KR20180054262A - 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치 - Google Patents

양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180054262A
KR20180054262A KR1020160151989A KR20160151989A KR20180054262A KR 20180054262 A KR20180054262 A KR 20180054262A KR 1020160151989 A KR1020160151989 A KR 1020160151989A KR 20160151989 A KR20160151989 A KR 20160151989A KR 20180054262 A KR20180054262 A KR 20180054262A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
electrode
interface control
material layer
Prior art date
Application number
KR1020160151989A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102689815B1 (ko
Inventor
윤경진
이나연
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020160151989A priority Critical patent/KR102689815B1/ko
Priority to US15/810,688 priority patent/US10103345B2/en
Priority to CN201711129120.1A priority patent/CN108075043B/zh
Publication of KR20180054262A publication Critical patent/KR20180054262A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102689815B1 publication Critical patent/KR102689815B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • H01L51/502—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H01L51/5096—
    • H01L51/5253—
    • H01L51/5259—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/15—Hole transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/18—Carrier blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/84—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H10K50/844—Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/84—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H10K50/846—Passivation; Containers; Encapsulations comprising getter material or desiccants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H01L2227/32—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 양자점을 발광 소재로 사용하는 발광물질층과, 발광물질층으로 전하를 공급하는 적어도 하나의 전하 이동층 사이에 위치하는 계면 제어층을 포함하는 양자점 발광다이오드 및 이를 포함하는 양자점 발광 표시장치에 관한 것이다. 발광물질층과 전하 이동층 사이에 위치하는 계면 제어층을 포함함으로써, 발광물질층과 전하 이동층 사이의 계면 에너지 미스매칭에 의한 계면 결함을 해소하여, 균일한 모폴로지가 확보된 양자점으로 이루어진 발광물질층을 형성할 수 있다. 또한 계면 제어층을 적용하여 발광물질층으로의 산소나 수분 침투를 방지할 수 있어서 발광 물질로 사용되는 양자점이 열화되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 발광다이오드는 낮은 전압에서도 구동이 가능하고 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치{QUANTUM DOT LIGHT EMITTING DIODE AND LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE USING THE DIODE}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율과 같은 발광 특성이 향상된 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치에 관한 것이다.
대표적인 평판표시장치로 사용된 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)를 대신한 차세대 발광다이오드 표시장치가 급속하게 보급되고 있다. 그 중에서도 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 표시장치는 발광층의 소재로서 유기물을 사용한다. 유기발광다이오드 표시장치에서 발광 휘도를 높이기 위하여 발광다이오드의 전류 밀도를 증가시키거나 구동 전압을 높이는 경우, 유기 발광물질이 분해되는 등의 열화로 인하여 발광다이오드의 수명이 짧아지는 문제가 있다.
유기발광다이오드를 대신하여 양자점(quantum dot; QD)을 발광층의 소재로 사용하는 양자점 발광다이오드(quantum dot light emitting diode; QLED)가 주목을 받고 있다. 양자점은 크기를 조절하여 발광 피크를 쉽게 조절할 수 있으며, 유기물에 비하여 상대적으로 열이나 수분으로 인한 열화 및 산화 등에 안정적이다. 유기발광다이오드와 마찬가지로 양자점 발광다이오드는 일반적으로 발광층과 전극 사이에 정공이나 전자와 같은 전하를 수송하기 위한 별도의 층을 가지는 다층 구조를 갖는다. 발광층에 사용되는 양자점이 무기물인 것과 달리, 전하 수송층, 특히 정공 수송층은 유기물로 이루어진다. 양자점으로 구성되는 발광층에 인접하여 유기물로 이루어진 전하 수송층이 적층되기 때문에, 발광층과 전하 수송층 사이의 계면에서 결함(defect)이 발생한다.
일례로 유기물을 스핀 코팅하여 정공 수송층을 형성하고, 정공 수송층 상에 스핀 코팅을 진행하여 양자점으로 이루어진 발광층을 형성하는 경우에, 정공 수송층에 사용된 유기물과 발광층에 사용된 양자점인 무기물 사이의 계면에서의 에너지 미스매칭(interfacial energy mismatching)에 의하여 양자점 발광층에서 균일한 표면 모폴로지(surface morphology)를 확보하기 곤란한다. 이처럼 모폴로지가 충분히 확보되지 않은 양자점 발광층 상에 다시 유기물로 이루어진 전자 수송층을 적층할 때, 모폴로지가 무너진 양자점 발광층의 모폴로지 형상으로 전자 수송층이 형성되고, 최종적으로 전극을 아무리 두껍게 적층하더라도 양자점 발광층에서 이미 무너진 모폴로지 형상대로 증착된다.
이처럼, QLED에서 발광층 소재로 사용된 무기물인 양자점과 발광층의 상부와 하부에 위치하는 전하 수송층에 사용되는 유기물 사이의 표면 에너지 미스매칭에 의하여, 양자점 발광층을 코팅하고 용매를 제거할 때, 양자점의 응집 특성으로 인하여 양자점 발광층의 모폴로지가 확보되지 않는다. 양자점 발광층에서 균일한 모폴로지가 확보되지 않아 QLED에서 발광이 균일하게 일어나지 않으며, 전체적인 발광 효율이 크게 저하된다.
뿐만 아니라, QLED 소자에서 발광층을 형성하는 양자점은 수분이나 산소에 취약하기 때문에 양자점 발광다이오드의 내부로 수분이나 산소가 침투하는 경우에 열화된다. 양자점이 위치하는 발광층과 인접한 전하 수송층의 계면에서 발생하는 결함, 양자점의 균일하지 못한 모폴로지 특성 및 수분이나 산소 등의 침투에 따른 양자점의 열화 등으로 인하여 발광 효율이 저하되고, 발광다이오드의 안정성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 발광물질층이 균일한 모폴로지를 확보할 수 있으며, 산소 및 수분 등의 침투를 방지할 수 있는 양자점 발광다이오드 및 이를 포함하는 양자점 발광 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 발광물질층과 전하 이동층 사이에 발광물질층과 전하 이동층 사이의 계면 결함을 해소하기 위한 계면 제어층을 가지는 양자점 발광다이오드를 제공한다.
계면 제어층은 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이 및/또는 발광층과 제 2 전하 이동층 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 양자점 발광다이오드를 발광 소자로 채택한 양자점 발광 표시장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 양자점을 포함하는 발광물질층에 인접하여 적어도 하나의 계면 제어층을 포함하는 양자점 발광다이오드 및 이를 포함하는 양자점 발광 표시장치를 제안한다. 발광물질층과 전하 이동층 사이에 적어도 하나의 계면 제어층을 형성하여, 발광물질층과 전하 이동층이 직접 접촉하는 경우에 이들 층의 계면에서의 결함을 방지한다. 이에 따라, 발광물질층의 모폴로지 특성이 저하되는 것을 방지하여, 발광물질층에 적용된 양자점이 균일한 모폴로지 특성을 갖도록 유도할 수 있다.
아울러, 계면 제어층을 채택함으로써 발광다이오드 내부로의 산소 및/또는 수분이 침투하는 것을 방지하여, 산소나 수분으로 인하여 발광 소재인 양자점이 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 발광 소재의 열화에 기인하여 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명에 따라 계면 제어층을 채택한 양자점 발광다이오드는 계면 제어층을 사용하지 않은 양자점 발광다이오드에 비하여 낮은 전압에서도 구동할 수 있으며, 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이 및 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 2개의 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 5 실시형태에 따라 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 6 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이 및 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 2개의 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드를 발광 소자로 적용한 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 양자점 발광다이오드에서 발광물질층에 적용된 양자점의 모폴로지 특성을 평가한 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예에 따라 제조된 양자점 발광다이오드에서 발광물질층에 적용된 양자점의 모폴로지 특성을 평가한 결과를 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 양자점 발광다이오드의 발광 효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 양자점 발광다이오드에서 발광물질층과 전하 이동층 사이에 계면 제어층을 형성한다. 이에 따라, 발광물질층과 전하 이동층의 직접적인 접촉에 의하여 발광물질층과 전하 이동층의 계면 결함에 의한 발광물질층의 모폴로지 특성이 저하되는 것을 개선하고, 발광물질층으로의 수분이나 산소 침투에 의하여 발광 소재인 양자점이 열화되거나 산화되는 것을 방지할 수 있다는 점에 근거한다. 이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(100)는 제 1 전극(110)과, 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극(120)과, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120) 사이에 위치하는 발광물질층(150)과, 제 1 전극(110)과 발광물질층(150) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(130)과, 발광물질층(150)과 제 2 전극(120) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(160)을 포함한다.
본 실시형태에서, 제 1 전극(110)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 제 1 전극(110)은 유리 또는 고분자일 수 있는 기판(도 1에 미도시) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 제 1 전극(110)은 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 카드뮴:산화아연(Cd:ZnO), 불소:산화주석(F:SnO2), 인듐:산화주석(In:SnO2), 갈륨:산화주석(Ga:SnO2) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)을 포함하는 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물일 수 있다. 선택적으로, 제 1 전극(110)은 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시형태에서, 제 2 전극(120)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(120)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광다이오드(100)가 하부 발광 타입의 발광다이오드인 경우에, 제 1 전극(110)은 ITO, IZO, ITZO, AZO와 같은 투명 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 제 2 전극(120)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, Al, Mg, Ag:Mg 합금 등을 사용할 수 있다.
제 1 전하 이동층(130)은 제 1 전극(110)과 발광물질층(150) 사이에 위치한다. 본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(130)은 발광물질층(150)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전하 이동층(130)은 제 1 전극(110)과 발광물질층(150) 사이에서 제 1 전극(110)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(hole injection layer; HIL, 132)과, 제 1 전극(110)과 발광물질층(150) 사이에서 발광물질층(150)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(hole transport layer; HTL, 134)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(132)은 제 1 전극(110)에서 발광물질층(150)으로 정공의 주입을 용이하게 한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공 주입층(132)은 폴리(에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌 술포네이트(poly(ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonate; PEDOT:PSS), 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane; F4-TCNQ)이 도핑된 4,4',4"-트리스(디페닐아미노)트리페닐아민(4,4',4"-tris(diphenylamino)triphenylamine; TDATA); 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 아연 프탈로시아닌(zinc phthalocyanine; ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphtyl)-1,1'-biphenyl-4,4''-diamine; α-NPD), 헥사아자트리페닐렌-헥사니트릴(hexaazatriphenylene-hexanitrile; HAT-CN) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로, 정공 주입층(132)에 사용될 수있는 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 정공 주입 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
정공 수송층(134)은 제 1 전극(110)에서 발광물질층(150)으로 정공을 전달한다. 정공 수송층(134)은 유기물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층(134)은 4,4'-N,N'-디카바졸릴-바이페닐(4,4'-N,N'-dicarbazolyl-biphenyl; CBP), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphtyl)-1,1'-biphenyl-4,4''-diamine; α-NPD, α-NPB), 스파이로-NPB(spiro-NPB), N,N'디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine; TPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-스파이로(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro; spiro-TPD), N,N'-디(4-(N,N'-디페닐-아미노)페닐-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(4-(N,N'-diphenyl-amino)phenyl)-N,N'-diphenylbenzidine; DNTPD), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴-트리페닐아민(4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine; TCTA), 트리스(3-메틸페닐페닐아미노)-트리페닐아민 (tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine; m-MTDATA), 폴리(9,9'-디옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)디페닐아민(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine; TFB), 폴리(9-비닐카바졸)(poly(9-vinylcarbazole); PVK)와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐 (4,4'-bis(p-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘(N,N,N',N'-tetraarylbenzidine), PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸(poly-N-vinylcarbazole) 및 그 유도체, 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실록시)-1,4-페닐렌비닐렌](poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]; MEH-PPV)이나 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-디메틸옥틸록시)1,4-페닐렌비닐렌](poly[2-methoxy-5-(3',7′'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]; MOMO-PPV)와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 유도체(polyphenylenevinylene) 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate) 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) (poly(9,9-octylfluorene)) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌)(poly(spiro-fluorene)) 및 그 유도체, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
도면에서는 제 1 전하 이동층(130)을 정공 주입층(132)과 정공 수송층(134)으로 구분하였으나, 제 1 전하 이동층(130)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전하 이동층(130)은 정공 주입층(132)이 생략되고 정공 수송층(134)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)이 도핑되어 이루어질 수도 있다.
