KR20100093858A - 양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자 - Google Patents

양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자 Download PDF

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Abstract

양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자가 개시된다. 개시된 양자점층 제조 방법에 따르면, 소스 기판에 액상 프로세스에 의해 양자점층을 형성하고, 이 소스 기판에 형성된 양자점층 위에 스탬프를 위치시켜, 스탬프를 이용하여 양자점층을 픽업한다. 그리고, 스탬프에 의해 픽업된 양자점층을 소자 기판에 전사 프린팅하여, 소자 기판 상에 양자점층을 형성한다.

Description

양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자{Method for manufacturing quantum dot layer and quantum dot light-emitting device manufactured by applying the same}
양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자가 개시된다.
유기전계발광소자(OLED, Organic Light Emitting Device)는 주로 저분자의 유기 소재로 이루어진 다층의 박막 구조를 갖는데, 이러한 OLED를 이용한 표시장치는 내부 박막으로 선택할 수 있는 물질의 종류가 다양하며, 고 순도의 박막 형성이 용이하고, 높은 발광 성능을 갖는 장점이 있는 반면에, 외부 유해물질과의 반응을 통한 산화 또는 결정화의 문제점이 있고, 진공증착을 이용하여 소정의 위치에 형성되므로, 복잡하고 고가의 성막 공정이 요구되는 문제점이 있다.
최근에는 양자점(quantum dot: QD)의 발광 특성을 이용한 발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
양자점은 보어(Bohr) 엑시톤 반경보다 더 작은 크기 즉, 수 나노미터의 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 양자점내에 많은 수의 전자를 가지지만, 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한된다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기적 및 광학적 특성을 나타낸다. 양자점은 그 크기에 따라 에너지 준위가 달라지기 때문에 단순히 크기를 바꾸어 줌으로써 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, 양자점은 크기 조절만으로 발광 파장을 조절할 수 있다.
양자점은 높은 색순도와 자체발광특성 및 크기 조절에 의한 색조절의 용이함과 더불어 액상 프로세스(solution process) 가 가능하다는 장점 등으로 대면적의 고화질 차세대 디스플레이에 응용 가능하다. 그러나, 양자점을 이용한 R,G,B (red, green, blue) 매트릭스 디스플레이를 구현하기 위한 멀티 칼라(multi-color) 또는 풀-칼라(full-color) 디바이스의 개발은 기술적으로 큰 임팩트(impact)와 영향력을 가지고 있음에도 불구하고, 현재의 액상 프로세스로는 제작에 어려움이 있다. 양자점층을 스핀코팅과 같은 액상 프로세스로 제조하였을 때, 에어 쉬어 포스(air shear force)의 영향을 받아 양자점들이 서로 잘 배열된 자기-조립 구조(self-assembled structure)를 가지게 되며 균일한 막을 대면적으로 제작할 수 있다. 하지만, 단색 디바이스(mono-color device)를 넘어서 양자점의 RGB 패턴을 만들기는 쉽지 않다. 최근에는 양자점의 RGB패턴을 형성하기 위해 잉크젯(ink jet) 또는 스크린 인쇄(screen printing)와 같은 기술이 시도되고 있으나, 잘 배열된 구조의 양자점층을 얻기가 어렵고, 용액(solution)이 증발하면서 불균일한 표면 프로파일(surface profile)을 야기하기 때문에 발광특성이 좋지 않아 발광소자에의 응용이 어려운 실정이다.
픽셀화된 디스플레이를 형성하기 위해 양자점층을 칼라 요소 픽셀로 패터닝하거나 백색면발광소자 제작을 위해 칼라요소별 양자점층들을 다중층으로 적층하는 양자점층 제조 방법 및 이를 적용하여 제조된 양자점 발광소자를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법은, 소스 기판에 액상 프로세스에 의해 양자점층을 형성하는 단계와; 상기 소스 기판에 형성된 양자점층 위에 스탬프를 위치시켜, 스탬프를 이용하여 양자점층을 픽업하는 단계와; 상기 스탬프에 의해 픽업된 양자점층을 소자 기판에 전사 프린팅하여, 소자 기판 상에 양자점층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 소스 기판은 액상 프로세스에 의해 양자점층을 형성하기 전에 자기 조립 모노층을 형성하는 표면 처리가 이루어질 수 있다.
