KR20200047333A - 양자점 표시 장치 - Google Patents

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KR20200047333A
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장은주
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Abstract

기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 양자점 층을 포함하는 양자점 다이오드, 그리고 상기 양자점 다이오드의 적어도 일면에 위치하는 봉지 박막을 포함하고, 상기 봉지 박막의 수분투과율은 0.001 내지 1 g/㎡.day.atm인 양자점 표시 장치를 제공한다.

Description

양자점 표시 장치{QUANTUM DOT DISPLAY DEVICE}
양자점 표시 장치에 관한 것이다.
나노 입자는 벌크 물질과 달리 물질의 고유 특성이라 알려져 있는 물리적 특성(에너지 밴드갭, 녹는점 등)을 입자 크기에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 양자점(quantum dot)이라고도 불리는 반도체 나노 결정은 광 에너지 또는 전기 에너지를 공급받아 양자점 크기에 대응하는 파장의 빛을 낼 수 있다. 이에 따라 양자점은 소정 파장의 빛을 내는 발광체로 사용될 수 있다.
근래, 양자점을 발광체로 사용하는 양자점 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 양자점은 기존 발광체와 다르므로 양자점 소자의 성능을 개선할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
일 구현예는 공정을 단순화할 수 있고 내구성을 개선할 수 있으며 플렉서블 특성을 가질 수 있는 양자점 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 양자점 층을 포함하는 양자점 다이오드, 그리고 상기 양자점 다이오드의 적어도 일면에 위치하는 봉지 박막을 포함하고, 상기 봉지 박막의 수분투과율은 0.001 내지 1 g/㎡.day.atm인 양자점 표시 장치를 제공한다.
상기 봉지 박막은 양자점 다이오드의 양면에 위치할 수 있다.
상기 봉지 박막은 2층으로 이루어질 수 있다.
상기 봉지 박막은 적어도 하나의 유기 박막을 포함할 수 있다.
상기 유기 박막은 티올계 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 봉지 박막은 적어도 하나의 무기 박막을 포함할 수 있다.
상기 무기 박막은 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 봉지 박막은 유기 박막과 무기 박막으로 이루어질 수 있다.
상기 양자점 표시 장치는 상기 봉지 박막의 일면에 위치하고 상기 봉지 박막보다 얇은 프라이머 층을 더 포함할 수 있다.
상기 봉지 박막은 상기 기판과 상기 양자점 다이오드 사이에 위치할 수 있다.
상기 봉지 박막은 상기 기판 아래에 위치할 수 있다.
상기 봉지 박막은 상기 양자점 다이오드 위에 위치할 수 있다.
상기 양자점 표시 장치는 상기 기판에 대향하고 상기 봉지 박막의 상부 또는 하부에 위치하는 대향 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 양자점 표시 장치는 상기 양자점 다이오드와 상기 봉지 박막 사이에 위치하는 실링재를 더 포함할 수 있다.
상기 봉지 박막의 수분투과율은 약 0.01 내지 1 g/㎡.day.atm일 수 있다.
상기 봉지 박막의 산소투과율은 약 0.001 내지 1 cc/㎡.day.atm일 수 있다.
상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함할 수 있고, 상기 양자점은 아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고 상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 쉘을 포함할 수 있다.
상기 쉘은 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함할 수 있고, 상기 양자점은 인듐(In)과 아연(Zn) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고 상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 쉘을 포함할 수 있다.
상기 쉘은 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점 표시 장치는 벤더블 양자점 표시 장치, 폴더블 양자점 표시 장치, 커브드 양자점 표시 장치 또는 롤러블 양자점 표시 장치일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 양자점 층을 포함하는 양자점 다이오드, 그리고 상기 양자점 다이오드의 적어도 일면에 위치하고 유기 박막과 무기 박막으로 이루어진 봉지 박막을 포함하고, 상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함하며, 상기 코어-쉘 양자점은 아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고 상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 쉘을 포함하는 양자점 표시 장치를 제공한다.
상기 유기 박막은 티올계 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 무기 박막은 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점 표시 장치는 상기 봉지 박막의 일면에 위치하고 상기 봉지 박막보다 얇은 프라이머 층을 더 포함할 수 있다.
공정을 단순화할 수 있고 내구성을 개선할 수 있으며 가요성 특성을 가질 수 있는 양자점 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 양자점 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2 및 도 3은 일 예에 따른 봉지 박막을 보여주는 개략도이고,
도 4 및 도 5는 일 예에 따른 봉지 박막을 보여주는 개략도이고,
도 6a는 실시예에 따른 양자점 표시 장치의 초기 발광면을 보여주는 사진이고,
도 6b는 실시예에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고,
도 7은 비교예 1에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고,
도 8은 비교예 2에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고,
도 9는 비교예 3에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고,
도 10a는 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치의 초기 발광면을 보여주는 사진이고,
도 10b는 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고,
도 11은 실시예와 참고예 2에 따른 양자점 표시 장치의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 구현예들에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 권리 범위는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 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.
이하 도면을 참고하여 일 구현예에 따른 양자점 표시 장치를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 양자점 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 양자점 표시 장치(100)는 베이스 기판(10), 액티브 어레이 층(20), 양자점 다이오드(30), 봉지 박막(40) 및 대향 기판(50)을 포함한다.
양자점 표시 장치(100)는 풀 컬러(full color)를 표현하기 위한 복수의 단위 화소 군을 포함하며, 복수의 단위 화소 군은 행 및/또는 열을 따라 교대로 배치될 수 있다. 각 단위 화소 군은 복수의 화소를 포함하며, 예컨대 2x2 매트릭스, 3x3 매트릭스 등 다양한 배열을 가질 수 있다. 각 단위 화소 군은 예컨대 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함할 수 있으며, 예컨대 백색 화소를 더 포함할 수 있다. 단위 화소 군의 구성 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
베이스 기판(10)은 유리 기판, 고분자 기판 또는 반도체 기판일 수 있다. 고분자 기판은 예컨대 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 이들의 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 고분자 기판을 사용한 경우 플렉시블 양자점 표시 장치를 효과적으로 구현할 수 있다.
