KR20120106476A - 적외선 광정류기가 포함된 양자점 소자 제조 방법 - Google Patents

적외선 광정류기가 포함된 양자점 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자점발광다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 양자점 디스플레이에서 발광 화소 주변에 적외선을 흡수할 수 있는 유기 또는 무기물 반도체 화소를 삽입하여 in-cell방식의 광감지 터치패널 소자의 구조를 단순화 할 수 있는 양자점발광다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

적외선 광정류기가 포함된 양자점 소자 제조 방법{Fabrication of quantum dot light emitting diodes with infrared photo diode}
본 명세서에 개시된 기술은 나노입자 및 유무기 박막을 포함한 양자점 발광 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 일반적으로 화면표시장치에 사용되는 적색, 녹색, 청색 화소 이외에 적외선 광정류기를 추가하여 터치스크린을 형성하는 소자 구조를 간단히 하는 것이다.
최근에 유기전계발광소자(OLED, Organic Light Emitting Device)를 이용한 다양한 제품이 시장에 나오고 있다. 유기전계발광소자는 주로 전분자의 유기 재료를 진공 증착하여 다층의 박막 구조를 이루는데, 진공 증착이라는 제조 공정으로 인해 대형화가 쉽지 않고, 수분 및 산소에 민감한 특성이 있다. 최근에는 양자점(quantum dot: QD)의 발광 특성을 이용한 발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 양자점은 수 나노미터의 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기광학적 특성을 나타낸다. 양자점은 그 크기에 따라 에너지 준위가 달라지기 때문에 단순히 크기를 바꾸어 줌으로써 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, 양자점은 크기 조절만으로 발광 파장을 자외선에서 적외선까지 조절할 수 있다. 일반적으로 양자점은 액상 프로세스를 통해(solution process) 제조되나, 기존의 디스플레이 패널의 R,G,B 패턴을 만들기가 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 잉크젯(ink jet) 또는 스크린 인쇄(screen printing) 방법 등이 시도되고 있으나 그 결과는 좋지 못하다. 최근 특허(공개번호 10-2010-0093858)에는 스탬프를 이용한 전사 방식을 통해 R,G,B 패턴을 형성하는 방법이 소개되었다.
최근에 터치 패드에 대한 관심이 높아 짐에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 터치 패드의 터치 인식 기술에는 다양한 방법이 있고, 크게 인셀(in-cell), 온셀(on-cell), 그리고 아웃셀(out-cell) 방식이 있다. 여기에서 인셀 방식은 다시 광감지(light sensing), 전압감지(voltage sensing), 전하감지(charge sensing)으로 나뉜다. 광감지 방식은 모든 또는 몇몇 화소에 광트랜지스터(photo-transistor)를 추가로 사용한다. 화면은 손가락, 첨필, 광펜, 또는 레이저 포인터로 터치될 수 있다. 터치 감지(touch-sensing) 배열도 스캐너로 사용될 수 있다. 화소의 보호를 위해 보호유리가 사용될 수 있다. 이러한 각 화소에 광감지 요소를 넣는 개념은 2003년에 TMD에 의해 처음으로 발표되었다. TMD는 또한 처음으로 주변이 밝을 때는 손가락의 그림자로 명암을 감지했다가 주변이 어두울 때는 백라이트의 반사광을 이용한 감지로 자동으로 바뀌는 개념을 발표했다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존 적색, 녹색, 청색 화소 주변에 적외선을 감지할 수 있는 적외선 광정류기를 위치시켜 양자점 디스플레이에서 터치패드의 구조를 단순화 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 적색, 녹색, 청색 화소 주변에 적외선을 감지할 수 있는 적외선 광정류기를 위치시켰다.
상기와 같이 적색, 녹색, 청색 화소 주변에 적외선을 흡수하는 양자점 또는 유기물 반도체를 삽입함으로써, 터치패드의 구조가 단순화 된다.
도 1은 본 발명에서 제시한 양자점 전사방식을 이용한 광감지 in-cell 터치 화소의 개념도이다.
이하, 본 명세서에 개시된 기술에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성 요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 요부(subject matter)의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고 및 도면에 기재되는 구성요소들은 다양하게 다른 구성으로 배열되고, 치환되고, 결합되고, 도안 될 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 예상 되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 "의 위에" 또는 "에 연결"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성 요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성 또는 바로 연결되는 경우는 물론, 이들 사이 에 하나 이상의 구성요소 또는 층이 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
