KR20170076860A - 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 혼합층을 포함하고, 상기 혼합층은 양자점, 정공 수송 물질, 및 전자 수송 물질을 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{LIGHT EMITTING DIODE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display device)는 자발광형 표시소자로 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 표시 장치는 구동 전압이 높고 발광 휘도나 발광 효율이 낮으며 발광 수명이 짧고, 정공 전달층에서 발광층으로 정공(hole)의 주입이 원활히 이루어지지 않아 전자와 정공의 균형이 맞지 않는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 양자점(quantum dot)을 포함하는 발광 소자에 정공과 전자의 주입 효율을 향상시키고, 이를 통해 발광 효율이 우수한 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 혼합층을 포함하고, 상기 혼합층은 양자점, 정공 수송 물질, 및 전자 수송 물질을 포함한다.
상기 혼합층은 복수의 단위체를 포함하고 상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 양자점, 상기 양자점을 감싸는 상기 상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 양자점을 둘러싸는 상기 정공 수송 물질과 상기 전자 수송 물질은 교번하여 위치할 수 있다.
상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 복수의 양자점을 포함할 수 있다.
상기 양자점은 상기 제1 전극의 일면과 평행한 방향을 따라 위치할 수 있다.
상기 정공 수송 물질은 유기물 및 무기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 물질은 CuO, CuO2, NiO, CuI 및 ZnTe를 포함하는 p형 산화물 반도체, 텔루르화물(telluride) 및 할로겐화물(halide) 중에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 물질은 PEDOT:PSS, 폴리페리나프탈렌(PPN), 폴리-p-페닐렌(PpP), 폴리티오펜(PT), C60, 바소큐프로인(BCP), 바소펜안트롤린(Bphen), 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT) 및 OMeTAD로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 물질은 무기물을 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 물질은 ZnO, TiO2 및 FeF2 를 포함하는 n형 산화물 반도체 및 할로겐화물 중에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 각각은 상기 양자점과 접촉하는 면적이 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 혼합층 사이에 위치하는 정공 수송층, 및 상기 혼합층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 트랜지스터, 및 상기 트랜지스터와 연결되는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자는 제1 전극, 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 혼합층을 포함하고, 상기 혼합층은 양자점, 정공 수송 물질, 및 전자 수송 물질을 포함한다.
상기 혼합층은 복수의 단위체를 포함하고, 상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 양자점, 상기 양자점을 감싸는 상기 상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 양자점을 둘러싸는 상기 정공 수송 물질과 상기 전자 수송 물질은 교번하여 위치할 수 있다.
상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 복수의 양자점을 포함할 수 있다.
상기 양자점은 상기 제1 전극의 일면과 평행한 방향을 따라 위치할 수 있다.
상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 각각은 상기 양자점과 접촉할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 혼합층 사이에 위치하는 정공 수송층, 및 상기 혼합층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따르면 정공과 전자의 주입 효율이 우수할 수 있으며, 이에 따라 발광 소자 및 표시 장치의 발광 효율이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 발광 소자의 도면이다.
도 5는 도 1의 변형 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII선을 따라 자른 단면도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 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 방향을 향하여 "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.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 발광 소자는 제1 전극(10), 제1 전극(10)과 대향하는 제2 전극(50), 제1 전극(10) 및 제2 전극(50) 사이에 위치하는 혼합층(30)을 포함한다.
이때, 제1 전극(10)은 애노드이고, 제2 전극(50)은 캐소드일 수 있다. 애노드인 제1 전극(10)은 전류를 공급받으면 혼합층(30)으로 정공(hole)을 주입하는 전극으로 일함수(work function)가 높을 수 있다. 캐소드인 제2 전극(50)은 전류를 공급받으면 혼합층(30)으로 전자를 주입하는 전극으로 일함수가 낮을 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 제1 전극은 캐소드이고 제2 전극은 애노드일 수 있다.
제1 전극(10)은 투명 전극 또는 불투명 전극일 수 있다.
투명 전극은 예컨대 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 조합과 같은 도전성 산화물을 포함하거나, 알루미늄, 은, 마그네슘과 같은 금속을 얇은 두께로 포함할 수 있다. 투명 전극은 도전성 산화물과 금속이 조합된 다층 구조 및 도전성 산화물과 금속 중 어느 하나가 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 불투명 전극은 알루미늄, 은, 마그네슘과 같은 금속을 포함할 수 있다.