액티브 어레이 층(20)은 복수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array)(Q1, Q2, Q3)를 포함할 수 있으며, 박막 트랜지스터 어레이(Q1, Q2, Q3)는 각 화소마다 배치되어 있는 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3) 및 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)를 포함한다. 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3) 및 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)는 전기적으로 연결되어 있다.
스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지며, 제어 단자는 게이트선에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)에 연결되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3)는 게이트선에 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)에 전달할 수 있다.
구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지며, 제어 단자는 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 양자점 다이오드(30)에 연결되어 있다. 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류를 흘릴 수 있다.
각 화소마다 하나 이상의 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3)와 하나 이상의 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)가 포함될 수 있으며, 경우에 따라 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3)와 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3) 중 하나가 생략될 수도 있다.
액티브 어레이 층(20) 위에는 절연층(25)이 형성되어 있다. 절연층(25)은 스위칭 박막 트랜지스터(QS1, QS2, QS3) 및 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)의 일부를 드러내는 복수의 접촉구를 가진다.
절연층(25) 위에는 양자점 다이오드(30)가 형성되어 있다. 양자점 다이오드(30)는 제1 색을 표시하는 제1 양자점 다이오드, 제2 색을 표시하는 제2 양자점 다이오드 및 제3 색을 표시하는 제3 양자점 다이오드를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 색, 제2 색 및 제3 색은 각각 삼원색 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
양자점 다이오드(30)는 서로 마주하는 하부 전극(31)과 상부 전극(32), 하부 전극(31)과 상부 전극(32) 사이에 위치하는 양자점 층(33)을 포함한다. 하부 전극(31)은 제1 내지 제3 양자점 다이오드에 각각 위치하는 제1 하부 전극(31a), 제2 하부 전극(31b) 및 제3 하부 전극(31c)을 포함하고, 양자점 층(33)은 제1 내지 제3 양자점 다이오드에 각각 위치하는 제1 양자점 층(33a), 제2 양자점 층(33b) 및 제3 양자점 층(33c)을 포함한다. 상부 전극(32)은 제1 내지 제3 양자점 다이오드에 공통되는 공통 전극일 수 있다. 제1 양자점 다이오드, 제2 양자점 다이오드 및 제3 양자점 다이오드 사이에는 예컨대 폴리이미드와 같은 절연 물질로 만들어진 격벽(160)이 형성되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 전극(31)은 구동 박막 트랜지스터(QD1, QD2, QD3)의 출력 단자에 연결되어 있고 상부 전극(32)은 공통 전압에 연결되어 있다.
하부 전극(31)과 상부 전극(32) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 일 예로, 하부 전극(31)은 애노드일 수 있고 상부 전극(32)은 캐소드일 수 있다.
애노드는 높은 일 함수를 가지는 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 도전성 금속 산화물 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 애노드는 예컨대 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 주석산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO) 또는 불소 도핑된 주석 산화물과 같은 도전성 금속 산화물; 또는 ZnO와 Al 또는 SnO2와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합 등으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
캐소드는 애노드보다 낮은 일 함수를 가진 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 도전성 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 캐소드는 예컨대 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, Liq/Al, LiF/Ca 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 전극(31)과 상부 전극(32) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있으며, 투광 전극은 예컨대 아연산화물, 인듐산화물, 주석산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO) 또는 불소 도핑된 주석 산화물과 같은 도전성 금속 산화물, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 하부 전극(31)과 상부 전극(32) 중 어느 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
양자점 층(33)은 양자점을 포함한다. 양자점은 넓은 의미의 반도체 나노결정을 의미하며, 예컨대 등방성 반도체 나노결정, 퀀텀 로드 및 퀀텀 플레이트 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 여기서 퀀텀 로드는 종횡비가 1보다 큰, 예컨대 종횡비가 약 2 이상, 약 3 이상 또는 약 5 이상인 양자점을 의미할 수 있다. 일 예로, 퀀텀 로드의 종횡비는 약 50 이하, 약 30 이하 또는 약 20 이하일 수 있다.
양자점은 예컨대 약 1nm 내지 약 100nm의 입경(구형이 아닌 경우 가장 긴 부분의 크기)을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 80nm의 입경을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 50nm의 입경을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 20nm의 입경을 가질 수 있다.
양자점은 크기 및/또는 조성에 따라 에너지 밴드갭을 조절할 수 있으며, 이에 따라 발광 파장 또한 조절할 수 있다. 예컨대 양자점의 크기가 클수록 좁은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며 이에 따라 비교적 장파장 영역의 빛을 낼 수 있고, 양자점의 크기가 작을수록 넓은 에너지 밴드갭을 가지며 이에 따라 비교적 단파장 영역의 빛을 낼 수 있다.
일 예로, 양자점은 크기 및/또는 조성에 따라 예컨대 가시광선 영역 중 소정 파장 영역의 빛을 낼 수 있다. 예컨대 양자점은 청색 광, 적색 광 또는 녹색 광을 낼 수 있으며, 청색 광은 예컨대 약 430nm 내지 470nm에서 피크 발광 파장을 가질 수 있고 적색 광은 약 600nm 내지 650nm에서 피크 발광 파장을 가질 수 있고 녹색 광은 예컨대 약 520nm 내지 550nm에서 피크 발광 파장을 가질 수 있다.
제1 양자점 층(33a), 제2 양자점 층(33b) 및 제3 양자점 층(33c)은 각각 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 빛을 낼 수 있는 양자점을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 색, 제2 색 및 제3 색은 각각 청색, 녹색 및 적색일 수 있다. 일 예로, 제1 양자점 층(33a)은 청색 광을 내는 청색 양자점을 포함할 수 있고 제2 양자점 층(33b)은 녹색 광을 내는 녹색 양자점을 포함할 수 있고 제3 양자점 층(33c)은 적색 광을 내는 적색 양자점을 포함할 수 있다.
일 예로, 청색 양자점의 평균 크기는 예컨대 약 4.5nm 이하일 수 있으며, 예컨대 약 4.3nm 이하, 약 4.2nm 이하, 약 4.1nm 이하 또는 약 4.0nm 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 예컨대 약 2.0nm 내지 4.5nm일 수 있으며, 예컨대 약 2.0nm 내지 4.3nm, 약 2.0nm 내지 4.2nm, 약 2.0nm 내지 4.1nm, 약 2.0nm 내지 4.0nm 일 수 있다.
