KR20200133798A - 발광 다이오드, 발광 다이오드의 제조 방법 및 표시 장치 - Google Patents
발광 다이오드, 발광 다이오드의 제조 방법 및 표시 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 개시는 발광 다이오드, 발광 다이오드의 제조 방법, 및 표시 장치를 제공한다. 상기 발광 다이오드는 양극, 발광층, 전자 수송층, 음극 및 전자 수송층과 음극 사이에 위치하는 금속 전이층을 포함하고, 상기 음극은 투명 전도성 산화물 재료를 포함하고, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재한다.
Description
[관련 출원에 대한 참조]
본 출원은 2018년 7월 2일 중국 특허청에 제출한, 출원번호 제 201810706678.X호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 참조로서 본 출원에 원용한다.
[기술분야]
본 개시는 표시 기술분야에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드, 발광 다이오드의 제조 방법 및 당해 발광 다이오드를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
현재 사회 생활에서, 표시 장치에 대한 사람들의 요구가 점점 높아지고 있다. 능동형 유기 발광 다이오드(Active-matrix organic light emitting diode, AMOLED로 약칭) 표시 기술은 차세대 신형 표시 기술로 불리고 있으나, 사용 수명 등의 요인의 제한으로, 현재 주로 마스크 증착의 방법에 의해 AMOLED를 제조하고 있는데, 당해 제조 방법은 기술적 난이도가 높고, 양산화가 어렵고, 제품 수율이 낮으며, 상품 가격이 높은 등의 문제에 직면해 있다.
일 측면에 있어서, 본 개시의 실시예는 발광 다이오드를 제공한다. 상기 발광 다이오드는 양극, 발광층, 전자 수송층, 음극 및 전자 수송층과 음극 사이에 위치하는 금속 전이층을 포함하고, 상기 음극은 투명 전도성 산화물 재료를 포함하고, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재한다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 음극과 접촉하며, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도 Rms는 1.0 nm보다 크고, 상기 조도 Rms는 AFM 사진에서 측정되어 산출된 제곱 평균 제곱근으로 나타낸 조도이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도 Rms는 1.0 nm 내지 5.0 nm이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나의 금속으로 만들어진다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 Sn, Sn-Al 또는 Sn-Ag 합금으로 만들어진다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어진다.
선택적으로, 상기 금속 주석의 혼합 재료에서의 몰 비 함량은 50% 이상이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 두께는 0.5 나노미터 내지 15 나노미터이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면은 불연속적인 아일랜드 형상을 가지며, 아일랜드 형상의 돌출 높이는 10 nm 이하이다.
다른 일 측면에 있어서, 본 개시는 상기의 발광 다이오드를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 개시는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은,
양극, 발광층 및 전자 수송층을 제조하는 단계;
금속 전이층을 제조하는 단계; 및
투명 전도성 산화물을 포함하는 재료로 만들어진 음극을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 금속 전이층은 전자 수송층과 음극 사이에 위치하며, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재한다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 음극과 접촉하며, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도 Rms는 1.0 nm보다 크고, 상기 조도 Rms는 AFM 사진에서 측정되어 산출된 제곱 평균 제곱근으로 나타낸 조도이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나의 금속으로 만들어진다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어진다.
선택적으로, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는, 스퍼터링 공정, 열분해 공정 또는 원자층 증착 공정에 의해, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 증착시키는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 증착 속도는 0.5 ~ 3 옹스트롬/초이고, 상기 증착 속도는 단위시간내에 증착되어 형성되는 층의 두께로 나타낸다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어지며, 상기 방법은, 증착된 주석에 대해 산소 플라즈마 처리를 수행하여, 주석과 주석 산화물로 만들어진 상기 금속 전이층을 얻는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는, SnH4 부가물을 열분해시켜 금속 Sn을 증착시키고, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 증착시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다.
도 2는 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 알루미늄이 증착된 AFM 사진이다.
도 3은 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 인듐이 증착된 AFM 사진이다.
도 4는 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 주석이 증착된 AFM 사진이다.
도 5는 블랭크 글라스 상에 8 나노미터 두께의 인듐이 증착된 AFM 사진이다.
도 6은 블랭크 글라스 상에 8 나노미터 두께의 주석이 증착된 AFM 사진이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 금속 전이층의 단면 개략도이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 QLED-1, QLED-2 및 QLED-3과 QLED-0의 휘도-전류 효율 관계도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법의 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다.
