2017-03-14 2018-12-14 淮阴工学院 一种倒置结构有机发光二极管及其制备方法
CN109326727B (zh) * 2017-08-01 2020-05-01 Tcl集团股份有限公司 一种qled器件及其制备方法
KR102354900B1 (ko) * 2017-09-12 2022-01-21 엘지디스플레이 주식회사 양자점 발광다이오드 및 이를 포함하는 양자점 발광장치
KR102349593B1 (ko) 2017-09-26 2022-01-10 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102371410B1 (ko) * 2017-10-26 2022-03-04 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102515817B1 (ko) * 2017-11-28 2023-03-29 엘지디스플레이 주식회사 발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치
KR102515818B1 (ko) 2017-11-28 2023-03-29 엘지디스플레이 주식회사 유기 화합물, 이를 포함하는 발광다이오드 및 발광장치
CN209104191U (zh) * 2018-09-18 2019-07-12 云谷（固安）科技有限公司 一种有机发光二极管和显示面板

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