WO2024003982A1 - 発光素子および発光素子の製造方法 - Google Patents

発光素子および発光素子の製造方法 Download PDF

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WO2024003982A1
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吉裕 上田
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シャープディスプレイテクノロジー株式会社
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    • 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 disclosure relates to a light emitting device and a method for manufacturing the light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses a configuration having luminescent quantum dots and non-luminescent quantum dots.
  • a light-emitting element includes a charge functional layer, a continuous film of an inorganic compound, a light-emitting layer having a plurality of first quantum dots encapsulated in the continuous film, and the charge functional layer. and a buffer layer having a plurality of second quantum dots in contact with the continuous film.
  • luminous efficiency can be increased in a light-emitting element having a plurality of quantum dots encapsulated in a continuous film of an inorganic compound.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • 2 is an equivalent circuit diagram of the light emitting element shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a graph showing the voltage-current characteristics of the light emitting device shown in FIG. 1 and the comparative device.
  • 2 is a graph showing the current density-EQE characteristics of the light emitting device shown in FIG. 1 and the comparative device.
  • 2 is a graph showing the voltage-EQE characteristics of the light emitting device shown in FIG. 1 and the comparison device. It is an enlarged view of each example of a 1st quantum dot and a 2nd quantum dot.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the light emitting element shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • 2 is an equivalent circuit diagram of the light emitting element shown in
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element according to Embodiment 2 of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element according to Embodiment 3 of the present disclosure.
  • 9 is a diagram showing the band inclination of the first quantum dot and the distribution of electrons and holes when an external electric field is applied for the light emitting device shown in FIG. 1 and the light emitting device shown in FIG. 9.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element according to Embodiment 4 of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 101 according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the light emitting device 101 includes an electrode 1 , a charge functional layer 2 , a light emitting layer 3 , a buffer layer 4 , a charge functional layer 5 , and an electrode 6 .
  • the light emitting element 101 emits light due to the current flowing between the electrode 1 and the electrode 6.
  • the charge functional layer 2 includes (1) at least one of a hole injection layer and a hole transport layer, and (2) at least one of an electron injection layer and an electron transport layer.
  • Charge functional layer 5 includes the other of these (1) and (2).
  • the light emitting layer 3 includes a continuous film 7 of an inorganic compound and a plurality of first quantum dots 8 encapsulated in the continuous film 7.
  • the continuous film 7 may be formed to fill the space formed between the first quantum dots 8.
  • the continuous film 7 may be a so-called base material (matrix material).
  • the inorganic compound may be a metal sulfide.
  • the term "continuous film” refers to a state in which the inorganic compound has an area of 1000 nm 2 or more in the plane direction perpendicular to the thickness direction of the light emitting layer 3 .
  • the buffer layer 4 has a plurality of second quantum dots 9.
  • the plurality of second quantum dots 9 are in contact with the charge functional layer 5 and the continuous film 7.
  • the light-emitting layer 3, neither the continuous film 7 nor the plurality of first quantum dots 8, is in contact with the charge functional layer 5.
  • the junction between the buffer layer 4 and the charge functional layer 5 includes a special semiconductor junction.
  • the special semiconductor junction is an electrical junction between the outermost semiconductor of each of the plurality of second quantum dots 9 and the semiconductor forming the charge functional layer 5.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the light emitting element 101.
  • the light emitting element 101 can be represented by a parallel circuit including a QLED (quantum dot light emitting diode) 10, a resistor 11 connected in series to the QLED 10, and a shunt resistor 12.
  • QLED quantum dot light emitting diode
  • the light-emitting element 101 when an external electric field is applied, charge is injected into each of the plurality of first quantum dots 8 through the special semiconductor junction, and charges moving through semiconductor junctions other than the special semiconductor junction are ignored as described above. As much as possible.
  • the voltage-current characteristics at this time roughly match those of a single light emitting diode. Almost all of the charges injected into each of the plurality of first quantum dots 8 are recombined by light emission. Therefore, it is possible to realize the light emitting element 101 with high luminous efficiency.
  • FIG. 3 is a graph showing the voltage-current characteristics of the light emitting element 101 and the comparison element.
  • the comparative element does not include the buffer layer 4, and has a light-emitting layer 3 and a charge function layer 5 bonded to each other.
  • accurate fitting means matching including the shape of the curve representing the electrical characteristics and its differential with respect to voltage (in other words, rate of change). Since the rate of change reflects the physical process of charge transport in the light emitting element 101, the light emitting element 101 includes only one QLED 10 as a light emitting diode.
  • the current rise voltage in the comparison element is about 3V, but in the light emitting element 101, the current rise voltage is 2V, which is about 1V lower, and that the slope is changing in a steeper direction.
  • FIG. 4 is a graph showing the current density-EQE (external quantum efficiency) characteristics of the light emitting element 101 and the comparison element.
  • the maximum value of EQE with respect to current density in the light emitting element 101 is about 12%, which is greatly improved from the maximum value of EQE with respect to current density in the comparative element, which is about 5%. This is consistent with the assumption based on the voltage-current characteristics shown in FIG.
