KR100841575B1 - Electroluminescence device and method of fabricating the same - Google Patents

Electroluminescence device and method of fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR100841575B1
KR100841575B1 KR1020070035029A KR20070035029A KR100841575B1 KR 100841575 B1 KR100841575 B1 KR 100841575B1 KR 1020070035029 A KR1020070035029 A KR 1020070035029A KR 20070035029 A KR20070035029 A KR 20070035029A KR 100841575 B1 KR100841575 B1 KR 100841575B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
electrode
forming
layer
film
Prior art date
Application number
KR1020070035029A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김태환
정재훈
송시호
이대욱
김영호
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020070035029A priority Critical patent/KR100841575B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100841575B1 publication Critical patent/KR100841575B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14692Thin film technologies, e.g. amorphous, poly, micro- or nanocrystalline silicon
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/80Constructional details
    • H10K50/805Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/12Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14Macromolecular compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06Polymers
    • H01L2924/07Polyamine or polyimide

Abstract

A light emitting device and a manufacturing method thereof are provided to use a DC power of relatively low voltage by forming an electron transport layer using a conductive polymer. A first electrode(20) is formed on a substrate(10), and then a quantum active layer(50) is formed on the first electrode. A conductive polymer layer(60) is formed on the quantum active layer, and then a second electrode(70) is formed on the conductive polymer layer. The step of forming the quantum active layer includes spin-coating the first electrode by an acid precursor comprising insulator polymer monomer to form a primary acid precursor layer, forming a metal thin film on the primary acid precursor layer, spin-coating the metal thin film by an acid precursor to form a secondary acid precursor layer, and heating the acid precursor layers.

Description

발광 소자 및 그 제조방법{Electroluminescence device and method of fabricating the same}Light emitting device and method of manufacturing the same {Electroluminescence device and method of fabricating the same}

도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 개략도이다.1 is a schematic view of a light emitting device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 발광 소자 제조방법의 순서도이다. 2 is a flow chart of a method of manufacturing a light emitting device according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 따라 제조한 발광 소자에서 폴리이미드 사이에 형성된 Cu2O 나노 입자의 평면 명시야상이다.3A is a planar bright field image of Cu 2 O nanoparticles formed between polyimides in a light emitting device manufactured according to the present invention.

도 3b는 본 발명에 따라 제조한 발광 소자에서 폴리이미드 사이에 형성된 ZnO 나노 입자의 평면 명시야상이다.3B is a planar bright field image of ZnO nanoparticles formed between polyimides in a light emitting device manufactured according to the present invention.

도 4는 도 1의 발광 소자의 평형상태에서의 에너지 대역도이다. 4 is an energy band diagram in an equilibrium state of the light emitting device of FIG. 1.

도 5는 도 1의 발광 소자의 외부에서 전계를 인가할 때 소자 동작에 대한 소자 구조도이다.FIG. 5 is a device structure diagram of device operation when an electric field is applied outside the light emitting device of FIG. 1.

도 6은 도 1의 발광 소자의 외부에서 전계를 인가할 때 소자 동작에 대한 에너지 대역도이다. FIG. 6 is an energy band diagram of device operation when an electric field is applied outside the light emitting device of FIG. 1.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10...기판 20...제1 전극 30...고분자 박막10 ... substrate 20 ... first electrode 30 ... polymer thin film

40...나노 입자 50...양자점 활성층 60...전도성 고분자층40 ... nanoparticle 50 ... quantum dot active layer 60 ... conductive polymer layer

70...제2 전극 100...발광 소자70 second electrode 100 light emitting element

본 발명은 양자점 활성층을 이용한 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기물 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자를 양자점 활성층으로 하는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting device using a quantum dot active layer and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting device using metal oxide nanoparticles spontaneously formed in an organic material as a quantum dot active layer and a method of manufacturing the same.

양자점은 나노 크기의 반도체 물질로서 양자 포획(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭(band gap)에 따른 에너지를 방출하게 된다. 따라서 양자점의 크기를 조절하게 되면 해당 밴드갭 을 조절할 수 있게 되어 다양한 파장대의 에너지(즉, 가시광 영역인 경우는 빛)를 얻을 수 있게 된다. Quantum dots are nanoscale semiconductor materials that exhibit quantum confinement effects. When the quantum dot receives light from an excitation source and reaches an energy excited state, the quantum dot emits energy according to a corresponding energy band gap. Therefore, when the size of the quantum dot is adjusted, the corresponding band gap can be adjusted to obtain energy of various wavelength bands (that is, light in the visible light region).

기존의 나노 입자를 양자점으로 이용하는 발광 소자는 반도체 물질을 사용했을 경우 SiO2 안에 Si 나노 결정을 형성하여 발광 소자를 제작하였다. 이 방법은 SiO2 절연체 안에 Si 나노 결정을 이온 주입 방법으로 형성하고 소자 양단에 고전압을 인가하여 생성된 높은 에너지의 전자로 충돌 이온화를 일으키고 이렇게 생성된 전자와 정공이 다시 결합하여 발광하는 방식이다. 따라서 기존의 반도체 생산 공정을 그대로 사용할 수 있으며, 물질 특성상 발광이 어려운 Si 소자에서 발광을 일 으키게 할 수 있다. As a light emitting device using conventional nanoparticles as a quantum dot, a light emitting device was manufactured by forming Si nanocrystals in SiO 2 using a semiconductor material. In this method, Si nanocrystals are formed in an SiO 2 insulator by ion implantation, and high-voltage electrons are generated across the device to impingement ionization with high-energy electrons. Therefore, the existing semiconductor production process can be used as it is, and due to the characteristics of the material can cause light emission in the Si device difficult to emit light.

그런데, SiO2 절연체에 삽입된 Si 나노 결정을 이용한 발광 소자의 경우, 소자 제작에 이온 주입 및 열처리에 필요한 고가의 공정 장비와 공정 과정이 필요하게 되고, 소자 동작시 열전자에 의한 충돌 이온화를 위해 높은 전압이 필요하다. 또한, 여기서 발생하는 높은 에너지의 전자로 인해 시간이 지남에 따라 Si 나노 입자와 SiO2 절연막의 특성이 악화되고, 이로 인해 소자의 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 기존의 SiO2 절연체에 삽입된 Si 나노 결정을 발광 소자에 사용할 경우 제조 비용이 높으며 생산 효율이 떨어지고 소자의 수명이 짧게 된다. However, in the case of a light emitting device using Si nanocrystals embedded in an SiO 2 insulator, expensive device and process for ion implantation and heat treatment are required for device fabrication, and high efficiency for collision ionization by hot electrons during device operation is required. Voltage is required. In addition, the characteristics of the Si nanoparticles and the SiO 2 insulating film deteriorate with time due to the high energy electrons generated therein, which causes a problem that the luminous efficiency of the device is lowered. Therefore, when the Si nanocrystals inserted into the existing SiO 2 insulator are used in the light emitting device, the manufacturing cost is high, the production efficiency is low, and the life of the device is shortened.

기존 반도체 발광 소자 대체 기술로, 고분자 박막 내부에 나노 입자를 형성하고 양단에 교류 전원을 인가하여 구성하는 발광 소자가 제안되어 있다. 이 소자는 제작이 간단하고 대량 생산에 적합하며, 외부 환경에 강한 절연성 고분자를 사용하여 수명이 길고 그 제작 비용이 저렴한 장점이 있다. As a technology for replacing an existing semiconductor light emitting device, a light emitting device that forms nanoparticles inside a polymer thin film and applies AC power to both ends thereof has been proposed. The device is simple to manufacture, suitable for mass production, and has an advantage of long life and low manufacturing cost by using an insulating polymer that is resistant to external environments.