정공 주입층(132) 및 정공 수송층(134)을 포함하는 제 1 전하 이동층(130)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법을 포함하는 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(132)과 정공 수송층(134)의 두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
발광물질층(150)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(152)들이 채워진 층일 수 있다. 일례로, 발광물질층(150)은 용매에 양자점(152)이 포함된 분산액을 코팅하는 용액 공정을 통하여 계면 제어층(140) 상에 코팅하고, 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다. 발광물질층(150)을 형성하는 방법으로서 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 적층될 수 있다.
발광물질층(150)에 사용되는 양자점(152)은 양자 제한 효과(quantum confine effect)를 갖는 반도체 나노 결정일 수 있다. 양자점(152)은 Ⅱ-Ⅵ족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 일례로, 양자점은 비-Cd계 I-Ⅲ-VI족 또는 Ⅲ-V족의 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(152)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(152)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가지며, 쉘 표면에는 용매에 분산을 위한 리간드(ligand) 성분이 둘러싸고 있다. 경우에 따라, 상기 리간드는 발광물질층(150)을 형성할 때 제거될 수 있는 성분이다.
구체적으로, 양자점(152)은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS,ZnSe, ZnTe, HgS, HgTe 또는 이들의 조합과 같은 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정; GaP, GaAs, GaSb,InP, InAs 및 InSb와 같은 Ⅲ족 내지 Ⅴ족 또는 Ⅳ족 내지 Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정; PbS, PbSe, PbTe 또는 이들의 임의의 조합; CuInSe2 나노 결정; ZnO, TiO2 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물 나노 입자; CdSe/ZnSe, CdSe/ZnS, CdS/ZnSe, CdS/ZnS, ZnSe/ZnS, InP/ZnS ZnO/MgO 또는 이들의 임의의 조합과 같은 코어-쉘 구조의 나노 결정일 수 있다. 반도체 나노 입자는 Eu, Er, Tb, Tm, Dy과 같은 희토류 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑(dope)되거나 도핑되지 않거나, 또는 Mn, Cu, Ag과 같은 전이 금속 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑될 수 있다.
선택적으로, 양자점(152)은 균질 합금(homogeneous alloy) 양자점 또는 경도 합금(gradient alloy) 양자점과 같은 합금 양자점(alloy QD; 일례로, CdSxSe1 -x, CdSexTe1-x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다. 양자점(152)은 유기 용매 중에 전구체 물질을 넣고 입자들을 성장시키는 습식 공정에 의해 주로 합성될 수 있다(예를 들어 콜로이드 양자점). 양자점(152) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다.
일례로, 발광물질층(150)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 양자점(152)을 포함하여 백색을 구현할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(150)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 양자점(152)을 포함하고 있으며 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다.
제 2 전하 이동층(160)은 발광물질층(150)과 제 2 전극(120) 사이에 위치한다. 본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(160)은 발광물질층(150)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(160)은 제 2 전극(120)과 발광물질층(150) 사이에서 제 2 전극(120)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(electron injection layer; EIL, 162)과, 제 2 전극(120)과 발광물질층(150) 사이에서 발광물질층(150)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(electron transport layer; ETL, 164)을 포함할 수 있다.
전자 주입층(162)은 제 2 전극(120)에서 발광물질층(150)으로의 전자 주입을 용이하게 한다. 예를 들어 전자 주입층(162)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
전자 수송층(164)은 발광물질층(150)으로 전자를 전달한다. 전자 수송층(164)은 유기물로 이루어질 수 있다. 일례로, 전자 수송층(164)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 전자 수송층(164)을 구성할 수 있는 유기 물질은 3-(바이페닐-4-일)-5-(4-테트라부틸페닐)-4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸(3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole; TAZ), 바소큐프로인(bathocuproine, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP), 2,2',2"-(1,3,5-벤자인트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미아졸)(2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole); TPBi), 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum; Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)-4-페닐페놀레이트 알루미늄(Ⅲ) (bis(2-methyl-8-quninolinato)-4-phenylphenolate aluminum (Ⅲ); Balq), 비스(2-메틸-퀴놀리나토)(트리페닐실록시) 알루미늄 (Ⅲ)(bis(2-methyl-quinolinato)(tripnehylsiloxy) aluminum (Ⅲ); Salq) 및 이들의 조합으로 구성되는 소재에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하 이동층(130)과 유사하게, 도면에서 제 2 전하 이동층(160)은 전자 주입층(162)과 전자 수송층(164)의 2층으로 도시하였으나, 제 2 전하 이동층(160)은 전자 수송층(164)의 1층으로만 이루어질 수도 있다.
전자 주입층(162) 및 전자 수송층(164)을 포함하는 제 2 전하 이동층(160)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법을 포함하는 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
일례로, 전자 주입층(162) 및 전자 수송층(164)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 제 1 전하 이동층(130)과 발광물질층(150) 사이에 계면 제어층(140)이 위치한다. 계면 제어층(140)은 발광물질층(150) 및 발광물질층(150)에 위치하는 양자점(152)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 개선하고, 발광물질층(150)의 수분이나 산소의 유입을 차단한다.
계면 제어층(140)은 인접하게 위치하는 발광물질층(150)을 구성하는 무기물인 양자점(152)과 유기물로 이루어지는 제 1 전하 이동층(130) 사이의 계면 결함(defect)에 의하여 양자점(152) 및 발광물질층(150)의 표면 모폴로지(morphology) 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있어야 한다. 따라서 계면 제어층(140)을 이루는 물질은 무기물인 양자점(152)에 대한 계면 접착성이 양호한 소재로 이루어질 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 계면 제어층(140)은 투명하며 광 투과율이 90% 이상이며, 열이나 UV와 같은 광의 조사에 의하여 수 시간 이내에 건조될 수 있는 물질이다. 이러한 물질의 비제한적인 예는 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 올리고머는 단위유닛이 2 내지 30, 바람직하게는 2 내지 10개 반복된 물질을 의미한다.
실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머는 후술하는 실록산계 고분자를 형성하기 위하여 사용될 수 있는 모노머 또는 올리고머를 포함할 수 있다. 일례로, 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머는 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS)나 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS)와 같이 C1~C10 알킬기 및/또는 C1~C10 알콕시기가 치환되어 있는 알킬실록산이나 알콕시실록산과 같은 선형 실록산계 모노머 또는 올리고머이지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
계면 제어층(140)을 형성하기 위하여 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머와, 유기용매를 포함하는 액상 조성물을 적절한 기재, 일례로 제 1 전하 이동층(130) 상에 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 슬릿 코팅(slit coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄, 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 나이프 제팅(knife jetting), 디스펜싱(dispensing) 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 도포한다. 이어서, 120℃ 이하, 일례로 50 내지 120℃의 온도에서 열 건조 공정을 진행하여 용매를 제거하는 방법으로 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머로 이루어진 계면 제어층(140)을 적층할 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 계면 제어층(140)은 투명하며 광 투과율이 90% 이상이며, 열이나 UV와 같은 광의 조사에 의하여 경화되어 가교결합(cross-linking)에 의한 네트워크 구조를 형성할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 계면 제어층(140)이 네트워크 구조를 형성하는 물질로 이루어짐으로써, 발광다이오드(100)로 유입되는 산소 및/또는 수분이 발광물질층(150)으로 침투하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 계면 제어층(140)은 층상형 구조가 도입되어 산소 및/또는 수분이 침투할 수 있는 경로가 증가되어 산소 및/또는 수분이 발광물질층(150)으로 침투되는 것을 지연, 저하시킬 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.
일례로, 계면 제어층(140)이 고분자를 포함하는 경우, 계면 제어층(140)은 광 투과율이 우수하고 네트워크 구조를 형성할 수 있는 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자, 층상 구조를 가지는 나노클레이-고분자-복합체(nanoclay-polymer composite) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 계면 제어층(140)이 실록산계 고분자로 이루어지는 경우, 실록산계 고분자의 주쇄를 구성하는 반응성 성분으로서의 실록산 모노머 및/또는 실록산 올리고머는 특별히 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시형태에서, 실록산 모노머 및/또는 실록산 올리고머는 측쇄에 광반응성 관능기 모이어티가 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 실록산 모노머 및/또는 실록산 올리고머의 일예로서, 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 갖는 실란올일 모노머/올리고머 또는 실록산 모노머/올리고머를 들 수 있다.
실란올 모노머/올리고머는 에틸렌성 불포화 알콕시 실란이나 에틸렌성 불포화 아실옥시 실란을 들 수 있다. 에틸렌성 불포화 알콕시 실란 화합물은 아크릴레이트계 알콕시 실란(예: γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란), 메타크릴레이트계 알콕시 실란(예: γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란)을 포함한다. 에틸렌성 불포화 아릴옥시 실란 화합물의 예는 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란(예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.
한편, 실록산계 고분자의 주쇄를 형성하기 위한 실록산 모노머 및/또는 실록산 올리고머로서, 실록산기를 갖는 모노머/올리고머를 또한 사용할 수 있다. 이러한 실록산기를 갖는 모노머/올리고머로는 선형 실록산기를 갖는 실록산 모노머/올리고머, 사이클로 실록산계 모노머/올리고머, 사면체 실록산계 모노머/올리고머 및 실세스퀴옥산 구조의 모노머/올리고머를 들 수 있다.