양자점은 예컨대 약 10% 이상의 양자 수율(quantum yield)을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 30% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상 또는 약 90% 이상의 양자 수율을 가질 수 있다.
양자점은 비교적 좁은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가질 수 있다. 여기서 반치폭은 피크 발광 지점의 반(half)에 대응하는 파장의 폭(width)으로, 반치폭이 작으면 좁은 파장 영역의 빛을 내어 높은 색 순도를 나타낼 수 있는 것을 의미한다. 양자점은 예컨대 약 50nm 이하의 반치폭을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 49nm 이하, 약 48nm 이하, 약 47nm 이하, 약 46nm 이하, 약 45nm 이하, 약 44nm 이하, 약 43nm 이하, 약 42nm 이하, 약 41nm 이하, 약 40nm 이하, 약 39nm 이하, 약 38nm 이하, 약 37nm 이하, 약 36nm 이하, 약 35nm 이하, 약 34nm 이하, 약 33nm 이하, 약 32nm 이하, 약 31nm 이하, 약 30nm 이하, 약 29nm 이하 또는 약 28nm 이하의 반치폭을 가질 수 있다.
일 예로, 양자점은 II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족-VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI족 반도체 화합물, II-III-V족 반도체 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. II-VI족 반도체 화합물은 예컨대 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 반도체 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 반도체 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 사원소 반도체 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. III-V족 반도체 화합물은 예컨대 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 반도체 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 반도체 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물에서 선택되는 사원소 반도체 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. IV-VI족 반도체 화합물은 예컨대 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 반도체 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 반도체 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 사원소 반도체 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. IV족 반도체 화합물은 예컨대 Si, Ge 및 이들의 혼합물에서 선택되는 단원소 반도체 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 반도체 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. I-III-VI족 반도체 화합물은 예컨대 CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, CuInGaS 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. I-II-IV-VI족 반도체 화합물은 예컨대 CuZnSnSe 및 CuZnSnS에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. II-III-V족 반도체 화합물은 예컨대 InZnP를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
양자점은 상기 이원소 반도체 화합물, 삼원소 반도체 화합물 또는 사원소 반도체 화합물을 실질적으로 균일한 농도로 포함하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어 포함할 수 있다.
일 예로, 양자점은 비카드뮴계 양자점을 포함할 수 있다. 카드뮴(Cd)은 심각한 환경/보건 문제를 야기할 수 있으며 다수의 국가들에서 유해물질 제한 지침(RoHS) 상 규제 대상 원소이므로, 비카드뮴계 양자점이 효과적으로 사용될 수 있다.
일 예로, 양자점은 예컨대 아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 어느 하나를 포함하는 반도체 화합물일 수 있다. 예컨대 양자점은 Zn-Te 반도체 화합물, Zn-Se 반도체 화합물 및/또는 Zn-Te-Se 반도체 화합물일 수 있으며, 청색 양자점일 수 있다. 예컨대 Zn-Te-Se 반도체 화합물에서 텔루리움(Te)의 함량은 셀레늄(Se)의 함량보다 작을 수 있다. 반도체 화합물은 약 470nm 이하의 파장 영역, 예컨대 약 430nm 내지 470nm 파장 영역에서 피크 발광 파장(peak emission wavelength)을 가지는 청색 광을 낼 수 있다.
일 예로, 양자점은 예컨대 인듐(In)과 아연(Zn) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물일 수 있다. 예컨대 양자점은 In-Zn 반도체 화합물, In-P 반도체 화합물 및/또는 In-Zn-P 반도체 화합물일 수 있으며, 청색 양자점일 수 있다. 예컨대 In-Zn 반도체 화합물 또는 In-Zn-P 반도체 화합물에서 인듐(In)에 대한 아연(Zn)의 몰 비(mole ratio)는 약 25 이상일 수 있다. 상기 반도체 화합물은 약 470nm 이하의 파장 영역, 예컨대 약 430nm 내지 470nm의 파장 영역에서 피크 발광 파장을 가지는 청색 광을 낼 수 있다.
양자점은 하나의 양자점을 다른 양자점이 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수도 있다. 예컨대 양자점의 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 예컨대 양자점의 쉘을 구성하는 물질 조성이 양자점의 코어를 이루는 물질 조성보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 이에 따라 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 가질 수 있다.
양자점은 하나의 양자점 코어와 이를 둘러싸는 다층의 양자점 쉘을 포함할 수 있다. 이때 다층의 쉘은 2층 이상의 쉘을 가지는 것으로 각각의 층은 독립적으로 단일 조성, 합금 및/또는 농도 구배를 가질 수 있다. 예컨대 다층의 쉘 중, 코어에서 먼 쪽에 위치하는 쉘이 코어에서 가깝게 위치하는 쉘보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 이에 따라 양자 구속 효과를 가질 수 있다.
일 예로, 코어-쉘 구조를 가지는 양자점은 예컨대 아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 반도체 화합물을 포함하는 코어와 상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 제2 반도체 화합물을 포함하는 쉘(shell)을 포함할 수 있다.
Zn-Te-Se계의 제1 반도체 화합물은 예컨대 소량의 텔루리움(Te)을 포함하는 Zn-Se 기반의 반도체 화합물일 수 있으며, 예컨대 ZnTexSe1-x (여기서, x는 0 보다 크고 0.05 이하임)로 표현되는 반도체 화합물일 수 있다.
