WO2023181170A1 - 発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 - Google Patents
発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023181170A1 WO2023181170A1 PCT/JP2022/013494 JP2022013494W WO2023181170A1 WO 2023181170 A1 WO2023181170 A1 WO 2023181170A1 JP 2022013494 W JP2022013494 W JP 2022013494W WO 2023181170 A1 WO2023181170 A1 WO 2023181170A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- quantum dot
- light emitting
- emitting device
- quantum
- quantum dots
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 513
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 126
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims description 29
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 17
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical class [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims description 7
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 6
- -1 chalcopyrite compound Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910003373 AgInS2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004262 HgTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims description 2
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910004608 CdSnAs2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011257 shell material Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 146
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 10
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 description 2
- LGDCSNDMFFFSHY-UHFFFAOYSA-N 4-butyl-n,n-diphenylaniline Chemical compound C1=CC(CCCC)=CC=C1N(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 LGDCSNDMFFFSHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
- H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
Definitions
- the present invention relates to light emitting devices and the like.
- Patent Document 1 discloses a method of filling gaps between quantum dots (current concentration areas) with an insulating film in a light emitting element including a quantum dot layer.
- carrier injection into the quantum dots may be inhibited by the insulating film, leading to a decrease in luminous efficiency.
- a light-emitting element includes a first electrode, a second electrode, and a quantum dot layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a first quantum dot, and the quantum dot layer includes a first quantum dot.
- the dot layer includes a space that penetrates the quantum dot layer in the thickness direction and has no first quantum dots, and second quantum dots having a smaller particle size than the first quantum dots are arranged in the space. .
- the luminous efficiency of the light emitting element is increased.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a quantum dot layer. It is a graph showing particle size distribution of a quantum dot layer. It is an explanatory view showing particle size distribution of a quantum dot layer. It is an explanatory view showing particle size distribution of a quantum dot layer.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a quantum dot layer.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of first quantum dots and second quantum dots.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of first quantum dots and second quantum dots.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the energy level of each quantum dot.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a quantum dot layer. It is a graph showing
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a light emitting device according to a first embodiment.
- 1 is a block diagram showing a light emitting device manufacturing apparatus according to a first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a second embodiment.
- FIG. 16 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 15.
- FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a light emitting device according to a first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a second embodiment.
- FIG. 16 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 15.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a light emitting device according to a second embodiment.
- 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the light emitting element according to Embodiment 2.
- FIG. 19 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 18.
- FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a third embodiment.
- 21 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 20.
- FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the light emitting element according to Embodiment 3.
- 23 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 22.
- FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device according to a fourth embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to a first embodiment.
- the light emitting element 10 according to the first embodiment includes a first electrode E1 and a second electrode E2, and a quantum dot layer QL that is arranged between the first electrode E1 and the second electrode E2 and includes a first quantum dot Q1.
- Quantum dot means a dot with a maximum width (maximum diameter) of 100 nm or less.
- the shape of the quantum dot is not limited as long as it satisfies the above maximum width, and is not limited to a spherical shape (circular cross section).
- it may be an elliptic sphere (having an elliptical cross section), a three-dimensional shape with a polygonal cross section, a rod-like three-dimensional shape, a branch-like three-dimensional shape, a three-dimensional shape with an uneven surface, or a combination thereof.
- the quantum dot layer QL is a layer containing multiple quantum dots.
- the cross-sectional shape of the quantum dot layer does not necessarily have to be linear.
- the quantum dot layer QL does not have to have a uniform thickness, and may have different thicknesses as long as it has a certain thickness or more at least in any cross-sectional observation area, and the layer surface ( At least one of the lower surface and the upper surface) may have an uneven shape.
- the quantum dot layer QL can also be referred to as a quantum dot section.
- Semiconductor nanocrystal particles may be used as the first quantum dots Q1, and the first quantum dots Q1 may emit light with a wavelength corresponding to the band gap as electroluminescence.
- the band gap changes depending on the particle size and composition of the first quantum dots Q1.
- the particle size of the first quantum dots Q1 is, for example, 1.0 [nm] to 100 [nm], and may be 3.0 [nm] to 20 [nm].
- the first quantum dots Q1 may have a spherical shape, an ellipsoidal shape, a polyhedral shape, a rod shape, a branched shape, a three-dimensional shape having surface irregularities, or a combination of these three-dimensional shapes.
- the quantum dot layer QL includes a space SP in which the first quantum dot Q1 does not exist, which penetrates the quantum dot layer QL in the thickness direction TD.
- second quantum dots Q2 having a smaller particle size than the first quantum dots Q1 are arranged.
- the second quantum dots Q2 may have a spherical shape, an ellipsoidal shape, a polyhedral shape, a rod shape, a branched shape, a three-dimensional shape having surface irregularities, or a combination of these three-dimensional shapes.
- the bandgap of the second quantum dot Q2 (for example, the bandgap of the core of Q2) may be larger than the bandgap of the first quantum dot Q1 (for example, the bandgap of the core of Q1).
- the band gap of the core of the first quantum dot Q1 is larger than the band gap of the core of the second quantum dot Q2, it is difficult for carriers to enter the second quantum dot Q2, and even if carriers enter, the first quantum dot This has the effect of moving to dot Q1.
- the band gap may be the gap between the energy level of the lowest unoccupied orbital (LUMO) and the energy level of the highest occupied orbital (HOMO), and the lower end of the conduction band (CBM) and the upper end of the valence band (VBM).
- LUMO lowest unoccupied orbital
- CBM conduction band
- VBM valence band
- the energy level of the lowest unoccupied orbital (LUMO) and the energy level of the highest occupied orbital (HOMO) are negative values (unit: eV) with the vacuum level as the reference (0).
- the electron affinity is The ionization energy is the gap between the HOMO and the vacuum level.
- LUMO can be replaced with CBM
- HOMO can be replaced with VBM.
- a smaller value of the energy level value of The band gap of the core of the second quantum dot Q2 is, for example, 5.8 eV or less, 4.0 eV or less, or 3.5 eV or less.
- the second electrode E2 is located above the first electrode E1. That is, the second electrode E2 is formed in a temporally later step than the first electrode E1. For example, the second electrode E2 is arranged at a position spatially farther than the first electrode E1 with respect to a pixel circuit board (described later) including a thin film transistor.
- the light emitting element 10 includes a first carrier transport layer T1 arranged between the first electrode E1 and the quantum dot layer QL, and a second carrier transport layer arranged between the quantum dot layer QL and the second electrode E2. T2.
- the first carrier transport layer T1 is a hole transport layer (HTL)
- the second carrier transport layer T2 is an electron transport layer (ETL).
- the first carrier transport layer T1 is an electron transport layer (ETL)
- the second carrier transport layer T2 is a hole transport layer (HTL).
- the hole transport layer (HTL) is not limited to a single layer, but may have a laminated structure. Further, a hole injection layer (HIL) may be provided between the anode and the hole transport layer (HTL).
- the hole injection layer (HIL) is not limited to a single layer, but may have a laminated structure.
- the electron transport layer (ETL) is not limited to a single layer, but may have a laminated structure. Further, an electron injection layer (EIL) may be provided between the cathode and the electron transport layer (ETL).
- the electron injection layer (EIL) is not limited to a single layer, but may have a laminated structure.
- quantum dot layer QL containing quantum dots, it is thought that holes from the anode and electrons from the cathode recombine, and the excitons generated by the recombination return to the ground state to generate light. By applying a voltage between the anode and cathode, recombination occurs in the quantum dot layer QL.
- a second quantum dot assembly ZS including the second quantum dots Q2 may be arranged in the space SP since short circuits between the HTL and the ETL can be effectively prevented.
- the second quantum dot assembly ZS may have a laminated structure in which each layer includes the second quantum dots Q2.
- the space SP may be filled with the second quantum dot aggregate ZS. Whichever of these configurations is adopted, it is possible to effectively prevent a short circuit between the HTL and ETL, and it is also possible to reduce reactive current not involved in recombination.
- the volume of the space SP may be larger than the volume of the first quantum dot Q1. That is, when observing a cross-sectional structure as shown in FIG. 1, the cross-sectional area of the space SP may be larger than the cross-sectional area of the first quantum dot Q1. In this case, the effect of reducing reactive current becomes greater.
- the quantum dot layer QL includes a first quantum dot aggregate ZF including the first quantum dot Q1 and a third quantum dot aggregate ZT including a third quantum dot Q3 having a smaller particle size than the first quantum dot Q1. It's okay to stay.
- the third quantum dot Q3 may have the same configuration as the second quantum dot Q2 (same material, same size, same structure, same band gap).
- the third quantum dot Q3 may have a larger band gap than the first quantum dot Q1.
- the third quantum dot aggregate ZT may be arranged in the gap between the first carrier transport layer T1 and the first quantum dot aggregate ZF in contact with the first carrier transport layer T1.
- the third quantum dot aggregate ZT may be arranged in the gap between the second carrier transport layer T2 and the first quantum dot aggregate ZF in contact with the second carrier transport layer T2.
- the third quantum dot aggregate ZT may be arranged in each of these gaps.
- the particle size of the second quantum dots Q2 is 8/10 or less, or 6/10 or less, 5/10 or less, 4/10 or less, or 1/4 or less of the particle size of the first quantum dots Q1, Alternatively, it can be reduced to 2/10 or less.
- the fact that the particle size of the second quantum dots Q2 is smaller than the particle size of the first quantum dots Q1 means that the average particle size of the second quantum dots in the second quantum dot aggregate ZS is smaller than that in the first quantum dot aggregate ZF. In other words, it is smaller than the average particle size of the first quantum dots.
- the shape of at least one of the first quantum dots Q1 and the second quantum dots Q2 is not spherical, for example, the diameter when deformed into a spherical shape by equal volume can be taken as the particle size.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the quantum dot layer.
- FIG. 3 shows the particle size distribution of the quantum dot layer.
- TEM transmission electron microscope
- the entire layer thickness direction was The particle size distribution D1 of all the quantum dots QD (for example, 10 to 100) included in the region X1 including When examining the particle size distribution D2 of 100 particles), if one or more quantum dots QD having a particle size larger than the maximum particle size Pm of the particle size distribution D2 is included in the region X1, the maximum particle size A quantum dot QD having a particle size larger than Pm is specified as the first quantum dot Q1, a space SP including the region X2 (a space where the first quantum dot Q1 does not exist) is specified, and the maximum particle size distribution D2 is Quantum dots QD having a particle size equal to or smaller than
- Pm in FIG. 3 is the maximum particle size of all the quantum dots QD whose entire cross section is observed within the region X2 (two sides in the layer thickness direction are equal to the layer thickness of the quantum dot layer QL), and Pm of all the quantum dots When the QDs have a uniform particle size, this uniform particle size may be designated as Pm.
- the ratio of the particle size of the first quantum dots Q1 to the maximum particle size Pm of the particle size distribution D2 may be, for example, 1.1 or more, 1.2 or more, 1.5 or more, 2.0 or more, 2.5 or more. , 3.0 or more, 5.0 or more, 8.0 or more, or 10 or more.
- the average particle size of the plurality of first quantum dots Q1 (QDs having a particle size larger than Pm) in the region X1 may be 1.1 or more of Pm, 1.2 or more, 1.5 or more, 2.0 It may be 2.5 or more, 3.0 or more, 5.0 or more, 8.0 or more, or 10 or more.
- the peak particle size P1 of the particle size distribution D1 particle size at which the number peaks at D1
- the peak particle size P2 the particle size at which the number peaks at D2 are expressed, and P1 >P2.
- the area of region X2 cross-sectional area of space SP) may be smaller than the area of region X1.
