KR20190046561A - 표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시소자 및 그 제조방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑되는 산화 니켈 박막을 포함하는 표시소자 및 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층; 상기 기판 상에 형성되는 제1 공통층; 상기 제1 공통층 상에 형성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 제2 공통층; 및 상기 제2 공통층 상에 형성되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 공통층은 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 포함하고, 상기 제1 금속 양이온과 상기 제2 금속 양이온의 산화수는 서로 다른 표시소자를 제공한다.

Description

표시소자 및 그 제조방법 {DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 표시소자 및 그 제조방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑되는 산화 니켈 박막을 포함하는 표시소자 및 그 제조방법에 대한 것이다.
산화물 박막의 전기 전도도를 증가시키기 위한 대표적인 방법으로 도핑을 통해 재료 자체의 전하 농도(Carrier concentration)를 증가시키는 것이 알려져 있다. 산화물 박막의 전하 농도는 산화물 박막의 금속 양이온의 산화수와 도펀트(Dopant) 이온의 산화수 차이, 도펀트에 의해 변형되는 격자 구조(Lattice structure) 내부의 공공(Vacancy), 침입형(Interstitial) 원소, 치환형(Substitution) 원소 등에 의해 증가될 수 있다.
도펀트는 도핑의 원리 및 산화물 박막의 금속 원소에 따라 매우 다양하게 구성될 수 있고, 일반적으로 단일 원소 또는 서로 다른 원소들이 도펀트로 사용될 수 있다.
용액 공정(Solution-process)에서, 도펀트의 전구체 물질 또는 용액을 산화물 용액 또는 전구체 용액에 혼합한 후, 박막을 형성하고, 열처리를 하여 도펀트를 활성화하거나 산화물 박막에 분포시켜 도핑을 완료할 수 있다.
본 발명은 전기 전도도가 뛰어나고, 이온화 에너지가 크며, 전류 밀도 및 휘도 특성이 우수한 표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층; 상기 기판 상에 형성되는 제1 공통층; 상기 제1 공통층 상에 형성되는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 제2 공통층; 및 상기 제2 공통층 상에 형성되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 공통층은 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 포함하고, 상기 제1 금속 양이온과 상기 제2 금속 양이온의 산화수는 서로 다른 표시소자를 제공한다.
또한, 상기 산화 니켈 박막은 X선 광전자 분광법을 이용한 Ni2p 전자 궤도의 내로우 스캔(Narrow scan) 결과에서 피크 비(Peak ration)가 3.5 내지 4.0일 수 있다.
또한, 상기 산화 니켈 박막은 자외선 광전자 분광법을 이용하여 계산한 이온화 에너지가 5.45eV 내지 5.55eV일 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나이고, 상기 제2 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 양이온은 구리 1가 양이온이고, 상기 제2 금속 양이온은 구리 2가 양이온일 수 있다.
또한, 상기 제1 금속 양이온은 주기율표 1족 양이온이고, 상기 제2 금속 양이온은 주기율표 2족 양이온일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 전극층 상에 제1 공통층을 형성하는 단계; 상기 제1 공통층 상에 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 제2 공통층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 공통층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 공통층을 형성하는 단계는: 산화 니켈의 전구체 용액, 제1 금속 양이온의 전구체 용액 및 제2 금속 양이온의 전구체 용액을 혼합하는 단계; 및 혼합된 용액을 스핀 코팅한 후 열처리하여 상기 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 금속 양이온과 상기 제2 금속 양이온의 산화수는 서로 다른 표시소자 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 산화 니켈 박막에서 상기 제1 금속 양이온 및 상기 제2 금속 양이온을 합한 원자 수의 비율이 15% 내지 25%일 수 있다.
본 발명은 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑되는 산화 니켈 박막을 구비 함으로써, 전기 전도도가 뛰어나고, 이온화 에너지가 크며, 전류 밀도 및 휘도 특성이 우수한 표시소자 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 C-AFM(conductive atomic force microscopy) 이미지들이다.
도 3a는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 2차 컷오프 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 가전자대 온셋 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
도 3c는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 에너지 준위를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 전압에 따른 전류밀도 및 휘도를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5m 은 본 발명에 따른 산화 니켈 박막들의 Ni2p 전자 궤도의 내로우 스캔(Narrow scan) 결과를 설명하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 표시소자는 기판(110), 제1 전극층(120), 제1 공통층(130), 발광층(140), 제2 공통층(150) 및 제2 전극층(160)을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 기판(110)은 유기막 또는 무기막을 포함하는 절연막을 포함할 수 있다.