선형 실록산기를 갖는 모노머/올리고머 화합물로는 C1-C10의 알킬기 및/또는 C1-C10의 알콕시기가 치환되어 있는 알킬실록산(예를 들어 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS)나 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS)), 알콕시실록산, 알콕시알킬실록산, 비닐알콕시실록산, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
한편, 사이클로 실록산기를 갖는 실록산 모노머/올리고머는 그 반복단위를 구성하는 실록산기가 C1~C20 알킬기, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기와 같은 C1~C10의 알킬기로 치환될 수 있다. 이 경우, 사이클로 실록산기가 반복단위를 구성하는 폴리알킬 사이클로 실록산 고분자는 규소 원자 각각에 2개의 알킬기가 치환되어 있는 폴리디알킬실록산, 예를 들어 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane; PDMS) 계열의 사이클로 실록산 고분자를 포함할 수 있다.
비제한적인 실시형태에서, 사이클로 실록산 고분자는 메틸하이드로사이클로실록산; 헥사-메틸사이클로트리실록산; 헥사-에틸사이클로트리실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-에틸사이클로테트라실록산; 테트라-옥틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥사- 및 데카-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사-, 옥사- 및 도데카-메틸사이클로헥사실록산; 테트라데카-메틸사이클로헵타실록산; 헥사데카-메틸사이클로옥타실록산; 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
또한, 사면체 실록산기를 갖는 모노머의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
아울러, 선형, 사이클로 및 사면체 실록산 외에도, 예를 들어 메틸트리클로로실록산과 디메틸클로로실록산의 반응 등에 의하여 합성될 수 있는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)을 실록산계 고분자를 합성하기 위한 반응성 성분으로 사용할 수 있다. 실세스퀴옥산은 가교결합에 의하여 사다리(ladder) 구조 또는 케이지(cage) 구조를 갖는 폴리실세스퀴옥산으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 오르가노 트리클로로실란의 가수분해에 의하여 부분적인 케이지 구조의 헵타머 형태의 실록산과, 케이지 구조의 헵타머 형태 및 옥타머 형태의 실록산 등이 얻어지는데, 용해도 차이를 이용하여 헵타머 형태의 실록산을 분리하고, 이를 오르가노트리알콕시실란 또는 오르가노트리클로로실란의 축합 반응에 의하여 실세스퀴옥산 모노머를 얻을 수 있다. 실세스퀴옥산은 대략 RSiO3 /2의 화학 구조(R은 수소, C1~C10 알킬기, C2~C10 알콕시기)를 가질 수 있지만, 본 발명에서 사용할 수 있는 실세스퀴옥산이 이에 한정되는 것은 아니다. 실세스퀴옥산 구조의 실록산 모노머/올리고머를 사용하는 경우, 내열성이 우수한 사다리형이나 케이지형 구조를 가지는 폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxane; POSS)를 형성할 수 있는 실세스퀴옥산의 단위구조를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
실라잔계 고분자는 질소 소스로서 암모니아 또는 헥산메틸디실라잔(HDMS)을 사용하고, 치환되지 않거나, C1~C10 알킬기, C2~C20 알케닐기, C3~C20 사이클로알킬기, C5~C30 아릴기, C5~C30 헤테로아릴기, C1~C10 아릴실릴기, C1~C10 알킬아민기, C1~C10 알콕시기 등으로 치환된 할로겐화실란(예를 들어 클로로실란)을 출발 물질로 사용하여 얻어질 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 실라잔계 고분자는 실란 모이어티가 치환되지 않은 퍼하이드로 실라잔계 고분자일 수 있다.
계면 제어층(140)을 형성하기 위하여 실록산계 고분자 또는 실라잔계 고분자를 형성할 수 있는 모노머 및/또는 올리고머인 중합성 성분인 전구체, 유기용매 및 필요한 경우에 광중합개시제를 포함하는 액상 바인더 형성용 조성물을 적절한 기재, 일례로 제 1 전하 이동층(130) 상에 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 슬릿 코팅(slit coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄, 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 나이프 제팅(knife jetting), 디스펜싱(dispensing) 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 도포하고, 열 경화 또는 UV 경화와 같은 광 경화 등의 공정을 진행하여 적층될 수 있다.
예를 들어, 열경화는 핫 플레이트를 이용하여 진행할 수 있으며, 대략 80 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 150℃의 온도에서 5 내지 20분 동안 진행될 수 있다. 한편, 광경화는 대략 1000 내지 5000, 바람직하게는 2500 내지 4000 mJ/㎠ 강도의 광을 조사(UV 램프 또는 LED 램프를 사용)하여 진행될 수 있으며, 수초간 수행될 수 있다.
이때, 액상 바인더 형성용 조성물 중에 중합성 성분, 즉 반응성 성분인 전구체는 30 내지 70 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 중량부는 배합되는 성분 사이의 중량 비율을 의미한다.
또한, 액상 바인더 형성용 조성물 중에 포함되는 유기용매는 특별히 제한되지 않으며, 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 용매; 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르, 프로필렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르 등에서 1종 이상 선택되는 에테르계 용매; 에틸렌글리콜모노에틸에스테르, 락트산 메틸, 락트산 에틸, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산메틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에틸, 히드록시초산메틸, 히드록시초산에틸, 프로필렌글리콜 메틸에틸프로피오네이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르프로피오네이트 등에서 1종 이상 선택되는 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트 중에서 1종 이상 선택되는 아세테이트계 용매; 톨루엔, 자일렌, 크레졸 등에서 1종 이상 선택되는 방향족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 2-헵탄온, 4-히드록시-4-메틸-2-펜탄온 중에서 1종 이상 선택되는 케톤계 용매; N-메틸피롤리돈(NMP), N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 중에서 1종 이상 선택되는 아미드계 용매; γ-부티로락톤일 수 있는 락톤계 용매 및 이들의 조합을 사용할 수 있다. 이들 용매는 액상 바인더 형성용 조성물 중에 40 내지 100 중량부, 바람직하게는 50 내지 90 중량부, 더욱 바람직하게는 60 내지 80 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
광 경화가 요구되는 경우에, 액상 바인더 형성용 조성물에 포함되는 광중합개시제는 아세토페논계, 벤조페논계, 티오크산톤계, 벤조인계, 트리아진계 광중합개시제가 사용될 수 있으며, 액상 바인더 형성용 조성물 중에 대략 0.01 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
한편, 나노클레이는 층상 실리케이트(phyllosilicate)의 구조로서, 기본적으로 사면체(tetrahedral) 구조의 실리카 층과, 팔면체(octahedral) 구조의 알루미나 층의 조합으로 이루어지며, 두 층 사이의 -OH 관능기의 축합 반응에 의하여 카올린나이트(kaolinite) 구조가 생성되는 것으로 알려져 있다. 실리카층과 알루미나층이 1:1로 구성된 카올린나이트와 달리 2：1인 실리케이트 경우는 내부의 음전하량 정도에 따라 다양한 구조로 구분될 수 있다.
나노클레이를 구성하는 점토의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 카올린나이트(실리카와 알루미나가 1:1로 구성), palygorskite(수화 마그네슘 실리케이트(magnesium aluminum silicate)로 구성되는 점토로 실리카와 알루미나의 비율이 2:1임), 스멕타이트(Smectite) 계열(벤토나이트(bentonite)로 불리며 대표적인 경우가 sodium montmorillonite이고, 사면체 실리카와 팔면체의 비율이 2:1이며, 알루미나는 사면체의 실리카와 일부 치환되어 있고, 철 또는 마그네슘이 팔면체에 존재하는 알루미늄과 일부 치환된 형태이다. 다른 물질로 치환되어 양이온이 적기 때문에, 표면에 1가 양이온이 흡착됨)이 가능하다.
그 중에서 스멕타이트 계열의 몬트모릴라이트(montmorillonite)의 결정구조는 pyrophyllite의 구조에 기초하고 있는 것으로 알려져 있는데, pyrophylite 구조에서 팔면체 층의 Al3 + 이온 대신에 Mg2 +, Fe2 +, Fe3 + 이온이, 사면체 층에서는 Si4 + 이온 대신에 Al3 + 이온이 등방치환(isomorphous substitution)된 구조이다. 또한, 천연 상태의 montmorillonite에는 전하의 평형을 맞추기 위하여 실리케이트 층 사이에 Ca2 +나 Ka+, Na+와 같은 양전하가 존재하여 전체적으로 전기적 균형을 이루게 된다.
예를 들어, 나노클레이는 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 사포나이트, 바이델라이트, 논트로나이트, 팽윤성 운모, 버미큘라이트, 합성 운모, 카네마이트, 마가다이트, 케냐이트, 카올린나이트, 스멕타이트, 일라이트, 클로라이트, 무스코바이트, 파이로필라이트, 안티고라이트, 해록석, 질석, 세피올라이트, 이모골라이트, 소복카이트, 나크라이트, 아녹사이트, 견운모, 레디카이트, 온석면, 안티고라이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 층상 규산염일 수 있다.
필요한 경우에, 나노클레이-고분자-복합체를 구성하는 점토 성분은 유기 성분을 포함할 수 있다. 이때, 유기 성분은 4차 암모늄(quaternary ammonium), 포스포늄(phosphonium), 말레이에이트(maleate), 석시네이트(succinate), 아크릴레이트(acrylate), 벤질릭 하이드로젠(benzyic hydrogens) 및/또는 옥사졸린(oxazoline)일 수 있다.
나노클레이를 구성하는 친수성의 실리케이트 표면과 소수성일 수 있는 고분자 사슬의 반발력을 제어하기 위하여, 유기 성분이 나노클레이의 층 사이로 침투를 용이하게 할 수 있도록 양쪽성 유기화합물(예를 들어 암모늄 계열이나 (P)이나 황(S)을 포함하는 오늄(onium) 계열의 양이온성 헤드 부분과, C6~C18의 선형 저분자량 지방족 탄화수소, 또는 지환족, 지방족 탄화수소 화합물로 이루어진 꼬리 부분으로 구성; 일례로 도데실아민)을 유기화제로 사용하면, 양이온을 가지는 헤드 부분이 실리케이트에 존재하는 양이온을 교환하여 층상 실리케이트의 친수성을 감소시킬 수 있고, 소수성 꼬리 부분에 의하여 유기 성분과의 상호작용이 증대되고, 실리케이트의 층간 거리를 증가시켜 유기물의 층간 침투가 용이하게 되어, 나노클레이와 고분자가 복합체를 형성할 수 있다. 이에 따라 고분자는 전체 복합체에서 매트릭스(matrix)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 나노클레이의 유기화제는 세틸트리메틸암모늄염, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 디메틸디스테아릴암모늄염, 트리메틸테트라데실암모늄염, 트리메틸헥사데실암모늄염, 트리메틸옥타데실암모늄염, 벤질트리메틸암모늄염, 벤질트리에틸암모늄염, 페닐트리메틸암모늄염, 디메틸디옥타데실암모늄염, 벤잘코니움염, 스테랄코늄염, 데나토니움염, 세틸피리디늄염, 테트라-n-부틸암모늄염, 폴리쿼터늄염, 헥실암모늄염, 옥틸암모늄염, 옥타데실암모늄염, 디옥틸디에틸암모늄염, 디옥타데실디메틸암모늄염, 헥실하이드록시에틸암모늄염, 도데실하이드록시에틸디메틸암모늄염, 옥타데실하이드록시에틸디메틸암모늄염, 옥틸카르복시에틸암모늄염, 도데실카르복시에틸디메틸암모늄염, 헥사데실카르복시에틸 디메틸암모늄염, 옥타데실카르복시에틸디메틸암모늄염, 도데실메르캅토에틸메틸암모늄염, 헥사데실메르캅토에틸디메틸암모늄염, 테트라에틸포스포늄염, 트리에틸벤질포스포늄염, 트리-n-부틸벤질포스포늄염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 양이온성 계면활성제 및/또는 스테아르산염, 알킬카르복실산염, 알킬설페이트염, 알킬벤젠설포네이트염, 알킬포스페이트염, 알킬폴리옥시에틸렌설페이트염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온성 계면활성제일 수 있다.