- the peak particle size P1 is equal to the average particle size of the first quantum dots in the first quantum dot aggregate ZF
- the peak particle size P2 is equal to the average particle size of the second quantum dots in the second quantum dot aggregate ZS. Good too. If the cross section of the quantum dots observed by TEM etc. is not circular, the particle size may be defined as the diameter when the quantum dots are transformed into a circular shape with equal volume.
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing the particle size distribution of the quantum dot layer.
- the cross-sectional view in FIG. 4 is an example of cross-sectional observation of the quantum dot layer QL, and graphs A and B in FIG. 4 show the relationship between the particle size and the number of observations.
- quantum dots QD For example, the particle size (the diameter of a circle with an equal area is defined as the particle size) of 10 to 100 particles is measured.
- the average grain size r1 and standard deviation ⁇ 1 of region X1 and the average grain size r2 and standard deviation ⁇ 2 of region X2 are calculated.
- (r1-r2) ⁇ 1.0 ⁇ ( ⁇ 1+ ⁇ 2) is satisfied, the particle size distribution of quantum dots QD included in region X1 is different from the particle size distribution of quantum dots QD included in region X2, that is, , it may be determined that there is a region X2 (cross-sectional region of the space SP) where the first quantum dots Q1 do not exist, which penetrates the quantum dot layer QL.
- the first and second quantum dots Q1 and Q2 may be specified by their composition. For example, if two types of quantum dots QD with different compositions can be detected from elemental analysis, two particle size distributions D1 (average particle size r1, standard deviation ⁇ 1) and D2 (average particle size r2, standard deviation ⁇ 1) and D2 (average particle size r2, standard deviation deviation ⁇ 2) can be obtained. Particle size distributions D1 and D2 satisfy (r1-r2) ⁇ 1.0 ⁇ ( ⁇ 1+ ⁇ 2), and a region where only quantum dots (quantum dots with the same composition) belonging to particle size distribution D2 exist forms the quantum dot layer QL. If it is observed that the quantum dots penetrate through the quantum dot layer QL, it may be determined that there is a space (SP) in which the first quantum dots Q1 that penetrate the quantum dot layer QL do not exist.
- SP space
- FIG. 5 is an explanatory diagram showing the particle size distribution of the quantum dot layer.
- the number of quantum dots QD for example, 10 to 100
- the particle size the diameter of circles with equal area is the particle size.
- quantum dots QD with a particle size smaller than the reference particle size are used as second quantum dots Q2, and particles larger than the reference particle size are A quantum dot QD having the same diameter as the first quantum dot Q1 is defined as a first quantum dot Q1.
- the quantum dots QD observed in region If the first quantum dot Q1 exists through the quantum dot layer QL, it may be determined that there is a region where the first quantum dot Q1 that penetrates the quantum dot layer QL does not exist. In the case of region X shown in FIG.
- the particle size is 7.0 nm or less, it is the first quantum dot Q1, and if the particle size is 7.0 nm or less, it is the second quantum dot Q2.
- the quantum dots are colored according to their particle size on the cross-sectional photograph, and an area containing only the second quantum dot Q2 is created. If Q exists through the quantum dot layer QL, it may be determined that there is a region where Q1 that penetrates the quantum dot layer QL does not exist (a region where there is only Q2).
- the space SP and the first and second quantum dots Q1 and Q2 may be specified as follows.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the quantum dot layer.
- the straight line K2 If the particle size of all the quantum dots QD that the straight line K2 passes through (the diameter of a circle with the same area is the particle size) is smaller than the particle size of all the quantum dots QD that the straight line K1 passes through, the straight line K2 Since it can be said that it is a straight line that traverses the region containing only the quantum dots Q2, it may be determined that there is a region (a region containing only the second quantum dots Q2) in which the first quantum dots Q1 that penetrate the quantum dot layer QL do not exist. In the case of straight lines K1 and K2 in FIG.
- the straight line K1 passes through one quantum dot QD with a particle size of 12 nm and one with a particle diameter of 14 nm, and the straight line K2 passes through two quantum dots QD with a particle size of 4 nm. , there are four particles with a diameter of 5 nm, and since "the particle diameters of all the quantum dots QD that the straight line K2 passes through are smaller than the particle diameters of all the quantum dots QD that the straight line K1 passes through", "the straight line K2 covers the region only of Q2". It may be determined that there is a region where Q1 that penetrates the quantum dot layer QL does not exist (a region where there is only Q2).
- the region X1 is an arbitrary cross-sectional region that includes the entire thickness direction of the quantum dot layer QL, but the third quantum dots Q3 are located in the region X1 at both ends (upper end) in the layer thickness direction. and the lower end), the region X1 does not necessarily have to be "an arbitrary cross-sectional region including the entire thickness direction of the quantum dot layer QL".
- the region X1 may be "a region excluding at least one of the upper end and the lower end from an arbitrary cross-sectional region including the entire thickness direction of the quantum dot layer QL".
- the exciton that enters the second quantum dot Q2 immediately escapes to the first quantum dot Q1
- the exciton that enters the second quantum dot Q2 immediately escapes to the first quantum dot Q1.
- Luminescent recombination becomes less likely to occur. Thereby, the light emission of the second quantum dots Q2 is greatly suppressed, and the light emission efficiency of the first quantum dots Q1 is increased. Furthermore, the color purity of the light emitted by the quantum dot layer QL is also improved.
- the second quantum dot Q2 can suppress the hole blocking effect of the second quantum dot Q2. Visible emission of light can be avoided. Furthermore, it is possible to suppress an increase in applied voltage, which is advantageous in terms of reducing power consumption.
- the second quantum dot Q2 may have a configuration in which it does not emit light at a wavelength of 400 nm or more. In this way, even when the second quantum dots Q2 emit light (electroluminescence), it is hardly visible, so that color purity can be improved. A configuration may also be used in which the second quantum dots Q2 do not emit light in the visible light range (370 nm or more).
- the third quantum dot aggregate ZT with a small average particle size is arranged above and below the first quantum dot aggregate ZF, it improves the roughness of the quantum dot layer QL (reduces the surface roughness). be able to. Improving the roughness of the quantum dot layer QL suppresses current concentration in specific locations, improving luminous efficiency and reliability.
- FIGS. 7 and 8 are schematic diagrams showing configuration examples of first quantum dots and second quantum dots.
- the second quantum dots Q2 may also have either a core-shell structure or a shellless structure.
- the second quantum dots Q2 By forming the second quantum dots Q2 into a core-shell structure, surface defects are reduced, and non-radiative recombination at defect levels is less likely to occur. This improves luminous efficiency.
- the core diameter C of the second quantum dot Q2 may be smaller than the core diameter C of the first quantum dot Q1.
- the bandgap of the second quantum dot Q2 is made larger than the bandgap of the first quantum dot Q1 (for example, LUMO2 can be made shallower than LUMO1, that is, closer to the vacuum level).
- the same material may be used for the shells of the first and second quantum dots Q1 and Q2.
- the change in HOMO is smaller than the change in LUMO when the particle size is reduced (for example, as the core diameter becomes smaller, the LUMO becomes shallower, but the HOMO Semiconductor materials (substantially unchanged) may also be used. Since light emitting elements containing quantum dots generally have an abundance of electrons, they have advantages in improving carrier balance and reducing power consumption.
- a ligand may be arranged on the surface of at least one of the first quantum dots Q1 and the second quantum dots Q2.
- a ligand preferably a ligand having the same configuration
- the thickness of the quantum dot layer QL may be four times or less, three times or less, or two times or less the particle size of the first quantum dots Q1.
- the first quantum dot assembly ZF has a single layer structure of the first quantum dots Q1 (see FIG. 1) or a laminated structure of several layers, spaces SP (through gaps) are likely to occur in the quantum dot layer QL.
- the advantage of arranging the second quantum dot aggregate ZS is greater.
- Eb LUMO2- It may be smaller than LUMO1
- the inhibition of carrier movement caused by the second quantum dot Q2 can be weakened (compared to the inhibition of electron movement), and in general, if there are excess electrons, the inhibition of hole movement can be weakened.
- Carrier balance in a certain quantum dot light emitting device can be improved.
- the light emitting element 10 may have a configuration in which the level difference Hb is less than 1.0 [eV], where the unit of energy level of the highest occupied orbital and the lowest unoccupied orbital is [eV].
- the level difference Hb which is an energy barrier for holes
- the second quantum dot Q2 has the effect of inhibiting the movement of holes to the first quantum dot Q1 (hole blocking effect) can be suppressed, and carrier balance can be improved.
- the voltage applied between the first electrode E1 and the second electrode E2 (voltage required to cause the element to emit light at a predetermined brightness) can be reduced, and power consumption can be reduced.
- the level difference Hb may be less than 0.5 [eV] or less than 0.2 [eV].
- HOMO2 ⁇ HOMO1 (HOMO1 is closer to the vacuum level than HOMO2), but the present invention is not limited to this.
- HOMO2 ⁇ HOMO1 may be satisfied (HOMO2 may be at the same level as HOMO1, or may be closer to the vacuum level than HOMO1).
- the level difference Hb becomes 0 or a negative value, which has the effect of improving carrier balance and reducing the applied voltage.
- HOMO2 may be the HOMO of the core of the second quantum dot Q2 or the HOMO of the shell of the second quantum dot Q2.
- the second quantum dot Q2 has an effect of inhibiting the movement of electrons to the first quantum dot Q1 (electron blocking effect), and carrier balance can be improved.
- LUMO2 may be the LUMO of the core of the second quantum dot Q2 or the LUMO of the shell of the second quantum dot Q2.
- the second quantum dot Q2 is a group IV simple substance that is not carbon, a group IV compound, a group III-V compound that is not a nitride, a group II-VI compound, a group II-IV-V chalcopyrite type compound, and a group I-III-VI compound. It can be configured to include at least one chalcopyrite type compound.
- the group IV simple substance is Si or Ge
- the group IV compound is SiGe
- the group III-V compound is AlP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlPAs, AlPSb, AlAsSb, GaPAs, GaPSb, GaAsSb, InPAs, InPSb, InAsSb, AlGaPAs, AlGaPSb, AlGaAsSb, AlInPAs, AlInPSb, AlInAsSb, GaInPAs, GaInPSb, GaIn AsSb
- the II-VI group compound is ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, ZnSeTe, CdSSe, CdSTe, CdSeTe, HgSSe, HgSTe, HgSeTe, ZnCdSSe,
- the Group IV simple substance is C
- the Group IV compound is SiC
- the Group II-VI compounds are ZnO and ZnS
- the Group I-III-VI chalcopyrite type compound is CuAlS. 2 , AgAlS2 .
- FIG. 12 is a flowchart showing a method for manufacturing a light emitting device according to the first embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment.
- the first electrode E1 is formed in step S1 (first step)
- the first carrier transport layer T1 is formed in step S2
- the quantum dot layer QL is formed in step S3 (second step)
- the step A second carrier transport layer T2 is formed in S4
- a second electrode E2 is formed in step S5 (third step).
- An HTL hole transport layer
- ETL electron transport layer
- ETL electron transport layer
- step S2 for example, a step of applying a solution in which the HTL material is dispersed in, for example, a chlorobenzene solvent and removing the solvent is performed.
- HTL materials include Poly-4-butyl-N,N-diphenylaniline (Poly-TPD), Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N- (4-sec-butylphenyl)diphenylamine)] (TFB) and Poly(9-vinylcarbazole) (PVK) can be used.
- a hole injection layer HIL (eg, containing NiO, PEDOT:PSS, or MoO 3 ) may be formed between step S1 and step S2.