  • the EQE peak appears at a current density of 1 mA/cm 2 or less, while in the light emitting element 101, the EQE peak appears at a current density around 10 mA/cm 2 . This suggests that charge can be injected into each of the plurality of first quantum dots 8 to a level commensurate with the emission recombination rate of each of the plurality of first quantum dots 8.
  • FIG. 5 is a graph showing the voltage-EQE characteristics of the light emitting element 101 and the comparison element.
  • the voltage at which the EQE peak appears in the light emitting element 101 is shifted to the lower voltage side by about 2 V with respect to the voltage at which the EQE peak appears in the comparison element, and the charge injection loss is greatly reduced. It shows that it is done.
  • FIG. 6 is an enlarged view of an example of the first quantum dot 8 and the second quantum dot 9.
  • Each of the plurality of first quantum dots 8 may have a core 13 and a shell 14.
  • Each of the plurality of second quantum dots 9 may have a core 15 and a shell 16 made of the same material.
  • At least one of the plurality of first quantum dots 8 and the plurality of second quantum dots 9 has a core containing the first compound and a shell containing the second compound, and is a constituent element of the continuous film 7.
  • the inorganic compound that is may be different from the first compound.
  • the electron affinity of the inorganic compound may be smaller than the electron affinity of the second compound.
  • the ionization potential of the inorganic compound may be greater than the ionization potential of the second compound.
  • the electron affinity and ionization potential of the inorganic compound may be the same as the electron affinity and ionization potential of the second compound, respectively. That is, the electron affinity of the inorganic compound may be the same as the electron affinity of the second compound, and the ionization potential of the inorganic compound may be the same as the ionization potential of the second compound.
  • the charge functional layer 5 may have an electron transport layer containing at least one of ZnO, MgO, ZnMgO, and LiZnO.
  • the charge functional layer 5 may have a hole transport layer containing at least one of PVK, TFB, and p-TPD.
  • PVK, TFB, and p-TPD are abbreviations for the materials listed below.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing the light emitting element 101.
  • the method for manufacturing the light emitting element 101 includes steps (A) to (C).
  • the effect that organic ligands have on device characteristics is that in the voltage-current characteristics, a current component proportional to a power of more than 1 of the voltage is generated in the region where the current rises, and as a result, (1) an ohm component proportional to the voltage is generated.
  • a current component different from both the diode current and the diode current proportional to (2) e (the base of the natural logarithm, approximately 2.71828) raised to the power of the voltage is generated.
  • the current component caused by this organic ligand flows outside the first quantum dot 8 and therefore does not contribute to the EQE of the light emitting element 101 at all.
  • a buffer layer intermediate 21 containing an organic ligand 20 and a plurality of second quantum dots 9 is formed on the light emitting layer 3, and from the buffer layer intermediate 21 formed on the light emitting layer 3.
  • Buffer layer 4 is formed by removing organic ligand 20.
  • a charge functional layer 5 is formed on the buffer layer 4 in contact with the plurality of second quantum dots 9.
  • step (B) a plurality of second quantum dots 9 are stacked on the inorganic light emitting layer 3.
  • the method of stacking the plurality of second quantum dots 9 may be a general coating method or printing method.
  • ethanol is dropped onto the plurality of second quantum dots 9 to remove the organic ligands 20 from the plurality of second quantum dots 9.
  • This step may be repeated multiple times if necessary.
  • the ratio of the total weight of the organic ligands 20 remaining in the buffer layer 4 to the total weight of the plurality of second quantum dots 9 may be 10% or less.
  • the weight ratio can be evaluated using, for example, GCMS (gas chromatography mass spectrometry) and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy).
  • examples of materials for removing the organic ligand 20 from the plurality of second quantum dots 9 include methanol and IPA (isopropyl alcohol).
  • the maximum number of second quantum dots 9 along the thickness direction of the buffer layer 4 may be one. That is, the buffer layer 4 may include one layer of second quantum dots 9 over its entirety. This facilitates the removal of the organic ligand 20 in step (B).
  • the charge functional layer 5 and the plurality of second quantum dots 9 are in contact with each other, and the surface of each of the plurality of second quantum dots 9 and the charge functional layer 5 are in contact with each other around the plurality of second quantum dots 9.
  • the organic ligand 20 or the mineralized light emitting layer 3 which may remain slightly. Therefore, the junction between the light-emitting layer 3 and the charge functional layer 5 is effectively limited to one type of special semiconductor junction mentioned above.
  • the distance between two of the plurality of second quantum dots 9 may be 50 nm or less, or may be 20 nm or less. This corresponds to approximately half or less of the particle size of the second quantum dots 9.
  • the second quantum dots 9 may be nanoparticles made of the same material as the shell 14 of the first quantum dots 8 (see FIG. 6).
  • the first quantum dots 8 of the light-emitting layer 3 and the second quantum dots 9 of the buffer layer 4 may be in contact with each other, but are not limited to this, and may be separated from each other. However, it goes without saying that it is necessary for current to flow between each of the plurality of first quantum dots 8, each of the plurality of second quantum dots 9, and the charge functional layer 5.