상기 자기 조립 모노층을 형성하는 표면 처리 물질은 기판 표면을 실란처리하거나 플루오르화 하기 위한 물질일 수 있다.
상기 스탬프는 siloxane계, acryl계, epoxy계열의 탄성체 또는 이들의 복합체이거나 다른 강화재료들을 혼합하여 재료의 강도를 조절함으로써 소스기판으로부터 스탬프로 양자점들의 픽업이 용이하도록 할 수 있다.
상기 스탬프는 UV-ozone 처리가 될 수 있다.
상기 스탬프에 픽업된 양자점층이 소자 기판 위에 쉽게 전사되도록 열을 가하며 스탬프를 제거하거나, 스탬프에 픽업된 양자층이 잘 떨어지도록 압전효과나 음파(초음파)의 미세 진동을 주어 스탬프로부터 양자점들이 잘 떨어지도록 할 수 있다.
상기 스탬프에 나노~수마이크론 스케일의 미세패턴을 형성하여 양자점층이 포함된 다층유기구조 또는 소자 전체를 스탬프와의 작은 접촉면적으로 다른 기판 위해 쉽게 전사할 수 있다.
상기 스탬프는 형성하고자 하는 픽셀 크기에 대응하도록 패턴된 탄성 스탬프이고, 패턴된 탄성 스탬프를 이용하여, 양자점을 픽업하여 전사 프린팅하는 과정을 반복하여, 복수의 칼라요소의 패턴된 양자점층을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 양자점 발광소자는, 상기한 제조 방법에 따라 제조된 복수의 칼라요소의 패턴된 양자점층을 양자점 발광층으로 적용한 양자점 발광소자일 수 있다.
상기 스탬프 중 요철 패턴이 아닌 플랫한 탄성 스탬프를 이용하여, 양자점층을 픽업하여 전사 프린팅하는 과정을 반복하여, 복수의 칼라 요소의 양자점층들이 다중층으로 적층되어 백색광을 발광할 수 있는 다중 적층 구조의 양자점층을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자는, 상기한 제조 방법에 의해 제조된 복수 칼라 요소의 양자점층들을 다중층으로 적층하여 형성된 양자점층을 양자점 발광층으로 적용하여 백색 발광을 할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 백색 발광을 하는 양자점 발광소자는 백색 면발광소자로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법은 스탬프를 사용하여 소스 기판에 캐스팅된 양자점을 픽업하여, 이를 소자 기판에 전사 프린팅하므로, 픽셀화된 디스플레이를 형성하기 위해 양자점층을 칼라 요소 픽셀로 패터닝하거나 백색면발광소자 제작을 위해 칼라요소별 양자점층들을 다중층으로 적층할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 양자점층 제조 과정을 개략적으로 보여준다. 도 1 내지 도 5에서는 칼라요소로 패터닝된 양자점층을 제조하기 위한 과정을 일부를 보여주는데, 도 1 내지 도 5를 참조로 설명하는 양자점층 제조 과정은 다중층 구조의 양자점층들을 제조하는데도 동일 원리가 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 먼저, 소스 기판(1)에 양자점층(3')을 액상 프로세스(solution process)에 의해 형성한다. 양자점층(3')은 예를 들어 스핀 코팅에 의해 형성할 수 있다. 이때, 소스 기판(1)은 양자점층 스핀 코팅 전에 양자점층의 픽업시 양자점층의 박리(delamination)가 용이하도록 사전에 예컨대, 자기 조립 모노층(Self-assembled monolayer:SAM)을 형성시키는 표면 처리를 할 수 있다. 이때,SAM 처리 물질은 기판 표면을 실란처리(silanization)하거나 플루오르화(fluorination) 하기 위한 물질이 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, Octyltrichlorosilane이나 Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane 및 이 자기조립 물질의 유도체 등을 사용하여 솔루션 ??핑(solution dipping) 방법으로 실리콘 기판을 표면 처리할 수 있다. 이 경우, 소스 기판(1)의 표면 에너지를 크게 감소시킬 수 있어, 양자점층(3')의 박리가 용이해질 수 있다.
소스 기판(1)에 양자점층(3')을 스핀 코팅한 다음, 이 스핀 코팅된 양자점층(3') 위에 도 2에서와 같이 패턴된 스탬프(patterned stamp) 예컨대, 패턴된 탄성 스탬프(patterned elastomeric stamp:10)를 위치시킨다. 그런 다음 도 3에서와 같이, 이 패턴된 탄성 스탬프(10)를 이용하여 스탬프의 돌출된 부분에 의해 양자점을 픽업(pick-up)한다.
