JP2023551766A - ハイブリッド輸送層を有する電界発光デバイス - Google Patents

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Abstract

電界発光デバイスの実施形態が説明されている。電界発光デバイスは、基板と、基板上に配置される第１の電極と、第１の電極上に配置される発光ナノ構造体を含む発光層と、発光層上に配置されるハイブリッド輸送層と、ハイブリッド輸送層上に配置される第２の電極とを含む。ハイブリッド輸送層は有機層と有機層内に配置される無機ナノ構造体とを含む。発光ナノ構造体は有機層によって無機ナノ構造体から分離される。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ナノ構造に基づく（ＮＳに基づく）発光層を有する電界発光デバイス（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））に関する。
電界発光デバイスはディスプレイ（例えば、電話、タブレット、モニター、テレビ、またはデジタル広告板）及び医学的応用（例えば、光医学）にて光源として使用される。電界発光デバイスは一対の輸送層と輸送層間に差し挟まれる発光層とを有することができる。操作中、輸送層と発光層の積み重ねを横切って電圧が印加されると輸送層の一方を介して光が放射され得る。発光層にて電子と正孔が再結合して光子を放出するので電圧が印加されると光を生じることができる。電子と正孔は輸送層に配置された電極から発光層に注入することができる。発光層は発光有機フィルムまたは発光ＮＳ（例えば、発光量子ドット（ＱＤ））を含むことができる。発光有機フィルムに基づく発光層を持つ電界発光デバイスはＯＬＥＤと呼ばれ、発光ＮＳに基づく発光層を持つ電界発光デバイスはＱＤＬＥＤと呼ばれ得る。
ＱＤＬＥＤの難題の１つは、例えば、低い駆動電圧（約６ボルト（Ｖ）未満の電圧）で、高い輝度（明るさとも呼ばれる）（平方メートルあたり約１０，０００カンデラ（ｃｄ／ｍ２）を超える輝度）の光を発するＱＤＬＥＤを製造することである。ＱＤＬＥＤの外部量子効率（ＥＱＥ）は効率ロールオフとして知られる効果で高い輝度（約１０，０００ｃｄ／ｃｍ２以上の輝度）では低下し（例えば１０％超）、ＱＤＬＥＤは高い輝度では有意な効率ロールオフを有する。別の難題は容易な大量生産のために単純な加工技術で低コストにて効率ロールオフが低いＱＤＬＥＤを製造することである。
本開示は、低い駆動電圧で高い輝度を持ち、且つ高い輝度で効率ロールオフが低い例示的な安価なＱＤＬＥＤを提供する。本開示はまた、それを製造する例示的な安価な方法も提供する。
いくつかの実施形態によれば、電界発光デバイスは基板と、基板上に配置される第１の電極と、第１の電極上に配置される発光ナノ構造を持つ発光層と、発光層上に配置されるハイブリッド輸送層と、ハイブリッド輸送層上に配置される第２の電極とを含む。ハイブリッド輸送層は有機層と有機層内に配置される無機ナノ構造体とを含む。発光ナノ構造体は有機層によって無機ナノ構造体から分離される。
いくつかの実施形態によれば、有機層の有機材料及び無機ナノ構造体の無機材料は共通の有機溶媒に可溶性である。
いくつかの実施形態によれば、有機層の有機材料及び無機ナノ構造体の無機材料はアルコール、アセトンまたはアセトニトリルに可溶性である。
いくつかの実施形態によれば、有機層は２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を持つ有機材料を含む。
いくつかの実施形態によれば、有機層は３つのホスホン酸官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する （１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンを含む。
いくつかの実施形態によれば、無機ナノ構造体は金属酸化物を含む。
いくつかの実施形態によれば、無機ナノ構造体は発光ナノ構造体の直径よりも約５倍～約２０倍小さい直径を含む。
いくつかの実施形態によれば、発光ナノ構造体は可視スペクトルにて発光するように構成される量子ドットを含む。
いくつかの実施形態によれば、発光ナノ構造体は発光層上に配置されるマトリックス材内に配置される。
いくつかの実施形態によれば、発光ナノ構造体は赤色光を発するように構成される量子ドットの第１の集団と、緑色光を発するように構成される量子ドットの第２の集団とを含む。
いくつかの実施形態によれば、電界発光デバイスはさらに、第１の電極と発光層との間に配置される正孔輸送層を含む。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイ装置はピクセルのアレイとピクセルのアレイ上に配置されるディスプレイ画面とを含む。ピクセルのアレイの各ピクセルは第１と第２の電界発光デバイスを含む。第１と第２の電界発光デバイスのそれぞれは発光ナノ構造を持つ発光層と発光層上に配置されるハイブリッド輸送層とを含む。ハイブリッド輸送層は有機層と無機ナノ構造体とを含む。第１の電界発光デバイスの発光層は第１のピーク波長を有する第１の光を発するように構成される。第２の電界発光デバイスの発光層は第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する第２の光を発するように構成される。
いくつかの実施形態によれば、無機ナノ構造体は有機層上に配置される。
いくつかの実施形態によれば、発光ナノ構造体は有機層によって無機ナノ構造体から分離される。
いくつかの実施形態によれば、有機層は２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を持つ有機材料を含む。
いくつかの実施形態によれば、有機層は３つのホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する（１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンを含む。
いくつかの実施形態によれば、有機層の有機材料及び無機ナノ構造体の無機材料は共通の有機溶媒に可溶性である。
いくつかの実施形態によれば、電界発光デバイスを製造する方法は、基板に陽極材料の層を提供することと、陽極材料の層上に正孔輸送層を形成することと、正孔輸送層上に量子ドットの層を形成することと、量子ドットの層上に有機層と無機ナノ構造体とを持つハイブリッド輸送層を形成することと、ハイブリッド輸送層上に陰極を形成することとを含む。
いくつかの実施形態によれば、ハイブリッド輸送層を形成することは有機溶媒にて無機ナノ構造体と有機層の有機材料との溶液を調製することを含む。
いくつかの実施形態によれば、ハイブリッド輸送層を形成することは第１の溶媒にて無機ナノ構造との第１の溶液を調製することと、第１の溶媒とは異なる第２の溶媒にて有機層の有機材料との第２の溶液を調製することとを含む。
いくつかの実施形態によれば、ハイブリッド輸送層を形成することは２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する有機材料との溶液を調製することを含む。
いくつかの実施形態によれば、ハイブリッド輸送層を形成することは３つのホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する（１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンとの溶液を調製することを含む。
本発明のさらなる特徴及び利点、と同様に本発明の種々の実施形態の構造と操作は添付の図面を参照して以下に詳述されている。本発明は本明細書に記載されている特定の実施形態に限定されないことが言及される。そのような実施形態は説明目的のみのために本明細書にて提示される。追加の実施形態は本明細書に含有される教示に基づいて関連技術分野（複数可）の当業者に明らかであろう。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は説明と一緒に本明細書に開示されている本実施形態を説明し、さらに本実施形態の原理を説明するのに役立ち、且つ関連技術分野（複数可）の当業者が本実施形態を行い、使用するのを可能するのに役立つ。
いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ下部で発光する電界発光デバイスの断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ下部で発光する電界発光デバイスの断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、電界発光デバイスの発光層及びハイブリッド輸送層の断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、電界発光デバイスの発光層及びハイブリッド輸送層の断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、電界発光デバイスの発光層及びハイブリッド輸送層の断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、電界発光デバイスの発光層及びハイブリッド輸送層の断面模式図を示す。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの特徴を説明する図である。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの特徴を説明する図である。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの特徴を説明する図である。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの特徴を説明する図である。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの特徴を説明する図である。 いくつかの実施形態に係る、ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスを製造する方法のフローチャートである。 いくつかの実施形態に係る、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ装置の分解断面図である。 いくつかの実施形態に係る、ＬＥＤディスプレイ装置のピクセルの断面図である。 いくつかの実施形態に係る、ナノ構造（ＮＳ）の断面模式図である。 いくつかの実施形態に係る、ＮＳフィルムの模式図である。
本発明の特徴及び利点は、同様の参照文字が全体を通して対応する要素を特定する図面と併せて以下に示されている詳細な説明からさらに明らかになるであろう。図面では、同様の参照番号は特に言及されない限り、同一の、機能的に類似する及び／または構造的に類似する要素を示す。要素が最初に現れる図面は対応する参照番号にて最も左の数字（複数可）によって示される。特に指示されない限り、本開示の全体を通して提供されている図面は縮尺どおりの図面として解釈されるべきではない。
特定の構成及び配置が議論されてもよいが、これは説明目的のみのために行われることが理解されるべきである。関連技術分野の当業者は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の構成及び配置が使用され得ることを理解するであろう。関連技術分野の当業者には、本発明が本明細書で具体的に言及されているものを超えて種々の他の応用でも採用され得ることが明らかであろう。本明細書に示され、記載されている特定の実施は例示であり、どんな方法でも出願の範囲をそれ以外で限定するようには意図されないことが理解されるべきである。