  • a buffer layer 4 may be provided between the light emitting layer 3 and the charge function layer 2.
  • the function of the buffer layer 4 between the light emitting layer 3 and the charge functional layer 2 is the same as that of the buffer layer 4 between the light emitting layer 3 and the charge functional layer 5.
  • the shell 14 of the first quantum dot 8 and the core 15 when the second quantum dot 9 has only the core 15 are made of the same material, the second quantum dot Unintended light emission caused by 9 can be suppressed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 102 according to Embodiment 2 of the present disclosure.
  • the configuration of the light-emitting element 102 is different from that of the light-emitting element 101 in that a portion of each of the plurality of second quantum dots 9 is embedded in the continuous film 7, and other than that, the configuration is the same as that of the light-emitting element 101. It is. In the light emitting device 102 as well, the continuous film 7 and the plurality of first quantum dots 8 are still not in contact with the charge functional layer 5.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 103 according to Embodiment 3 of the present disclosure.
  • the configuration of the light emitting element 103 differs from the configuration of the light emitting element 101 in the following points, and is otherwise the same as the configuration of the light emitting element 101.
  • the maximum number of first quantum dots 8 along the thickness direction 22 of the light emitting element 103 is one, and the maximum number of second quantum dots 9 along the thickness direction 22 of the light emitting element 103 is one.
  • the size of the first quantum dot 8 and/or the second quantum dot 9 may be made as small as possible in order to accommodate the long wavelength shift.
  • the light emitting layer 3 and buffer layer 4 of the light emitting element 103 are the thinnest of the light emitting layer 3 and buffer layer 4 of the light emitting element according to the present disclosure.
  • the light emitting element 103 includes a mineralized light emitting layer 3 and a buffer layer 4 from which most of the organic ligand 20 (see FIG. 7) has been removed. Furthermore, the series resistance of the light emitting element 103 is on the order of about 100 ohms at most. Therefore, in the light emitting element 103, almost all of the external electric field is applied to the very thin light emitting layer 3 and buffer layer 4.
  • the light-emitting element 103 it is possible to make the electric field of the light-emitting layer 3 for radiative recombination very high, several MV/cm or more, and the electron-hole space due to the Stark effect, which can be a factor in reducing EQE. Separation can be suppressed. Therefore, it is possible to realize the light emitting element 103 with high luminous efficiency (EQE).
  • the light-emitting element 101 electrons and holes are spatially separated in the thickness direction of the light-emitting layer 3 ("total QD layer thickness" in FIG. 10) due to the band inclination of the first quantum dot 8 due to an external electric field. Therefore, there is a limit to the high probability of radiative recombination.
  • the light emitting element 103 has the thickness of the light emitting layer 3 that is the thinnest that can be realized, and can apply a very strong electric field to the light emitting layer 3.
  • the thin light emitting layer 3 and the strong electric field increase the band slope of the first quantum dot 8 with a narrow width, thereby suppressing the spatial separation of electrons and holes, and achieving high EQE. .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 104 according to Embodiment 4 of the present disclosure.
  • the structure of the light emitting element 104 differs from the structure of the light emitting element 101 in that the buffer layer 4 has an insulating film 23 in which a portion of each of the plurality of second quantum dots 9 is embedded.
  • the structure is the same as that of the light emitting element 101.
  • the continuous film 7 and the plurality of first quantum dots 8 are still not in contact with the charge functional layer 5.
  • Examples of the insulating film 23 include aluminum oxide, gallium oxide, indium oxide, titanium oxide, scandium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, silicon oxide, and carbon oxide. Examples include those containing at least one oxide. Another example of the insulating film 23 is a compound containing fluorine.
  • the insulating film 23 and the charge functional layer 5 are not in contact with each other.
  • the insulating film 23 may be in contact with the charge functional layer 5, or may be filled between the light emitting layer 3 and the charge functional layer 5 without any gap.
  • the upper surface of the insulating film 23 and the upper surface of at least one of the plurality of second quantum dots 9 may be flush with each other.
  • the second quantum dots 9 and the charge functional layer 5 may be separated from each other as long as the current flows due to the tunnel effect, but it is ensured that the current flows between the second quantum dots 9 and the charge functional layer 5. In order to achieve this, it is preferable that the height of the insulating film 23 is adjusted so that the second quantum dots 9 and the charge functional layer 5 are in reliable contact with each other.
  • the buffer layer 4 of Embodiment 2 is not formed after the light emitting layer 3 is formed, but by adjusting the amount of solution during the formation of the light emitting layer 3, the buffer layer 4 is At least a portion of the dots 8 may be exposed like the second quantum dots 9 in FIG. 8, and the region containing the first quantum dots 8 that contacts the charge functional layer 5 may be used as the buffer layer 4.
  • the first quantum dots 8 in contact with the charge functional layer 5 become the second quantum dots 9, and the first quantum dots 8 and the second quantum dots 9 have the same configuration.