혼합층(30)에서 생성된 빛이 제1 전극(10)에서 제2 전극(50)을 향하는 방향으로 발광되는 실시예에서 제1 전극(10)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이루어진 반사막을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 전극(10)은 ITO, IZO 또는 ZnO 등의 재질인 투명 전극 물질층이 반사막의 위 또는 아래에 위치하거나 반사막의 위와 아래 모두 위치하여 다층 구조를 이룰 수 있다.
제1 전극(10)은 스퍼터링(sputtering)법, 기상 증착(vapor phase deposition)법, 이온빔 증착(ion beam deposition)법, 전자빔 증착(electron beam deposition)법, 열증발법 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)법을 이용해서 형성할 수 있다.
혼합층(30)은 양자점, 1 이상의 정공 수송 물질 및 1 이상의 전자 수송 물질의 혼합물을 포함하고, 양자점, 1 이상의 정공 수송 물질 및 1 이상의 전자 수송 물질은 혼합물 내에서 균일하게 또는 불균일하게 혼합된 상태이다. 이때 양자점은 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질에 의해 둘러싸인 형태일 수 있다.
혼합층(30) 내에서 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질 각각은 양자점과 접촉하는 면적이 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라 정공 수송 물질을 따라 이동하는 정공과, 전자 수송 물질을 따라 이동하는 전자의 주입 균형을 맞출 수 있다.
혼합층(30)에 포함된 양자점은 적색, 녹색 또는 청색과 같은 기본색 또는 이들을 조합하는 색을 발광할 수 있다.
양자점(Quantum Dot)은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdO, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS, SrSe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, InGaP, InGaN 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaAlNP, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이 외에도, III-VI족 화합물, II-III-V족 화합물 또는 II-III-VI족 화합물 및 이들의 조합을 포함할 수도 있다.
III-VI족 화합물은 GaO 등의 화합물, II-III-V족 화합물은 InZnP 등의 화합물, II-III-VI족 화합물은 InZnSCdSE 등의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이 때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점은 코어 및 코어를 덮는 쉘을 포함한 코어/ 쉘 구조를 가질 수 있다.
코어는 CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, ZnTe, CdSeS, PbS, PbTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InZnP, InGaP, InGaN, InAs 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 쉘은 CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, SrSe, CdO, CdS, ZnO, InP, InS, GaP, GaN, GaO, InZnP, InGaP, InGaN, InZnSCdSe 및 HgSe으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
코어/쉘 양자점 중 코어의 평균 입경은 2nm 내지 5nm일 수 있다. 한편, 쉘의 평균 두께는 3nm 내지 5nm일 수 있다. 또한, 양자점의 평균 입경은 5nm 내지 10nm일 수 있다. 코어, 쉘 및 양자점이 상술한 바와 같은 평균 입경 또는 평균 두께 범위를 만족할 경우, 양자점으로서의 특징적인 거동을 할 수 있음은 물론, 패턴 형성용 조성물 중 우수한 분산성을 가질 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.
또한, 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 사용하는 것이 바람직하다.
정공 수송 물질과 전자 수송 물질은 무기물/무기물이거나 유기물/무기물의 조합일 수 있다.
구체적으로 정공 수송 물질은 유기물 및 무기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
정공 수송 물질이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 일례로써 PEDOT:PSS, 폴리페리나프탈렌(PPN), 폴리-p-페닐렌(PpP), 폴리티오펜(PT), C60, 바소큐프로인(BCP), 바소펜안트롤린(Bphen), 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT), OMeTAD로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 정공 수송 물질이 무기물을 포함하는 경우, 일례로써 CuO, CuO2, NiO, CuI 및 ZnTe를 포함하는 p형 산화물 반도체, 텔루르화물(telluride), 할로겐화물(halide)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자 수송 물질은 무기물을 포함할 수 있다.