도 2는 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 알루미늄이 증착된 AFM 사진이다.
도 3은 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 인듐이 증착된 AFM 사진이다.
도 4는 전자 수송층 상에 8 나노미터 두께의 주석이 증착된 AFM 사진이다.
도 5는 블랭크 글라스 상에 8 나노미터 두께의 인듐이 증착된 AFM 사진이다.
도 6은 블랭크 글라스 상에 8 나노미터 두께의 주석이 증착된 AFM 사진이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 금속 전이층의 단면 개략도이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 QLED-1, QLED-2 및 QLED-3과 QLED-0의 휘도-전류 효율 관계도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법의 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다.
본 개시의 실시예의 목적, 기술방안 및 이점이 보다 명료하도록 하기 위해, 아래에서는 본 개시의 실시예의 도면을 결부시켜 본 개시의 실시예의 기술방안을 명료하고 완전하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예들은 본 개시의 일부 실시예이지, 전부의 실시예가 아님은 자명한 것이다. 설명된 본 개시의 실시예에 기초하여, 당업자들에 의해 얻어지는 기타 실시예들은 모두 본 개시의 보호 범위에 속한다.
본 개시에 기재된 '금속 전이층'은 금속 재료를 포함하는 전이층을 가리킨다. 예컨대, 금속 전이층은 금속 재료로 구성될 수도 있고, 금속 및 금속 산화물을 포함하는 재료로 구성될 수도 있다. 선택적으로, 상기 금속 전이층은 주요 함량이 예컨대 50% 이상인 금속 재료를 포함하는 전이층을 가리킨다.
용액법에 의해 만들어진 상부 발광형 발광 다이오드에서, 전자 수송층(Electron Transport Layer, ETL로 약칭)은 통상적으로 고굴절률을 갖는 금속 산화물 나노 입자, 예컨대 산화 아연, 산화 마그네슘아연 등으로 만들어진다. 당해 발광 다이오드가 매우 얇은 금속 반투명 음극(Metal Transparent Cathode)을 적용할 경우, 광투과율이 불충분하고, 계면 전반사가 심각한 등의 문제에 직면하게 된다. 당해 발광 다이오드가 완전 투명 재료(예컨대, ITO, IZO 등)로 음극을 제조할 경우, 이런 유형의 재료는 비교적 높은 일 함수(ITO는 4.7eV이고, IZO는 5.1eV임)을 갖기 때문에, 캐리어 주입이 어렵다. 따라서, 어떻게 음극의 캐리어가 용이하게 주입되도록 하는 가는 관련 기술에서 시급히 해결되어야 할 과제이다.
본 개시의 실시예에 따르면, 발광 다이오드가 제공된다. 상기 발광 다이오드는 양극, 발광층, 전자 수송층, 음극 및 전자 수송층과 음극 사이에 위치하는 금속 전이층을 포함하고, 상기 음극은 투명 전도성 산화물 재료를 포함하고, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재한다.
본 개시의 실시예는 하기와 같은 유익한 기술적 효과를 산생시킬 수 있다. 즉, 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 전자 수송층과 음극 사이에 적합한 금속 전이층을 설치하여, 즉, 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하도록 함으로써, 음극의 캐리어 주입이 보다 용이하게 할 수 있다. 이로써, 발광 다이오드에 인가되는 동작 전압을 낮출 수 있으며, 나아가 발광 다이오드의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
본 개시의 선택적인 실시예에서, 상기 발광 다이오드는 양자점 발광 다이오드이고, 상기 발광층은 양자점 발광층이다.
도 1은 본 개시의 선택적인 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조 개략도이다. 당해 발광 다이오드(10)는 순차적으로 설치된 양극(11, Anode), 양자점 발광층(12), 전자 수송층(13, ETL), 금속 전이층(14, Metal buffer layer) 및 음극(15, Transparent Cathode)을 포함한다. 상기 음극(15)는 투명 전도성 산화물을 포함하는 재료로 만들어진다. 상기 금속 전이층(14)는 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 재료로 만들어진다. 예컨대, 상기 금속 전이층의 재료는 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나이거나; 또는 주석과 주석 산화물의 혼합 재료일 수 있다. 상기의 재료로 만들어진 상기 전이층은 투명 전도성 산화물층(즉, 음극)과 전자 수송층 사이의 일 함수 차이를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 음극의 캐리어 주입의 유효 면적을 증가시킬 수 있어, 따라서 음극의 캐리어 주입이 보다 용이하게 할 수 있다.