나노클레이-고분자 복합체를 제조하기 위하여, 고분자의 단위 물질인 모노머를 중합용 용매와 함께 점토의 층간으로 삽입시킨 후에 점토 층간에서 중합을 유도하는 원-위치 중합(in-situ polymerization) 방법이나, 고분자와 점토를 용매 내에 분산시킨 뒤에 복합체를 형성하는 용액 삽입법(solution intercalation method), 흐름 상태에서 고분자 사슬이 전단력이나 회전력에 의하여 점토 층간으로 밀려들어갈 수 있도록 유도하는 용융 삽입법(melt intercalation method), 실리카/수산화마그네슘/불화리늄과 같은 gel 형태의 전구체를 고분자(일례로, poly(vinylpyrrolidone)(PVP), polydimethyldiallylammoniumchloride(PDDA), hydroxypropylmethylcellulose(HPMC), polyacrylonitrile(PACN), emeraldine salt polyaniline (PANI))와 혼합한 후 가열하여 층상 구조를 형성하는 sol-gel 반응을 이용하는 직접 층상 합성법(direct layered silicate), 변성되지 않은 semctite 점토를 물속에 분산시키면 층간 간격이 확장되고, 층간 인력이 물에 의해 중화되어 개별 층으로 존재하고, 유화제로 입자 안정성을 유지하는 고분자 라텍스를 점토 수분산액에 첨가하여 얻어진 침전물을 회수, 건조하여 복합체를 형성하는 분산 및 응집법(dispersion and aggregation method) 등을 이용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나노클레이-고분자 복합체는 클레이의 층간 간격에 따라 고분자 사슬이 클레이의 층간 공간으로 삽입되어 층간 간격이 증가한 삽입형 구조(intercalated structure)와, 나노클레이가 고분자 매트릭스 내에서 층간 규칙성을 상실한 박리형 구조(exfoliated structure)로 구분되는데, 박리된 구조의 나노클레이-고분자 복합체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 계면 제어층(140)을 형성할 수 있는 나노클레이-고분자 복합체는 나노클레이-나일론 복합체(일례로, 나노클레이-나일론 6/12/66 복합체), 나노클레이-폴리올레핀 복합체(일례로, 나노클레이-폴리프로필렌 복합체), 나노클레이-폴리비닐알코올 복합체, 나노클레이-에틸렌비닐아세테이트(EVA) 복합체, 나노클레이-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체(ABS) 복합체 및 나노클레이-전술한 고분자들의 공중합체 복합체로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나노클레이-고분자 복합체로 이루어지는 계면 제어층(140)은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 전술한 방법에 따라 합성된 나노클레이-고분자 복합체와 유기용매가 혼합된 박막 형성용 조성물을 제 1 전하 이동층(130) 상에 코팅하고, 이를 건조시켜 계면 제어층(140)을 형성할 수 있다. 사용되는 유기용매는 실록산계 고분자를 경화할 때 사용하였던 바인더 형성용 유기용매와 동일한 것을 사용할 수 있다. 나노클레이-고분자 복합체를 코팅하는 방법은 한정되지 않으며, 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 제 1 전하 이동층(130) 상에 나노클레이-고분자 복합체가 분산된 용액을 코팅한 뒤에, 120℃ 이하, 일례로 50 내지 80℃ 이하의 온도에서 1 내지 5시간 건조시켜 유기용매를 제거하여, 나노클레이-고분자 복합체로 이루어진 계면 제어층(140)을 적층할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 계면 제어층(140)은 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다. 계면 제어층(140)의 두께가 전술한 범위 미만인 경우에는 양자점(152) 및 발광층(150)에서의 계면 모폴로지 향상을 기대하기 어렵고, 계면 제어층(140)의 두께가 전술한 범위를 초과하더라도 양자점(152) 및 발광층(150)에서의 계면 모폴로지 특성이 더 이상 증가하지 않으며, 제 1 전하 이동층(130)으로부터 발광물질층(150)으로의 정공 주입 특성이 저하될 우려가 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 발광물질층(150)과 정공을 발광물질층(150)에 공급하는 제 1 전하 이동층(130) 사이에 계면 제어층(140)이 위치한다. 계면 제어층(140)에 인접하게 위치하는 양자점(152) 및 발광물질층(150)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜 양자점(152)이 발광물질층(150) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(150)으로의 수분이나 산소의 유입을 방지하여 양자점(152)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(100)의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 2 실시형태에 따라 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(200)는 제 1 전극(210), 제 1 전극(210)과 마주하는 제 2 전극(220), 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 위치하는 발광물질층(250), 제 1 전극(210)과 발광물질층(250) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(230), 제 2 전극(220)과 발광물질층(250) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(260) 및 발광물질층(250)과 제 2 전하 이동층(260) 사이에 위치하는 계면 제어층(240)을 포함한다.
제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 전극(210)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(210)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(220)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(220)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(230)은 발광물질층(250)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 일례로, 제 1 전하 이동층(230)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(250) 사이에서 제 1 전극(210)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(232)과, 제 1 전극(210)과 발광물질층(250) 사이에서 발광물질층(250)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(234)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(232)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
정공 수송층(234)은 CBP, α-NPD(α-NPB), 스파이로-NPB, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA, m-MTDATA, TFB, PVK와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤, 구리 프탈로시아닌, 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐, N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘, PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체, MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌) 및 그 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 2 전하 이동층(230)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전하 이동층(230)은 정공 주입층(232)이 생략되고 정공 수송층(234)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)가 도핑되어 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(232)과 정공 수송층(234)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
발광물질층(250)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(252)들이 채워진 층일 수 있다. 발광물질층(250)에 사용되는 양자점(252)은 II-VI족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함한 것일 수 있고, 일례로, 비-Cd계 I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(252)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(252)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가지며, 쉘 표면에는 용매에 분산을 위한 리간드(ligand) 성분이 둘러싸고 있다. 선택적으로, 양자점(252)은 균질 합금 양자점 또는 경도 합금 양자점과 같은 합금 양자점(alloy QD; 일례로 CdSxSe1 -x, CdSexTe1 -x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다.
양자점(252) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다. 일례로, 발광물질층(250)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 양자점(252)을 포함하여 백색을 구현할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(250)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 양자점(252)을 포함하고 있으며 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다.
제 2 전하 이동층(260)은 발광물질층(250)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(260)은 제 2 전극(220)과 발광물질층(250) 사이에서 제 2 전극(220)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(262)과, 제 2 전극(220)과 발광물질층(250) 사이에서 발광물질층(250)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(264)을 포함한다.
전자 주입층(262)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
전자 수송층(264)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(264)을 구성할 수 있는 유기 물질은 TAZ, BCP, TPBi, Alq3, Balq, Salq 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 2 전하 이동층(260)은 전자 수송층(264)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(262) 및 전자 수송층(264)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 발광물질층(250)과 제 2 전하 이동층(260) 사이에 계면 제어층(240)이 위치한다. 계면 제어층(240)은 인접한 발광물질층(250)을 이루는 양자점(252)에 대한 계면 접착성이 양호한 소재로 이루어질 수 있다. 또한 계면 제어층(240)은 광학 특성을 저해하지 않도록 광 투과율이 우수하며, 네트워크 구조 또는 층상 구조를 형성하는 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 계면 제어층(240)은 실란올기 또는 실록산기를 가지는 모노머 올리고머나, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(250)과 제 2 전하 이동층(260) 사이에 위치하는 계면 제어층(240)이 실란올기 또는 실록산기를 가지는 모노머나 올리고머로 이루어지는 경우, 실란올기 또는 실록산기를 가지는 모노머와 유기용매를 포함하는 액상 조성물을 발광물질층(250) 상에 코팅하고, 열 건조 공정을 진행할 수 있다. 이때, 발광물질층(250)에 포함된 양자점(252)이 비-카드뮴 계열로 이루어지는 경우, 열 건조는 80℃ 이하, 일례로 50 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다. 한편, 양자점(252)이 카드뮴 계열로 이루어지는 경우, 열 건조는 120℃ 이하의 온도, 일례로 80 내지 120℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 계면 제어층(240)은 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다.
즉, 본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 발광물질층(250)과 전자를 발광물질층(250)에 공급하는 제 2 전하 이동층(260) 사이에 계면 제어층(240)이 위치한다. 계면 제어층(240)에 인접하게 위치하는 양자점(252) 및 발광물질층(250)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜 양자점(252)이 발광물질층(250) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(250)으로의 수분이나 산소의 유입을 방지하여 양자점(252)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(200)의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 3 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이 및 발광물질층과 제 2 전하이동층 사이에 2개의 계면 제어층이 위치하고 있는 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(200)는 제 1 전극(310), 제 1 전극(310)과 마주하는 제 2 전극(320), 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이에 위치하는 발광물질층(350), 제 1 전극(310)과 발광물질층(350) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(330), 제 2 전극(320)과 발광물질층(350) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(360) 및 발광물질층(350)과 제 1 전하 이동층 사이(330) 및 발광물질층(350)과 제 2 전하 이동층(360) 사이에 위치하는 계면 제어층(340)을 포함한다.
제 1 전극(310)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(310)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(320)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(320)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(330)은 발광물질층(350)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(330)은 제 1 전극(310)과 발광물질층(350) 사이에서 제 1 전극(310)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(332)과, 제 1 전극(310)과 발광물질층(350) 사이에서 발광물질층(350)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(334)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(332)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
정공 수송층(334)은 α-NPD(α-NPB), 스파이로-NPB, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA, m-MTDATA, TFB, PVK와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤, 구리 프탈로시아닌, 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐, N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘, PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체, MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌) 및 그 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 1 전하 이동층(330)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전하 이동층(330)은 정공 주입층(332)이 생략되고 정공 수송층(334)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)가 도핑되어 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(332)과 정공 수송층(334)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
발광물질층(350)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(352)들이 채워진 층일 수 있다. 발광물질층(350)에 사용되는 양자점(352)은 II-VI족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함한 것일 수 있고, 일례로, 비-Cd계 I-ⅢⅥ-족 또는 Ⅲ-V족 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(352)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(352)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가지며, 쉘 표면에는 용매에 분산을 위한 리간드(ligand) 성분이 둘러싸고 있다. 선택적으로 양자점(352)은 균질 합금 양자점 또는 경도 합금 양자점과 같은 합금 양자점(alloy QD; 일례로 CdSxSe1 -x, CdSexTe1-x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다.