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Abstract

発光素子（１０１）は、電荷機能層（５）と、無機化合物の連続膜（７）、および、連続膜（７）に内包された複数の第１量子ドット（８）を有している発光層（３）と、電荷機能層（５）および連続膜（７）と接触する複数の第２量子ドット（９）を有しているバッファ層（４）とを備えている。

Description

発光素子および発光素子の製造方法
　本開示は、発光素子および発光素子の製造方法に関する。
　特許文献１に、発光性の量子ドットおよび非発光性の量子ドットを有している構成が開示されている。
米国特許公開２０１９／０２８０２３２号
　無機化合物の連続膜に内包された複数の量子ドットを有している発光素子において、その発光効率が低いという問題がある。
　本開示の一態様に係る発光素子は、電荷機能層と、無機化合物の連続膜、および、前記連続膜に内包された複数の第１量子ドットを有している発光層と、前記電荷機能層および前記連続膜と接触する複数の第２量子ドットを有しているバッファ層とを備えている。
　本開示の一態様によれば、無機化合物の連続膜に内包された複数の量子ドットを有している発光素子において、発光効率を高めることができる。
本開示の実施形態１に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図１に示す発光素子の等価回路図である。 図１に示す発光素子および比較素子それぞれの電圧‐電流特性を示すグラフである。 図１に示す発光素子および比較素子それぞれの電流密度‐ＥＱＥ特性を示すグラフである。 図１に示す発光素子および比較素子それぞれの電圧‐ＥＱＥ特性を示すグラフである。 第１量子ドットおよび第２量子ドットそれぞれの一例の拡大図である。 図１に示す発光素子の製造方法を説明する図である。 本開示の実施形態２に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 本開示の実施形態３に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図１に示す発光素子および図９に示す発光素子それぞれに関し、外部電界を印加した際の、第１量子ドットのバンドの傾斜と電子および正孔の分布とを示す図である。 本開示の実施形態４に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。
　本開示を実施するための形態について説明する。説明の便宜上、先に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない場合がある。
　〔実施形態１〕
　図１は、本開示の実施形態１に係る発光素子１０１の概略構成を示す断面図である。発光素子１０１は、電極１、電荷機能層２、発光層３、バッファ層４、電荷機能層５、および電極６を備えている。発光素子１０１は、電極１と電極６との間に流れる電流によって発光する。
　電荷機能層２は、（１）正孔注入層および正孔輸送層の少なくとも一方ならびに（２）電子注入層および電子輸送層の少なくとも一方、の一方を含んでいる。電荷機能層５は、これら（１）および（２）の他方を含んでいる。
　発光層３は、無機化合物の連続膜７、および、連続膜７に内包された複数の第１量子ドット８を有している。換言すれば、連続膜７は、第１量子ドット８の間に形成された空間を充填するように形成されてもよい。連続膜７は、いわゆる母材（マトリクス材）であってもよい。無機化合物は、金属硫化物であってもよい。また、「連続膜」とは上記発光層３の厚さ方向と直交する面方向に、上記無機化合物からなる１０００ｎｍ２以上の面積を有する状態を意味する。
　バッファ層４は、複数の第２量子ドット９を有している。複数の第２量子ドット９は、電荷機能層５および連続膜７と接触している。発光層３は、連続膜７および複数の第１量子ドット８共に、電荷機能層５と接触していない。
　バッファ層４と電荷機能層５との接合は、特別半導体接合を含んでいる。特別半導体接合とは、複数の第２量子ドット９それぞれの最外周の半導体と電荷機能層５を構成する半導体との電気的な接合である。一方、発光層３と電荷機能層５との間においては、特別半導体接合以外の半導体接合が存在しないか、特別半導体接合以外の半導体接合の面積が特別半導体接合の面積に比べて無視できる程度に狭い。実質的に、特別半導体接合のみを通して、電荷機能層５から複数の第１量子ドット８それぞれへ電荷が注入される。
　図２は、発光素子１０１の等価回路図である。発光素子１０１は、ＱＬＥＤ（量子ドット発光ダイオード）１０およびＱＬＥＤ１０に直列接続された抵抗１１と、シャント抵抗１２と、の並列回路で表すことができる。
　抵抗１１は、配線を含めた発光素子１０１の抵抗成分に相当し、一般に数１０オームから数１００オーム程度である。シャント抵抗１２は、発光素子１０１の絶縁性（リーク電流の程度）に対応する。シャント抵抗１２の抵抗値は通常、数メガオームから数１０メガオームのオーダーであり、シャント抵抗１２に流れる電流は事実上無視できる。
　発光素子１０１においては、外部電界が印加された際に、特別半導体接合を通して、複数の第１量子ドット８それぞれに電荷が注入され、特別半導体接合以外の半導体接合を通して移動する電荷は前記の通り無視できる程度である。このときの電圧‐電流特性は、単一の発光ダイオードと概ね一致する。複数の第１量子ドット８それぞれに注入された電荷は、ほとんど全てが発光再結合する。従って、発光効率が高い発光素子１０１を実現することができる。
　図３は、発光素子１０１および比較素子それぞれの電圧‐電流特性を示すグラフである。比較素子は、発光素子１０１と比較して、バッファ層４を備えておらず、発光層３と電荷機能層５とが接合されたものである。