「一実施形態」、「１つの実施形態」、「例示的な実施形態」、などに対する本明細書における言及は記載される実施形態が特定の特徴、構造または特性を含んでもよいが、あらゆる実施形態が必ずしも特定の特徴、構造または特性を含まなくてもよいことが知られている。さらにそのような表現は必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性が１つの実施形態と関連して記載されている場合、明白に記載されていようといまいと、他の実施形態と関連してそのような特徴、構造または特性を達成することは当業者の知識の範囲内にあることになっている。
材料の量、材料の比、材料の物性及び／または使用を示す本説明における番号はすべて、そうでなければ明白に示されるときを除いて、「約」という単語によって修飾されると理解されるべきである。
実施形態では、「ディスプレイ装置」という用語はディスプレイ画面上でのデータの可視表現を可能にする要素の配置を指す。好適なディスプレイ画面は、平坦な、湾曲したまたはそうでなければ成形した画面、フィルム、シート、または情報をユーザーに視覚的に表示するための他の構造体を含むことができる。本明細書に記載されているディスプレイ装置は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、テレビ、コンピューター、モニター、携帯電話、スマートホン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ゲーム装置、電子図書装置、デジタルカメラ、タブレット、身体装着装置、カーナビシステム、電子看板、拡張現実、仮想現実、などを包含するディスプレイシステムに含まれ得る。
本明細書で使用されるとき「約」という用語は値の±１０％による所与の量変化の値を示す。例えば、「約１００ｎｍ」は９０ｎｍ～１１０ｎｍを含むサイズの範囲を包含する。
本明細書で使用されるとき「実質的に」という用語は値の±１％～±５％による所与の量変化の値を示す。
実施形態では、「光学的に連結される」という用語は、実質的な妨害なしで光が１つの成分から別の成分まで通過することができるように成分が配置されることを意味する。
本明細書で使用されるとき「ナノ構造体」という用語は約５００ｎｍ未満の寸法を持つ少なくとも１つの領域または特徴的な寸法を有する構造を指す。いくつかの実施形態では、ナノ構造体は約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、または約１０ｎｍ未満の寸法を有する。通常、領域または特徴的な寸法は構造体の最小軸に沿っているであろう。そのような構造体の例には、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ構造体、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、ナノ結晶、ナノドット、ＱＤ、ナノ粒子、などが挙げられる。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶体、実質的に単結晶体、多結晶体、非晶質、またはそれらの組み合わせであることができる。いくつかの実施形態では、ナノ構造体の３つの寸法のそれぞれは、約５００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、または約１０ｎｍ未満の寸法を有する。
本明細書で使用されるとき、「ＱＤ」または「ナノ結晶」という用語は実質的に単結晶体であるナノ構造体を指す。ナノ結晶は、約５００ｎｍ未満及び約１ｎｍ未満の桁まで至る寸法を持つ少なくとも１つの領域または特徴的な寸法を有する。「ナノ結晶」、「ＱＤ」、「ナノドット」及び「ドット」という用語は同様の構造を表し、本明細書では相互交換可能に使用されると当業者によって容易に理解される。本発明はまた、多結晶または非晶質のナノ結晶の使用も包含する。
ナノ構造を参照して使用されるとき、「ヘテロ構造」という用語は２つの異なる及び／または区別できる材料型を特徴とするナノ構造を指す。通常、ナノ構造の１つの領域は第１の材料型を含む一方で、ナノ構造の第２の領域は第２の材料型を含む。いくつかの実施形態では、ナノ構造体は第１の材料のコアと、第２（または第３など）の材料の少なくとも１つのシェルとを含み、その際、異なる材料型は、例えば、ナノワイヤの長軸、分岐ナノワイヤのアームの長軸、またはナノ結晶の中心の周りで放射状に分布する。シェルは、シェルと見なされる、またはヘテロ構造と見なされるナノ構造のための隣接する材料を覆うことができるが、完全で覆う必要はなく；例えば、第２の材料の小さな島で覆われた１つの材料のコアを特徴とするナノ結晶はヘテロ構造である。他の実施形態では、異なる材料型はナノ構造内の異なる位置で、例えば、ナノワイヤの主（長）軸に沿ってまたは分岐ナノワイヤのアームの長軸に沿って分布する。ヘテロ構造内の異なる領域は完全に異なる材料を含むことができ、または異なる領域は異なるドーパントまたは同じドーパントの異なる濃度を有する基材（例えば、シリコン）を含むことができる。
本明細書で使用されるとき、ナノ構造体の「直径」という用語はナノ構造体の第１の軸に垂直である断面の直径を指し、その際、第１の軸は第２及び第３の軸に関して長さで最大の差異を有する（第２及び第３の軸はその長さが互いにほぼ同等である２つの軸である）。第１の軸は必ずしもナノ構造体の最長軸ではない；例えば、ディスク型のナノ構造体については、断面はディスクの短い縦方向軸に垂直である実質的に円形の断面である。断面が円形でない場合、直径はその断面の長軸と短軸の平均である。ナノワイヤのような細長いまたはアスペクト比が高いナノ構造体については、直径はナノワイヤの最長軸に垂直の断面を横切って測定される。球状のナノ構造体については、直径は球体の中心を通って一面から他面までで測定される。
ナノ構造体に関して使用されるとき「結晶性の」または「実質的に結晶性の」という用語はナノ構造体が通常、構造体の２以上の寸法を横切る長期間の秩序化を示すという事実を指す。「長期間の秩序化」という用語は、単一の結晶のための秩序化は結晶の境界を超えて拡張することができないので特定のナノ構造体の絶対的なサイズに依存することが当業者によって理解されるであろう。この場合、「長期間の秩序化」はナノ構造体の寸法の少なくとも大半にわたる実質的な秩序を意味するであろう。場合によっては、ナノ構造体は酸化物もしくは他のコーティングを担うことができ、またはコアと少なくとも１つのシェルとで構成され得る。そのような場合、酸化物、シェル（複数可）、または他のコーティングはそのような秩序化を示すことができるが、示す必要はない（例えば、それは非晶質、多結晶性またはそれ以外であることができる）。そのような場合、「結晶性の」、「実質的に結晶性の」、「実質的に単結晶性の」、または「単結晶性の」という表現はナノ構造体の中心コア（コーティング層またはシェルを除外する）を指す。「結晶性の」または「実質的に結晶性の」という用語は本明細書で使用されるとき、構造体が実質的な長期間の秩序化（例えば、ナノ構造体またはそのコアの少なくとも１つの軸の長さの少なくとも約８０％にわたる秩序）を示す限り、種々の欠陥、積層欠陥、原子置換などを含む構造体を包含することも意図される。加えて、ナノ構造体のコアと外側の間またはコアと隣接コアの間またはシェルと第２の隣接シェルの間の界面は非結晶性領域を含有することができ、または非晶質であることさえできることが理解されるであろう。このことはナノ構造体が本明細書で定義されるように結晶性であることまたは実質的に結晶性であることを妨げない。
ナノ構造体に関して使用されるとき「単結晶性の」という用語はナノ構造体が実質的に結晶性であり、単一の結晶を実質的に含むことを示す。コアと少なくとも１つのシェルとを含むナノ構造のヘテロ構造体に関して使用されるとき、「単結晶性の」はコアが実質的に結晶性であり、且つ単一の結晶を実質的に含むことを示す。
本明細書で使用されるとき、「リガンド」という用語は、例えば、ナノ構造体の表面との共有結合、イオン結合、ファンデルワールスまたは他の分子の相互作用を介してナノ構造体の１以上の面と相互作用する（弱くても強くても）ことができる分子を指す。
本明細書で使用されるとき、「量子収率」（ＱＹ）という用語は、放たれた光子の、例えば、ナノ構造体またはナノ構造体の集団によって吸収された光子に対する比率を指す。当該技術分野で知られているように、量子収率は通常、既知の量子収率値を持つよく特徴付けられた標準試料を使用する比較法によって決定される。
本明細書で使用されるとき、「一次発光ピーク波長」という用語は発光スペクトルが最高の強度を示す波長を指す。
本明細書で使用されるとき、「半値全幅」（ＦＷＨＭ）という用語はスペクトル幅の測定基準を指す。発光スペクトルの場合、ＦＷＨＭはピーク強度値の半分での発光スペクトルの幅を指すことができる。
本明細書で使用される「Ｆｏｒｓｔｅｒ半径」という用語は当該技術分野でＦｏｒｓｔｅｒ距離とも呼ばれる。
「ナノ構造（ＮＳ）フィルム」という用語は発光ナノ構造を有するフィルムを指すのに本明細書で使用される。
「赤色波長領域」という用語はいくつかの実施形態に従って、約６２０ｎｍ～約７５０ｎｍに及ぶ波長を含むことができる可視スペクトルの波長領域を指すのに本明細書で使用される。
「緑色波長領域」という用語はいくつかの実施形態に従って、約４９５ｎｍ～約５７０ｎｍに及ぶ波長を含むことができる可視スペクトルの波長領域を指すのに本明細書で使用される。
「青色波長領域」という用語はいくつかの実施形態に従って、約４３５ｎｍ～約４９５ｎｍに及ぶ波長を含むことができる可視スペクトルの波長領域を指すのに本明細書で使用される。
本明細書で参照されている公開された特許、特許出願、ウェブサイト、会社名、及び科学文献は、それぞれが具体的に且つ個々に参照によって組み込まれるように指示されたかのような同じ程度にその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。本明細書で引用された参考文献と本明細書の具体的な教示との間での矛盾は後者を支持して解決されるべきである。同様に、単語または語句の当該技術分野で理解されている定義と本明細書で具体的に教示されたときの単語または語句の定義との間での矛盾は後者を支持して解決されるべきである。
本明細書で使用されている専門用語及び科学用語は特に定義されない限り、本出願が関係する当該技術分野の当業者によって一般に理解される意味を有する。本明細書では、当業者に既知の種々の方法論及び材料が参照される。
ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの例示的な実施形態
図１はいくつかの実施形態に係る下部で発光する電界発光デバイス１００の断面模式図を説明している。いくつかの実施形態では、電界発光デバイス１００をディスプレイ装置の光源として使用してディスプレイ装置にて画像を生成することができる。いくつかの実施形態では、電界発光デバイス１００は低い駆動電圧（例えば、約６ボルト（Ｖ）未満の電圧）にて且つ可視スペクトルにおける１以上の一次発光ピーク波長（例えば、約４３５ｎｍ～約７５０ｎｍの範囲内での一次発光ピーク波長）にて高い輝度（約１０，０００ｃｄ／ｃｍ２以上の輝度）の光を発するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、電界発光デバイス１００は基板１０２と基板上に配置されるデバイス積層１０３とを含むことができる。基板１０２はデバイス積層１０３を支えるように、且つ任意でデバイス積層１０３の制御操作のための制御回路（示さず）を支えるように構成することができる。いくつかの実施形態では、基板１０２は光１０１を実質的に吸収することなくデバイス積層１０３によって生成された光１０１が基板１０２を通って放射され得るように光学的に透明であることができる。デバイス積層１０３から放たれた光１０１はＺ方向に向けて示す黒色の矢によって図１にて表されている。