그러나 소자 제작에 절연성 고분자만을 사용하기 때문에 소자 구동에 있어 비교적 높은 전압이 필요하며, 외부로부터의 정공과 전자의 주입이 없기 때문에 나노 입자 내부에서부터 교류 전압을 인가하여 자체적인 이온 충돌화가 일어나야 한다. 그러나 나노 입자 자체의 크기가 매우 작아서 실질적으로 나노 입자에 걸리는 전계는 외부 전압에 비해 크지 않기 때문에 발광을 위해서는 소자 양단의 인가하는 교류 전압이 높아야 한다. 따라서 소자에 고전압의 교류 전원을 인가해야 하기 때문에 현재의 저전압 추세에 소자를 맞출 수 없고, 현재의 직류를 사용하는 기존의 발광 소자 구동회로와는 맞지 않으며, 충돌 이온화로 인한 높은 에너지의 정공과 전자에 의한 고분자 자체의 특성 저하를 유발할 위험성이 있다. 또한, 인가되는 높은 전압에 의한 절연성 고분자의 절연 특성이 파괴되는 현상이 발생하여 소자 자체를 더 이상 사용하지 못할 가능성을 가지고 있다. However, because only the insulating polymer is used to fabricate the device, a relatively high voltage is required to drive the device, and since there is no injection of holes and electrons from the outside, the ion collision must occur by applying an alternating voltage from inside the nanoparticle. However, since the size of the nanoparticles themselves is so small that the electric field actually applied to the nanoparticles is not large compared to the external voltage, the alternating voltage applied across the device must be high for light emission. Therefore, it is impossible to match the device to the current low voltage trend because high voltage AC power must be applied to the device, and it is not compatible with the existing light emitting device driving circuit using the current DC, and high energy holes and electrons due to collision ionization There is a risk of causing degradation of the polymer itself. In addition, the phenomenon that the insulating properties of the insulating polymer due to the applied high voltage is destroyed, there is a possibility that the device itself can no longer be used.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 낮은 직류 전압에 의해서 고효율로 구동되는 유기물 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an organic light emitting device that is driven with high efficiency by a low DC voltage and a method of manufacturing the same.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성되고 고분자 박막 내의 금속 산화물 나노 입자로 구성된 양자점 활성층; 상기 양자점 활성층 상에 형성된 전도성 고분자층; 및 상기 전도성 고분자층 상에 형성된 제2 전극을 포함하고, 직류 전원을 사용하여 작동되는 것이다.The light emitting device according to the present invention for achieving the above technical problem, the substrate; A first electrode formed on the substrate; A quantum dot active layer formed on the first electrode and composed of metal oxide nanoparticles in the polymer thin film; A conductive polymer layer formed on the quantum dot active layer; And a second electrode formed on the conductive polymer layer, and is operated using a direct current power source.

상기 고분자 박막은 폴리이미드 박막임이 바람직하고, 상기 금속 산화물은 아연 산화물, 구리 산화물, 철 산화물, 카드뮴 산화물, 코발트 산화물, 비스무스 산화물, 니켈 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. Preferably, the polymer thin film is a polyimide thin film, and the metal oxide is selected from the group consisting of zinc oxide, copper oxide, iron oxide, cadmium oxide, cobalt oxide, bismuth oxide, nickel oxide, indium oxide, tin oxide, and combinations thereof. It can be either.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 소자 제조방법은, (a)기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; (b)상기 제1 전극 상에 고분자 박막 내의 금속 산화물 나노 입자로 구성된 양자점 활성층을 형성하는 단계; (c)상기 양자점 활성층 상에 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및 (d)상기 전도성 고분자층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting device manufacturing method including: (a) forming a first electrode on a substrate; (b) forming a quantum dot active layer composed of metal oxide nanoparticles in the polymer thin film on the first electrode; (c) forming a conductive polymer layer on the quantum dot active layer; And (d) forming a second electrode on the conductive polymer layer.

상기의 방법에 있어서, 상기 (b) 단계는, 절연체 고분자 단량체를 포함하는 산성 전구체를 용매에 녹인 원료를 준비하여 상기 제1 전극 위에 스핀 코팅하여 1차 산성 전구체막을 형성하는 단계; 상기 1차 산성 전구체막 위에 금속 박막을 형성하는 단계; 상기 금속 박막 위에 상기 원료를 다시 스핀 코팅하여 2차 산성 전구체막을 형성하는 단계; 및 상기 1차 및 2차 산성 전구체막에 열을 가하여 상기 산성 전구체의 경화로부터 상기 고분자 박막을 형성하는 동시에 상기 금속 박막으로부터 자발 형성된 상기 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In the above method, the step (b) comprises the steps of: preparing a raw material in which the acidic precursor containing the insulator polymer monomer is dissolved in a solvent and spin coating the first electrode to form a primary acidic precursor film; Forming a metal thin film on the primary acidic precursor film; Spin coating the raw material again on the metal thin film to form a secondary acidic precursor film; And applying heat to the primary and secondary acidic precursor films to form the polymer thin film from the curing of the acidic precursor, and simultaneously forming the metal oxide nanoparticles spontaneously formed from the metal thin film.

상기 (c) 단계는 클로로포름을 용매로 사용하는 MEH-PPV(2,5-bis-(chloromethyl)-1-methoxy-4-(2-ethylhexyloxy)benzene) 층을 스핀 코팅으로 형성한 후 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. In step (c), the solvent is removed after forming a MEH-PPV (2,5-bis- (chloromethyl) -1-methoxy-4- (2-ethylhexyloxy) benzene) layer using chloroform as a solvent by spin coating. It may include the step.

상기 산성 전구체는 카르복실기를 포함하는 산성 전구체임이 바람직하다. 더욱 바람직하기로, 상기 (b) 단계는, NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 용매로 사용하는 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA)형의 폴리아믹산(polyamic acid)을 상기 제1 전극 위에 스핀 코팅하여 1차 폴리아믹산막을 형성하는 단계; 상기 1차 폴리아믹산막 위에 Cu 또는 Zn 박막을 형성하는 단계; 상기 Cu 또는 Zn 박막 위에 상기 폴리아믹산을 다시 스핀 코팅하여 2차 폴리아믹산막을 형성하는 단계; 및 상기 1차 및 2차 폴리아믹산막에 열을 가하여 상기 폴리아믹산의 경화로부터 폴리이미드로 된 상기 고분자 박막을 형성하는 동시에 상기 Cu 또 는 Zn 박막으로부터 자발 형성된 Cu2O 또는 ZnO의 나노 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 경화를 위해 N2 환경, 300-400℃의 열을 가하는 것이 바람직하다.The acidic precursor is preferably an acidic precursor containing a carboxyl group. More preferably, in the step (b), the polyamic acid of type Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine (BPDA-PDA) using NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone) as a solvent may be used. Spin coating on the electrode to form a primary polyamic acid film; Forming a Cu or Zn thin film on the primary polyamic acid film; Spin coating the polyamic acid on the Cu or Zn thin film to form a secondary polyamic acid film; And applying heat to the primary and secondary polyamic acid films to form the polymer thin film of polyimide from curing of the polyamic acid and simultaneously form nanoparticles of Cu 2 O or ZnO spontaneously formed from the Cu or Zn thin film. It includes a step. At this time, it is preferable to apply heat of N 2 environment, 300-400 ℃ for the curing.