상기 기판(110) 상에 제1 전극층(120)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극층(120)은 양극 전극일 수 있다. 상기 제1 전극층(120)은 전도성 및 일함수(work function)가 높은 물질로 구성될 수 있다. 상기 제1 전극층(120)은 투명한 전도성 산화물이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(120)은 인듐주석 산화물, 인듐아연 산화물, 인듐갈륨아연 산화물, 플루오르아연 산화물, 갈륨아연 산화물, 주석 산화물, 또는 아연 산화물 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극층(120) 상에 제1 공통층(130)이 형성될 수 있다. 상기 제1 공통층(130)은 상기 제1 전극층(120)과 발광층(140) 사이에서 정공의 주입 및 수송에 기여할 수 있다.
상기 제1 공통층(130) 상에 발광층(140)이 형성될 수 있다. 상기 발광층(140)은 청색광, 녹색광, 또는 백생광을 생성할 수 있다. 상기 발광층(140)은 형광 발광물질 또는 인광 발광물질을 포함할 수 있다.
상기 발광층(140) 상에 제2 공통층(150)이 형성될 수 있다. 상기 제2 공통층(150)은 제2 전극층(160)과 발광층(140) 사이에서 전자의 주입 및 수송에 기여할 수 있다.
상기 제2 공통층(150) 상에 제2 전극층(160)이 형성될 수 있다. 상기 제2 전극층(160)은 음극 전극일 수 있다. 상기 제2 전극층(160)은 일함수가 낮은 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극층(160)은 리튬, 마그네슘, 알루미늄 등을 포함할 수 있다.
상기 표시소자는 제2 전극층(160)으로부터 주입된 전자와 제1 전극층(120)으로부터 주입된 정공이 발광층(140)에서 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광할 수 있다.
상기 제1 공통층(130)은 산화 니켈(NiO)을 포함하는 박막일 수 있다. 산화 니켈 박막은 뛰어난 광학, 전기, 화학적 특성을 가질 수 있다. 순수한 산화 니켈 박막의 전기 전도도는 약 10-4 Scm-1 내지 약 10-6 Scm-1 수준으로 매우 낮을 수 있다.
산화 니켈 박막의 전기 전도도는 비 화학양론적 산화 니켈(Non-stoichiometric NiOx)의 비율이 증가할수록 증가할 수 있다. 즉, 니켈 공공(Ni2 + vacancy)의 비율이 증가할수록 산화 니켈 박막의 전기 전도도가 증가할 수 있다.
산화 니켈 박막의 전기 전도도 증가를 위해 열처리 또는 플라즈마 처리를 할 수 있다. 또한, 산화 니켈 박막에 금속 양이온을 도핑하여 산화 니켈 박막의 전기 전도도를 증가시킬 수 있다. 금속 양이온의 일 예로, 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 등이 도핑될 수 있다. 또한, 금속 양이온의 다른 예로, 주기율표의 1족 양이온, 주기율표의 2족 양이온이 도핑될 수 있다. 그 중에서도, 산화 니켈 박막에 구리 양이온을 도핑하는 것은 뛰어난 도핑 효율성 및 용액 공정의 적용 가능성을 가질 수 있다. 또한, 산화 니켈 박막에 두 개의 금속 양이온을 공동 도핑(codoping)할 수 있다. 산화 니켈 박막에 공동 도핑된 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온을 합한 원자 수의 비율은 전체 산화 니켈 박막 원자 수의 15% 내지 25%일 수 있다.
산화 니켈 박막에 구리 2가 양이온(Cu2 +)을 도핑할 수 있다. 도핑된 구리 2가 양이온은 산화 니켈 박막 격자(Lattice)의 니켈 2가 양이온(Ni2 +)의 치환형 원소로 작용할 수 있다. 구리 2가 양이온(Cu2 +)의 반경이 니켈 2가 양이온(Ni2 +)의 반경보다 큼으로 인하여, 산화 니켈 박막에서 비 화학양론적 산화 니켈의 비율이 증가할 수 있다. 이에 따라, 산화 니켈 박막의 니켈 공공의 비율이 증가할 수 있고, 산화 니켈 박막의 전기 전도도가 증가할 수 있다.