いくつかの実施形態では、基板１０２は導電性材料を含むことができ、約１０μｍ～約１５０μｍ（例えば、約１０μｍ、約１２μｍ、約２５μｍ、約７５μｍ、約１００μｍ、約１２５μｍ、または約１５０μｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有する。いくつかの実施形態では、基板１０２の表面１０２ｓは光１０１を使用して生成される画像を表示する画面として役立つことができる。いくつかの実施形態では、基板１０２は電界発光デバイス１００に環境保護を提供するための遮蔽層として役立つことができる。
デバイス積層１０３は、いくつかの実施形態に従って、基板１０２上に配置される陽極１０４、陽極１０４上に配置される正孔注入層（ＨＩＬ）１０８、ＨＩＬ１０８上に配置される正孔輸送層（ＨＴＬ）１１０、ＨＴＬ１１０上に配置される発光層（ＥＭＬ）１１４、ＥＭＬ１１４上に配置されるハイブリッド電子輸送層（ＨＥＴＬ）１１８、ＨＥＴＬ１１８上に配置される電子注入層（ＥＩＬ）１２０、及びＥＩＬ１２０上に配置される陰極を含むことができる。いくつかの実施形態では、デバイス積層１０３はＨＩＬ１０８及びＥＩＬ１２０を含まずに陽極１０４上に配置されるＨＴＬ１１０とＨＥＴＬ１１８上に配置される陰極１２２とを含むことができる。
電界発光デバイス１００はＥＭＬ１１４の組成に基づいて可視スペクトル（例えば、赤色、緑色または青色）にて光１０１を発するように構成することができる。ＥＭＬ１１４は発光ＮＳの１以上の層、１以上の発光有機層、またはそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、発光ＮＳの１以上の層は、図３～４及び６に示すように、マトリックス材を含まずにＨＴＬ１１０上に配置される発光ＱＤ３２４の１以上の層を含むことができる。発光ＱＤ３２４のそれぞれは図１５を参照して以下に記載されているようにＮＳ１５００に類似することができる。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４は図５に示すようにマトリックス材５３０内に配置される発光ＱＤ３２４を伴う１以上のＱＤフィルムを含むことができる。ＱＤフィルムは図１６を参照して以下に記載されているようにＮＳフィルム１６００に類似することができる。
図３～６はいくつかの実施形態に係るデバイス積層１０３のＥＭＬ１１４とＨＥＴＬ１１８のさまざまな構成を説明している。図３～６ではＱＤ３２４の１つの層を示しているが、ＥＭＬ１１４はＱＤ３２４の多数の層を有することができる。図３～６ではＱＤ３２４は類似の寸法を有すると示されているが、ＱＤ３２４は互いに異なる寸法を有することができる。さらに、ＱＤ３２４は図３～６では横列に並び、隣接するＱＤ３２４と物理的に接触して示されているが、ＥＭＬ１１４は互いに位置がずれる列に配置されたＱＤ３２４を有することができ、及び／または隣接するＱＤ３２４から間隔を空けた１以上のＱＤ３２４を有することができる。
ＥＭＬ１１４におけるＱＤ３２４のサイズ及び材料は基板１０２を通って放たれる光１０１の所望の色（例えば、赤色、緑色または青色）に基づいて選択することができる。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４におけるＱＤ３２４のサイズ及び材料は、可視スペクトルの赤色波長領域（例えば、約６２０ｎｍ～７５０ｎｍに及ぶ波長）、緑色波長領域（例えば、約４９５ｎｍ～５７０ｎｍに及ぶ波長）または青色波長領域（例えば、約４３５ｎｍ～４９５ｎｍに及ぶ波長）にて一次発光ピーク波長を有する光１０１を発するように選択することができる。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４は可視スペクトルにて赤色、緑色、青色または任意の光を放つように構成されたＱＤ３２４の単一集団を有することができる。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４は、ＱＤ３２４の各集団がＱＤ３２４の他の集団とは異なる可視スペクトルの光を放つように構成される、ＱＤ３２４の２以上の集団を有することができる。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４は約４ｎｍ～約２０ｎｍに及ぶ直径を有する、リン化インジウム（ＩｎＰ）に基づくＱＤ３２４を含むことができる。
可視スペクトルにて一次発光ピーク波長を持つ光１０１はＥＭＬ１１４から生成することができ、操作中デバイス積層１０３を横切って電圧が印加されると電界発光デバイス１００から放射される。電子と正孔がＥＭＬ１１４にて再結合し、可視波長領域にて波長に対応する光子を放出するので、光１０１は電圧が印加されると生成され得る。陰極１２２に関して陽極１０４が正であるように電圧が印加されると、電子及び正孔がそれぞれ陰極１２２及び陽極１０４から注入され得る。
図１及び図３～６を参照して、ＨＥＴＬ１１８はＥＭＬ１１４上に形成され、ＥＩＬ１２０からＥＭＬ１１４への電子の輸送を円滑にするように構成することができる。ＨＥＴＬ１１８はさらに、操作中、正孔がＥＭＬ１１４から逃れるのを阻止するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＨＥＴＬ１１８は約２０ｎｍ～約１２０ｎｍ（例えば、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約８０ｎｍ、約１００ｎｍ、または約１２０ｎｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有することができる。いくつかの実施形態では、ＨＥＴＬ１１８は図３～５に示すように、ＥＭＬ１１４上に配置される有機層３２８内に配置される無機ＮＳ３２６を含むことができる。図３～５は無機ＮＳ３２６が有機層３２８内に完全に埋め込まれることを示しているが、いくつかの実施形態によれば、無機ＮＳ３２６の一部は有機層３２８の表面３２８の外に部分的に広がることができる。いくつかの実施形態では、無機ＮＳ３２６はＱＤ３２４の直径よりも約５～約２０倍小さい直径を有することができる。いくつかの実施形態では、無機ＮＳ３２６は約２ｎｍ～約５ｎｍに及ぶ直径を有することができる。
いくつかの実施形態では、ＨＥＴＬ１１８は図６に示すように、ＥＭＬ１１４上に配置される有機層６２８上に配置される無機ＮＳ３２６を含むことができる。図６には無機ＮＳ３２６の１つの層が示されているが、図６のＨＥＴＬ１１８は無機ＮＳ３２６の任意の数の層を有することができる。図６には無機ＮＳ３２６が横列で並び、隣接する無機ＮＳ３２６と物理的に接触すると示されているが、無機ＮＳ３２６は互いに位置がずれる、及び／または隣接する無機ＮＳ３２６から間隔を空けられる列に配置することができる。さらに、無機ＮＳ３２６は図３～６では類似の寸法及び球形を有すると示されているが、無機ＮＳ３２６は互いに異なる寸法を有することができ、任意の幾何的形態を有することができる。
図３～４を参照して、有機層３２８の一部はＱＤ３２４間のギャップ３２５内にて非存在であり（図３）または存在する（図４）ことができる。ＱＤ３２４が密に詰められると、ＨＥＴＬ１１８の形成の間に有機層３２８の一部はＱＤ３２４の１以上の層を介して拡散しなくてもよく、図３に示すようにギャップ３２５内に存在しなくてもよい。その一方で、ＱＤ３２４がゆるく詰められると、ＨＥＴＬ１１８の形成の間に有機層３２８の一部はＱＤ３２４の１以上の層を介して拡散してもよく、図４に示すように、ギャップ３２５の一部（または全部）を満たし、ＨＴＬ１１０に接触する。有機層３２８の一部の拡散は有機層３２８の堆積法にも依存することができる。図６は有機層６２８の一部がギャップ３２５内に存在しないことを示しているが、いくつかの実施形態では有機層３２８に類似して、有機層６２８の一部は図６のＥＭＬ１１４におけるＱＤ３２４の詰め込みに応じて、及び／または有機層６２８の堆積法に応じて有機層６２８の一部はギャップ３２５内に存在することができる。
図３～６を参照して、有機層３２８及び６２８はＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６との間に有機界面を提供し、ＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６を互いに間隔を空けて保ち、ＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６の間での光学的相互作用を防ぐ。有機層３２８または６２８の非存在下でＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６が互いに接触するとＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６の間の光学的相互作用はＱＤ３２４の発光特性（フォトルミネッセンス）のクエンチングを引き起こすことができる。ＱＤ３２４の発光特性のクエンチングはＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６の間の界面における無機ＮＳ３２６の表面欠陥の存在に起因し得る。界面の表面欠陥はＱＤ３２４からの光子の生成及び／または放射を妨げることができ、その結果、ＱＤ３２４の発光特性に対してクエンチング効果を誘導する。したがって、ＱＤ３２４と無機ＮＳ３２６の間の界面における有機層３２８または６２８の存在はＱＤ３２４の発光特性を改善する。いくつかの実施形態では、有機層３２８は無機ＮＳ３２６の表面欠陥を不働態化することができ、可視スペクトルにて無機ＮＳ３２６からの発光を防ぐまたは減らすことができる。
それぞれ有機層３２８及び無機ＮＳ３２６の有機材料及び無機材料は、有機材料及び無機材料が互いに化学的に反応せず、共通する極性有機溶媒、例えば、アルコール、アセトン、アセトニトリルに、またはＱＤ３２４を損傷しない好適な極性有機溶媒に可溶性であるように選択される。いくつかの実施形態では、有機層３２８の有機材料は２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を含むことができる。例えば、有機材料は、３つのＰ＝Ｏ官能基を有する（１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ｄｉｙ１）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド），２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジン（ＰＯＴ２Ｔと呼ばれる）、または２つのＰ＝Ｏ官能基を有するＢｉｓ［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシド（ＤＰＥＰＯと呼ばれる）を含むことができる。いくつかの実施形態では、無機ＮＳ３２６の無機材料は金属酸化物半導体（例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛マグネシウム（ＺｎＭｇＯなど）または金属酸化物（酸化チタンＴｉＯ２）を含むことができる。
図６を参照して、有機層３２８に類似して、有機層６２８は無機ＮＳ３２６の無機材料と化学的に反応しない有機材料を含むことができる。しかし、有機層３２８とは異なって、有機層６２８の有機材料は有機層６２８上へのＮＳ３２６の堆積に使用される極性有機溶媒に不溶性である。
図１に戻って参照して、上記で議論されたように、陽極１０４は操作中、正に偏るとデバイス積層１０３に正孔を注入するように構成することができる。陽極１０４はいくつかの実施形態に従って、電導性であり且つ光学的に透明な材料、例えば、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、陽極１０４は約５０ｎｍ～約１５０ｎｍ（例えば、約５０ｎｍ、約８０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２０ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１４０ｎｍ、または約１５０ｎｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有することができる。