- a solution in which nanoparticles (for example, ZnO nanoparticles), which are ETL materials, are dispersed in a solvent (for example, methanol, ethanol, propanol, or butanol, or a mixed solvent thereof) is applied, and the solvent is removed.
- step S3 for example, as shown in FIG. 12, first quantum dots Q1, second quantum dots Q2, third quantum dots Q3 having the same configuration as the second quantum dots Q2, and a solvent for dispersing these (e.g., octane)
- a solution containing the above is applied onto the first carrier transport layer T1 (HTL in the case of a forward structure, ETL in the case of a reverse structure), and a step of removing the solvent is performed.
- second quantum dots Q2 having a smaller particle size than the first quantum dots Q1 are arranged in a space SP that penetrates the quantum dot layer QL in the thickness direction and in which no first quantum dots Q1 exist. be done.
- third quantum dots Q3 having a smaller particle size than the first quantum dots Q1 are arranged above and below the first quantum dots Q1.
- the third quantum dot Q3 has the same configuration as the second quantum dot Q2.
- a quantum dot layer can be formed in one step.
- the quantum dot layer QL can be formed in one step, which is preferable in terms of manufacturing cost.
- FIG. 14 is a block diagram showing a light emitting device manufacturing apparatus according to the first embodiment.
- the light emitting device manufacturing apparatus 50 includes an apparatus M1 for forming the first electrode E1, an apparatus M2 for forming the first carrier transport layer T1, an apparatus M3 for forming the quantum dot layer QL, and a second carrier transport layer T2.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to the second embodiment.
- FIG. 16 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 15.
- the light emitting device 10 according to the second embodiment includes a first electrode E1 and a second electrode E2, and a quantum dot layer QL that is arranged between the first electrode E1 and the second electrode E2 and includes a first quantum dot Q1.
- the light emitting element 10 in FIG. 15 has a forward structure in which the anode is on the lower layer side, the first electrode E1 is the anode, and the second electrode E2 is the cathode.
- the first carrier transport layer is HTL
- the second carrier transport layer is ETL.
- the quantum dot layer QL includes a space SP in which the first quantum dot Q1 does not exist, which penetrates the quantum dot layer QL in the thickness direction TD.
- second quantum dots Q2 having a smaller particle size than the first quantum dots Q1 are arranged.
- the band gap of the second quantum dot Q2 may be larger than the band gap of the first quantum dot Q1.
- the bandgap of the core of the second quantum dot Q2 is, for example, 5.8 eV or less, 4.0 eV or less, or 3.5 eV or less.
- the space SP includes a second quantum dot assembly ZS including the second quantum dots Q2.
- the second quantum dot assembly ZS has a laminated structure in which each layer includes a second quantum dot Q2, and the space SP is filled with the second quantum dot assembly ZS.
- the volume of the space SP may be larger than the volume of the first quantum dot Q1.
- the quantum dot layer QL includes a first quantum dot aggregate ZF including the first quantum dot Q1 and a third quantum dot aggregate ZT including a third quantum dot Q3 having a smaller particle size than the first quantum dot Q1.
- the third quantum dot Q3 has the same configuration as the second quantum dot Q2 (same material, same size, same structure, same bandgap), and has a larger bandgap than the first quantum dot Q1.
- the first quantum dot assembly ZF is in contact with the HTL (first carrier transport layer), and the third quantum dot assembly ZT is arranged above the top of the first quantum dot assembly ZF.
- the third quantum dot assembly ZT is in contact with the ETL (second carrier transport layer).
- the third quantum dot assembly ZT has a laminated structure in which each layer includes a third quantum dot Q3. Note that a third quantum dot assembly ZT is also arranged between the HTL (first carrier transport layer) and the first quantum dot assembly ZF.
- the first quantum dot aggregate ZF may be covered by the second quantum dot aggregate ZS and the third quantum dot aggregate ZT.
- the thickness (maximum thickness) of the third quantum dot aggregate ZT is smaller than the thickness (maximum thickness) of the first quantum dot aggregate ZF.
- the number ratio of the first quantum dots in contact with the ETL (second carrier transport layer) is smaller than the number ratio of the first quantum dots in contact with the third quantum dot assembly ZT. good.
- the number ratio of the first quantum dots Q1 in contact with the ETL (second carrier transport layer) may be 10% or less.
- the number ratio of the first quantum dots in contact with the third quantum dot aggregate ZT may be 75% or more.
- the second quantum dot aggregate ZS is arranged in the space SP (penetrating gap) where the first quantum dots Q1 are not present, there is a gap between the first carrier transport layer T1 and the second carrier transport layer T2. Leakage current can be reduced and luminous efficiency (EQE) can be improved. Since the entire space SP is filled with the second quantum dots Q2, the leakage current suppressing effect is high.
- the third quantum dot aggregate ZT on the first quantum dot aggregate ZF has an effect of inhibiting the movement of electrons to the first quantum dot Q1 (electron blocking effect). ), which can improve career balance.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a light emitting element according to Embodiment 2.
- a solution containing the first quantum dots Q1 and a first solvent is applied to the HTL, and after removing the first solvent, a solution containing the second quantum dots Q2, third quantum dots Q3, and the second solvent is applied. Apply and remove solvent.
- One of the first solvent and the second solvent may be a nonpolar solvent, and the other may be a polar solvent. In this way, it is possible to suppress the phenomenon of volume reduction (elution) of the first quantum dot aggregate ZF when applying the solution containing the second quantum dots Q2.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing another configuration example of the light emitting element according to the second embodiment.
- FIG. 19 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 18.
- the first electrode E1 is a cathode
- the second electrode E2 is an anode.
- the first carrier transport layer is ETL and the second carrier transport layer is HTL.
- the first quantum dot assembly ZF is in contact with the ETL (first carrier transport layer), and the third quantum dot assembly ZT is arranged above the top of the first quantum dot assembly ZF. , the third quantum dot assembly ZT is in contact with the HTL (second carrier transport layer).
- the third quantum dot assembly ZT has a laminated structure in which each layer includes a third quantum dot Q3.
- the third quantum dot aggregate ZT on the first quantum dot aggregate ZF has an effect of inhibiting the movement of holes to the first quantum dot Q1.
- (Hole blocking effect) hardly occurs (because the HOMO remains almost unchanged even if the particle size becomes smaller), and the carrier balance can be maintained (see FIG. 19).
- the third quantum dots Q3 have almost no hole blocking effect, even if the thickness of the third quantum dot aggregate ZT varies somewhat depending on the manufacturing process, the characteristics hardly change, which is preferable for mass production.
- FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration example of a light emitting element according to Embodiment 3.
- FIG. 21 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 20.
- the light emitting element 10 according to the third embodiment includes a first electrode E1 and a second electrode E2, and a quantum dot layer QL that is disposed between the first electrode E1 and the second electrode E2 and includes a first quantum dot Q1. .
- the light emitting element 10 in FIG. 20 has a forward structure, the first electrode E1 is an anode, and the second electrode E2 is a cathode.
- the first carrier transport layer T1 is HTL, and the second carrier transport layer T2 is ETL.
- the quantum dot layer QL includes a space SP in which the first quantum dot Q1 does not exist, which penetrates the quantum dot layer QL in the thickness direction TD.
- second quantum dots Q2 having a smaller particle size than the first quantum dots Q1 are arranged.
- the bandgap of the second quantum dot Q2 is larger than the bandgap of the first quantum dot Q1.
- the band gap of the core of the second quantum dot Q2 is, for example, 5.8 eV or less, 4.0 eV or less, or 3.5 eV or less.
- the space SP includes a second quantum dot assembly ZS including the second quantum dots Q2.
- the second quantum dot assembly ZS is arranged on the lower layer side (HTL side) in the space SP, and is in contact with the HTL.
- the second quantum dot aggregate ZS is arranged in the space SP (penetrating gap) where the first quantum dots Q1 are not present, there is a gap between the first carrier transport layer T1 and the second carrier transport layer T2. Leakage current can be reduced and luminous efficiency (EQE) can be improved.
- the second quantum dot aggregate ZS and the third quantum dot aggregate ZT are in contact with the HTL, but the second and third quantum dot aggregates ZS and ZT are responsible for directing holes to the first quantum dot Q1.
- There is almost no effect of inhibiting movement (hole blocking effect) because the HOMO hardly changes even if the particle size becomes smaller), and the carrier balance can be maintained (see FIG. 21).
- FIG. 22 is a cross-sectional view showing another configuration example of the light emitting element according to the third embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing energy levels in the configuration of FIG. 22.
- the first electrode E1 is a cathode
- the second electrode E2 is an anode.
- the first carrier transport layer T1 is ETL
- the second carrier transport layer T2 is HTL.
- the second quantum dot assembly ZS is arranged on the lower layer side (ETL side) in the space SP, and is in contact with the ETL. Therefore, the second and third quantum dot aggregates ZS and ZT have an effect of inhibiting the movement of electrons to the first quantum dot Q1 (electron blocking effect), and the carrier balance can be improved (see FIG. 23). .
- FIG. 24 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device according to the fourth embodiment.
- the display device 20 includes a red light emitting element 10r, a green light emitting element 10g, and a blue light emitting element 10b.
- the light emitting elements 10r, 10g, and 10b are formed on a drive substrate 7 (for example, a pixel circuit board including TFTs), and are partitioned by insulating partition walls 8.
- the drive board 7 is provided with pixel circuits PC corresponding to the light emitting elements 10r, 10g, and 10b, respectively.
- the first quantum dots Q1 of the light-emitting elements 10r, 10g, and 10b may have different core particle sizes or different core materials.
- quantum dots having a common configuration may be used, or quantum dots having different configurations may be used.
- the light emitting elements 10 of Embodiment 2 are used as the light emitting elements 10r, 10g, and 10b, but the present invention is not limited thereto. Any of the light emitting elements 10 of Embodiments 1 to 4 may be applied.
- the light emitting device of the present disclosure includes: comprising a first electrode, a second electrode, and a quantum dot layer disposed between the first electrode and the second electrode and containing a first quantum dot,
- the quantum dot layer includes a space that penetrates the quantum dot layer in the thickness direction and does not have a first quantum dot, Second quantum dots having a smaller particle size than the first quantum dots may be arranged in the space.
- the bandgap of the second quantum dot of the light emitting device of the present disclosure may be larger than the bandgap of the first quantum dot.
- a second quantum dot aggregate including the second quantum dots may be arranged in the space of the light emitting element of the present disclosure.
- the second quantum dot assembly of the light emitting device of the present disclosure may have a laminated structure in which each layer includes a second quantum dot.
- the second quantum dot aggregate of the light emitting element of the present disclosure may be arranged on a lower layer side in the space.
- the band gap of the second quantum dot of the light emitting device of the present disclosure is determined by the energy level of the lowest unoccupied orbital of the core of the second quantum dot and the energy level of the highest occupied orbital of the core of the second quantum dot. It may be a gap of
- the first quantum dot and the second quantum dot of the light emitting device of the present disclosure have a core in which the energy level of the highest occupied orbital changes less than the energy level of the lowest occupied orbital as the particle size decreases. May contain substances.
- the bandgap of the second quantum dot of the light emitting device of the present disclosure may be 5.8 eV or less.
- the energy level of the highest occupied orbital of the first quantum dot is HOMO1
- the energy level of the highest occupied orbital of the second quantum dot is HOMO2
- the unit of the energy level is eV.
- HOMO1-HOMO2 ⁇ 1.0eV may be satisfied.
- the energy level of the lowest unoccupied orbital of the first quantum dot is LUMO1
- the energy level of the lowest unoccupied orbital of the second quantum dot is LUMO2
- LUMO2>LUMO1 may be satisfied.