예컨대 Zn-Te-Se계의 제1 반도체 화합물에서, 아연(Zn)의 몰 함량은 셀레늄(Se)의 몰 함량보다 많을 수 있고, 셀레늄(Se)의 몰 함량은 텔루리움(Te)의 몰 함량보다 많을 수 있다. 예컨대 제1 반도체 화합물에서, 셀레늄(Se)에 대한 텔루리움(Te)의 몰비는 약 0.05 이하, 약 0.049 이하, 약 0.048 이하, 약 0.047 이하, 약 0.045 이하, 약 0.044 이하, 약 0.043 이하, 약 0.042 이하, 약 0.041 이하, 약 0.04 이하, 약 0.039 이하, 약 0.035 이하, 약 0.03 이하, 약 0.029 이하, 약 0.025 이하, 약 0.024 이하, 약 0.023 이하, 약 0.022 이하, 약 0.021 이하, 약 0.02 이하, 약 0.019 이하, 약 0.018 이하, 약 0.017 이하, 약 0.016 이하, 약 0.015 이하, 약 0.014 이하, 약 0.013 이하, 약 0.012 이하, 약 0.011 이하 또는 약 0.01 이하일 수 있다. 예컨대 제1 반도체 화합물에서, 아연(Zn)에 대한 텔루리움(Te)의 몰비는 약 0.02 이하, 약 0.019 이하, 약 0.018 이하, 약 0.017 이하, 약 0.016 이하, 약 0.015 이하, 약 0.014 이하, 약 0.013 이하, 약 0.012 이하, 약 0.011 이하 또는 약 0.011 이하일 수 있다.
제2 반도체 화합물은 예컨대 II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족- VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I족-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI 족 반도체 화합물, II-III-V족 반도체 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족- VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I족-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI족 반도체 화합물 및 II-III-V족 반도체 화합물의 예는 전술한 바와 같다.
예컨대, 제2 반도체 화합물은 아연(Zn), 셀레늄(Se) 및/또는 황(S)을 포함할 수 있다. 예컨대 쉘은 코어에 가깝게 위치하는 하나 이상의 내부 쉘과 양자점의 최외각에 위치하는 최외각 쉘을 포함할 수 있으며, 내부 쉘은 ZnSeS를 포함할 수 있고 최외각 쉘은 SnS를 포함할 수 있다. 예컨대 쉘은 일 성분에 대하여 농도 구배를 가질 수 있으며 예컨대 코어에서 멀어질수록 황(S)의 함량이 많아지는 농도 구배를 가질 수 있다.
일 예로, 코어-쉘 구조를 가지는 양자점은 예컨대 인듐(In)과 아연(Zn) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 제3 반도체 화합물을 포함하는 코어와 상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 제4 반도체 화합물을 포함하는 쉘을 포함할 수 있다.
In-Zn-P계의 제3 반도체 화합물에서 인듐(In)에 대한 아연(Zn)의 몰 비는 약 25 이상일 수 있다. 예컨대 In-Zn-P계의 제1 반도체 화합물에서 인듐(In)에 대한 아연(Zn)의 몰 비는 약 28 이상, 29 이상 또는 30 이상일 수 있다. 예컨대 In-Zn-P계의 제1 반도체 화합물에서 인듐(In)에 대한 아연(Zn)의 몰 비는 약 55:1 이하일 수 있으며, 예컨대 50:1 이하, 45:1 이하, 40:1 이하, 35:1 이하, 34:1 이하, 33:1 이하 또는 32:1 이하일 수 있다.
제4 반도체 화합물은 예컨대 II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족- VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I족-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI 족 반도체 화합물, II-III-V족 반도체 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. II족-VI족 반도체 화합물, III족-V족 반도체 화합물, IV족- VI족 반도체 화합물, IV족 반도체 화합물, I족-III-VI족 반도체 화합물, I-II-IV-VI족 반도체 화합물 및 II-III-V족 반도체 화합물의 예는 전술한 바와 같다.
예컨대 제4 반도체 화합물은 아연(Zn) 및 황(S)과 선택적으로 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다. 예컨대 쉘은 코어에 가깝게 위치하는 하나 이상의 내부 쉘과 양자점의 최외각에 위치하는 최외각 쉘을 포함할 수 있으며, 내부 쉘 및 최외각 쉘 중 적어도 하나는 ZnS 또는 ZnSeS의 제4 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
양자점 층(33)은 예컨대 약 5nm 내지 200nm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 10nm 내지 150nm, 예컨대 약 10nm 내지 100nm, 예컨대 약 10nm 내지 50nm의 두께를 가질 수 있다.
양자점 다이오드(30)는 하부 전극(31)과 양자점 층(33) 사이 및/또는 상부 전극(32)과 양자점 층(33) 사이에는 전하 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 전하 보조층은 1층 또는 2층 이상일 수 있으며, 하부 전극(31)에서부터 양자점 층(33)으로 및/또는 상부 전극(32)에서부터 양자점 층(33)으로 정공 또는 전자가 용이하게 주입 및/또는 이동할 수 있도록 할 수 있고, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 주입층, 전하 수송층 및/또는 정공 차단층을 포함할 수 있다.
일 예로, 전하 보조층은 정공 수송층을 포함할 수 있으며, 정공 수송층은 예컨대 폴리(9,9-디옥틸-플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-디페닐아민) (Poly(9,9-dioctyl-fluorene-co-N-(4-butylphenyl)-diphenylamine), TFB), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 설포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA (4,4',4"-Tris[phenyl(m-tolyl)amino]triphenylamine), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA), 1,1-비스[(디-4-토일아미노)페닐시클로헥산 (TAPC), p형 금속 산화물 (예를 들어, NiO, WO3, MoO3 등), 그래핀옥사이드 등 탄소 기반의 재료 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에서는 양자점 층(33)이 각 화소마다 분리되어 있는 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 양자점 층(33)이 양자점 다이오드(30)에 공통층으로 형성된 구조일 수 있고, 예컨대 제1 색의 광을 내는 제1 양자점 층(33a), 제2 색의 광을 내는 제2 양자점 층(33b) 및 제3 색의 광을 내는 제3 양자점 층(33c)이 적층된 구조일 수도 있다
대향 기판(50)은 베이스 기판(10)과 대향하고 있으며 예컨대 유리 기판, 고분자 기판 또는 반도체 기판일 수 있다. 고분자 기판은 예컨대 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 이들의 공중합체, 이들의 유도체 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 고분자 기판을 사용한 경우 플렉시블 양자점 표시 장치를 효과적으로 구현할 수 있다. 베이스 기판(10)과 대향 기판(50)은 실링재(80)에 의해 결합되어 있을 수 있다.
봉지 박막(40)은 양자점 다이오드(30)의 적어도 일면에 위치할 수 있으며 예컨대 양자점 다이오드(30)의 양면에 위치할 수 있다. 봉지 박막(40)은 양자점 다이오드(30)의 상부 및/또는 하부에 위치된다면, 그 위치는 한정되지 않는다.