ＨＩＬ１０８は陽極１０４上に形成することができる。ＨＩＬ１０８は陽極１０４からＨＴＬ１１０への正孔の注入を円滑にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＨＩＬ１０８は約３ｎｍ～約７０ｎｍ（例えば、約３ｎｍ、約１０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、または約７０ｎｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有することができる。いくつかの実施形態では、ＨＩＬ１０８はｐ型またはｎ型の有機または無機の半導体材料、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３））、ポリアニリン、ポリ（スルホン酸スチレン）（ＰＳＳ）でドープしたポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、トリス［フェニル（ｍ－トリル）アミノ］トリフェニルアミン（ｍＴＤＡＴＡ）、またはヘキサアザトリフェニレン－ヘキサカルボニトリル（ＨＡＴ－ＣＮ）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ＨＴＬ１１０は図１に示すようにＨＩＬ１０８上に、またはＨＩＬ１０８が任意で含まれないならば陽極１０４上に形成することができる。ＨＴＬ１１０はＨＩＬ１０８からＥＭＬ１１４への正孔の輸送を円滑にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＨＴＬ１１０は約１０ｎｍ～約３０ｎｍ（例えば、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、または約３０ｎｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有することができる。いくつかの実施形態では、ＨＴＬ１１０はｐ型の有機または無機の半導体材料、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３））、またはポリマー（例えば、ポリ（Ｎ－ビニルカルバゾール）、ポリ（トリアリールアミン）、トリフェニルアミン誘導体、またはカルバゾール誘導体）、または有機小分子（例えば、Ｎ，Ｎ－ジ（１－ナフチル）－Ｎ，Ｎ－ジフェニル－（１，１－ビフェニル）４，４－ジアミン（ＮＰＢ））を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＨＴＬ１１０及びＨＩＬ１０８は互いに類似のまたは異なる材料を含むことができる。
ＥＩＬ１２０はＨＥＴＬ１１８上に形成することができ、陰極とのオームの法則に従うまたはほぼ従う接触を形成することによって陰極１２２からＨＥＴＬ１１８への電子の注入を円滑にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＥＩＬ１２０はｎ型の半導体材料、アルカリ金属塩（例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）または炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３））、仕事関数の低い金属（例えば、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イッテルビウム（Ｙｂ）またはセシウム（Ｃｓ））、または有機化合物（例えば、ポリフルオレン、ポリエチレンイミンエトキシ化（ＰＥＩＥ）、またはリチウム－８－ヒドロキシキノリンオレート（Ｌｉｑ））を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＨＥＴＬ１１８及びＥＩＬ１２０は互いに類似したまたは異なる材料を含むことができる。
陰極１２２はＥＩＬ１２０上に、またはＥＩＬ１２０が任意で含まれなければＨＥＴＬ１１８上に直接形成することができる。陰極１２２は上記で議論したように、操作中、負に偏るとデバイス積層１０３に電子を注入するように構成することができる。いくつかの実施形態では、陰極１２２は約１００ｎｍ～約５μｍ（例えば、約２５０ｎｍ、約２８０ｎｍ、約３００ｎｍ、約５００ｎｍ、約１μｍ、または約５μｍ）に及ぶＺ軸に沿った垂直寸法（例えば、厚さ）を有することができる。陰極１２２は、いくつかの実施形態に従って、電導性で且つ光学的に反射性の材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を含むことができる。陰極１２２の反射性材料は基板１０２に向かって光を反射するのに役立ち、且つ光が陰極１２２を通って放たれるのを防ぐのに役立つことができる。ＥＭＬ１１４における電子と正孔の再結合の後の光子の放出に起因して生成される光（上記で議論された）は陰極１２２及び基板１０２に向かって移動することができる。陰極１２２の反射性材料は電界発光デバイス１００からの放射のために基板１０２に向かってこれらの光子を向け直すのに役立つ。
いくつかの実施形態では、デバイス１０３の層の順序は図２の電界発光デバイス２００に示すように逆向きにしてもよい。陰極１２２が光学的に透明な材料を含むことができ、陽極１０４が光学的に反射性の材料を含むことができることを除いて、電界発光デバイス１００の議論が電界発光デバイス２００に適用される。
いくつかの実施形態では、電界発光デバイス１００は上部発光の電界発光デバイスであることができ、光１０１は基板１０２の表面１０２ｓの代わりにデバイス１０３の表面１０３ｓを通って放たれ得る。電界発光デバイス１００の議論は、基板１０２が光学的に反射性であることができ、陰極１２２及び陽極１０４が光学的に透明であることができることを除いて上部発光の電界発光デバイスに適用される。
他の要素の上またはそれにわたって存在すると本開示に記載されている要素は、特に言及されない限り、該他の要素と直接一緒にあり、または介在層を有することができる。図１～６の要素の一部は互いに関してＸ軸、Ｙ軸及び／またはＺ軸に沿って類似の寸法を有すると示されているが、これらの要素のそれぞれは、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、１以上の方向にて互いに異なる寸法を有することができる。
ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスの例示的な特徴付け
図７は、（ｉ）ＰＯＴ２Ｔ層にて配置されるＺｎＭｇＯ ＮＳを有するハイブリッドＥＴＬ（例えば、図３～５のＨＥＴＬ１１８）のフォトルミネッセンス（ＰＬ）のスペクトル７３２、及び（ｉｉ）ＺｎＭｇＯ ＮＳの層のみを有するＥＴＬのフォトルミネッセンス（ＰＬ）のスペクトル７３４を説明している。ＺｎＭｇＯ ＮＳ層及びＰＯＴ２Ｔ層はそれぞれ、図３～５の無機ＮＳ３２６及び有機層３２８を表すことができる。ＰＬスペクトル７３４と比べたＰＬスペクトル７３２の低い強度はＰＯＴ２Ｔ層の存在が約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの範囲にわたってＺｎＭｇＯ ＮＳからの発光を減らすことを示している。発光の減少はＰＯＴ２Ｔ層によるＺｎＭｇＯ ＮＳの表面欠陥の表面安定化処理に起因することができる。
図８は、（ｉ）ＩｎＰ ＱＤの層のＰＬスペクトル８３６、（ｉｉ）ＩｎＰ ＱＤを有するＥＭＬ（例えば、図３～５のＥＭＬ１１４）とＰＯＴ２Ｔ層にて配置されたＺｎＭｇＯ ＮＳを有するハイブリッドＥＴＬ（例えば、図３～５のＨＥＴＬ１１８）とを持つ電界発光デバイスＡ（例えば、電界発光デバイス１００）のＰＬスペクトル８３８、及び（ｉｉｉ）ＩｎＰ ＱＤを有するＥＭＬ（例えば、図３～５のＥＭＬ１１４）とＺｎＭｇＯ ＮＳの層のみを有するＥＴＬとを持つ電界発光デバイスＢのＰＬスペクトル８４０を説明している。ＩｎＰ ＱＤ、ＺｎＭｇＯ ＮＳ及びＰＯＴ２Ｔの層はそれぞれ、図３～５のＱＤ３２４、無機ＮＳ３２６及び有機層３２８を表すことができる。ＰＬスペクトル８４０のそれと比べてＰＬスペクトル８３８の高い強度はハイブリッドＥＴＬにおけるＰＯＴ２Ｔ層の存在が電界発光デバイスＢと比べて電界発光デバイスＡの発光特性を改善することを示している。さらに、ＰＬスペクトル８３８及び８４０と比べてＰＬスペクトル８３６の高い強度はＥＴＬにおけるＺｎＭｇＯ ＮＳの存在に起因して電界発光デバイスＡ～Ｂの双方がある程度のＰＬクエンチングを呈したことを示すことができる。
図９は、（ｉ）ＩｎＰ ＱＤの層のＰＬスペクトル８３６、及び（ｉｉ）電界発光デバイスＢのＰＬスペクトル８４０を説明している。図９はさらに、ＩｎＰ ＱＤを伴う類似のＥＭＬ（例えば、図３～５のＥＭＬ１１４）を有するが、ＰＯＴ２ＴのＺｎＭｇＯに対する異なる体積比で形成された異なるハイブリッドＥＴＬ（例えば、図３～５のＨＥＴＬ１１８）を有するそれぞれ電界発光デバイスＣ及びＤのＰＬスペクトル９４２及び９４４を説明している。電界発光デバイスＣのハイブリッドＥＴＬは約１：１．５のＰＯＴ２ＴのＺｎＭｇＯに対する体積比で形成され、電界発光デバイスＤのハイブリッドＥＴＬは約４：１のＰＯＴ２ＴのＺｎＭｇＯに対する体積比で形成されている。ＰＬスペクトル９４２及び８４０と比べてＰＬスペクトル９４４の高い強度はハイブリッドＥＴＬにおける高い濃度のＰＯＴ２Ｔが電界発光デバイスの発光特性を改善することを示している。
図１０は、（ｉ）電界発光デバイスＡについての電流密度と駆動電圧のプロット１０４６及び輝度と駆動電圧のプロット１０４８、ならびに（ｉｉ）電界発光デバイスＢについての電流密度と駆動電圧のプロット１０５０及び輝度と駆動電圧のプロット１０５２を説明している。４Ｖを上回る駆動電圧についてはハイブリッドＥＴＬを持つ電界発光デバイスＡは電界発光デバイスＢよりも高い輝度を示す。
図１１は、（ｉ）電界発光デバイスＡについてのＥＱＥと輝度のプロット１１５４及び（ｉｉ）電界発光デバイスＢについてのＥＱＥと輝度のプロット１１５６を説明している。測定した輝度のあらゆる範囲にわたってハイブリッドＥＴＬを持つ電界発光デバイスＡは電界発光デバイスＢよりも高いＥＱＥを示す。したがって、ハイブリッドＥＴＬの使用は電界発光デバイスＡの効率ロールオフを減らす。
ハイブリッド輸送層を持つ電界発光デバイスを製造する例示的な方法
図１２は、いくつかの実施形態に係る電界発光デバイス１００を製造する例示的な方法１２００のフローチャートである。工程はさまざまな順序で実施することができ、または特定の応用に応じて実行されえない。方法１２００は完全な電界発光デバイスを作り出さなくてもよいことに留意すべきである。したがって、方法１２００の前に、途中で、及び後で追加のプロセスを提供することができ、幾つかの他のプロセスが本明細書に手短にのみ記載されてもよいことが理解される。
工程１２０５では、陽極の配置前の層を伴った基板が提供される。例えば、図１に示すように、陽極１０４を基板１０２の上に配置することができる。いくつかの実施形態では、基板１０２は光学的に透明であることができ、導電性材料を含むことができる。陽極１０４はいくつかの実施形態に従って、電気的に伝導性であり、且つ光学的に透明である材料、例えば、インジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、陽極１０４は、基板１０２の上に電気的に伝導性であり、且つ光学的に透明である材料を堆積し、パターン化することによって基板１０２の上に形成することができる。堆積は、例えば、スパッタリング、熱蒸発、または電気的に伝導性であり、且つ光学的に透明である材料を堆積するのに好適な方法によって実施することができる。パターン化は堆積中のリトグラフ法またはマスキング法によって実施することができる。