선택적인 실시예에서, 투명 전도성 산화물 재료, 예컨대 ITO 또는 IZO를 적용하여 발광 다이오드의 음극을 제조할 경우, 이러한 유형의 재료는 비교적 높은 일 함수를 갖기 때문에(예컨대, ITO는 4.7eV이고, IZO는 5.1eV임), 일 함수를 조절하는 역할을 하도록, 전자 수송층과 음극 사이에 한 층의 금속 전이층을 제조할 수 있다. 이로써, 캐리어 주입의 난이도를 저하시킬 수 있다. 또한, 본 개시의 선택적인 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 상기의 재료로 만들어진 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면은 비교적 높은 표면 조도를 갖는다. 상기 표면 조도는 AFM 사진에서 측정되어 산출된 제곱 평균 제곱근으로 나타낸 조도이다. 특별한 설명이 없는 한, 본 개시에서의 조도는 모두 이 방법에 따라 측정되고 산출된 조도를 가리킨다. 선택적으로, 상기의 재료로 만들어진 금속 전이층의 표면은 불연속적인 아일랜드 형상을 갖는다. 진일보하여 선택적으로, 당해 아일랜드 형상의 돌출 높이는 10nm이하이다. 이러한 형상 특징은 음극의 캐리어 주입의 유효 면적을 늘려, 캐리어 주입이 보다 용이하게 한다. 도 7은 금속 전이층의 전자 수송층과 접촉하는 표면에 수직인 방향으로 절취한 단면도이다. 도 7이 나타내는 바와 같이, 표준선 s1의 선택 표준으로서, 금속 전이층 바깥쪽으로 돌출하는 각 돌출부의 면적의 합은, 금속층 안쪽으로 함몰된 각 요함부의 면적의 합과 같다. 당해 표준선 s1과, 금속 전이층의 전자 수송층과 접촉하는 표면 사이의 거리는 금속 전이층의 두께 h1이고; 각 돌출부가 바깥쪽으로 돌출하는 최고점과 표준선 s1 사이의 거리는 돌출부의 돌출 높이 h2이고, 각 요함부가 안쪽으로 함몰된 최저점과 표준선 s1 사이의 거리는 요함부의 함몰 깊이 h3이다. 모든 돌출부의 높이 h2와 모든 요함부의 깊이 h3이 제곱 평균 제곱근을 산출하면, 본 개시의 표면 조도 Rms가 얻어진다.
구체적으로, 일 함수가 유사한 금속 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn)을 적용하여 QLED 소자의 금속 전이층을 제작한다. 예컨대, 진공 증착 시스템에서 스퍼터링 또는 증착 방식에 의해 0.5 ~ 3 옹스트롬/초의 방식으로 전자 수송층 상에 5 ~ 10 nm 두께의 금속 전이층을 증착시킨다. 알루미늄, 인듐, 주석의 일 함수는 각각 4.3eV, 4.1eV, 4.4eV이다. 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM으로 약칭)에 의해, 이 세 가지 금속으로 각각 만들어진 금속 전이층을 관찰한다. 구체적으로 도 2(Al), 도 3(In) 및 도 4(Sn)을 참조하면, 세 가지 금속 모두 불연속적인 아일랜드 형상을 갖는 표면을 형성 가능함을 발견할 수 있으며; 알루미늄, 인듐, 주석 순으로, 증착 형성된 금속 전이층의 표면의 조도는 순차적으로 점차 증가한다(각각, 1.3 nm, 1.6 nm, 2.7 nm임). 즉, 주석으로 만들어진 금속 전이층의 표면은 불연속적인 기둥 형태를 가지며, 비교적 높은 조도를 갖는바, 특히 금속 Sn으로 만들어진 금속 전이층의 표면이 가장 거칠다. 이 결과는 도 5 ~ 6에서도 증명될 수 있다. 도 5 및 도 6은, 진공 증착 시스템에서 스퍼터링 또는 증착 방식에 의해 0.5~3 옹스트롬/초의 방식으로 블랭크 글라스 상에 5 ~ 10 nm 두께의 금속층이 증착된 것을 나타내고 있는바, 즉, 도 5 ~ 6은 도 2 ~4와 비교할 경우, 증착 용 기판만 다를 뿐, 기타 증착 공정은 완전히 동일하다. 도 5 ~ 6에서 보아낼 수 있듯이, 금속 In 및 Sn은 모두 불연속적인 아일랜드 형상을 갖는 거친 표면을 형성가능하며, 그 조도는 각각 4.0 nm 및 5.0 nm이다. 본 개시에서 형성된 금속 전이층이 이러한 형상 특징을 가짐으로써, 음극의 캐리어 주입의 유효 면적을 늘려, 캐리어 주입이 보다 용이하게 한다.