이와 같이, 본 발명에서는 스핀 코팅과 열처리와 같은 간단한 방법으로 폴리이미드 박막 안에 자발 형성된 Cu2O 또는 ZnO 나노 입자 등을 형성할 수 있고, 전자 주입을 위한 전도성 고분자층이 추가로 존재하기 때문에 제1 및 제2 전극에서 각각 정공과 전자가 나노 입자로 주입되는 구조이다. 따라서, 교류가 아닌 직류 전원을 사용하며, 기존의 소자와 같이 고전압이 필요없이 낮은 크기의 직류 전압만으로도 나노 입자 안에서 재결합을 통해 발광이 이루어진다. 따라서, 충돌 이온화를 위한 높은 전압이 필요 없게 되며 이에 따라, 높은 에너지의 전자와 정공 또한 발생하지 않기 때문에 발광시 절연층의 손상이 없이 저비용으로 장시간의 수명을 가진 새로운 발광 소자를 제작할 수 있다. As described above, in the present invention, Cu 2 O or ZnO nanoparticles may be spontaneously formed in the polyimide thin film by a simple method such as spin coating and heat treatment, and since the conductive polymer layer for electron injection is further present, And holes and electrons are injected into the nanoparticles, respectively, in the second electrode. Therefore, it uses a DC power source, not AC, and emits light through recombination in the nanoparticles even with a low DC voltage without requiring a high voltage as in a conventional device. Therefore, a high voltage for collision ionization is not required, and thus high energy electrons and holes are not generated. Accordingly, a new light emitting device having a long life can be manufactured at low cost without damaging the insulating layer during light emission.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the method according to the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

(실시예)(Example)

발광 소자의 구조Light emitting device structure

도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 개략도이다. 1 is a schematic view of a light emitting device according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 소자(100)는 기판(10), 제1 전극(20), 양자점 활성층(50), 전도성 고분자층(60) 및 제2 전극(70)이 적층된 구조를 가진다. 바람직하기로는, 기판(10) / 제1 전극(20) / 양자점 활성층(50) / 전도성 고분자층 / 제2 전극(70)의 구조가 투명 기판 / ITO 전극 / 폴리이미드 박막과 폴리이미드 박막 내에 자발 형성된 Cu2O나 ZnO 나노 입자 / MEH-PPV(2,5-bis-(chloromethyl)-1-methoxy-4-(2-ethylhexyloxy)benzene) 층 / Al 전극의 구조를 가져, 발광을 보는 쪽이 기판(10)인 후면 발광형(bottom emission)이다. 그러나 물론, 발광 소자(100)는 발광을 보는 쪽이 제2 전극(70)인 전면 발광형(top-emission)의 구조일 수도 있다. Referring to FIG. 1, the light emitting device 100 according to the present invention includes a substrate 10, a first electrode 20, a quantum dot active layer 50, a conductive polymer layer 60, and a second electrode 70 stacked thereon. It has a structure. Preferably, the structure of the substrate 10 / first electrode 20 / quantum dot active layer 50 / conductive polymer layer / second electrode 70 is spontaneous within the transparent substrate / ITO electrode / polyimide thin film and polyimide thin film The formed Cu 2 O or ZnO nanoparticles / MEH-PPV (2,5-bis- (chloromethyl) -1-methoxy-4- (2-ethylhexyloxy) benzene) layer / Al electrode have the structure of the light emitting side The substrate 10 is a bottom emission type. However, of course, the light emitting device 100 may have a top-emission structure in which light emission is the second electrode 70.

기판(10)의 두께는 대략 1 mm 이하이며 종류는 특별히 한정되지 않고 다양하게 가능하다. 예컨대 후면 발광형이면 투명한 기판으로서 유리 기판, 플라스틱 기판이고, 전면 발광형이면 실리콘 기판이나 금속 호일과 같은 불투명한 기판이다. The thickness of the board | substrate 10 is about 1 mm or less, and a kind is not specifically limited, It is variously possible. For example, the bottom emission type is a transparent substrate as a glass substrate or a plastic substrate. The top emission type is an opaque substrate such as a silicon substrate or a metal foil.

기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20)은 정공 주입을 위한 전극(양극)으로서, 일함수(work function)가 높고, 후면 발광형인 경우 발광된 빛이 소자 밖으로 나올 수 있도록 투명 금속 산화물을 사용하며, 가장 널리 사용되는 재료는 ITO(Indium Tin Oxide)로써 두께는 약 50 내지 200nm 정도일 수 있다. ITO의 경우 광학적 투명성(optical transparency)에 대한 장점을 가지는 반면, 제어가 쉽지 않을 수 있다. 따라서 최근, 주위에 대한 안정성면에서 장점을 보이는 PT(polythiophene) 등 을 포함한 화학적-도핑(chemically-doping)된 공액 고분자(conjugated polymer)들의 사용이 고려되기도 한다. The first electrode 20 formed on the substrate 10 is an electrode (anode) for hole injection, and has a high work function and a transparent metal oxide so that the emitted light can come out of the device in the case of a back emission type. The most widely used material is indium tin oxide (ITO), which may have a thickness of about 50 to 200 nm. While ITO has the advantage of optical transparency, it may not be easy to control. Therefore, in recent years, the use of chemically-doped conjugated polymers, including PT (polythiophene) that has an advantage in the stability to the environment has been considered.

양자점 활성층(50)은 제1 전극(20) 상에 형성되고 고분자 박막(30) 내의 금속 산화물 나노 입자(40)로 구성되어 있다. 고분자 박막(30)은 정공 수송층의 역할을 하며, 다이아민(diamine) 유도체인 TPD, 광전도성 고분자인 poly(9-vinylcarbazole)을 사용할 수도 있으나, 폴리이미드 박막인 것이 바람직하다. 발광층의 역할을 하는 나노 입자(40)는 그 성분인 금속 산화물이 아연 산화물, 구리 산화물, 철 산화물, 카드뮴 산화물, 코발트 산화물, 비스무스 산화물, 니켈 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 특히 바람직하기로는 아연 산화물(ZnO) 또는 구리 산화물(Cu2O)이다. The quantum dot active layer 50 is formed on the first electrode 20 and is composed of metal oxide nanoparticles 40 in the polymer thin film 30. The polymer thin film 30 serves as a hole transporting layer, and may use TPD, a diamine derivative, or poly (9-vinylcarbazole), a photoconductive polymer, but is preferably a polyimide thin film. The nanoparticles 40 serving as the light emitting layer are composed of zinc oxide, copper oxide, iron oxide, cadmium oxide, cobalt oxide, bismuth oxide, nickel oxide, indium oxide, tin oxide, and combinations thereof. It may be any one selected from, and particularly preferably zinc oxide (ZnO) or copper oxide (Cu 2 O).

양자점 활성층(50) 상에 형성된 전도성 고분자층(60)은 옥사디에졸(oxadiazole) 유도체 등을 사용할 수 있으며, 특히 MEH-PPV 층이 바람직하다. 전도성 고분자층(60)은 전자 수송층의 역할을 하여 전자의 주입을 더 활발하게 하고 직류 전압원을 사용하게 함으로써 발광 효율을 높일 수 있다. As the conductive polymer layer 60 formed on the quantum dot active layer 50, an oxadiazole derivative or the like may be used, and a MEH-PPV layer is particularly preferable. The conductive polymer layer 60 may act as an electron transport layer to more actively inject electrons and use a DC voltage source to increase luminous efficiency.