- a ligand may be arranged on the surface of at least one of the first quantum dot and the second quantum dot of the light emitting element of the present disclosure.
- the maximum particle size of all quantum dots observed in the second region is Pm
- Each quantum dot observed in the second region may be the second quantum dot.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
発光素子10は、第1電極(D1)および第2電極(D2)と、第1電極および第2電極の間に配され、第1量子ドット(Q1)を含む量子ドット層(QL)とを備え、量子ドット層(QL)は、量子ドット層を厚み方向(TD)に貫く、第1量子ドットが存在しない空間(SP)を含み、空間(SP)内に、第1量子ドット(Q1)よりも粒径の小さな第2量子ドット(Q2)が配されている。
Description
本発明は、発光素子等に関する。
特許文献1には、量子ドット層を含む発光素子において、量子ドットの間隙(電流集中箇所)を絶縁膜によって埋める手法が開示されている。
前記手法では、量子ドットへのキャリア注入が絶縁膜によって阻害され、発光効率が低下するおそれがある。
本発明の一態様に係る発光素子は、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電極の間に配され、第1量子ドットを含む量子ドット層とを備え、前記量子ドット層は、前記量子ドット層を厚み方向に貫く、第1量子ドットが存在しない空間を含み、前記空間内に、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第2量子ドットが配されている。
本発明の一態様によれば、発光素子の発光効率が高められる。
〔実施形態1〕
図1は実施形態1にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。実施形態1にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。量子ドットとは、最大幅(最大径)が100nm以下のドットを意味する。量子ドットの形状は、上記最大幅を満たす範囲であれば制約されず、球状(断面が円状)に限定されるものではない。例えば、楕円球体状(断面が楕円状)、断面が多角形状となる立体形状、棒状の立体形状、枝状の立体形状、表面に凹凸を有す立体形状でもよく、または、それらの組合せでもよい。
図1は実施形態1にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。実施形態1にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。量子ドットとは、最大幅(最大径)が100nm以下のドットを意味する。量子ドットの形状は、上記最大幅を満たす範囲であれば制約されず、球状(断面が円状)に限定されるものではない。例えば、楕円球体状(断面が楕円状)、断面が多角形状となる立体形状、棒状の立体形状、枝状の立体形状、表面に凹凸を有す立体形状でもよく、または、それらの組合せでもよい。
量子ドット層QLは複数の量子ドットを含む層である。量子ドット層の断面形状は、必ずしも直線形状である必要はない。量子ドット層QLは、均一な膜厚からなる必要はなく、少なくとも任意の断面観察領域で一定の膜厚以上の厚みを有していれば異なる膜厚で構成されていてもよく、層表面(下面および上面の少なくとも一方)が凹凸形状であってもよい。量子ドット層QLを量子ドット部と言い換えることもできる。
第1量子ドットQ1として半導体ナノ結晶粒子を用いることができ、第1量子ドットQ1が、エレクトロルミネセンスとしてバンドギャップに対応する波長の光を放出してもよい。バンドギャップは、第1量子ドットQ1の粒径および組成に応じて変化する。第1量子ドットQ1の粒径は、例えば、1.0〔nm〕~100〔nm〕であり、3.0〔nm〕~20〔nm〕であってもよい。第1量子ドットQ1は、球状、楕円球状、多面体状、棒状、枝分かれ状、あるいは表面凹凸を有する立体形状であってもよく、これら立体を組み合わせた形状でもよい。
量子ドット層QLは、量子ドット層QLを厚み方向TDに貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間SPを含む。空間SP内には、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第2量子ドットQ2が配されている。
第2量子ドットQ2にも半導体ナノ結晶粒子を用いることができる。第2量子ドットQ2は、球状、楕円球状、多面体状、棒状、枝分かれ状、あるいは表面凹凸を有する立体形状であってもよく、これら立体を組み合わせた形状でもよい。
第2量子ドットQ2のバンドギャップ(例えば、Q2のコアのバンドギャップ)は、第1量子ドットQ1のバンドギャップ(例えば、Q1のコアのバンドギャップ)よりも大きくてもよい。第1量子ドットQ1のコアのバンドギャップよりも第2量子ドットQ2のコアのバンドギャップよりも大きい場合、第2量子ドットQ2にキャリアが入り難く、キャリアが入ったとしても、速やかに第1量子ドットQ1に移動するという効果がある。
バンドギャップは、最低空軌道のエネルギー準位(LUMO)と、最高被占軌道のエネルギー準位(HOMO)とのギャップであってもよく、伝導帯下端(CBM)と、価電子帯上端(VBM)とのギャップであってもよい。以下、「ギャップ」とは、差の大きさ(差の絶対値)を意味し、ゼロまたは正の値とする。最低空軌道のエネルギー準位(LUMOおよび最高被占軌道のエネルギー準位(HOMO)は、真空準位を基準(0)とする負の値(単位:eV)である。例えば電子親和力は、LUMOと真空準位とのギャップであり、イオン化エネルギーは、HOMOと真空準位とのギャップである。以下においては、LUMOをCBMに置き換え、HOMOをVBMに置き換えることもできる。また、エネルギー準位(の値)がより小さいとは、エネルギー準位が真空準位からより遠い、すなわち準位がより深いことを意味し、エネルギー準位(の値)がより大きいとは、エネルギー準位が真空準位により近い、すなわち準位がより浅いことを意味する。第2量子ドットQ2のコアのバンドギャップは、例えば、5.8eV以下、または4.0eV以下あるいは3.5eV以下である。
第2電極E2は、第1電極E1よりも上層に位置する。すなわち、第2電極E2は、第1電極E1よりも時間的に後の工程で形成される。例えば、第2電極E2は、薄膜トランジスタを含む画素回路基板(後述)に対して、第1電極E1よりも空間的に遠い位置に配される。
発光素子10は、第1電極E1と量子ドット層QLとの間に配された第1キャリア輸送層T1と、量子ドット層QLと第2電極E2との間に配された第2キャリア輸送層T2とを備える。例えば、第1電極E1がアノードであって第2電極E2がカソードであれば、第1キャリア輸送層T1が正孔輸送層(HTL)、第2キャリア輸送層T2が電子輸送層(ETL)となる。また、第1電極E1がカソードであって第2電極E2がアノードであれば、第1キャリア輸送層T1が電子輸送層(ETL)、第2キャリア輸送層T2が正孔輸送層(HTL)となる。
正孔輸送層(HTL)は単層に限定されるものではなく、積層構造であってもよい。また、アノードと正孔輸送層(HTL)との間に正孔注入層(HIL)を備えてもよい。正孔注入層(HIL)は単層に限定されるものではなく、積層構造であってもよい。電子輸送層(ETL)は単層に限定されるものではなく、積層構造であってもよい。また、カソードと電子輸送層(ETL)との間に電子注入層(EIL)を備えてもよい。電子注入層(EIL)は単層に限定されるものではなく、積層構造であってもよい。
量子ドットを含む量子ドット層QLでは、アノードからの正孔とカソードからの電子とが再結合し、再結合により生じた励起子が基底状態に戻ることで光が生じると考えられる。アノードとカソードとの間に電圧を印加することによって、量子ドット層QLで再結合が生じる。
HTLおよびETL間の短絡を効果的に防ぐことができるので、空間SPに、第2量子ドットQ2を含む第2量子ドット集合体ZSが配されてもよい。第2量子ドット集合体ZSは、各層に第2量子ドットQ2が含まれる積層構造であってもよい。また、第2量子ドット集合体ZSが空間SPに充填されていてもよい。これらのいずれの構成をとったとしても、HTLおよびETL間の短絡を効果的に防ぐことができ、また、再結合に関与しない無効電流を低減させることができる。
また、空間SPの体積が、第1量子ドットQ1の体積よりも大きくてもよい。すなわち、 図1に示すような断面構造を観察した場合は空間SPの断面積が、第1量子ドットQ1の断面積よりも大きくてもよい。この場合、無効電流低減の効果がより大きくなる。
量子ドット層QLは、第1量子ドットQ1を含む第1量子ドット集合体ZFと、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第3量子ドットQ3を含む第3量子ドット集合体ZTとを含んでいてもよい。第3量子ドットQ3は、第2量子ドットQ2と同じ構成(同材料、同サイズ、同構造、同バンドギャップ)でもよい。第3量子ドットQ3は、第1量子ドットQ1よりもバンドギャップが大きくてもよい。
第3量子ドット集合体ZTは、第1キャリア輸送層T1と、第1キャリア輸送層T1に接する第1量子ドット集合体ZFとの間隙に配されていてもよい。第2キャリア輸送層T2と、第2キャリア輸送層T2に接する第1量子ドット集合体ZFとの間隙に第3量子ドット集合体ZTが配されていてもよい。また、これら間隙それぞれに第3量子ドット集合体ZTが配されていてもよい。
第2量子ドットQ2の粒径は、第1量子ドットQ1の粒径の10分の8以下、または10分の6以下、10分の5以下、10分の4以下、4分の1以下、あるいは10分の2以下とすることができる。第2量子ドットQ2の粒径が第1量子ドットQ1の粒径よりも小さいということは、第2量子ドット集合体ZSにおける第2量子ドットの平均粒径が、第1量子ドット集合体ZFにおける第1量子ドットの平均粒径よりも小さいと換言することができる。第1量子ドットQ1および第2量子ドットQ2の少なくとも一方の形状が球状でない場合、例えば、球状に等積変形した場合の直径を粒径とすることができる。
図2は量子ドット層の断面図である。図3は量子ドット層の粒径分布である。図2および図3に示すように、量子ドット層QLの、層厚方向に平行な、層厚方向全体を含む断面を透過型電子顕微鏡(以下、TEMという)等で観察し、層厚方向全体を含む領域X1に含まれるすべての量子ドットQD(例えば、10個~100個)の粒径分布D1と、層厚方向全体を含む領域X2に含まれるすべての量子ドットQD(例えば、10個~100個)の粒径分布D2とを調べた場合に、粒径分布D2の最大粒径Pmよりも大きな粒径をもつ1個以上の量子ドットQDが領域X1に含まれることをもって、最大粒径Pmよりも大きな粒径をもつ量子ドットQDを第1量子ドットQ1と特定するとともに、領域X2を含む空間SP(第1量子ドットQ1が存在しない空間)を特定し、かつ粒径分布D2の最大粒径Pm以下の粒径を有する量子ドットQDを、第2量子ドットQ2(領域X2に含まれるもの)あるいは第3量子ドットQ3(領域X1に含まれるもの)と特定することができる。
図3のPmは、領域X2(層厚方向の2辺が量子ドット層QLの層厚に等しい)内に断面全体が観察されるすべての量子ドットQDの最大粒径であり、すべての量子ドットQDが均一粒径をもつ場合はこの均一粒径をPmとすればよい。粒径分布D2の最大粒径Pmに対する第1量子ドットQ1の粒径の比は、例えば1.1以上でもよいし、1.2以上,1.5以上,2.0以上,2.5以上,3.0以上,5.0以上,8.0以上,あるいは10以上であってもよい。領域X1の複数の第1量子ドットQ1(Pmよりも大きな粒径をもつQD)の平均粒径が、Pmの1.1以上でもよいし、1.2以上,1.5以上,2.0以上,2.5以上,3.0以上,5.0以上,8.0以上,あるいは10以上であってもよい。
粒径分布D1のピーク粒径P1(D1において個数がピークとなる粒径)と、粒径分布D2のピーク粒径P2(D2において個数がピークとなる粒径)とが発現しており、P1>P2であってもよい。ピークギャップPg(=P1-P2、P1>P2)が、粒径分布D1の標準偏差σ1以上であってもよい。粒径分布D2の標準偏差をσ2として、ピークギャップPg(=P1-P2、P1>P2)が、(σ1+σ2)の1.0倍以上あるいは1.2倍以上、または1.5倍以上であってもよい。領域X2の面積(空間SPの断面積)は、領域X1の面積よりも小さくてもよい。
また、ピーク粒径P1が第1量子ドット集合体ZFにおける第1量子ドットの平均粒径に等しく、ピーク粒径P2が第2量子ドット集合体ZSにおける第2量子ドットの平均粒径に等しくてもよい。TEM等で観察した量子ドットの断面が円形状でない場合は、円形状に等積変形したときの直径を粒径としてもよい。
空間SP並びに第1および第2量子ドットQ1・Q2を以下のように特定してもよい。図4は、量子ドット層の粒径分布を示す説明図である。図4の断面図は量子ドット層QLを断面観察した場合の一例であり、図4のグラフAおよびグラフBは粒径と観測数との関係を示す。まず、量子ドット層QLを厚み方向に平行な平面で切断した断面において、量子ドット層QLの膜厚方向全体を含む任意の2つの領域(領域X1、領域X2)に観測される量子ドットQD(例えば、10~100個)の粒径(面積の等しい円の直径を粒径とする)を測定する。次いで、領域X1の平均粒径r1および標準偏差σ1と、領域X2の平均粒径r2および標準偏差σ2を算出する。ここで、(r1-r2)≧1.0×(σ1+σ2)を満たす場合に、領域X1に含まれる量子ドットQDの粒径分布が領域X2に含まれる量子ドットQDの粒径分布と異なる、すなわち、量子ドット層QLを貫く、第1量子ドットQ1が存在しない領域X2(空間SPの断面領域)があると判断してもよい。図4のグラフA・Bでは、r1=9.8nm、r2=5.8nm、σ1=1.7nm、σ2=1.2nmとなり、(r1-r2)≧1.0×(σ1+σ2)を満たすため、このようなX1、X2を選択した場合に、「領域X1に含まれる量子ドットQDの粒径分布は領域X2に含まれる量子ドットQDの粒径分布と異なる」と判断し、「量子ドット層QLを貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間(領域X2)があり、この空間(領域X2)内に、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第2量子ドットQ2が配されている」と判断してもよい。
