KR102607451B1 - 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 양자점은 Mg, Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 각각 포함하는 코어 및 쉘을 포함하고, 상기 쉘이 포함하는 Mg의 함량은 상기 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 크다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{LIGHT EMITTING DIODE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시는 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display)는 자발광형 표시 소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답시간이 빠르다는 장점을 가진다.
유기 발광 표시 장치는 발광을 위한 유기 발광 소자를 포함하고, 이러한 유기 발광 소자는 하나의 전극으로부터 주입된 전자(electron)와 다른 전극으로부터 주입된 정공(hole)이 발광층에서 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광한다.
그러나 종래 유기 발광 소자는 구동 전압이 높고 발광 휘도나 발광 효율이 낮으며 발광 수명이 짧고, 정공 수송층에서 발광층으로 정공(hole)의 주입이 원활히 이루어지지 않아 전자와 정공의 균형이 맞지 않는 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 양자점(quantum dot)을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것으로, 정공과 전자가 상호 균형 있게 주입됨으로써 신뢰성 및 발광 효율이 우수한 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 양자점은 Mg, Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 각각 포함하는 코어 및 쉘을 포함하고, 상기 쉘이 포함하는 Mg의 함량은 상기 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 큰 발광 소자를 제공한다.
상기 코어는 Zn1 - xMgxSe, Zn1 - xMgxS, 및 Zn1 - xMgxTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 x는 0 이상 1 이하의 값이다.
상기 쉘은 Zn1 - yMgyTe, Zn1 - yMgySe 및 Zn1 - yMgyS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 y는 0 이상 1 이하의 값이다.
상기 제1 전극 및 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 더 포함하며, 상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 p타입 도펀트는 금속 및 할로겐 원소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층은 상기 코어와 동일한 화합물 및 상기 p타입 도펀트를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 수송층은 n타입의 도펀트를 포함하는 I-VI족 화합물, n타입의 도펀트를 포함하는 II-VI족 화합물 및 n타입의 도펀트를 포함하는 III-VI족 화합물로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층을 포함하고, 상기 양자점은 Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 포함하는 코어, 및 Mg, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 포함하는 쉘을 포함한다.
상기 제1 전극 및 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 더 포함하며, 상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 p타입 도펀트는 금속 및 할로겐 원소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층, 및 상기 발광층 위에 위치하는 제2 전극을 포함하며, 상기 양자점은 Mg, Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 각각 포함하는 코어 및 쉘을 포함하고, 상기 쉘이 포함하는 Mg의 함량은 상기 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 클 수 있다.
상기 코어는 Zn1 - xMgxSe, Zn1 - xMgxS, 및 Zn1 - xMgxTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 x는 0 이상 1 이하의 값이다.
상기 쉘은 Zn1 - yMgyTe, Zn1 - yMgySe 및 Zn1 - yMgyS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 y는 0 이상 1 이하의 값이다.
상기 제1 전극 및 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 더 포함하며, 상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 p타입 도펀트는 금속 또는 할로겐 원소일 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 정공과 전자가 상호 균형 있게 발광층에 주입될 수 있으며, 이를 통해 발광 효율이 우수한 발광 소자가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 각 층의 에너지 준위를 보여주는 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 및 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시한 표시 장치의 구조는 구동 박막 트랜지스터와 발광 소자를 나타내어 설명하고 있으나, 표시 장치의 구조에는 스위칭 박막 트랜지스터, 신호선 등이 포함될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극(160), 정공 수송층(172), 발광층(173), 전자 수송층(174) 및 제2 전극(180)이 순서대로 적층된 구조이다. 후술할 도 2의 발광 소자층(170)은 도 1의 정공 수송층(172), 발광층(173) 및 전자 수송층(174)을 포함한다.
제1 전극(160)이 애노드(anode)일 경우에는 정공 주입이 용이하도록 높은 일 함수를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극(160)은 투명 전극으로, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 구리 인듐 산화물(CIO), 구리 아연 산화물(CZO), 갈륨 아연 산화물(GZO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO) 또는 이들의 조합과 같은 도전성 산화물, 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg)과 같은 금속, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 PEDOT:PSS와 같은 전도성 폴리머를 사용하여 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(160)은 이에 한정되지 않으며, 2층 이상의 적층 구조로 형성될 수도 있다.
정공 수송층(172)은 제1 전극(160) 위에 위치할 수 있다. 즉, 정공 수송층(172)은 제1 전극(160)과 발광층(173) 사이에 위치할 수 있다. 이때 정공 수송층(172)은 제1 전극(160)으로부터 발광층(173)으로의 정공의 주입 및 수송 기능을 수행한다.
정공 수송층(172)은 p타입의 도펀트(dopant)를 포함하는 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 p타입의 도펀트는 금속 및 할로겐 원소 중 적어도 하나일 수 있다.
이때 정공 수송층(172)은 일례로 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정공 수송층(172)은, 후술할 발광층(173)에 포함되는 코어와 동일한 물질에 p타입의 도펀트가 포함된 화합물을 포함할 수도 있다.
표시 장치에 적용되는 정공 수송층은 일반적으로 유기물을 포함하는데, 이와 같이 유기물을 포함하는 정공 수송층의 에너지 준위와 발광층 간의 에너지 준위 차이는 클 수 있다. 이러한 정공 수송층과 발광층 간의 에너지 준위 차이 때문에 발광층으로의 정공 주입이 원활하지 않을 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 표시 장치는 발광층에 포함된 코어와 에너지 준위가 동일 유사한 물질에 p타입의 도펀트를 포함하도록 정공 수송층(172)을 형성함으로써, 정공 수송층(172)과 발광층(173) 간의 정공의 주입이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
이렇게 정공의 주입이 원활히 이루어질 경우, 발광층(173)에서 결합되는 전자와 정공 간의 균형이 개선될 수 있고, 발광 소자(LD)의 안정성 및 발광 효율이 우수해질 수 있다.
한편 도 1은 정공 수송층(172)을 단일층으로 형성된 구조인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 정공 수송층(172)은 2층 이상이 적층된 복수층으로 형성될 수도 있다.
다음, 정공 수송층(172) 위에 발광층(173)이 위치한다. 발광층(173)은 특정 색을 표시하는 발광 물질을 포함한다. 예를 들어, 발광층(173)은 청색, 녹색 또는 적색과 같은 기본색 또는 이들을 조합하는 색을 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광층(173)에 포함되는 발광 물질은 양자점(quantum dot)을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 발광층(173)에 포함되는 양자점은 하나의 반도체 물질이 다른 반도체 물질을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
코어 및 쉘 각각은 Mg, Zn, Te, Se 및 S 중 적어도 2 종을 포함할 수 있으며, 특히 쉘이 포함하는 Mg의 함량은 상기 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 클 수 있다.
구체적으로, Mg의 함량이 클수록 반도체가 가지는 밴드갭 에너지가 커지는데, 쉘이 포함하는 Mg의 함량이 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 큰 경우, 쉘의 밴드갭 에너지가 코어의 밴드갭 에너지를 감싸는 형태로 제공될 수 있고, 이에 따르면 보다 안정적인 정공/전자 주입이 가능하다.
다시 말해, 쉘이 코어보다 더 많은 함량의 Mg를 포함하는 경우, 쉘은 코어의 HOMO 에너지 준위보다 낮은 HOMO 에너지 준위를 가지면서 코어의 LUMO 에너지 준위보다 높은 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 이러한 코어/쉘 에너지 준위 관계에 따르면 효율적인 정공 및 전자의 주입이 가능하여, 발광 소자의 발광 효율이 증대된다.
코어는 Zn1 - xMgxSe, Zn1 - xMgxS, 및 Zn1 - xMgxTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 상기 x는 0 이상 1 이하의 값이고, 쉘은 Zn1 - yMgyTe, Zn1 - yMgySe 및 Zn1 - yMgyS 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 상기 y는 0 이상 1 이하의 값일 수 있다. 이때 쉘이 포함하는 Mg의 함량은 코어가 포함하는 Mg의 함량보다 크도록 코어는 Mg을 포함하지 않을 수 있으며 일례로 코어가 ZnTe 재질이고, 쉘이 MgTe일 수 있다.
또한 코어가 Zn1 - xMgxSe, Zn1 - xMgxS, 및 Zn1 - xMgxTe 중 적어도 하나를 포함하고, 쉘이 Zn1 - yMgyTe, Zn1 - yMgySe 및 Zn1 - yMgyS 중 적어도 하나를 포함하는 경우, 쉘과 코어는 유사한 결정 구조를 가지며 이를 나타내는 격자 상수 값이 유사하다. 유사한 격자 상수 값은 코어/쉘 사이의 정합성이 우수함을 나타낸다.
구체적으로 섬아연석형구조(zinc blende structure)를 가지는 경우, ZnTe의 결정 상수는 6.103이고 MgTe의 결정 상수는 6.280이고 CdTe는 6.478의 결정 상수 값을 가진다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 ZnTe(코어)와 MgTe(쉘)의 결정 상수의 차이값은 ZnTe(코어)와 CdTe(쉘)의 결정 상수의 차이값 보다 작은 값을 가질 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 양자점이 기존 대비 결정 정합성이 우수할 수 있음을 나타낸다.
코어/쉘 양자점 중 코어의 평균 입경은 약 2nm 내지 약 5nm일 수 있다. 한편, 쉘의 평균 두께는 약 3nm 내지 약 5nm일 수 있다. 또한, 양자점의 평균 입경은 약 2nm 내지 약 10nm일 수 있다.
상술한 바와 같은 범위 내에서 코어의 입경, 쉘의 평균 두께, 양자점의 평균 입경을 다양하게 선택함으로써, 양자점의 발광 컬러 및/또는 양자점의 반도체성 특성 등을 다양하게 변화시킬 수 있다.
양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
또한, 양자점은 쉘의 표면에 형성되어 화학적으로 결합되어 있는 리간드를 더 포함할 수 있다. 리간드는 유기 작용기를 포함할 수 있다.
발광층(173) 위에 전자 수송층(174)이 위치할 수 있다. 전자 수송층(174)은 제2 전극(180)으로부터 발광층(173)으로 전자의 주입 및 수송 기능을 수행할 수 있다.
전자 수송층(174)은 n타입의 도펀트(dopant)를 포함하는 I-VI족 화합물, II-VI족 화합물, III-VI족 화합물 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자 수송층(174)은 일례로 n-In2S3, n-Cu2S, n-Ag2S, n-ZnO, n-ZnTe, n-ZnSe 및 n-ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에서 전자 수송층(174)을 단일층으로 형성된 구조로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 전자 수송층(174)은 2층 이상이 적층된 복수층을 포함할 수 있다.
전자 수송층(174) 위에는 제2 전극(180)이 위치한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 전극(160)이 애노드(anode)이고, 제2 전극(180)은 캐소드(cathode)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 전극(160)이 캐소드이고, 제2 전극(180)이 애노드일 수 있다.
제2 전극(180) 역시 투명 전극으로, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 구리 인듐 산화물(CIO), 구리 아연 산화물(CZO), 갈륨 아연 산화물(GZO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO) 또는 이들의 조합과 같은 도전성 산화물, 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg)과 같은 금속 및 금속 합금, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 PEDOT:PSS와 같은 전도성 폴리머를 사용하여 얇은 두께로 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(180)은 이에 한정되지 않으며, 2층 이상의 적층 구조로 형성될 수도 있다.
이하에서는 전술한 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 대해 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2를 참고하면, 기판(123) 위에 버퍼층(126)이 위치한다. 버퍼층(126)은 불순물의 침투를 방지하며, 기판(123) 표면을 평탄화할 수 있다.
버퍼층(126) 위에 반도체층(137)이 위치한다. 반도체층(137)은 다결정 규소막으로 형성된다.
반도체층(137)은 불순물이 도핑되지 않은 채널 영역(135), 채널 영역(135)의 양 옆으로 위치하는 소스 영역(134) 및 드레인 영역(136)을 포함하고, 소스 영역(134) 및 드레인 영역(136) 각각은 도핑될 수 있다. 여기서, 도핑되는 이온 불순물은 박막 트랜지스터의 종류에 따라 달라질 수 있다.
반도체층(137) 위에 게이트 절연막(127)이 위치하고, 게이트 절연막(127) 위에 게이트 전극(133)을 포함하는 게이트 배선이 위치한다. 이때 게이트 전극(133)은 반도체층(137)의 일부, 특히 채널 영역(135)과 중첩하도록 위치한다.
게이트 절연막(127) 및 게이트 전극(133) 위에 층간 절연막(128)이 위치한다. 게이트 절연막(127)과 층간 절연막(128)은 반도체층(137)의 소스 영역(134) 및 드레인 영역(136)과 중첩하는 제1 접촉 구멍(122a) 및 제2 접촉 구멍(122b)을 가진다.
층간 절연막(128) 위에 소스 전극(131) 및 드레인 전극(132)을 포함하는 데이터 배선이 위치한다.
소스 전극(131) 및 드레인 전극(132)은 각각 층간 절연막(128) 및 게이트 절연막(127)에 형성된 제1 접촉 구멍(122a) 및 제2 접촉 구멍(122b)을 통해 반도체층(137)의 소스 영역(134) 및 드레인 영역(136)과 전기적으로 연결된다.
전술한 반도체층(137), 게이트 전극(133), 소스 전극(131) 및 드레인 전극(132)은 박막 트랜지스터(130)를 이루며, 박막 트랜지스터(130)의 구성은 전술한 예에 한정되지 않고, 당해 기술 분야의 전문가가 용이하게 실시할 수 있는 공지된 구성으로 다양하게 변경 가능하다.
다음, 층간 절연막(128) 및 데이터 배선 위에 평탄화막(124)이 위치한다. 평탄화막(124)은 그 위에 위치하는 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해 단차를 없애는 역할을 한다.
평탄화막(124)은 드레인 전극(132)과 중첩하는 제3 접촉 구멍(122c)을 가질 수 있다.
여기에서, 본 발명에 따른 일 실시예는 전술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 평탄화막(124)과 층간 절연막(128) 중 하나는 생략될 수도 있다.
다음, 평탄화막(124) 위에 발광 소자(LD)에 포함되는 제1 전극(160)이 위치한다. 제1 전극(160)은 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(160)은 평탄화막(124)의 제3 접촉 구멍(122c)을 통해 드레인 전극(132)과 연결된다.
평탄화막(124) 위에 제1 전극(160)과 중첩하는 개구부를 가지는 화소 정의막(125)이 위치한다. 화소 정의막(125)이 가지는 개구부마다 발광 소자층(170)이 위치할 수 있다. 즉, 화소 정의막(125)에 의해 각각의 발광 소자층(170)이 위치하는 화소 영역이 정의될 수 있다.
제1 전극(160) 위에 발광 소자층(170)이 위치한다. 발광 소자층(170)은 도 1을 참고하여 설명한 바와 같이 정공 수송층(172), 발광층(173) 및 전자 수송층(174)을 포함할 수 있으며, 전술한 구성요소와 동일한 바, 이하에서는 설명을 생략한다.
그리고, 발광 소자층(170) 위에 제2 전극(180)이 위치한다. 제2 전극(180)은 공통 전극일 수 있다. 이러한 제1 전극(160), 발광 소자층(170) 및 제2 전극(180)은 발광 소자(LD)를 이룬다.
제1 전극(160) 및 제2 전극(180)은 각각 투명한 도전성 물질로 형성되거나 반투과형 또는 반사형 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제1 전극(160) 및 제2 전극(180)을 형성하는 물질의 종류에 따라, 표시 장치는 전면 발광형, 배면 발광형 또는 양면 발광형이 될 수 있다.
제2 전극(180) 위에 제2 전극(180)을 보호하는 덮개막(190)이 위치한다.
그리고, 덮개막(190) 위에 박막 봉지층(121)이 위치한다. 박막 봉지층(121)은 기판(123) 위에 위치하는 발광 소자(LD)와 회로부(미도시)를 외부로부터 밀봉시켜 보호한다.
박막 봉지층(121)은 서로 하나씩 교대로 적층되는 유기 봉지막(121a, 121c)과 무기 봉지막(121b, 121d)을 포함한다. 도 2에서는 일례로 2개의 유기 봉지막(121a, 121c)과 2개의 무기 봉지막(121b, 121d)이 하나씩 교대로 적층되어 박막 봉지층(121)을 구성하는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 박막 봉지층(121)의 구조는 필요에 따라 다양하게 변형 가능하다.
이하에서는, 도 3 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 에너지 준위에 대해서 설명한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 각 층의 에너지 준위를 보여주는 개략도이다.
도 3은, 제1 전극은 ITO이고, 정공 수송층은 p-CuI이고, 양자점의 코어/쉘은 ZnTe/MgTe이며, 전자 수송층은 ZnS이고, 제2 전극은 Yb/AgMg 로 이루어진 발광 소자의 에너지 준위를 나타낸다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 발광 소자와 비교하여 정공 수송층이 p-ZnTe인 것 이외에는 도 3과 동일한 발광 소자의 에너지 준위를 나타낸다.
구체적으로 에너지 준위에 대해서는, 캐소드인 제2 전극의 에너지 준위(5), 전자 수송층의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위(4H) 및 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위(4L), 발광층의 HOMO 에너지 준위(3H) 및 LUMO 에너지 준위(3L), 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위(2H) 및 LUMO 에너지 준위(2L) 및 애노드인 제1 전극의 에너지 준위(1)를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 또한, 도 3 및 도 4는 진공 준위(vacuum level, VL)을 기준으로 한 에너지 준위(eV)를 나타내며, 일함수는 페르미 준위에 존재하는 전하를 진공 준위로 옮기는데 필요한 에너지를 의미하므로, 도 3 및 도 4에 도시된 에너지 준위 값은 일함수의 절대값과 같다.
우선 애노드로부터 주입되는 정공의 이동을 설명한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 정공은 애노드에서 주입되어 정공 수송층의 HOMO(2H)를 통과하여 발광층의 HOMO(3H)에 도달한다.
본 실시예에 따른 발광 소자는 정공 수송층과 발광층(특히 코어)이 유사한 에너지 준위를 가짐으로써, 정공이 이동하는 경로인 정공 수송층의 HOMO(2H) 및 발광층의 HOMO(3H)가 유사한 에너지 준위를 가질 수 있고, 이에 따라 정공의 이동은 원활하게 이루어질 수 있다.
특히 도 4에 도시된 실시예를 참고하면, 정공 수송층과 양자점의 코어는 동일한 화합물을 포함할 수 있으며, 이를 통해 유사한 에너지 준위를 가지는 각 층을 제공할 수 있다. 즉, 정공은 얇은 두께의 쉘만 통과하면 되는바, 적절한 정공 주입 효율을 가질 수 있다.
정리하면, 정공은 전술한 에너지 준위를 따라 애노드, 정공 수송층 및 발광층을 따라 차례로 이동할 수 있으며, 전자의 주입량과 유사한 수준의 정공 주입이 가능한 바, 보다 효과적인 발광 소자의 제공이 가능하다.
다음, 캐소드로부터 주입되는 전자의 이동을 살펴본다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 전자는 캐소드에서 주입되어 전자 수송층의 LUMO(4L)를 통과하여 발광층의 LUMO(3L)에 도달할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전자가 이동하는 경로인 캐소드의 에너지 준위(5), 전자 수송층의 LUMO(4L) 및 발광층의 코어의 LUMO(3L) 역시 유사한 에너지 준위를 가질 수 있으며 크지 않은 에너지 장벽을 가진다. 이에 따라 전자의 이동 역시 원활하게 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다.