양자점(352) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다. 일례로, 발광물질층(250)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 양자점(352)을 포함하여 백색을 구현할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(350)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 양자점(352)을 포함하고 있으며 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다.
제 2 전하 이동층(360)은 발광물질층(350)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(360)은 제 2 전극(320)과 발광물질층(350) 사이에서 제 2 전극(320)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(362)과, 제 2 전극(320)과 발광물질층(350) 사이에서 발광물질층(350)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(364)을 포함한다.
전자 주입층(362)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
전자 수송층(364)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(364)은 TAZ, BCP, TPBi, Alq3, Balq, Salq 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 2 전하 이동층(360)은 전자 수송층(364)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(362) 및 전자 수송층(364)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 발광물질층(350)에 인접하여 2개로 구분되는 계면 제어층(340)이 위치한다. 즉, 본 실시형태에 따르면 계면 제어층(340)은 제 1 전하 이동층(330)과 발광물질층(350) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(342)과, 발광물질층(350)과 제 2 전하 이동층(360) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(344)을 포함한다.
제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 인접한 발광물질층(350)을 이루는 양자점(352)에 대한 계면 접착성이 양호한 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 광학 특성을 저해하지 않도록 광 투과율이 우수하며, 네트워크 구조 또는 층상 구조를 형성하는 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 2 계면 제어층(342, 344)은 각각 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다. 제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 동일한 소재로 이루어지거나 다른 소재로 이루어질 수 있다.
제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 동일한 두께로 적층될 수 있다. 대안적으로, 제 1 계면 제어층(342)과 제 2 계면 제어층(344)은 상이한 두께 비율로 적층될 수 있다. 일반적으로, 발광물질층(350)으로의 전하 이동과 관련해서, 정공 주입을 위한 에너지 장벽은 전자 주입을 위한 에너지 장벽보다 큰 것으로 알려져 있다. 따라서 정공 이동층인 제 1 전하 이동층(330)과 발광물질층(350) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(342)의 두께를, 전자 이동층인 제 2 전하 이동층(360)과 발광물질층(350) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(344)의 두께 이하로 하는 것이 바람직할 수 있다. 제 1 계면 제어층(342)의 두께를 제 2 계면 제어층(344)의 두께 이하로 적층함으로써, 발광물질층(350)으로 주입되는 정공과 전자의 양이 균형있게 주입되도록 유도할 수 있다.
예를 들어, 정공을 발광물질층(350)에 공급하는 제 1 전하 이동층(330) 쪽에 위치하는 제 1 계면 제어층(342)과, 전자를 발광물질층(350)에 공급하는 제 2 전하 이동층(360) 쪽에 위치하는 제 2 계면 제어층(344)은 1:1 내지 1:5의 두께비, 바람직하게는 1:1 내지 1:4의 두께비, 가장 바람직하게는 1:2 내지 1:4의 두께비로 적층될 수 있다. 일례로, 제 1 계면 제어층(342)은 1 내지 10 nm, 바람직하게는 1 내지 3 nm의 두께로 적층하고, 제 2 계면 제어층(344)은 2 내지 30 nm, 바람직하게는 5 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 발광물질층(350)과 정공을 발광물질층(350)에 공급하는 제 1 전하 이동층(330) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(342)과, 발광물질층(350)과 전자를 발광물질층(350)에 공급하는 제 2 전하 이동층(340) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(344)을 포함한다. 즉, 본 실시형태에서, 양자점(352)이 포함된 발광물질층(350)의 양쪽 계면으로 각각 계면 제어층(342, 344)이 개재되어 있다. 발광물질층(350)의 한쪽 계면으로만 계면 제어층을 형성하는 제 1 및 제 2 실시형태와 비교해서, 양자점(352) 및 발광물질층(350)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜, 양자점(352)이 발광물질층(350) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(350)으로의 수분이나 산소의 유입을 더욱 효율적으로 방지하여 양자점(352)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(300)의 구동 전압을 낮출 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
한편, 전술한 제 1 내지 제 3 실시형태에 따르면, 일함수(work function)이 상대적으로 낮은 제 1 전극과 발광물질층 사이에 정공 이동층이 위치하고, 일함수가 상대적으로 높은 제 2 전극과 발광물질층 사이에 전자 이동층이 위치하는 정상 구조를 가지는 양자점 발광다이오드에 대해서 설명하였다. 양자점 발광다이오드는 정상 구조가 아닌 역(inverted) 구조를 가질 수 있는데, 이에 대해서 설명한다.
도 4은 본 발명의 예시적인 제 4 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(400)는 제 1 전극(410), 제 1 전극(410)과 마주하는 제 2 전극(420), 제 1 전극(410)과 제 2 전극(420) 사이에 위치하는 발광물질층(450), 제 1 전극(410)과 발광물질층(450) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(430), 제 2 전극(420)과 발광물질층(450) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(460) 및 제 1 전하 이동층(430)과 발광물질층(450) 사이에 위치하는 계면 제어층(440)을 포함한다.
제 1 전극(410)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(410)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(420)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(420)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(410)과 제 2 전극(420)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
제 1 전하 이동층(430)은 발광물질층(450)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(430)은 제 1 전극(410)과 발광물질층(450) 사이에서 제 1 전극(410)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(432)과, 제 1 전극(410)과 발광물질층(450) 사이에서 발광물질층(450)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(434)을 포함한다.
전자 주입층(432)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
전자 수송층(434)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(434)을 구성할 수 있는 유기 물질은 TAZ, BCP, TPBi, Alq3, Balq, Salq 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
제 1 전하 이동층(430)은 전자 수송층(434)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(432) 및 전자 수송층(434)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
발광물질층(450)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(452)들이 채워진 층일 수 있다. 발광물질층(450)에 사용되는 양자점(452)은 II-VI족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함한 것일 수 있고, 일례로, 비-Cd계 I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(452)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(452)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가지며, 쉘 표면에는 용매에 분산을 위한 리간드(ligand) 성분이 둘러싸고 있다. 선택적으로 양자점(452)은 균질 합금 양자점 또는 경도 합금 양자점과 같은 합금 양자점(alloy QD; 일례로 CdSxSe1 -x, CdSexTe1-x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다.
양자점(452) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다. 일례로, 발광물질층(450)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 양자점(452)을 포함하여 백색을 구현할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(450)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 양자점(452)을 포함하고 있으며 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다.
본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(460)은 발광물질층(450)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(460)은 제 2 전극(420)과 발광물질층(450) 사이에서 제 2 전극(420)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(462)과, 제 2 전극(420)과 발광물질층(450) 사이에서 발광물질층(450)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(464)을 포함한다.
정공 주입층(462)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
정공 수송층(464)은 유기물로 이루어질 수 있다. 일례로, 정공 수송층(464) 은 α-NPD(α-NPB), 스파이로-NPB, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA, m-MTDATA, TFB, PVK와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤, 구리 프탈로시아닌, 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐, N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘, PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체, MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌) 및 그 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 2 전하 이동층(460)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제 2 전하 이동층(460)은 정공 주입층(462)이 생략되고 정공 수송층(464)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)가 도핑되어 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(462)과 정공 수송층(464)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 제 1 전하 이동층(430)과 발광물질층(450) 사이에 계면 제어층(440)이 위치한다. 계면 제어층(440)은 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 계면 제어층(440)은 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 전자 이동층인 제 1 전하 이동층(430)과 발광물질층(450) 사이에 계면 제어층(440)을 형성함으로써, 양자점(452) 및 발광물질층(450)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜 양자점(452)이 발광물질층(450) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(450)으로의 수분이나 산소의 유입을 방지하여 양자점(452)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(400)의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 5 실시형태에 따라 발광물질층과 제 2 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(500)는 제 1 전극(510), 제 1 전극(510)과 마주하는 제 2 전극(520), 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 위치하는 발광물질층(550), 제 1 전극(510)과 발광물질층(550) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(530), 제 2 전극(520)과 발광물질층(550) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(560) 및 발광물질층(550)과 제 2 전하 이동층(560) 사이에 위치하는 계면 제어층(540)을 포함한다.
제 1 전극(510)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(510)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(520)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(520)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(530)은 발광물질층(550)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(530)은 제 1 전극(510)과 발광물질층(550) 사이에서 제 1 전극(510)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(532)과, 제 1 전극(510)과 발광물질층(550) 사이에서 발광물질층(550)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(534)을 포함할 수 있다.
전자 주입층(532)은 금속에 불소가 도핑된 결합된 소재로 이루어지거나 금속으로 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 전자 수송층(534)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물로 이루어질 수 있다. 제 2 전하 이동층(530)은 전자 수송층(534)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(534)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
발광물질층(550)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(552)들이 채워진 층일 수 있다. 발광물질층(550)에 사용되는 양자점(552)은 II-VI족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함한 것일 수 있고, 일례로, 비-Cd계 I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(552)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(552)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있으며, 합금 양자점(alloy QD; 일례로 CdSxSe1 -x, CdSexTe1 -x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다. 양자점(552) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(560)은 발광물질층(550)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(560)은 제 2 전극(520)과 발광물질층(550) 사이에서 제 2 전극(520)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(562)과, 제 2 전극(520)과 발광물질층(550) 사이에서 발광물질층(550)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(564)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(562)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있다.
정공 수송층(534)은 α-NPD(α-NPB), 스파이로-NPB, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA, m-MTDATA, TFB, PVK와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤, 구리 프탈로시아닌, 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐, N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘, PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체, MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌) 및 그 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 2 전하 이동층(560)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(562)과 정공 수송층(534)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 발광물질층(550)과 정공 이동층일 수 있는 제 2 전하 이동층(560) 사이에 계면 제어층(540)이 위치한다. 계면 제어층(540)은 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 계면 제어층(540)은 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 발광물질층(550)과 제 2 전하 이동층(560) 사이에 계면 제어층(540)을 형성함으로써, 양자점(552) 및 발광물질층(550)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜 양자점(552)이 발광물질층(550) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(250)으로의 수분이나 산소의 유입을 방지하여 양자점(552)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(500)의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 6 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이 및 발광물질층과 제 2 전하이동층 사이에 2개의 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(600)는 제 1 전극(610), 제 1 전극(610)과 마주하는 제 2 전극(620), 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620) 사이에 위치하는 발광물질층(650), 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(630), 제 2 전극(620)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(660) 및 발광물질층(650)과 제 1 전하 이동층 사이(630) 및 발광물질층(650)과 제 2 전하 이동층(660) 사이에 위치하는 계면 제어층(340)을 포함한다.
제 1 전극(610)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(610)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(620)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(620)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(630)은 발광물질층(650)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(630)은 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에서 제 1 전극(610)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(632)과, 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에서 발광물질층(650)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(634)을 포함한다.
