相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年12月29日在韓國知識產(chǎn)權局提交的韓國專利申請?zhí)?0-2015-0188392的優(yōu)先權和益處，其全部內容通過引用并入本文。

本發(fā)明概念涉及量子點和使用其的發(fā)光設備。

背景技術：

量子點表示具有晶體結構的材料，所述晶體結構具有數(shù)個納米的尺寸并且包括數(shù)百至數(shù)千個原子。這種小的材料具有寬的每單位體積的表面積，從而大部分原子被提供在表面上，并且出現(xiàn)量子約束效應，所以該材料具有與材料的獨特特性不同的電、磁、光、化學和機械特征。即，可能通過控制量子點的尺寸來控制各種特性。

當量子點設置在基板上時，可制造高度集成的元件，并且最近已經(jīng)研究了使用量子點而不是有機發(fā)光材料作為發(fā)光層材料的量子點發(fā)光設備。量子點發(fā)光設備可控制量子點的尺寸，以實現(xiàn)期望的自然色，其具有卓越的色彩再現(xiàn)性，并且其具有與發(fā)光二極管(led)一樣好的亮度，所以其作為彌補發(fā)光二極管(led)缺陷的材料，特別是作為下一代光源的材料而受到關注。

在該背景部分中公開的上述信息僅僅是為了加強對本發(fā)明概念背景的理解，所以其可包含在本國本領域技術人員已經(jīng)知道的不形成現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明概念已經(jīng)努力提供了無鎘量子點和穩(wěn)定性改善的發(fā)光設備。

本發(fā)明概念的另一實施方式提供了一種發(fā)光設備，其包括：第一電極；面向第一電極的第二電極；和提供在第一電極和第二電極之間的發(fā)光層，其中發(fā)光層包括量子點，量子點包括包含至少一種第一正離子前體和至少一種負離子前體的核芯，包括至少一種第二正離子前體和至少一種負離子前體并且包裹核芯的殼，和在殼的表面上形成的配體，其中第一正離子前體是第n周期元素并且第二正離子前體是第(n-1)周期元素，其中n是3至6的整數(shù)。

發(fā)光設備可進一步包括設置在第一電極和發(fā)光層之間的空穴傳輸層，和設置在發(fā)光層和第二電極之間的電子傳輸層。

量子點中殼的最高占據(jù)分子軌道(homo)能級和最低未占分子軌道(lumo)能級與核芯的homo能級和lumo能級的差異分別等于或小于2.0ev。

第一正離子前體可包括al、fe、co、cu、zn、ga、in、ag、pb、bi和tl中的至少一種。

負離子前體可包括te、i、o、s、se、n、p、as和sb中的至少一種。

核芯可包括pbi2、bii3、fe2o3、coo、cuo、cu2o、ago、ag2o、cus、cu2s、ag2s、in2s3、bi2s3、cuse、cu2se、agse、ga2se3、in2se3、tlse、cu2te、znte、cu3n、zn3p2、gap、inp、alas、gaas和alsb中的至少一種。

空穴傳輸層可包括核芯中包括的化合物的p-型摻雜化合物，p-型摻雜化合物摻雜有金屬、非金屬或鹵素元素，電子傳輸層可包括核芯中包括的化合物的n-型摻雜化合物，n-型摻雜化合物摻雜有金屬、非金屬或鹵素元素。

發(fā)光設備可進一步包括阻擋層，并且阻擋層可提供在空穴傳輸層和發(fā)光層之間和/或發(fā)光層和電子傳輸層之間。

阻擋層的厚度可為0.5nm至5nm。

此外，根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備可解決空穴和電子的電荷平衡缺陷的常規(guī)問題，從而通過減少元件的劣化而改善穩(wěn)定性和延長壽命。

附圖說明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的量子點的橫截面圖。

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備的橫截面圖。

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的改進的圖2的發(fā)光設備的橫截面圖。

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備的帶隙能級的示意圖。

具體實施方式

下文參考附圖更充分描述本發(fā)明概念，其中顯示了本發(fā)明概念的示例性實施方式。如本領域技術人員將認識到的，可以以所有都不背離本發(fā)明概念的精神和范圍的各種不同的方式修飾所描述的實施方式。

為了清楚，附圖中的層、薄膜、板、區(qū)域等的厚度被放大。貫穿本說明書，相同的參考數(shù)值表示相同的元件。應當理解，當元件，比如層、薄膜、區(qū)域或基板被提及在另一元件“之上”時，其可直接在另一元件上方或也可存在中間元件。相反，當元件被提及“直接”在另一元件“之上”時，則不存在中間元件。

