KR101959812B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
제 1전극; 상기 제 1전극에 대향하여 구비된 제 2전극; 상기 제 1전극 및 상기 제 2전극 사이에 구비된 전자전달층, 발광층 및 정공전달층을 포함하고, 상기 발광층은 도핑된 단백질 양자점을 포함하는 것인, 유기 발광 소자에 관한 것이다.
Description
본원은 단백질 양자점을 포함하는 유기 발광 소자 및 상기 단백질 양자점의 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이는 컴퓨터, 텔레비전, 대형 광고 등 전반적인 정보제공 역할을 하며 삶의 필수 불가결한 요소가 되었다. 최근 디스플레이의 발전과 삶의 질 향상에 따라서 기존의 단순한 정보 제공 기능뿐만 아니라 삶의 질을 개선하기 위한 복합적인 기능을 갖는 연구 개발이 요구되고 있다. 이에 따라, 얇고 가벼운 소재를 활용한 플렉서블(flexible) 디스플레이, 웨어러블(wearable) 디스플레이 등의 미래 지향적인 연구에 있어서 OLED(Organic Light-Emitting Diode)는 많은 가능성과 다양한 지표들을 제시해주고 있다. OLED 디스플레이는 자체 발광형 표시 소자로서 경량박형이 가능하고 명암비와 시야각이 우수하며 응답속도가 빠르다는 장점이 있다. 또한, 디스플레이 물질로서 OLED와 함께 중요한 소재인 LCD(liquid crystal display)와 비교했을 때, LCD에서 큰 부피를 차지하게 만드는 백라이트가 없기 때문에, OLED 디바이스는 유연하고 투명한 디바이스 제작에 있어서 많은 이점을 갖고 있다.
OLED는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기 화합물층을 구비한다. 유기 화합물층은 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transport layer, HTL), 발광층(emission layer, EML), 전자수송층(electron transport layer, ETL), 및 전자주입층(electron Injection layer, EIL)을 포함한다. 애노드와 캐소드에 구동전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)에서 결합되어 여기자를 형성하고, 상기 여기자가 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어지면서 가시광을 발생하게 된다. 상기 발광층의 재료로서, 일반적으로 저분자 또는 고분자형 발광형 유기 물질을 사용할 수 있다.
한편, 발광층으로서 저분자형 또는 고분자형 물질 이외에 발광할 수 있는 양자점으로 이루어진 물질로 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 탁월한 발광 특성을 지닌 고해상도의 유기 발광 소자를 제조할 수 있다. 여기서, 양자점이란, 수 나노미터 크기를 가지는 입자(nano crystal)로서, 벌크(bulk) 상태와는 다른 광학적, 자기적, 및 전기적 성질을 갖고 있으며, 이러한 물성은 물질의 크기에 따라 달라진다. 상기 양자점은 모양이 구형(dot), 선형(nanorod), 가지친(branched) 모양 등으로 이루어질 수 있다. 상기 양자점이 구형으로 이루어진 경우, 중심부인 코어(core) 부분, 상기 코어 부분을 둘러싸는 오버코팅(overcoating) 부분 및 상기 오버코팅 부분을 둘러싸는 캡핑막(cap molecule)으로 이루어질 수 있으며, 크기는 약 2 nm 내지 약 20 nm 정도일 수 있다. 상기 코어 부분은 양자점의 중심 부분으로서, 빛을 발광하는 부분이고, 상기 코어 부분을 둘러싸는 오버코팅 부분은 코어 부분을 감싸고 있고, 비발광 이완을 감소하게 하며, 상기 캡핑막은 양자점이 콜로이드 용액 내에서 서로 붙거나, 침전되지 않고 안정하게 분산될 수 있도록 한다. 또한, 양자점이 구형으로 이루어진 경우, 코어(core) 부분으로만 이루어질 수도 있고, 중심부인 코어부분과 이를 둘러싸는 오버코팅 부분인 껍질(shell) 부분으로만 이루어질 수 있다.