전자 주입층(632)은 금속에 불소가 도핑된 결합된 소재로 이루어지거나 금속으로 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 전자 수송층(634)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(644)은 TAZ, BCP, TPBi, Alq3, Balq, Salq 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다. 제 2 전하 이동층(630)은 전자 수송층(634)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(632) 및 전자 수송층(634)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
발광물질층(650)은 예를 들어 평균 직경이 1 nm 내지 100 nm인 양자점(652)들이 채워진 층일 수 있다. 발광물질층(650)에 사용되는 양자점(652)은 II-VI족, I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 나노 반도체 화합물을 포함한 것일 수 있고, 일례로, 비-Cd계 I-Ⅲ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-V족의 반도체 화합물일 수 있다. 양자점(652)은 단일 구조 또는 코어(core)/쉘(shell) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 양자점(652)은 중심에 빛을 내는 코어 성분이 있고, 그 표면에 보호를 위해 쉘이 둘러싸고 있는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있으며, 합금 양자점(alloy QD; 일례로 CdSxSe1 -x, CdSexTe1 -x, ZnxCd1 - xSe)일 수도 있다. 양자점(652) 입자의 성장 정도에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(660)은 발광물질층(650)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(660)은 제 2 전극(620)과 발광물질층(650) 사이에서 제 2 전극(620)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(662)과, 제 2 전극(620)과 발광물질층(650) 사이에서 발광물질층(650)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(564)을 포함한다.
정공 주입층(662)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있다.
정공 수송층(634)은 α-NPD(α-NPB), 스파이로-NPB, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA, m-MTDATA, TFB, PVK와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤, 구리 프탈로시아닌, 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐, N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘, PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 및 그 유도체, MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌) 및 그 유도체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
제 2 전하 이동층(660)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(562)과 정공 수송층(634)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 발광물질층(650)에 인접하여 2개로 구분되는 계면 제어층(640)이 위치한다. 즉, 본 실시형태에 따르면 계면 제어층(640)은 제 1 전하 이동층(630)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(642)과, 발광물질층(650)과 제 2 전하 이동층(660) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(644)을 포함한다.
제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 인접한 발광물질층(650)을 이루는 양자점(652)에 대한 계면 접착성이 양호한 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 광학 특성을 저해하지 않도록 광 투과율이 우수하며, 네트워크 구조 또는 층상 구조를 형성하는 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 실란올기 및/또는 실록산기를 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 계면 제어층(642, 644)은 각각 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다. 제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 동일한 소재로 이루어지거나 다른 소재로 이루어질 수 있다.
제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 동일한 중량 비율로 적층될 수도 있다. 대안적으로, 제 1 계면 제어층(642)과 제 2 계면 제어층(644)은 상이한 두께 비율로 적층될 수 있다. 전술한 바와 같이, 발광물질층(650)으로의 정공 주입 에너지 장벽이 전자 주입 에너지 장벽보다 크다. 따라서 정공 이동층인 제 2 전하 이동층(660)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(644)의 두께를, 전자 이동층인 제 1 전하 이동층(630)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(642)의 두께 이하로 하는 것이 바람직할 수 있다. 제 2 계면 제어층(644)의 두께를 제 1 계면 제어층(642)의 두께 이하로 적층함으로써, 발광물질층(650)으로 주입되는 정공과 전자의 양이 균형있게 주입되도록 유도할 수 있다.
예를 들어, 전자를 발광물질층(650)에 공급하는 제 1 전하 이동층(630) 쪽에 위치하는 제 1 계면 제어층(642)과, 정공을 발광물질층(650)에 공급하는 제 2 전하 이동층(660) 쪽에 위치하는 제 2 계면 제어층(644)은 1:1 내지 5:1의 두께비, 바람직하게는 1:1 내지 4:1의 두께비, 가장 바람직하게는 2:1 내지 4:1의 두께비로 적층될 수 있다. 일례로, 제 1 계면 제어층(642)은 2 내지 30 nm, 바람직하게는 5 내지 10 nm의 두께로 적층되고, 제 2 계면 제어층(644)은 1 내지 10 nm, 바람직하게는 1 내지 3 nm의 두께로 적층될 수 있다.
본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 발광물질층(650)과 전자를 발광물질층(650)에 공급하는 제 1 전하 이동층(630) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(642)와, 발광물질층(650)과 정공을 발광물질층(650)에 공급하는 제 2 전하 이동층(660) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(644)을 포함한다. 즉, 본 실시형태에서, 양자점(652)이 포함된 발광물질층(650)의 양쪽 계면으로 각각 계면 제어층(642, 644)이 개재되어 있다. 발광물질층(650)의 한쪽 계면으로만 계면 제어층을 형성하는 제 4 및 제 5 실시형태와 비교해서, 양자점(652) 및 발광물질층(650)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜, 양자점(652)이 발광물질층(650) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(650)으로의 수분이나 산소의 유입을 더욱 효율적으로 방지하여 양자점(652)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(600)의 구동 전압을 낮출 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
본 발명에 따라 양자점 발광다이오드에서 계면 제어층을 포함하고 있는지의 여부는 다음과 같은 방법으로 확인할 수 있다. 일례로, 발광다이오드를 대각선 방향으로 커팅한 뒤에 커팅 슬로프(slope)의 성분 분석을 수행한다. 비행시간형 이차이온질량분석(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry; TOF-SIMS)을 사용하여 구성 성분을 분석할 수 있으며, 영상 적외선 분광법(imaging infrared spectroscopy)을 사용하여 화학 구조를 분석할 수 있으며, X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)을 사용하여 구성 원소를 분석할 수 있다.
선택적으로, 발광다이오드 구조를 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)을 사용하여 발광다이오드를 구성하는 각 층(layer)을 분석하고, 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscope; STEM) 및 에너지분산분광법(energy dispersive spectroscopy; EDS)을 수행하여 각 층을 구성하는 성분 지도를 획득하여, 각 층의 성분을 분석할 수 있다. 예를 들어, 어떤 층이 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 방법에 의하여 증착된 알루미늄 산화물을 포함하는 경우에는, STEM 분석 및 에너지분산X선분광법(energy dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 Al, Si, 탄소 층의 성분을 검출할 수 있다. 아울러, 자외선광전자분광법(ultraviolet photoelectron spectroscopy; UPS)을 사용하여 각 층에 사용된 물질의 일함수(work function)를 측정할 수 있으며, 각 층별로 XPS 분석을 수행하여 원소 분석 및 함량을 도출하고, 각각의 층을 채취하여 EDX, 유도결합플라즈마분광기(induced coupled plasma Spectrometer; ICP) 및/또는 NMR 분석을 추가로 수행하여 각 층의 성분을 검출할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 양자점 발광다이오드를 적용한 표시장치에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드를 발광 소자로 적용한 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 양자점 발광 표시장치(700)는 구동 소자인 구동 박막트랜지스터(Tr)와, 구동 박막트랜지스터(Tr)를 덮는 평탄화층(750)과, 평탄화층(750) 상에 위치하며 구동 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 양자점 발광다이오드(800)를 포함한다. 구동 박막트랜지스터(Tr)는, 반도체층(720)과, 게이트 전극(732)과, 소스 전극(746)과, 드레인 전극(748)을 포함하는데, 도 7에서는 코플라나(coplanar) 구조의 구동 박막트랜지스터(Tr)를 나타낸다.
상기 기판(701)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene Terephthalate, PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 구동 박막트랜지스터(Tr)와, 발광물질층(850)이 형성되는 양자점 발광다이오드(800)가 위치하는 기판(701)은 어레이 기판을 이룬다.
기판(710) 상의 전면에 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있는 버퍼층(710)이 형성된다.
버퍼층(710) 상면으로 반도체층(720)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(720)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우 버퍼층(710)과 반도체층(720) 사이에 차광패턴(미도시)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(720)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(720)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(720)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(720)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(720) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(730)이 제 1 기판(701) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(730)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(730) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(732)이 반도체층(720)의 중앙에 대응하여 형성된다. 또한, 게이트 절연막(730) 상부에는 게이트 배선(미도시)과 제 1 캐패시터 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 게이트 배선은 제 1 방향을 따라 연장되고, 제 1 캐패시터 전극은 게이트 전극(732)에 연결될 수 있다. 한편, 게이트 절연막(730)이 기판(701) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(730)은 게이트 전극(732)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(732) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(740)이 기판(701) 전면에 형성된다. 층간 절연막(740)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(740)은 반도체층(720)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(742, 744)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(742, 744)은 게이트 전극(732)의 양측에서 게이트 전극(732)과 이격되어 위치한다. 여기서, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(742, 744)은 게이트 절연막(730) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(730)이 게이트 전극(732)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(742, 744)은 층간 절연막(740) 내에만 형성된다.
층간 절연막(740) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(746)과 드레인 전극(748)이 형성된다. 또한, 층간 절연막(740) 상부에는 제 2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(미도시)과 전원 배선(미도시) 및 제 2 캐패시터 전극(미도시)이 형성될 수 있다.
소스 전극(746)과 드레인 전극(748)은 게이트 전극(732)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(742, 744)을 통해 반도체층(720)의 양측과 접촉한다. 도시하지 않았지만, 데이터 배선은 제 2 방향을 따라 연장되고 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며, 고전위 전압을 공급하는 전원 배선은 데이터 배선과 이격되어 위치한다. 제 2 캐패시터 전극은 드레인 전극(748)과 연결되고 제 1 캐패시터 전극과 중첩함으로써, 제 1 및 제 2 캐패시터 전극 사이의 층간 절연막(740)을 유전체층으로 하여 스토리지 캐패시터를 이룬다.
한편, 반도체층(720), 게이트 전극(732), 소스 전극(746) 및 드레인 전극(748)은 구동 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. 도 7에 예시된 구동 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(720)의 상부에 게이트 전극(732), 소스 전극(746) 및 드레인 전극(748)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다. 이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
또한, 구동 박막트랜지스터(Tr)와 실질적으로 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 기판(701) 상에 형성될 수 있다. 구동 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(732)은 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)에 연결되고 구동 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(746)은 전원 배선(미도시)에 연결된다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과 소스 전극(미도시)은 게이트 배선 및 데이터 배선과 각각 연결된다.
한편, 양자점 발광 표시장치(700)는 양자점 발광다이오드(800)에서 생성된 빛을 흡수하는 컬러 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(미도시)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 흡수할 수 있다. 이 경우, 광을 흡수하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성될 수 있으며, 이들 각각의 컬러 필터 패턴은 흡수하고자 하는 파장 대역의 빛을 방출하는 양자점 발광다이오드(800) 중의 발광물질층(850)과 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 컬러 필터(미도시)를 채택함으로써, 양자점 발광 표시장치(700)는 풀-컬러를 구현할 수 있다.
예를 들어, 양자점 발광 표시장치(700)가 하부 발광 타입인 경우, 발광다이오드(800)에 대응하는 층간 절연막(740) 상부에 광을 흡수하는 컬러 필터(미도시)가 위치할 수 있다. 선택적인 실시형태에서, 양자점 발광 표시장치(700)가 상부 발광 타입인 경우, 컬러 필터는 양자점 발광다이오드(800)의 상부, 즉 제 2 전극(820) 상부에 위치할 수도 있다.