산화 니켈 박막에 구리 1가 양이온(Cu1 +) 및 구리 2가 양이온(Cu2 +)을 공동 도핑(codoping)할 수 있다. 도핑된 구리 1가 양이온(Cu1 +)은 산화 니켈 박막의 산소와 결합하여 제1 산화구리(Cu2O)를 형성할 수 있다. 도핑된 구리 2가 양이온(Cu2 +)은 산화 니켈 박막의 산소와 결합하여 제2 산화구리(CuO)를 형성할 수 있다. 제1 산화구리는 입방 구조(Cubic structure)의 격자 구조를 가지고, 제2 산화구리는 단사 구조(Monoclinic structure)의 격자 구조를 가질 수 있다. 즉, 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온은 산화 니켈 박막에 도핑되어 다른 격자 구조를 가질 수 있다. 산화 니켈 박막에 구리 2가 양이온만을 도핑한 것 보다, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온을 공동 도핑하는 것이, 비 화학양론적 산화 니켈의 비율을 더 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 산화 니켈 박막의 니켈 공공의 비율이 더 증가할 수 있고, 산화 니켈 박막의 전기 전도도가 더 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시소자는 제1 공통층(130)이 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막일 수 있다. 이에 따라, 표시소자는 투과도의 측면에서 불리하지 않고, 전기 전도도가 뛰어나며, 이온화 에너지가 크고, 전류 밀도 및 휘도 특성이 우수할 수 있다. 이에 따라, 표시소자는 디스플레이, 태양전지, 전기변색소자 등 다양한 광전 기기에 응용될 수 있다.
산화 니켈 박막에 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온을 공동 도핑하는 방법을 이하에서 설명한다. 이하의 방법에서, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온을 대신하여 다른 금속 양이온들이 공동 도핑될 수도 있다. 예를 들어, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 등이 공동 도핑될 수 있다. 또한, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온을 대신하여 주기율표 1족 양이온 및 주기율표 2족 양이온이 공동 도핑될 수 있다. 또한, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온 중 하나만 도핑될 수도 있다. 즉, 이하의 방법은 공동 도핑이 아닌 경우에도 적용 가능하다.
구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막은 졸겔법(Sol-gel process)에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로는, 각 물질의 전구체 용액을 합성하고, 스핀 코팅(Spin-coating)한 후, 열처리를 하여 형성할 수 있다.
산화 니켈의 전구체 용액은 니켈 아세트산 테트라 수화물(Nickel(II) acetate tetrahydrate, (CH3CO2)2Ni·4H2O)을 0.1M의 농도로 에탄올에 용해시킨 후 첨가제로써 에탄올 아민(Ethanolamine, NH2CH2CH2OH)을 첨가하고, 60℃의 온도에서 12시간 동안 스터링(Stirring)하여 얻을 수 있다.
구리 1가 양이온의 전구체 용액은 아세트산 제1 구리(Copper(I) acetate)를 0.1M의 농도로 에탄올에 용해시킨 후 첨가제로써 에탄올 아민을 첨가하고, 상온에서 10분간 스터링하여 얻을 수 있다.
구리 2가 양이온의 전구체 용액은 아세트산 제2 구리 수화물(Copper(II) acetate monohtdrate)을 0.1M의 농도로 에탄올에 용해시킨 후 첨가제로써 에탄올 아민을 첨가하고, 상온에서 10분간 스터링하여 얻을 수 있다.
산화 니켈, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 전구체 용액을 일정 비율로 혼합하고, 혼합된 용액을 스핀 코팅한 후, 500℃에서 1시간 동안 열처리를 하면 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 얻을 수 있다.
아래의 [표 1]은 상기 방법으로 제조된 산화 니켈 박막의 샘플들의 조성 등을 나타낸 것이다. 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 전구체 용액 비율에 따라, 하기 [표 1]과 같은 산화 니켈 박막의 샘플을 얻을 수 있다.
# 샘플명 조성 구리 도핑 농도 (at%) 구리 1가 양이온 비율 구리 2가 양이온 비율
1 NiOx NiOx 0 0 0
2 CuNiOx (5:5) 5 at% CuNiOx 5 5 5
3 CuNiOx (0:10) 5 at% 5 0 10
4 CuNiOx (5:5) 20 at% 20 5 5
5 CuNiOx (0:10) 20 at% 20 0 10
상기 [표 1]에서, 구리 도핑 농도는 산화 니켈 박막 샘플의 전체 원자 수에서 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 원자 수를 합한 것의 비율이다. 구리 1가 양이온 비율 및 구리 2가 양이온 비율은 구리 양이온 중 구리 1가 양이온 또는 구리 2가 양이온이 차지하는 원자 수의 비율이다.