하지만 양자점은 주로 카드뮴(Cd)과 같은 중금속을 이용하기 때문에 환경 오염 발생과 같은 문제가 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 논문(Nanoscale, 2015, 7, 15873-15879)에서는 단백질을 자기조립하여 단백질 양자점을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 논문에서는 단백질 양자점을 이용한 유기 발광 소자에 대해 언급하고 있지 않다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1측면은, 제 1전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 전자전달층, 발광층 및 정공전달층을 포함하고, 상기 발광층은 도핑된 단백질 양자점을 포함하는 것인, 유기 발광 소자를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질에 의해 도핑된 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 나노 스피어 형상을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 전자 전달층 상에 형성된 그래핀층 및 산화물층을 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 유기 발광 소자의 쇼트키 장벽을 조절할 수 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 발광층을 산소 및/또는 수분으로부터 보호해주는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, NB2O5, TiSrO3, SiO2, Al2O3, MgO, Cr2O3, Fe3O4 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 중 어느 하나의 전극은 애노드이고 나머지 하나의 전극은 캐소드인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2측면은, 단백질을 1차 용매에 용해시켜 단백질 용액을 제조하는 단계; 상기 단백질 용액에 2차 용매를 첨가하여 상기 단백질을 자가조립 시켜 단백질 양자점을 제조하는 단계; 및 상기 단백질 양자점에 도핑물질을 추가하는 단계;를 포함하는 단백질 양자점의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑물질에 따라 상기 단백질 양자점의 발광 파장을 조절할 수 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑 물질은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 단백질은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 1차 용매는 헥사플루오로이소프로판올(HFIP), 포름산, 크레졸, 자일렌, 니트로벤젠, 디메틸프롬아미드, 디메틸아세트아미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2차 용매는 에탄올, 메탄올, 물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 유기 발광 소자는 카드뮴과 같은 중금속이 아닌 단백질을 발광층으로서 이용함으로써 친환경적이고 인체에 무해하다는 장점이 있다. 또한, 단백질 양자점은 Ir, Ru과 같은 물질로 도핑하여 발광 파장을 용이하게 조절할 수 있다. 예를 들면, Ir 화합물을 도핑하면 상기 단백질 양자점은 그린 발광을 할 수 있고, Ru 화합물을 도핑하면 레드 발광을 할 수 있다.
본원에 따른 유기 발광 소자는 그래핀층 및 산화물층을 추가 포함하여 쇼트키 장벽을 용이하게 조절할 수 있기 때문에 금속과 유기 반도체처럼 에너지 준위의 차이가 있는 재료 간의 전자 수송이 용이해질 수 있고 유기 발광 소자의 효율을 높일 수 있다. 또한, 외부로 유입될 수 있는 산소 및/또는 수분으로부터 상기 유기 발광 소자의 발광층을 보호하기 때문에 신뢰성이 높고 장기 수명을 가진 유기 발광 소자의 구현이 가능하다.
단백질은 5 eV 이상의 밴드갭을 가지고 있어 양쪽 전극으로부터 주입된 캐리어들이 양자우물 효과에 의해 발광층(EML) 내에 갇히게 되어 발광의 위치가 발광층 내의 도펀트로만 고정되어 발광 효율이 높아진다. 따라서 캐리어 전달층의 모빌리티 차이에 의한 과도한 전자 또는 정공들이 반대쪽 전극으로 주입되어 열로 소모되는 것을 방지하는 효과가 있다.
금속/유기 반도체 간 쇼트키 장벽을 조절하기 위해서는 일함수(work function)이 맞는 재료를 사용해야 하지만 본원에 따른 유기 발광 소자는 인가 전압에 의해 쇼트키 장벽의 높이를 제어할 수 있기 때문에 재료 사용에 있어 제약이 적을 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 단백질 양자점의 제조 방법의 순서도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본원의 일 실시예에 따른 자가조립으로 단백질 양자점의 형성 과정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 단백질 양자점의 흡수 및 발광 파장을 나타낸 그래프이고, 삽도는 UV 365 nm를 조사하였을 때 나타나는 PL(photoluminescence) 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략도와 PL을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 단백질 양자점의 제조 방법의 순서도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본원의 일 실시예에 따른 자가조립으로 단백질 양자점의 형성 과정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 단백질 양자점의 흡수 및 발광 파장을 나타낸 그래프이고, 삽도는 UV 365 nm를 조사하였을 때 나타나는 PL(photoluminescence) 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 본원의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략도와 PL을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 유기 발광 소자에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 1측면은, 제 1전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 전자전달층, 발광층 및 정공전달층을 포함하고, 상기 발광층은 도핑된 단백질 양자점을 포함하는 것인, 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질에 의해 도핑된 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도핑된 단백질 양자점이 Ir 을 포함하는 물질에 의해 도핑되었을 때 상기 도핑된 단백질 양자점은 530 nm 부근에서 그린 발광을 할 수 있다.