工程１２１０では、ＨＩＬが陽極上に形成され、ＨＩＬ上にＨＴＬが形成される。例えば、図１に示すように、ＨＩＬ１０８は陽極１０４上に配置され、ＨＴＬ１１０はＨＩＬ１０８上に配置され得る。ＨＩＬ１０８及びＨＴＬ１１０はそれぞれ、例えば、スピンコーティング、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、ノズル印刷、接触印刷、好適な溶液印刷技術、ロールツーロール加工、熱蒸発、または好適な蒸着技術によってその下層に堆積することができる。いくつかの実施形態では、ＨＩＬ１０８はＰＳＳ（ポリ（スルホン酸スチレン）でドープしたＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）を含むことができ、ＨＴＬ１１０はＴＦＢ（ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４’（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル）））ジフェニルアミン］）を含むことができる。
工程１２１５では、ＥＭＬがＨＴＬ上に形成される。例えば、図１及び３～６に示すように、ＥＭＬ１１４がＨＴＬ１１０上に配置され得る。いくつかの実施形態では、ＥＭＬ１１４は、ＱＤ３２４の９ｍｇ／ｍｌ溶液を調製することと、例えば、スピンコーティング、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、ノズル印刷、接触印刷、好適な溶液印刷技術、熱蒸発、または好適な蒸着技術によって該溶液をＨＴＬ１１０上に堆積することとを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＱＤ３２４は、約２０ｎｍ～約４０ｎｍに及ぶ直径を持つリン化インジウム（ＩｎＰ）系ＱＤを含むことができ、赤色または緑色の波長領域にて一次発光ピーク波長を発するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、工程１２１０は任意の工程であることができ、工程１２０５はその後に工程１２１５が続くことができ、その際、ＥＭＬは陽極上に形成される。
工程１２２０では、ＨＥＴＬがＥＭＬ上に形成され、ＥＩＬがＨＥＴＬ上に形成される。例えば、図１及び３～５に示すように、ＨＥＴＬ１１８はＥＭＬ１１４上に配置され、ＥＩＬ１２０はＨＥＴＬ１１８上に配置され得る。いくつかの実施形態では、ＨＥＴＬ１１８の形成には、極性有機溶媒、例えば、アルコール、アセトン、アセトニトリル、またはＱＤ３２４を損傷しない好適な極性有機溶媒にて無機ＮＳ３２６と有機層３２８の有機材料との溶液を調製することと、蒸気法または溶液法によってＥＭＬ１１４上に該溶液を堆積することとが含まれ得る。いくつかの実施形態では、溶液はエタノール中ＺｎＭｇＯナノ構造体の３２ｍｇ／ｍｌ溶液及びメタノール中ＰＯＴ２Ｔの１６ｍｇ／ｍｌ溶液を含むことができる。
ＥＩＬ１２０は、例えば、スピンコーティング、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、ノズル印刷、接触印刷、好適な溶液印刷技術、熱蒸発、または好適な蒸着技術によってＨＥＴＬ１１８上に堆積することができる。
工程１２２５では、陰極がＥＩＬ上に形成される。例えば、図１に示すように、陰極１２２はＥＩＬ１２０上に配置され得る。陰極１２２はいくつかの実施形態に従って、電気的に伝導性であり、且つ光学的に反射性である材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、陰極１２２は、例えば、スパッタリング、熱蒸発、好適な溶液印刷技術、または電気的に伝導性であり、且つ光学的に反射性である材料を堆積するのに好適な方法によってＥＩＬ１２０上に陰極材料を堆積させることによって形成することができる。
ＬＥＤディスプレイ装置の例示的な実施形態
図１３はいくつかの実施形態に係るＬＥＤディスプレイ装置１３００の分解断面模式図を説明している。ＬＥＤディスプレイ装置１３００はいくつかの実施形態に従って、背面プレート１３５８と、背面プレート１３５８上にて２Ｄアレイに配置される複数のピクセル１３６０と、透過型カバープレート１３６２とを含むことができる。図１３に示すピクセルの数は説明に役立つものであって、限定ではない。装置１３００は本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、任意の数のピクセルを有することができる。ＬＥＤディスプレイ装置１３００は、ＱＤ系の電界発光デバイスがピクセル１３６０における光源として使用されるならば、ＱＤ－ＬＥＤディスプレイ装置と呼ばれることができる。
カバープレート１３６２は画像を生成するためのディスプレイ画面として役立つことができ、及び／またはＬＥＤディスプレイ装置の基礎構造の環境封止を提供するように構成することができる。カバープレート１３６２はまた、ＬＥＤディスプレイ装置１３００の他の構成成分（例えば、電極）がその上に配置され得る光学的に透明な基板あるように構成することもできる。いくつかの実施形態では、ピクセル１３６０は赤色、緑色及び青色のサブピクセルを有する３色性であることができる。いくつかの実施形態では、ピクセル１３６０は赤色、緑色または青色のサブピクセルを有する単色性であることができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤディスプレイ装置１３００は３色性及び単色性のピクセル１３６０双方の組み合わせを有することができる。
ＬＥＤディスプレイ装置１３００はさらに、ピクセル１３６０の制御回路（示さず）を含むことができる。ピクセル１３６０はスイッチング装置、例えば、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）によって独立して制御することができる。ＬＥＤディスプレイ装置１３００は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の実施形態に従って、例えば、円筒形、台形、球形または楕円形のような、しかし、これらに限定されない幾何的形態を有することができる。背面プレート１３５８、ピクセル１３６０のアレイ及びカバープレート４３０は図１３ではＸ軸に沿って類似の寸法を有すると示されているが、これら構成成分のそれぞれは種々の実施形態に従って、１以上の方向にて互いに異なる寸法を有することができる。
図１４は、いくつかの実施形態に従って、ＬＥＤディスプレイ装置１３００の３色性ピクセル１３６０の分解断面を説明している。ピクセル１３６０は赤色サブピクセル１３６０Ｒ、緑色サブピクセル１３６０Ｇ及び青色サブピクセル１３６０Ｂを含むことができる。赤色、緑色及び青色のサブピクセル１３６０Ｒ、１３６０Ｇ及び１３６０Ｂの配置は説明に役立つものであって、限定ではない。赤色、緑色及び青色のサブピクセル１３６０Ｒ、１３６０Ｇ及び１３６０Ｂは互いに関して任意の順に配置することができる。
赤色、緑色及び青色のサブピクセル１３６０Ｒ、１３６０Ｇ及び１３６０Ｂのそれぞれは、ＬＥＤディスプレイ装置１３００のディスプレイ画面（例えば、カバープレート１３６２）に対して伝達されてもよい且つそれの至る所に分配されてもよいそれぞれ主要な赤色、緑色及び青色の光を提供するように構成されるそれぞれ電界発光デバイス１３６４Ｒ、１３６４Ｇ及び１３６４Ｂを含むことができる。電界発光デバイス１３６４Ｒ、１３６４Ｇ及び１３６４ＢのＥＭＬ（例えば、ＥＭＬ１１４）におけるＱＤ（例えば、ＱＤ３２４）の材料及びサイズが互いに異なることを除いて、電界発光デバイス１３６４Ｒ、１３６４Ｇ及び１３６４Ｂは図１～１２を参照して記載されている電界発光デバイス１００または２００に類似することができる。電界発光デバイス１３６４Ｒ、１３６４Ｇ及び１３６４ＢのＥＭＬにおけるＱＤのサイズ及び材料は、それぞれ赤色、緑色及び青色の波長領域にて一次発光ピーク波長を有する光を発するように選択することができる。
バリア層をコーティングした発光ナノ構造体の例示的な実施形態
図１５は、いくつかの実施形態に係るバリア層をコーティングした発光ナノ構造体（ＮＳ）１５００の断面構造を説明している。いくつかの実施形態では、ＮＳ１５００の集団はＥＭＬ１１４に含まれるＱＤ３２４を表すことができる。バリア層をコーティングしたＮＳ１５００はＮＳ１５０１とバリア層１５０６とを含む。ＮＳ１５０１はコア１５０２とシェル１５０４とを含む。コア１５０２は、光を発する半導体材料を含む。コア１５０２用の半導体材料の例には、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、セレン化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）が挙げられる。直接バンドギャップを示す任意の他のＩＩ－ＶＩ族、ＩＩＩ－Ｖ族、三級または四級の半導体構造を上手く使用することができる。一実施形態では、コア１５０２はまた、例えば、金属、ハロゲン及び合金のような１以上のドーパントを含めて幾つかの例を提供することができる。金属ドーパントの例には、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、またはそれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。ハロゲンドーパントの例には、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）またはヨウ素（Ｉ）を挙げることができるが、これらに限定されない。コア１５０２における１以上のドーパントの存在はドープされていないＮＳと比べてＮＳ１５０１の構造的な、電気的な、及び／または光学的な安定性及びＱＹを改善することができる。
コア１５０２はいくつかの実施形態に従って直径２０ｎｍ未満のサイズを有することができる。別の実施形態では、コア１５０２は直径約１ｎｍ～約１０ｎｍの間のサイズを有することができる。コア１５０２のサイズを目的に合わせる能力とその結果のナノメートル範囲でのＮＳ１２０１のサイズは光学スペクトル全体における光子放出範囲を可能にする。一般に、大きなＮＳはスペクトルの赤色端に向けて光を発する一方で、小さなＮＳはスペクトルの青色端に向けて光を発する。この効果は、大きなＮＳは小さなＮＳよりもエネルギー準位の間隔が狭いので生じる。これによってＮＳはさらにエネルギーの低い、すなわち、スペクトルの赤色端にさらに近い光子を吸収できるようになる。
シェル１５０４はコア１５０２を取り囲み、コア１５０２の外面に配置される。シェル１５０４は硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄＳ）、セレン化硫化亜鉛（ＺｎＳｅＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含むことができるが、これらに限定されない。一実施形態では、シェル１５０４は厚さ１５０４ｔを有し、例えば、１以上の単層を有することができる。他の実施形態では、シェル１５０４は約１ｎｍ～約１０ｎｍの間の厚さ１５０４ｔを有することができる。シェル１５０４を利用してコア１５０２との格子不整合を減らすのに役立たせ、ＮＳ１５０１のＱＹを改善することができる。シェル１５０４はコア１５０２上のダングリングボンドのような表面トラップ状態を不動態化し、取り除いてＮＳ１５０１のＱＹを高めるのに役立つことができる。表面トラップ状態の存在は非放射状再結合中心を提供し、ＮＳ１５０１の発光効率の低下に寄与することができる。
代わりの実施形態では、ＮＳ１５０１は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、シェル１５０４上に配置される第２のシェル、またはコア１５０２を取り囲む２を超えるシェルを含むことができる。一実施形態では、第２のシェルは１以上の単層の厚さであることができ、必要ではないが、通常、半導体材料でもある。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の材料を使用することができるが、第２のシェルの材料は硫化亜鉛（ＺｎＳ）であることができ、ドーパントも同様に含まれ得る。