샘플 1은 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 도핑이 되지 않은 순수한 산화 니켈로 이루어진 산화 니켈 박막이다.
샘플 2는 구리가 5 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온의 비율이 5:5인 것이다.
샘플 3은 구리가 5 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온은 도핑되지 않고, 구리 2가 양이온만 도핑된 것이다.
샘플 4는 구리가 20 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온의 비율이 5:5인 것이다.
샘플 5는 구리가 20 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온은 도핑되지 않고, 구리 2가 양이온만 도핑된 것이다.
위와 같이, 각 샘플들의 조성, 구리 도핑 농도, 구리 1가 양이온 비율 및 구리 2가 양이온 비율은 샘플명에 따라 확인될 수 있다.
샘플 1 내지 샘플 5는 가시광 영역(400~700 nm)의 파장에서 ITO 기판 대비 1.8% 이내의 투과도 감소를 보일 수 있다. 샘플 2 내지 샘플 5를 비교하면, 구리가 도핑된 농도가 높을수록 투과도가 감소할 수 있다. 다만, 동일한 구리 도핑 농도에서는 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 비율과 투과도는 무관할 수 있다. 따라서, 투과도의 측면에서, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온을 공동 도핑한 산화 니켈 박막은 구리 2가 양이온만을 도핑한 산화 니켈 박막에 비해 불리하지 않을 수 있다.
샘플 1 내지 샘플 5의 광학적 밴드갭을 비교하면, 샘플 1이 3.62eV, 샘플 2 및 3이 3.60eV, 샘플 4 및 5가 3.57eV의 광학적 밴드갭을 가질 수 있다. 이에 따라, 구리가 도핑된 농도가 높을수록 광학적 밴드갭이 감소할 수 있다. 다만, 동일한 구리 도핑 농도에서는 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온의 비율과 광학적 밴드갭은 무관할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 C-AFM(Conductive atomic force microscopy) 이미지들이다.
C-AFM(Conductive atomic force microscopy)은 일정 전압 하에서 박막에 흐르는 전류를 측정하는 장비로, C-AFM을 통해 박막의 전기 전도도를 측정할 수 있다. 도 2에서 나타난 바와 같이, 샘플 1 내지 샘플 5의 C-AFM 이미지 중 샘플 1의 C-AFM의 이미지가 가장 어둡고, 샘플 4의 C-AFM의 이미지가 가장 밝은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 샘플 1의 전기 전도도가 가장 낮고, 샘플 4의 전기 전도도가 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 도 2에 나타난 이미지 영역에 대한 평균 수직 전류는 샘플 1이 0.787㎂, 샘플 2가 1.72㎂, 샘플 3이 1.53㎂, 샘플 4가 3.364㎂, 샘플 5가 2.351㎂로 측정될 수 있다. 위의 결과를 참조하면, 구리 도핑 농도가 증가할수록 산화 니켈 박막에 흐르는 수직 전류가 증가할 수 있고, 전기 전도도가 증가할 수 있다. 또한, 동일한 구리 도핑 농도에서는 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온이 공동 도핑되는 경우 산화 니켈 박막에 흐르는 전류가 증가할 수 있고, 전기 전도도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 공동 도핑이 더욱 효과적으로 산화 니켈 박막의 전기 전도도를 증가시킨다는 것을 확인할 수 있다.
도 3a는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 2차 컷오프 스펙트럼을 설명하는 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 가전자대 온셋 스펙트럼을 설명하는 도면이며, 도 3c는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 에너지 준위를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 산화 니켈 박막은 광전자 소자(Optoelectronic device)에서 정공 주입층(Hole injection layer)으로 사용될 수 있고, 이 경우 산화 니켈 박막의 이온화 에너지(Ionization energy, IE)가 클수록 유리한 구성이 가능할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 자외선 광전자 분광법(Ultraviolet photoelectron spectroscopy)를 이용하여 산화 니켈 박막 샘플들의 2차 컷오프 스펙트럼 및 가전자대 온셋 스펙트럼을 구할 수 있다. 이에 따라, 산화 니켈 박막 샘플들의 이온화 에너지를 계산할 수 있고, 계산된 이온화 에너지는, 샘플 1이 5.31eV, 샘플 2가 5.39eV, 샘플 3이 5.32eV, 샘플 4가 5.45eV, 샘플 5가 5.42eV일 수 있다. 위의 결과를 참조하면, 구리 도핑 농도가 증가할수록 산화 니켈 박막의 이온화 에너지가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 구리 도핑 농도에서는 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온이 공동 도핑되는 경우 산화 니켈 박막의 이온화 에너지가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 전압에 따른 전류밀도 및 휘도를 설명하는 도면이다.
