JP6848030B2 - 量子ドット発光ダイオード、その製造方法、および量子ドット発光表示装置 - Google Patents
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Description
量子ドットは、不安定な状態の電子が伝導帯(conduction band)から価電子帯(valence band)に落ちる際に発光する。量子ドットは、吸光係数(extinction coefficient)が非常に大きく、量子効率(quantum yield)が優れているので、強い蛍光を発生させる。また、量子ドットのサイズにより発光波長が変わるので、量子ドットのサイズを調節すると、可視光全域の光を得ることができる。
量子ドットを用いる量子ドット発光ダイオードは、互いに対向する陽極および陰極と、陽極と陰極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光層を備える。陽極と陰極からの正孔および電子が、量子ドット発光層に注入されると、量子ドット発光層から発光する。
図1は、本発明に係る量子ドット発光表示装置の概略的な回路図である。
図1に示すように、量子ドット発光表示装置には、互いに交差して画素領域Pを定義するゲート配線GL、データ配線DLおよびパワー配線PLが形成され、画素領域Pには、スイッチング薄膜トランジスタTs、駆動薄膜トランジスタTd、ストレージキャパシタCst、量子ドット発光ダイオードDが形成される。
かかる量子ドット発光表示装置では、ゲート配線GLに印加されたゲート信号により、スイッチング薄膜トランジスタTsがターンオンすると、データ配線DLに印加されたデータ信号がスイッチング薄膜トランジスタTsを通じ、駆動薄膜トランジスタTdのゲート電極およびストレージキャパシタCstの一電極に印加される。
このとき、ストレージキャパシタCstは、データ信号に比例する電圧に充電され、一フレームの間、駆動薄膜トランジスタTdのゲート電極の電圧が一定に保持される。
したがって、量子ドット発光表示装置は、希望する映像を表示することができる。
図2に示すように、量子ドット発光表示装置100は、基板150と、基板150上に位置する薄膜トランジスタTdと、薄膜トランジスタTdに接続される量子ドット発光ダイオードDとを備える。
基板150は、ガラス基板であってもよく、ポリイミドのようなプラスチック基板であってもよい。すなわち、基板150は、フレキシブルな特性を有することができる。
図面に示していないが、基板150上には、酸化シリコン、または窒化シリコンのような無機絶縁物質からなるバッファ層を形成することができる。
半導体層152は、基板150上に形成されるが、酸化物半導体物質からなってもよく、多結晶シリコンからなってもよい。
半導体層152が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層152の下部には、遮光パターン(不図示)を形成することができ、遮光パターンは、半導体層152へ光が入射することを防ぎ、半導体層152が光によって劣化することを防止する。これとは異なって、半導体層152が多結晶シリコンからなる場合、半導体層152の両端部に不純物がドープされていることがある。
ゲート絶縁膜154の上部には、金属のような導電性物質からなるゲート電極160が、半導体層152の中央に対応して形成される。ゲート電極160は、スイッチング薄膜トランジスタに接続される。
ゲート電極160の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜162が基板150の全面に形成される。層間絶縁膜162は、酸化シリコンや窒化シリコンのような無機絶縁物質から形成してもよく、ベンゾシクロブテンやフォトアクリルのような有機絶縁物質から形成してもよい。
ここで、第1コンタクトホール164および第2コンタクトホール166は、ゲート絶縁膜154内にも形成される。これとは異なって、ゲート絶縁膜154がゲート電極160と同じ形状にパターニングされる場合、第1コンタクトホール164および第2コンタクトホール166は、層間絶縁膜162内にのみ形成されてもよい。
ドレイン電極172およびソース電極170は、ゲート電極160を中心に離隔して位置し、それぞれ前記第1コンタクトホール164と前記第2コンタクトホール166を介して、前記半導体層152の両側に接触する。ソース電極170は、パワー配線(図1のPL)に接続される。
薄膜トランジスタTdは、半導体層152の上部に、ゲート電極160、前記ソース電極170および前記ドレイン電極172が位置するコプラナー構造を有する。
これとは異なって、薄膜トランジスタTdは、半導体層の下部にゲート電極が位置し、半導体層の上部にソース電極およびドレイン電極が位置する逆スタガ構造を有することができる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンから形成することができる。
保護層174上には、ドレインコンタクトホール176を介して薄膜トランジスタTdのドレイン電極172に接続される第1電極110が、画素領域毎に分離して形成される。
第1電極110はアノードであり得る。そして、仕事関数が比較的に大きい導電性物質からなり得る。例えば、第1電極110は、酸化インジウムスズ(ITO)、または酸化インジウム酸化亜鉛(IZO)のような透明導電性物質から形成することができる。
また、保護層174上には、第1電極110の端部を覆うバンク層115が形成される。バンク層115は、画素領域に対応し、第1電極110の中心を露出する。
発光層112が形成された基板150の上部に、第2電極114が形成される。第2電極114は、表示領域の全面を覆い、仕事関数が比較的に小さい導電性物質から形成され、カソードとして利用することができる。例えば、第2電極114は、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム・マグネシウムの合金(AlMg)のうち、いずれか1つから形成することができる。
第1電極110、発光層112および第2電極114は、量子ドット発光ダイオードDを構成する。
図3に示すように、本発明の量子ドット発光ダイオードDは、第1電極110と、第1電極110と対向する第2電極114と、第1電極110と第2電極114の間に位置する発光層112を備え、発光層112は、量子ドット発光物質層(EML)130と、第1電極110と量子ドット発光物質層130の間に位置する正孔補助層120と、量子ドット発光物質層130と第2電極114の間に位置する電子補助層140を含む。
しかしながら、本発明の量子ドット発光ダイオードDでは、量子ドット180の上部側表面のリガンドが除去され、電子補助層140が量子ドット180のシェル184と接触するので、電子の注入速度が増加し、電荷バランスが向上する。言い換えれば、正孔補助層120は、量子ドット180のリガンド186と接触するので、正孔注入速度は変わらないが、電子補助層140は、量子ドット180のシェル184と接触するので、電子注入速度が増加する。
一方、図5bに示すように、ドライエッチング工程により、シェルの上部表面のリガンドが除去されたため、リガンドのアルキル基は検出されなかった。
続いて、半導体層152の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜154が基板101の全面に形成される。
次に、ゲート絶縁膜154上に銅、アルミニウムといった低抵抗の金属物質を蒸着し、それに対するマスク工程を行うことにより、ゲート絶縁膜154上にゲート電極160が形成される。ゲート電極160は、半導体層152の中央に対応して形成される。図面に示していないが、ゲート絶縁膜154上には、第1方向に沿って延びるゲート配線を形成することができる。
次に、層間絶縁膜162上に銅、アルミニウムといった低抵抗の金属物質を蒸着し、それに対するマスク工程を行うことにより、層間絶縁膜162上にソース電極170とドレイン電極172を形成する。ソース電極170とドレイン電極172は、ゲート電極160を中心に離隔して位置し、それぞれ第1コンタクトホール164および第2コンタクトホール166を介して半導体層152の両側と接触する。
半導体層152と、ゲート電極160、ソース電極170およびドレイン電極172は、駆動薄膜トランジスタTdを構成する。
次に、薄膜トランジスタTrを覆う絶縁物質層を形成し、それに対してマスク工程を行うことにより、駆動薄膜トランジスタTdを露出するドレインコンタクトホール176を有する保護層174が形成される。
次に、絶縁物質層を形成し、それに対してマスク工程を行うことにより、第1電極110の端部を覆い、第1電極110の中央を露出する開口部opを有するバンク層115を形成する。
続いて、電子補助層140上に金属物質を蒸着し、第2電極114を形成する。
図8に示すように、本発明の量子ドット発光ダイオードDは、第1電極210と、第1電極210と対向する第2電極214と、第1電極210と第2電極214の間に位置する発光層212とを備え、発光層212は、量子ドット発光物質層(EML)230と、第1電極210と量子ドット発光物質層230の間に位置する電子補助層(第1電荷補助層)220と、量子ドット発光物質層230と第2電極214の間に位置する正孔補助層(第2電荷補助層)240を含む。
Claims (17)
- 互いに対向する第1電極および第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、
前記第1電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第1電荷補助層と、
前記量子ドット発光物質層と前記第2電極の間に位置する第2電荷補助層とを備え、
前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、
前記第1電荷補助層は、前記リガンドに接触して、前記第2電荷補助層は、前記シェルに接触し、
前記量子ドットは、互いに隣接した第1量子ドットおよび第2量子ドットを含み、前記第1量子ドットのリガンドは、前記第2量子ドットのリガンドに接触する、
量子ドット発光ダイオード。 - 前記第1電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち一方であり、前記第2電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち他方である、請求項1に記載の量子ドット発光ダイオード。
- 前記正孔補助層は、正孔注入層と正孔輸送層のうち、少なくとも1つを含み、前記電子補助層は、電子注入層と電子輸送層のうち、少なくとも1つを含む、請求項2に記載の量子ドット発光ダイオード。
- 前記リガンドは、C1〜C30のアルキル基である、請求項1に記載の量子ドット発光ダイオード。
- 前記コアと前記シェルは、互いに異なるエネルギーギャップを有する、請求項1に記載の量子ドット発光ダイオード。
- 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしV族のナノ半導体物質を含む、請求項1に記載の量子ドット発光ダイオード。
- 第1電極を形成する段階と、
前記第1電極上に第1電荷補助層を形成する段階と、
前記第1電荷補助層上に、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドとを含む量子ドットを含む量子ドット層を形成する段階と、
前記シェルの第1側に位置する前記リガンドを除去し、量子ドット発光物質層を形成する段階と、
前記量子ドット発光物質層上に第2電荷補助層を形成する段階と、
前記第2電荷補助層上に第2電極を形成する段階とを含み、
前記第1電荷補助層は、前記シェルの第2側に位置する前記リガンドに接触し、前記第2電荷補助層は、前記シェルの第1側に接触し、
前記量子ドットは、互いに隣接した第1量子ドットおよび第2量子ドットを含み、前記第1量子ドットのリガンドは、前記第2量子ドットのリガンドに接触し、
前記シェルの第1側に位置する前記リガンドを除去する段階は、1×10 −7 〜1×10 −5 Torrの圧力下で0.2分〜1分間行うアルゴンを用いたスパッタリング工程であるドライエッチング工程を含む、
量子ドット発光ダイオードの製造方法。 - 前記第1電荷補助層は正孔補助層であり、前記第2電荷補助層は電子補助層である、請求項7に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
- 前記第1電荷補助層は電子補助層であり、前記第2電荷補助層は正孔補助層である、請求項7に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
- 前記リガンドは、C1〜C30のアルキル基である、請求項7に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
- 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしV族のナノ半導体物質を含む、請求項7に記載の量子ドット発光ダイオードの製造方法。
- 基板と、
前記基板の上部に位置し、互いに対向する第1電極および第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に位置し、量子ドットを含む量子ドット発光物質層と、前記第1電極と前記量子ドット発光物質層の間に位置する第1電荷補助層と、前記量子ドット発光物質層と前記第2電極の間に位置する第2電荷補助層を備える量子ドット発光ダイオードと、
前記基板と前記量子ドット発光ダイオードの間に位置し、前記量子ドット発光ダイオードに接続される薄膜トランジスタとを備え、
前記量子ドットは、コアと、前記コアを取り囲むシェルと、前記シェルの表面一部に結合されたリガンドを含み、
前記シェルと前記第1電荷補助層との間の距離は、前記シェルと前記第2電荷補助層との間の距離より大きく、
前記量子ドットは、互いに隣接した第1量子ドットおよび第2量子ドットを含み、前記第1量子ドットのリガンドは、前記第2量子ドットのリガンドに接触する、
量子ドット発光表示装置。 - 前記第1電極の端部を覆い、前記薄膜トランジスタの上部に位置するバンク層をさらに備え、
前記バンク層は、前記第1電極の中央を露出する、請求項12に記載の量子ドット発光表示装置。 - 前記第1電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち一方であり、前記第2電荷補助層は、正孔補助層と電子補助層のうち他方である、請求項12に記載の量子ドット発光表示装置。
- 前記正孔補助層は、正孔注入層と正孔輸送層のうち、少なくとも1つを含み、前記電子補助層は、電子注入層と電子輸送層のうち、少なくとも1つを含む、請求項14に記載の量子ドット発光表示装置。
- 前記リガンドは、C1〜C30のアルキル基である、請求項12に記載の量子ドット発光表示装置。
- 前記コアと前記シェルのそれぞれは、II族ないしVI族、またはIII族ないしV族のナノ半導体物質を含む、請求項12に記載の量子ドット発光表示装置。
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