일 예로, 도 1에서는 봉지 박막(40)이 양자점 다이오드(30)와 대향 기판(50) 사이에 위치하는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 대향 기판(50)의 상부에 위치할 수도 있다.
일 예로, 도 1에서는 봉지 박막(40)이 베이스 기판(10)의 하부에 위치하는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 양자점 다이오드(30)와 베이스 기판(10) 사이에 위치할 수도 있다.
일 예로, 도 1에서는 봉지 박막(40)이 양자점 다이오드(30)의 하부 및 상부에 각각 위치하는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 봉지 박막(40) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
봉지 박막(40)은 예컨대 2층으로 이루어질 수 있다.
봉지 박막(40)의 수분 투과율(water vapor transmission rate, WVTR)은 약 0.001 내지 1 g/㎡.day.atm일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 1 g/㎡.day.atm일 수 있다. 여기서 수분 투과율은 1atm 대기압에서 하루에 1㎡ 면적을 통하여 수분이 투과하는 함량을 나타내는 수치일 수 있으며, 예컨대 상대 습도 100% 및 온도 23℃, 25℃, 30℃, 33℃, 35℃, 37℃ 또는 38℃에서 측정될 수 있으며, 예컨대 ASTM F-1249 규정에 따라 측정될 수 있다.
양자점 표시 장치(100)는 양자점, 특히 코어-쉘 구조의 양자점을 발광체로서 포함하는 양자점 층을 포함함으로써 유기물을 발광체로서 포함하는 유기 발광 표시 장치와 달리 수분에 대한 높은 내구성을 가질 수 있다. 이에 따라 양자점 표시 장치(100)에서 허용되는 봉지 박막(40)의 수분투과율은 유기 발광 표시 장치에서 허용되는 봉지 박막의 수분 투과율보다 높을 수 있다. 여기서 허용되는 수분투과율은 표시 장치의 효율 및/또는 수명에 실질적으로 영향을 미치지 않는 정도의 수분투과율일 수 있으며, 예컨대 효율, 발광면적 및/또는 수명의 저하율이 약 10% 이하, 약 8% 이하, 약 7% 이하, 약 5% 이하, 약 3% 이하, 약 2% 이하, 약 1% 이하, 약 0.5% 이하 또는 약 0.1% 이하일 때의 수분투과율일 수 있다. 이에 따라 양자점 표시 장치(100)에서의 봉지 박막(40)의 허용가능한 수분투과율은 유기 발광 표시 장치에서 요구되는 수분투과율보다 약 100배 내지 100,000배 높아도 양자점 표시 장치(100)의 수분에 의한 표시 품질의 열화를 방지할 수 있으며, 예컨대 약 0.001 내지 1 g/㎡.day.atm 또는 약 0.01 내지 1 g/㎡.day.atm의 수분투과율을 가질 수 있다.
봉지 박막(40)의 산소투과율(oxygen transmission rate, OTR)은 약 0.001 내지 1 cc/㎡.day.atm일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 1 cc/㎡.day.atm일 수 있다. 여기서 산소투과율은 1atm 대기압에서 하루에 1㎡ 면적을 통하여 산소가 투과하는 함량을 나타내는 수치일 수 있으며, 예컨대 상대 습도 0% 및 온도 23℃, 25℃, 30℃, 33℃, 35℃, 37℃ 또는 38℃에서 측정될 수 있으며, 예컨대 ASTM D-3985 규정에 따라 측정될 수 있다.
전술한 바와 마찬가지로, 양자점 표시 장치(100)는 양자점, 특히 코어-쉘 구조의 양자점을 발광체로서 포함하는 양자점 층을 포함함으로써 유기물을 발광체로서 포함하는 유기 발광 표시 장치와 달리 산소에 대한 높은 내구성을 가질 수 있다. 이에 따라 양자점 표시 장치(100)에서 허용되는 봉지 박막(40)의 산소 투과율은 유기 발광 표시 장치에서 허용되는 봉지 박막의 산소 투과율보다 높을 수 있다. 여기서 허용되는 산소 투과율은 표시 장치의 효율 및/또는 수명에 실질적으로 영향을 미치지 않는 정도의 산소 투과율일 수 있으며, 예컨대 효율/및 수명의 저하율이 약 10% 이하, 약 8% 이하, 약 7% 이하, 약 5% 이하, 약 3% 이하, 약 2% 이하, 약 1% 이하, 약 0.5% 이하 또는 약 0.1% 이하일 때의 산소투과율일 수 있다. 이에 따라 양자점 표시 장치(100)에서의 봉지 박막(40)의 허용가능한 산소 투과율은 유기 발광 표시 장치에서 요구되는 산소 투과율보다 약 100배 내지 100,000배 높아도 양자점 표시 장치(100)의 산소에 의한 표시 품질의 열화를 방지할 수 있으며, 예컨대 약 0.001 내지 1 cc/㎡.day.atm 또는 약 0.01 내지 1 cc/㎡.day.atm의 산소 투과율을 가질 수 있다.
이와 같이 봉지 박막(40)은 비교적 높은 수분 투과율 및 산소 투과율이 허용되므로 2층으로 이루어진 단순한 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 유기 발광 표시 장치에서 3층 이상, 예컨대 5층 내지 10층의 다층 봉지 박막과 비교하여, 양자점 표시 장치(100)에서의 봉지 박막(40)의 제조 공정을 단순화하여 제조 시간 및 비용을 효과적으로 절약할 수 있을 뿐만 아니라 플렉서블 특성을 강화할 수 있어서 벤더블 양자점 표시 장치, 폴더블 양자점 표시 장치, 커브드 양자점 표시 장치 또는 롤러블 양자점 표시 장치에서 수분 및 산소 침투에 의한 성능 저하 없이 효과적으로 적용할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 예에 따른 봉지 박막을 보여주는 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 봉지 박막(40)은 액티브 어레이 층(20)과 양자점 다이오드(30)의 적층체(P)의 일면에 위치하며 적층체(P)와 대향 기판(50) 사이에 위치할 수 있다.