전자 수송 물질이 무기물을 포함하는 경우, 일례로써 ZnO, TiO2, FeF2 를 포함하는 n형 산화물 반도체 및 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질 중 어느 하나의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이하이고, 나머지 하나의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이상일 수 있다. 또한 정공 수송 물질과 전자 수송 물질의 표면 장력의 차이 값은 약 50 내지 100 mN ·m-1 일 수 있다.
구체적으로 정공 수송 물질이 유기물이고 전자 수송 물질이 무기물인 경우, 정공 수송 물질의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이하의 값을 가지고 전자 수송 물질의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이상의 값을 가질 수 있다. 이때 정공 수송 물질과 전자 수송 물질의 표면 장력의 차이는 50 내지 100 mN ·m-1 일 수 있다.
또한 정공 수송 물질이 무기물이고 전자 수송 물질이 무기물인 경우, 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질 중 어느 하나의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이상의 값을 가지고 나머지 하나의 표면 장력은 100 mN ·m-1 이하의 값을 가진다. 이때 정공 수송 물질과 전자 수송 물질의 표면 장력의 차이는 50 내지 100 mN ·m-1일 수 있다.
정공 수송 물질 및 전자 수송 물질이 전술한 표면 장력을 가지는 경우 정공 수송 물질과 전자 수송 물질은 하나의 층을 이루도록 혼합되지만 각각 상분리되어 정공 또는 전자가 이동하는 루트를 형성할 수 있다.
즉 혼합층(30)에 포함되는 정공 수송 물질은 서로 연결되어 정공이 이동하는 루트를 제공할 수 있고, 혼합층(30)에 포함되는 전자 수송 물질은 서로 연결되어 전자가 이동하는 루트를 제공할 수 있다.
정공 수송 물질과 전자 수송 물질은 약 1 : 9 내지 약 9 : 1의 함량비를 가질 수 있다. 특히 발광 소자가 가지는 정공-전자의 주입 특성에 따라 주입 특성이 약한 쪽의 비율을 증가시켜 정공-전자의 주입 균형을 맞출 수 있다.
제2 전극(50)은 본 발명의 실시예에 따라 캐소드일 수 있으며, 혼합층(30)에 용이하게 전자를 주입할 수 있도록 일함수가 작은 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(50)은 일례로써 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(50)은 또한 일례로써 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 또는 이들의 조합과 같은 도전성 산화물을 포함하거나, 알루미늄, 은, 마그네슘과 같은 금속을 얇은 두께로 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(50)은 앞에서 설명한 도전성 산화물과 금속이 조합된 다층 구조 및 도전성 산화물과 금속 중 어느 하나가 다층 구조로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질 및 양자점이 혼합되어 하나의 층을 이룬다. 이때 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질은 양자점과 보다 넓은 면적에서 접촉할 수 있으며, 이에 따라 정공 및 전자의 주입이 용이하여 발광 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 혼합층의 다양한 실시예에 대해 살펴본다. 도 2, 도 3 및 도 4는 혼합층의 다양한 실시예에 대한 도면이다.
우선 도 2에 도시된 단위체를 살펴보면, 하나의 단위체에서 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)은 하나의 양자점(31)을 교번하여 둘러쌓을 수 있다. 구체적으로, 양자점(31)의 외부 표면은 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)로 둘러싸일 수 있는데, 양자점(31)의 외부 표면과 정공 수송 물질(33)이 맞닿는 면적은 양자점(31)의 외부 표면과 전자 수송 물질(35)이 맞닿는 면적과 실질적으로 동일할 수 있다.
이와 같은 실시예는 양자점(31)의 리간드와 동일한 극성을 가지는 용매에 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)을 혼합하고, 각각의 양자점(31)에 추가 쉘(shell)을 형성하는 방법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 혼합층(30)은 도 2에 도시된 하나의 단위체를 복수개 포함할 수 있다. 이때 혼합층(30)이 포함하는 정공 수송 물질(33)은 서로 다른 단위체를 이루면서도 서로 연결되어 정공이 이동하는 루트를 형성할 수 있다. 또한 혼합층이 포함하는 전자 수송 물질(35)은 서로 다른 단위체를 이루면서도 서로 연결되어 전자가 이동하는 루트를 형성할 수 있다.