도 4에서, 내부가 빈 도형들로 이루어진 선은 전류밀도를 나타내고, 내부가 채워진 도형들로 이루어진 선은 휘도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 샘플 1 및 샘플 2를 비교하여 볼 때 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 산화 니켈 박막에 공동 도핑되면 전류 밀도 및 휘도 특성이 우수해 지는 것을 확인할 수 있다. 샘플 2와 샘플 4를 비교하여 보면, 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온이 동일한 비율로 도핑된 경우라도, 전체 구리 도핑 농도가 높을수록 산화 니켈 박막의 전류 밀도 및 휘도 특성이 우수해 지는 것을 확인할 수 있다.
도 5a 내지 도 5m은 본 발명에 따른 산화 니켈 박막 샘플들의 Ni2p 전자 궤도의 내로우 스캔(Narrow scan) 결과를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5m을 참조하면, X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 이용한 Ni2p 전자 궤도의 내로우 스캔(Narrow scan) 결과에서, 산화 니켈 박막 샘플들의 화학적 조성을 확인할 수 있다. Ni2 +의 피크(Ni2 + Peak) 및 Ni3+의 피크(Ni3 + Peak)의 꼭지점에서의 결합 에너지(Binding energy)를 구하여 Ni2 +의 피크 및 Ni3 +의 피크의 결합 에너지(Binding energy)를 구할 수 있다. Ni2 +의 피크 및 Ni3 +의 피크를 디콘볼루션(Deconvolution)하여 Ni2 +의 피크 및 Ni3 +의 피크의 면적(Area)을 구할 수 있다. Ni2 +의 피크는 화학양론적으로 안정한 산화 니켈(Stoichiometric NiO)을 나타내고, Ni3 +의 피크는 비 화학양론적 산화 니켈(Non-stoichiometric NiOx)을 나타낸다. 따라서, Ni2 +의 피크 및 Ni3 +의 피크의 면적으로, 화학양론적으로 안정한 산화 니켈 및 비 화학양론적 산화 니켈의 비율을 구할 수 있다. 피크 비(Peak ratio)는 Ni3 +의 피크 면적을 Ni2 +의 피크 면적으로 나눈 값을 의미한다. 위와 같이, 도 5a 내지 도 5m을 분석하여 아래의 [표 2]에 표시된 값을 구할 수 있다.
아래의 [표 2]는 상기 산화 니켈 박막의 샘플들의 피크 비 등을 나타낸 것이다.
# 샘플명 Ni2 + Peak Ni3 + Peak Peak
ratio
Binding energy (eV) Area
(a.u.)		 Binding energy (eV) Area
(a.u.)
1 NiOx 854.61 90412.3 856.75 44726.6 0.5
2 CuNiOx (5:5) 5 at% 853.51 42930.7 855.24 108565.6 2.53
3 CuNiOx (0:10) 5 at% 853.48 42233.6 855.17 100688.9 2.38
4 CuNiOx (5:5) 20 at% 853.52 23238 855.2 87617.7 3.77
5 CuNiOx (0:10) 20 at% 853.43 36822.3 855.03 118173.9 3.21
6 CuNiOx (5:5) 15 at% 852.69 23850.4 854.45 67103 2.81
7 CuNiOx (0:10) 15 at% 852.79 24743.7 854.52 65101.3 2.63
8 CuNiOx (5:5) 25 at% 852.9 20926.5 854.6 66521.2 3.18
9 CuNiOx (0:10) 25 at% 853.1 22091.8 854.85 59056.5 2.67
10 CuNiOx (5:5) 30 at% 853.07 21652.4 854.8 56565.1 2.61
11 CuNiOx (0:10) 30 at% 852.95 22105.3 854.7 53656.3 2.43
12 CuNiOx (5:5) 40 at% 852.98 17965.3 854.75 47091.5 2.62
13 CuNiOx (0:10) 40 at% 853.02 19187.5 854.82 46788.8 2.44
샘플 6 내지 샘플 13의 경우, [표 1]에서 설명한 샘플 2 내지 샘플 5와 마찬가지로, 샘플명에 따른 조성, 구리 도핑 농도, 구리 1가 양이온 비율 및 구리 2가 양이온 비율을 가진다.