상기 패턴된 탄성 스탬프(10)는 예를 들어 실록산(siloxane)계, 아크릴(acryl)계, 에폭시(epoxy)계열의 탄성체 또는 이들의 복합체이거나 다른 강화재료들을 혼합하여 재료의 강도를 조절하여 형성함으로써 소스 기판(1)으로부터 이 패턴된 탄성 스탬프(10)로 양자점들의 픽업이 용이하도록 마련될 수 있다. 상기 패턴된 탄성 스탬프(10)는 예를 들어, soft-PDMS, hard-PDMS, polyurethaneacrylate 등을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 패턴된 탄성 스탬프(10)는 예를 들어 다음과 같이 제조될 수 있다. 스탬프로 사용되는 탄성체(elastomer)의 미세 패턴을 만들기 위해, 예를 들어, 네거티브 포토레지스터(negative PR)인 SU8 을 이용해 포토리소그래피(photolithography)로 실리콘 웨이퍼 위에 원하는 패턴의 몰드를 만들고, 몰드 위에 액상 고분자를 푸어링(pouring) 및 큐어링(curing) 하여 패턴된 탄성체를 얻는다. 액상 고분자를 푸어링 하기 전 하드 몰드에 silanization 이나 fluorination의 표면처리를 통해 고분자가 큐어링 후에 몰드로부터 잘 떼어지도록 한다. 이 패턴된 탄성체를 실리콘 웨이퍼로부터 떼어내고 적절한 크기로 절단하여 상기 패턴된 탄성 스탬프(10)로 사용할 수 있다.
칼라요소별로 패턴된 양자점층 예컨대, R,G,B 패턴된 양자점층을 얻기 위해, 포토리소그래피 공정으로 탄성 스탬프(10)의 패턴을 원하는 R,G,B 픽셀크기로 제어한다.
패턴된 탄성 스탬프(10)를 사용하면, 양자점층 픽업을 위한 가압시 양자점 자체에 가해지는 물리적인 스트레스 등을 줄일 수 있으며, 양자점에 보다 밀착시킬 수 있어 픽업이 보다 양호하게 이루어질 수 있다.
상기 패턴된 탄성 스탬프(10)는 양자점의 픽업을 용이하게 하기 위해, UV-ozone 처리가 될 수 있다. 이러한 UV-ozone 처리에 의해 패턴된 탄성 스탬프(10)의 표면 에너지가 증가하게 되어 양자점층(3')의 픽업이 보다 용이해지게 된다.
도 3에서와 같이 패턴된 탄성 스탬프(10)에 의해 탄성 스탬프(10)의 패턴에 대응하는 양자점층(3)을 픽업한 다음, 도 4에서와 같이 이 픽업된 양자점층(3)을 소자 기판(20)에 전사 프린팅(transfer-printing)하면, 도 5에서와 같이, 소자 기판(20) 상에 단일 칼라 요소에 해당하는 패턴된 양자점층(3)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 소자 기판(20)은 유기층 등이 코팅될 수 있다. 전사 프린팅시, 탄성 스탬프(10)에 픽업된 양자점층(3)이 소자 기판(20) 위에 완벽히 전사되도록 예를 들어 약 30℃ ~ 200℃, 보다 구체적인 예로서 약 70℃ 정도의 히팅을 가하며 상기 탄성 스탬프(10)를 제거할 수 있다. 또한, 탄성 스탬프(10)에 픽업된 양자점층(3)을 전사 프린팅시, 압전효과나 음파(acoustic wave) 예컨대, 초음파와 같은 미세 진동을 주어 탄성 스탬프(10)로부터 양자점들이 잘 떨어지도록 할 수도 있다. 또한, 작은 접촉면적으로 쉽게 떨어질 수 있도록 탄성 스탬프(10)에 나노-수마이크론 스케일의 미세 패턴을 주도록 구조화된 탄성 스탬프를 이용할 수도 있다. 상기 탄성 스탬프(10)에 나노~수마이크론 스케일의 미세패턴을 형성하면 양자점층이 포함된 다층유기구조 또는 소자 전체를 이 탄성 스탬프(10)와의 작은 접촉면적으로 다른 기판 위해 쉽게 전사할 수 있다.