진일보하여, 기타 막층의 재료, 구조 및 두께가 완전히 동일한 경우, 금속 알루미늄, 인듐 및 주석으로 만들어진 금속 전이층을 갖는 도 9에 나타내는 바와 같은 발광 다이오드 QLED-1, QLED-2, QLED-3 및 금속 전이층이 없는 발광 다이오드 QLED-0을 각각 제조하여 얻는다. 금속 전이층은 본 개시의 열분해 방법에 의해 증착되며, 증착 속도는 2 옹스트롬/초이다. 본 개시에 따른 발광 다이오드의 구성 중 하나는 하기와 같다: 유리 베이스 기판/ITO(200nm)/PEDOT:PSS(10nm)/TFB(20nm)/TCTA(10nm)/ZnO(200nm)/Sn(10nm)/IZO(200 nm), 기타 소자는 단지 금속 전이층의 구성 재료만 상이하고, QLED-0은 금속 전이층이 없다. QLED-1, QLED-2, QLED-3 및 QLED-0에 각각 전기가 통하게 하고, 이 네 개의 소자의 휘도 및 전류를 측정하여 전류 효율을 산출한다. 도 8이 나타내는 바와 같이, QLED-1, QLED-2, QLED-3 및 QLED-0의 휘도(Luminance)-전류 효율(Current Efficiency) 그래프를 얻는다. 도 8에서 알 수 있듯이, QLED-1, QLED-2, QLED-3은 QLED-0에 비해 모두 발광 효율이 개선되었으며, 특히 QLED-3의 전류 효율이 현저하게 개선되었다. 당해 성능 테스트 결과는 도 2-4에서 관찰된 표면 조도 결과와 일치한 바, 즉, QLED-1, QLED-2 및 QLED-3에서의 금속 전이층의 조도가 순차적으로 점차 증가하였다. 따라서, 증착 형성된 금속 전이층의 조도는 QLED 소자의 전류 효율과 양의 상관관계가 있다.
상기의 재료로 제조된 금속 전이층의 거친 표면은 불연속적인 아일랜드 형상을 가지며, 당해 아일랜드 형상은 금속 전이층 표면으로부터 산출된 높이 h2가 3 나노미터, 4 나노미터, 5 나노미터, 8 나노미터 이하, 또는 심지어 10 나노미터 이하인 돌출체를 갖는다. 당해 돌출체의 높이는 제조된 금속 전이층의 두께에 의존한다. 당해 불연속적인 아일랜드 형상은 광 방출에 긍정적인 영향을 미쳐, 광선이 쉽게 거울 반사되지 않게 한다. 그리고, 광선의 출사 각도가 상이하고, 이러한 광선은 또한 빛의 간섭을 형성할 수 있어, 투과된 광선의 강도가 높도록 하는바, 이는 광 방출에 긍정적인 영향을 미치게 된다.
본 개시의 선택적인 실시예에 따른 발광 다이오드에서, 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 재료에 의해 금속 전이층을 제조한다. 선택적으로, 상기 금속 전이층을 제조하는 재료는, 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나이거나; 또는 주석과 주석 산화물의 혼합 재료이다. 진일보하여 선택적으로, 상기 금속 전이층을 제조하는 재료는, Al, In, Sn, Ag, Sn-Al 또는 Sn-Ag 합금, 및 금속 주석과 주석 산화물이다. 이러한 재료로 만들어진 금속 전이층에 의해, 전자 수송층과 음극 사이의 일 함수 차이를 조절할 수 있다. 그리고, 합금 재료 또는 주석과 주석 산화물 재료에 의해 금속 전이층이 구성되는 경우, 각 금속간의 비율 또는 주석과 주석 산화물간의 비율을 조정함으로써 전자 수송층과 음극 사이의 일 함수 차이를 진일보하여 조정할 수도 있다. 따라서, 본 개시의 금속 전이층은 QLED 소자의 효율을 개선한다. 선택적으로, 상기 합금 재료는 주석과 기타 금속, 예컨대 은, 알루미늄 및 인듐 중 적어도 하나이다. 진일보하여 선택적으로, 주석과 기타 금속, 예컨대 은, 알루미늄 또는 인듐의 원자비는 5:1 내지 1:1이고, 심지어 원자비는 선택적으로 3:1 내지 1:1이다. 당해 원자비는 궁극적으로 전자 수송층의 재료와 음극의 재료에 의존하는 바, 당해 비율은 금속 전이층과 전자 수송층 사이의 일 함수 차이를 조절하는데 적합하기만 하면 된다.
선택적으로, 상기 금속 전이층을 제조하는 재료는 주석과 주석 산화물의 혼합물이다. 주석은 전자 수송층과의 매칭도가 높으며, 산화 주석은 금속 전이층과 음극(투명 전도성 산화물) 사이의 매칭도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 주석과 주석 산화물의 혼합물의 적용에 의해 캐리어 주입의 난이도를 한층 더 저하시킬 수 있다. 주석과 주석 산화물의 혼합물에서, 금속 주석의 몰 비 함량은 선택적으로 50% 이상인 것으로, 예컨대 60%, 70%, 80% 또는 90%일 수 있다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 두께는 0.5 나노미터 내지 15 나노미터인 것으로, 금속 전이층의 두께가 비교적 얇아, 광선의 투과성을 향상시키는데 유리하다. 진일보하여 선택적으로, 상기 금속 전이층의 두께는 3.5 나노미터 내지 15 나노미터이고, 심지어 5 나노미터 내지 10 나노미터, 상기 금속 전이층의 표면 조도는 선택적으로 1 나노미터 내지 10 나노미터, 심지어 3 나노미터 내지 10 나노미터, 더 심지어는 3 나노미터 내지 8 나노미터일 수 있다.
전자 수송층 상에 금속 전이층이 증착되어 형성된 불연속적인 아일랜드 형상에 있어서, 당해 아일랜드 형상의 돌출 높이는 10 nm 이하이다. 금속 전이층의 광투과성과 금속 전이층이 전자 수송층에 임베딩되는 임베딩 정도를 함께 돌보기 위해, 상기 금속 전이층의 두께는 선택적으로 5 나노미터 내지 10 나노미터일 수 있다. 이때, 금속 전이층의 광투과성이 강하고, 전자 수송층으로의 임베딩 정도가 높으며, 캐리어 주입의 유효 면적이 커, 캐리어 주입의 난이도 저하에 기여한다.
선택적으로, 상기 금속 전이층은, 스퍼터링 방식, 열분해 방식 또는 원자층 증착 방식에 의해, 상기 전자 수송층 상에 재료를 증착시켜 얻어진다.
선택적으로, 상기 투명 전도성 산화물 재료는 ITO 또는 IZO이다.
선택적으로, 상기 음극의 층 두께는 50 ~ 5000 nm이다.
선택적으로, 전자 수송층은 산화 아연 (ZnO)으로 만들어진다.
선택적으로, 본 개시의 기타 몇몇 실시예들에서, 상기 발광 다이오드(10)는 순차적으로 설치된 정공 주입층(16, Hole Inject Layer, HIL로 약칭) 및 정공 수송층(17, Hole Transport Layer, HTL로 약칭)을 더 포함할 수 있는데, 구체적으로는 도 9에 나타내는 바와 같다. 상기 정공 주입층(16)은 상기 정공 수송층(17)과 상기 양극(11) 사이에 위치하고, 상기 정공 수송층(17)은 상기 정공 주입층(16)과 상기 발광층(12) 사이에 위치한다.
선택적으로, 정공 주입층은 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜):폴리(스티렌 술포네이트)(PEDOT:PSS)으로 만들어진다. 선택적으로, 정공 수송층은 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-co-N-(4-부틸페닐)디페닐아민)(TFB)으로 만들어진다.
선택적으로, 상기 발광 다이오드는 상부 발광 구조의 발광 다이오드이다. 상부 발광 구조의 발광 다이오드는 협대역 방출을 실현가능하여, 방출되는 빛의 색순도를 한층 더 향상시킨다.
본 개시의 실시예에서, 발광 다이오드는 금속 전이층을 포함함으로써, 하나의 마이크로 캐비티를 형성한다. 필요에 따라 당해 마이크로 캐비티의 캐비티 길이를 조절할 수 있다. 구체적으로, 음극, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층 및/또는 정공 주입층의 두께를 조절함으로써, 캐비티 길이가 조절가능한 마이크로 캐비티를 형성할 수 있다. 이에 의해, 방출 광 분포가 조절 제어되어, 광 방출에 더욱 긍정적인 영향을 미치게 된다.
본 개시의 선택적인 실시예에서, 상기의 발광 다이오드를 포함하는 표시 기판을 더 제공한다.
본 개시의 선택적인 실시예에서, 상기의 발광 다이오드 또는 상기의 표시 기판을 포함하는 표시 장치를 더 제공한다. 구체적으로, 하기의 예에 한정되지는 않으나, 나타낸 표시 장치는 기판, 상기 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이, 박막 트랜지스터 어레이 상에 위치하는 양극, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 형성된 정공 수송층, 상기 정공 수송층 상에 형성된 발광층, 상기 발광층 상에 형성된 전자 수송층, 상기 전자 수송층 상에 형성된 음극, 상기 음극 위에 마련되어 상기 기판과 부착된 패키지 커버 플레이트 및 상기 기판과 패키지 커버 플레이트를 점착시키는 실란트 프레임을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시형태에서, 발광 다이오드를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은,
양극, 발광층 및 전자 수송층을 제조하는 단계;
금속 전이층을 제조하는 단계 - 상기 금속 전이층은 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 재료로 만들어짐 - ; 및
투명 전도성 산화물 재료로 만들어지는 음극을 제조하는 단계를 포함한다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법의 플로우 개략도를 나타내고 있다. 당해 방법은 하기 단계 S81 내지 단계 S83을 포함한다.
단계 S81: 양극, 발광층 및 전자 수송층을 순차적으로 제조한다. 구체적으로, 질소의 건조 환경하에서 스핀 코팅, 코팅 등의 방식에 의해 양극, 발광층 및 전자 수송층을 순차적으로 제조할 수 있다.
단계 S82: 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하며, 상기 금속 전이층은 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 재료로 만들어진다.
단계 S83: 상기 금속 전이층 상에 음극을 제조하며, 상기 음극은 투명 전도성 산화물 재료로 만들어진다.
상기의 제조 방법은 단지 본 개시의 일례인 것으로, 본 개시에 따른 발광 다이오드는 상기의 방법에 의해 제조되는 것으로 한정되지 않으며, 기타 방법에 의해 제조될 수도 있다. 예를 들어, 먼저 양극을 제조한 다음, 금속 발광층 및 전자 수송층을 제조하고 나서, 금속 전이층, 음극을 제조하여, 도 1에 나타내는 바와 같은 구조의 발광 다이오드를 얻을 수 있거나; 또는, 먼저 음극을 제조한 다음, 금속 전이층 및 전자 수송층을 제조하고 나서, 발광층 및 양극 등을 제조하여, 도 11에 나타내는 바와 같은 구조의 발광 다이오드를 얻을 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 발광 다이오드는, 일 함수 WF가 전자 수송층의 재료의 LUMO와 음극이 만들어지는 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 재료에 의해 금속 전이층이 제조되어, 음극의 캐리어 주입이 보다 용이하게 하는바, 따라서 발광 다이오드에 인가되는 동작 전압을 낮출 수 있으며, 나아가 그 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 단계 S81에서의 발광층은 양자점 발광층이고, 본 개시의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 발광 다이오드는 양자점 발광 다이오드이다.
선택적으로, 상기 금속 전이층의 재료는 금속 Al, In, Ag 또는 Sn이다. 그리고, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는, 스퍼터링 방식, 열분해 방식 또는 원자층 증착 방식에 의해, 상기 전자 수송층 상에 금속 또는 합금을 증착시켜, 상기 금속 또는 상기 합금으로 만들어진 상기 금속 전이층을 얻는 단계를 포함한다. 제조된 발광 다이오드의 효율의 관점에서 볼 때, 선택적으로 금속 Sn, In 또는 Al을 적용할 수 있으며, 심지어 더 바람직하게는 금속 Sn을 적용할 수 있다.
선택적으로, 열분해 방식을 적용할 경우, SnH4 부가물 어닐링의 방식에 의해 주석을 증착시킬 수 있다. 즉, 전자 수송층 상에 SnH4 용액을 분사하거나 스핀 코팅한다. 당해 SnH4 용액은 부가물 SnH4을 함유하고 있으며, 주석 및 H2로 열분해되어, 주석으로 만들어진 상기 금속 전이층이 얻어진다. 부가물은 질소 함유 부가물로서, SnH4용액의 안정성을 유지하고, SnH4가 액체 형태로 용액 중에 존재하도록 하는바, 이는 후속 반응에 유리하다. 선택적으로, 원자층 증착 방식을 적용할 경우, 기판을 진공 증착 시스템에 넣어, 5 ~ 10 nm 금속 Sn을 증착시킬 수 있으며, 증착 속도는 0.5 ~3 
/초일 수 있는바, 예컨대, 1~2 
/초일 수 있다.
선택적으로, 주석 함유 재료는 주석과 기타 금속의 합금이다. 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는, 스퍼터링 방식, 열분해 방식 또는 원자층 증착 방식에 의해, 상기 전자 수송층 상에 주석과 기타 금속을 증착시켜, 주석과 기타 금속의 합금으로 만들어진 상기 금속 전이층을 얻는 단계를 포함한다.
예컨대, 주석과 기타 금속을 공동 증착으로 증착시키고, 주석과 기타 금속의 증착 속도를 제어하여, 소망하는 비율의 금속 합금을 얻을 수 있으며, 증착 후, 주석과 기타 금속 의 합금 또는 고체로 만들어진 금속 전이층이 얻어진다.
선택적으로, 상기 기타 금속은 은, 알루미늄 및 인듐 중 적어도 하나를 포함한다. 진일보하여, 기타 금속으로서 금속 알루미늄 또는 인듐을 선택할 수 있다.
선택적으로, 상기 주석 함유 재료는 주석과 주석 산화물의 조합이며, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는, 스퍼터링 방식, 열분해 방식 또는 원자층 증착 방식에 의해, 상기 전자 수송층 상에 주석을 증착시키고, 증착된 주석에 대해 산소 플라즈마 처리를 수행하여, 주석과 주석 산화물로 만들어진 상기 금속 전이층을 얻는 단계를 포함한다. 이 때, 금속 전이층에서의 산화 주석은 금속 전이층과 음극 사이의 매칭도를 향상시킬 수 있어, 따라서 캐리어 주입의 난이도를 한층 더 저하시킨다.
선택적으로, 상기 투명 전도성 산화물 재료는 ITO 또는 IZO이다. 선택적으로, 스퍼터링 증착 방식에 의해 투명 전도성 산화물 재료층을 제조할 수 있다. 증착 공정의 파라미터로서, 0.1 ~ 15 Pa에서, 아르곤(Ar) 10 ~ 100 sccm의 유속으로, 50 ~ 500 nm의 ITO 또는 IZO를 증착시킨다.
선택적으로, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 상부 발광 구조의 발광 다이오드는, 협대역 방출을 실현가능하여, 방출되는 빛의 색순도를 한층 더 향상시킨다.
선택적으로, 상기의 단계 S81은, 상기 베이스 기판 상에 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 순차적으로 제조하는 단계를 포함한다. 진일보하여 선택적으로, 질소의 건조 환경 하에서 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 순차적으로 제조할 수 있다.
선택적으로, 양극 상에 PEDOT:PSS를 증착시켜, 정공 주입층을 만들 수 있다.
선택적으로, 정공 주입층 상에 TFB를 증착시켜, 정공 수송층을 만들 수 있다.
선택적으로, 발광층 상에 산화 아연을 증착시켜, 전자 수송층을 만들 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법에 의해 제조된 발광 다이오드는 금속 전이층을 포함하여, 이로써 하나의 마이크로 캐비티를 형성한다. 필요에 따라 당해 마이크로 캐비티의 캐비티 길이를 조절할 수 있다. 구체적으로, 음극, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층 및/또는 정공 주입층의 두께를 조절함으로써, 캐비티 길이가 조절가능한 마이크로 캐비티를 형성할 수 있다. 이에 의해, 방출 광 분포가 조절 제어되어, 광 방출에 더욱 긍정적인 영향을 미치게 된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 또는 과학 용어는 본 개시가 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 통상적인 의미를 갖는다. 본 개시의 특허 발명 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '제1', '제2'및 유사한 단어는 어떠한 순서, 수량 또는 중요성도 나타내지 않고, 단지 상이한 구성 부분을 구별하기 위해 사용된다. '연결' 또는 '서로 이어짐' 등의 유사한 단어는 물리적 또는 기계적 연결에 한정되지 않고, 직접적 또는 간접적을 불문하고 전기적 접속을 포함할 수 있다. '위', '아래', '좌', '우' 등은 상대적 위치 관계를 나타내는데만 사용되는 것으로, 설명되는 대상의 절대적 위치가 변경되면, 해당 상대적 위치 관계도 상응하게 변경된다.
상기한 바는 본 개시의 선택적인 실시형태이다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서, 본 개시에 따른 원리를 벗어나지 않고, 몇몇 개선 및 윤색이 더 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 수정도 본 개시의 보호 범위로 간주되어야 함을 일러 둔다.
Claims (18)
- 발광 다이오드에 있어서,
양극, 발광층, 전자 수송층, 음극 및 전자 수송층과 음극 사이에 위치하는 금속 전이층을 포함하고,
상기 음극은 투명 전도성 산화물 재료를 포함하고, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 상기 음극의 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 발광 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 금속 전이층은 음극과 접촉하며, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도 Rms는 1.0 nm보다 크고, 상기 조도는 AFM 사진에서 측정되어 산출된 제곱 평균 제곱근으로 나타낸 조도인 발광 다이오드. - 제2항에 있어서,
상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도는 1.0 nm 내지 5.0 nm인 발광 다이오드. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나의 금속으로 만들어지는 발광 다이오드. - 제4항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 Sn, Sn-Al 또는 Sn-Ag 합금으로 만들어지는 발광 다이오드. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어지는 발광 다이오드. - 제6항에 있어서,
상기 금속 주석의 혼합 재료에서의 몰 비 함량은 50% 이상인 발광 다이오드. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층의 두께는 1.5 나노미터 내지 15 나노미터인 발광 다이오드. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면은 불연속적인 아일랜드 형상을 가지며, 아일랜드 형상의 돌출 높이는 10 nm 이하인 발광 다이오드. - 표시 장치에 있어서,
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 발광 다이오드를 포함하는 표시 장치. - 발광 다이오드를 제조하는 방법에 있어서,
양극, 발광층 및 전자 수송층을 제조하는 단계;
금속 전이층을 제조하는 단계; 및
투명 전도성 산화물을 포함하는 재료로 만들어진 음극을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 금속 전이층은 전자 수송층과 음극 사이에 위치하며, 상기 금속 전이층의 재료의 일 함수 WF는 전자 수송층의 재료의 LUMO와 상기 음극의 재료의 일 함수 WF 사이에 개재하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 금속 전이층은 음극과 접촉하며, 상기 금속 전이층의 음극과 접촉하는 표면의 조도는 1.0 nm보다 크고, 상기 조도는 AFM 사진에서 측정되어 산출된 제곱 평균 제곱근으로 나타낸 조도인 방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 Al, In, Ag 및 Sn 중 적어도 하나의 금속으로 만들어지는 방법. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어지는 방법. - 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 전이층을 제조하는 단계는,
스퍼터링 공정, 열분해 공정 또는 원자층 증착 공정에 의해, 금속 전이층을 증착시키는 단계를 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 금속 전이층의 증착 속도는 0.5 ~ 3 옹스트롬/초이고, 상기 증착 속도는 단위시간내에 증착되어 형성되는 층의 두께로 나타내는 방법. - 제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 금속 전이층은 금속 주석과 주석 산화물의 혼합 재료로 만들어지며, 상기 방법은,
증착된 주석에 대해 산소 플라즈마 처리를 수행하여, 주석과 주석 산화물로 만들어진 상기 금속 전이층을 얻는 단계를 더 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 제조하는 단계는,
SnH4 부가물을 열분해시켜 금속 Sn을 증착시키고, 상기 전자 수송층 상에 금속 전이층을 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
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