KR101649237B1 - 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 이용하여 양자점 청색 발광원을 형성하고, 이에 컬러 변환층을 적용하여, 고효율, 고색순도, 저전력 및 자발광으로 구현되는 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것으로, 본 발명의 양자점 발광 소자는 복수개의 픽셀 영역이 매트릭스상으로 정의된 기판;과, 상기 기판 상부에, 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층의 하부 및 상부에 양극 및 음극을 포함하여 이루어진 청색 발광층; 및 상기 청색 발광층과 기판 사이에 위치하며, 서로 다른 픽셀들에 적색 양자점층, 녹색 양자점층을 구비하여, 상기 청색 발광층을 통해 발광된 청색광을 컬러 쉬프트하여 출사하는 컬러 변환층;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치{Quantum Dot Light Emitting Diode Device and Light Apparatus Using the Same}
본 발명은 양자점 발광 소자에 관한 것으로 특히, 발광 다이오드를 이용하여 양자점 청색 발광원을 형성하고, 이에 컬러 변환층을 적용하여, 고효율, 고색순도, 저전력 및 자발광으로 구현되는 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
정보화 사회에서 디스플레이(Display)는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더한층 강조되고 있으며, 향후 주요한 위치를 점하기 위해서는 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질화 등의 요건을 충족시켜야 한다.
이러한 디스플레이는 자체가 빛을 내는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), 전계발광소자(Electro Luminescence; EL), 발광소자(Light Emitting Diode; LED), 진공형광표시장치(Vacuum Fluorescent Display; VFD), 전계방출디스플레이(Field Emission Display; FED), 플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP) 등의 자발광형과 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)와 같이 자체가 빛을 내지 못하는 비발광형으로 나눌 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 유기 발광 소자를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 유기 발광 소자를 나타낸 개략 단면도이다.
도 1과 같이, 일반적인 유기 발광 소자는, 기판(10) 상에, 서로 대향된 양극(11)과 음극(17)과, 상기 양극(11), 음극(17) 사이에 광을 발광시키는 발광층(15)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 발광층(15)은, 서로 다른 색상의 광을 발광하는 적색 발광층(15a), 녹색 발광층(15b), 청색 발광층(15c)이 서로 나뉘어 형성되어 있다. 상기 적색, 녹색 및 청색 발광층(15a, 15b, 15c) 들의 사이에는 뱅크(16)가 더 형성되어, 서로 다른 색상의 발광층 형성 영역을 구분할 수 있다.
그리고, 상기 음극(17)은 반사성 또는 차광성 금속으로 이루어져, 상기 발광층(15)에서 발광되는 광은 투명 전극 성분의 상기 양극(11)을 거쳐, 상기 기판(10) 측으로 전달된다.
이와 같이, 상술한 일반적인 유기 발광 소자는, 상기 발광층(15)을 각 색상의 적색, 녹색, 청색 발광층(15a, 15b, 15c)별로 다른 새도우 마스크를 준비하여, 오픈된 부위에, 이베포레이션된 발광 물질을 투과시켜 해당 영역에 발광층(15)을 형성한다. 이 경우, 상기 적색, 녹색, 청색 발광층(15a, 15b, 15c)은 각각 독립적으로 양극(10)에 전압 인가에 의해 구동이 이루어진다.
이러한 일반적인 유기 발광 소자는, 픽셀별 발광층 형성시 이용하는 새도우 마스크 공정에서, 새도우의 막힘, 쳐짐 등의 문제로 인해, 대면적 패널로 형성하기 힘든 어려움이 있으며, 고해상도를 갖기 어려운 문제점이 있다.
또한, 다른 색상의 발광층을 이루는 발광 물질들의 열화 속도가 달라, 장시간 구동시 색 변화가 발생하는 문제가 있다.
도 2는 다른 형태의 유기 발광 소자를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 다른 형태의 유기 발광 소자로, 발광층(37)을 백색 발광층으로 형성하여, 기판(30)의 전면에 형성하여 이루어진다.
즉, 다른 형태의 유기 발광 소자는, 기판(30) 상에 컬러 필터층(35)과, 발광층(37)을 사이에 두고 서로 대향된 양극(36) 및 음극(38)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 컬러 필터층(35)은 적색 컬러 필터층(35a), 녹색 컬러 필터층(35b), 청색 컬러 필터층(35c)을 포함하여 이루어지는 것으로, 상기 백색 발광층(37)에서 발광되어 기판(30) 측으로 전달되는 백색광을 서로 다른 색상의 광 파장대만 투과하도록 한다.