第1および第2量子ドットQ1・Q2を組成によって特定してもよい。例えば、元素分析から組成の異なる2種の量子ドットQDが検出できる場合、組成を振り分け条件として、2つの粒径分布D1(平均粒径r1・標準偏差σ1)、D2(平均粒径r2・標準偏差σ2)を得ることができる。粒径分布D1・D2が、(r1-r2)≧1.0×(σ1+σ2)を満たし、粒径分布D2に属する量子ドット(同一組成の量子ドット)のみが存在する領域が量子ドット層QLを貫いていることが観察できた場合に、「量子ドット層QLを貫く第1量子ドットQ1が存在しない空間(SP)がある」と判断してもよい。
空間SP並びに第1および第2量子ドットQ1・Q2を以下のように特定してもよい。図5は、量子ドット層の粒径分布を示す説明図である。まず、量子ドット層QLを厚み方向に平行な平面で切断した断面において、量子ドット層QLの膜厚方向全体を含む任意の領域Xに観測される量子ドットQD(例えば、10~100個)の粒径(面積の等しい円の直径を粒径とする)を測定する。2つの粒径ピークと、これらの間に観察個数が極小値となる基準粒径とがあり、基準粒径以下の粒径の量子ドットQDを第2量子ドットQ2、基準粒径よりも大きい粒径の量子ドットQDを第1量子ドットQ1とする。次いで、この基準粒径を用いた条件を適用し、領域Xで観察される量子ドットQDを第1量子ドットQ1または第2量子ドットQ2に振り分け、第2量子ドットQ2のみの領域が量子ドット層QLを貫いて存在した場合、「量子ドット層QLを貫く第1量子ドットQ1が存在しない領域がある」と判断してもよい。図5に記載の領域Xの場合、第1ピーク=5.5nm、第2ピーク=8.0nm、基準粒径(極小値)=7.0nmとすることができ、7.0nmよりも大きい粒径ならば第1量子ドットQ1、7.0nm以下の粒径ならば第2量子ドットQ2とする基準に従って断面写真上で量子ドットを粒径毎に塗分けし、第2量子ドットQ2のみの領域が量子ドット層QLを貫いて存在した場合に、「量子ドット層QLを貫くQ1が存在しない領域(Q2のみの領域)がある」と判断してもよい。
空間SP並びに第1および第2量子ドットQ1・Q2を以下のように特定してもよい。
図6は、量子ドット層の構成を示す断面図である。まず、図6に示すように、量子ドット層QLを、厚み方向に平行な平面で切断した断面において、厚み方向に量子ドット層QLを貫く任意の直線を2本引く(直線K1、直線K2)。直線K2の貫く全ての量子ドットQDの粒径(面積の等しい円の直径を粒径とする)が、直線K1の貫く全ての量子ドットQDの粒径よりも小さい場合に、直線K2は第2量子ドットQ2のみの領域を縦断する直線といえるので、量子ドット層QLを貫く第1量子ドットQ1が存在しない領域(第2量子ドットQ2のみの領域)があると判断してもよい。図6の直線K1、K2の場合、直線K1の貫く量子ドットQDは、粒径12nmが1個、粒径14nmが1個であり、直線K2の貫く量子ドットQDは、粒径4nmが2個、粒径5nmが4個であって、「直線K2の貫く全ての量子ドットQDの粒径が直線K1の貫く全ての量子ドットQDの粒径より小さい」ので「直線K2はQ2のみの領域を縦断する直線」であり、「量子ドット層QLを貫くQ1が存在しない領域(Q2のみの領域)がある」と判断してもよい。
このように、例えば図2~図6のいずれかに示す方法で、量子ドット層QLを貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間SP(断面領域X2)を特定することができるが、空間SP、第1量子ドットQ1等の特定の方法はこれらに限定されない。他の方法で特定を行ってもよい。また、図2~図6では、領域X1を量子ドット層QLの膜厚方向全体を含む任意の断面領域としているが、領域X1には第3量子ドットQ3が層厚方向の両端部(上端部および下端部)の少なくとも一方に含まれることがあるため、領域X1は必ずしも「量子ドット層QLの膜厚方向全体を含む任意の断面領域」である必要はない。領域X1が、「量子ドット層QLの膜厚方向全体を含む任意の断面領域から上端部および下端部の少なくとも一方を除いた領域」であってもよい。
本実施形態では、空間SP(貫通間隙)に第2量子ドット集合体ZSが配されているため、第1キャリア輸送層T1および第2キャリア輸送層T2間のリーク電流を低減することができ、発光効率(EQE)が向上する。
第2量子ドットQ2のバンドギャップが第1量子ドットQ1のバンドギャップよりも大きい場合は、第2量子ドットQ2に入った励起子は直ちに第1量子ドットQ1に逃げ、第2量子ドットQ2での発光再結合が生じ難くなる。これにより、第2量子ドットQ2の発光が大きく抑制され、第1量子ドットQ1による発光効率が高められる。さらに量子ドット層QLが発する光の色純度も高められる。
第2量子ドットQ2のコアのバンドギャップは、5.8eV以下、または4.0eV以下あるいは3.5eV以下であるため、第2量子ドットQ2の正孔ブロッキング作用を抑えつつ、第2量子ドットQ2の可視発光を回避することができる。また、印可電圧の上昇を抑えることができ、消費電力低減の点でメリットがある。
第2量子ドットQ2は、400nm以上の波長で発光しない構成でもよい。こうすれば、第2量子ドットQ2が発光(エレクトロルミネセンス)した場合でもほとんど可視されないため、色純度を高めることができる。第2量子ドットQ2が可視光域(370nm以上)で発光しない構成でもよい。
平均粒径の小さな第3量子ドット集合体ZTが、第1量子ドット集合体ZFの上側および下側に配されているため、量子ドット層QLのラフネスを改善する(表面粗さを小さくする)ことができる。量子ドット層QLのラフネスの改善によって、特定の箇所への電流集中が抑制されるので、発光効率と、信頼性が向上する。
図7および図8は、第1量子ドットおよび第2量子ドットの構成例を示す模式図である。第1量子ドットQ1は、コアシェル構造(粒径A>コア径C)であってもよいし、シェルレス(シェルがなく、コアが露出する)構造(粒径A=コア径C)であってもよい。第2量子ドットQ2についても、コアシェル構造、シェルレス構造のいずれであってもよい。
第2量子ドットQ2をコアシェル構造とすることで、表面欠陥が少なくなり、欠陥準位での非発光再結合が生じ難くなる。これにより、発光効率が向上する。
第2量子ドットQ2のコア径Cが、第1量子ドットQ1のコア径Cよりも小さくてもよい。こうすれば、第1および第2量子ドットQ1・Q2のコアに同一の半導体物質を用いつつ、第2量子ドットQ2のバンドギャップを第1量子ドットQ1のバンドギャップよりも大きくする(例えば、LUMO2をLUMO1よりも浅くする、つまり真空準位に近づける)ことができる。第1および第2量子ドットQ1・Q2のシェルに同じ物質を用いてもよい。これにより、第1および第2量子ドットQ1・Q2を、同一の製造装置、ほぼ同一のプロセスで作製することができ、製造コストを抑えることができる。
第1および第2量子ドットQ1・Q2のコアには、粒径を小さくしたときにLUMOの変化よりもHOMOの変化が小さい(例えば、コア径が小さくなるにしたがってLUMOは浅くなるが、HOMOはほぼ変化しない)半導体物質を用いてもよい。量子ドットを含む発光素子は一般に電子過多であるため、キャリアバランス向上および消費電力低減の点でメリットがある。
図8に示すように、第1量子ドットQ1および第2量子ドットQ2の少なくとも一方の表面にリガンドが配されていてもよい。第1量子ドットQ1および第2量子ドットQ2にリガンド(好ましくは、同構成のリガンド)を配することで、第2量子ドットQ2が第1量子ドットQ1の特性に与える悪影響を抑えることができる。
表示素子10においては、量子ドット層QLの厚みが、第1量子ドットQ1の粒径の4倍以下、または3倍以下あるいは2倍以下であってもよい。第1量子ドット集合体ZFを、第1量子ドットQ1の1層構造(図1参照)または数層の積層構造とする場合は、量子ドット層QLに空間SP(貫通間隙)が生じ易いため、第2量子ドット集合体ZSを配するメリットが大きくなる。
図9および図10は、各量子ドットのエネルギー準位を示す模式図である。表示素子10においては、第1量子ドットQ1のコアの最高被占軌道のエネルギー準位HOMO1と第2量子ドットQ2のコアの最高被占軌道のエネルギー準位HOMO2との準位差Hb(Hb=HOMO1-HOMO2)を、第1量子ドットQ1のコアの最低空軌道のエネルギー準位LUMO1と第2量子ドットQ2のコアの最低空軌道のエネルギー準位LUMO2との準位差Eb(Eb=LUMO2-LUMO1)よりも小さくしてもよい。
この条件(Hb<Eb)を満たすことで、第2量子ドットQ2に起因するキャリア移動の阻害について、(電子移動の阻害に比べて)正孔移動の阻害を弱めることができ、一般に電子過剰である量子ドット発光素子におけるキャリアバランスを改善することができる。
発光素子10では、最高被占軌道および最低空軌道のエネルギー準位の単位を〔eV〕として、準位差Hbが1.0〔eV〕未満である構成でもよい。このように、正孔にとってのエネルギー障壁である準位差Hbを1.0eV未満とすることで、第2量子ドットQ2が正孔の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(正孔ブロッキング作用)を抑えることができ、キャリアバランスを高めることができる。また、第1電極E1および第2電極E2間の印可電圧(素子を所定の輝度で発光させるために必要な電圧)を小さくすることができ、消費電力低減が可能となる。準位差Hbは、0.5〔eV〕未満あるいは0.2〔eV〕未満でもよい。
図9ではHOMO2<HOMO1としている(HOMO1の方がHOMO2よりも真空準位に近い)がこれに限定されない。HOMO2≧HOMO1であっても(HOMO2がHOMO1と同準位、あるいはHOMO1よりも真空準位に近くても)よい。この場合、準位差Hbが0または負の値となり、キャリアバランスの向上および印可電圧低減の効果がある。HOMO2については、第2量子ドットQ2のコアのHOMOでもよいし、第2量子ドットQ2のシェルのHOMOでもよい。
図10においては、LUMO2>LUMO1であって(LUMO2の方がLUMO1よりも真空準位に近く)、電子にとってのエネルギー障壁である準位差Eb(=LUMO2-LUMO1)を、0以上または0.2eVよりも大きくすることで、第2量子ドットQ2が電子の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(電子ブロッキング作用)が生じ、キャリアバランスを高めることができる。LUMO2については、第2量子ドットQ2のコアのLUMOでもよいし、第2量子ドットQ2のシェルのLUMOでもよい。
図1においては、第3量子ドットQ3と第2量子ドットQ2とが同構成(同じ準位構造)であるため、第1量子ドット集合体ZFの周囲に位置する第3量子ドットQ3によってもキャリアバランス向上効果を得ることができる。
第2量子ドットQ2は、炭素でないIV族単体、IV族化合物、窒化物でないIII-V族化合物、II-VI族化合物、II-IV-V族カルコパイライト型化合物、およびI-III-VI族カルコパイライト型化合物の少なくとも1つを含んでいる構成とすることができる。
前記IV族単体は、Si、Geであり、前記IV族化合物は、SiGeであり、前記III-V族化合物は、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、AlPAs、AlPSb、AlAsSb、GaPAs、GaPSb、GaAsSb、InPAs、InPSb、InAsSb、AlGaPAs、AlGaPSb、AlGaAsSb、AlInPAs、AlInPSb、AlInAsSb、GaInPAs、GaInPSb、GaInAsSbであり、前記II-VI族化合物は、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、ZnSeTe、CdSSe、CdSTe、CdSeTe、HgSSe、HgSTe、HgSeTe、ZnCdSSe、ZnCdSTe、ZnCdSeTe、ZnHgSSe、ZnHgSTe、ZnHgSeTe、CdHgSSe、CdHgSTe、CdHgSeTeであり、前記II-IV-V族カルコパイライト型化合物は、ZnSiP2、ZnSiAs2、ZnSiSb2、ZnGeP2、ZnGeAs2、ZnGeSb2、ZnSnP2、ZnSnAs2、ZnSnSb2、CdSiP2、CdSiAS2、CdSiSb2、CdGeP2、CdGeAs2、CdGeSb2、CdSnP2、CdSnAs2、CdSnSb2であり、前記I-III-VI族カルコパイライト型化合物は、CuAlSe2、CuAlTe2、CuGaS2、CuGaSe2、CuGaTe2、CuInS2、CuInSe2、CuInTe2、AgAlSe2、AgAlTe2、AgGaS2、AgGaSe2、AgGaTe2、AgInS2、AgInSe2、AgInTe2であってもよい。ただしこれらに限定されるものではない。
また、前記IV族単体は、Cであり、前記IV族化合物は、SiCであり、前記II-VI族化合物は、ZnO、ZnSであり、前記I-III-VI族カルコパイライト型化合物は、CuAlS2、AgAlS2であってもよい。ただし、これらに限定されるものではない。
