KR101140309B1 - 양자점 다층 박막을 포함한 전기발광소자 - Google Patents

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Abstract

(a) 소정의 전하를 갖는 물질로 이루어진 링커층을 기판 위에 도입하는 단계, (b) 상기 소정의 전하를 갖는 물질과 반대 전하를 갖는 물질로 제1 양자점을 표면 개질하는 단계, (c) 상기 링커층의 물질과 동일 전하를 갖는 물질로 제2 양자점을 표면 개질하는 단계, (d) 상기 링커층 위에 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층을 적층하는 단계, 및 (e) 상기 제1 양자점의 층 위에 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 적층하는 단계를 포함하되, 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층과 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 교대로 각각 적어도 1층 이상 적층하여 상기 기판 위에 복수 층의 양자점 박막을 형성하는 양자점 다층 박막의 제조방법이 제공된다.

Description

양자점 다층 박막을 포함한 전기발광소자{Electroluminescent device including quantum dot multilayer thin film}
본 명세서에 개시된 기술은 양자점 다층 박막을 포함한 전기발광소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 양자점으로만 이루어진 다층 박막을 발광층으로 포함하여 전류밀도 및 휘도가 높은 전기발광소자에 관한 것이다.
적층 조립법(layer-by-layer assembly method)은 각 층 사이의 인력을 이용하여 폴리전해질, 나노입자, 나노와이어, 나노시트, 및 생체분자와 같은 나노 크기의 물질 층을 다양한 나노구조체에 쌓는 가장 유용한 기술 중 하나이다. 1990년 초반에 독일의 Mainz 대학의 Decher 교수와 홍종달 교수(현 인천대 화학과)가 공동 개발한 이후, 많은 대학교와 연구소 및 기업에서 활발한 연구가 진행되고 있으며 해마다 많은 관련된 논문들이 보고되고 있다. 특히, 가장 활발한 연구가 진행되고 있는 그룹은 독일의 막스플랑크 연구소(Prof. H. Mohwald), 호주 멜번대학교(Prof. Frank Caruso), 미국의 MIT (Prof. M. F. Rubner와 Prof. P. T. Hammond), 미국 미시간대학교(Prof. N. A. Kotov) 등을 꼽을 수 있다.
통상의 스핀코팅법과 달리, 적층 조립은 정전기적 인력, 수소 결합, 또는 공유 결 합과 같은 특정 인력을 통해 이루어진다. 따라서 구조적으로 매우 안정하며 기판의 크기나 형태에 관계없이 다층박막을 구현할 수 있다. 원하는 성질을 가진 물질들을 각각의 층에 삽입하게 된다면 다양한 종류의 전기전자소자, 광학소자, 디스플레이 또는 바이오소자 등에 광범위하게 적용될 수 있다.
대한민국 특허출원 제10-2004-0038391호, 제10-2006-0038391호, 및 제10-2006-0015159호에 의하면 적층 조립법으로 제조된 나노결정의 다층 박막을 포함하는 유-무기 하이브리드 전기발광소자가 개시되어 있다. 하지만 상기 문헌에 의하면, 다층 박막 제작시 경화 과정 등을 포함하여 공정이 복잡하고 층간 구조가 정렬되어 있지 않으며 고분자 층의 낮은 캐리어 전도도로 인해 낮은 전류 밀도 및 밝기를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 양자점 다층 박막의 제조방법은 (a) 소정의 전하를 갖는 물질로 이루어진 링커층을 기판 위에 도입하는 단계, (b) 상기 소정의 전하를 갖는 물질과 반대 전하를 갖는 물질로 제1 양자점을 표면 개질하는 단계, (c) 상기 링커층의 물질과 동일 전하를 갖는 물질로 제2 양자점을 표면 개질하는 단계, (d) 상기 링커층 위에 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층을 적층하는 단계, 및 (e) 상기 제1 양자점의 층 위에 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 적층하는 단계를 포함한다. 이 경우, 양자점 다층 박막은 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층과 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 교대로 각각 적어도 1층 이상 적층하여 상기 기판 위에 복수 층의 양자점 박막을 형성함으로써 제조될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 전기발광소자는 (a) 소정의 전하를 갖는 물질로 이루어진 링커층을 기판 위에 도입하는 단계, (b) 상기 소정의 전하를 갖는 물질과 반대 전하를 갖는 물질로 제1 양자점을 표면 개질하는 단계, (c) 상기 링커층의 물질과 동일 전하를 갖는 물질로 제2 양자점을 표면 개질하는 단계, (d) 상기 링커층 위에 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층을 적층하는 단계, 및 (e) 상기 제1 양자점의 층 위에 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 적층하는 단계를 포함하여 제조되는 양자점 다층 박막을 포함한다. 이 경우, 양자점 다층 박막은 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층과 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 교대로 각각 적어도 1층 이상 적층하여 상기 기판 위에 복수 층의 양자점 박막을 형성함으로써 제조될 수 있다.
이하, 본 명세서에 개시된 기술에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 요부(subject matter)의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고 및 도면에 기재되는 구성요소들은 다양하게 다른 구성으로 배열되고, 치환되고, 결합되고, 도안될 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 예상되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 "의 위에" 또는 "에 연결"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성 또는 바로 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 하나 이상의 구성요소 또는 층이 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 양자점 다층 박막의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 공정흐름도이다.
도 1을 참조하면, 소정의 전하를 갖는 링커층(11)이 기판(10) 위에 도입된다. 사용하는 기판(10)은 금속, 금속 산화물, 반도체, 절연체의 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로 용도에 따라 금, 팔라듐, 백금, 유리, 세라믹, 게르마늄, 실리콘, 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양자점 다층 박막이 전기발 광소자에 사용될 경우 기판(10)은 투명하고 표면이 편평한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 기판(10)은 오염 물질의 제거를 위해 이소프로필알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용매로 초음파 세척하고 UV-오존 처리를 한 후 사용할 수 있다.