도 3을 참고하면, 도 3에 도시된 하나의 단위체는 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 균일하게 또는 불균일하게 혼합되어 있고, 내부에 분산된 복수의 양자점(31)을 포함한다. 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)은 불규칙하게 혼합된 구(sphere) 형의 단위체를 형성하고, 이러한 단위체는 복수의 양자점(31)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 혼합층(30)은 도 3에 도시된 하나의 단위체를 복수개 포함할 수 있다. 이때 혼합층이 포함하는 정공 수송 물질(33)은 서로 다른 단위체를 이루면서도 서로 연결되어 정공이 이동하는 루트를 형성할 수 있다. 또한 혼합층이 포함하는 전자 수송 물질(35)은 서로 다른 단위체를 이루면서도 서로 연결되어 전자가 이동하는 루트를 형성할 수 있다.
한편 도 3의 실시예에 대한 제조 방법에 대해 살펴보면, 양자점(31)과 상이한 극성을 가지는 용매에 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)을 혼합한다. 다음 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)을 포함하는 용액에 양자점(31)을 투입하여 최종 용액을 제조한다.
이에 따르면 용매와 다른 극성을 가지는 양자점(31)이 군집을 이루고, 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)은 도 3과 같이 구 형태의 단위체를 형성할 수 있다.
다음, 도 4를 참조하면, 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)은 균일하게 또는 불균일하게 혼합된 하나의 혼합층을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 층 내부에는 복수의 양자점(31)이 분산될 수 있다. 도 4에 도시된 복수의 양자점(31)은 제1 전극 또는 제2 전극의 평면과 평행한 평면을 이루도록 배열될 수 있다. 다시 말해 복수의 양자점(31)은 가상의 일 평면을 형성하고, 이는 제1 전극 또는 제2 전극의 일 평면과 평행할 수 있다. 이때 상기 가상의 일 평면이라 함은 구성요소의 적층 방향에 대한 복수의 양자점들의 평균 위치를 기준으로 형성된 평면을 말한다.
도 4에 도시된 실시예의 제조 방법을 살펴보면, 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성하는데, 이때 하기와 같은 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
우선 용액 공정법을 사용하여 제1 층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 양자점(31)과 반대의 극성을 가지는 용매에 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)을 용해하고, 이를 스핀 코팅하여 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성할 수 있다. 이때 열처리는 200도 미만에서 실시한다.
또는 진공 공정법을 사용하여 제1 층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)을 공증착한다. 다음 두 물질 가운데 융점이 상대적으로 낮은 재료의 온도까지 열처리하여, 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질 중 어느 하나만을 용융시켜 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성할 수 있다.
또는 표면 장력이 서로 다른 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)을 이용하여 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같은 조건의 표면 장력을 가지는 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)은 표면 장력 차이에 의해 물질 간의 상분리를 유도하고, 이를 통해 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성할 수 있다.
본 명세서는 전술한 바와 같이 세 가지 방법을 사용하여 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층을 형성하는 방법을 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음, 양자점(31)을 정공 수송 물질(33)과 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제1 층 위에 도포한다. 그리고 나서 양자점(31) 위에 전술한 방법과 동일한 방법으로 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)이 혼합된 제2 층을 형성한다.
최종적으로 제1 층과 제2 층은 구분되지 않을 수 있으며, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 정공 수송 물질(33) 및 전자 수송 물질(35)이 혼합된 일 층 내부에 양자점(31)이 분산된 형태를 가질 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자에 대해 살펴본다. 도 5는 도 1의 변형 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자는 제1 전극(10), 제1 전극(10)과 대향하는 제2 전극(50), 제1 전극(10)과 제2 전극(50) 사이에 위치하는 혼합층(30), 제1 전극(10)과 혼합층(30) 사이에 위치하는 정공 수송층(20), 혼합층(30)과 제2 전극(50) 사이에 위치하는 전자 수송층(40)을 포함한다. 제1 전극(10), 혼합층(30), 제2 전극(50)은 전술한 일 실시예와 동일한바, 이하에서는 설명을 생략한다.