도 1 은 양자점 전사방식을 이용한 광감지 in-cell 터치 화소의 개념도를 나타낸 그림이다. 도시한 바에 의하면, 양자점 또는 전도성 고분자를 전사방식을 이용한 광감지 in-cell 터치 화소는 적(10 또는 11 또는 12), 녹(10 또는 11 또는 12),청(10 또는 11 또는 12)의 발광 화소와 적외선을 흡수하는 유기 또는 무기 반도체층(13)으로 구성되어 있다. 도 2 는 양자점 각 화소의 소자구조를 나타낸 그림이다. 도 2 를 참조하면, 각 양자점(19)은 양극 이나 음극으로 사용되는 전극(16) 또는 정공이나 전자가 잘 흐르는 정공 수송층(18 또는 20) 또는 전자 수송층(18 또는 20) 위에 적층된다. 사용하는 기판(15)은 금속, 금속 산화물, 반도체, 절연체의 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로 용도에 따라 금, 팔라듐, 백금, 유리, 세라믹, 게르마늄, 실리콘, 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배면발광(bottom-emission) 양자점발광다이오드 소자에 사용될 경우 기판(15)은 투명하고 표면이 편평한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 기판(15)은 오염 물질의 제거를 위해 이소프로필알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용매로 초음파 세척하고 UV-오존 처리를 하거나 하지 않고 사용할 수 있다.
투명전극(16)은 기판(15) 위에 적층되어 양자점발광다이오드 소자의 정공 또는 전자 주입을 위한 전극으로 사용된다. 투명 전극(16)은 그 용도에 맞는 일함수를 가지는 재료를 선택할 수 있는데, 예를 들어 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 이후에 정공 또는 전자의 주입 및 전송을 용이하게 하기 위해 정공 주입(17 또는 21) 또는 수송층(18 또는 20) 또는 전자 주입(17 또는 21) 또는 수송층(18 또는 20)이 투명전극 위에 형성된다. 주입층 및 수송층을 형성하는 방법으로는 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 프린팅, μ-컨택 프린팅, 진공증착, 스탬프를 이용한 전사방법 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이렇게 사용되는 주입층(17 또는 21) 및 수송층(18 또는 20)의 예로, 먼저 전자 주입층의 경우 산화아연나노입자(ZnO nanoparticle), 산화티타늄나노입자(TiOx nanoparticle), 리튬(Li) 또는 세슘(Cs) 등의 금속이 도핑된 유기층 등이 있다. 이렇게 형성된 전자 주입층(17 또는 21)의 두께는 다양하게 조절할 수 있다. 이러한 전자 주입층(17 또는 21)은 전자의 이동도가 빠르고 전자 주입 장벽을 낮추어 전자의 주입 및 전달을 용이하게 한다. 따라서 이러한 박막의 삽입은 양자점발광다이오드의 구동 전압을 낮추고 효율을 향상시킨다.
전자의 전달을 조절하는 전자 수송층(18 또는 20)을 삽입 할 수도 있고 하지 않을 수도 있다. 정공 수송층(18 또는 20)의 정공 이동도 및 정공 주입층(17 또는 21)이 얼마나 정공을 잘 주입하느냐에 따라 전자 수송층(18 또는 20)의 삽입 유무를 결정할 수 있다. 전자 수송층(18 또는 20)은 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 저분자 및 고분자 물질을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 트리스(8-히드록시퀴놀린)-알루미늄(Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀라토)(p-페닐-페놀라토)알루미늄(Balq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리네이토)(트리페닐실록시)알루미늄(III)(Salq)등의 알루미늄 착물을 사용할 수 있다. 또한, 형성되는 전자 수송층의 두께는 다양하게 조절될 수 있다..
양자점 발광층(19)은 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 프린팅, μ-컨택 프린팅, 진공증착, 스탬프를 이용한 전사방법 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
양자점 발광층(14) 위에 정공 또는 전자수송층(20)을 형성한다. 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(17 또는 21)의 경우 유기물 또는 무기물 또는 유기무기합성물일 수 있다. 구체적인 예로, MoO3, WO3, V2O5, PEDOT:PSS, HAT-CN, F16CuPC, CuPC 등의 물질이 있다.
정공 또는 전자주입층(21) 위에 정공 또는 전자의 주입을 위한 전극(22)을 형성한다. 전극으로 다양한 금속이 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 금, 은, Mg:Ag, Ag:Yb 등이 사용될 수 있다.
10: 적, 녹, 청 중 하나의 양자점 화소
11: 적, 녹, 청 중 하나의 양자점 화소
12: 적, 녹, 청 중 하나의 양자점 화소
10, 11, 12의 색상은 모두 서로 다르다.
13: 적외선을 흡수할 수 있는 유기 또는 무기 반도체 화소
14: 적, 녹, 청 색상을 나타내는 양자점 화소
15: 기판
16: 양극 또는 음극
17: 정공 또는 전자 주입층
18: 정공 또는 전자 수송층
19: 양자점 발광층
20: 정공 또는 전자 수송층
21: 정공 또는 전자 주입층
22: 양극 또는 음극

Claims (5)

  1. 적, 녹, 청으로 이루어지 양자점 발광다이오드를 이용한 디스플레이에 있어서, 발광 화소 주변에 적외선을 흡수하는 유기물 또는 무기물 반도체 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발광 또는 적외선을 흡수하는 양자점 화소는 스탬프 방식을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    적외선을 흡수하는 유기 반도체는 진공 증착, 스크린 인쇄 (screen printing), 잉크젯 프린팅 및 μ-컨택 프린팅로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 방법을 사용하여 수행되는 양자점 소자의 제조 방법
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 양자점 화소는 정공 및 전자 주입층 및 수송층을 포함하거나 하지 않을 수 있고, 포함 할 경우 유기층, 또는 유기층에 p 또는 n형 물질을 도핑하거나, 금속산화물 등의 무기나노입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자점발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전극은 금속(Al, Au, Ag, Ca, Ag:Mg, Ag:Yb 등) 또는 산화물금속(ITO, IZO)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점발광다이오드.
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