링커층(11)은 기판(10) 위에 적층되어 이후에 적층될 양자점 다층 박막이 용이하게 기판(10) 위에 결합될 수 있도록 양자점 다층 박막과 이온결합, 수소결합, 또는 화학결합이 가능한 기능기를 가질 수 있다. 바람직하게는 기판(10)과 표면처리된 양자점 사이에 기판(10) 표면이 소정의 전하, 즉 양전하 또는 음전하를 띄도록 하기 위한 것이다. 링커층(11)은 반드시 특정한 물질층의 형태로 존재할 필요는 없고, 기판(10) 표면이 전하를 가질 경우 표면 전하층에 해당하는 모든 형태의 층을 포함한다. 링커층(11)은 기판(10) 표면에 -NH3 +, -COO-, SO3 2-, PO4 - 를 갖는 적절한 물질, 예를 들면 저분자 물질 또는 고분자 전해질로 기판(10) 표면을 도포하여 생성시킬 수 있다. 예를 들어 기판(10)에 양전하를 도입하기 위해 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(PAH) 용액으로 스핀코팅하여 PAH 층을 형성할 수 있다. 음전하를 도입하기 위해 폴리스티렌술포네이트(PSS) 용액으로 스핀코팅하여 PSS 층을 형성할 수 있다. 경우에 따라 Si 기판의 경우 음전하를 도입하기 위해 물, 암모니아수, 과산화수소 등으로 구성된 혼합 용액(RCA 용액)으로 처리하거나 산소 플라즈마로 처리할 수 있다. 도 1에는 기판(10)에 양전하를 갖는 링커층(11)이 도입된 예가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 기판(10) 위로 소정의 전하를 갖는 링커층(10)과 반대 전하를 갖는 물질(13)로 표면 개질된 양자점(12)의 제1 층을 적층한다.
양자점(12)은 양자제한효과를 갖는 반도체 나노결정을 의미하며, 평균 직경이 약 1 내지 20 nm 정도를 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술에 사용되는 양자점(12)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, II-VI, III-V족 및 IV족 물질을 예로 들 수 있다. 구체적으로 양자점(12)은 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlS, AlP, AlAs, AlSb, PbS, PbSe, Ge 및 Si로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 양자점(12)은 단일 구조 또는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
양자점(12)은 유기 용매 중에 전구체 물질을 넣고 나노 입자들을 성장시키는 습식 공정에 의해 주로 합성될 수 있다. 나노 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다.
양자점(12)의 표면 개질을 위해 양자점(12)의 분산 용액에 전하를 띄는 물질을 넣고 가열하는 방법을 사용할 수 있다. 양자점(12)의 표면을 개질하기 위해 사용하는 물질로는 머르캅토 관능기를 구비한 산 또는 염기 화합물을 들 수 있으며, 구체적으로 머르캅토아세트산(mercaptoacetic acid, MAA), 3-머르캅토프로피온산(3-mercaptopropionic acid), 시스테아민(cysteamine), 아미노에탄티올(aminoethanethiol) 또는 N,N-디메틸-2-머르캅토에틸 암모늄(N,N-dimethyl-2-mercaptoethyl ammonium) 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 표면 개질시의 반응온도는 25~200℃의 온도 범위에서 30분~10시간, 바람직하게는 1시간~10시간 진 행될 수 있다.
상기 반응이 완료되면, 잔류 물질 및 불순물을 제거하기 위하여 세척공정이 더 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 세척공정은 유기용매에 분산하였다 침전시키는 과정이 반복될 수 있으며, 충분한 세척이 이루어지기 위해서는 3~10회 반복하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 세척이 완료되면, 세척된 양자점(12) 중 잔류용매를 자연건조, 진공건조 등의 방법으로 제거하는 것이 좋다. 잔류용매를 제거함으로써 양자점(12)의 응집체가 형성되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 잔류용매를 충분히 제거하기 위해서는 1~12시간 동안 진공건조시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법으로, 잔류용매가 제거되면 양자점(12)을 사용하고자 하는 용매, 예를 들어 물 또는 트리스 완충액(Tris buffer) 등과 같은 완충용액에 분산시켜 양자점 분산용액을 형성할 수 있다. 상기 분산용액에는 표면이 개질된 양자점(12) 뿐만 아니라, 양자점(12)의 응집체 및 불순물들이 존재하기 때문에 이를 컬럼, 필터링, 원심분리 등의 방법에 의해 제거할 수 있으며, 바람직하게는 원심분리법이 좋다.
표면 개질된 양자점(12)의 분산용액은 수중에 1 중량% 이상, 바람직하게는 3 중량% 이상의 농도로 분산시킨 것을 사용할 수 있다. 상기 농도의 분산용액을 사용하면 균일하고 밀집된 단일 층을 형성할 수 있다.
상기와 같이 표면 개질된 양자점(12)을 용매에 분산시킨 후 pH 조절된 완충용액을 혼합하여 양자점 분산용액의 pH를 조절한다. 양자점 분산용매는 pH 조절이 가능한 용매이면 특별히 제한이 없으며 물이나 극성용매를 사용할 수 있다. 양자점 분산용액의 pH는 6~9 범위를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 pH 7~8 범위를 사용할 수 있다. 표면 개질에 사용하는 물질에 따라 pH를 조절함으로써 양자점(12) 표면에 원하는 전하를 부여할 수 있다. 예를 들어 올레산으로 캡핑된 양자점(12)을 사용하고 표면을 각각 시스테아민(CAm)과 머캅토프로피온산(MPA)으로 개질 후 pH 6 및 pH 8의 수중에 분산하면 각각 양전하(-NH3 +) 및 음전하(-COO-)가 부여될 수 있다.