도 1의 변형 실시예에 따른 정공 수송층(20)은 제1 전극(10)에서 주입되는 정공을 혼합층(30)으로 수송하며, 유기물 및 무기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
정공 수송층(20)이 유기물을 포함하는 경우, 유기물은 일례로써 PEDOT:PSS, 폴리페리나프탈렌(PPN), 폴리-p-페닐렌(PpP), 폴리티오펜(PT), C60, 바소큐프로인(BCP), 바소펜안트롤린(Bphen), 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT), OMeTAD로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 정공 수송층(20)이 무기물을 포함하는 경우, 일례로써 CuO, CuO2, NiO, CuI 및 ZnTe를 포함하는 p형 산화물 반도체, 텔루르화물(telluride), 할로겐화물(halide)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자 수송층(40)은 혼합층(30) 및 제2 전극(50) 사이에 위치하고, 제2 전극(50)으로부터 주입된 전자의 이동을 용이하게 한다.
전자 수송층(40) 은 무기물을 포함할 수 있다. 전자 수송층(40)이 무기물을 포함하는 경우, 일례로써 ZnO, TiO2, FeF2 를 포함하는 n형 산화물 반도체 및 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 정공 수송층(20) 및 전자 수송층(40) 각각은 혼합층(30)에 포함되는 정공 수송 물질 및 전자 수송 물질과 동일하거나 상이할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 다른 표시 장치를 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 자른 단면도이고, 도 8은 도 6의 VIII-VIII선을 따라 자른 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 기판(110) 위에 산화규소 또는 질화규소 등으로 만들어진 차단층(blocking layer)(111)이 위치한다.
차단층(111) 위에 복수 쌍의 제1 및 제2 반도체층(151a, 151b)이 위치한다. 제1 및 제2 반도체층(151a, 151b) 각각은 n형 또는 p형의 도전성 불순물을 포함하는 복수의 불순물 영역(extrinsic region)과 도전성 불순물을 거의 포함하지 않은 적어도 하나의 진성 영역(intrinsic region)을 포함한다.
제1 반도체층(151a)에서 불순물 영역은 제1 소스 영역(153a), 제1 드레인 영역(155a) 및 중간 영역(intermediate region)(1535)을 포함한다. 제1 소스 영역(153a), 제1 드레인 영역(155a) 및 중간 영역(intermediate region)(1535) 은 n형 불순물로 도핑되어 있고 서로 분리되어 있다. 진성 영역은 불순물 영역(153a, 1535, 155a) 사이에 위치한 한 쌍의 제1 채널 영역(channel region)(154a1, 154a2) 등을 포함한다.
제2 반도체층(151b)에서 불순물 영역은 제2 소스 영역(153b) 및 제2 드레인 영역(155b)을 포함한다. 제2 소스 영역(153b) 및 제2 드레인 영역(155b)은 p형 불순물로 도핑되어 있고 서로 분리되어 있다. 진성 영역은 제2 소스 영역(153b) 및 제2 드레인 영역(155b) 사이에 위치한 제2 채널 영역(154b)과 제2 소스 영역(153b) 및 제2 드레인 영역(155b)으로부터 위로 길게 뻗어 나온 유지 영역(storage region)(157)을 포함한다.
전술한 바와 달리 제1 반도체층(151a)의 불순물 영역(153a, 155a)이 p형 불순물로 도핑되거나, 제2 반도체층(151b)의 불순물 영역(153b, 155b)이 n형 불순물로 도핑될 수 있다. 게이트 절연막(140)은 제1 반도체층(151a), 제2 반도체층(151b) 및 차단층(111) 위에 위치하며 산화규소 또는 질화규소 등으로 이루어질 수 있다.
제1 제어 전극(control electrode)(124a)을 포함하는 게이트선(gate line)(121) 및과 제2 제어 전극(124b)을 포함하는 게이트 도전체(gate conductor)가 게이트 절연막(140) 위에 위치한다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 제1 제어 전극(124a)은 게이트선(121)으로부터 위로 뻗어 제1 반도체층(151a)와 교차하는데, 제1 채널 영역(154a1, 154a2)과 중첩한다.
제2 제어 전극(124b)은 게이트선(121)과 분리되어 있고 제2 반도체층(151b)의 제2 채널 영역(154b)과 중첩한다. 제2 제어 전극(124b)은 연장되어 유지 전극(storage electrode)(127)을 이루며, 유지 전극(127)은 제2 반도체층(151b)의 유지 영역(157)과 중첩한다.