バリア層１５０６はＮＳ１５０１上でコーティングを形成するように構成することができる。一実施形態では、バリア層はシェル１５０４の外面１５０４ａ上に配置され、実質的にそれと接触する。１以上のシェルを有するＮＳ１５０１の実施形態では、バリア層１５０６はＮＳ１５０１の最外シェルの上に配置され、実質的にそれと接触することができる。例示的な実施形態では、バリア層１５０６は、例えば、複数のＮＳを有する溶液、組成物及び／またはフィルムにてＮＳ１５０１と１以上のＮＳとの間でスペーサーとして作用するように構成することができ、その際、複数のＮＳはＮＳ１５０１及び／またはバリア層をコーティングしたＮＳ１５０１に類似することができる。そのようなＮＳ溶液、ＮＳ組成物及び／またはＮＳフィルムでは、バリア層１５０６は隣接するＮＳとのＮＳ１５０１の凝集を防ぐのに役立つ。隣接するＮＳとのＮＳ１５０１の凝集はＮＳ１５０１のサイズの増大につながり、その結果、ＮＳ１５０１を含む凝集したＮＳ（示さず）の発光特性の低下またはクエンチングにつながることができる。さらなる実施形態では、バリア層１５０６は、ＮＳ１５０１の構造特性及び光学特性に悪影響を及ぼすことができる、例えば、水分、空気及び／または過酷な環境（例えば、ＮＳのリトグラフ加工の間に及び／またはＮＳ系装置の製造過程の間に使用される高温及び化学物質）からのＮＳ１５０１の保護を提供する。
バリア層１５０６は、非晶質であり、光学的に透明であり、及び／または電気的に不活性である１以上の材料を含むことができる。好適なバリア層は、例えば、無機の酸化物、ハロゲン化合物及び窒化物のような、しかし、これらに限定されない無機材料を含む。バリア層１５０６の材料の例には、種々の実施形態に従ってＡｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｒの酸化物及び／または窒化物が挙げられる。バリア層１５０６は種々の実施形態にて約０．５ｎｍ～約１５ｎｍに及ぶ厚さ１５０６ｔを有することができる。
バリア層をコーティングしたＮＳ１５００はさらにまたは任意で、ＮＳ１５０１上に緩衝化したコーティングを形成するように構成される緩衝層１５０７を含む。一実施形態では、緩衝層１５０７はシェル１５０４上に配置され、シェル１５０４の外面１５０４ａ及びバリア層１５０６の内面１５０６ａと実質的に接触する。緩衝層１５０７はＮＳ１５０１上でのその後の加工、例えば、ＮＳ１５０１上でのバリア層１５０６の形成の間に使用される化学物質とＮＳ１５０１の間で緩衝材として作用するように構成することができる。
緩衝層１５０７は、ＮＳ１５０１上でのその後の加工の間に使用される化学物質との反応に起因してＮＳ１５０１の発光特性でのクエンチングを実質的に減らす及び／または防ぐのに役立つことができる。緩衝層１５０７は非晶質であり、光学的に透明であり、及び／または電気的に活性がある１以上の材料を含むことができる。緩衝層１５０７の１以上の材料は無機材料及び有機材料を含むことができる。緩衝層１５０７の無機材料の例には、種々の実施形態に従って金属の酸化物及び／または窒化物が挙げられる。金属酸化物の例にはＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＭｇＯが挙げられる。緩衝層１５０７は種々の実施形態にて約１ｎｍ～約５ｎｍに及ぶ厚さ１５０７ｔを有することができる。
図１５にて説明しているように、バリア層をコーティングしたＮＳ１５００はさらにまたは任意で、いくつかの実施形態に従って複数のリガンドまたは界面活性剤１５０８を含む。リガンドまたは界面活性剤１５０８は、いくつかの実施形態に従って、バリア層をコーティングしたＮＳ１５００の外面、例えば、バリア層１５０６の外面またはシェル１５０４もしくは第２のシェルの外面に吸着または結合され得る。複数のリガンドまたは界面活性剤１５０８は、親水性のまたは極性の頭部１５０８ａ及び疎水性のまたは非極性の尾部１５０８ｂを含むことができる。親水性のまたは極性の頭部１５０８ａはバリア層１５０６に結合することができる。リガンドまたは界面活性剤１５０８の存在は、その形成の間に、例えば、溶液、組成物及び／またはフィルムにて他のＮＳからＮＳ１５００及び／またはＮＳ１５０１を分離するのに役立つことができる。その形成の間にＮＳが凝集できると、ＮＳ１５００及び／またはＮＳ１５０１のようなＮＳの量子効率が低下し得る。リガンドまたは界面活性剤１５０８を使用して、バリア層をコーティングしたＮＳ１５００に疎水性のような特定の特性を付与し、非極性溶媒における混和性を提供し、または他の化合物が結合する反応部位（例えば、逆相ミセル系）を提供することができる。
リガンド１５０８として使用することができる多種多様なリガンドが存在する。いくつかの実施形態では、リガンドはラウリン酸、カプロン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸から選択される脂肪酸である。いくつかの実施形態では、リガンドは、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、ジフェニルホスフィン（ＤＰＰ）、トリフェニルホスフィンオキシド、及びトリブチルホスフィンオキシドから選択される有機ホスフィンまたは有機ホスフィンオキシドである。いくつかの実施形態では、リガンドはドデシルアミン、オレイルアミン、ヘキサデシルアミン及びオクタデシルアミンから選択されるアミンである。いくつかの実施形態では、リガンドはトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）である。いくつかの実施形態では、リガンドはオレイルアミンである。いくつかの実施形態では、リガンドはチオール、例えば、オクタンチオールである。いくつかの実施形態では、リガンドはジフェニルホスフィンである。いくつかの実施形態では、リガンドはこれら脂肪酸のいずれかの中性塩、またはこれらアミン、ホスフィン、またはホスフィンオキシドのカルコゲニド、例えば、オレイン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ＴＯＰ－セレン化またはＴＯＰ－硫化である。
界面活性剤１５０８として使用することができる多種多様な界面活性剤が存在する。非イオン性界面活性剤はいくつかの実施形態では界面活性剤１５０８として使用することができる。非イオン性界面活性剤のいくつかの例には、ポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテル（商品名ＩＧＥＰＡＬ ＣＯ－５２０）、ポリオキシエチレン（９）ノニルフェニルエーテル（ＩＧＥＰＡＬ ＣＯ－６３０）、オクチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール（ＩＧＥＰＡＬ ＣＡ－６３０）、ポリエチレングリコールオレイルエーテル（Ｂｒｉｊ ９３）、ポリエチレングリコールヘキサデシルエーテル（Ｂｒｉｊ ５２）、ポリエチレングリコールオクタデシルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１０）、ポリオキシエチレン（１０）イソオクチルシクロヘキシルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ－１００）、及びポリオキシエチレン分岐ノニルシクロヘキシルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｎ－１０１）が挙げられる。
アニオン性界面活性剤はいくつかの実施形態では界面活性剤１５０８として使用することができる。アニオン性界面活性剤のいくつかの例には、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、モノドデシルリン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、及びミリスチル硫酸ナトリウムが挙げられる。
いくつかの実施形態では、ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は１以上の種々の色範囲、例えば、赤色、橙色及び／または黄色の範囲にて発光するように合成することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は緑色及び／または黄色の範囲にて発光するように合成することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は青色、藍色、紫色及び／または紫外の範囲にて発光するように合成することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は６０５ｎｍ～６５０ｎｍの間、５１０ｎｍ～５５０ｎｍの間、３００ｎｍ～４９５ｎｍの間の一次発光ピーク波長を有するように合成することができる。
ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は高いＱＹを示すように合成することができる。いくつかの実施形態では、ＮＳ１５０１及び／またはＮＳ１５００は８０％～１００％の間、または８５％～９０％の間でＱＹを示すように合成することができる。
したがって、種々の実施形態によれば、ＮＳ１５００はＮＳ１５０１上のバリア層１５０６の存在がＮＳ１５０１の発光特性を実質的に変えないまたはクエンチングしないように合成することができる。
ナノ構造フィルムの例示的な実施形態
図１６はいくつかの実施形態に係るＮＳフィルム１６００の断面図を説明している。いくつかの実施形態では、ＮＳフィルム１６００は図５のＥＭＬ１１４を表すことができる。
ＮＳフィルム１６００はいくつかの実施形態に従って、バリア層をコーティングした複数のコア・シェルＮＳ１５００（図１５）及びマトリックス材１６１０を含むことができる。ＮＳ１５００はいくつかの実施形態に従って、マトリックス材１６１０に埋め込まれ得る、またはさもなければ配置され得る。本明細書で使用されるとき、「埋め込まれる」という用語はＮＳがマトリックス材に封入されるまたは包み込まれることを示すのに使用される。他の実施形態では、ＮＳ１５００は応用専用の均一性分布関数に従って分布することができるが、一実施形態では、ＮＳ１５００はマトリックス材１６１０全体を通して均一に分布することができることに留意すべきである。ＮＳ１５００が直径で同じサイズを有することが示されるとしても、当業者はＮＳ１５００がサイズ分布を有し得ることを理解することに留意すべきである。
一実施形態では、ＮＳ１５００は、青色可視波長スペクトル、緑色可視波長スペクトル、または赤色可視波長スペクトルにて放射するサイズを有するＮＳの均質な集団を含むことができる。他の実施形態では、ＮＳ１５００は、青色可視波長スペクトルにて放射するサイズを有するＮＳの第１の集団、緑色可視波長スペクトルにて放射するサイズを有するＮＳの第２の集団、及赤色可視波長スペクトルにて放射するサイズを有するＮＳの第３の集団を含むことができる。
マトリックス材１６１０はＮＳ１５００を収納することができる任意の好適な宿主マトリックス材であることができる。好適なマトリックス材は、ＮＳ１５００と、及びＮＳフィルム１６００を装置に適用する際に使用される任意の周囲のパッキング材またはパッキング層と化学的に且つ光学的に適合性であることができる。好適なマトリックス材は一次光及び二次光の双方に対して透明である非黄変光学材料を含むことができ、それによって一次光及び二次光の双方がマトリックス材を透過するのを可能にする。一実施形態では、マトリックス材１６１０はＮＳ１５００のそれぞれを完全に取り囲むことができる。マトリックス材１６１０は柔軟なまたは成形可能なＮＳフィルム１６００が所望である適用にて柔軟であることができる。あるいは、マトリックス材１６１０は強度の高い、柔軟性ではない材料を含むことができる。