전도성 고분자층(60) 상에 형성된 제2 전극(70)은 전자 주입을 위한 전극(음극)으로서, 후면 발광형인 경우, 제2 전극(70)은 작은 일함수를 갖는 금속인 Ca, Mg, Al 등이 사용된다. (반대로, 전면 발광형인 경우 제2 전극(70)이 투명 전극이다.) 이러한, 일함수가 낮은 금속을 전자 주입 전극으로 사용하는 이유는 제2 전 극(70)과 고분자 박막(30) 사이에 형성되는 배리어(barrier)를 낮춤으로써 전자 주입에 있어 높은 전류 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. The second electrode 70 formed on the conductive polymer layer 60 is an electrode (cathode) for electron injection. In case of the bottom emission type, the second electrode 70 is a metal having a small work function of Ca, Mg, and Al. Etc. are used. (On the contrary, in the case of the top emission type, the second electrode 70 is a transparent electrode.) The reason why the metal having the low work function is used as the electron injection electrode is that between the second electrode 70 and the polymer thin film 30. This is because a high current density can be obtained in electron injection by lowering a barrier formed.

이러한 발광 소자(100)에 있어서, 제1 전극(20)은 고분자 박막(30)을 통해 정공을 나노 입자(40)에 주입시켜 주고, 제2 전극(70)은 전도성 고분자층(60)을 통해 나노 입자(40)에 전자를 주입시켜 줌으로써, 나노 입자(40)에서 전자-정공이 쌍을 이루고 있다가 재결합되면서 에너지를 방사함으로써 빛이 방출되는 것이다. In the light emitting device 100, the first electrode 20 injects holes into the nanoparticles 40 through the polymer thin film 30, and the second electrode 70 is formed through the conductive polymer layer 60. By injecting electrons into the nanoparticles 40, electron-holes are paired in the nanoparticles 40, and light is emitted by emitting energy as they recombine.

이와 같이, 고분자 박막(30) - 전도성 고분자층(60) 조합은 정공 수송층 - 전자 수송층 조합이 되어 양자 효율을 높이고, 캐리어들이 직접 주입되지 않고 수송층 통과의 2 단계 주입 과정을 통해 구동 전압을 낮출 수 있다. 아울러, 나노 입자(40)에 주입된 전자와 정공이 나노 입자(40)를 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반대편 수송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하다. 이를 통해 발광 효율을 향상시킬 수 있다.As such, the combination of the polymer thin film 30-the conductive polymer layer 60 becomes a hole transport layer-the electron transport layer combination to increase the quantum efficiency, and the driving voltage can be lowered through the two-step injection process through the transport layer without the carriers being directly injected. have. In addition, when the electrons and holes injected into the nanoparticles 40 are moved to the opposite electrode through the nanoparticles 40, the recombination is controlled by blocking the opposite transport layer. Through this, the luminous efficiency can be improved.

기존의 Si 나노 입자를 이용한 소자는 발광을 위해 SiO2 절연막 사이에 높은 전계를 걸어 발생한 높은 에너지의 전자를 발생시키고, 이 전자를 Si 나노 입자에 포획시켜 발광을 하였다. 또한 단일한 절연성 고분자만을 사용한 소자의 경우는 외부에서의 전자 및 정공의 유입이 전혀 없고 오직 소자 내부에서의 충돌 이온화를 통해 전자와 정공을 형성할 수 있기 때문에 이를 위해 외부에서 교류 전압을 인가해야 했다. 이러한 소자들은 전자 및 정공을 주입하거나 수송하는 층이 따로 존재하지 않기 때문에 발광을 위한 전자를 높은 직류 및 교류 전압에 의한 외부 전계에 의존해야 했다. 그러나 본 발명에서 제시하는 발광 소자는 이러한 전자와 정공을 외부로부터 직접 주입받기 때문에 낮은 전압에서도 발광을 할 수 있으며, 교류 전압이 필요하지 않다. Conventional devices using Si nanoparticles generate high energy electrons generated by applying a high electric field between SiO 2 insulating films to emit light, and trap the electrons on Si nanoparticles to emit light. In addition, in the case of a device using only a single insulating polymer, there is no inflow of electrons and holes from the outside, and only electrons and holes can be formed through collision ionization inside the device. . Since these devices do not have a separate layer for injecting or transporting electrons and holes, electrons for light emission have to be dependent on an external electric field caused by high DC and AC voltages. However, the light emitting device of the present invention can emit light even at low voltage because the electrons and holes are directly injected from the outside, and no AC voltage is required.

발광 소자 제조방법Light emitting device manufacturing method

다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 발광 소자 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. Next, a method of manufacturing a light emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

(단계 S1) 기판(10) 위에 제1 전극(20)을 형성한다. 예컨대, 스퍼터링 공정을 사용하여 ITO 전극을 증착한다. (Step S1) The first electrode 20 is formed on the substrate 10. For example, a ITO electrode is deposited using a sputtering process.

(단계 S2) 제1 전극(10) 상에 양자점 활성층(50)을 형성한다. 양자점 활성층(50)은 고분자 박막(30) 내의 금속 산화물 나노 입자(40)로 구성된 것이다.(Step S2) The quantum dot active layer 50 is formed on the first electrode 10. The quantum dot active layer 50 is composed of the metal oxide nanoparticles 40 in the polymer thin film 30.

구체적으로는 다음의 단계를 따라 양자점 활성층(50)을 형성할 수 있다. Specifically, the quantum dot active layer 50 may be formed by the following steps.

먼저, 절연체 고분자 단량체를 포함하는 산성 전구체를 용매에 녹인 원료를 준비하여, 제1 전극(20) 위에 스핀 코팅함으로써 1차 산성 전구체막을 형성한다(단계 S2-1). 용매는 전구체의 종류에 따라 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 물, N-디메틸아세트아미드, 디글림(diglyme) 중의 어느 하나를 선택할 수 있다.First, a raw material in which an acidic precursor containing an insulator polymer monomer is dissolved in a solvent is prepared, and a primary acidic precursor film is formed by spin coating on the first electrode 20 (step S2-1). The solvent may be selected from any one of NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), water, N-dimethylacetamide, and diglyme according to the kind of precursor.

바람직하기로, 산성 전구체는 카르복실기를 포함하는 산성 전구체를 사용한다. 더욱 바람직하기로, 산성 전구체는 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 용매로 사용하는 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산(polyamic acid)을 사용한다. 용매의 농도와 스핀 코팅의 회전수(rpm) 및 회전 시간을 조절함으로써, 증착되는 1차 산성 전구체막의 두께를 조절할 수 있 으며, 예컨대 50 nm 내외로 할 수 있다. Preferably, the acidic precursor uses an acidic precursor containing a carboxyl group. More preferably, the acidic precursor uses a polyamic acid of Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine (BPDA-PDA) type using NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone) as a solvent. By controlling the concentration of the solvent, the rotation speed (rpm) and the rotation time of the spin coating, the thickness of the deposited primary acidic precursor film can be controlled, for example, about 50 nm.

스핀 코팅 후에는 열을 가하여 코팅된 1차 산성 전구체막으로부터 용매를 제거하는 단계를 거칠 수 있다. 예컨대 NMP와 폴리아믹산을 이용한 경우에는 135℃에서 30분간 열을 가해 용매인 NMP를 제거한다. After spin coating, heat may be applied to remove the solvent from the coated primary acidic precursor film. For example, when NMP and polyamic acid are used, heat is applied at 135 ° C. for 30 minutes to remove NMP as a solvent.