표면에 전하를 갖는 기판(10) 위에 반대 전하의 물질로 처리한 양자점(12)을 사용하여 제1 층을 형성할 경우 인접한 양자점들 사이에는 동일 전하로 인한 반발력이 존재하며, 양자점(12)과 기판(10) 사이에는 반대 전하로 인한 인력이 존재하며, 이 두 힘 간의 균형을 통해 양자점(12)이 기판(10) 위에 배열된다.
도 2에 링커층(11)과 반대 전하를 갖는 음전하 물질(13)로 표면 개질된 양자점(12)의 제1 층을 적층한 예가 도시되어 있다. 이때 양자점(12)의 분산용액이 낮은 pH 값을 가지면, 양자점 간에 반발력이 현저히 감소하여 양자점 간에 응집이 생겨 불균일한 층이 형성될 수 있다. 반대로 양자점(12)의 분산용액이 높은 pH 값을 가지면, 양자점(12) 간의 반발력이 커져서 양자점 간의 응집은 생기지 않지만, 양자점(12)의 기판(10) 위에서의 배열 밀도가 감소하게 된다. 따라서 적절한 pH 조건을 선택함으로써 응집이 일어나지 않으면서 배열 밀도가 높은 양자점(12)의 층을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 층 위로 링커층(11)과 동일 전하를 갖는 물질로 표면 개질된 양자점(12)의 제2 층을 적층한다. 제1 층과 제2 층은 서로 반대 전하를 가지므로 정전기적 인력에 의해 결합될 수 있다. 표면 개질을 위한 적절한 물질의 예는 도 2에 상술한 물질의 예와 동일하며, 표면 개질의 방법도 상술한 바와 같다. 도 3에 링커층(11)과 동일 전하를 갖는 양전하 물질(14)로 표면 개질된 양자점(12)의 제2 층을 제1 층 위로 적층한 예가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타난 제1 층이나 제2 층을 적층하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 기판(10) 위에 표면 개질된 양자점(12)의 분산용액을 드롭캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 프린팅 또는 μ-컨택 프린팅 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 음전하 물질(13)로 개질된 양자점들(12)의 층과 양전하 물질(14)로 개질된 양자점들(12)의 층을 기판(10) 상면에 대해 높이 방향으로 교대로 계속 적층하여 복수 층의 양자점 박막(15)을 형성한다. 이와 같이 복수 층의 양자점 박막(15)을 형성할 경우, 단순히 두 가지 종류의 물질만으로 표면 개질된 양자점들이 적층되는 경우를 의미하는 것은 아니다. 동일 층에서도 전하가 동일하다면 여러 가지 물질로 표면 개질될 수 있으며, 각 홀수번째 층 또는 짝수번째 층의 물질이 서로 동일할 필요가 없다. 양자점 다층 박막을 이루는 각 층의 모폴로지는 균일하다. 각 층의 RMS 거칠기는 약 5 nm 이하일 수 있다.
각 층의 적층단계와 이후 층의 적층단계 사이에는 이전 층과 결합되지 않거나 약하게 결합되어 있는 잔존 물질을 제거하기 위해 적절한 세척용매를 사용하는 세척단계를 더 포함할 수 있다.
도 5는 양자점 다층 박막을 스핀 코팅의 방법으로 제조하는 일 실시예를 나타낸 도면이다. 회전하는 기판(음전하로 표면처리) 위에 양전하 물질로 표면 개질된 양자점 분산용액을 도입하여 코팅한다. 예를 들어 500 내지 30,000 rpm의 속도로 4초 내지 200초 동안 회전시켜 제1 층을 적층한다. 이후 세척단계를 거쳐 기판과 결합되지 않거나 약하게 결합되어 있는 잔존 물질을 제거한다. 이는 세척용매를 기판 상단 중앙부에 떨어뜨려 500 내지 30,000 rpm의 속도로 4초 내지 200초 동안 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 다음 음전하 물질로 표면 개질된 양자점 분산용액을 도입하여 제1 층과 마찬가지 방식으로 제1 층 위에 제2 층을 적층한다. 이어 세척단계를 거친 다음, 양전하 물질로 표면 개질된 양자점의 층과 음전하 물질로 표면 개질된 양자점의 층의 적층 과정을 수회 반복함으로써 양자점 다층 박막을 제조할 수 있다. 상기 코팅시간과 회전수는 용매가 충분히 제거되는 시간과 양자점 분산액의 농도를 고려한 것으로서 상기와 같이 제시된 회전수와 코팅시간에 반드시 국한되는 것은 아니다.
지금까지 상술한 방법에 따라 양자점 다층 박막을 제조할 경우 이하의 장점을 가진다. 정전기적 상호인력을 이용하므로 양자점 다층 박막의 제조가 간편하게 이루어질 수 있고, 이렇게 제조된 각 층이 응집체가 적고 매우 균일하게 형성될 수 있으므로 수십 mm × 수십 mm 이상의 대면적 웨이퍼 등에도 적용 가능하다.
양자점만으로 구성된 다층 박막 위아래에 전자 및 정공 수송을 용이하게 하는 유기 또는 무기 층을 도입하고, 전극들을 접지하여 소자를 제작할 수 있다. 두 전극들을 통해 전자와 홀을 주입하면 양자점 다층 박막에서 엑시톤을 형성하여 발광을 할 수 있게 된다.
도 6은 양자점 다층 박막 층을 포함하는 전기발광소자의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도시한 바에 의하면, 전기발광소자는 아래로부터 정공 주입 전극(61)/링커층(62)/양자점 다층 박막(63)/전자 수송층(64)/전자 주입 전극(65)의 순으로 적층되어 있다.
정공 주입 전극(61)은 정공의 주입이 가능하도록 높은 일함수를 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 정공 주입 전극(61)은 투명하고 표면이 편평한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판 위에 형성될 수 있다.