예를 들어, 샘플 6은 CuNiOx의 조성을 가지고, 구리가 15 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온과 구리 2가 양이온의 비율이 5:5인 것이다.
또한, 샘플 9는 CuNiOx의 조성을 가지고, 구리가 25 at%의 농도로 도핑된 산화 니켈 박막으로, 구리 1가 양이온은 도핑되지 않고, 구리 2가 양이온만 도핑된 것이다.
[표 2]를 참조하면, 구리 도핑 농도가 0 at% 내지 20 at%인 경우, 구리 도핑 농도가 증가할수록 피크 비가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 구리 도핑 농도가 20 at% 내지 30 at%인 경우, 구리 도핑 농도가 증가할수록 피크 비가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 구리 도핑 농도가 30 at % 내지 40 at%인 경우, 구리 도핑 농도의 변화는 피크 비에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다.
구리 도핑 농도가 동일한 경우, 구리 1가 양이온 및 구리 2가 양이온이 5:5의 비율로 공동 도핑된 것이 구리 2가 양이온만 도핑된 것보다 피크 비가 큰 것을 확인할 수 있다.
위의 결과를 종합하면, 모든 샘플 중 샘플 4의 피크 비가 가장 크고, 그에 따라 비 화학양론적 산화 니켈의 비율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 모든 샘플 중 샘플 4에서 산화 니켈 박막의 니켈 공공이 가장 많을 수 있고, 샘플 4의 전기 전도도가 가장 높을 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 기판
120 : 제1 전극층
130 : 제1 공통층
140 : 발광층
150 : 제2 공통층
160 : 제2 전극층

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제1 전극층;
    상기 기판 상에 형성되는 제1 공통층;
    상기 제1 공통층 상에 형성되는 발광층;
    상기 발광층 상에 형성되는 제2 공통층; 및
    상기 제2 공통층 상에 형성되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제1 공통층은 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 포함하고,
    상기 제1 금속 양이온과 상기 제2 금속 양이온의 산화수는 서로 다른 표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 니켈 박막은 X선 광전자 분광법을 이용한 Ni2p 전자 궤도의 내로우 스캔(Narrow scan) 결과에서 피크 비(Peak ratio)가 3.5 내지 4.0인 표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 니켈 박막은 자외선 광전자 분광법을 이용하여 계산한 이온화 에너지가 5.45eV 내지 5.55eV인 표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나이고,
    상기 제2 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나인 표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 구리 1가 양이온이고,
    상기 제2 금속 양이온은 구리 2가 양이온인 표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 주기율표 1족 양이온이고,
    상기 제2 금속 양이온은 주기율표 2족 양이온인 표시소자.
  7. 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극층 상에 제1 공통층을 형성하는 단계;
    상기 제1 공통층 상에 발광층을 형성하는 단계;
    상기 발광층 상에 제2 공통층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 공통층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 공통층을 형성하는 단계는:
    산화 니켈의 전구체 용액, 제1 금속 양이온의 전구체 용액 및 제2 금속 양이온의 전구체 용액을 혼합하는 단계; 및
    혼합된 용액을 스핀 코팅한 후 열처리하여 상기 제1 금속 양이온 및 제2 금속 양이온이 공동 도핑된 산화 니켈 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 금속 양이온과 상기 제2 금속 양이온의 산화수는 서로 다른 표시소자 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산화 니켈 박막에서 상기 제1 금속 양이온 및 상기 제2 금속 양이온을 합한 원자 수의 비율이 15% 내지 25%인 표시소자 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나이고,
    상기 제2 금속 양이온은 구리 양이온, 리튬 양이온, 알루미늄 양이온, 마그네슘 양이온 중 하나인 표시소자 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 구리 1가 양이온이고,
    상기 제2 금속 양이온은 구리 2가 양이온인 표시소자 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 금속 양이온은 주기율표 1족 양이온이고,
    상기 제2 금속 양이온은 주기율표 2족 양이온인 표시소자 제조방법.
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