층간 절연막(interlayer insulating film)(160)은 게이트 도전체 및 게이트 절연막(140) 위에 위치한다.
층간 절연막(160)은 제2 제어 전극(124b)을 노출하는 접촉 구멍(contact hole)(164)을 포함한다. 또한, 층간 절연막(160)과 게이트 절연막(140)은 소스 영역 및 드레인 영역(153a, 153b, 155a, 155b)을 드러내는 접촉 구멍(163a, 163b, 165a, 165b)을 포함한다.
데이터선(data line)(171), 구동 전압선(driving voltage line)(172) 및 제1 및 제2 출력 전극(output electrode)(175a, 175b)을 포함하는 데이터 도전체(data conductor)는 층간 절연막(160) 위에 위치한다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 접촉 구멍(163a)을 통하여 제1 소스 영역(153a)과 연결되어 있는 제1 입력 전극(input electrode)(173a)을 포함한다.
구동 전압선(172)은 구동 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 구동 전압선(172)은 접촉 구멍(163b)을 통하여 제2 소스 영역(153b)과 연결되어 있는 제2 입력 전극(173b)을 포함한다. 구동 전압선(172)은 유지 전극(127)과 중첩하며, 서로 연결될 수 있다.
제1 출력 전극(175a)은 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)으로부터 분리되어 있다. 제1 출력 전극(175a)은 접촉 구멍(165a)을 통하여 제1 드레인 영역(155a)에 연결되어 있고, 접촉 구멍(164)을 통하여 제2 제어 전극(124b)과 연결되어 있다.
제2 출력 전극(175b)은 데이터선(171), 구동 전압선(172) 및 제1 출력 전극(175a)으로부터 분리되어 있으며, 접촉 구멍(165b)을 통하여 제2 드레인 영역(155b)에 연결되어 있다.
보호막(passivation layer)(180)은 데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b) 및 층간 절연막(160) 위에 위치하며, 보호막(180)은 제2 출력 전극(175b)을 드러내는 접촉 구멍(185)을 포함한다.
화소 전극(pixel electrode)(190)은 보호막(180) 위에 위치한다. 화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 제2 출력 전극(175b)과 물리적·전기적으로 연결되어 있다. 격벽(partition)(361)은 보호막(180) 위에 위치한다. 격벽(361)은 화소 전극(190) 가장자리 주변을 둑(bank)처럼 둘러싸서 개구부(opening)를 정의할 수 있다. 화소 전극(190) 위에는 발광 소자층(370)이 위치하고, 발광 소자층(370) 위에 공통 전극(270)이 위치한다. 발광 소자는 화소 전극(190), 발광 소자층(370) 및 공통 전극(270)을 포함한다.
이때, 화소 전극(190)은 정공 주입 전극인 애노드, 전술한 제1 전극에 대응하며, 공통 전극(270)은 전자 주입 전극인 캐소드, 전술한 제2 전극에 대응할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 일 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 표시 장치의 구동 방법에 따라 화소 전극(190)이 캐소드가 되고, 공통 전극(270)이 애노드가 될 수도 있다.
발광 소자층(370)은 전술한 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 혼합층(30)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 설명을 생략한다.
공통 전극(common electrode)(270)은 발광 소자층(370) 위에 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받는다. 상기 설명한 표시 장치의 구조는 예시적인 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 다른 구조를 갖는 표시 장치에 적용될 수 있음 또한 자명하다.