링커층(62)은 양자점 다층 박막(63)을 정전기적으로 결합시키기 위해 이전 층에 고분자 전해질 등을 도입하거나 표면 처리를 통해 음전하 또는 양전하를 띄는 부분이다. 또한 링커층(62)은 양자점이 정공 주입 전극에 직접 접촉되어 엑시톤이(quenching)되는 것을 막는 역할을 할 수 있다. 링커층(62)의 종류에 관해서는 도 1의 링커층(11)에 관한 설명에서 상술한 바와 같다. 링커층(62)의 두께는 특별히 제한받지 않지만 1 nm ~ 1000 nm가 바람직하다.
양자점 다층 박막(63)은 도 1 내지 도 5에서 상술한 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 양자점 다층 박막(63)은 도 6에 도시한 바와 같이 양전하 물질로 표면 개질된 양자점과 음전하 물질로 표면 개질된 양자점이 각각 층을 이루면서 교대로 반복하여 적층된 구조를 가지며 전기발광소자에 있어 발광층의 역할을 할 수 있다. 사용되는 양자점은 상술한 바와 같이 양전하 또는 음전하 물질로 표면 개질한 것으로 II-VI족, III-V족 화합물 및 IV족 화합물을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, CdSe를 코어로 하고 ZnS를 쉘로 갖는 녹색 양자점(최대 발광 파장 510nm)를 사용하고 이를 머캅토프로피온산(MPA) 및 시스테아민(CAm)으로 표면 개질하여 QD-MPA와 QD-CAm을 만들 수 있다. 이후 표면 개질된 양자점들인 QD-MPA와 QD-CAm을 각각 pH 8과 pH 6의 물에 분산시켜 각각 음전하 및 양전하를 띄도록 한다. 다음 기판 위에 표면 개질된 양자점의 분산용액을 다양한 방법으로 링커층 위에 코팅함으로써 양자점 다층 박막(63)을 제조할 수 있다. 코팅 방법은 예를 들면, 드롭캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 프린팅 또는 μ-컨택 프린팅 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
양자점 다층 박막(63)의 각 층은 내부 구조가 잘 정렬되어 있다. 내부 구조가 잘 정렬되어 있다는 것은 다층 박막을 이루는 각 층이 수평적으로는 동일 전하를 띄는 양자점들만으로 단일층을 이루어 표면 모폴로지가 편평하고 균일하며, 이상적인 밀집 배열(close-packed) 대비 약 70% 이상의 밀도로 배열되어 있음을 의미한다. 인접한 층들 사이에 서로 강력한 상호작용은 이후의 반복적인 양자점 코팅 과정에 있어서 먼저 흡착된 양자점이 추가적 코팅과정에서 탈착되는 현상이 일어나지 않도록 한다. 또한 각 층이 추가적인 코팅과정에 의해 파괴되거나 오염되지 않기 때문에 내부 구조가 매우 잘 정렬된 다층 박막을 제작할 수 있다. 각 층의 RMS 거칠기는 약 5 nm 이하일 수 있다.
양자점 다층 박막(63)의 두께는 각 양자점의 크기와 층 수에 따라 정해질 수 있다. 양자점들이 단분산 입자들이며 각 층이 균일한 단일층으로 되어 있으므로 양자점의 층 수가 증가하면 양자점 다층 박막(63)의 두께도 정비례하여 증가할 수 있다.
양전하 물질로 표면 개질된 양자점의 층과 음전하 물질로 표면 개질된 양자점의 층이 짝을 이룬 이중층을 기준으로 할 때, 사용하는 양자점의 종류와 표면 개질에 사용된 물질의 종류에 따라 다를 수 있지만, 이중층의 개수 n은 1 내지 100인 것이 바람직하다(n = 1, 1.5, 2, 2.5, 3,....100). n이 5 미만(n = 0.5), 즉 단일 양자점 층인 경우 양자점과 금속 전극 사이에 누설 전류로 인한 전기발광소자의 효율이 낮을 수 있으며, 100을 초과하면 전기발광소자의 전류 밀도 및 휘도가 낮을 수 있다.
발광층의 역할을 하는 양자점 다층 박막(63)의 정확한 발광 영역은 후술할 실시예에서 설명하겠지만, 전자전달층과 인접한 양자점 다층 박막(63)의 최상층에서 대부분 형성될수 있다. 양자점 층의 종류와 층의 개수는 원하는 용도에 따라 상술한 간편한 공정에 의해 조절될 수 있다. 적절한 미세 패터닝 기술, 예를 들면, 잉크젯 프린팅 또는 μ-컨택 프린팅 등을 함께 사용하면 발광 영역, 즉 엑시톤 재결합 영역에 해당하는 층에 다양한 색상을 내는 양자점을 위치하도록 할 수 있다. 양자점 다층 박막 내의 엑시톤 재결합 영역에 해당하는 층이 적색, 녹색, 또는 청색의 양자점들을 단독 또는 조합하여 다양하게 포함할 수 있다. 그 결과, 풀컬러의 표현이 가능하다.
전자 수송층(64)은 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 저분자 및 고분자 물질을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 트리스(8-히드록시퀴놀린)-알루미늄(Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀라토)(p-페닐-페놀라토)알루미늄(Balq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리네이토)(트리페닐실록시)알루미늄(III)(Salq)등의 알루미늄 착물을 사용할 수 있다. 또한, 형성되는 전자 수송층의 두께는 10 내지 100 ㎚가 바람직하다.
전자 주입 전극(65)의 형성에는 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 금속 즉, I, Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Ag:Mg 합금 등을 사용할 수 있으며, 그 두께는 50 내지 300 ㎚인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 정공 전달층이 정공 주입 전극(61)과 링커층(62) 사이에 존재할 수 있다. 전기발광소자는 정공 주입 전극(61)과 전자 주입 전극(65) 사이에 발광층으로서 양자점 다층 박막(63)을 필수적으로 포함하면서 정공 수송층, 정공 억제층, 전자 억제층, 전자 전달층 중 하나 이상을 구비하는 다양한 구조의 조합이 가능하다.