소스 전극(746)과 드레인 전극(748) 상부에는 평탄화층(750)이 기판(701) 전면에 형성된다. 평탄화층(750)은 상면이 평탄하며, 구동 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(748)을 노출하는 드레인 컨택홀(752)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(752)은 제 2 반도체층 컨택홀(744) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(744)과 이격되어 형성될 수도 있다.
양자점 발광다이오드(800)는 평탄화층(750) 상에 위치하며 구동 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(748)에 연결되는 제 1 전극(810)과, 제 1 전극(810)에 대향하는 제 2 전극(820)과, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 발광층인 제 1 전하 이동층(830), 발광물질층(850), 제 2 전하 이동층(860)을 갖는다. 아울러, 발광다이오드(800)는 제 1 전하 이동층(830)과 발광물질층(850) 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층(842)과, 발광물질층(850)과 제 2 전하 이동층(860) 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층(844)으로 이루어지는 계면 제어층(840)을 포함한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 양자점 발광다이오드(800)가 정상(normal) 구조인 경우에 제 1 전극(810)은 양극(anode)이고, 제 2 전극(820)은 음극(cathode)이며, 제 1 전하 이동층(830)은 정공 이동층이며, 제 2 전하 이동층(860)은 전자 이동층이다. 다른 예시적인 실시형태에서, 양자점 발광다이오드(800)가 역(inverted) 구조인 경우에 제 1 전극(810)은 음극(cathode)이고, 제 2 전극(820)은 양극(anode)이며, 제 1 전하 이동층(830)은 전자 이동층이며, 제 2 전하 이동층(860)은 정공 이동층이다. 제 1 전하 이동층(830) 및 제 2 전하 이동층(840)은 단층으로 구성될 수도 있고, 각각 전하 주입층 및 전하 수송층의 2층 이상으로 이루어질 수도 있다.
이때, 양자점 발광 표시장치(700)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(810) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
평탄화층(750) 상에는 제 1 전극(810)의 가장자리를 덮는 뱅크층(754)이 형성된다. 뱅크층(754)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(810)의 중앙을 노출한다.
한편, 상기 제 2 전극(820) 상에는 외부 수분이나 산소가 양자점 발광다이오드(800)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 760)이 형성된다. 상기 인캡슐레이션 필름(760)은 제 1 무기 절연층(미도시)과, 유기 절연층(미도시)과 제 2 무기 절연층(미도시)의 적층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 7에서는 발광물질층(850)과 인접한 전하 이동층(830, 840) 사이에 각각 계면 제어층(842, 844)이 개재된 형태를 예시하였으나, 계면 제어층은 제 1 전하 이동층(830)과 발광물질층(850) 사이와, 발광물질층(850)과 제 2 전하 이동층(860) 사이 중 어느 한 곳에만 위치할 수 있다.
제 1 및 2 계면 제어층(842, 844)을 포함하는 계면 제어층(840)은 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자 및/또는 나노클레이-고분자 복합체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 2 계면 제어층(842, 844)은 각각 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 두께로 적층될 수 있다.
발광물질층(850)과, 발광물질층(850)에 인접한 전하 이동층(830, 860) 사이 중 적어도 한 곳에 계면 제어층(840)이 위치한다. 계면 제어층(840)에 인접하게 위치하는 양자점(852) 및 발광물질층(850)의 표면 모폴로지(morphology) 특성을 향상시켜 양자점(852)이 발광물질층(850) 전체에서 균일하게 배치되도록 유도할 수 있으며, 발광물질층(850)으로의 수분이나 산소의 유입을 방지하여 양자점(852)이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드(800)의 구동 전압을 낮출 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 시간 경과에 따라 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 1개의 계면 제어층을 가지는 양자점 발광다이오드 제작
40 mm×40 mm×두께 0.5 mm 의 ITO (반사판 포함) 전극이 부착된 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, DI Water로 초음파 세정을 5분간 진행한 후 100℃ Oven 에 건조하였다. 기판 세정 후 플라즈마 처리를 실시하였다. 정공 주입 재료로 PEDOT:PSS를 스핀 코팅하고, 150℃에서 30분간 건조 후, poly-TPD 및 PVK를 스핀코팅 후 170℃에서 30분간 건조하여 정공 주입층 및 정공 수송층을 형성하였다. 계속해서 비-카드뮴(Cd free) 계열의 양자점인 InP를 스핀코팅 후 70℃에서 30분간 건조하여 발광물질층을 형성하였다. 발광물질층을 건조한 후, TEOS를 스핀코팅 후 70℃에서 30분간 건조하여 계면 제어층을 형성하였다. 계면 제어층까지 스핀 코팅이 완료된 기판을 증착 챔버로 이동시켜 전자 수송층(Alq3), 전자 주입층(LiF) 및 음극(Al)을 형성하였다. 그리고 나서 glass로 인캡슐레이션 하였다.
실시예 2: 2개의 계면 제어층을 가지는 양자점 발광다이오드 제작
40 mm ×40 mm×두께 0.5 mm 의 ITO (반사판 포함) 전극이 부착된 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, DI Water로 초음파 세정을 5분간 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 기판 세정 후 플라즈마 처리를 실시하였다. 정공 주입재료로 PEDOT:PSS를 스핀 코팅하고, 150℃에서 30분간 건조 후, poly-TPD 및 PVK를 스핀코팅 후 170℃에서 30분간 건조하여 정공 주입층 및 정공 수송층을 형성하였다. 시켰다. 하부 계면 제어층(제 1 계면 제어층)을 형성하기 위하여 TEOS를 스핀코팅 후 70℃에서 30분간 건조하였다. 계속해서 비-카드뮴 계열의 양자점인 InP를 스핀코팅 후 70℃에서 30분간 건조하여 발광층을 형성시키고 건조 후, 상부 계면 제어층(제 2 계면 제어층)을 형성하기 위하여 TEOS를 스핀코팅 후 70℃에서 30분간 건조하였다. 이때, 하부 계면 제어층에 사용된 TEOS와 상부 계면 제어층에 사용된 TEOS의 중량 비율이 1:2가 되도록 조절하여, 하부 계면 제어층의 두께와, 상부 계면 제어층의 두께가 1:2가 되도록 하였다. 상부 계면 제어층까지 스핀 코팅이 완료된 기판을 증착 챔버로 이동시켜 Alq3, LiF, Al을 형성시켰다. 그리고 나서 glass 로 인캡슐레이션 하였다.
실시예 3: 2개의 계면 제어층을 가지는 양자점 발광다이오드 제작
하부 계면 제어층과 상부 계면 제어층에 사용된 TEOS의 중량 비율이 1:1이 되도록 조절하여, 하부 계면 제어층과 상부 계면 제어층의 두께가 1:1이 되도록 조절한 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하여 양자점 발광다이오드를 제작하였다.
실시예 4: 2개의 계면 제어층을 가지는 양자점 발광다이오드 제작
하부 계면 제어층과 상부 계면 제어층에 사용된 TEOS의 중량 비율이 1:4가 되도록 조절하여, 하부 계면 제어층과 상부 계면 제어층의 두께가 1:4가 되도록 조절한 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하여 양자점 발광다이오드를 제작하였다.
비교예 : 계면 제어층을 가지지 않는 양자점 발광다이오드 제작
발광물질층과 인접한 정공 수송층 및 전자 수송층 사이에 계면 제어층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 양자점 발광다이오드를 제작하였다.
실험예 1: 발광층의 양자점 모폴로지 평가
실시예 1과 비교예에서 각각 제조된 양자점 발광다이오드에서 발광층으로 사용된 양자점의 모폴로지를 평가하였다. 도 8은 실시예 1에서 제조된 양자점 발광다이오드에서 양자점의 모폴로지를 평가한 사진이고, 도 9는 비교예에서 제조된 양자점 발광다이오드에서 양자점의 모폴로지를 평가한 사진이다. 계면 제어층을 형성하지 않은 비교예의 양자점 발광다이오드에서 발광물질층의 표면 거칠기와 관련한 표면의 제곱평균제곱근(root mean square; RMS)은 25 nm로 상당히 커서 거친 표면을 가지고 있으며, 전체적인 표면 모폴로지 특성이 균일하지 않았다. 반면, 계면 제어층을 형성한 실시예 1의 양자점 발광다이오드에서 발광물질층 표면의 RMS는 6.9 nm로서, 비교예에 비하여 양자점 발광물질층의 표면 모폴로지 특성이 크게 향상된 것을 확인하였다.
실험예 2: 발광 특성 평가
실시예 1 내지 4와 비교예에서 각각 제조된 양자점 발광다이오드의 발광 특성을 평가하였다. 먼저, 실시예 1 내지 4와 비교예에서 각각 제조된 양자점 발광다이오드의 발광 효율을 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 발광물질층에 인접하여 계면 제어층을 적층한 발광다이오드의 발광 효율은, 계면 제어층을 적층하지 않은 비교예의 발광다이오드의 발광 효율에 비하여 최고 461% 증가하여, 발광 효율이 크게 향상된 것을 확인하였다.
양자점 발광다이오드의 발광 효율
발광 효율(cd/㎡)
실시예 1 366
실시예 2 421
실시예 3 332
실시예 4 372
비교예 75
이어서, 실시예 1 및 2와, 비교예에서 각각 제조된 양자점 발광다이오드에 대한 구동 전압, 시간 경과에 따른 발광 효율의 감소 정도 및 색순도를 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 2와 도 10에 나타낸다.