　図２に示した発光素子１０１の等価回路から回路パラメータを決定することにより、正確なフィッティングを行うことができる。ここで「正確なフィッティング」とは、電気特性を示す曲線の形状と、その電圧による微分（換言すれば、変化率）とを含めて整合することを意味している。変化率は、発光素子１０１の電荷輸送の物理的な過程を反映していることから、発光素子１０１は、発光ダイオードとして１つのＱＬＥＤ１０のみを含んでいる。
　比較素子における電流の立ち上がり電圧は３Ｖ程度であるが、発光素子１０１は、電流の立ち上がり電圧が１Ｖ程度低い２Ｖであり、さらに傾斜が急峻な方向に変化していることが分かる。
　一般にＱＬＥＤに流れる電流は、注入された電荷が効率良く発光再結合するほど、電圧に対して急峻な傾きを示す。従って、比較素子に対して、発光素子１０１は、複数の第１量子ドット８それぞれに効率良く電荷が注入されており、複数の第１量子ドット８それぞれに注入された電荷の発光再結合効率も改善されていると推測することができる。
　図４は、発光素子１０１および比較素子それぞれの電流密度‐ＥＱＥ（外部量子効率）特性を示すグラフである。
　図４に示すように、発光素子１０１における電流密度に対するＥＱＥの最大値は１２％程度であり、比較素子における電流密度に対するＥＱＥの最大値である５％程度から大きく改善している。このことは、図３に示す電圧‐電流特性に基づく推測と一致している。
　比較素子においては１ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度でＥＱＥのピークが現れている一方、発光素子１０１においては１０ｍＡ／ｃｍ２近傍の電流密度でＥＱＥのピークが現れている。このことは、複数の第１量子ドット８それぞれの発光再結合レートに見合った水準にまで、複数の第１量子ドット８それぞれに電荷が注入できていることを示唆している。
　以上の結果は、発光素子１０１に流れる電流のほぼ全てが複数の第１量子ドット８それぞれに無駄なく流れ、発光に寄与していることを示すものである。
　図５は、発光素子１０１および比較素子それぞれの電圧‐ＥＱＥ特性を示すグラフである。
　図５に示すように、発光素子１０１におけるＥＱＥのピークが現れる電圧は、比較素子におけるＥＱＥのピークが現れる電圧に対して、低電圧側に２Ｖ程度シフトしており、電荷の注入損失が大きく低減できていることを示している。
　図６は、第１量子ドット８および第２量子ドット９それぞれの一例の拡大図である。複数の第１量子ドット８それぞれは、コア１３およびシェル１４を有していてもよい。複数の第２量子ドット９それぞれは、互いに同じ材料からなるコア１５およびシェル１６を有していてもよい。
　複数の第１量子ドット８および複数の第２量子ドット９の少なくとも一方は、第１化合物を含んでいるコア、および第２化合物を含んでいるシェルを有しており、連続膜７の構成要素である無機化合物は、第１化合物と異なっていてもよい。当該無機化合物の電子親和力は、第２化合物の電子親和力より小さくてもよい。当該無機化合物のイオン化ポテンシャルは、第２化合物のイオン化ポテンシャルより大きくてもよい。当該無機化合物の電子親和力およびイオン化ポテンシャルは、それぞれ、第２化合物の電子親和力およびイオン化ポテンシャルと同一であってもよい。つまり、当該無機化合物の電子親和力は第２化合物の電子親和力と同一であり、且つ、当該無機化合物のイオン化ポテンシャルは第２化合物のイオン化ポテンシャルと同一であってもよい。
　電荷機能層５は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、およびＬｉＺｎＯの少なくとも１つを含んでいる電子輸送層を有していてもよい。
　電荷機能層５は、ＰＶＫ、ＴＦＢ、およびｐ－ＴＰＤの少なくとも１つを含んでいる正孔輸送層を有していてもよい。ＰＶＫ、ＴＦＢ、およびｐ－ＴＰＤは、それぞれ下記の材料の略称である。
　　ＰＶＫ：Ｐｏｌｙ（９－ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）
　　ＴＦＢ：Ｐｏｌｙ［（９，９－ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｙｌ－２，７－ｄｉｙｌ）－ｃｏ－（４，４’－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ））ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）］
　　ｐ－ＴＰＤ：Ｐｏｌｙ［Ｎ，Ｎ’－ｂｉｓ（４－ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）－Ｎ，Ｎ’－ｂｉｓ（ｐｈｅｎｙｌ）－ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ］
　複数の第２量子ドット９の総重量に対するバッファ層４に含まれる有機物の総重量の割合は、１０％以下であってもよい。複数の第２量子ドット９それぞれの表面が無機半導体で構成されていてもよい。バッファ層４は、発光層３よりも薄くてもよい。
　図７は、発光素子１０１の製造方法を説明する図である。発光素子１０１の製造方法は、工程（Ａ）～（Ｃ）を含んでいる。
　（Ａ）無機化合物の連続膜７、および、連続膜７に内包された複数の第１量子ドット８を有している発光層３を形成する。
　工程（Ａ）では例えば、極性溶媒１７に金属硫化物の前駆体１８および多数の第１量子ドット８を分散させて量子ドット分散液１９を調製し、この量子ドット分散液１９を塗布、露光、および現像させて、発光層３を形成してもよい。連続膜７の材料は例えば、ＺｎＳであってもよい。工程（Ａ）により、多数の第１量子ドット８に配位していたまたは量子ドット分散液１９に含まれていた有機リガンドは、発光層３において素子特性に実質的に影響しない程度に減少する。ここで、有機リガンドが素子特性に与える影響とは、電圧‐電流特性において、電流が立ち上がる領域に電圧の１を超えるべき乗に比例する電流成分が生じ、この結果、（１）電圧に比例するオーム性電流と（２）ｅ（自然対数の底、約２．７１８２８）の電圧乗に比例するダイオード電流とのいずれとも異なる電流成分を生じることを意味する。この有機リガンドに起因する電流成分は、第１量子ドット８の外を流れるため、発光素子１０１のＥＱＥに全く寄与しない。