상술한 전기발광소자는 정전기적 인력에 의해 결합될 수 있는 두 가지 이상의 양자점을 순차적으로 적층하여 제조된 내부 구조가 잘 정렬된 양자점 다층 박막을 포함한다. 본 명세서에 개시된 전기발광소자는 고분자 층이 개재된 종래 기술과 달리 양자점들만이 밀집 배열된(close-packed) 다층 박막을 포함하고 있어서, 전하 운반체(carrier)의 주입이 수월하다. 따라서 턴-온 전압(turn-on voltage)이 매우 낮고 발광이 균일하며 전류 밀도 및 휘도가 매우 높다(종래 기술 대비 600배 이상의 휘도). 또한 LCD나 OLED 등 현재 개발되어 있는 전기발광소자 대비 색순도가 높다. 양자점 다층 박막의 내부 발광 영역을 정밀하게 확인할 수 있어서, 이를 통해 발광층에 다양한 양자점을 배열함으로써 원하는 색을 갖는 양자점 전기발광소자를 제작할 수 있다. 또한 다양한 패터닝 기술을 접목함으로써, 단위소자 뿐 아니라 풀컬러 디스플레이 장치 제작도 가능하다.
이하, 본 명세서에 개시된 기술을 다양한 제조예 및 실시예를 들어 설명하나, 이는 명확한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 명세서에 개시된 기술의 범위가 이에 의해 한정되는 것이 아니다.
[제조예]
녹색 CdSe@ZnS 양자점(PL λmax = 510 nm)의 제조
녹색 양자점(PL λmax = 510 nm) 및 황록색 양자점(PL λmax = 545 nm)을 공지된 방법(Bae et al., Single-step synthesis of quantum dots with chemical composition gradients. Chem. Mater. 20, 531-539 (2008))에 따라 제조하였다.
0.2 mmol의 CdO와 4 mmol의 Zn(acetate)2를 올레산 5 ml가 들어있는 100 ml의 플라스크에 넣고 150℃까지 가열한 다음 30분간 진공을 걸었다. 다음 15 ml의 1-옥타데센을 반응 플라스크에 넣고 질소 분위기 하에서 300℃를 유지하여 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2의 혼합 용액을 얻었다(OA: oleate). 300℃에서 0.1 mmol의 Se와 4 mmol의 S가 용해된 2 ml의 트리옥틸포스핀(TOP)을 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2 가 함유된 반응물 용기에 빠르게 주입하였다. 300℃에서 10분간 더 반응을 진행시킨 후 반응기의 온도를 실온으로 낮추어 반응을 종결하였다. 생성된 양자점을 클로로포름에 분산 및 과량의 아세톤에 침전하는 과정을 3회 반복하여 세척한 후 추가 실험을 위해 클로로포름, 톨루엔 또는 헥산 등의 용매에 분산시켰다.
황록색 CdSe@ZnS 양자점(PL λmax = 545 nm)의 제조
0.4 mmol의 CdO와 0.4 mmol의 Se 및 3 mmol의 S를 사용한 것을 제외하고는 녹색 양자점의 제조와 동일한 방식으로 황록색 양자점을 제조하였다.
주황색 CdSe/CdZnS/ZnS 양자점(PL λmax = 590 nm)의 제조
CdSe/CdZnS/ZnS 양자점을 하기의 방법으로 제조하였다. 주황색 양자점(PL λmax = 620 nm)의 합성을 위해 1 mmol의 CdO 및 2 mmol의 Zn(acetate)2를 5 ml의 올레산이 들어 있는 100 ml 플라스크 내에 넣고 150℃까지 가열한 다음 30분간 진공을 걸었다. 다음 25 ml의 1-옥타데센을 반응 플라스크에 넣고 질소 분위기 하에서 300℃를 유지하여 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2의 혼합 용액을 얻었다. 300℃에서 0.2 mmol의 Se가 용해된 0.2 ml의 트리옥틸포스핀(TOP), 즉 TOPSe를 Cd(OA)2와 Zn(OA)2가 함유 된 반응물 용기에 빠르게 주입하였다. TOPSe를 주입하고 30분 경과한 후, 0.3 ml의 1-도데칸티올을 1 ml/분의 속도로 반응기에 적가하였다. CdSe/CdZnS 양자점을 제조하기 위해 300℃에서 20분간 더 반응을 진행시켰다. 다음 2 mmol의 S가 용해된 1 ml의 TOP, 즉 TOPS를 추가적으로 반응물 용기에 주입하여 승온된 상태에서 10분간 반응시켜 CdSe/CdZnS 양자점을 ZnS 껍질로 둘러쌌다. 다음 반응기의 온도를 실온으로 낮추어 반응을 종결시켰다. 생성된 양자점을 클로로포름에 분산 및 과량의 아세톤에 침전하는 과정을 3회 반복하여 세척한 후 추가 실험을 위해 클로로포름, 톨루엔 또는 헥산 등의 용매에 분산시켰다.
적색 CdSe/CdZnS/ZnS 양자점(PL λmax = 620 nm)의 제조
TOPSe를 주입하고 2분이 경과한 후에 1-도데칸티올을 주입한 것을 제외하고는 주황색 양자점의 제조와 동일한 방식으로 적색 양자점을 제조하였다.
광학 특성 평가
상술한 방식으로 제조한 양자점들의 광학 특성을 평가하였다. 실온 UV-Vis. 흡수 스펙트럼을 Agilient 8454 UV-Vis. 다이오드 어레이 분광기로 측정하였다. 동일한 여기 파장에서 동일한 광학 밀도(O.D = 0.05)를 갖는 일차 표준 염료 용액의 형광 세기와 양자점의 형광 세기를 비교하여 양자점의 발광 양자 효율(PL QY)을 산정하였다. 또한 JEOL JSM 890 모델의 투과전자현미경을 사용하여 양자점의 광학 이미지를 얻었다. 도 7의 (a) 내지 (d)는 각각 녹색, 황록색, 적색 및 주황색 양자점 들의 UV-Vis. 및 PL(Photoluminescence) 스펙트럼이다. 도 7을 참조하면, 각 양자점들의 양자 효율(QY)은 약 60 또는 70%이다.