図11は、第3量子ドットの構成例を示す模式図である。第1量子ドットQ1の粒径をA、第3量子ドットQ3の粒径をaとすれば、図11に示すように、(A/2)2+(A/2-a/2)2=(A/2+a/2)2の式を満たすのは、a=A/4の場合なので、第3量子ドットQ3の粒径aを第1量子ドットQ1の粒径Aの4分の1以下とすることで、ラフネス改善効果が高まる。発光素子10では、第3量子ドットQ3および第2量子ドットQ2が同構成であることから、第2量子ドットQ2の粒径を第1量子ドットQ1の粒径の4分の1以下とすることができる。
図12は、実施形態1にかかる発光素子の製造方法を示すフローチャートである。図13は実施形態1にかかる発光素子の製造方法を示す断面図である。図12では、ステップS1(第1工程)で第1電極E1を形成し、ステップS2で第1キャリア輸送層T1を形成し、ステップS3(第2工程)で量子ドット層QLを形成し、ステップS4で第2キャリア輸送層T2を形成し、ステップS5(第3工程)で第2電極E2を形成する。ステップS2でHTL(正孔輸送層)を形成し、ステップS4でETL(電子輸送層)を形成してもよい(順構造の場合)。ステップS2でETLを形成し、ステップS4でHTLを形成してもよい(逆構造の場合)。
順構造の場合は、ステップS2において、例えば、HTL材料を、例えばクロロベンゼン溶媒に分散させた溶液を塗布し、溶媒を除去する工程を行う。HTL材料として、例えば、Poly-4-butyl-N,N-diphenylaniline(Poly-TPD)、Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)](TFB)、Poly(9-vinylcarbazole)(PVK)を用いることができる。
ステップS1とステップS2との間に、正孔注入層HIL(例えば、NiO、PEDOT:PSS、あるいはMoO3を含む)を形成してもよい。ステップS4では、ETL材料であるナノ粒子(例えば、ZnOナノ粒子)を、溶媒(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、またはブタノール、あるいはこれらの混合溶媒)に分散させた溶液を塗布し、溶媒を除去する工程を行う。
ステップS3では、例えば図12に示すように、第1量子ドットQ1、第2量子ドットQ2、第2量子ドットQ2と同構成の第3量子ドットQ3、およびこれらを分散させる溶媒(例えば、オクタン)を含む溶液を、第1キャリア輸送層T1(順構造ならHTL、逆構造ならETL)上に塗布し、溶媒を除去する工程を行う。このとき、図13に示すように、量子ドット層QLを厚み方向に貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間SPに、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第2量子ドットQ2が配される。また、第1量子ドットQ1の上側および下側に、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第3量子ドットQ3が配される。第3量子ドットQ3は、第2量子ドットQ2と同構成である。
このように、第1量子ドットQ1および第2量子ドットQ2が混合された溶液を塗布することによって、量子ドット層を1回の工程で形成することができる。この場合、第1量子ドットQ1および第2量子ドットQ2に同一のリガンド(図8参照)を用いることで、第2量子ドットQ2が第1量子ドットQ1の特性に悪影響を与えるおそれが低減する。また、量子ドット層QLを1回の工程で形成でき、製造コストの面で好ましい。
図14は、実施形態1にかかる発光素子の製造装置を示すブロック図である。発光素子の製造装置50は、第1電極E1を形成する装置M1と、第1キャリア輸送層T1を形成する装置M2と、量子ドット層QLを形成する装置M3と、第2キャリア輸送層T2を形成する装置M4と、第2電極E2を形成する装置M5と、装置M1~M5を制御する、プロセッサおよびメモリを有する制御装置MCとを備える。
〔実施形態2〕
図15は、実施形態2にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。図16は、図15の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。実施形態2にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。図15の発光素子10は、アノードが下層側となる順構造であり、第1電極E1はアノード、第2電極E2はカソードである。第1キャリア輸送層はHTL、第2キャリア輸送層はETLである。
図15は、実施形態2にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。図16は、図15の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。実施形態2にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。図15の発光素子10は、アノードが下層側となる順構造であり、第1電極E1はアノード、第2電極E2はカソードである。第1キャリア輸送層はHTL、第2キャリア輸送層はETLである。
量子ドット層QLは、量子ドット層QLを厚み方向TDに貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間SPを含む。空間SP内には、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第2量子ドットQ2が配されている。第2量子ドットQ2のバンドギャップは、第1量子ドットQ1のバンドギャップよりも大きくてもよい。第2量子ドットQ2のコアのバンドギャップは、例えば、5.8eV以下、または4.0eV以下あるいは3.5eV以下である。
空間SPには、第2量子ドットQ2を含む第2量子ドット集合体ZSが含まれる。第2量子ドット集合体ZSは、各層に第2量子ドットQ2が含まれる積層構造を有し、第2量子ドット集合体ZSが空間SPに充填されている。空間SPの体積が、第1量子ドットQ1の体積よりも大きくてもよい。
量子ドット層QLは、第1量子ドットQ1を含む第1量子ドット集合体ZFと、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第3量子ドットQ3を含む第3量子ドット集合体ZTとを含む。第3量子ドットQ3は、第2量子ドットQ2と同じ構成(同材料、同サイズ、同構造、同バンドギャップ)であり、第1量子ドットQ1よりもバンドギャップが大きい。
実施形態2では、第1量子ドット集合体ZFがHTL(第1キャリア輸送層)に接しており、第1量子ドット集合体ZFの最上部よりも上層側に第3量子ドット集合体ZTが配され、第3量子ドット集合体ZTはETL(第2キャリア輸送層)に接する。第3量子ドット集合体ZTは、各層に第3量子ドットQ3が含まれる積層構造を有する。なお、HTL(第1キャリア輸送層)と第1量子ドット集合体ZFとの間にも第3量子ドット集合体ZTが配されている。
実施形態2では、第1量子ドット集合体ZFが、第2量子ドット集合体ZSおよび第3量子ドット集合体ZTによって覆われていてもよい。第3量子ドット集合体ZTの厚み(最大厚み)は、第1量子ドット集合体ZFの厚み(最大厚み)よりも小さい。このようにすることで、第1電極E1および第2電極E2間の印可電圧の大きな上昇を抑えることができる。
第1量子ドット集合体ZFにおいては、ETL(第2キャリア輸送層)に接する第1量子ドットの個数割合が、第3量子ドット集合体ZTに接する第1量子ドットの個数割合よりも小さくてもよい。具体的には、第1量子ドット集合体ZFにおいては、ETL(第2キャリア輸送層)に接する第1量子ドットQ1の個数割合が10%以下であってもよい。また、第1量子ドット集合体ZFにおいては、第3量子ドット集合体ZTに接する第1量子ドットの個数割合が75%以上であってもよい。
量子ドット層QLでは、第1量子ドットQ1が存在しない空間SP(貫通間隙)に第2量子ドット集合体ZSが配されているため、第1キャリア輸送層T1および第2キャリア輸送層T2間のリーク電流を低減することができ、発光効率(EQE)が向上する。空間SPの全体が第2量子ドットQ2で埋められているため、リーク電流抑制効果が高い。図15の発光素子10では、図16に示すように、第1量子ドット集合体ZF上の第3量子ドット集合体ZTが電子の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(電子ブロッキング作用)が生じ、キャリアバランスを高めることができる。
図17は、実施形態2にかかる発光素子の製造方法を示す断面図である。実施形態2では、第1量子ドットQ1および第1溶媒を含む溶液をHTLに塗布し、第1溶媒を除去した後に、第2量子ドットQ2、第3量子ドットQ3および第2溶媒を含む溶液を塗布し、溶媒を除去する。第1溶媒および第2溶媒の一方が非極性溶媒であり、他方が極性溶媒であってもよい。こうすれば、第2量子ドットQ2を含む溶液を塗布するときの、第1量子ドット集合体ZFの嵩減り(溶出)現象を抑えることができる。
図18は、実施形態2にかかる発光素子の別構成例を示す断面図である。図19は、図18の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。第1電極E1はカソード、第2電極E2はアノードである。第1キャリア輸送層はETL、第2キャリア輸送層はHTLである。
図18では、第1量子ドット集合体ZFがETL(第1キャリア輸送層)に接しており、第1量子ドット集合体ZFの最上部よりも上層側に第3量子ドット集合体ZTが配され、第3量子ドット集合体ZTはHTL(第2キャリア輸送層)に接する。第3量子ドット集合体ZTは、各層に第3量子ドットQ3が含まれる積層構造を有する。
図18の発光素子10(カソードが下層側となる逆構造)では、第1量子ドット集合体ZF上の第3量子ドット集合体ZTが正孔の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(正孔ブロッキング作用)がほとんど生じず(粒径が小さくなってもHOMOはほぼ変わらないため)、キャリアバランスを維持することができる(図19参照)。また、第3量子ドットQ3に正孔ブロッキング作用がほとんどないことから、第3量子ドット集合体ZTの厚みが作製プロセスによって多少ばらついても、特性にほとんど変化を与えず、量産の上で好ましい。
〔実施形態3〕
図20は、実施形態3にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。図21は、図20の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。実施形態3にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。図20の発光素子10は順構造であり、第1電極E1はアノード、第2電極E2はカソードである。第1キャリア輸送層T1はHTL、第2キャリア輸送層T2はETLである。
図20は、実施形態3にかかる発光素子の構成例を示す断面図である。図21は、図20の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。実施形態3にかかる発光素子10は、第1電極E1および第2電極E2と、第1電極E1および第2電極E2の間に配され、第1量子ドットQ1を含む量子ドット層QLとを備える。図20の発光素子10は順構造であり、第1電極E1はアノード、第2電極E2はカソードである。第1キャリア輸送層T1はHTL、第2キャリア輸送層T2はETLである。
量子ドット層QLは、量子ドット層QLを厚み方向TDに貫く、第1量子ドットQ1が存在しない空間SPを含む。空間SP内には、第1量子ドットQ1よりも粒径の小さな第2量子ドットQ2が配されている。第2量子ドットQ2のバンドギャップは、第1量子ドットQ1のバンドギャップよりも大きい。第2量子ドットQ2のコアのバンドギャップは、例えば、5.8eV以下、または4.0eV以下あるいは3.5eV以下である。
空間SPには、第2量子ドットQ2を含む第2量子ドット集合体ZSが含まれる。第2量子ドット集合体ZSは、空間SP内の下層側(HTL側)に配され、HTLに接している。
量子ドット層QLでは、第1量子ドットQ1が存在しない空間SP(貫通間隙)に第2量子ドット集合体ZSが配されているため、第1キャリア輸送層T1および第2キャリア輸送層T2間のリーク電流を低減することができ、発光効率(EQE)が向上する。
図20では、第2量子ドット集合体ZSおよび第3量子ドット集合体ZTがHTLに接しているが、第2および第3量子ドット集合体ZS・ZTが正孔の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(正孔ブロッキング作用)がほとんど生じず(粒径が小さくなってもHOMOはほとんど変わらないため)、キャリアバランスを維持することができる(図21参照)。
図22は、実施形態3にかかる発光素子の別構成例を示す断面図である。図23は、図22の構成におけるエネルギー準位を示す模式図である。第1電極E1はカソード、第2電極E2はアノードである。第1キャリア輸送層T1はETL、第2キャリア輸送層T2はHTLである。
図22では、第2量子ドット集合体ZSが、空間SP内の下層側(ETL側)に配され、ETLに接している。このため、第2および第3量子ドット集合体ZS・ZTが電子の第1量子ドットQ1への移動を阻害する作用(電子ブロッキング作用)が生じ、キャリアバランスを高めることができる(図23参照)。
〔実施形態4〕
図24は、実施形態4にかかる表示装置の構成例を示す断面図である。図24に示すように、表示装置20は、赤色発光の発光素子10r、緑色発光の発光素子10g、青色発光の発光素子10bを有する。発光素子10r・10g・10bは、駆動基板7(例えば、TFTを含む画素回路基板)上に形成され、絶縁性の隔壁8で仕切られている。駆動基板7には、発光素子10r・10g・10bそれぞれに対応する画素回路PCが設けられている。