이러한 다른 형태의 유기 발광 소자는, 컬러 필터를 통해 발광되는 광을 출사시키는 것으로, 상술한 유기 발광 소자에 대비하여 광효율이 1/3로 떨어지는 문제점이 있다.
그 외에, 도 1, 2의 유기 발광 소자는, 모두 수분에 열화되기 쉬운 유기 재료를 포함하여 이루어지는 것으로, 완전한 씰링 등의 어려움이 있다.
또한, 발광층과 그 주변층들의 조건에 따라 발광 특성이 달라지기 때문에, 그 소재를 선택하는데 제약이 있어, 동크기의 다른 디스플레이 대비 제조 단가가 높은 문제점이 있다.
더불어, 전극들과 그 주변층, 발광층들의 HOMO, LUMO 에너지 레벨을 인접한 층들에 맞추어 특정 조건이 필요하여, 각 에너지 레벨에 맞는 일함수를 갖는 전극 물질들이 요구되어 복잡한 전극 구조를 가질 수 있다.
상기와 같은 자발광 소자로서 종래의 유기 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 수분에 열화되기 쉬운 유기 재료를 포함하여 이루어지는 것으로, 완전한 씰링 등의 어려움이 있으며, 장시간 구동이 힘들다.
둘째, 발광층과 그 주변층들의 조건에 따라 발광 특성이 달라지기 때문에, 그 소재를 선택하는데 제약이 있어, 동크기의 다른 디스플레이 대비 제조 단가가 높은 문제점이 있다.
셋째, 전극들과 그 주변층, 발광층들의 HOMO, LUMO 에너지 레벨을 인접한 층들에 맞추어 특정 조건이 필요하여, 각 에너지 레벨에 맞는 일함수를 갖는 전극 물질들이 요구되어 복잡한 전극 구조를 가질 수 있다.
넷째, 픽셀별로 서로 다른 색상의 발광층을 형성하는 경우, 픽셀별 발광층 형성시 이용하는 새도우 마스크 공정에서, 새도우의 막힘, 쳐짐 등의 문제로 인해, 대면적 패널로 형성하기 힘든 어려움이 있으며, 고해상도를 갖기 어려운 문제점이 있다. 또한, 다른 색상의 발광층을 이루는 발광 물질들의 열화 속도가 달라, 장시간 구동시 색 변화가 발생하는 문제가 있다.
다섯째, 백색 발광층을 전면 형성하는 경우에는, 색 표시를 위해 컬러 필터를 이용하는 데, 이 경우, 광의 타파장 영역대인 2/3의 흡수가 일어나, 상대적으로 서로 다른 색상의 발광층별로 독립 구동하는 유기 발광 소자에 비해 광효율이 1/3로 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발광 다이오드를 이용하여 양자점 청색 발광원을 형성하고, 이에 컬러 변환층을 적용하여, 고효율, 고색순도, 저전력 및 자발광으로 구현되는 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양자점 발광 소자는 복수개의 픽셀 영역이 매트릭스상으로 정의된 기판;과, 상기 기판 상부에, 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층의 하부 및 상부에 양극 및 음극을 포함하여 이루어진 청색 발광층; 및 상기 청색 발광층과 기판 사이에 위치하며, 서로 다른 픽셀들에 적색 양자점층, 녹색 양자점층을 구비하여, 상기 청색 발광층을 통해 발광된 청색광을 컬러 쉬프트하여 출사하는 컬러 변환층;을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 적색 양자점층 및 녹색 양자점층이 형성되지 않은 픽셀들에 투명 절연층을 더 구비할 수도 있다.
그리고, 상기 청색 발광층의 청색 양자점층은 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어진다. 이 때, 상기 청색 양자점층을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
한편, 상기 청색 발광층의 상기 양극과 청색 양자점층 사이에 정공 수송층이, 상기 청색 양자점층과 음극 사이에 전자 수송층이 더 형성될 수도 있다.