상기 도핑된 단백질 양자점이 Ru을 포함하는 물질에 의해 도핑되었을 때 상기 도핑된 단백질 양자점은 620 nm 부근에서 레드 발광을 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 나노 스피어 형상을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도핑된 단백질 양자점은 선형, 가지친 모양 형상을 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑된 단백질 양자점은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 발광 소자는 카드뮴과 같은 중금속이 아닌 단백질을 발광층으로서 이용함으로써 친환경적이고 인체에 무해하다는 장점이 있다. 또한, 단백질 양자점은 Ir, Ru과 같은 물질로 도핑하여 발광 파장을 용이하게 조절할 수 있다. 예를 들면, Ir 화합물을 도핑하면 상기 단백질 양자점은 그린 발광을 할 수 있고, Ru 화합물을 도핑하면 레드 발광을 할 수 있다.
단백질의 밴드 갭은 5 eV 이상 넓기 때문에 절연체의 성질을 갖고 있으며, 밴드 다이어그램(band diagram)에서 양자우물(quantum well)을 형성하여 양자점으로 들어오는 전자 및 정공과 같은 캐리어들이 상기 양자우물에 갇혀 빠져나가지 못해 모두 도펀트에서만 발광하기 때문에 발광 효율이 높다. 또한, 모빌리티 차이에 의해 불균일하게 유입되는 캐리어들 간의 균형을 맞춤으로써 과도한 캐리어에 의한 누설 전류가 발생하지 않아 소자의 수명 및 전기 발광 효율을 개선시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 전자 전달층 상에 형성된 그래핀층 및 산화물층을 추가 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 유기 발광 소자의 쇼트키 장벽을 조절할 수 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 발광층을 산소 및/또는 수분으로부터 보호해주는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 산화물층은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, NB2O5, TiSrO3, SiO2, Al2O3, MgO, Cr2O3, Fe3O4 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 발광 소자에 전압이 인가되었을 때 상기 그래핀이 에너지 띠 굽음(band bending)에 의해 N-type의 반도체처럼 행동하여 전자 수송이 용이해지고, 쇼트키 장벽을 조절할 수 있게 된다. 상기 그래핀층에 음의 전압이 인가되면 상기 쇼트키 장벽이 낮아지게 되어 금속과 유기 반도체처럼 에너지 준위의 차이가 있는 재료 간의 전자 수송이 용이해지기 때문에 유기 발광 소자의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 그래핀층 및 상기 산화물층은 외부에서 유입될 수 있는 산소 및/또는 수분으로부터 상기 발광층을 보호하기 때문에 신뢰성이 높고 장기 수명을 가진 QD-LED(Quantum dot-light emitting diode)의 구현이 가능하다.
상기 에너지 준위는 일함수(work function)의 준위, 전도대(conduction band) 준위, 원자가 전자대(valence band)의 준위, HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위 및 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위 등을 통칭하는 의미로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 준위의 대상 물질이 금속인 경우, 상기 에너지 준위는 일함수 준위일 수 있다. 또한, 상기 에너지 준위의 대상 물질이 무기물 또는 무기 반도체인 경우, 상기 에너지 준위는 전도대의 준위 또는 원자가 전자대의 준위일 수 있다. 또한, 상기 에너지 준위의 대상 물질이 유기물 또는 유기 반도체인 경우, HOMO 준위 또는 LUMO 준위일 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 구조이다.