도 2를 참고하면, 봉지 박막(40)은 2층으로 이루어질 수 있으며 적층체(P)에 인접한 제1 봉지 박막(40a)과 대향 기판(50)에 인접한 제2 봉지 박막(40b)로 이루어질 수 있다.
일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b)은 각각 무기물을 포함하는 무기 박막이거나 유기물을 포함하는 유기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 적어도 하나는 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 적어도 하나는 유기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 어느 하나는 유기물을 포함하는 유기 박막일 수 있고 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 다른 하나는 무기물을 포함하는 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)은 유기 박막일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)은 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)은 무기 박막일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)은 유기 박막일 수 있다.
유기물은 고분자를 포함할 수 있으며, 고분자는 예컨대 경화형 수지일 수 있고 예컨대 광 경화형 수지일 수 있고 예컨대 티올계 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무기물은 예컨대 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있고, 예컨대 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 준금속 산화물, 준금속 질화물, 준금속 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있고, 예컨대 Si, Ge, Ga, Al, In, Sn, Zn, Zr, Ti, Cu, Ce, La, Ba, Mg, Sr 및/또는 Ta를 포함하는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 준금속 산화물, 준금속 질화물, 준금속 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 봉지 박막(40a)의 두께는 예컨대 약 5nm 내지 10㎛ 일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)의 두께는 예컨대 약 5nm 내지 10㎛ 일 수 있다.
봉지 박막(40)의 두께는 예컨대 약 10nm 내지 20㎛ 일 수 있다.
도 3을 참고하면, 도 2의 구조에 프라이머 층(45)을 더 포함할 수 있다.
프라이머 층(45)은 봉지 박막(40)의 하부에 위치할 수 있으며, 적층체(P)와 봉지 박막(40) 사이에 위치할 수 있다. 프라이머 층(45)은 봉지 박막(40)의 형성 단계에서 양자점 다이오드(30)를 보호하는 동시에 양자점 다이오드(30)와 봉지 박막(40) 사이의 밀착성을 개선할 수 있다.
프라이머 층(45)은 봉지 박막(40)보다 얇을 수 있으며, 예컨대 약 2nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 4 및 도 5는 일 예에 따른 봉지 박막을 보여주는 개략도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 봉지 박막(40)은 액티브 어레이 층(20)과 양자점 다이오드(30)의 적층체(P)의 일면에 위치하며 베이스 기판(10)의 하부 또는 대향 기판(50)의 상부에 위치할 수 있다.
도 4를 참고하면, 봉지 박막(40)은 2층으로 이루어질 수 있으며 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b)으로 이루어질 수 있다.
제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b)은 각각 무기물을 포함하는 무기 박막이거나 유기물을 포함하는 유기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 적어도 하나는 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 적어도 하나는 유기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 어느 하나는 유기물을 포함하는 유기 박막일 수 있고 제1 봉지 박막(40a)과 제2 봉지 박막(40b) 중 다른 하나는 무기물을 포함하는 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)은 유기 박막일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)은 무기 박막일 수 있다. 일 예로, 제1 봉지 박막(40a)은 무기 박막일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)은 유기 박막일 수 있다.
유기물은 고분자를 포함할 수 있으며, 고분자는 예컨대 경화형 수지일 수있고 예컨대 광 경화형 수지일 수 있고 예컨대 티올계 수지, 에폭시 수지를 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무기물은 예컨대 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있고, 예컨대 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 준금속 산화물, 준금속 질화물, 준금속 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 봉지 박막(40a)의 두께는 예컨대 약 5nm 내지 10㎛ 일 수 있고 제2 봉지 박막(40b)의 두께는 예컨대 약 5nm 내지 10㎛ 일 수 있다.
도 5를 참고하면, 도 4의 구조에 프라이머 층(45)을 더 포함할 수 있다.
프라이머 층(45)은 제1 봉지 박막(40a)의 하부에 위치할 수 있으며, 베이스 기판(10)과 제1 봉지 박막(40a) 사이 또는 대향 기판(50)과 제1 봉지 박막(40a) 사이에 위치할 수 있다. 프라이머 층(45)은 베이스 기판(10)과 제1 봉지 박막(40a) 사이 또는 대향 기판(50)과 제1 봉지 박막(40a) 사이의 밀착성을 개선할 수 있다.
양자점 다이오드(30)의 하부 및 상부에 위치하는 봉지 박막(40)은 서로 같거나 다를 수 있다.
일 예로, 양자점 다이오드(30)의 상부에 위치하는 봉지 박막(40)과 양자점 다이오드(30)의 하부에 위치하는 봉지 박막(40)은 각각 전술한 유기 박막, 무기 박막 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, 양자점 다이오드(30)의 상부에 위치하는 봉지 박막(40)은 각각 독립적으로 전술한 유기 박막, 무기 박막 또는 이들의 조합일 수 있고, 양자점 다이오드(30)의 하부에 위치하는 봉지 박막(40)은 유리 기판일 수 있다.
양자점 표시 장치(100)는 벤더블 양자점 표시 장치, 폴더블 양자점 표시 장치, 커브드 양자점 표시 장치 또는 롤러블 양자점 표시 장치일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
봉지 박막의 제조
제조예
125㎛ 두께의 PET 기판 위에 규소 산화물을 화학기상증착하여 0.1㎛ 두께의 무기 박막을 형성하고, 그 위에 UV 경화성 수지 코팅액을 바코팅하고 UV 경화하여 50㎛ 두께의 유기 박막을 형성하여 봉지 박막을 제조한다.
UV 경화성 수지 코팅액은 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트)(pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate)(THIOCURE® PETMA, Bruno Bock Chem）30g, 1,3,5-트리알릴-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H, 3H, 5H)-트리온(1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TAIC, Nippon Kasei chemical) 50g 및 광 개시제(Irgacure TPO：BASF）0.5ｇ를 혼합하여 준비한다.
비교제조예 1
125㎛ 두께의 PET 기판 위에 규소 산화물을 화학기상증착하여 0.1㎛ 두께의 무기 박막으로 이루어진 봉지 박막을 제조한다.