그런 다음, 1차 산성 전구체막 위에 금속 박막을 형성한다(단계 S2-2). 금속은 아연, 구리, 철, 카드뮴, 코발트, 비스무스, 니켈, 인듐, 주석 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 바람직하기로는 구리(Cu) 또는 아연(Zn)을 증착하여 박막을 형성한다. 금속 박막의 두께는 5 nm 정도로 할 수 있다. 증착하는 금속에 따라 증차하는 방법이 다르며, Cu는 열증착법(thermal evaporation)을 사용하고, Zn의 경우는 스퍼터링(sputtering) 공정을 사용한다.Then, a metal thin film is formed on the primary acidic precursor film (step S2-2). The metal may be any one selected from the group consisting of zinc, copper, iron, cadmium, cobalt, bismuth, nickel, indium, tin, and alloys thereof. Preferably, copper (Cu) or zinc (Zn) is deposited to form a thin film. The thickness of the metal thin film can be about 5 nm. The deposition method differs depending on the metal to be deposited, Cu uses thermal evaporation, and Zn uses a sputtering process.

다음으로, 금속 박막 위에 1차 산성 전구체막을 형성할 때와 동일한 방법을 적용하여 2차 산성 전구체막을 형성한다(단계 S2-3). 예컨대 NMP와 폴리아믹산을 이용하여 1차 산성 전구체막을 형성하였다면, 다시 NMP와 폴리아믹산을 이용하여 2차 산성 전구체막을 형성하고 열을 가해 용매를 제거하는 과정을 거친다. 이러한 과정에서 금속 박막은 산성 전구체막에 녹아 들어 이온 형태를 띠게 된다. Next, a secondary acidic precursor film is formed by applying the same method as that of forming the primary acidic precursor film on the metal thin film (step S2-3). For example, if the primary acidic precursor film is formed using NMP and polyamic acid, the secondary acidic precursor film is formed again using NMP and polyamic acid, and heat is removed to remove the solvent. In this process, the metal thin film is dissolved in an acidic precursor film to have an ionic form.

그런 다음, 1차 및 2차 산성 전구체막에 열을 가하여 산성 전구체의 경화로부터 고분자 박막(30)을 형성하는 동시에, 금속 박막으로부터 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자(40)를 형성함으로써 양자점 활성층(50)의 형성을 완료한다(단계 S2-4). Then, the quantum dot active layer 50 is formed by applying heat to the primary and secondary acidic precursor films to form the polymer thin film 30 from the curing of the acidic precursor, and simultaneously forming the metal oxide nanoparticles 40 spontaneously formed from the metal thin film. Is completed (step S2-4).

여기서, 1차 및 2차 산성 전구체막에 열을 가하기 전에 상온에서 소정 시간 보관하는 단계를 가질 수 있다. 경화 과정에서 금속 이온은 산소를 받아들여 금속 산화물 나노 입자가 된다. 이와 같은 경화 작용을 통하여, 본 발명에서는 손쉽게 고분자 박막(30) 내에 균일하게 분산된 고밀도 금속 산화물 나노 입자(40)를 형성할 수 있다. Here, the step of storing a predetermined time at room temperature before applying heat to the primary and secondary acidic precursor film. In the curing process, the metal ions take oxygen into the metal oxide nanoparticles. Through such a curing action, the present invention can easily form a high density metal oxide nanoparticles 40 uniformly dispersed in the polymer thin film 30.

NMP와 폴리아믹산을 이용하였다면 폴리아믹산의 경화로부터 폴리이미드로 된 고분자 박막(30)이 형성되며, 금속으로서 Cu 또는 Zn을 이용하였다면 Cu2O 또는 ZnO의 나노 입자(40)가 형성된다. 이 때의 경화를 위해서는 N2 환경, 300-400℃의 열, 더욱 바람직하게는 350℃에서 2 시간 동안 열을 가한다. If NMP and polyamic acid were used, the polymer thin film 30 made of polyimide is formed from curing of the polyamic acid. If Cu or Zn is used as the metal, nanoparticles 40 of Cu 2 O or ZnO are formed. For curing at this time, heat is applied for 2 hours in an N 2 environment, 300-400 ° C., more preferably 350 ° C.

이렇게 형성하는 나노 입자(40)는 형성 조건에 따라 그 크기와 밀도의 제어가 가능하므로 발광 영역을 조절할 수 있고 인가 전압에 따른 전하 포획 및 재결합률을 조절해 발광 효율을 높일 수 있다. Since the nanoparticles 40 formed as described above can be controlled in size and density according to formation conditions, the emission region can be controlled and the emission efficiency can be improved by adjusting the charge trapping and recombination rate according to the applied voltage.

(단계 S3) 위의 방법으로 형성한 양자점 활성층(50) 상에 전도성 고분자층(60)을 형성한다. 바람직하게는, 클로로포름을 용매로 사용하는 MEH-PPV을 스핀 코팅하여 층으로 형성한 후 135℃에서 30분간 열을 가해 용매를 제거한다. 1200 rpm으로 30초 동안 스핀 코팅하면 MEH-PPV 층은 70 nm 두께를 가진다. (Step S3) The conductive polymer layer 60 is formed on the quantum dot active layer 50 formed by the above method. Preferably, MEH-PPV using chloroform as a solvent is spin coated to form a layer, and then heat is applied at 135 ° C. for 30 minutes to remove the solvent. Spin coating for 30 seconds at 1200 rpm results in a MEH-PPV layer having a thickness of 70 nm.

(단계 S4) 전도성 고분자층(60) 상에 제2 전극(70)을 형성한다. 예컨대 Al을 열증착법을 통해 증착하여 형성한다.(Step S4) The second electrode 70 is formed on the conductive polymer layer 60. For example, Al is formed by vapor deposition.

이와 같이, 본 발명에 따른 발광 소자 제조방법에 따르면, 화학적 및 전기적 으로 안정된 절연성 고분자 박막(30) 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자(40)로 이루어진 양자점 활성층(50)을 매우 간단하게 형성할 수 있다. 또한 전체적으로 균일한 분포를 가지는 나노 입자(40)가 고분자 박막(30)으로 둘러싸여 있어 입자간의 응집현상 없이 크기나 밀도를 제어할 수 있으며 이에 따라 여러 가지 발광색 및 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 특히, 나노 입자(40)의 크기와 밀도는 경화를 위한 열처리 시간 및 용매와 산성 전구체와의 혼합비를 조절하여 변화시킬 수 있으며 이를 통해 나노 입자의 포획 및 재결합되는 전자와 정공의 개수 및 재결합률을 각각의 소자에 맞게 최적화함으로써 소자의 발광 세기 조절이 용이하다. As described above, according to the light emitting device manufacturing method according to the present invention, the quantum dot active layer 50 made of metal oxide nanoparticles 40 spontaneously formed in the chemically and electrically stable insulating polymer thin film 30 can be formed very simply. . In addition, since the nanoparticles 40 having a uniform distribution as a whole are surrounded by the polymer thin film 30, the size or density can be controlled without agglomeration between the particles, thereby obtaining various emission colors and high luminous efficiency. In particular, the size and density of the nanoparticles 40 may be changed by controlling the heat treatment time for curing and the mixing ratio of the solvent and the acidic precursor, and thus the number and recombination rate of electrons and holes that are captured and recombined by the nanoparticles may be changed. By optimizing for each device, it is easy to control the light emission intensity of the device.