또한, 상기 컬러 변환층의 적색 양자점층 및 녹색 양자점층은, Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 컬러 변환층은, 상기 각 픽셀 영역들의 사이에 블랙 매트릭스층을 더 구비할 수도 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조명 장치는, 청색 광원; 및 상기 청색 광원의 측부에, 적색 양자점층, 녹색 양자점층이 적층되어 형성되어, 상기 청색 광원을 통해 출사된 청색광을 컬러 쉬프트하여 변환하여 출사하는 컬러 변환층;을 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.
여기서, 상기 컬러 변환층은 상기 적색 양자점층 또는 녹색 양자점층에 부착되는, 도광판을 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 적색 양자점층 및 녹색 양자점층은 각각 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어지며, 이 경우, 상기 적색 양자점층을 이루는 나노크리스털과 상기 녹색 양자점층을 이루는 나노크리스털은 서로 다른 크기일 수 있다. 예를 들어, 상기 적색 양자점 또는 녹색 양자점을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
한편, 상기 청색 광원은 LED(Light Emitting Diode)이거나, 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층의 하부 및 상부에 양극 및 음극을 포함하여 이루어진 청색 발광층으로 이루어질 수도 있다.
여기서, 상기 컬러 변환층 하부에 반사판을 더 포함할 수 있으며, 또한, 상기 청색 광원을 둘러싼 하우징을 더 포함할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 하우징의 내면에 반사쉬트를 구비할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 무기물 성분의 반도체 나노크리스털로 이루어진 양자점(Quantum Dot)을 이용하여 발광층을 형성함에 의해, 수분 및 외기에 약하여 열화 문제로 장시간 구동이 어려운 유기 발광 소자 대비하여, 수명 증대를 기대할 수 있다.
둘째, 특히, 청색 양자점층을 이용한 발광 다이오드로 청색 발광층으로 형성하고, 적색 및 녹색 픽셀들에 대해, 해당 양자점들을 이용하여 컬러 변환층(CCM: Color Changing Medium)을 이용하여, 해당 픽셀들의 컬러 표시가 가능하여, 컬러 필터와 같은 색 흡수가 아닌 컬러 쉬프트(color shift)를 통해 색 표시가 가능하다. 이에 따라, 색 순도가 향상될 수 있다.
셋째, 발광 다이오드는 청색 발광층을 이루는 청색 양자점과 그 상하에 양극 및 음극의 형태로만 형성되는 것으로, 타 발광층은 컬러 변환층으로 색을 표시할 수 있어, 구동 전압을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
넷째, 적색 및 녹색 픽셀들에 별도의 전극 구성을 생략할 수 있어, 공정 비용 및 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 유기 발광 소자를 나타낸 개략 단면도
도 2는 다른 형태의 유기 발광 소자를 나타낸 개략 단면도
도 3은 본 발명의 양자점 발광 소자를 나타낸 개략 단면도
도 4는 도 3의 청색 발광층을 나타낸 단면도
도 5는 도 3의 양자점 컬러 변환층을 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 양자점 컬러 변환층을 이용한 조명장치를 나타낸 단면도
도 7은 도 6의 양자점 컬러 변환층을 이용한 조명 장치와 NTSC의 컬러 범위를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 양자점 발광 소자 대비와 일반적인 유기 발광 소자의 광변환 효율을 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양자점 발광 소자 및 이를 이용한 조명 장치를, 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 양자점 발광 소자를 나타낸 개략 단면도이며, 도 4는 도 3의 청색 발광층을 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 3의 양자점 컬러 변환층을 나타낸 단면도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 양자점 발광 소자는 복수개의 픽셀 영역이 매트릭스상으로 정의된 투명한 기판(140)과, 상기 기판(140) 상부에 상부에서 들어오는 청색광을 다른 파장대의 녹색광 및 적색광으로 컬러 쉬프트하는 컬러 변환층(CCM: Color Changing Medium)(130), 청색 양자점층을 포함하여 청색광을 발광하는 청색 발광층(110) 및 반사 전극(100)을 포함하여 이루어진다.
여기서 설명하지 않은 120은 투명 절연층으로, 상기 청색 발광층(110)에서 발광된 청색광을 상기 컬러 변환층(130)으로 전달하는 역할을 하며, 경우에 따라 생략할 수 있다.
그리고, 상기 컬러 변환층(130)은 그 내부의 배치에 따라, 적색 양자점층(130a)이 채워진 부분인 적색 픽셀, 녹색 양자점층(130b)이 채워진 녹색 픽셀, 상부의 청색광을 그대로 전달하여 출사하는 청색 픽셀로 구분된다.