양자점들의 표면 개질
올레산으로 캡핑된 기합성한 녹색 CdSe@ZnS 양자점(클로로포름에 분산)을 상전이법에 의해 머캅토프로피온산(MPA) 또는 시스테아민(CAm)으로 표면 개질하였다. 일반적으로, 5 ml의 클로로포름에 분산된 0.1 g의 양자점을 실온에서 1 시간 동안 초음파 처리하여 수상(1 g의 MPA 또는 CAm을 함유하는 5 ml의 물)으로 전이시켰다. 잔류 계면활성제를 제거하기 위해 수상의 양자점 분산물을 수중 분산 및 과량의 아세톤 첨가에 의한 침전을 통해 5회 정제하였다. 얻어진 QD-CAm 및 QD-MPA를 최종적으로 각각 pH 6 및 pH 8의 물에 0.2, 1, 2 및 3 중량%의 농도로 분산시켰다.
[실시예]
양자점의 적층 조립
Si 웨이퍼 기판(2cm×2cm)을 피라나(pyranha) 용액으로 세척한 후 RCA 처리하여 기판 표면이 음전하를 띄도록 하였다. 각각 3중량%의 QD-CAm 및 QD-MPA 분산액을 기판 위에 번갈아 도포하고 각 층을 도포한 후에 증류수로 2회 세척하였으며 도포 및 세척과정을 반복하여 (QD-CAm/QD-MPA)n 다층 필름을 제조하였다. 양자점 도포 및 세척을 위한 스핀코팅 조건은 4,000 rpm으로 30초간◎유지하였다. 제조된 양자점 다층 필름을 주사전자현미경(SEM, JEOL 7401F), 원자힘현미경(AFM, Asylum Research, MFP-3DTM), 엘립소메트리(Gaertner Scientific Corp., L2W15S830 with 632.8nm He-Ne laser light)으로 분석하여 도 8 내지 도 10에 각각 그 결과를 나타내었다.
도 8은 다양한 농도의 QD-CAm 분산액을 사용하여 Si 웨이퍼 기판 위에 단일층을 도포한 상태를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 8의 (a)는 0.2 중량%의 QD-CAm 농도, (b)는 1 중량%의 QD-CAm 농도, (c)는 2 중량%의 QD-CAm 농도, 및 (d)는 3 중량%의 QD-CAm 농도를 나타낸다. 도시한 바와 같이 농도가 증가함에 따라 양자점 층의 덮임율이 증가하며, 3중량%의 경우 이론적인 최대치인 육방밀집구조의 단일층 대비 70%의 덮임율을 갖는다.
도 9는 QD-CAm과 QD-MPA가 짝을 이루는 QD 이중층의 개수의 함수로서 나타나는 양자점 다층 박막 (QD-CAm/QD-MPA)n (여기서 n은 이중층의 개수)의 두께 변화를 엘립소메트리로 분석하여 나타낸 그래프이다. 이중층의 개수가 증가함에 따라 그 두께가 정비례하여 증가함을 알 수 있다. QD 이중층의 개수가 2 내지 14인 경우 양자점 다층 박막의 두께는 약 20nm 내지 약 120nm 크기를 가질 수 있다. 따라서 각 층이 성공적으로 적층됨을 알 수 있다.
도 10은 양자점 다층 박막(10개의 이중층)의 (a) 평면 SEM 이미지와 (b) 단면SEM 이미지 및 (c) AFM 이미지(5㎛×5㎛)이다. RMS 거칠기가 약 4 nm로서 표면 모폴로지가 대체로 편평하고 균일함을 알 수 있다.
양자점 다층 필름에 기초한 QLED의 제조 및 특성 평가
(QD-CAm/QD-MPA)n 다층 필름층을 포함하는 양자점 발광다이오드 소자(QLED device)를 제조하였다. 먼저 패턴화된 인듐틴옥사이드(ITO) 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, 및 메탄올 중에서 초음파세척한 후 5분간 UV-오존 처리를 하였다. 다음 pH 7의 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(PAH) 용액 10mM을 스핀코팅하여 ITO 기판 위에 2nm 두께의 PAH 층을 적층하였다. 다음 QD-MPA 및 QD-CAm 분산액을 4,000rpm의 스핀속도로 30초간 반복적으로 스핀코팅하고 70℃에서 30분간 열처리하여 (QD-MPA/QD-CAm)n 다층 필름을 ITO/PAH 층 위에 적층하였다. 다음 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBi), 리튬 플루오라이드(LiF), 및 알루미늄(Al) 층을 각각 40nm, 0.5nm, 및 100nm 두께로 적층하여 ITO/PAH/(QD-MPA/QD-CAm)n/TPBi/LiF/Al의 다층 구조를 갖는 QLED 소자를 제조하였다.
소자의 전류 밀도-전압-휘도 (I-V-L) 특성을 Keithley-236 소스-측정 유닛, Keithley-2000 멀티미터 유닛, 및 Si 광다이오드 (Hamamatsu S5227-1010BQ)로 측정하였다. 휘도 및 효율은 Si 광다이오드의 광-전류 측정 데이터로부터 계산되었다. 발광 스펙트럼은 광증배관(PMT) 측정기가 달린 ARC275 단색광기(monochromator)를 사용하여 얻을 수 있었다.