양자점 발광다이오드의 발광 특성

구동 전압(V)		 초기
발광 효율
(cd/㎡)		 2일 후
발광 효율
(cd/㎡)		 4일 후
발광 효율
(cd/㎡)
CIE
실시예 1 6.0 366 261(71%*) 172(47%*) (0.631, 0.364)
실시예 2 6.0 421 347(82%*) 258(61%*) (0.632, 0.366)
비교예 11.5 75 44(59%*) 19(25%*) (0.649, 0.341)
*: 초기 발광효율 대비
표 2 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 발광물질층에 인접하여 계면 제어층을 형성하는 경우에, 구동 전압은 47.8% 감소하여 낮은 전압에서도 발광다이오드를 구동할 수 있다. 이러한 결과는 계면 제어층을 형성함으로써, 발광다이오드를 구성하는 소재에 대한 스트레스가 적어지고, 소자 수명이 향상될 수 있을 것으로 추측된다. 특히 비교예에 따라 계면 제어층을 형성하지 않은 경우에 시간 경과에 따라 발광 효율이 급속하게 감소하여 4일이 경과한 시점에서 발광 효율은 초기 발광 효율과 비교해서 25%에 불과하였다. 하지만, 계면 제어층을 형성한 경우에는 시간이 경과하더라도 발광 효율이 저하되는 정도가 크게 감소하였다. 특히 실시예 2에 따라 발광층의 상면과 하면에 2개의 계면 제어층을 형성한 경우에는 2일이 경과한 시점에서도 초기 발광 효율의 82%를 유지하였으며, 4일이 경과한 시점에서도 초기 발광 효율의 61%를 유지하였다. 이는 계면 제어층을 형성함으로써, 발광다이오드의 발광층을 형성하는 양자점의 모폴로지가 균일하게 유지되는 것과 동시에, 발광다이오드 내부로 수분이나 산소가 침투하지 않아 양자점이 열화되지 않은 것으로 해석된다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 특허청구범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, E: 발광다이오드
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710: 제 1 전극
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720: 제 2 전극
130, 230, 330, 430, 530, 630, 830: 제 1 전하 이동층
140, 240, 340, 440, 540, 640, 840: 계면 제어층
150, 250, 350, 450, 550, 650, 850: 발광물질층
152, 252, 352, 452, 552, 652, 852: 양자점
160, 260, 360, 460, 560, 660, 860: 제 2 전하 이동층
342, 642, 842: 제 1 계면 제어층
344, 644, 844: 제 2 계면 제어층
900: 양자점 발광 표시장치
Tr: 구동 박막트랜지스터

Claims (8)

  1. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며 양자점을 포함하는 발광물질층;
    상기 제 1 전극과 상기 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층;
    상기 제 2 전극과 상기 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층; 및
    상기 제 1 전하 이동층과 상기 발광물질층 사이, 상기 제 2 전하 이동층과 상기 발광물질층 사이 중 적어도 한 곳에 위치하는 계면 제어층을 포함하고,
    상기 계면 제어층은, 실란올기와 실록산기 중에서 적어도 1개를 가지는 모노머 또는 올리고머, 실록산계 고분자, 실라잔계 고분자, 나노클레이-고분자-복합체 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재로 이루어지는 양자점 발광다이오드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 계면 제어층은, 상기 제 1 전하 이동층과 상기 발광물질층 사이에 위치하는 제 1 계면 제어층과, 상기 제 2 전하 이동층과 상기 발광물질층 사이에 위치하는 제 2 계면 제어층을 포함하는 양자점 발광다이오드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 계면 제어층과 상기 제 2 계면 제어층은 동일한 물질로 이루어지는 양자점 발광다이오드.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 전하 이동층은 정공 이동층이고, 상기 제 2 전하 이동층은 전자 이동층이며,
    상기 제 1 계면 제어층과 상기 제 2 계면 제어층은 1:1 내지 1:5의 두께 비율로 적층되어 있는 양자점 발광다이오드.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 전하 이동층은 전자 이동층이고, 상기 제 2 전하 이동층은 정공 이동층이며,
    상기 제 1 계면 제어층과 상기 제 2 계면 제어층은 1:1 내지 5:1의 두께 비율로 적층되어 있는 양자점 발광다이오드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 양극이고, 상기 제 2 전극은 음극이며, 상기 제 1 전하 이동층은 정공 이동층이고, 상기 제 2 전하 이동층은 전자 이동층인 양자점 발광다이오드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 음극이고, 상기 제 2 전극은 양극이며, 상기 제 1 전하 이동층은 전자 이동층이고, 상기 제 2 전하 이동층은 정공 이동층인 양자점 발광다이오드.
  8. 기판;
    상기 기판 상부에 위치하고, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 기재된 양자점 발광다이오드; 및
    상기 기판과 상기 양자점 발광다이오드 사이에 위치하며, 상기 양자점 발광다이오드에 연결되는 구동 소자
    를 포함하는 양자점 발광 표시장치.
KR1020160151989A 2016-11-15 2016-11-15 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치 KR102689815B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160151989A KR102689815B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치
US15/810,688 US10103345B2 (en) 2016-11-15 2017-11-13 Quantum dot light-emitting diode and light-emitting display device using the diode
CN201711129120.1A CN108075043B (zh) 2016-11-15 2017-11-15 量子点发光二极管和使用该二极管的发光显示装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160151989A KR102689815B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180054262A true KR20180054262A (ko) 2018-05-24
KR102689815B1 KR102689815B1 (ko) 2024-07-29

Family

ID=62108108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160151989A KR102689815B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10103345B2 (ko)
KR (1) KR102689815B1 (ko)
CN (1) CN108075043B (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200059651A (ko) * 2018-11-21 2020-05-29 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102118517B1 (ko) * 2018-11-29 2020-06-03 창원대학교 산학협력단 더블-데크 실세스퀴옥세인 유도체 및 그 제조방법
KR20200115798A (ko) * 2019-03-26 2020-10-08 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20210028411A (ko) * 2019-09-04 2021-03-12 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 발광장치

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107565059A (zh) * 2017-10-09 2018-01-09 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Qled器件的封装方法及封装结构
KR102371410B1 (ko) * 2017-10-26 2022-03-04 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102515817B1 (ko) * 2017-11-28 2023-03-29 엘지디스플레이 주식회사 발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치
EP3530713A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor nanocrystal particles, production methods thereof, and devices including the same
CN108376745B (zh) * 2018-03-01 2020-08-18 京东方科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法、显示面板
US10741782B2 (en) * 2018-03-22 2020-08-11 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting device with mixed nanoparticle charge transport layer
US11398532B2 (en) * 2018-03-28 2022-07-26 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting device, light wavelength conversion device, and display device
CN108832014B (zh) * 2018-06-22 2020-12-25 南京邮电大学通达学院 基于CdTe/CdS量子点的发光二极管及其制备方法
CN110739404B (zh) 2018-07-18 2021-04-02 Tcl科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法
KR102618343B1 (ko) * 2018-08-14 2023-12-26 엘지디스플레이 주식회사 양자점 발광소자
CN111384269B (zh) * 2018-12-29 2021-08-03 Tcl科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法
CN113498631A (zh) * 2019-02-26 2021-10-12 夏普株式会社 发光元件、发光装置
CN112018250B (zh) 2019-05-31 2021-12-17 京东方科技集团股份有限公司 量子点电致发光器件及制作方法、显示装置
US20220238830A1 (en) * 2019-06-04 2022-07-28 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting element and light-emitting device
CN112086563B (zh) * 2019-06-12 2022-03-22 Tcl科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法
CN112289938B (zh) * 2019-07-25 2022-05-03 Tcl科技集团股份有限公司 一种量子点发光二极管及其制备方法
CN112289937B (zh) * 2019-07-25 2022-08-23 Tcl科技集团股份有限公司 一种量子点发光二极管及其制备方法
CN110635057B (zh) * 2019-09-26 2022-05-03 京东方科技集团股份有限公司 量子点器件背板及其制作方法和量子点器件
KR20210039177A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 엘지디스플레이 주식회사 양자점 발광다이오드 및 이를 포함하는 양자점 발광표시장치
JP2021064543A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 シャープ株式会社 発光素子、表示装置および発光素子の製造方法
KR20210098590A (ko) * 2020-01-31 2021-08-11 삼성디스플레이 주식회사 정공 수송 영역이 11족 금속 칼코젠 화합물을 포함하는 발광 소자
CN111785843A (zh) * 2020-08-25 2020-10-16 京东方科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法、显示装置
CN114122271A (zh) * 2020-08-27 2022-03-01 Tcl科技集团股份有限公司 一种量子点发光二极管及其制备方法
CN114267799B (zh) * 2020-09-16 2024-02-20 Tcl科技集团股份有限公司 一种量子点发光二极管及其制备方法
KR20220063813A (ko) * 2020-11-09 2022-05-18 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
CN112768614A (zh) * 2020-12-28 2021-05-07 华灿光电（浙江）有限公司 量子点发光二极管及其制备方法
WO2023073783A1 (ja) * 2021-10-25 2023-05-04 シャープディスプレイテクノロジー株式会社 発光素子、発光素子の製造方法、表示装置
CN114242920B (zh) * 2021-11-12 2024-06-25 华南理工大学 一种基于氧化锡作为电子注入层的磷化铟量子点电致发光器件及其制备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124766A1 (en) * 2002-10-24 2004-07-01 Satoshi Nakagawa Organic electroluminescent device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101791937B1 (ko) * 2011-07-14 2017-11-02 삼성전자 주식회사 광전자소자
CN103346221A (zh) * 2013-05-25 2013-10-09 浙江大学 一种无机金属氧化物作为电子传输层的量子点发光二极管及其制备方法
CN105720206A (zh) * 2016-05-06 2016-06-29 Tcl集团股份有限公司 一种qled器件及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124766A1 (en) * 2002-10-24 2004-07-01 Satoshi Nakagawa Organic electroluminescent device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200059651A (ko) * 2018-11-21 2020-05-29 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102118517B1 (ko) * 2018-11-29 2020-06-03 창원대학교 산학협력단 더블-데크 실세스퀴옥세인 유도체 및 그 제조방법
KR20200115798A (ko) * 2019-03-26 2020-10-08 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치
US11239438B2 (en) 2019-03-26 2022-02-01 Samsung Display Co., Ltd. Light emitting diode, manufacturing method thereof and display device including the same
US11730003B2 (en) 2019-03-26 2023-08-15 Samsung Display Co., Ltd. Light emitting diode, manufacturing method thereof and display device including the same
KR20210028411A (ko) * 2019-09-04 2021-03-12 엘지디스플레이 주식회사 발광다이오드 및 발광장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN108075043B (zh) 2019-11-01
US10103345B2 (en) 2018-10-16
KR102689815B1 (ko) 2024-07-29
US20180138434A1 (en) 2018-05-17
CN108075043A (zh) 2018-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102689815B1 (ko) 양자점 발광다이오드 및 이를 이용한 발광 표시장치
KR102712599B1 (ko) 발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치
US10439155B2 (en) Quantum dot light-emitting diode and quantum dot light-emitting device having the same
DE102018129856B4 (de) Leuchtkörper, Leuchtfilm, Leuchtdiode, Leuchtdioden-Package und damit ausgestattete Anzeigevorrichtungen
KR102371410B1 (ko) 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
US20220194969A1 (en) Metal halide perovskite light emitting device and method for manufacturing same
KR102526491B1 (ko) 발광체, 발광 필름, 이를 포함하는 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 발광 장치
EP2283342B1 (en) Method for preparing a light-emitting device including quantum dots
KR20200074896A (ko) 금속 할라이드 페로브스카이트 발광소자 및 이의 제조방법
US20220102660A1 (en) Defect suppressed metal halide perovskite light-emitting material and light-emitting diode comprising the same
EP1998599A1 (en) Light emitting device
KR102420787B1 (ko) 이방성 나노 로드가 적용된 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
US20140061584A1 (en) Devices and methods
KR102583620B1 (ko) 발광다이오드 및 이를 포함하는 발광장치
KR102686998B1 (ko) 발광체, 이를 포함하는 발광다이오드 및 발광장치
KR20180054329A (ko) 발광 입자, 발광 필름, 이를 포함하는 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 및 표시장치
KR102674794B1 (ko) 양자점 발광다이오드, 그 제조 방법 및 양자점 발광표시장치
CN109671837B (zh) 发光体以及包括其的发光膜、发光二极管和发光装置
US11950438B2 (en) Inorganic light emitting diode and inorganic light emitting device including the same
KR20210077587A (ko) 무기발광다이오드 및 무기발광장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant