KR20100088866A - 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 양자점으로 이루어지는 발광층에 미세 요철 구조의 다수의 나노 패턴을 형성함으로써, 전자주입을 활발하게 하고 전자-정공 결합 가능성을 높여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 고효율 양자소재 기반 발광소자는 제 1 전극층과 제 2 전극층 및 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 정공수송층과 나노 양자점 발광층을 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 나노 양자점 발광층에는 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
발광층, 양자점, 미세 요철, 나노 패턴, 단일층
Description
본 발명은 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 양자점으로 이루어지는 발광층에 미세 요철 구조의 다수의 나노 패턴을 형성함으로써, 전자주입을 활발하게 하고 전자-정공 결합 가능성을 높여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
OLED는 기본적으로 두 개의 전극 사이에 전자수송층(electron transport layer), 발광층, 정공수송층(hole transport layer)가 적층된 구조를 갖는 것으로서, 저분자 또는 고분자 발광층에서 음극과 양극에 주입되는 전자와 정공이 재결합되면서 특정 파장의 빛을 내는 소자이다.
그런데, 발광층을 염료를 이용하는 경우 발광 효율이 낮고 수명이 짧은 단점이 있다.
이에 최근에는 발광층을 염료로 형성하는 대신에 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 전극층(100)과, 정공수송층(200), 발광층(300), 제 2 전극층(400)으로 이루어 지되, 발광층(300)을 반도체 나노 입자로 이루어지는 다수의 양자점으로 형성된 양자점 기반(QD-based) LED가 개발되고 있다.
이 양자점 기반(QD-based) LED에 있어서 발광층(300)은 다수의 양자점이 적층되어 일정 두께를 가지는 구조를 가지지만, 이 경우 발광층을 구성하는 양자점들의 전도도가 좋지 않아 전자-정공 결합이 발생하지 않고 전하가 발광층 내에서 charging되거나, 빛을 발하지 않는 전자-정공결합이 발생하는 등 효율이 저하되고, 또한 열이 발생하여 소자 품질이 저하되게 되는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 양자점(QD)으로 이루어지는 발광층(300a)을 단층(monolayer)으로 형성하는 기술이 제안된 바 있다.
그런데, 양자점(QD) 발광층은 통상적으로 스핀코팅 방식으로 형성하므로 단층 구조를 형성하기 어려울 뿐만 아니라, 단층(monolayer) 구조가 형성되더라도 양자점(QD) 사이즈가 균일하지 않거나 바닥면의 상태가 균일하지 않아 도 3에 도시된 바와 같이 발광층(300a)을 구성하는 양자점(QD) 사이에 공극이 발생하여 발광 효율이 저하될 뿐만 아니라 소자 수명이 단축되는 문제가 있다.
상기 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소정 두께의 양자점(QD) 발광층을 형성한 후 패터닝 공정을 통해 다수의 요철 구조를 갖는 나노패턴을 형성함으로써, 전극과 발광층 사이의 접촉 면적을 증가시키고 및 접촉 거리를 감소시켜 전자주입을 활발하게 함으로써, 전자-정공 결합 가능성을 높이도록 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고효율 양자소재 기반 발광소자는 제 1 전극층과 제 2 전극층 및 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 정공수송층과 나노 양자점 발광층을 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 나노 양자점 발광층에는 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고효율 양자소재 기반 발광소자의 제조 방법은 제 1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계와, 상기 정공수송층 상에 소정 두께의 나노 양자점 발광층을 형성하는 단계와, 상기 소정 두께의 나노양자점층을 패터닝하여 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴으로 이루어지는 발광층을 형성하는 단계와, 상기 발광층 상에 제 1 전극층을 형성하는 단계를 포함함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전극과 발광층 사이의 접촉 면적을 증가시키고 및 접촉 거리를 감소시켜 전자주입을 활발하게 하여 전자-정공 결합 가능성을 높임으로써, 발광 효율으르 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 고효율 양자소재 기반 발광소자를 도시한 단면도로서, 제 1 전극층(10)과 정공수송층(20), 나노 양자점 발광층(30a), 제 2 전극층(40)을 갖는다.
여기서, 제 1 전극층(10)은 정공 주입을 위한 양극으로서, ITO 전극과 같이 투명한 금속 산화물로 이루어진다.
또한, 정공수송층(20)은 제 1 전극층(10)으로부터의 정공을 전달하는 것으로서, 다이아민(diamine) 유도체인 TPD 등이 이용된다.
이때, 도면에는 도시되지 않았으나 제 1 전극층(10)과 정공수송층(20) 사이에 버퍼층을 형성시킬 수 있다.
여기서, 버퍼층은 제 1 전극층 상에 형성되어 정공이동도를 향상시킬 수 있도록 하는 것으로서, 폴리(스틸렌 설포네이트) (poly(styrene sulfonate))로 도핑된 폴리(3,4-ethylenedioxythiophene) [PEDOT:PSS] 또는 글리세롤이 포함된 G-PEDOT를 이용할 수 있으며, 버퍼층의 재료는 여기에 한정되지는 않는다.
그리고, 제 2 전극층(40)은 전자 주입을 위한 음극으로서, 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질이 이용된다.
아울러, 도면에는 도시되지 않았으나 나노 양자점 발광층(30a)과 제 2 전극 층(40) 사이에 Alq3와 같은 전자 전달층을 더 형성할 수 있으며, 전자 전달층을 이루는 물질이 Alq3로 한정되지 않고 다른 물질을 이용할 수 있다.
또한, 나노 양자점 발광층(30a)은 정공수송층(20)과 제 2 전극층(40)으로부터 각각 전달된 정공과 전자의 재결합에 의해 발광하는 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴(31)이 형성되어 있다.
즉, 양자점 발광층의 발광 특성을 향상시키기 위해서는 단층(monolayer) 구조가 적합하나, 양자점으로 이루어지는 발광층은 스핀코팅 방식으로 형성하므로 단층 구조를 형성하기 어려울 뿐만 아니라, 단층(monolayer) 구조가 형성되더라도 양자점(QD) 사이즈가 균일하지 않거나 바닥면의 상태가 균일하지 않아 공극이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 스핀 코팅 방식으로 단층 보다 두꺼운 소정 두께의 양자점 발광층을 형성하여, 양자점층을 보다 쉽게 형성하고, 양자점 사이즈의 균일도가 낮은 경우에도 양자점층 내부에 양자점층을 관통하는 공극이 형성되는 가능성을 낮추게 하고, 패터닝 공정을 통해 양자점층의 일부분의 두께가 얇아질 수 있도록 일정 두께를 갖는 양자점 발광층(30)에 미세 요철 구조를 갖는 나노 패턴을 형성하는 것이다.
이와 같이 일정 두께의 양자점 발광층에 나노 패턴을 형성하면, 제 2 전극층(40)과 나노 양자점 발광층(30a) 사이의 접촉 면적이 증가하고 접촉 거리가 짧아짐에 따라, 나노 양자점 발광층(30a)으로의 전자 주입이 활발해진다.
결과적으로, 나노 양자점 발광층(30a) 내에서 전자-정공 결합 가능성을 높아져 발광 효율이 높아진다.
여기서, 나노 패턴은 선 패턴 또는 격자 패턴 또는 원형이나 다각형의 점 패턴으로 형성할 수 있으며, 나노 패턴의 형상은 여기에 한정되지 않고 그 외 다른 패턴 양상으로 형성할 수 있다.
또한, 나노 패턴의 폭은 10~500㎚, 나노 패턴의 피치는 10~2000㎚, 그리고 나노 패턴의 깊이는 5~50㎚, 나노 패턴은 0.1~5의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다.
이때, 도 4에는 나노 패턴이 수직하게 형성된 것으로 도시하였으나 수직 방향으로 일정 기울기를 가질 수 있고, 단면이 매끄럽지 않고 불균일할 수 있다.
또한, 나노 패턴은 표면 전면에 형성되거나 일부 영역에만 형성될 수 있다.
그리고, 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 형성할 수 있으며, 구체적으로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, InSb 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택하여 형성할 수 있으며, 양자점으로 이용되는 물질이 여기에 한정되지는 않는다.
또한, 양자점은 코어 구조 또는 코어-쉘 구조로 이루어질 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 고효율 양자소재 기반 발광소자의 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이 제 1 전극층(10) 상에 정공수송층(20)을 형 성한다.
여기서, 제 1 전극층(10)은 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 재질로 형성할 수 있으며, 정공수송층(20)은 다이아민(diamine) 유도체인 TPD 등으로 형성할 수 있으며, 그 물질에 여기에 한정되지는 않는다.
도 5b를 참조하면, 정공수송층(20) 상에 스핀 코팅 방식 등을 통해 일정 두께를 가지며 다수의 양자점으로 이루어지는 양자점 발광층(30)을 형성한다.
이때, 양자점 발광층(30)은 스핀 코팅(spin coating), 드랍 캐스팅(drop casting), 잉크젯프린팅(inkjet printing), 스크린 프린팅(screen printing), 스프레잉(spraying) 중 어느 하나의 방식을 이용하여 단층 보다 두꺼운 소정 두께로 형성함으로써, 양자점층을 보다 쉽게 형성하고, 양자점 사이즈의 균일성이 낮은 경우에도 양자점층 내부에 양자점층을 관통하는 공극이 형성되는 가능성을 낮추게 한다.
그리고, 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 형성할 수 있으며, 구체적으로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, InSb 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택하여 형성할 수 있다.
또한, 양자점은 코어 구조 또는 코어-쉘 구조로 이루어질 수 있다.
도 5c를 참조하면, 일정 두께를 가지는 양자점 발광층(30)에 미세 요철 구조를 갖는 나노 패턴(31)을 형성한다.
즉, 나노 임프린팅 방식과 같이 나노패턴이 있는 스탬프를 이용하여 양자점 발광층(30)을 가압하는 공정을 통해 나노 패턴(31)을 가지는 나노 양자점 발광층(30a)을 형성하는 것이다.
이때, 나노 패턴(31)은 나노 임프린팅 방식으로 할 경우 양자점의 용제가 일부 남아 있어 변형성이 좋은 상태에서 실시할 경우 패터닝 효율이 좋다.
또한, 나노 임프린팅 방식 이외에 나노팁을 이용한 스크래칭 방식이나 점착성이 좋은 나노패턴 몰드를 양자점 발광층(30)에 붙였다가 떼어냄으로써 양자점 발광층(30)의 일부가 나노 패턴 몰드와 함께 박리되도록 하는 방식을 적용할 수도 있다.
이때, 나노 패턴(31)은 양자점의 용제가 일부 남아 있어 변형성이 좋은 상태에서 실시할 경우 패터닝 효율이 좋다.
아울러, 나노 패턴은 선 패턴 또는 격자 패턴 또는 원형이나 다각형의 점 패턴으로 형성할 수 있으며, 나노 패턴의 형상은 여기에 한정되지 않고 그 외 다른 패턴 양상으로 형성할 수 있다.
그리고, 나노 패턴은 폭 10~500㎚, 피치 10~2000㎚, 깊이는 5~50㎚, 0.1~5의 종횡비(aspect ratio)를 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 나노 패턴은 표면 전면 또는 일부 영역에만 형성할 수 있으며, 나노 패턴은 선패턴, 격자 패턴, 원형이나 다각형의 점 패턴으로 형성할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 나노 양자점 발광층(30a) 상에 제 2 전극층(40)을 형성한다.
이때, 제 2 전극층(40)은 Li, Ca, Al, Ag, Mg 및 이들 중 2 이상으로 조합된 금속 물질이 이용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 디스플레이 소자의 단면 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 나노 양자점을 컬러 변환층으로 하는 디스플레이 소자 단면 개략도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 고효율 양자소재 기반 발광소자의 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 제 1 전극층
20 : 제 2 전극층
30 : 양자점 발광층
30a : 나노 양자점 발광층
31 : 나노 패턴
40 : 제 2 전극층
Claims (13)
- 제 1 전극층과 제 2 전극층 및 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 정공수송층과 나노 양자점 발광층을 갖는 발광 소자에 있어서,상기 나노 양자점 발광층에는 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴이 형성됨을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 나노 패턴은 폭 10~500㎚, 피치 10~2000㎚, 깊이는 5~50㎚, 종횡비 0.1~5인 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 1항에 있어서, 나노 패턴은 선패턴 또는 격자 패턴 또는 원형이나 다각형의 점 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 전극층과 상기 정공 수송층 사이에 정공 이동도를 높이기 위한 버퍼층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 4항에 있어서,상기 버퍼층은 PEDOT:PSS 또는 G-PEDOT로 이루어진 것을 특징으로 하는 고효 율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 나노 양자점 발광층과 제 2 전극층 사이에 전자전달층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자.
- 제 1 전극층 상에 정공수송층을 형성하는 단계와,상기 정공수송층 상에 소정 두께로 양자점층을 형성하는 단계와,상기 소정 두께의 나노 양자점층을 패터닝하여 미세 요철 구조를 갖는 다수의 나노 패턴으로 이루어지는 발광층을 형성하는 단계와.상기 발광층 상에 제 1 전극층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 나노 패턴은 폭 10~500㎚, 피치 10~2000㎚, 깊이는 5~50㎚, 종횡비 0.1~5을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
- 제 7항에 있어서, 나노 패턴은 선패턴 또는 격자 패턴 또는 원형이나 다각형의 점 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 나노 패턴은 나노 임프린팅 방식 또는 나노팁을 이용한 스크래칭 방식 또는 나노패턴 몰드를 이용하여 양자점 발광층의 일부를 박리하는 방식으로 형성함을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 제 1 전극층과 상기 정공 수송층 사이에 정공 이동도를 높이기 위한 버퍼층이 더 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 버퍼층은 PEDOT:PSS 또는 G-PEDOT로 형성하는 것을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 나노 양자점 발광층과 제 2 전극층 사이에 전자전달층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 고효율 양자소재 기반 발광소자 제조 방법.
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| KR1020090007999A KR20100088866A (ko) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법 |
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| KR1020090007999A KR20100088866A (ko) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법 |
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|---|---|
| KR20100088866A true KR20100088866A (ko) | 2010-08-11 |
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| KR1020090007999A KR20100088866A (ko) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | 고효율 양자소재 기반 발광소자 및 그 제조 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20100088866A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120029173A (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-26 | 삼성엘이디 주식회사 | 그래핀을 이용한 양자점 발광소자 |
-
2009
- 2009-02-02 KR KR1020090007999A patent/KR20100088866A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120029173A (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-26 | 삼성엘이디 주식회사 | 그래핀을 이용한 양자점 발광소자 |
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