상기와 같은 칼라 요소별(R,G,B)로 코팅된 각각의 양자점층(3)들을 패턴된 탄성 스탬프(10)로 픽업하여 이를 소자 기판(20)에 위치를 맞추어 반복적으로 전사 프린팅 작업을 하면, 도 6에서와 같이, R,G,B 패턴된 양자점층(4)(5)(6)을 소자 기판(20)에 프린팅할 수 있어, 픽셀화된 디바이스를 제작할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법은, R,G,B 패턴된 양자점층(4)(5)(6)을 제조하는 대신에, 후술하는 도 11의 백색-발광 양자점 발광소자용 양자점층을 제조하는데 적용할 수도 있는데, 이 경우에는, 전사 프린팅 기법으로 칼라요소별 양자점층들 예컨대, R,G,B 양자점층들을 소자 기판(20) 상에 다중층으로 적층하여 백색면발광소자를 구현할 수 있다. 이 경우에는 상기한 패턴된 탄성 스탬프 즉, 요철 패턴의 탄성 스탬프 대신에 플랫(flat)한 탄성 스탬프(10)를 사용할 수 있다.
도 2 내지 도 6에서는 상기 소자 기판(20)을 단층으로 표시하였는데, 이는 도시의 편의를 위해 나타낸 것으로, 상기와 같은 과정으로 제조된 R,G,B 패턴된 양자점층(4)(5)(6)을 적용한 소자의 종류에 따라 상기 소자 기판(20)은 다양한 적층 구조를 가질 수 있다. 상기와 같은 과정으로 제조된 R,G,B 패턴된 양자점 층(4)(5)(6)을 적용한 소자가 도 10에서와 같은 양자점 발광소자 예컨대, 양자점 디스플레이인 경우, 상기 소자 기판(20)은 예를 들어, 유리 기판 상에, 투명 전극, 정공 주입층, 정공 전달층 등이 적층된 구조에 대응할 수 있다.
도 7은 정공 전달층을 이루는 막 예컨대, 유기막이 코팅된 유리 기판 위에 전사 프린팅된 양자점층의 발광사진을 보여준다. 도 7의 발광사진은 적색 발광 양자점층을 전사 프린팅한 샘플에 UV를 조사하여 여기시킨후 발광현상을 관측한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 패턴된 탄성 스탬프(10)에 의해 유리 기판 위에 전사 프린팅된 양자점 스트립으로, 도 8a는 단색 패널용으로 패턴된 양자점 스트립을 보여주며, 도 8b는 풀-칼라 디스플레이 제작을 위한 패턴 중 단일 색광 방출 예컨대, 적색광 방출용 양자점 스트립만 전사한 사진을 보여준다. 도 9는 전사 프린팅 기법으로 R,G,B 패턴된 양자점층(4)(5)(6)을 실제 픽셀 크기로 패터닝한 발광사진을 보여준다.
포토리소그래피에 의해 제작된 다양한 몰드 위에 탄성 스탬프(10)를 푸어링 및 큐어링 함으로써 다양한 패턴을 가지는 탄성 스탬프(10)의 제작이 가능하다. 따라서, 이 패턴된 탄성 스탬프(10)로 도 8a에서와 같은 단색 디바이스 제작을 위한 양자점 스트립 패턴이나, 도 8b에서와 같은 풀-칼라 디바이스 제작을 위한 양자점 스트립 등을 전사 프린팅하는 것이 가능하다. 도 8b에서는 풀-칼라 디바이스 제작을 위한 양자점 R,G,B 패터닝 중 적색 발광 양자점 스트립만을 전사한 이미지를 보여준다. 전사된 양자점 스트립은 탄성 스탬프(10)의 패턴을 그대로 따라간다.
본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법에 따르면, 전사 프린팅에 의해 제작된 단위소자의 경우, 스핀 코팅에 의해 제작된 단위소자와 거의 비숫한 수준의 디바이스 성능을 보일 수 있다. 이는 예컨대, 실록산계 탄성 스탬프(10)가 전사 공정 중에 양자점층을 소스 기판(1)위의 원래 형태 그대로 지지하고 있음을 의미한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법에 따르면, 전사 프린팅 기법에 의해 R,G,B 패턴된 양자점층들(4)(5)(6)을 소자 기판(20) 위에 정렬(alignment) 작업을 통해 원하는 위치에 프린트할 수 있으므로, 멀티-칼라 또는 풀-칼라 픽셀화된 양자점 디스플레이의 제작을 가능하게 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하여 제조된 양자점 발광소자의 일예로서 양자점 디스플레이(50)를 보여준다.