將參考附圖詳細地描述根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的量子點以及包括其的發(fā)光設備。

現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的量子點。

量子點100包括包含至少一種第一正離子前體和至少一種負離子前體的核芯110、包括至少一種第二正離子前體和至少一種負離子前體并且包裹核芯的殼120，和在殼120的表面上產(chǎn)生的配體130。

核芯110中包括的第一正離子前體表示元素周期表中的第n周期元素，并且n是3至6的整數(shù)。詳細地，在該示例性實施方式中，期望第一正離子前體包括鋁(al)、鐵(fe)、鈷(co)、銅(cu)、鋅(zn)、鎵(ga)、銦(in)、銀(ag)、鉛(pb)、鉍(bi)和鉈(tl)中的至少一種。

此外，核芯110和殼120中包括的負離子前體可包括碘化物、氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、氮化物、磷化物、砷化物和銻化物中的至少一種，其可以以適當?shù)姆绞竭x擇，這取決于第一正離子前體或第二正離子前體。詳細地，負離子前體可包括氮(n)、磷(p)、砷(as)、銻(sb)、氧(o)、硫(s)、硒(se)、碲(te)和碘(i)中的至少一種。

即，核芯110可以是二元核芯，其包括pbi2、bii3、fe2o3、coo、cuo、cu2o、ago、ag2o、cus、cu2s、ag2s、in2s3、bi2s3、cuse、cu2se、agse、ga2se3、in2se3、tlse、cu2te、znte、cu3n、zn3p2、gap、inp、alas、gaas和alsb中的至少一種，但不限于此，其可以是三元核芯或四元核芯。

量子點100不包括用于實現(xiàn)具有高光致發(fā)光量子產(chǎn)率和窄的半峰寬度的發(fā)光設備的材料，比如鎘(cd)和汞(hg)。不包括破壞環(huán)境的鎘(cd)和汞(hg)的發(fā)光設備是解決環(huán)境問題的良好方式。

根據(jù)組成比例，即，二元核芯中第一正離子前體和/或負離子前體的含量，核芯110可展示各種顏色，并且可通過改變核芯110的尺寸而控制發(fā)光色。因此，量子點100可具有各種發(fā)光色，比如藍色、紅色或綠色。

詳細地，在本示例性實施方式中，核芯110的直徑是約2nm至10nm。

根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的殼120基本上包裹核芯110的表面，以便保護核芯110。當包括在核芯110中的第一正離子前體是第n周期元素時，包括在本示例性實施方式的殼120中的第二正離子前體是第(n-1)周期元素。此外，包括在殼120中的負離子前體可包括碘化物、氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、氮化物、磷化物、砷化物和銻化物中的至少一種。例如，殼120可以是二元殼，其包括mgte、mgse、mgo和mgs中的至少一種，但不限于此，其可以是三元殼和四元殼。

因此，殼120的homo能級和lumo能級與核芯110的homo能級和lumo能級的差異分別等于或小于2.0ev。

在殼120的表面上形成配體130。配體130可包括有機官能團，并且其可提供在殼120的表面上以與殼120化學結合。有機官能團可包括三辛基膦(top)、三辛基氧化膦(topo)、羧酸鋅、羧酸、胺、膦酸和其混合物中的至少一種。在本示例性實施方式中，當形成量子點100時，配體130有助于量子點100在非極性溶劑中的分散。

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備的橫截面圖。

現(xiàn)將參考圖2描述根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的包括量子點100的發(fā)光設備。

參考圖2，發(fā)光設備包括第一電極160、空穴傳輸層173、發(fā)光層175、電子傳輸層177和第二電極180。

當?shù)谝浑姌O160是陽極時，第一電極160可通過使用選自具有高功函的那些材料的材料形成，以便容易注入空穴。第一電極160可以是透明電極或非透明電極。當?shù)谝浑姌O160是透明電極時，第一電極160可包括導電性氧化物，比如氧化銦錫(ito)、氧化銦鋅(izo)、氧化鋅錫(zto)、氧化銅銦(cio)、氧化銅鋅(czo)、氧化鎵鋅(gzo)、氧化鋁鋅(azo)或其組合，或其可包括薄金屬，比如釔、鋁、銀或鎂。是透明電極的第一電極160可包括結合有導電氧化物和金屬的多層結構，或配置有導電氧化物和金屬之一的多層結構。當?shù)谝浑姌O160是非透明電極時，第一電極160可包括金屬，比如鋁、銀或鎂。

此外，第一電極160可由石墨烯、碳納米管或導電聚合物(pedot:pss)形成。

就其中由發(fā)光層175產(chǎn)生的光從第一電極160朝著第二電極180方向發(fā)射的示例性實施方式而言，第一電極160可包括由銀(ag)、鋁(al)、鎂(mg)、鉻(cr)、鉬(mo)、鎢(w)、鈦(ti)、金(au)、鈀(pd)或它們的合金制成的反射層。此外，第一電極160可通過在反射層上方或下方提供由ito、izo或zno制造的透明電極材料層或在反射層的兩側均提供它們而包括多層結構。

第一電極160可通過溶液工藝、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)或熱蒸發(fā)而形成。

第二電極180面向第一電極160。

當?shù)诙姌O180是陰極時，其可包括具有低功函的材料，以便容易注入電子。詳細地，材料可以是金屬比如鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、釓、鋁、銀、錫、鉛、銫或鋇或它們的合金，或其可以是多層材料，比如lif/al、lio2/al、lif/ca、lif/al和baf2/ca，但是其不限于此。

當?shù)诙姌O180由合金制成時，合金的組成比例可通過溫度、大氣壓和真空水平來控制，并且可選擇具有適當?shù)谋壤?/p>

第二電極180可包括多個層。

發(fā)光層175提供在第一電極160和第二電極180之間。

由將要描述的空穴傳輸層173和電子傳輸層177提供的空穴和電子在發(fā)光層175中復合，并且因此而發(fā)光。發(fā)光層175可以是包括上述根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的量子點100的無機發(fā)光層。即，根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備不包括破壞環(huán)境的材料，比如鎘作為量子點100，但是包括環(huán)境友好型量子點100。

在本示例性實施方式中，發(fā)光層175的厚度可以為約10nm至50nm，并且其可通過溶液工藝、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)或熱蒸發(fā)而形成。

空穴傳輸層173提供在第一電極160和發(fā)光層175之間?？昭▊鬏攲?73可平順地將空穴從第一電極160運輸至發(fā)光層175，并且可包括與包括在上述量子點100中的核芯材料相同的化合物。

詳細地，空穴傳輸層173是p-型運輸層。更詳細地，空穴傳輸層173包括運輸p-型摻雜空穴的材料。空穴傳輸層173包括包含在量子點100的核芯110中的化合物的p-型摻雜化合物。p-型摻雜化合物摻雜有金屬、非金屬或鹵素元素?？昭▊鬏攲?73包括化合物比如p-znte、p-znse和p-zns。

在本示例性實施方式中，作為p-型摻雜劑的金屬或非金屬可取決于核芯材料而改變。例如，當核芯110中包括的第一正離子前體是二價元素時，摻雜單價元素作為p-型摻雜劑，并且當核芯110中包括的負離子前體是(-)二價元素時，摻雜(-)三價元素作為p-型摻雜劑。

詳細地，空穴傳輸層173包括p-型摻雜劑，其包括改善其導電性的銅(cu)、銀(ag)、金(au)、氮(n)、磷(p)、砷(as)和銻(sb)中的至少一種。

可通過溶液工藝、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)和熱蒸發(fā)來形成空穴傳輸層173。

電子傳輸層177提供在發(fā)光層175和第二電極180之間。電子傳輸層177可將電子從第二電極180運輸至發(fā)光層175。此外，電子傳輸層177可防止通過第一電極160注入的空穴穿過發(fā)光層175并且移動至第二電極180。即，用作空穴阻擋層的電子傳輸層177有助于空穴和電子在發(fā)光層175中的復合。

電子傳輸層177可包括與量子點100中包括的核芯材料相同的化合物。詳細地，電子傳輸層177是n-型傳輸層。更詳細地，電子傳輸層177包括用于傳輸n-型摻雜電子的材料。詳細地，電子傳輸層177包括量子點100的核芯110中包括的化合物的n-型摻雜化合物。n-型摻雜化合物摻雜有金屬、非金屬或鹵素元素。電子傳輸層177包括化合物，比如n-znse、n-zns和n-zno。

在本示例性實施方式中，作為n-型摻雜劑的金屬或非金屬可取決于核芯材料而改變。例如，當核芯110中包括的第一正離子前體是二價元素時，摻雜三價元素作為n-型摻雜劑，并且當負離子前體是(-)二價元素時，摻雜(-)單價元素作為n-型摻雜劑。

詳細地，電子傳輸層177包括n-型摻雜劑，其包括改善其導電性的硼(b)、鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)、鉈(tl)、氟(f)、氯(cl)、溴(br)和碘(i)中的至少一種。

可通過溶液工藝、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)和熱蒸發(fā)形成電子傳輸層177。

根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備包括與空穴傳輸層173、電子傳輸層177和發(fā)光層的量子點的核芯相同的無機材料，從而與包括有機空穴傳輸層的常規(guī)發(fā)光設備相比，減少了元件的劣化并且延長了壽命。

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式改進的圖2發(fā)光設備的橫截面圖。

圖3顯示了多個阻擋層174和176被添加至圖2的根據(jù)示例性實施方式的發(fā)光設備。詳細地，阻擋層174和176被分別提供在空穴傳輸層173和發(fā)光層175之間以及發(fā)光層175和電子傳輸層177之間。

阻擋層174和176包括基于第一族金屬的鹵化物化合物或基于第二族金屬的鹵化物化合物。例如，阻擋層174和176可包括lii、nai、ki、rbi和csi。

阻擋層174和176不限于圖3中顯示的構造，并且其至少一種可在圖2中顯示的發(fā)光設備層的界面上形成。即，阻擋層174和176被提供在發(fā)光層175和電子傳輸層177，和/或空穴傳輸層173的界面上，從而控制電子和/或空穴的隧道效應，并且從而控制發(fā)光設備的電荷平衡。

在該情況下，可通過適當控制阻擋層174和176的厚度來控制電子和/或空穴的隧道效應，并且隨著厚度增加，作為能障的作用增加。

詳細地，期望阻擋層174和176的厚度為約0.5nm至5.0nm。當阻擋層的厚度小于約0.5nm時，阻擋層的作用變弱，并且當其厚度大于約5.0nm時，可能基本上破壞了空穴和/或電子至發(fā)光層的遷移性。

現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的電荷平衡控制作用。

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的發(fā)光設備的帶隙能級的示意圖。

參考圖3和圖4，發(fā)光設備包括由ito制造的第一電極160、p-型空穴傳輸層173、第一阻擋層174、包括核殼結構的量子點的發(fā)光層175、第二阻擋層176、n-型電子傳輸層177，和由yb/agmg制造的第二電極180。

詳細地，圖4顯示了包括znte/mgte量子點100的發(fā)光層175。在本示例性實施方式中，量子點100具有作為核芯110的znte和具有作為殼120的mgte，殼120具有與核芯110相同的晶體結構。即，量子點100具有znte的核芯，其被mgte的殼包裹。殼120的帶隙能大于核芯110的帶隙能。參考圖4，作為核芯110的znte的帶隙能是約2.26ev，并且作為殼的mgte的帶隙能是約3.5ev。

對于根據(jù)本發(fā)明概念的示例性實施方式的核芯110的帶隙能，理想的是約1.2ev至3.5ev，對于殼120的帶隙能，理想的是約2.6ev至4.0ev。

此外，第一阻擋層174提供在包括p-型znte的空穴傳輸層173和作為p-型空穴傳輸層173的發(fā)光層175之間，并且第二阻擋層176提供在包括n-型znte的電子傳輸層177和作為n-型電子傳輸層177的發(fā)光層175之間。詳細地，可發(fā)現(xiàn)空穴傳輸層173和發(fā)光層175之間的帶隙能差大于電子傳輸層177和發(fā)光層175之間的帶隙能差。因此，空穴傳輸層173和電子傳輸層177在與發(fā)光層175的界面處分別包括第一阻擋層174和/或第二阻擋層176，從而有效控制注入發(fā)光層175的空穴和/或電子隧道效應量。

在常規(guī)量子點發(fā)光設備中，因為電子和空穴之間移動性的差異，比空穴更多的電子被注入量子點發(fā)光層，并且破壞了注入發(fā)光層的空穴和電子的平衡，從而降低了發(fā)光效率。此外，發(fā)光層和空穴傳輸層之間的帶隙能差大于發(fā)光層和電子傳輸層之間的帶隙能差，從而比空穴更多的電子被注入量子點。

在根據(jù)本示例性實施方式的發(fā)光設備的情況下，考慮空穴傳輸層173和/或電子傳輸層177和發(fā)光層175的能障，適當?shù)卦O置第一阻擋層174和/或第二阻擋層176，增加了電子注入勢壘，降低了空穴注入勢壘，以控制電荷平衡，并且增加了根據(jù)本示例性實施方式的發(fā)光設備的穩(wěn)定性。

盡管已經(jīng)結合目前視為是實際的示例性實施方式描述了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明概念不限于公開的實施方式，而是相反，旨在覆蓋包括在所附的權利要求的精神和范圍內的各種改進和等同設置。