도 1을 참조하면 상기 유기 발광 소자는 제 1전극, 상기 제 1 전극에 대향하여 구비된 제 2전극; 상기 제 1전극 및 상기 제2 전극 사이에 구비된 전자전달층(electron transport layer, ETL), 발광층(emitting layer, EML), 정공전달층(hole transport layer, HTL)을 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 소자는 정공주입층(hole injection layer, HIL), 전자주입층(electron injection layer, EIL), 기판, 봉지층을 추가 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기 발광 소자는 그래핀층 및 산화물층을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 중 어느 하나의 전극은 애노드이고 나머지 하나의 전극은 캐소드인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
정방향의 전압 인가는 상기 애노드에서 상기 캐소드 방향으로 전류를 흐르게 하는 것이고, 역방향의 전압 인가는 상기 캐소드에서 상기 애노드 방향으로 전류를 흐르게 하는 것 일 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 제 1전극과 제 2전극이 서로 면 접합된 샌드위치 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 적절한 유기물층 및/또는 무기물층을 위치시켰을 때, 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 상기 유기물층 및/또는 상기 무기물층에 주입하게 된다. 상기 주입된 정공과 상기 전자가 만났을 때 여기자(exciton)가 형성되고, 상기 여기자가 다시 바닥으로 떨어질 때 빛을 생성하게 되어 발광이 이루어진다.
상기 제 1 전극은 투명전극일 수 있다.
상기 제 1 전극이 투명전극인 경우, 상기 제 1전극은 산화주석인듐(ITO) 또는 산화아연인듐(IZO) 등과 같은 전도성 산화물일 수 있다. 나아가, 상기 제1 전극은 반투명 전극일 수도 있다. 상기 제1 전극이 반투명 전극인 경우, Ag, Au, Mg, Ca 또는 이들의 합금 같은 반투명 금속으로 제조될 수 있다. 반투명 금속이 제1 전극으로 사용되는 경우, 상기 유기발광소자는 미세공동구조를 가질 수 있다.
상기 애노드는 정공주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 예를 들면, V, Cr, Cu, Zn, Au 및 이들의 조합들로 이루어진 금속 또는 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등의 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 애노드 재료는 애노드에만 한정되는 것이 아니며, 캐소드의 재료로 사용될 수 있다.
상기 캐소드로는 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질이 바람직하다. 예를 들면, Mg, Ca, Na, K, Ti, In, Y, Li, Gd, Al, Ag, Sn, Pb 및 이들의 조합들로 이루어진 금속 또는 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등을 포함하는 물질인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 캐소드의 재료는 캐소드에만 한정되는 것은 아니며, 애노드의 재료로 사용될 수 있다.
상기 정공수송층의 물질로는 애노드 또는 정공주입층으로부터 정공을 수송 받아 발광층으로 상기 정공을 옮겨줄 수 있는 물질로서 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 예를 들면, 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 불록 공중합체 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 발광층 물질로는 상기 정공수송층과 상기 전자수송층으로부터 정공 및 전자를 각각 수송 받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 예를 들면, 상기 단백질 양자점은 상기 도핑 물질에 의해 도핑되어 양자효율이 좋다.
상기 전자수송층 물질로는 캐소드로부터 전자를 잘 주입받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 예를 들면, 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 및 히드록시플라본-금속 착물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 봉지층은 투명한 수지층으로 형성될 수 있다. 상기 봉지층은 상기 유기 발광 소자를 산소 및 오염물질로부터 보호하는 역할을 하며, 상기 유기 발광 소자의 발광을 저해하지 않도록 투명한 재질일 수 있다. 상기 투명은 60% 이상 빛을 투과하는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 75% 이상 빛을 투과하는 것을 의미할 수 있다.
상기 기판은 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 기판을 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판, 박막 유리 기판, 투명 플라스틱 기판 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기판을 선택할 수 있다. 상기 플라스틱 기판은 폴리 에테르술폰(PES), 폴리 에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 스티렌(PS), 폴리 이미드(PI), 폴리 에틸린(PE), 폴리이써 이써 케톤(PEEK), 폴리이미드(PI) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 플라스틱 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 개략도이다.
본 명세서는 상기 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 디스플레이 장치에서 상기 유기 발광 소자는 화소 또는 백라이트 역할을 할 수 있다. 그 외, 디스플레이 장치의 구성은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본 명세서는 상기 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치에서 상기 유기 발광 소자는 발광부의 역할을 수행한다. 그 외, 조명장치에 필요한 구성들은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
본원의 제 2측면은, 단백질을 1차 용매에 용해시켜 단백질 용액을 제조하는 단계; 상기 단백질 용액에 2차 용매를 첨가하여 상기 단백질을 자가조립 시켜 단백질 양자점을 제조하는 단계; 및 상기 단백질 양자점에 도핑물질을 추가하는 단계;를 포함하는 단백질 양자점의 제조 방법을 제공한다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 단백질 양자점의 제조 방법의 순서도이다.
먼저, 단백질을 1차 용매에 용해시켜 단백질 용액을 제조한다(S100).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 단백질은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 1차 용매는 헥사플루오로이소프로판올(HFIP), 포름산, 크레졸, 자일렌, 니트로벤젠, 디메틸프롬아미드, 디메틸아세트아미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 단백질 용액에 2차 용매를 첨가하여 상기 단백질을 자가조립 시켜 단백질 양자점을 제조한다(S200).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2차 용매는 에탄올, 메탈올, 물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자가조립은 상기 단백질의 작용기들 간의 수소결합 및 이온 결합으로 인해 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 작용기는 아마이드 결합을 포함할 수 있다.
상기 2차 용매가 에탄올 일 때에는 상기 단백질 양자점이 나노 스피어 형상인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 2차 용매가 물 일 때에는 상기 단백질 양자점이 나노 와이어 형상인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 단백질 양자점에 도핑물질을 추가한다(S300).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑물질에 따라 상기 단백질 양자점의 발광 파장을 조절할 수 있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단백질 양자점이 Ir 을 포함하는 물질에 의해 도핑되었을 때 상기 도핑된 단백질 양자점은 530 nm 부근에서 그린 발광을 할 수 있다.
상기 단백질 양자점이 Ru을 포함하는 물질에 의해 도핑되었을 때 상기 도핑된 단백질 양자점은 620 nm 부근에서 레드 발광을 할 수 있다.
상기 단백질 양자점은 나노 스피어 형상, 선형, 가지친 모양 현상을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 도핑 물질은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예1]
tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌을 헥사플루오로이소프로판올(HFIP)에 용해시킨 후 에탄올을 넣어주어 상기 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌dl 자가조립된 나노 스피어 형상의 단백질 양자점이 형성되었다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 자가조립으로 단백질 양자점의 형성 과정을 나타낸 개략도이다.
상기 단백질 양자점에 Ir(ppy)3을 도펀트로 첨가하여 녹색-단백질 양자점을 형성하였고, 상기 단백질 양자점에 Ru(bpy)3 2 +를 도펀트로 첨가하여 적색-단백질 양자점을 형성하였다.
[실시예 2]
유기 발광 소자 제조를 위해 ITO(Indium tin oxide) 박막이 코팅된 유리 기재를 사용하였다. 상기 ITO 상에 PEDOT:PSS, PVK, 상기 실시예 1에서 제조된 녹색-단백질 양자점, TPBi 및 LiF/Al을 순차적으로 코팅 및/또는 증착하여 녹색-유기 발광 소자를 형성하였다.
[실시예 3]
유기 발광 소자 제조를 위해 ITO(Indium tin oxide) 박막이 코팅된 유리 기재를 사용하였다. 상기 ITO 상에 PEDOT:PSS, PVK, 상기 실시예 1에서 제조된 적색-단백질 양자점, TPBi, ZnO, 및 LiF/Al을 순차적으로 코팅 및/또는 증착하여 적색-유기 발광 소자를 형성하였다.
[실험예]
상기 실시예에서 제조된 녹색-단백질 양자점 및 적색-단백질 양자점의 특성을 확인하였고 그 결과를 도 5로서 나타내었다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 단백질 양자점의 흡수 및 발광 파장을 나타낸 그래프이고, 삽도는 UV 365 nm를 조사하였을 때 나타나는 PL(photoluminescence) 사진이다.
도 5에 나타난 결과에 따르면, 단백질의 흡수는 250 nm에서, 발광은 380 nm에서 나타난다. 상기 실시예 1의 Ir(ppy)3가 도핑됨으로써 530 nm에서 녹색 발광이 나타났다. 또한, 상기 실시예 1의 Ru(bpy)3 2 +가 도핑됨으로써 620 nm에서 적색발광이 나타났다.
상기 실시예에서 제조된 녹색-유기 발광 소자 및 적색-유기 발광 소자의 특성을 확인하였고 그 결과를 도 6으로서 나타내었다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략도와 PL을 나타낸 그래프이다.
도 6에 나타난 결과에 따르면, 상기 실시예 1의 Ir(ppy)3가 도핑됨으로써 녹색 발광이 나타났다. 또한, 상기 실시예 1의 Ru(bpy)3 2 +가 도핑됨으로써 적색발광이 나타났다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 제 1전극; 상기 제 1전극에 대향하여 구비된 제 2전극; 상기 제 1전극 및 상기 제 2전극 사이에 구비된 전자전달층, 발광층 및 정공전달층을 포함하고,
상기 발광층은 도핑된 단백질 양자점을 포함하며
상기 도핑된 단백질 양자점은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질에 의해 도핑되는 것인, 유기 발광 소자로서,
상기 제 1전극 및 상기 제 2전극으로부터 주입된 캐리어들이 양자우물 효과에 의해 상기 발광층 내에 갇히게 되어 발광의 위치가 상기 발광층 내의 도펀트로만 고정되어 발광 효율이 높아지는 것인,
유기 발광 소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 도핑된 단백질 양자점은 나노 스피어 형상을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 도핑된 단백질 양자점은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 유기 발광 소자는 상기 전자 전달층 상에 형성된 그래핀층 및 산화물층을 추가 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 5항에 있어서,
상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 유기 발광 소자의 쇼트키 장벽을 조절할 수 있는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 5항에 있어서,
상기 그래핀층 및 산화물층은 상기 발광층을 산소 및/또는 수분으로부터 보호해주는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 5항에 있어서,
상기 산화물층은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, NB2O5, TiSrO3, SiO2, Al2O3, MgO, Cr2O3, Fe3O4및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1전극과 상기 제 2전극 중 어느 하나의 전극은 애노드이고 나머지 하나의 전극은 캐소드인 것인, 유기 발광 소자.
- 단백질을 1차 용매에 용해시켜 단백질 용액을 제조하는 단계;
상기 단백질 용액에 2차 용매를 첨가하여 상기 단백질을 자가조립시켜 단백질 양자점을 제조하는 단계; 및
상기 단백질 양자점에 도핑 물질을 추가하는 단계;
를 포함하며
상기 도핑 물질은 Ir, Ru, Rh, Os, Tc, Re, Mo, W 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인,
단백질 양자점의 제조 방법으로서,
상기 단백질 양자점에 주입된 캐리어들은 양자우물 효과에 의해 발광층 내에 갇히게 되어, 발광의 위치가 상기 발광층 내의 도펀트로만 고정되어 발광 효율이 높아지는 것인,
단백질 양자점의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 도핑물질에 따라 상기 단백질 양자점의 발광 파장을 조절할 수 있는 것인, 단백질 양자점의 제조 방법.
- 삭제
- 제 10항에 있어서,
상기 단백질은 tert-뷰틸옥시카보닐-디페닐알라닌(Boc-Diphenylalanine), 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 루신, 발린, 이소루신, 히스티딘 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 단백질을 포함하는 것인 단백질 양자점의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 1차 용매는 헥사플루오로이소프로판올(HFIP), 포름산, 크레졸, 자일렌, 니트로벤젠, 디메틸프롬아미드, 디메틸아세트아미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것인, 단백질 양자점의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 2차 용매는 에탄올, 메탄올, 물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 용매를 포함하는 것인, 단백질 양자점의 제조 방법.
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