図24は、実施形態4にかかる表示装置の構成例を示す断面図である。図24に示すように、表示装置20は、赤色発光の発光素子10r、緑色発光の発光素子10g、青色発光の発光素子10bを有する。発光素子10r・10g・10bは、駆動基板7(例えば、TFTを含む画素回路基板)上に形成され、絶縁性の隔壁8で仕切られている。駆動基板7には、発光素子10r・10g・10bそれぞれに対応する画素回路PCが設けられている。
発光素子10r・10g・10bの第1量子ドットQ1については、コア粒径が異なっていてもよいし、コア材料が異なっていてもよい。発光素子10rの第1量子ドットQ1のバンドギャップ<発光素子10gの第1量子ドットQ1のバンドギャップ<発光素子10bの第1量子ドットQ1であってもよい。発光素子10r・10g・10bの第2量子ドットQ2については、共通構成の量子ドットを用いてもよいし、異なる構成の量子ドットを用いてもよい。図24では、発光素子10r・10g・10bとして、実施形態2の発光素子10を適用しているが、これに限定されない。実施形態1~4のいずれの発光素子10を適用してもよい。
〔附記1〕
[態様1]
本開示の発光素子は、
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電極の間に配され、第1量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記量子ドット層は、前記量子ドット層を厚み方向に貫く、第1量子ドットが存在しない空間を含み、
前記空間内に、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第2量子ドットが配されていてもよい。
[態様1]
本開示の発光素子は、
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電極の間に配され、第1量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記量子ドット層は、前記量子ドット層を厚み方向に貫く、第1量子ドットが存在しない空間を含み、
前記空間内に、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第2量子ドットが配されていてもよい。
[態様2]
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、前記第1量子ドットのバンドギャップよりも大きくてもよい。
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、前記第1量子ドットのバンドギャップよりも大きくてもよい。
[態様3]
本開示の発光素子の前記空間に、前記第2量子ドットを含む第2量子ドット集合体が配されていてもよい。
本開示の発光素子の前記空間に、前記第2量子ドットを含む第2量子ドット集合体が配されていてもよい。
[態様4]
本開示の発光素子の前記第2量子ドット集合体は、各層に第2量子ドットが含まれる積層構造を有してもよい。
本開示の発光素子の前記第2量子ドット集合体は、各層に第2量子ドットが含まれる積層構造を有してもよい。
[態様5]
本開示の発光素子の前記第2量子ドット集合体が、前記空間内の下層側に配されていてもよい。
本開示の発光素子の前記第2量子ドット集合体が、前記空間内の下層側に配されていてもよい。
[態様6]
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、前記第2量子ドットのコアの最低空軌道のエネルギー準位と、前記第2量子ドットのコアの最高被占軌道のエネルギー準位とのギャップであってもよい。
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、前記第2量子ドットのコアの最低空軌道のエネルギー準位と、前記第2量子ドットのコアの最高被占軌道のエネルギー準位とのギャップであってもよい。
[態様7]
本開示の発光素子の前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットは、粒径減少に伴う、最高被占軌道のエネルギー準位の変化が、最低空軌道のエネルギー準位の変化よりも小さいコア物質を含んでもよい。
本開示の発光素子の前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットは、粒径減少に伴う、最高被占軌道のエネルギー準位の変化が、最低空軌道のエネルギー準位の変化よりも小さいコア物質を含んでもよい。
[態様8]
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、5.8eV以下であってもよい。
本開示の発光素子の前記第2量子ドットのバンドギャップは、5.8eV以下であってもよい。
[態様9]
本開示の発光素子の前記第1量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO1とし、前記第2量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO2とし、前記エネルギー準位の単位をeVとして、
HOMO1-HOMO2<1.0eV
を満たしてもよい。
本開示の発光素子の前記第1量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO1とし、前記第2量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO2とし、前記エネルギー準位の単位をeVとして、
HOMO1-HOMO2<1.0eV
を満たしてもよい。
[態様10]
本開示の発光素子の前記第1量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO1とし、前記第2量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO2として、
LUMO2>LUMO1
を満たしてもよい。
本開示の発光素子の前記第1量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO1とし、前記第2量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO2として、
LUMO2>LUMO1
を満たしてもよい。
[態様11]
本開示の発光素子の前記エネルギー準位の単位をeVとして、
LUMO2>LUMO1+0.2eV
を満たしてもよい。
本開示の発光素子の前記エネルギー準位の単位をeVとして、
LUMO2>LUMO1+0.2eV
を満たしてもよい。
[態様12]
本開示の発光素子の前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットの少なくとも一方の表面にリガンドが配されていてもよい。
本開示の発光素子の前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットの少なくとも一方の表面にリガンドが配されていてもよい。
[態様13]
本開示の発光素子の前記量子ドット層の層厚方向の断面を観察した場合に、1個以上の量子ドットの断面全体が観察される、層厚方向全体を含む第1領域と、複数の量子ドットそれぞれの断面全体が観察される、層厚方向全体を含む第2領域とが存在し、
前記第2領域で観察されるすべての量子ドットの最大粒径をPmとして、
前記第1領域では、粒径がPmよりも大きい量子ドットが1個以上観察され、
前記第1領域で観察される、粒径がPmよりも大きい量子ドットが前記第1量子ドットであり、
前記第2領域で観察される各量子ドットが前記第2量子ドットであってもよい。
本開示の発光素子の前記量子ドット層の層厚方向の断面を観察した場合に、1個以上の量子ドットの断面全体が観察される、層厚方向全体を含む第1領域と、複数の量子ドットそれぞれの断面全体が観察される、層厚方向全体を含む第2領域とが存在し、
前記第2領域で観察されるすべての量子ドットの最大粒径をPmとして、
前記第1領域では、粒径がPmよりも大きい量子ドットが1個以上観察され、
前記第1領域で観察される、粒径がPmよりも大きい量子ドットが前記第1量子ドットであり、
前記第2領域で観察される各量子ドットが前記第2量子ドットであってもよい。
〔附記2〕
本開示の各実施形態は、例示および説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。これら例示および説明に基づけば、多くの変形形態が可能になることが、当業者には明らかである。また、各実施形態の開示内容は、技術的に矛盾しない限りで、別の実施形態と自由に組み合わせることが可能であり、それぞれの実施形態だけに開示は限定されるものではない。
本開示の各実施形態は、例示および説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。これら例示および説明に基づけば、多くの変形形態が可能になることが、当業者には明らかである。また、各実施形態の開示内容は、技術的に矛盾しない限りで、別の実施形態と自由に組み合わせることが可能であり、それぞれの実施形態だけに開示は限定されるものではない。
E1 第1電極
E2 第2電極
T1 第1キャリア輸送層
T2 第2キャリア輸送層
Q1 第1量子ドット
Q2 第2量子ドット
Q3 第3量子ドット
SP 空間(貫通間隙)
ZF 第1量子ドット集合体
ZS 第2量子ドット集合体
ZT 第3量子ドット集合体
E2 第2電極
T1 第1キャリア輸送層
T2 第2キャリア輸送層
Q1 第1量子ドット
Q2 第2量子ドット
Q3 第3量子ドット
SP 空間(貫通間隙)
ZF 第1量子ドット集合体
ZS 第2量子ドット集合体
ZT 第3量子ドット集合体
Claims (40)
- 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電極の間に配され、第1量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記量子ドット層は、前記量子ドット層を厚み方向に貫く、第1量子ドットが存在しない空間を含み、
前記空間内に、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第2量子ドットが配されている、発光素子。 - 前記第2量子ドットのバンドギャップは、前記第1量子ドットのバンドギャップよりも大きい、請求項1に記載の発光素子。
- 前記空間に、前記第2量子ドットを含む第2量子ドット集合体が配されている、請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記空間に、前記第2量子ドット集合体が充填されている、請求項3に記載の発光素子。
- 前記第2電極は、前記第1電極よりも上層に位置し、
前記量子ドット層は、前記第1量子ドットを含む第1量子ドット集合体と、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第3量子ドットを含む第3量子ドット集合体とを含み、
前記第3量子ドット集合体は、前記第1量子ドット集合体と前記第2電極との間に配されている、請求項3または4に記載の発光素子。 - 前記第3量子ドットは、前記第2量子ドットと同構成であり、前記第1量子ドットよりもバンドギャップが大きい、請求項5に記載の発光素子。
- 前記第3量子ドット集合体は、各層に第3量子ドットが含まれる積層構造を有する、請求項5または6に記載の発光素子。
- 前記第2電極はカソードである、請求項5~7のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第1量子ドット集合体が、前記第2量子ドット集合体および前記第3量子ドット集合体によって覆われている、請求項5~8のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第3量子ドット集合体の厚みは、前記第1量子ドット集合体の厚みよりも小さい、請求項5~9のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記空間の体積は、前記第1量子ドットの体積よりも大きい、請求項1~10のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第1量子ドットは、コアシェル構造またはシェルレス構造であり、
前記第2量子ドットは、コアシェル構造またはシェルレス構造であり、
前記第2量子ドットのコア径は、前記第1量子ドットのコア径よりも小さい、請求項1~11のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記第1量子ドットのコアの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO1、前記第2量子ドットのコアの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO2、前記第1量子ドットのコアの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO1、前記第2量子ドットのコアの最低空軌道のエネルギー準位LUMO2として、
HOMO1-HOMO2<LUMO2-LUMO1
を満たす、請求項12に記載の発光素子。 - 前記第2量子ドットは、400nm以上の波長で発光しない、請求項1~13のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第2量子ドットのバンドギャップは、4.0eV以下である、請求項1~14のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第2量子ドットのバンドギャップは、3.5eV以下である、請求項15に記載の発光素子。
- 前記第2量子ドットは、IV族単体、IV族化合物、窒化物でないIII-V族化合物、II-VI族化合物、II-IV-V族カルコパイライト型化合物、およびI-III-VI族カルコパイライト型化合物の少なくとも1つを含んでいる、請求項1~16のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記IV族単体は、Si、Geであり、