도 11은 (a) 양자점 발광다이오드 소자(QLED)의 전류 밀도-전압-휘도(I-V-L) 특성, (b) QLED의 외부 양자 효율 곡선, 및 (c) 2.5 이중층을 갖는 녹색 QD와 적색 QD를 각각 포함하는 QLED의 전기발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 11의 (a) 및 (b)을 참조하면, QD 단일층(n = 0.5)으로 제조된 QLED의 경우 QD 박막 내의 빈 격자점(vacancy)을 통해 TPBi 층과 (ITO/PAH) 금속의 직접적인 접합으로부터 유발되는 누설 전류에 기인하여 소자 효율이 낮다. 반면, 3 이중층보다 두꺼운 QD 다층 박막의 경우 높은 효율을 나타내나 낮은 전류 밀도 및 휘도를 갖는다. 2.5 이중층을 갖는 QLED의 경우 휘도(50 mA cm-2에서 450 cd m-2의 휘도, 최대 휘도: 800 cd m-2) 및 소자 효율 관점(50 mA cm-2에서 0.3%)에서 가장 우수한 성능을 나타낸다. 이러한 결과는 종래 적층 조립법으로 제조된 QLED의 기술 대비 600 배 이상 휘도가 향상된 것이다(Gao, M. et al. Electroluminescence of different colors from polycation/CdTe nanocrystals self-assembled films. J. Appl. Phys. 87, 2297 (2000), Bertoni, C., Gallardo, D., Dunn, S., Gaponik, N. & Eychmuller, A. Fabrication and characterization of red-emitting electroluminescent devices based on thiol-stabilized semiconductor nanocrystals. Appl. Phys. Lett. 90, 034107 (2007), 및 Gallardo, D. E., Bertoni, C., Dunn, S., Gaponik, N. & Eychmuller, A. Cathodic and anodic material diffusion in polymer/semiconductor-nanocrystal composite devices. Adv. Mater. 19, 3364-3367 (2007) 참조).
또한 도 11의 (c)를 참조하면, 녹색 QD(EL λmax: 512 nm) 및 적색 QD(EL λmax: 624 nm)가 좁은 밴드폭(FWHM = 35 nm)을 갖는 가우시안 형의 스펙트럼을 나타내며, 총 EL 방출의 99% 이상이 QD에 기인한다.
도 12는 QD 층 사이에 개재된 (PAH/PAA)층의 두께에 따른 QLED의 I-V-L 특성 을 나타낸 그래프이다. (a)는 휘도(cd m-2) 대 전압(V) (L-V) 특성, (b)는 전류 밀도(mA cm-2) 대 전압(V) (I-V) 특성을 나타낸 그래프이다. 본 명세서에 개시된 기술인 전부 QD만으로 이루어진 다층 박막을 포함하는 QLED와 종래 기술에 따른 3 nm 및 5 nm 두께의 (PAH/PAA) 층이 QD 층들 사이에 개재된 QD/고분자 다층 박막을 포함하는 QLED를 대상으로 측정하였다. 도시한 바와 같이, 전부 QD만으로 이루어진 다층 박막을 포함하는 QLED의 경우 도 11의 참조 문헌에 개시된 QD/고분자 다층 박막을 포함하는 QLED의 경우에 비해 구동 전압이 크게 감소하고 균일한 발광과 함께 전류 밀도 및 휘도가 증가함을 알 수 있다.
도 13은 적색 QD 다층 박막 내부의 센싱 QD 층(녹색 QD 층)의 위치에 따른 QLED의 전기발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
적색 QD 다층 박막 내부의 다양한 위치의 센싱 QD 층(녹색 QD 층)을 포함하는 QLED의 소자 구조와 50 mA cm-2의 전류 밀도에서의 EL 스펙트럼을 나타낸다. 각 소자는 맨 아래부터 QD 층의 종류 및 개수에 따라 R4G1, R3G1R1, R2G1R2, R3G2, R2G2R1 및 R1G2R2로 표시되어 있다(R과 G는 각각 적색 및 녹색 QD 층을 나타냄). 삽입도는 3.6×1.4 mm2의 픽셀 크기를 갖는 QLED의 사진과 EL 스펙트럼의 CIE 지수를 나타내고 있다. 도시한 바로부터, 엑시톤이 TPBi층에 인접한 최상층의 QD 단일층(약 90% 정도) 및 두번째 QD 단일층(약 10% 정도)에서 대부분 생성 및 재결합되는 것을 명백히 알 수 있다. 양자점들은 CdSe 코어와 높은 밴드갭을 갖는 ZnS와 같 은 두꺼운 쉘로 구성되어 있으므로 코어에서 생성되거나 코어로 이동하는 엑시톤을 효율적으로 코어 내에 가둘 수 있다. 두번째 QD 층이 약 10% 정도 기여하는 것은 최상층의 QD 층의 빈 격자점(vacancy)을 통해 TPBi와 두번째 층의 QD가 직접 접촉하기 때문일 수 있다.
도 14는 대면적을 갖는 다중컬러 QLED의 다양한 예를 나타낸 도면이다. (a)는 9 V의 인가 전압에서 3.4×3.8 cm2의 픽셀 크기를 갖는 녹색 QLED 사진이고, (b)는 녹색 (QD-MAP/QD-CAm)2 다층 박막의 최상층에 각각 녹색, 황록색, 주황색 및 적색 QD로 이루어진 단일층를 포함하는 1.2×1.2 cm2의 픽셀 크기를 갖는 QLED 사진이고, (c)는 하나의 단위 소자 내에서 녹색, 주황색 및 적색의 다중 색상을 발현하는 QLED의 개략적 구조 및 사진을 나타낸 것이다.
도 14의 (a)와 같이, 본 명세서에 개시된 QLED는 대면적으로 스케일업이 용이하다. 각 QD 층을 순차적으로 적층하기 위해 정전기적 인력을 사용함으로써, 서로 반대 전하의 양자점들만이 적층되므로 동일 전하의 양자점들로 다중 층이 형성되는 것을 막을 수 있다. 결국 동질의 균일한 층을 대면적으로 적층할 수 있다. 더욱이, 적층 조립법 사용시 잉크젯 프린팅 또는 μ-컨택 프린팅과 같은 다양한 미세 패터닝 기법을 접목할 수 있으며, 용액 공정을 연속하여 사용할 수 있다. 도 14의 (b) 및 (c)로부터 원하는 색상의 QD 단일층을 녹색 (QD-MAP/QD-CAm)2 다층 박막의 최상층에 패터닝함으로써 다양한 색상을 갖는 QLED를 제조할 수 있음을 알 수 있 다. 또한 소자 제조 공정을 적절히 조절하고 최적화함으로써 대면적에 풀컬러를 구현할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.
도 1 내지 도 4는 양자점 다층 박막의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 공정흐름도이다.
도 5는 양자점 다층 박막을 스핀 코팅의 방법으로 제조하는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 양자점 다층 박막 층을 포함하는 전기발광소자의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 각각 녹색, 황록색, 적색 및 주황색 양자점들의 UV-Vis. 및 PL(Photoluminescence) 스펙트럼이다.
도 8은 다양한 농도의 QD-CAm 분산액을 사용하여 Si 웨이퍼 기판 위에 단일층을 도포한 상태를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 9는 QD-CAm과 QD-MPA가 짝을 이루는 QD 이중층의 개수의 함수로서 나타나는 양자점 다층 박막 (QD-CAm/QD-MPA)n (여기서 n은 이중층의 개수)의 두께 변화를 엘립소메트리로 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 양자점 다층 박막(10개의 이중층)의 (a) 평면 SEM 이미지와 (b) 단면SEM 이미지 및 (c) AFM 이미지(5㎛×5㎛)이다.
도 11은 (a) 양자점 발광다이오드 소자(QLED)의 전류 밀도-전압-휘도(I-V-L) 특성, (b) QLED의 외부 양자 효율 곡선, 및 (c) 2.5 이중층을 갖는 녹색 QD와 적색 QD를 각각 포함하는 QLED의 전기발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12는 QD 층 사이에 개재된 (PAH/PAA)층의 두께에 따른 QLED의 I-V-L 특성 을 나타낸 그래프이다.
도 13은 적색 QD 다층 박막 내부의 센싱 QD 층(녹색 QD 층)의 위치에 따른 QLED의 전기발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 14는 대면적을 갖는 다중컬러 QLED의 다양한 예를 나타낸 도면이다. (a)는 9 V의 인가 전압에서 3.4×3.8 cm2의 픽셀 크기를 갖는 녹색 QLED 사진이고, (b)는 녹색 (QD-MAP/QD-CAm)2 다층 박막의 최상층에 각각 녹색, 황록색, 주황색 및 적색 QD로 이루어진 단일층를 포함하는 1.2×1.2 cm2의 픽셀 크기를 갖는 QLED 사진이고, (c)는 하나의 단위 소자 내에서 녹색, 주황색 및 적색의 다중 색상을 발현하는 QLED의 개략적 구조 및 사진을 나타낸 것이다.

Claims (27)

  1. 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 정공 수송층, 정공 억제층, 전자 억제층, 전자 전달층 중 하나 이상을 구비하며, 양자점 다층박막을 발광층으로서 포함하되,
    상기 양자점 다층박막은 일정 전하로 표면 개질된 제1 양자점들이 밀집배열된 단일 층과 상기 제1 양자점들과 반대 전하로 표면 개질된 제2 양자점들이 밀집배열된 단일 층이 정전기적 인력에 의해 교대로 적층된 복수 층의 양자점 박막이고,
    상기 제1 양자점들과 상기 제2 양자점들에 대한 상기 표면 개질은 머르캅토 관능기를 구비한 산 또는 염기 단분자에 의해 이루어진 전기발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 층의 최상층에 해당하는 단일 층에 소정의 컬러로 전기발광하는 양자점들이 1종 이상 패터닝되어 상기 정공 주입 전극과 상기 전자 주입 전극 사이에 전압의 인가에 따라 상기 최상층으로부터 전기발광되는 전기발광소자.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 복수 층을 이루는 각 단일 층이 수평적으로는 동일 전하를 띄는 양자점들에 의해 RMS 거칠기가 5 nm 이하이고 이상적인 밀집 배열 (close-packed) 대비 70% 이상의 밀도로 배열된 전기발광소자.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 표면 개질은 머르캅토아세트산(mercaptoacetic acid, MAA), 3-머르캅토프로피온산(3-mercaptopropionic acid), 시스테아민(cysteamine), 아미노에탄티올(aminoethanethiol) 및 N,N-디메틸-2-머르캅토에틸 암모늄(N,N-dimethyl-2-mercaptoethyl ammonium)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물로 이루어지는 전기발광소자.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 양자점 다층 박막의 이중층의 개수 n은 1 내지 100인 전기발광소자.
  6. 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 복수 층의 양자점 박막을 발광층으로 포함하는 전기발광소자의 제조방법에 있어서,
    (a) 소정의 전하를 갖는 물질로 이루어진 링커층을 상기 정공 주입 전극 위에 도입하는 단계;
    (b) 상기 소정의 전하를 갖는 물질과 반대 전하를 갖는 물질로 제1 양자점을 표면 개질하는 단계;
    (c) 상기 링커층의 물질과 동일 전하를 갖는 물질로 제2 양자점을 표면 개질하는 단계;
    (d) 상기 링커층 위에 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층을 적층하는 단계; 및
    (e) 상기 제1 양자점의 층 위에 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 적층하되, 표면 개질된 상기 제1 양자점의 층과 표면 개질된 상기 제2 양자점의 층을 교대로 각각 적어도 1층 이상 적층하여 복수 층의 양자점 박막을 형성하도록 하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 양자점들과 상기 제2 양자점들에 대한 상기 표면 개질은 머르캅토 관능기를 구비한 산 또는 염기 단분자에 의해 이루어지며,
    미세 패터닝 공정을 이용하여 상기 복수 층의 최상층에 해당하는 단일 층에 소정의 컬러를 전기발광하는 양자점들을 1종 이상 패터닝하는 전기발광소자의 제조방법.
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