マトリックス材１６１０はポリマー、他の半導体ナノ粒子、有機及び無機の酸化物、または他の半導体材料もしくは絶縁材料を含むことができる。マトリックス材１６１０での使用に好適なポリマーはそのような目的に使用することができる当業者に既知の任意のポリマーであることができる。ポリマーは実質的に半透明である、または実質的に透明であることができる。マトリックス材１６１０には、エポキシ、アクリレート、ノルボルネン、ポリエチレン、ポリ（ビニルブチラール）：ポリ（酢酸ビニル）、ポリ尿素、ポリウレタン；アミノシリコーン（ＡＭＳ）、ポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、シルセスキオキサン、フッ素化シリコーン、及びビニル及び水素化物で置換したシリコーンを含むが、これらに限定されないシリコーン及びシリコーン誘導体；メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、及びメタクリル酸ラウリルを含むが、これらに限定されないモノマーから形成されるアクリル系ポリマー及びコポリマー；スチレン系ポリマー、例えば、ポリスチレン、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）、及びポリ（アクリロニトリルエチレンスチレン）（ＡＥＳ）；二官能性モノマー、例えば、ジビニルベンゼンと架橋されるポリマー；リガンド物質を架橋するのに好適な架橋剤、リガンドアミン（例えば、ＡＰＳまたはＰＥＩリガンドアミン）と組み合わせてエポキシを形成するエポキシド、などを挙げることができるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、マトリックス材１６１０は、ＮＳフィルム１６００の光変換効率を改善することができるＴｉＯ２マイクロビーズ、ＺｎＳマイクロビーズまたはガラスマイクロビーズのような散乱マイクロビーズを含む。いくつかの実施形態ではマトリックス材１６１０は伝導性または半導体の材料を含むことができる。
別の実施形態では、マトリックス材１６１０は低い酸素及び透湿性を有し、高い光安定性及び化学安定性を示し、好ましい屈折率を示し、且つＮＳ１５００の外面に接着することができるので、ＮＳ１５００を保護するための密閉性の封を提供する。別の実施形態では、マトリックス材１６１０はＵＶまたは熱硬化法によって硬化可能であり、ロールツーロール加工を円滑にすることができる。
いくつかの実施形態によれば、ＮＳフィルム１６００は、ポリマー（例えば、フォトレジスト）にてＮＳ１５００を混合し、ＮＳ・ポリマー混合物を基板上に成型し、モノマーとＮＳ１５００を混合し、それらを一緒に重合し、ゾル・ゲルにてＮＳ１５００を混合して酸化物を形成することによって、または当業者に既知の他の方法によって形成することができる。
発光ナノ構造体の例示的な実施形態
本明細書に記載されているのは、ＥＭＬ１１４のＱＤ３２４を表すことができる発光ナノ構造体（ＮＳ）を有する種々の組成物である。その吸収特性、発光特性及び屈折率特性を含む発光ナノ構造の種々の特性を目的に合わせることができ、種々の応用に調整することができる。
ＮＳの材料特性は実質的に均質であることができ、または、いくつかの実施形態では不均一であることができる。ＮＳの光学特性はその粒度、化学組成または表面組成によって決定することができる。約１ｎｍ～約２０ｎｍの間の範囲で発光ＮＳのサイズを目的に合わせる能力は光学スペクトル全体にて光子放出範囲を可能にし、演色における大きな多用途性を提供することができる。粒子カプセル化は化学的劣化物質及びＵＶ劣化物質に対してロバスト性を提供することができる。
本明細書に記載されている実施形態で使用するための発光ＮＳは当業者に既知の任意の方法を使用して製造することができる。好適な方法及び例示的なナノ結晶は、そのそれぞれの開示が全体として参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，３７４，８０７号；２００４年３月１０日に出願された米国特許出願番号第１０／７９６，８３２号；米国特許第６，９４９，２０号６；及び２００４年６月８日に出願された米国仮特許出願第６０／５７８，２３６号に開示されている。
本明細書に記載されている実施形態で使用するための発光ＮＳは、無機材料、さらに好適には無機の伝導性または半導体の材料を含む任意の好適な材料から製造することができる。好適な半導体材料には米国特許出願第１０／７９６，８３２号に開示されたものを挙げることができ、ＩＩ－ＶＩ族、ＩＩＩ－Ｖ族、ＩＶ－ＶＩ族、Ｉ－ＩＩＩ－ＶＩ族及びＩＶ族の半導体を含む、任意の種類の半導体を挙げることができる。好適な半導体材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡＩＮ、Ａ１Ｐ，ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡＩＮ、Ａ１Ｐ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｕＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、Ｃｕｉ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）２、（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）３、Ａ１２ＣＯ、ＣｕＩｎＧａＳ、ＣｕＩｎＧａＳｅ及びそのような半導体の２以上の適当な組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、発光ＮＳはｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントから成る群由来のドーパントを有することができる。ＮＳはＩＩ－ＶＩまたはＩＩＩ－Ｖの半導体も有することができる。ＩＩ－ＶＩまたはＩＩＩ－Ｖの半導体ＮＳの例には、周期律表の、例えば、Ｚｎ、Ｃｄ及びＨｇのようなＩＩ族の元素のＳ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＰｏのようなＶＩ族の元素との任意の組み合わせ；ならびに周期律表の、例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｌのようなＩＩＩ族の元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ及びＢｉのようなＶ族の元素との任意の組み合わせを挙げることができる。
本明細書に記載されている発光ＮＳはさらに、その表面に結合された、連携された、会合されたまたは連結されたリガンドも含むことができる。好適なリガンドには、そのそれぞれの開示が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第８，２８３，４１２号；米国特許公開番号２００８／０２３７５４０；米国特許公開番号２０１０／０１１０７２８；米国特許第８，５６３，１３３号；米国特許第７，６４５，３９７号；米国特許第７，３７４，８０７号；米国特許第６，９４９，２０６号；米国特許第７，５７２，３９３号；及び米国特許第７，２６７，８７５号にて開示されたものを含めて当業者に既知の任意の群を挙げることができる。そのようなリガンドの使用は、ポリマーを含む種々の溶媒及びマトリックスに組み込む発光ＮＳの能力を高めることができる。種々の溶媒及びマトリックスにおける発光ＮＳの混和性（すなわち、分離せずに混合される能力）の増大は、ＮＳが一緒に凝集せず、したがって光を散乱しないようにポリマー組成物全体に分散させることができる。そのようなリガンドは本明細書では「混和性増強」リガンドと記載される。
いくつかの実施形態では、マトリックス材に分配されるまたは埋め込まれる発光ＮＳを有する組成物が提供される。好適なマトリックス材は、ポリマー材料、有機及び無機の酸化物を含む、当業者に既知の任意の材料であることができる。本明細書に記載されている組成物は層、カプセル材、コーティング、シートまたはフィルムであることができる。層、ポリマー層、マトリックス、シートまたはフィルムを参照する本明細書に記載されている実施形態では、これらの用語は相互交換可能に使用され、そのように記載されている実施形態は任意の１種類の組成物に限定されないが、本明細書に記載されているまたは当該技術分野で既知の任意のマトリックス材または層を包含することが理解されるべきである。
ＮＳ（例えば、米国特許第７，３７４，８０７号に開示されたような）をダウンコンバートすることは特定の波長の光を吸収した後に第２の波長で発光するように調整された発光ナノ構造の発光特性を利用し、それによって活性源（例えば、ＬＥＤ）の性能および効率の向上を提供する。
当業者に既知の任意の方法を使用して発光ＮＳを作り出すことができる一方で、無機ナノ材料リン光体の成長制御のための溶液相コロイド法を使用することができる。その開示が全体として参照によって本明細書に組み込まれるＡｌｉｖｉｓａｔｏｓ，Ａ．Ｐ．，“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｌｕｓｔｅｒｓ，ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ，”Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７１：９３３（１９９６）；Ｘ．Ｐｅｎｇ，Ｍ．Ｓｃｈｌａｍｐ，Ａ．Ｋａｄａｖａｎｉｃｈ，Ａ．Ｐ．Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ，“Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ Ｃｏｒｅ／Ｓｈｅｌｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ，”Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．３０：７０１９－７０２９（１９９７）；及びＣ．Ｂ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｄ．Ｊ．Ｎｏｒｒｉｓ，Ｍ．Ｇ．Ｂａｗｅｎｄｉ，“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅａｒｌｙ ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ ＣｄＥ （Ｅ＝ｓｕｌｆｕｒ，ｓｅｌｅｎｉｕｍ，ｔｅｌｌｕｒｉｕｍ） ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ，”Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５：８７０６（１９９３）を参照のこと。
いくつかの実施形態によれば、この材料の合成の相対的な完成のために、一例では可視光ダウンコンバートについてＮＳ材料としてＣｄＳｅを使用することができる。一般的な表面化学の使用のために、カドミウム非含有ＮＳを代わりに使うことも可能であり得る。
半導体ＮＳでは、光誘起発光はＮＳのバンド端状態から生じる。発光ＮＳに由来するバンド端発光は表面電子状態に由来する放射性及び非放射性の崩壊チャネルと競合する。Ｘ．Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．３０：７０１９－７０２９（１９９７）。その結果、ダングリングボンドのような表面欠陥の存在が非放射性の再結合中心を提供し、発光効率の低下に寄与する。表面トラップ状態を不動態化し、除去する効率的で且つ恒久的な方法はＮＳの表面にて無機シェル材料をエピタキシャル成長させることであり得る。Ｘ．Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．３０：７０１，９－７０２９（１９９７）。シェル材料は、電子準位がコア材料に関してタイプ１であるように選択することができる（例えば、電子と正孔をコアに局在化させる電圧段階を提供するさらに大きなバンドギャップを伴う）。その結果、非放射性の再結合の確率は低下し得る。
コア・シェル構造は、シェル材料を含有する有機金属前駆体を、コアＮＳを含有する反応混合物に加えることによって得ることができる。この場合、成長が後に続く核生成事象よりはむしろ、コアが核として作用し、シェルがその表面から成長することができる。反応の温度はコア表面へのシェル材料モノマーの添加に有利に働くように低く保たれる一方で、シェル材料のナノ結晶の独立した核生成を妨げる。反応混合物における界面活性剤はシェル材料の制御成長を指図し、溶解性を確保するために存在する。２つの材料間で格子不整合が少ない場合、均一で且つエピタキシャル成長したシェルを得ることができる。
コア・シェル発光ＮＳを調製するための例示的な材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｃｏ、Ａｕ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＡＩＮ、Ａ１Ｐ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡＩＮ、Ａ１Ｐ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｃ、ＢｅＳ、ＢｃＳｅ、ＢｃＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＰ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、Ｃｕｉ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）２、（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）３、ＡｌＣＯを挙げることができるが、これらに限定されず、本発明の実践で使用するためのシェル発光ＮＳには、（コア／シェルとして表される）、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＺｎＳと同様にその他が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書に記載されている実施形態で使用するための発光ＮＳはサイズが約１００ｎｍ未満であり、約１ｎｍ未満のサイズまで小さくでき、可視光を吸収することができる。本明細書で使用されるとき、可視光はヒトの眼に見える約３８０～約７８０ナノメートルの間の波長を持つ電磁放射線である。可視光は種々の色のスペクトル、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、藍色及び紫色に分離することができる。青色光は約４３５ｎｍ～４９５ｎｍの間の光を含むことができ、緑色光は約４９５ｎｍ～５７０ｎｍの間の光を含むことができ、赤色光は約６２０ｎｍ～７５０ｎｍの間の光を含むことができる。
種々の実施形態によれば、発光ＮＳは、それらが紫外、近赤外及び／または赤外のスペクトルにある光子を吸収するようにサイズ及び組成を有することができる。紫外線スペクトルは波長で約１００ｎｍ～約４００ｎｍの間の光を含むことができ、近赤外線スペクトルは波長で約７５０ｎｍ～約１００μｍの間の光を含むことができ、赤外線スペクトルは波長で約７５０ｎｍ～約３００μｍの間の光を含むことができる。
本明細書に記載されている種々の実施形態では他の好適な材料の発光ＮＳを使用することができる一方で、いくつかの実施形態では、ＮＳは、本明細書に記載されている実施形態で使用するためのナノ結晶の集団を形成するためにＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅまたはそれらの任意の組み合わせであることができる。上記に議論されているように、さらなる実施形態では、発光ＮＳはコア／シェルナノ結晶、例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳまたはＩｎＰ／ＺｎＳであることができる。
好適な発光ナノ構造体、種々の溶解性を高めるリガンドの添加を含む発光ナノ構造体を調製する方法は、その開示が全体として参照によって本明細書に組み込まれる、公開されている米国特許公開番号２０１２／０１１３６７２に見いだすことができる。
いくつかの実施形態が本明細書で説明され、記載されている一方で、特許請求の範囲は記載され、示されている部分の具体的な形態または配置に限定されないことが理解されるべきである。本明細書では、説明に役立つ実施形態が開示されており、具体的な用語が採用されているが、それらは一般的な且つ記述的な意味でのみ使用され、限定の目的には使用されない。実施形態の修正及び変形は上記の教示に照らせば可能である。したがって、実施形態は具体的に記載された以外の方法で実施することができることを理解すべきである。

Claims (23)

  1. 電界発光デバイスであって、
    基板と；
    前記基板上に配置される第１の電極と；
    前記第１の電極上に配置される、発光ナノ構造体を含む発光層と；
    前記発光層上に配置されるハイブリッド輸送層と；
    前記ハイブリッド輸送層上に配置される第２の電極とを含み、
    前記ハイブリッド輸送層は有機層と前記有機層内に配置される無機ナノ構造体とを含み、前記発光ナノ構造体は前記有機層によって前記無機ナノ構造体から分離される、前記電界発光デバイス。
  2. 前記有機層の有機材料及び前記無機ナノ構造体の無機材料が共通する有機溶媒に可溶性である、請求項１に記載の電界発光デバイス。
  3. 前記有機層の有機材料及び前記無機ナノ構造体の無機材料がアルコール、アセトンまたはアセトニトリルに可溶性である、請求項１～２のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  4. 前記有機層が２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を持つ有機材料を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  5. 前記有機層が３つのホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する （１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  6. 前記無機ナノ構造体が金属酸化物を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  7. 前記無機ナノ構造体が前記発光ナノ構造体の直径よりも約５～約２０倍小さい直径を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  8. 前記発光ナノ構造体が可視スペクトルにて発光するように構成される量子ドットを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  9. 前記発光ナノ構造体が前記発光層上に配置されるマトリックス材内に配置される、請求項１～８のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  10. 前記発光ナノ構造体が、赤色光を発するように構成される量子ドットの第１の集団と緑色光を発するように構成される量子ドットの第２の集団とを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  11. さらに、前記第１の電極と前記発光層との間に配置される正孔輸送層を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電界発光デバイス。
  12. ディスプレイ装置であって、
    ピクセルのアレイと；
    前記ピクセルのアレイ上に配置されるディスプレイ画面とを含み、
    前記ピクセルのアレイの各ピクセルが第１と第２の電界発光デバイスを含み、
    前記第１と第２の電界発光デバイスが
    発光ナノ構造体を含む発光層と
    前記発光層上に配置されるハイブリッド輸送層とを含み、前記ハイブリッド輸送層が有機層と無機ナノ構造体とを含み、
    前記第１の電界発光デバイスの前記発光層が第１のピーク波長を有する第１の光を発するように構成され、
    前記第２の電界発光デバイスの前記発光層が前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する第２の光を発するように構成される、前記ディスプレイ装置。
  13. 前記無機ナノ構造体が前記有機層内に配置される、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
  14. 前記無機ナノ構造体が前記有機層上に配置される、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
  15. 前記発光ナノ構造体が前記有機層によって前記無機ナノ構造体から分離される、請求項１２～１４のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
  16. 前記有機層が２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を持つ有機材料を含む、請求項１２～１５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
  17. 前記有機層が３つのホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する （１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンを含む、請求項１２～１６のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
  18. 前記有機層の有機材料及び前記無機ナノ構造体の無機材料が共通する有機溶媒に可溶性である、請求項１２～１７のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
  19. 電界発光デバイスを製造する方法であって、
    基板に陽極材料の層を提供することと；
    前記陽極材料の層上に正孔輸送層を形成することと；
    前記正孔輸送層上に量子ドットの層を形成することと；
    前記量子ドットの層上に有機層と無機ナノ構造体とを含むハイブリッド輸送層を形成することと；
    前記ハイブリッド輸送層上に陰極を形成することとを含む、前記方法。
  20. 前記ハイブリッド輸送層を前記形成することが有機溶媒にて前記無機ナノ構造体と前記有機層の有機材料との溶液を調製することを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ハイブリッド輸送層を前記形成することが、
    第１の溶媒にて前記無機ナノ構造体との第１の溶液を調製することと；
    前記第１の溶媒とは異なる第２の溶媒にて前記有機層の有機材料との第２の溶液を調製することとを含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記ハイブリッド輸送層を前記形成することが、２以上のホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を持つ有機材料との溶液を調製することを含む、請求項１９～２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. 前記ハイブリッド輸送層を前記形成することが、３つのホスホン酸オキシド官能基（Ｐ＝Ｏ）を有する （１，３，５－トリアジン－２，４，６－トリイル）トリス（ベンゼン－３，１－ジイル）トリス（ジフェニルホスフィンオキシド）、２，４，６－トリス［３－（ジフェニルホスフィニル）フェニル］－１，３，５－トリアジンとの溶液を調製することを含む、請求項１９～２２のいずれか１項に記載の方法。
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