前記IV族化合物は、SiGeであり、
前記III-V族化合物は、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、AlPAs、AlPSb、AlAsSb、GaPAs、GaPSb、GaAsSb、InPAs、InPSb、InAsSb、AlGaPAs、AlGaPSb、AlGaAsSb、AlInPAs、AlInPSb、AlInAsSb、GaInPAs、GaInPSb、GaInAsSbであり、
前記II-VI族化合物は、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、ZnSeTe、CdSSe、CdSTe、CdSeTe、HgSSe、HgSTe、HgSeTe、ZnCdSSe、ZnCdSTe、ZnCdSeTe、ZnHgSSe、ZnHgSTe、ZnHgSeTe、CdHgSSe、CdHgSTe、CdHgSeTeであり、
前記II-IV-V族カルコパイライト型化合物は、ZnSiP2、ZnSiAs2、ZnSiSb2、ZnGeP2、ZnGeAs2、ZnGeSb2、ZnSnP2、ZnSnAs2、ZnSnSb2、CdSiP2、CdSiAS2、CdSiSb2、CdGeP2、CdGeAs2、CdGeSb2、CdSnP2、CdSnAs2、CdSnSb2であり、
前記I-III-VI族カルコパイライト型化合物は、CuAlSe2、CuAlTe2、CuGaS2、CuGaSe2、CuGaTe2、CuInS2、CuInSe2、CuInTe2、AgAlSe2、AgAlTe2、AgGaS2、AgGaSe2、AgGaTe2、AgInS2、AgInSe2、AgInTe2である、請求項17に記載の発光素子。 - 前記IV族単体は、Cであり、
前記IV族化合物は、SiCであり、
前記II-VI族化合物は、ZnO、ZnSであり、
前記I-III-VI族カルコパイライト型化合物は、CuAlS2、AgAlS2である、請求項17に記載の発光素子。 - 前記量子ドット層の厚みは、前記第1量子ドットの粒径の2倍以下である、請求項1~19のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第1量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO1とし、前記第2量子ドットの最高被占軌道のエネルギー準位をHOMO2とし、前記エネルギー準位の単位をeVとして、
HOMO1-HOMO2<0.2eV
を満たす、請求項1~20のいずれか1項に記載の発光素子。 - HOMO1-HOMO2≦0
を満たす、請求項21に記載の発光素子。 - 前記第1量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO1とし、前記第2量子ドットの最低空軌道のエネルギー準位をLUMO2として、
LUMO2>LUMO1
を満たす、請求項1~22のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記第1電極と前記量子ドット層との間に配された第1キャリア輸送層と、
前記量子ドット層と前記第2電極との間に配された第2キャリア輸送層とを備える、請求項1~23のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記第2電極は、前記第1電極よりも上層に位置し、
前記第1キャリア輸送層が正孔輸送層であり、前記第2キャリア輸送層が電子輸送層である、請求項24に記載の発光素子。 - 前記第2電極は、前記第1電極よりも上層に位置し、
前記第1キャリア輸送層が電子輸送層であり、前記第2キャリア輸送層が正孔輸送層である、請求項24に記載の発光素子。 - 前記量子ドット層は、前記第1量子ドットを含む第1量子ドット集合体と、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第3量子ドットを含む第3量子ドット集合体とを有し、
前記第3量子ドット集合体は、前記第1量子ドット集合体と前記電子輸送層との間に配され、
前記第1量子ドット集合体においては、前記電子輸送層に接する第1量子ドットの個数割合が10%以下である、請求項25に記載の発光素子。 - 前記量子ドット層は、前記第1量子ドットを含む第1量子ドット集合体と、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第3量子ドットを含む第3量子ドット集合体とを有し、
前記第3量子ドット集合体は、前記第1量子ドット集合体と前記電子輸送層との間に配され、
前記第1量子ドット集合体においては、前記第3量子ドット集合体に接する第1量子ドットの個数割合が、前記電子輸送層に接する第1量子ドットの個数割合よりも大きい、請求項25または27に記載の発光素子。 - 前記第1量子ドットおよび第2量子ドットのコア物質が同一である、請求項1~28のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第2量子ドットがコアシェル構造である、請求項1~29のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第1量子ドットがコアシェル構造であり、
前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットのシェル物質が同一である、請求項30に記載の発光素子。 - 前記第2量子ドットの粒径は、記第1量子ドットの粒径の4分の1以下である、請求項1~31のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドットそれぞれの表面に、同一物質で構成されたリガンドが配されている、請求項1~32のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記量子ドット層の層厚方向の断面を観察した場合に、複数の量子ドットそれぞれの断面全体が観察される第1領域と、複数の量子ドットそれぞれの断面全体が観察される第2領域とが存在し、
前記第1領域に観察される複数の量子ドットの粒径分布については、平均粒径r1、個数がピークとなる粒径P1、標準偏差σ1であり、
前記第2領域に観察される複数の量子ドットの粒径分布については、平均粒径r2、個数がピークとなる粒径P2、標準偏差σ2であり、
P1-P2≧1.0×(σ1+σ2)およびr1-r2≧1.0×(σ1+σ2)の少なくとも一方が成り立つ、請求項1~33のいずれか1項に記載の発光素子。 - 第1電極を形成する第1工程と、
第1量子ドットを含む量子ドット層を形成する第2工程と、
第2電極を形成する第3工程とを含み、
前記第2工程では、前記量子ドット層を厚み方向に貫く、第1量子ドットが存在しない空間内に、前記第1量子ドットよりも粒径の小さな第2量子ドットを配する、発光素子の製造方法。 - 前記第2工程では、前記第1量子ドットおよび第1溶媒を含む溶液の塗布工程の後に、前記第2量子ドットおよび第2溶媒を含む溶液の塗布工程を行う、請求項35に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1溶媒および前記第2溶媒の一方が非極性溶媒であり、他方が極性溶媒である、請求項36に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2工程では、前記第1量子ドットおよび前記第2量子ドット並びに溶媒を含む溶液の塗布工程を行う、請求項35に記載の発光素子の製造方法。
- 請求項35~38のいずれか1項に記載の、第1工程、第2工程および第3工程を行う、発光素子の製造装置。
- 請求項1~34のいずれか1項に記載の発光素子を含む表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/013494 WO2023181170A1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/013494 WO2023181170A1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023181170A1 true WO2023181170A1 (ja) | 2023-09-28 |
Family
ID=88100446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/013494 WO2023181170A1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2023181170A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009087756A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 発光素子 |
CN107603339A (zh) * | 2017-07-14 | 2018-01-19 | 苏州星烁纳米科技有限公司 | 量子点墨水及电致发光器件 |
WO2019162741A1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | Sabic Global Technologies B.V. | Phase separated quantum dot layer |
-
2022
- 2022-03-23 WO PCT/JP2022/013494 patent/WO2023181170A1/ja unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009087756A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 発光素子 |
CN107603339A (zh) * | 2017-07-14 | 2018-01-19 | 苏州星烁纳米科技有限公司 | 量子点墨水及电致发光器件 |
WO2019162741A1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | Sabic Global Technologies B.V. | Phase separated quantum dot layer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101652789B1 (ko) | 다중 양자점층을 가지는 양자점 발광소자 | |
Han et al. | Development of colloidal quantum dots for electrically driven light-emitting devices | |
US11793011B2 (en) | Quantum dot device and display device | |
EP3540806A1 (en) | Electroluminescent device, and display device comprising the same | |
EP3613826B1 (en) | Light emitting device and display device including the same | |
US11302883B2 (en) | Multiple-layer quantum-dot LED and method of fabricating same | |
EP3537491B1 (en) | Quantum dot device and electronic device | |
JP2008177168A (ja) | タンデム構造のナノドット発光ダイオードおよびこの製造方法 | |
EP3683853A1 (en) | Quantum dot device and electronic device | |
US10371969B2 (en) | Electronic device | |
US10547018B2 (en) | Electroluminescent device, and display device comprising the same | |
KR20200019424A (ko) | 양자점 발광소자 | |
KR20200008976A (ko) | 발광 소자와 이를 포함한 표시 장치 | |
CN111384279A (zh) | 一种量子点发光二极管 | |
WO2020134163A1 (zh) | 一种量子点发光二极管及其制备方法 | |
KR20150120026A (ko) | 발광 소자 및 발광 소자용 전자수송층 제조 방법 | |
WO2023181170A1 (ja) | 発光素子、発光素子の製造方法および製造装置、表示装置 | |
KR101560088B1 (ko) | 발광 소자 및 발광 소자 제조 방법 | |
CN219938867U (zh) | 发光器件及显示装置 | |
KR102533541B1 (ko) | 양자점 발광 다이오드용 정공전달체 및 이를 포함하는 양자점 발광 다이오드 | |
WO2023073784A1 (ja) | 発光素子、表示装置 | |
WO2023238331A1 (ja) | 発光素子、発光デバイス、および発光素子の製造方法 | |
US20240099045A1 (en) | Electroluminescent device, method of manufacturing the same, and display device including the same | |
US20230209848A1 (en) | Quantum dot device and electronic device | |
Lee et al. | 13‐1: Invited Paper: White Quantum Dot Light‐Emitting Diodes With Improved Efficiency and Color Stability |