전술한 유기 발광 표시 장치에서, 제1 반도체층(151a), 게이트선(121)에 연결되어 있는 제1 제어 전극(124a), 데이터선(171)에 연결되어 있는 제1 입력 전극(173a) 및 제1 출력 전극(175a)은 스위칭 트랜지스터(switching TFT)(Qs)를 이루며, 스위칭 트랜지스터(Qs)의 채널(channel)은 제1 반도체층 (151a)의 채널 영역(154a1, 154a2)에 형성된다. 제2 반도체층 (151b), 제1 출력 전극(175a)에 연결되어 있는 제2 제어 전극(124b), 구동 전압선(172)에 연결되어 있는 제2 입력 전극(173b) 및 화소 전극(190)에 연결되어 있는 제2 출력 전극(175b)은 구동 트랜지스터(driving TFT)(Qd)를 이루며, 구동 트랜지스터(Qd)의 채널은 제2 반도체층 (151b)의 채널 영역(154b)에 형성된다. 화소 전극(190), 발광 소자층(370) 및 공통 전극(270)은 유기 발광 다이오드를 이루며, 화소 전극(190)이 애노드(anode), 공통 전극(270)이 캐소드(cathode)가 되거나 반대로 화소 전극(190)이 캐소드, 공통 전극(270)이 애노드가 된다. 서로 중첩하는 유지 전극(127)과 구동 전압선(172) 및 유지 영역(157)은 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 이룬다.
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.
10 : 제1 전극
30 : 혼합층
31 : 양자점
33 : 정공 수송 물질
35 : 전자 수송 물질
50 : 제2 전극

Claims (19)

  1. 제1 전극,
    제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 혼합층을 포함하고,
    상기 혼합층은 양자점, 정공 수송 물질, 및 전자 수송 물질을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 혼합층은 복수의 단위체를 포함하고,
    상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 양자점, 상기 양자점을 감싸는 상기 상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  3. 제2항에서
    상기 양자점을 둘러싸는 상기 정공 수송 물질과 상기 전자 수송 물질은 교번하여 위치하는 발광 소자.
  4. 제2항에서,
    상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 복수의 양자점을 포함하는 발광 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 양자점은 상기 제1 전극의 일면과 평행한 방향을 따라 위치하는 발광 소자.
  6. 제1항에서,
    상기 정공 수송 물질은 유기물 및 무기물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 정공 수송 물질은 CuO, CuO2, NiO, CuI 및 ZnTe를 포함하는 p형 산화물 반도체, 텔루르화물(telluride) 및 할로겐화물(halide) 중에서 선택된 1 이상을 포함하는 발광 소자.
  8. 제6항에서,
    상기 정공 수송 물질은 PEDOT:PSS, 폴리페리나프탈렌(PPN), 폴리-p-페닐렌(PpP), 폴리티오펜(PT), C60, 바소큐프로인(BCP), 바소펜안트롤린(Bphen), 폴리(3-헥실티오펜) (P3HT) 및 OMeTAD로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함하는 발광 소자.
  9. 제1항에서,
    상기 전자 수송 물질은 무기물을 포함하는 발광 소자.
  10. 제9항에서,
    상기 전자 수송 물질은 ZnO, TiO2 및 FeF2 를 포함하는 n형 산화물 반도체 및 할로겐화물 중에서 선택된 1 이상을 포함하는 발광 소자.
  11. 제1항에서,
    상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 각각은 상기 양자점과 접촉하는 면적이 실질적으로 동일한 발광 소자.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 혼합층 사이에 위치하는 정공 수송층, 및
    상기 혼합층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함하는 발광 소자.
  13. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 트랜지스터, 및
    상기 트랜지스터와 연결되는 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자는
    제1 전극,
    제1 전극과 대향하는 제2 전극, 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 혼합층을 포함하고,
    상기 혼합층은 양자점, 정공 수송 물질, 및 전자 수송 물질을 포함하는 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 혼합층은 복수의 단위체를 포함하고,
    상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 양자점, 상기 양자점을 감싸는 상기 상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치.
  15. 제14항에서
    상기 양자점을 둘러싸는 상기 정공 수송 물질과 상기 전자 수송 물질은 교번하여 위치하는 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 복수의 단위체 중 적어도 하나의 단위체는 복수의 양자점을 포함하는 표시 장치.
  17. 제13항에서,
    상기 양자점은 상기 제1 전극의 일면과 평행한 방향을 따라 위치하는 표시 장치.
  18. 제13항에서,
    상기 정공 수송 물질 및 상기 전자 수송 물질 각각은 상기 양자점과 접촉하는 면적이 실질적으로 동일한 표시 장치.
  19. 제13항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 혼합층 사이에 위치하는 정공 수송층, 및
    상기 혼합층 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층을 더 포함하는 표시 장치.
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