또한 도 3 및 도 4를 참고하면, 발광층을 이루는 코어/쉘에서, 쉘의 LUMO는 코어의 LUMO 보다 클 수 있으며, 쉘의 HOMO는 코어의 HOMO 보다 작을 수 있다. 즉, 코어의 밴드갭 에너지 준위는 쉘의 밴드갭 에너지 준위에 둘러 싸이는 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 코어/쉘 사이의 에너지 준위 관계에 따르면 발광층으로의 균형 잡힌 정공 및 전자 제공이 가능하여, 발광 효율이 증대될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
123: 기판
130: 박막 트랜지스터
160: 제1 전극
172: 정공 수송층
173: 발광층
174: 전자 수송층
180: 제2 전극

Claims (19)

  1. 제1 전극,
    상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극, 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층, 및
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 포함하고,
    상기 양자점은 Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 포함하는 코어, 및 Mg 및 Te를 포함하는 쉘을 포함하고,
    상기 쉘의 LUMO 에너지 준위는 상기 코어의 LUMO 에너지 준위보다 크고, 상기 쉘의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위보다 작으며,
    상기 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위와 유사한 에너지 준위를 가지는 발광 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 코어는 ZnSe, ZnS, 및 ZnTe 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 화합물을 포함하는 발광 소자.
  5. 제4항에서,
    상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  6. 제4항에서,
    상기 p타입 도펀트는 금속 및 할로겐 원소 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  7. 제4항에서,
    상기 정공 수송층은,
    상기 코어와 동일한 화합물 및 p타입 도펀트를 더 포함하는 화합물을 포함하는 발광 소자.
  8. 제1항에서,
    상기 발광층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함하는 발광 소자.
  9. 제8항에서,
    상기 전자 수송층은 n타입의 도펀트를 포함하는 I-VI족 화합물, n타입의 도펀트를 포함하는 II-VI족 화합물 및 n타입의 도펀트를 포함하는 III-VI족 화합물로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  10. 제1 전극,
    상기 제1 전극과 중첩하는 제2 전극,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층, 및
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층을 포함하고,
    상기 양자점은
    Zn 및 Te를 포함하는 코어, 및
    Mg 및 Te를 포함하는 쉘을 포함하고,
    상기 쉘의 LUMO 에너지 준위는 상기 코어의 LUMO 에너지 준위보다 크고, 상기 쉘의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위보다 작으며,
    상기 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위와 유사한 에너지 준위를 가지는 발광 소자.
  11. 제10항에서,
    상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  12. 제11항에서,
    상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  13. 제11항에서,
    상기 p타입 도펀트는 금속 및 할로겐 원소 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  14. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 위치하며 양자점을 포함하는 발광층,
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층, 및
    상기 발광층 위에 위치하는 제2 전극을 포함하며,
    상기 양자점은 Zn, Te, Se 및 S로부터 선택된 적어도 2 종을 포함하는 코어, 및 Mg 및 Te를 포함하는 쉘을 포함하고,
    상기 쉘의 LUMO 에너지 준위는 상기 코어의 LUMO 에너지 준위보다 크고, 상기 쉘의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위보다 작으며,
    상기 정공 수송층의 HOMO 에너지 준위는 상기 코어의 HOMO 에너지 준위와 유사한 에너지 준위를 가지는 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 코어는 ZnSe, ZnS, 및 ZnTe 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치.
  16. 삭제
  17. 제14항에서,
    상기 정공 수송층은 p타입의 도펀트를 포함하는 화합물을 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 정공 수송층은 p-CuI, p-TlI, p-AgI, p-CdI2, p-HgI2, p-SnI2, p-PbI2, p-BiI3, p-ZnI2, p-MnI2, p-FeI2, p-CoI2, p-NiI2, p-AlI3, p-In2S3, p-Cu2S, p-Ag2S, p-ZnO, p-ZnTe, p-ZnSe 및 p-ZnS 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 p타입 도펀트는 금속 또는 할로겐 원소인 표시 장치.
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