도 10을 참조하면, 양자점 디스플레이(50)는, 기판(21)과, 기판(21) 상에 상기한 양자점층 제조 방법에 따라 제조된 양자점 발광층(30), 양자점 발광층(30)에 캐리어(전하 운반체)를 주입하도록 외부 전원과 연결된 제1전극(23:예컨대, 애노드 전극) 및 제2전극(29:예컨대, 캐소드 전극), 상기 양자점 발광층(30)과 제1전극(23) 사이의 제1전하 전달층 예컨대, 정공 전달층(27), 상기 양자점 발광층(30)과 제2전극(29) 사이의 제2전하 전달층 예컨대, 전자 전달층(28)을 포함한다. 상기 기판(21) 상에 형성된 제1전극(23)과 정공 전달층(27) 사이에는 정공 주입층(25)을 더 구비할 수 있다.
상기 기판(21)으로는 투명한 유리나 유연성을 가지는 플라스틱 기판이 사용 될 수 있다.
상기 제1전극(23)은 양극(Anode)으로 사용되며, 정공의 주입이 가능하도록 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(23)은, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐 산화물 등의 투명산화물일 수 있다. 상기 제1전극(23)은 스퍼터링(sputtering) 등의 건식 증착법을 통하여 기판(21) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1전극(23)과 양자점 발광층(30) 사이에는 정공 전달층(hole transport layer, HTL:27)이 위치한다. 상기 정공 전달층(27)은 예를 들어, PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 p형 반도체 폴리머 소재로 형성될 수 있다. 상기 정공 전달층(27)은 스핀 코팅 등의 습식 코팅법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(23) 위에 PPV의 폴리머 막을 성막하는 경우, PPV 전구체 폴리머와 메탄올 유기 용매가 포함된 전구체 용액을 제1전극(23) 위에 스핀 코팅(spin-coating)하고, 예컨대, N2의 비활성 가스 분위기 또는 진공 속에서 250℃ 내지 300℃의 경화(curing) 온도로 3시간 동안 열처리(thermal treatment)함으로써 PPV 박막으로 이루어진 정공 전달층(27)을 얻을 수 있다.
상기 양자점 발광층(30)은 도 1 내지 도 6을 참조로 전술한 제조 과정을 적용하여 정공 전달층(27) 상에 복수의 칼라요소가 패턴된 양자점층 예컨대, R,G,B 패턴된 양자점층(34)(35)(36)을 전사 프린트하여 픽셀화된 양자점 디스플레이를 실현하도록 형성될 수 있다. 여기서 상기 양자점은 양자 구속 효과를 가지는 소정 크 기의 입자를 말한다. 상기 양자점은 대략 1nm 내지 10nm 정도의 직경을 가질 수 있다. 상기 양자점은 균질한(homogeneous) 단일 구조 또는 코어-쉘(core-shell)의 이중 구조를 가질 수 있는데, 후자의 경우, 각각의 코어(core)와 쉘(shell)을 이루는 물질은 상기 언급된 서로 다른 반도체 화합물로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 쉘 물질의 에너지 밴드 갭은 코어 물질의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다.
전자 전달층(28)은 양자점 발광층(30)과 제2전극(29) 즉, 음극 사이에 위치하는데, 전자 전달층(28)을 구성하는 소재로서 다양한 물질들이 폭 넓게 선택될 수 있다. 예를 들어, TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물들 또는 Si3N4을 포함하는 무기물이나 n-타입 반도체 폴리머 등이 사용될 수 있다.
제2전극(29)은 음극(Cathode)으로 사용되며, 전자 전달층(28)으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질로 이루어질 수 있다. 제2전극(29) 형성에 적합한 물질로는 예를 들어, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 및 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al, 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2전극(29)은 스퍼터링(sputtering) 등의 건식 증착법을 통하여 형성될 수 있다. 상기 제2전극(29)은 픽셀화된 양자점 디스플레이를 실현하도록 R,G,B 패턴된 양자점층(34)(35)(36)의 어레이를 가지는 양자점 발광층(30)에 대응되게 패턴화될 수 있다.