비교제조예 2
125㎛ 두께의 PET 기판 위에 UV 경화성 수지 코팅액을 바코팅하고 UV 경화하여 50㎛ 두께의 유기 박막으로 이루어진 봉지 박막을 제조한다. UV 경화성 수지 코팅액은 실시예에서 기재된 바와 같다.
평가 I
제조예 및 비교제조예에 따른 봉지 박막의 수분투과율 및 산소투과율을 평가한다.
수분투과율(WVTR)은 ASTM F-1249 규정에 따라 37℃ 및 상대습도 100%에서 Mocon사의 Aquatran 장비로 평가되고 산소투과율(OTR)은 23℃ 및 상대습도 0%에서 Mocon사의 Oxtran 장비로 평가한다.
그 결과는 표 1과 같다.
WVTR (g/㎡/day) OTR (g/㎡/day)
제조예 0.84 0.26
비교제조예 1 3.4 16
비교제조예 2 1.96 0.39
표 1을 참고하면, 제조예에 따른 봉지 박막은 비교제조예에 따른 봉지 박막과 비교하여 수분투과율 및 산소투과율이 개선된 것을 확인할 수 있다.
합성예: 양자점의 합성
(1) ZnTeSe 코어의 합성
셀레늄(Se) 및 텔루리움(Te)을 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine, TOP)에 분산시켜 2M의 Se/TOP stock solution 및 0.1M의 Te/TOP stock solution을 얻는다.
아연 아세테이트(zinc acetate) 0.125 mmol을 올레익산 (Oleic acid) 0.25 mmol 및 헥사데실아민 0.25 mmol과 함께 트리옥틸아민 10mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120도로 가열한다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환한다.
240도로 가열한 후 위에서 준비한 Se/TOP stock solution 및 Te/TOP stock solution을 Te/Se 몰 비율을 1/25으로 신속히 주입한다. 300도로 온도 상승 후 30분 동안 유지하고 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 아세톤을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 톨루엔에 분산시켜 ZnTeSe 코어 양자점 분산액을 얻는다.
(2) ZnTeSe 코어/ZnSeS 쉘의 양자점 합성
10mL의 플라스크에 트리옥틸아민(trioctylamine)을 넣는다. 여기에 아연아세테이트 0.6 mmol과 올레산 1.2mmol을 넣고 120℃에서 10분간 진공 처리한다. 이어서 질소(N2)로 상기 플라스크 내를 치환한 후 여기에 상기에서 얻은 ZnTeSe 코어 양자점 분산액을 신속히 주입하고 2M의 Se/TOP 및 1M의 S/TOP를 Se:S 몰 비율을 1.2:2.8로 부가하고 340℃로 승온하여 반응을 수행한다. 상기 반응이 모두 끝난 후 반응기를 냉각하고, 제조된 나노결정을 에탄올로 원심 분리하여 톨루엔에 분산시켜 ZnTeSe/ZnSeS 코어쉘 양자점 분산액을 얻는다.
양자점 표시 장치의 제조
실시예
ITO가 증착된 PET 기판(베이스기판)에 UV-오존으로 표면 처리를 15분간 수행한 후, PEDOT:PSS 용액(H.C. Starks)을 스핀 코팅하고 Air 분위기에서 150℃에서 10분간 열처리하고, 다시 N2 분위기에서 150℃에서 10분간 열처리하여 25nm 두께의 정공 주입층을 형성한다. 이어서 정공 주입층 위에 폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일-코(4,4'-(N-4-부틸페닐)디페닐아민] 용액(TFB)(Sumitomo)을 스핀 코팅하고 150℃에서 30분간 열처리하여 25nm 두께의 정공 수송층을 형성한다. 이어서 정공수송층 위에 합성예에서 얻은 ZnTeSe/ZnSeS 코어쉘 양자점 분산액을 스핀 코팅하고 80℃에서 30분간 열처리하여 25nm 두께의 양자점 층을 형성한다. 이어서 양자점 층 위에 Zn0.9Mg0.1O가 에탄올에 분산된 Zn0.9Mg0.1O 분산액을 스핀코팅하여 전자 수송층을 형성한다. 이어서 전자 수송층 위에 알루미늄(Al) 90nm를 진공 증착하여 제2 전극을 형성하여 양자점 다이오드를 형성한다. 이어서 양자점 다이오드 위에 전술한 유기 박막이 마주하도록 제조예에 따른 봉지 박막을 배치한 후 유리 기판과 PET 기판(대향 기판)을 실링하여 양자점 표시 장치를 제조한다.
비교예 1
봉지 박막을 포함하지 않은 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 양자점 표시 장치를 제조한다.
비교예 2
제조예에 따른 봉지 박막 대신 비교제조예 1에 따른 봉지 박막을 사용한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 양자점 표시 장치를 제조한다.
비교예 3
제조예에 따른 봉지 박막 대신 비교제조예 2에 따른 봉지 박막을 사용한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 양자점 표시 장치를 제조한다.
참고예 1
코어쉘 양자점을 포함한 양자점 층 대신 유기 호스트 물질(ABH113, Sun Fine Chemicals 97중량%와 청색 도펀트 물질(NUBD370, Sun Fine Chemicals) 3중량%를 포함한 유기 발광층을 형성하고 유기 발광층 위에 50wt% Liq(8-Hydroxyquinolinolato-lithium)가 도핑된 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸(CAS 561064-11-7)로 전자 수송층을 형성한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 유기 발광 표시 장치를 제조한다.
참고예 2
봉지 박막 대신 0.7mm 두께의 유리 기판을 사용한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 양자점 표시 장치를 제조한다.
평가 II
실시예와 비교예에 따른 양자점 표시 장치와 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 확인하여 초기 발광면(보관 전 발광면)과 비교한다.
도 6a는 실시예에 따른 양자점 표시 장치의 초기 발광면을 보여주는 사진이고, 도 6b는 실시예에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고, 도 7은 비교예 1에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고, 도 8은 비교예 2에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고, 도 9는 비교예 3에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이고, 도 10a는 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치의 초기 발광면을 보여주는 사진이고, 도 10b는 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치를 60℃및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 발광면을 보여주는 사진이다.