　（Ｂ）発光層３の上に、有機リガンド２０および複数の第２量子ドット９を含んでいるバッファ層の中間体２１を形成し、発光層３の上に形成したバッファ層の中間体２１から有機リガンド２０を除去することで、バッファ層４を形成する。
　（Ｃ）バッファ層４の上に、複数の第２量子ドット９と接触する電荷機能層５を形成する。
　工程（Ａ）においては、発光層３を無機化する。ここで、発光層３の無機化とは、複数の第１量子ドット８それぞれのシェル１４と同じ半導体材料の連続膜７を用いて、素子特性に実質的に影響しない程度に有機リガンド含有量を低減して複数の第１量子ドット８を連続膜７に埋め込むことを意味していてもよい。発光層３の無機化により、複数の第１量子ドット８それぞれの劣化を防止して信頼性を向上させることができる。
　工程（Ｂ）においては、無機化した発光層３の上に、複数の第２量子ドット９を積層する。複数の第２量子ドット９を積層する方法は、一般的な塗布法または印刷法であってもよい。
　続いて、複数の第２量子ドット９の上にエタノールを滴下して、複数の第２量子ドット９から有機リガンド２０を除去する。この工程は必要に応じて複数回繰り返してもよい。複数の第２量子ドット９の総重量に対するバッファ層４に残る有機リガンド２０の総重量の割合は、１０％以下であってもよい。重量比は例えば、ＧＣＭＳ（ガスクロマグラフィー質量分析）およびＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光分析法）等を利用して評価できる。また、複数の第２量子ドット９から有機リガンド２０を除去するための材料の一例としては、エタノール以外にも、メタノールおよびＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が挙げられる。
　次に、複数の第２量子ドット９（換言すれば、バッファ層４）の上に、一般的な方法で電荷機能層５および電極６をこの順に積層する。最後に、発光素子１０１全体を封止して、表示パネルまたはＴＥＧ（Test Element Group）が完成する。
　バッファ層４の厚み方向に沿った第２量子ドット９の最大個数は１であってもよい。すなわち、バッファ層４は、その全体に亘って、第２量子ドット９の１段重ねであってもよい。これにより、工程（Ｂ）における有機リガンド２０の除去が容易となる。
　発光素子１０１においては、電荷機能層５と複数の第２量子ドット９とが接触し、複数の第２量子ドット９それぞれの表面および電荷機能層５が、複数の第２量子ドット９の周囲に僅かに残留する可能性がある有機リガンド２０または無機化された発光層３とほとんど接触しない。従って、発光層３と電荷機能層５との間の接合は事実上、前述した特別半導体接合の１種類に限られる。
　複数の第２量子ドット９のうち２つ同士の離間距離は、５０ｎｍ以下であってもよいし、２０ｎｍ以下であってもよい。これは、第２量子ドット９の粒径の概ね半分以下に相当する。
　第２量子ドット９は、第１量子ドット８のシェル１４（図６参照）と同じ材料のナノ粒子であってもよい。
　発光層３の第１量子ドット８とバッファ層４の第２量子ドット９とは、互いに接触していてもよいが、これに限定されず、互いに離れていてもよい。但し、複数の第１量子ドット８それぞれと、複数の第２量子ドット９それぞれと、電荷機能層５との間に電流が流れることが必要なのは言うまでもない。
　発光層３と電荷機能層２との間に、バッファ層４が設けられていてもよい。発光層３と電荷機能層２との間のバッファ層４の機能は、発光層３と電荷機能層５との間のバッファ層４の機能と同じである。
　図６を参照すると、第１量子ドット８のシェル１４と、第２量子ドット９がコア１５のみである（シェル１６を有しない）場合のコア１５とが同じ材料であれば、第２量子ドット９に起因する意図しない発光を抑制することができる。
　〔実施形態２〕
　図８は、本開示の実施形態２に係る発光素子１０２の概略構成を示す断面図である。発光素子１０２の構成は、複数の第２量子ドット９それぞれの一部が、連続膜７に埋め込まれている点が発光素子１０１の構成と異なっており、それ以外は発光素子１０１の構成と同一である。発光素子１０２においても、連続膜７および複数の第１量子ドット８共に、電荷機能層５と接触していないことには変わりはない。
　発光素子１０２の製造方法は、以下の点が発光素子１０１の製造方法と異なっており、それ以外は発光素子１０１の製造方法と同一である。バッファ層４を形成した後、極性溶媒１７に金属硫化物の前駆体１８および多数の第２量子ドット９を分散させて調製した溶液（図７参照）の量を調整して、バッファ層４における発光層３側の約２分の１を無機化する。これは、発光層３の無機化と同様の手法である。
　〔実施形態３〕
　図９は、本開示の実施形態３に係る発光素子１０３の概略構成を示す断面図である。発光素子１０３の構成は、以下の点が発光素子１０１の構成と異なっており、それ以外は発光素子１０１の構成と同一である。発光素子１０３の厚み方向２２に沿った第１量子ドット８の最大個数は１であり、且つ、発光素子１０３の厚み方向２２に沿った第２量子ドット９の最大個数は１である。
　発光素子１０３においては、長波長シフトに対応するため、第１量子ドット８および／または第２量子ドット９のサイズを極力小さくしてもよい。
　発光素子１０３の発光層３およびバッファ層４は、本開示に係る発光素子の発光層３およびバッファ層４のうち最も薄いものである。発光素子１０３は、無機化された発光層３と、有機リガンド２０（図７参照）がほとんど除去されたバッファ層４とが積層されている。また、発光素子１０３の直列抵抗が最大でも１００オーム程度のオーダーである。このため、発光素子１０３においては、外部電界のほぼ全てが、非常に薄い発光層３およびバッファ層４に印加される。その結果、発光素子１０３においては、発光再結合する発光層３の電界を数ＭＶ／ｃｍ以上と非常に高くすることが可能となり、ＥＱＥを低下させる要因となり得るシュタルク効果による電子‐正孔の空間分離を抑制することができる。従って、発光効率（ＥＱＥ）が高い発光素子１０３を実現することができる。
　図１０は、発光素子１０１および発光素子１０３それぞれに関し、外部電界を印加した際の、第１量子ドット８のバンドの傾斜と電子および正孔の分布とを示す図である。
　発光素子１０１においては、外部電界による第１量子ドット８のバンドの傾斜により、電子と正孔とが、発光層３の厚み（図１０中「ＱＤ層総厚さ」）方向に空間分離されるため、発光再結合確率の高さに限界がある。
　一方、発光素子１０３は、実現できる最も薄い発光層３の厚みとなっており、非常に強い電界を発光層３に印加することができる。発光素子１０３においては、薄い発光層３と強い電界とにより、第１量子ドット８のバンドの傾きが狭い幅で大きくなる結果、電子と正孔との空間分離が抑制され、高いＥＱＥを実現できる。
　〔実施形態４〕
　図１１は、本開示の実施形態４に係る発光素子１０４の概略構成を示す断面図である。発光素子１０４の構成は、バッファ層４が、複数の第２量子ドット９それぞれの一部が埋め込まれた絶縁膜２３を有している点が発光素子１０１の構成と異なっており、それ以外は発光素子１０１の構成と同一である。発光素子１０４においても、連続膜７および複数の第１量子ドット８共に、電荷機能層５と接触していないことには変わりはない。
　絶縁膜２３の一例として、アルミニウムの酸化物、ガリウムの酸化物、インジウムの酸化物、チタンの酸化物、スカンジウムの酸化物、イットリウムの酸化物、ジルコニウムの酸化物、ケイ素の酸化物、および炭素の酸化物の少なくとも１つを含むものが挙げられる。絶縁膜２３の別の例として、フッ素を含む化合物が挙げられる。
　絶縁膜２３は、バッファ層４を形成した後、バッファ層４の上に絶縁性溶液を塗布し、この絶縁性溶液を固化して得られる。液状で塗布可能な絶縁材の一例として、アモルファスＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＳＯＧ（Spin on Glass）材料、およびジメチルシリコーンが挙げられる。これらの絶縁材は、塗布後に熱処理することで固化させることができる。アモルファスＴＦＥおよびジメチルシリコーンは、分子構造中に有機物および／または有機構造を含むが、化合物としての絶縁性は非常に高く、当該有機物および／または有機構造が不要な電流の媒体となることはない。
　発光素子１０４においては、絶縁膜２３と電荷機能層５とが互いに接触していない。但し、絶縁膜２３は、電荷機能層５と接触していてもよいし、発光層３と電荷機能層５との間に隙間無く充填されていてもよい。絶縁膜２３の上面と複数の第２量子ドット９の少なくとも１つの上面とが、面一であってもよい。第２量子ドット９と電荷機能層５とはトンネル効果により電流が流れる程度であれば離間していてもよいが、第２量子ドット９と電荷機能層５との間に電流が流れることを確実にするために第２量子ドット９と電荷機能層５とが確実に接触するように絶縁膜２３の高さが調整されることが好ましい。
　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　例えば、実施形態２のバッファ層４は、発光層３を形成したのちに形成するのではなく、発光層３の形成時の溶液量を調整することにより、電荷機能層５に接触する第１量子ドット８の少なくとも一部を図８の第２量子ドット９のように露出させ、電荷機能層５に接触する第１量子ドット８を含む領域をバッファ層４としてもよい。この場合、電荷機能層５に接触する第１量子ドット８が第２量子ドット９となり、第１量子ドット８と第２量子ドット９とは同じ構成となる。
１、６　電極
２、５　電荷機能層
３　発光層
４　バッファ層
７　連続膜
８　第１量子ドット
９　第２量子ドット
１０　ＱＬＥＤ
１１　抵抗
１２　シャント抵抗
１３、１５　コア
１４、１６　シェル
１７　極性溶媒
１８　金属硫化物の前駆体
１９　量子ドット分散液
２０　有機リガンド
２１　バッファ層の中間体
２２　発光素子の厚み方向
２３　絶縁膜
１０１～１０４　発光素子

Claims (16)

  1. 　電荷機能層と、
    　無機化合物の連続膜、および、前記連続膜に内包された複数の第１量子ドットを有している発光層と、
    　前記電荷機能層および前記連続膜と接触する複数の第２量子ドットを有しているバッファ層とを備えている、発光素子。
  2. 　前記複数の第１量子ドットそれぞれは、コアおよびシェルを有している、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記複数の第２量子ドットそれぞれは、互いに同じ材料からなるコアおよびシェルを有している、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記複数の第１量子ドットおよび前記複数の第２量子ドットの少なくとも一方は、第１化合物を含んでいるコア、および第２化合物を含んでいるシェルを有しており、
    　前記無機化合物は、前記第１化合物と異なっている、請求項１または２に記載の発光素子。
  5. 　前記無機化合物の電子親和力は、前記第２化合物の電子親和力より小さい、請求項４に記載の発光素子。
  6. 　前記無機化合物のイオン化ポテンシャルは、前記第２化合物のイオン化ポテンシャルより大きい、請求項４に記載の発光素子。
  7. 　前記無機化合物の電子親和力およびイオン化ポテンシャルは、それぞれ、前記第２化合物の電子親和力およびイオン化ポテンシャルと同一である、請求項４に記載の発光素子。
  8. 　前記電荷機能層は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、およびＬｉＺｎＯの少なくとも１つを含んでいる電子輸送層を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
  9. 　前記電荷機能層は、ＰＶＫ、ＴＦＢ、およびｐ－ＴＰＤの少なくとも１つを含んでいる正孔輸送層を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
  10. 　前記複数の第２量子ドットの総重量に対する前記バッファ層に含まれる有機物の総重量の割合は、１０％以下である、請求項１から９のいずれか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記複数の第２量子ドットそれぞれの一部が、前記連続膜に埋め込まれている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光素子。
  12. 　前記バッファ層は、前記複数の第２量子ドットそれぞれの一部が埋め込まれた絶縁膜を有している、請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光素子。
  13. 　前記発光素子の厚み方向に沿った第１量子ドットの最大個数は１であり、且つ、前記発光素子の厚み方向に沿った第２量子ドットの最大個数は１である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光素子。
  14. 　前記複数の第２量子ドットそれぞれの表面が無機半導体で構成されている、請求項１に記載の発光素子。
  15. 　前記バッファ層は、前記発光層よりも薄い、請求項１に記載の発光素子。
  16. 　無機化合物の連続膜、および、前記連続膜に内包された複数の第１量子ドットを有している発光層を形成し、
    　前記発光層の上に、有機リガンドおよび複数の第２量子ドットを含んでいるバッファ層の中間体を形成し、
    　前記発光層の上に形成した前記バッファ層の中間体から前記有機リガンドを除去することで、バッファ層を形成し、
    　前記バッファ層の上に、前記複数の第２量子ドットと接触する電荷機能層を形成する、発光素子の製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095685A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Samsung Electronics Co Ltd 間隙を持たない半導体ナノ結晶層を含む発光素子およびその製造方法
JP2009087756A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Dainippon Printing Co Ltd 発光素子
JP2010199067A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Samsung Electronics Co Ltd 多重量子点層を持つ量子点発光素子
US20190288225A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-19 Boe Technology Group Co., Ltd. Quantum dot light emitting device, method of manufacturing the same, and quantum dot light emitting display device
US20200067005A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Electroluminescent device, and display device comprising thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095685A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Samsung Electronics Co Ltd 間隙を持たない半導体ナノ結晶層を含む発光素子およびその製造方法
JP2009087756A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Dainippon Printing Co Ltd 発光素子
JP2010199067A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Samsung Electronics Co Ltd 多重量子点層を持つ量子点発光素子
US20190288225A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-19 Boe Technology Group Co., Ltd. Quantum dot light emitting device, method of manufacturing the same, and quantum dot light emitting display device
US20200067005A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Electroluminescent device, and display device comprising thereof

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