정공 주입층(25)이 제1전극(23)과 정공 전달층(27) 사이에 형성될 수 있는 데, 정공 주입층(25)에 사용될 수 있는 재료는 특별히 제한이 없으며, 계면특성이 우수하고, 전자를 전극에 쉽게 줄 수 있는 재료이면 가능하다. 예를 들어, 정공 주입층(25)은 PEDOT[폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)을 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
도 10에서는 도 1 내지 도 6을 참조로 설명한 양자점층 제조 방법에 따라, 기판(21) 상에 제1전극(23), 정공 주입층(25), 정공 전달층(27), 양자점 발광층(30)을 스택한 구조를 제2전극(29)과 전자 전달층(28)의 스택 구조 상에 결합하고, 기판(21)을 통하여 R,G,B 광이 출사되도록 된 예를 보여주는데, 이는 예시적으로 보인 것일 뿐, 본 발명의 실시예에 따른 양자점 디스플레이(50)의 스택 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양자점 디스플레이(50)는, 기판 상에 제1전극, 정공 주입층, 정공 전달층, 양자점 발광층을 스택한 구조위에 전자 전달층 및 제2전극을 형성하고, 제2전극쪽으로 통하여 픽셀화된 R,G,B 광이 출사되도록 구성될 수도 있다.
상기와 같은 양자점 디스플레이(50)에 제1 및 제2전극(23)(29)을 통하여 전압을 인가하여 전기장을 형성해주면, 제1 및 제2전극(23)(29)으로부터 각각 주입된 정공과 전자들이 정공 전달층(27) 및 전자 전달층(28)을 통과하여 양자점 발광층(30) 내에서 재결합(recombination)되어 전자-정공 쌍을 형성하여 엑시톤(excition)이 되고 이 엑시톤들이 방사 감쇠(radiative decay)를 통해 전기적인 그라운드 상태로 떨어지면서 외부에 광을 발산하게 된다. 이때, R,G,B 패턴된 양자점층(34)(35)(36)에서 R,G,B 존(zone) 중 어디에서 재결합이 일어나는가에 따라 R,G,B 광 방출이 발생하게 된다. 구동부(미도시)를 제어하여, R,G,B 중 하나를 선택적으로 발광시키거나 광 세기를 서로 다르게 동시 발광시켜, 여러 색상의 픽셀을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법에 따르면, R,G,B 패턴된 양자점층을 형성하는 대신에, 도 11에서와 같이 R,G,B 양자점층을 전사 프린팅하여 다중층으로 제작하여, 백색 발광 양자점 발광소자(QD-LED)를 실현할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하여 제조된 양자점 발광소자의 다른 예로서 백색발광 양자점 발광소자(70)를 보여준다. 도 10의 양자점 디스플레이와 비교할 때, 양자점 발광층(60)이 복수의 칼라 요소별 양자점층 예컨대, R,G,B 양자점층(63)(65(67))의 다중층으로 형성되고, 양자점 발광층(60)이 픽셀화되지 않은 점을 제외하고는, 기본적인 적층 구조 및 각 층의 재질 및 발광 원리는 도 10을 참조로 설명한 바와 거의 동일하므로, 여기서는 실질적으로 동일한 부재는 도 10에서와 동일한 참조부호로 표기하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
기존에 알려진 바에 따르면, 양자점은 액상 프로세스로 제작되기 때문에, 다층 박막으로 제작할 수 없었으나, 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하면, 전사 프린팅 기법에 의해, R,G,B 세 양자점층을 디바이스 상에 다중층으로 프린팅하여 동시 발광시킴으로써 백색-발광을 유도할 수 있다. 또한, 화이트 밸런스(white balance)를 양자점층 각각의 두께와 양자점층들 사이의 부분적인 에너지 전달을 이용하여, 쉽게 제어할 수 있다. 도 11에서와 같은, 양자점 다중층을 적 용한 소자, 예컨대, 백색 발광 양자점 발광소자의 경우에는 여러 에너지 밴드를 가지는 양자점층을 어떤 순서로 배치하느냐에 따라 캐리어들이 각 양자점층의 양자점들이 가지는 고유한 에너지 배리어들 순차적으로 넘어가게 만들 수 있어, 문턱 전압과 구동 전압을 현저히 낮출 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하여 형성된 다층 양자점 발광층 구조를 백색면발광소자의 제작에 도입하면, 층 계면에서 양자점 발광층 간의 부분적인 에너지 전사 및 각 층의 두께 조절로 백색광을 제어할 수 있으며, 구동 전압을 낮추고 발광효율을 높일 수 있다.