도 6a 및 6b를 참고하면, 실시예에 따른 양자점 표시 장치는 초기 발광면과 8일 보관 후의 발광면 및 발광 휘도의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 도 7 내지 9를 참고하면, 비교예 1 내지 3에 따른 양자점 표시 장치는 8일 보관 후의 발광면에 표시 얼룩이 크게 증가하거나 발광 면적이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다. 도 10a 및 10b를 참고하면, 참고예 1에 따른 유기 발광 표시 장치는 초기 발광면과 비교하여 8일 보관 후의 발광면에 표시 얼룩이 크게 증가하거나 발광 면적이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예에 따른 양자점 표시 장치는 상술한 봉지 박막으로 수분 및 산소에 의한 표시 품질의 열화를 충분히 방지할 수 있는 반면, 비교예에 따른 양자점 표시 장치 또는 참고예에 따른 유기 발광 표시 장치는 표시 품질의 열화를 방지할 수 없음을 확인할 수 있다.
평가 III
실시예와 비교예에 따른 양자점 표시 장치를 60℃ 및 상대습도 95% 조건에서 8일 동안 보관한 후 전류-전압-휘도 특성의 변화를 평가한다.
전류-전압-휘도 특성은 Keithley 220 current source 및 Minolta CS200 spectroradiometer를 사용하여 평가한다.
유효 발광 면적은 1nit 이상 발광된 픽셀을 카메라(Samsung web camera)로 촬영한 후 픽셀 면적 대비 실제 유효 발광 면적을 비교하여 계산한다.
그 결과는 표 2와 같다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
EQEmax 6.1 4.4 4.4 5.4
EQE @1000nit 6.0 4.4 4.4 5.3
휘도(cd/m2) @5mA 231 166 169 208
유효 발광 면적 100% 56% 80% 64%
표 2를 참고하면, 실시예에 따른 양자점 표시 장치는 비교예에 따른 양자점 표시 장치와 비교하여 전기적 특성 및 발광 특성의 열화가 적음을 확인할 수 있다.
평가 IV
실시예와 참고예 2에 따른 양자점 표시 장치의 수명 특성을 평가한다.
수명 특성은 시간 경과에 따른 휘도(luminance) 변화율로부터 확인할 수 있으며, 휘도는 Keithley 220 current source 및 Minolta CS200 spectroradiometer를 사용하여 측정한다.
그 결과는 도 11과 같다.
도 11은 실시예와 참고예 2에 따른 양자점 표시 장치의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11을 참고하면, 실시예에 따른 양자점 표시 장치는 참고예 2에 따른 양자점 표시 장치와 비교하여 수명 특성의 차이가 거의 없음을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예에 따른 양자점 표시 장치에서 사용한 봉지 박막은 얇은 두께 및 플렉서블 특성에서 이점을 가지면서도 소자 성능에 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
100: 양자점 표시 장치
10: 베이스 기판
20: 액티브 어레이 층
25: 절연층
30: 양자점 다이오드
40: 봉지 박막
45: 프라이머 층
50: 대향 기판
80: 실링재

Claims (24)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 양자점 층을 포함하는 양자점 다이오드, 그리고
    상기 양자점 다이오드의 적어도 일면에 위치하는 봉지 박막
    을 포함하고,
    상기 봉지 박막의 수분투과율은 0.001 내지 1 g/㎡.day.atm인 양자점 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 봉지 박막은 양자점 다이오드의 양면에 위치하는 양자점 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 봉지 박막은 2층으로 이루어지는 양자점 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 봉지 박막은 적어도 하나의 유기 박막을 포함하는 양자점 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 유기 박막은 티올계 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점 표시 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 봉지 박막은 적어도 하나의 무기 박막을 포함하는 양자점 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 무기 박막은 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점 표시 장치.
  8. 제3항에서,
    상기 봉지 박막은 유기 박막과 무기 박막으로 이루어진 양자점 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 봉지 박막의 일면에 위치하고 상기 봉지 박막보다 얇은 프라이머 층을 더 포함하는 양자점 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 봉지 박막은 상기 기판과 상기 양자점 다이오드 사이에 위치하는 양자점 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 봉지 박막은 상기 기판 아래에 위치하는 양자점 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 봉지 박막은 상기 양자점 다이오드 위에 위치하는 양자점 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 기판과 대향하고 상기 봉지 박막의 상부 또는 하부에 위치하는 대향 기판을 더 포함하는 양자점 표시 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 양자점 다이오드와 상기 봉지 박막 사이에 위치하는 실링재를 더 포함하는 양자점 표시 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 봉지 박막의 수분투과율은 0.01 내지 1 g/㎡.day.atm인 양자점 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 봉지 박막의 산소투과율은 0.001 내지 1 cc/㎡.day.atm인 양자점 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함하고,
    상기 코어-쉘 양자점은
    아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고
    상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 쉘
    을 포함하는 양자점 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 쉘은 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점 표시 장치.
  19. 제1항에서,
    상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함하고,
    상기 코어-쉘 양자점은
    인듐(In)과 아연(Zn) 및 인(P) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고
    상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 상기 코어와 다른 조성을 가지는 쉘
    을 포함하는 양자점 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 쉘은 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점 표시 장치.
  21. 제1항에서,
    상기 양자점 표시 장치는 벤더블 양자점 표시 장치, 폴더블 양자점 표시 장치, 커브드 양자점 표시 장치 또는 롤러블 양자점 표시 장치인 양자점 표시 장치.
  22. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 양자점 층을 포함하는 양자점 다이오드, 그리고
    상기 양자점 다이오드의 적어도 일면에 위치하고 유기 박막과 무기 박막으로 이루어진 봉지 박막
    을 포함하고,
    상기 양자점 층은 코어-쉘 양자점을 포함하며,
    상기 코어-쉘 양자점은
    아연(Zn)과 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하는 코어, 그리고
    상기 코어의 적어도 일부 위에 위치하고 ZnSeS, ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 쉘
    을 포함하는 양자점 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 유기 박막은 티올계 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 무기 박막은 산화물, 질화물, 산질화물 또는 이들의 조합을 포함하는
    양자점 표시 장치.
  24. 제22항에서,
    상기 봉지 박막의 일면에 위치하고 상기 봉지 박막보다 얇은 프라이머 층을 더 포함하는 양자점 표시 장치.

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