이 경우, 상기 청색 픽셀 내에는 비어있거나, 투명 절연층이 더 형성되어 적색 양자점층(130a) 및 녹색 양자점층(130b)과 그 높이를 일치시킬 수 있다. 도 3에서는 투명 유기막(130c)이 채워진 예를 나타낸다.
여기서, 상기 적색 양자점층(130a)은 청색광을 적색 광으로 파장을 쉬프트하여 출사하며, 상기 녹색 양자점층(130b)은 청색광을 녹색 광으로 파장을 쉬프트하여 출사한다. 또한, 상기 투명 유기막(130c)은 상기 청색 발광층(110)에서 발광된 청색광을 그대로 기판(140)측으로 전달하는 역할을 한다.
또한, 상기 반사 전극(100)은, 기판측으로 상기 청색 발광층(110)으로부터 발광된 광을 전달하기 위해 구비된 것으로, 상기 청색 발광층(110)의 최상층에 구비된 전극이 차광성이나 반사성 전극이라면 생략될 수도 있다. 즉, 예를 들어, 도 4를 들어, 설명하면, 음극(115)이 차광성 또는 반사성 전극으로 이루어질 때, 상기 반사 전극(100)은 생략될 수 있다.
구체적으로, 상기 청색 발광층(110)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 4와 같이, 상기 청색 발광층(110)은 서로 대향된 양극(111)과 음극(115)과, 상기 양극(111) 및 음극(115) 사이에 위치한 청색 양자점층(113)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 양극(111)과 청색 양자점층(113) 사이에는 양극(111)으로부터 정공 주입을 용이하게 해주는 정공 수송층(112)이, 상기 청색 양자점층(113)과 상기 음극(115) 사이에는, 상기 음극(115)으로부터 전자 주입을 용이하게 해주는 전자 수송층(114)이 더 포함될 수 있다.
여기서, 상기 양극(111)은 투명한 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO 및 SnO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 음극(115)은 알루미늄(Al), MgAg 등을 이용할 수 있다.
또한, 도 5와 같이, 컬러 변환층(130)에는 픽셀들의 경계부에 대응하여 블랙 매트릭스층(135)을 더 구비할 수 있다.
도시된 예에서는 상기 적색 양자점층(130a)과 녹색 양자점층(130b) 및 투명 유기막(130c)과, 블랙 매트릭스층(135)이 투명 절연층(120)에 형성된 예를 나타내었으나, 경우에 따라, 상기 적색 양자점층(130a), 녹색 양자점층(130b), 투명 유기막(130c) 및 블랙 매트릭스층(135)을 포함한 컬러 변환층(130)은 상기 청색 발광층(110)의 투명한 양극(111)에 직접 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 청색 발광층(110)의 청색 양자점층(113)과, 서로 다른 픽셀들에 적색 양자점층(130a), 녹색 양자점층(130b)은, 각각 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털(nano-crystal) 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어진다. 이 때, 상기 청색 양자점층을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
이 경우, 상기 서로 다른 색의 광을 발광하는 청색 양자점층(113)과, 적색 양자점층(130a) 및 녹색 양자점층(130b)은, 서로 다른 성분의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 이들의 혼합물을 이용하거나, 그 사이즈 선택을 달리하여, 서로 다른 색상의 광을 발광하게 할 수 있다.
여기서, 상기 청색 양자점층(113)은 전면 형성되는 것으로, 청색 양자점을 유기 용매에 분산시켜 용액 공정으로 코팅한 후, 상기 유기 용매를 휘발시켜 형성한다.
그리고, 상기 적색 양자점층(130a)과 녹색 양자점층(130b)의 형성 영역간 구분이 필요한 것으로, 각각 용액 공정을 코팅한 후, 노광 공정을 거쳐 패터닝하거나, 선택적인 픽셀 영역에 해당 양자점을 포함한 유기 용매를, 잉크젯(inkjet), 슬릿 코팅(slit coating), 노즐 코팅(nozzle coating), 스핀 코팅(spin coating), 임프린팅(impriting) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
마찬가지로, 상기 투명 유기막(130c) 또한, 상술한 동일한 패터닝 방법을 이용할 수 있을 것이다.
한편, 상술한 적색, 녹색, 청색 양자점층을 이루는, 양자점(QD:Quantum Dot)은 반도체 나노입자이다. 직경이 1~99 나노미터(nanometer) 크기의 양자점은 불안정한 상태의 전자가 전도대에서 가전자대로 내려오면서 발광하는데, 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생한다. 이는 기존의 반도체 물질과 다른 독특한 전기적 광학적 특성이다. 따라서 양자점의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선을 표현하고, 여러 크기의 양자점을 이용하여 다양한 색을 동시에 구현할 수도 있다.
그리고, 상기 양자점층을 이루는 양자점의 구조는 중심에 코어(core), 상기 코어(core)를 둘러싼 쉘(shell), 상기 쉘(shell)을 둘러싼 리간드(ligand)의 구체로 이루어지며, 형성 공정에서 리간드가 제거되기도 한다.
본 발명의 양자점 발광 소자는, 발광층의 재료로 유기 발광 재료 대신 양자점을 이용하는 표시 소자이다. 양자점 발광 소자는 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 색재현율이 좋고 휘도 또한 발광다이오드에 뒤쳐지지 않아 차세대 광원으로 주목받는 발광다이오드의 단점을 보완할 수 있는 소재로 각광받고 있다.
또한, 발광층을 이루는 성분을 무기 성분의 양자점을 이용하여 형성하여, 장시간 구동에도 수분이 외기에 영향없이 안정적으로 구현할 수 있어, 수명 향상을 기대할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 양자점 발광 소자는, 청색 픽셀에서는 청색 발광층을 또한 출사된 광이 그대로 출사되고, 나머지 파장대의 적색 픽셀 및 녹색 픽셀에서는 컬러 쉬프트하여, 파장을 떨어뜨려 다른 색상의 광을 표시할 수 있도록 한 것이다. 종래의 컬러 필터를 이용한 흡수가 아니라, 발광 영역대를 쉬프트시켜 출사하는 것으로, 광 효율이 높다.
이러한 본 발명의 양자점 발광 소자는, 상기 양극과 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자와 연결하여, 액티브 매트릭스 구성을 하여, 다양한 디스플레이에 적용할 수 있을 것이다.
이하에서는 상술한 양자점 발광 소자의 컬러 변환층을 이용하여, 조명 장치를 형성한 예를 살펴본다.
도 6은 본 발명의 양자점 컬러 변환층을 이용한 조명장치를 나타낸 단면도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 조명 장치는, 청색 광원(230) 및 상기 청색 광원(230)의 측부에, 적색 양자점층(222), 녹색 양자점층(223)이 적층되어 형성되어, 상기 청색 광원(230)을 통해 출사된 청색광을 컬러 쉬프트하여 변환하여 출사하는 컬러 변환층(220)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 컬러 변환층(220)의 상기 적색 양자점층(222) 또는 녹색 양자점층(223)에 도광판(221)을 더 포함하여, 각각의 양자점층(222, 223)에서 나오는 색상의 광의 혼합을 수행할 수 있다.
또한, 상기 적색 양자점층(222) 및 녹색 양자점층(223)은 각각 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어지며, 이 경우, 상기 적색 양자점층(222)을 이루는 나노크리스털과 상기 녹색 양자점층(223)을 이루는 나노크리스털은 서로 다른 크기일 수 있다. 예를 들어, 상기 적색 양자점 또는 녹색 양자점을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
한편, 상기 청색 광원(230)은 LED(Light Emitting Diode)이거나, 앞서 상술한 도 4의 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층의 하부 및 상부에 양극 및 음극을 포함하여 이루어진 청색 발광층으로 이루어질 수도 있다.
여기서, 상기 컬러 변환층(220) 하부에 반사판(210)을 더 포함하여, 광 전달이 상측에 한하여 이루어져 광효율을 더 높일 수 있고, 또한, 상기 청색 광원(230)을 둘러싼 하우징(housing)(240)을 더 포함하여, 상기 청색 광원(230)으로 청색 광의 컬러 변환층(220)을 더욱 효율적으로 할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 하우징의 내면에 반사쉬트(미도시)를 구비할 수도 있다.
도 7은 도 6의 양자점 컬러 변환층을 이용한 조명 장치와 NTSC의 컬러 범위를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 양자점 발광 소자 대비와 일반적인 유기 발광 소자의 광변환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7과 같이, 본 발명의 양자점 컬러 변환층을 이용할 경우, 일반적인 NTSC 컬러 범위(color gamut)와 비교하여, 특히, 적색과 녹색 영역에서 확장이 일어났음을 알 수 있다.
또한, 도 8과 같이, 본발명의 양자점 컬러 변환층을 이용할 경우, 상대적으로 유기 발광 소자에서 이용하는 인광 방식에 비해, 특히, 컬러 변환이 발생된 녹색과 적색 파장대에서 컬러 세기가 상승함을 알 수 있다. 즉, 녹색 파장대에서는 인광 필터를 적용한 방식에 비해 약 1.8배, 적색 파장대에서는 인광 필터를 적용한 방식에 비해 약 3배 정도 상승함을 알 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 반사전극 110: 청색 발광층
111: 양극 112: 정공 수송층
113: 청색 양자점층 114: 전자 수송층
115: 음극 120: 투명 절연층
130: 양자점 컬러 변환층 135: 블랙 매트릭스층
140: 기판 210: 반사판
220: 양자점 컬러 변환층 221: 도광판
222: 적색 양자점층 223: 녹색 양자점층
230: 청색 광원 240: 광원 하우징

Claims (17)

  1. 복수개의 제 1 내지 제 3 픽셀 영역이 정의된 기판;
    상기 기판 상에 접하며, 상기 제 1, 제 2 픽셀 영역들에 대응하여, 적색 양자점층 및 녹색 양자점층을 구비한 컬러 변환층;
    상기 제 3 픽셀 영역들의 상기 기판 상부와 상기 제 1 및 제 2 픽셀 영역들의 상기 컬러 변환층 상에 접한 투명 절연층;
    상기 복수개의 제 1 내지 제 3 픽셀 영역 전체에 대응하여, 상기 투명 절연층 상에 접한 양극, 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층 및 음극의 순서로 이루어진 청색 발광층; 및
    상기 청색 발광층의 음극 상에 접한 반사 전극을 포함한 양자점 발광 소자에 있어서,
    상기 청색 양자점층에서 발광된 광은 상기 제 3 픽셀 영역들에서, 상기 투명 절연층 및 상기 기판을 거쳐 바로 출사되며, 상기 제 1 픽셀 영역 및 제 2 픽셀 영역들에서, 상기 투명 절연층, 상기 컬러 변환층 및 상기 기판을 거쳐 컬러 쉬프트된 적색광 및 녹색광으로 출사되는 양자점 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 청색 발광층의 청색 양자점층은 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자점 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 청색 양자점층을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 양자점 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 청색 발광층의 상기 양극과 청색 양자점층 사이에 정공 수송층이, 상기 청색 양자점층과 음극 사이에 전자 수송층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 변환층의 적색 양자점층 및 녹색 양자점층은, Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자점 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 변환층은, 상기 각 픽셀 영역들의 사이에 블랙 매트릭스층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 양자점 발광 소자.
  8. 복수개의 청색 양자점이 채워져 이루어진 청색 양자점층과, 상기 청색 양자점층의 하부 및 상부에 양극 및 음극을 포함하여 이루어진 청색 발광층으로 이루어진 청색 광원;
    상기 청색 광원과 이격하여 측부에 위치하는 도광판과, 상기 도광판 상에 차례로 전면 적층된 적색 양자점층 및 녹색 양자점층으로 이루어진 컬러 변환층;
    상기 컬러 변환층 하측의 반사판;
    상기 청색 광원이 상기 컬러 변환층에 대향된 측변을 제외한 상부 및 하부와 외측변을 둘러싼 하우징; 및
    상기 청색 광원을 둘러싼 하우징 내면의 반사판을 포함하여 이루어지며,
    상기 컬러 변환층은, 상기 청색 광원을 통해 나온 청색광을 상기 도광판, 적색 양자점층 및 녹색 양자점층을 거쳐 백색광으로 출사하는 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 적색 양자점층 및 녹색 양자점층은 각각 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털 또는 서로 다른 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 금속으로부터 선택되는 나노크리스털의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 적색 양자점층을 이루는 나노크리스털과 상기 녹색 양자점층을 이루는 나노크리스털은 서로 다른 크기인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 적색 양자점 또는 녹색 양자점을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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