도 1 내지 도 5는 양자점층 제조 과정을 개략적으로 보여준다.
도 6은 도 1 내지 도 5의 제조 과정을 적용하여, R,G,B 각각의 패턴된 양자점층을 소자 기판에 프린팅한 상태를 보여준다.
도 7은 정공 전달층을 이루는 유기막이 코팅된 유리 위에 전사 프린팅된 양자점층의 발광사진을 보여준다.
도 8a 및 도 8b는 패턴된 탄성 스탬프에 의해 유기 기판 위에 전사 프린팅된 양자점 스트립으로, 도 8a는 단색 패널용으로 패턴된 양자점 스트립을 보여주며, 도 8b는 풀-칼라 디스플레이 제작을 위한 패턴 중 단일 색광 방출 예컨대, 적색광 방출용 양자점 스트립만 전사한 사진을 보여준다.
도 9는 전사 프린팅 기법으로 R,G,B 양자점층을 실제 픽셀 크기로 패터닝한 발광사진을 보여준다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하여 제조된 양자점 발광소자의 일예로서 양자점 디스플레이를 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 양자점층 제조 방법을 적용하여 제조된 양자점 발광소자의 다른 예로서 백색발광 양자점 발광소자를 보여준다.

Claims (11)

  1. 소스 기판에 액상 프로세스에 의해 양자점층을 형성하는 단계와;
    상기 소스 기판에 형성된 양자점층 위에 스탬프를 위치시켜, 스탬프를 이용하여 양자점층을 픽업하는 단계와;
    상기 스탬프에 의해 픽업된 양자점층을 소자 기판에 전사 프린팅하여, 소자 기판 상에 양자점층을 형성하는 단계;를 포함하는 양자점층 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소스 기판은 액상 프로세스에 의해 양자점층을 형성하기 전에 자기 조립 모노층을 형성하는 표면 처리가 이루어진 양자점층 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자기 조립 모노층을 형성하는 표면 처리 물질은 기판 표면을 실란처리하거나 플루오르화 하기 위한 물질인 양자점층 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스탬프는 siloxane계, acryl계, epoxy계열의 탄성체 또는 이들의 복합체이거나 다른 강화재료들을 혼합하여 재료의 강도를 조절함으로써 소스기판으로부터 스탬프로 양자점들의 픽업이 용이하도록 한 양자점층 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스탬프는 UV-ozone 처리가 된 양자점층 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스탬프에 픽업된 양자점층이 소자 기판 위에 쉽게 전사되도록 열을 가하며 스탬프를 제거하거나, 스탬프에 픽업된 양자층이 잘 떨어지도록 압전효과나 음파의 미세 진동을 주거나, 스탬프에 작은 접촉면적으로 쉽게 떨어지도록 나노~수마이크론 스케일의 미세 패턴을 형성하는 양자점층 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스탬프는 형성하고자 하는 픽셀 크기에 대응하도록 패턴된 탄성 스탬프이고,
    패턴된 탄성 스탬프를 이용하여, 양자점을 픽업하여 전사 프린팅하는 과정을 반복하여, 복수의 칼라요소의 패턴된 양자점층을 형성하는 양자점층 제조 방법.
  8. 청구항 7항에 의해 제조된 복수의 칼라요소의 패턴된 양자점층을 양자점 발광층으로 적용한 양자점 디스플레이.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스탬프는 플랫한 탄성 스탬프이고,
    플랫한 탄성 스탬프를 이용하여, 양자점층을 픽업하여 전사 프린팅하는 과정을 반복하여, 복수의 칼라 요소의 양자점층들이 다중층으로 적층되어 백색광을 발광할 수 있는 다중 적층 구조의 양자점층을 형성하는 양자점층 제조 방법.
  10. 청구항 9항에 의해 제조된 복수 칼라 요소의 양자점층들을 다중층으로 적층하여 형성된 양자점층을 양자점 발광층으로 적용하여 백색 발광을 하는 양자점 발광소자.
  11. 제10항에 있어서, 백색 면발광소자로 사용되는 양자점 발광소자.
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