(실험예)Experimental Example

앞에서 설명한 제조방법을 따라, 투명 기판에 ITO 전극을 증착한 후, NMP를 용매로 사용하는 BPDA-PDA 형의 폴리아믹산을 스핀 코팅하여 폴리아믹산막을 50 nm 정도 두께로 형성하였다. 그런 다음, 135℃에서 30분간 열을 가해 용매인 NMP를 제거하였다. 코팅된 폴리아믹산막 위에 Cu 또는 Zn을 5 nm 정도 증착하였다. 그런 다음, 폴리아믹산을 다시 스핀 코팅하여 50 nm 정도 두께의 폴리아믹산막을 추가로 형성하였다. 역시 135℃에서 30분간 열을 가해 용매인 NMP를 제거하였다. 상온에서 24 시간 보관한 후에 N2 환경, 350℃에서 2 시간 동안 열을 가하여 폴리아믹산을 경화시켜 폴리이미드를 얻고, 또 이와 동시에 Cu2O 또는 ZnO의 나노 입자를 형성하였다. After the ITO electrode was deposited on the transparent substrate according to the above-described manufacturing method, a polyamic acid film was formed to a thickness of about 50 nm by spin coating a BPDA-PDA type polyamic acid using NMP as a solvent. Then, heat was applied at 135 ° C. for 30 minutes to remove NMP as a solvent. About 5 nm of Cu or Zn was deposited on the coated polyamic acid film. Then, the polyamic acid was spin-coated again to further form a polyamic acid film having a thickness of about 50 nm. Heat was also applied at 135 ° C. for 30 minutes to remove NMP as a solvent. After storage at room temperature for 24 hours, heat was applied for 2 hours at 350 ° C. in an N 2 environment to cure the polyamic acid to obtain a polyimide, and at the same time, nanoparticles of Cu 2 O or ZnO were formed.

도 3a는 상기의 방법으로 제조된 폴리이미드 박막 내의 Cu2O 나노 입자를 투 과 전자 현미경(TEM)으로 촬영한 것으로, 평면 명시야상 사진이고, 도 3b는 상기의 방법으로 제조된 폴리이미드 박막 내의 ZnO 나노 입자의 평면 명시야상 사진이다.Figure 3a is a scanning electron microscope (TEM) of the Cu 2 O nanoparticles in the polyimide thin film prepared by the above method, a planar bright field image, Figure 3b is a polyimide thin film prepared by the method Plane bright field image of ZnO nanoparticles.

도 3a 및 도 3b에 따르면, 폴리이미드 박막 내에 Cu2O 또는 ZnO 나노 입자가 매우 고르게 분산되어 형성되었음을 확인할 수 있으며, 각 나노 입자의 크기는 5 ~ 10nm 이하인 것으로 확인된다. 3A and 3B, it can be confirmed that the Cu 2 O or ZnO nanoparticles are very evenly formed in the polyimide thin film, and the size of each nanoparticle is 5-10 nm or less.

발광 소자의 동작 원리Operating principle of light emitting device

본 발명에 따른 발광 소자의 작동 메카니즘을 에너지 대역도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation mechanism of the light emitting device according to the present invention will be described with reference to the energy band diagram.

도 4는 도 1의 발광 소자(100)의 평형상태, 즉 전압을 인가하지 않은 상태에서의 에너지 대역도(band diagram)이다. 여기서,FIG. 4 is an energy band diagram of the light emitting device 100 of FIG. 1, that is, a state in which no voltage is applied. here,

Ec: 나노 입자(40)의 전도대(conduction band)에서 가장 낮은 에너지 준위,E c : lowest energy level in the conduction band of the nanoparticles 40,

Ev: 나노 입자(40)의 가전자대(valence band)에서 가장 높은 에너지 준위,E v : the highest energy level in the valence band of the nanoparticle 40,

ELUMO: 고분자 박막(30) 내의 전자가 비어 있는 가장 낮은 에너지 준위,E LUMO : lowest energy level with empty electrons in the polymer thin film 30,

EHOMO: 고분자 박막(30) 내의 전자가 채워져 있는 가장 높은 에너지 준위,E HOMO : the highest energy level filled with electrons in the polymer thin film 30,

EF: 각 전극(20, 70)의 페르미 준위(Fermi level)이다. E F : Fermi level of each electrode 20, 70.

도 4를 참조하면, 제1 전극(20)이 정공을, 제2 전극(70)이 전자를 소자에 주입하게 된다. 제1 전극(20)의 바람직한 물질인 ITO와 고분자 박막(30)의 바람직한 물질인 폴리이미드는 정공에 대한 에너지 배리어가 더 낮기 때문에 제1 전극(20)에 서 고분자 박막(30)으로는 정공이 주입되며, 고분자 박막(30)은 정공 수송층의 역할을 하게 된다. 반대로, 제2 전극(70)의 바람직한 물질인 Al과 전도성 고분자층(60)의 바람직한 물질인 MEH-PPV는 전자에 대한 에너지 배리어가 정공보다 더 낮기 때문에 제2 전극(70)에서 전도성 고분자층(60)으로는 전자가 주입되며, 전도성 고분자층(60)은 전자 수송층의 역할을 하게 된다. Referring to FIG. 4, holes are injected by the first electrode 20 and electrons are injected by the second electrode 70 into the device. Since ITO, which is a preferred material of the first electrode 20, and polyimide, which is a preferred material of the polymer thin film 30, have a lower energy barrier to holes, holes may be removed from the first electrode 20 to the polymer thin film 30. Injected, the polymer thin film 30 serves as a hole transport layer. On the contrary, Al, which is a preferred material of the second electrode 70, and MEH-PPV, which is a preferred material of the conductive polymer layer 60, have a conductive polymer layer (at the second electrode 70) because the energy barrier to electrons is lower than that of holes. 60, electrons are injected, and the conductive polymer layer 60 serves as an electron transport layer.

도 5는 도 1의 발광 소자(100)의 외부에서 전계를 인가할 때 소자 동작에 대한 소자 구조도이다.FIG. 5 is a device structure diagram of device operation when an electric field is applied outside the light emitting device 100 of FIG. 1.

도 5에서와 같이 제1 전극(20)에 + 전압을, 제2 전극(70)에 - 전압을 인가한다. 제1 전극(20)으로부터 주입된 정공은 고분자 박막(30)을 지나, 고분자 박막(30) 내부에 형성되어 있는 나노 입자(40)에 포획된다. 제2 전극(70)으로부터 주입된 전자는 전도성 고분자층(60)을 지나 고분자 박막(30)으로 주입된다. 전도성 고분자층(60)과 고분자 박막(30)의 전자의 에너지 배리어의 차이는 제2 전극(70)과 고분자 박막(30)의 경우보다 낮기 때문에 전자는 쉽게 고분자 박막(30)으로 주입되어 나노 입자(40)에 포획된다.As shown in FIG. 5, a positive voltage is applied to the first electrode 20 and a negative voltage is applied to the second electrode 70. Holes injected from the first electrode 20 pass through the polymer thin film 30 and are trapped by the nanoparticles 40 formed in the polymer thin film 30. Electrons injected from the second electrode 70 are injected into the polymer thin film 30 through the conductive polymer layer 60. Since the difference in the energy barrier of the electrons of the conductive polymer layer 60 and the polymer thin film 30 is lower than that of the second electrode 70 and the polymer thin film 30, the electrons are easily injected into the polymer thin film 30 and thus the nanoparticles. Captured at 40.

도 6은 이렇게 전압이 인가될 때에 소자 동작에 대한 에너지 대역도이다. 6 is an energy band diagram for device operation when a voltage is thus applied.

도 6을 참조하면, 양 전극(20, 70)으로부터 주입된 전자와 정공은 나노 입자(40)에 각각 포획되고, 그 안에서 전자-정공 재결합을 하게 된다. 발생된 빛은 도 5에 "발광"으로 표기한 바와 같이, 제1 전극(20) 및 기판(10)을 통해 외부로 방출된다. 방출되는 빛은 고분자 박막(30) 내부에 형성되어 있는 나노 입자(40)의 금지대역만큼의 에너지에 해당하는 파장을 갖는다. Referring to FIG. 6, electrons and holes injected from both electrodes 20 and 70 are trapped in the nanoparticles 40, respectively, and undergo electron-hole recombination therein. The generated light is emitted to the outside through the first electrode 20 and the substrate 10, as indicated in FIG. 5. The emitted light has a wavelength corresponding to the energy of the forbidden band of the nanoparticles 40 formed in the polymer thin film 30.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments and experimental examples, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications of the present invention may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is obvious that modifications are possible.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전자 수송층으로 작용하는 전도성 고분자층과 발광층으로 작용하는 고분자 박막 내에 자발 형성된 나노 입자들로 구성된 고효율 발광 소자 및 그 제조방법을 제안하다. As described above, the present invention proposes a high-efficiency light emitting device composed of nanoparticles formed spontaneously in a conductive polymer layer serving as an electron transporting layer and a polymer thin film serving as a light emitting layer, and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 발광 소자는 전도성 고분자를 사용하여 전자 수송층을 따로 형성해줌으로써 기존의 높은 직류 전압을 필요로 하는 SiO2 박막 안에 형성된 Si 나노 입자를 사용하는 발광 소자 및 단층의 절연성 고분자만을 사용한 구조에서 발광을 위해 높은 교류 전압을 인가해야 하는 발광 소자와는 달리 전자와 정공이 양 전극으로부터 직접 주입되므로 상대적으로 낮은 전압의 직류 전원을 사용할 수 있다.The light emitting device according to the present invention forms a separate electron transport layer using a conductive polymer to emit light in a structure using only a single layer insulating polymer and a light emitting device using Si nanoparticles formed in a conventional SiO 2 thin film requiring a high DC voltage. Unlike light emitting devices that require a high alternating current voltage to be applied, electrons and holes are injected directly from both electrodes, so a relatively low voltage DC power supply can be used.

또한 기존의 소자에서 나타나는 높은 에너지를 가진 전자에 의한 충돌 이온화가 없기 때문에 이로 인한 소자의 특성 저하가 없어 소자의 수명 또한 연장할 수 있으며, 보다 높은 발광 효율을 위해 전도성 고분자와 금속 전극을 소자 특성에 맞추어 최적화시키는 것이 가능하다. 따라서, 사용시간이 지남에 따른 절연막의 특성 저하가 없는 고효율, 장수명 및 저소비전력 발광 소자를 얻을 수 있다. In addition, since there is no collision ionization by high energy electrons in the existing devices, there is no deterioration of the device characteristics, thereby extending the life of the device. It is possible to optimize accordingly. Therefore, a high efficiency, long life and low power consumption light emitting device can be obtained without deteriorating the characteristics of the insulating film over time of use.

본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 화학적 및 전기적으로 안정된 절연성 고분자 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자로 이루어진 양자점 활성층을 매우 간단하게 형성할 수 있다. 또한 전체적으로 균일한 분포를 가지는 나노 입자들이 고분자 박막으로 둘러 쌓여있어 결정체의 응집현상 없이 나노 입자의 크기나 밀도를 제어할 수 있으며 이를 발광 소자에 이용함으로써 여러 가지 발광색 및 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 고효율 OLED 및 이를 활용한 영상표시장치로 휴대전화의 액정화면 대체, 모니터, 텔레비전, 전광판을 비롯한 대형 영상표시장치, 그리고 조명장치에 사용 가능하다. According to the production method according to the present invention, it is possible to very easily form a quantum dot active layer made of metal oxide nanoparticles spontaneously formed in a chemically and electrically stable insulating polymer thin film. In addition, nanoparticles having a uniform distribution as a whole are surrounded by a polymer thin film so that the size and density of nanoparticles can be controlled without agglomeration of crystals and various light emission colors and high luminous efficiency can be obtained by using them in light emitting devices. Therefore, the high efficiency OLED and the image display device using the same can be used in the liquid crystal screen replacement of a mobile phone, a large image display device including a monitor, a television, an electronic display, and an illumination device.

고분자 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자의 크기와 밀도는 열처리 시간 및 용매, 전구체와의 혼합비를 조절하여 변화시킬 수 있으며 이를 통해 나노 입자의 포획 및 재결합되는 전자와 정공의 개수 및 재결합율을 각각의 화합물 반도체에 최적화함으로써 발광 소자의 발광 세기 조절이 용이하다. The size and density of the metal oxide nanoparticles spontaneously formed in the polymer thin film can be changed by controlling the heat treatment time, the mixing ratio with the solvent and the precursor. By optimizing for the compound semiconductor, it is easy to control the light emission intensity of the light emitting device.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a)기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; (a) forming a first electrode on the substrate; (b)상기 제1 전극 상에 고분자 박막 내의 금속 산화물 나노 입자로 구성된 양자점 활성층을 형성하는 단계;(b) forming a quantum dot active layer composed of metal oxide nanoparticles in the polymer thin film on the first electrode; (c)상기 양자점 활성층 상에 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및(c) forming a conductive polymer layer on the quantum dot active layer; And (d)상기 전도성 고분자층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,(d) forming a second electrode on the conductive polymer layer, 상기 (b) 단계는,In step (b), 절연체 고분자 단량체를 포함하는 산성 전구체를 용매에 녹인 원료를 준비하여 상기 제1 전극 위에 스핀 코팅하여 1차 산성 전구체막을 형성하는 단계; Preparing a raw material in which an acidic precursor including an insulator polymer monomer is dissolved in a solvent and spin coating the first electrode to form a primary acidic precursor film; 상기 1차 산성 전구체막 위에 금속 박막을 형성하는 단계;Forming a metal thin film on the primary acidic precursor film; 상기 금속 박막 위에 상기 원료를 다시 스핀 코팅하여 2차 산성 전구체막을 형성하는 단계; 및Spin coating the raw material again on the metal thin film to form a secondary acidic precursor film; And 상기 1차 및 2차 산성 전구체막에 열을 가하여 상기 산성 전구체의 경화로부터 상기 고분자 박막을 형성하는 동시에 상기 금속 박막으로부터 자발 형성된 상기 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.And applying heat to the primary and secondary acidic precursor films to form the polymer thin film from curing of the acidic precursor and simultaneously forming the metal oxide nanoparticles spontaneously formed from the metal thin film. Manufacturing method. 제5항에 있어서, 상기 고분자 박막은 폴리이미드 박막임을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.The method of claim 5, wherein the polymer thin film is a polyimide thin film. 제5항에 있어서, 상기 금속이 아연, 구리, 철, 카드뮴, 코발트, 비스무스, 니켈, 인듐, 주석 및 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.The method of claim 5, wherein the metal is any one selected from the group consisting of zinc, copper, iron, cadmium, cobalt, bismuth, nickel, indium, tin, and alloys thereof. 제5항에 있어서, 상기 산성 전구체는 카르복실기를 포함하는 산성 전구체임을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.The method of claim 5, wherein the acidic precursor is an acidic precursor containing a carboxyl group. (a)기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; (a) forming a first electrode on the substrate; (b)상기 제1 전극 상에 고분자 박막 내의 금속 산화물 나노 입자로 구성된 양자점 활성층을 형성하는 단계;(b) forming a quantum dot active layer composed of metal oxide nanoparticles in the polymer thin film on the first electrode; (c)상기 양자점 활성층 상에 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및(c) forming a conductive polymer layer on the quantum dot active layer; And (d)상기 전도성 고분자층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,(d) forming a second electrode on the conductive polymer layer, 상기 (b) 단계는,In step (b), NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 용매로 사용하는 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA)형의 폴리아믹산(polyamic acid)을 상기 제1 전극 위에 스핀 코팅하여 1차 폴리아믹산막을 형성하는 단계; Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine (BPDA-PDA) type polyamic acid using NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone) as a solvent is spin coated on the first electrode to form a primary polyamic acid film. Doing; 상기 1차 폴리아믹산막 위에 Cu 또는 Zn 박막을 형성하는 단계;Forming a Cu or Zn thin film on the primary polyamic acid film; 상기 Cu 또는 Zn 박막 위에 상기 폴리아믹산을 다시 스핀 코팅하여 2차 폴리아믹산막을 형성하는 단계; 및 Spin coating the polyamic acid on the Cu or Zn thin film to form a secondary polyamic acid film; And 상기 1차 및 2차 폴리아믹산막에 열을 가하여 상기 폴리아믹산의 경화로부터 폴리이미드로 된 상기 고분자 박막을 형성하는 동시에 상기 Cu 또는 Zn 박막으로부터 자발 형성된 Cu2O 또는 ZnO의 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.Applying heat to the primary and secondary polyamic acid films to form the polymer thin film of polyimide from curing of the polyamic acid and simultaneously form nanoparticles of Cu 2 O or ZnO spontaneously formed from the Cu or Zn thin film Light emitting device manufacturing method comprising a. 제9항에 있어서, 상기 경화를 위해 N2 환경, 300-400℃의 열을 가하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법. The method of claim 9, wherein the N 2 environment, 300-400 ℃ heat is applied to the curing method. 제5항 또는 제9항에 있어서, 상기 (c) 단계는 클로로포름을 용매로 사용하는 MEH-PPV(2,5-bis-(chloromethyl)-1-methoxy-4-(2-ethylhexyloxy)benzene) 층을 스핀 코팅으로 형성한 후 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법. The method of claim 5 or 9, wherein the step (c) is a MEH-PPV (2,5-bis- (chloromethyl) -1-methoxy-4- (2-ethylhexyloxy) benzene) layer using chloroform as a solvent. Forming a spin coating to form a light emitting device comprising the step of removing the solvent.
KR1020070035029A 2007-04-10 2007-04-10 Electroluminescence device and method of fabricating the same KR100841575B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070035029A KR100841575B1 (en) 2007-04-10 2007-04-10 Electroluminescence device and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070035029A KR100841575B1 (en) 2007-04-10 2007-04-10 Electroluminescence device and method of fabricating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100841575B1 true KR100841575B1 (en) 2008-06-26

Family

ID=39772561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070035029A KR100841575B1 (en) 2007-04-10 2007-04-10 Electroluminescence device and method of fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100841575B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100095875A (en) * 2009-02-23 2010-09-01 삼성전자주식회사 Quantum dot light emitting device having quantum dot multilayer
KR101034059B1 (en) * 2010-01-15 2011-05-12 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device activating apparatus and method for activating a lighting emitting device using the same
KR20120089338A (en) * 2009-11-11 2012-08-09 큐디 비젼, 인크. Device including quantum dots
CN113948654A (en) * 2021-10-26 2022-01-18 湖南恒显坤光电科技有限公司 OLED device and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010029991A (en) * 1999-07-23 2001-04-16 이데이 노부유끼 Light emitting device, production method thereof, and light emitting apparatus and display unit using the same
KR20010068216A (en) * 2000-01-03 2001-07-23 조장연 GaN Semiconductor White Light Emitting Device
US6455870B1 (en) 1999-06-15 2002-09-24 Arima Optoelectronics Corporation Unipolar light emitting devices based on III-nitride semiconductor superlattices
KR20070035341A (en) * 2005-09-27 2007-03-30 삼성전자주식회사 Light emitting device including void passivation semiconductor nanocrystal layer and process for preparing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6455870B1 (en) 1999-06-15 2002-09-24 Arima Optoelectronics Corporation Unipolar light emitting devices based on III-nitride semiconductor superlattices
KR20010029991A (en) * 1999-07-23 2001-04-16 이데이 노부유끼 Light emitting device, production method thereof, and light emitting apparatus and display unit using the same
KR20010068216A (en) * 2000-01-03 2001-07-23 조장연 GaN Semiconductor White Light Emitting Device
KR20070035341A (en) * 2005-09-27 2007-03-30 삼성전자주식회사 Light emitting device including void passivation semiconductor nanocrystal layer and process for preparing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100095875A (en) * 2009-02-23 2010-09-01 삼성전자주식회사 Quantum dot light emitting device having quantum dot multilayer
KR101652789B1 (en) * 2009-02-23 2016-09-01 삼성전자주식회사 Quantum dot light emitting device having quantum dot multilayer
KR20120089338A (en) * 2009-11-11 2012-08-09 큐디 비젼, 인크. Device including quantum dots
KR101924080B1 (en) * 2009-11-11 2018-11-30 삼성 리서치 아메리카 인코포레이티드 Device including quantum dots
KR101034059B1 (en) * 2010-01-15 2011-05-12 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device activating apparatus and method for activating a lighting emitting device using the same
US8173463B2 (en) 2010-01-15 2012-05-08 Lg Innotek Co., Ltd. Method of fabricating a light emitting device with a p-type dopant
CN113948654A (en) * 2021-10-26 2022-01-18 湖南恒显坤光电科技有限公司 OLED device and preparation method thereof
CN113948654B (en) * 2021-10-26 2024-03-01 湖南恒显坤光电科技有限公司 OLED device and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5552433B2 (en) Highly efficient electroluminescent device and method for producing the same
JP4904903B2 (en) Method for manufacturing organic electroluminescence device
US8354287B2 (en) Method for manufacturing organic electroluminescence device
KR20110008206A (en) Light-emitting device including quantum dots
KR101144588B1 (en) Organic electronic device with flexible transparent conductor including graphene sheet and manufacturing method thereof
US8460046B2 (en) Organic functional element and method for manufacturing same
JP2011103194A (en) Method of manufacturing organic electroluminescent element
JP5017820B2 (en) ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
KR20170136038A (en) Quasi-2 dimension perovskite light emitting device and method for manufacturing the same
KR100841575B1 (en) Electroluminescence device and method of fabricating the same
KR100665698B1 (en) Quantom Dot Light-Emitting Diode Combined With Polymer
JP6387547B2 (en) Organic EL device and method for producing the same, and method for forming metal oxide film
CN112614956A (en) Inverted QLED device, display device and preparation method
WO2009084273A1 (en) Organic electroluminescent device
KR20110109326A (en) Quantum-dot light emitting diode and method for fabrication the same
WO2022143737A1 (en) Quantum dot light-emitting diode and preparation method therefor
JP2009088419A (en) Electroluminescent device and its manufacturing method, and display device
CN114695708A (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
KR100710458B1 (en) Method for fabricating electroluminescence device utilizing nanoparticles embedded in polymer thin film and electroluminescence device fabricated by it and method for driving it
CN114695819A (en) Quantum dot light-emitting diode and preparation method thereof
JP2008226464A (en) Method of manufacturing organic electroluminescent panel
CN114695706A (en) Quantum dot light-emitting diode and preparation method thereof
JP2007096270A (en) Electroluminescent element
WO2021207344A1 (en) Thermal management for perovskite electronic devices
CN115915817A (en) Light-emitting device, preparation method thereof and display device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130410

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140519

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150527

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160512

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170530

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee