KR20210070464A - 발광 소자 및 이를 포함한 장치 - Google Patents
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Abstract
제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치된 발광층;을 포함하고, 상기 발광층은 정공 전달 리간드를 갖는 제1양자점 및 전자 전달 리간드를 갖는 제2양자점을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제1양자점 및 상기 제2양자점의 벌크 이종접합(bulk heterojunction)을 포함한 발광 소자가 개시된다.
Description
발광 소자 및 이를 포함한 장치에 관한 것이다.
발광 소자는 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자이다. 발광 소자 중 양자점 발광 소자는 색순도가 높고, 발광 효율이 높으며 다색화가 가능하다.
상기 발광 소자는 기판 상부에 제1전극이 배치되어 있고, 상기 제1전극 상부에 정공 수송 영역(hole transport region), 발광층, 전자 수송 영역(electron transport region) 및 제2전극이 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 제1전극으로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동하고, 제2전극으로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
양자점 발광 소자의 발광층은 효율적인 전하 주입을 위하여 양자점을 수 개의 층으로 적층하여 형성되나, 이 경우 발광층에 핀홀이나 균열이 생겨 전류 누설 경로로 작용할 수 있고, 소자의 수명에 악영향을 미친다.
따라서, 발광층에 결함이 없고 효율 및 수명이 향상된 고품위 발광 소자의 개발이 여전히 요구된다.
발광층에 포함된 제1양자점 및 제2양자점이 벌크 이종접합을 이루는 발광 소자 및 이를 포함한 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면,
제1전극;
상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치된 발광층;을 포함하고,
상기 발광층은 정공 전달 리간드를 갖는 제1양자점 및 전자 전달 리간드를 갖는 제2양자점을 포함하고,
상기 발광층은 상기 제1양자점 및 상기 제2양자점의 벌크 이종접합(bulk heterojunction)을 포함한, 발광 소자가 제공된다.
일 구현예에서, 상기 제1양자점 및 상기 제2양자점은 서로 독립적으로, 제1반도체 결정을 포함한 코어(core) 및 제2반도체 결정을 포함한 쉘(shell)을 포함한 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1반도체 및 상기 제2반도체는 서로 독립적으로, II-VI족 반도체 화합물; III-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 화합물; I-III-VI족 반도체 화합물; 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1반도체는 III-V족 반도체 화합물, II-VI족 반도체 화합물, I-III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2반도체는 II-VI족 반도체 화합물, III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 정공 전달 리간드는 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐, 알킬아민, 아릴 아민, 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 소자는 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 물질을 포함한 정공 수송층을 더 포함하고, 상기 정공 전달 리간드는 상기 정공 수송 물질로부터 유래된 부분 구조를 포함하는 화합물일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 전자 전달 리간드는 헤테로시클릭 그룹-함유 화합물, 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 알킬아민, 아릴 아민 및 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광층의 두께는 10 nm 내지 100 nm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 소자는 상기 제1전극의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 제1전극은 애노드이고, 상기 제2전극은 캐소드이고, 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 발광 소자는 상기 제1전극의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 제1전극은 캐소드이고, 상기 제2전극은 애노드이고, 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 전자 수송 영역 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 정공 수송 영역을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 발광 소자 및 박막 트랜지스터를 포함하고,
상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 활성층 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 발광 소자의 제1전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나가 전기적으로 접촉되어 있는, 장치가 제공된다.
상기 발광 소자는 누설 전류가 없고 전하 주입 및 이동이 향상되어 고효율 및 장수명을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 효율-전압을 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 애노드로부터의 거리에 따른 전자 농도를 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 5은 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 애노드로부터의 거리에 따른 정공 농도를 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1 및 2에서 제작된 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도를 시뮬레이션 계산한 J-V 곡선이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1 및 2에서 제작된 발광 소자의 전압에 따른 휘도를 시뮬레이션 계산한 휘도-전압 곡선이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 효율-전압을 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 애노드로부터의 거리에 따른 전자 농도를 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 5은 실시예 1 및 비교예 1의 발광 소자의 애노드로부터의 거리에 따른 정공 농도를 시뮬레이션 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1 및 2에서 제작된 발광 소자의 전압에 따른 전류밀도를 시뮬레이션 계산한 J-V 곡선이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1 및 2에서 제작된 발광 소자의 전압에 따른 휘도를 시뮬레이션 계산한 휘도-전압 곡선이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
[도 1 및 2에 대한 설명]
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 발광 소자(10)는 제1전극(110)을 포함하고, 제1전극(110)으로부터 차례대로 적층된, 정공 수송 영역(130), 발광층(150), 전자 수송 영역(170) 및 제2전극(190)을 포함한다.
상기 발광 소자(10)는 상기 제1전극(110)의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 제1전극(110)이 애노드이고, 상기 제2전극(190)이 캐소드인, 정구조 발광 소자일 수 있다.
도 2은 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자(20)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 발광 소자(20)는 제1전극(110)을 포함하고, 제1전극(110)으로부터 차례대로 적층된, 전자 수송 영역(170), 발광층(150), 정공 수송 영역(130) 및 제2전극(190)을 포함한다.
상기 발광 소자(20)는 상기 제1전극(110)의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 제1전극(110)이 캐소드이고, 상기 제2전극(190)이 애노드인, 역구조(inverted) 발광 소자일 수 있다.
일 구현예에 따른 도 1 및 2의 발광 소자(10, 20)는 정공 수송 영역(130) 및 전자 수송 영역(170)을 모두 포함하는 것으로 도시되었으나, 다른 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(130) 및 전자 수송 영역(170) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자(10, 20)의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
[제1전극(110)]
도 1 및 2의 제1전극(110)의 하부 또는 제2전극(190)의 상부에는 기판이 추가로 배치될 수 있다. 상기 기판으로는, 기계적 강도, 열안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극(110)은, 예를 들면, 기판 상부에, 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(110)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 투과형 전극인 제1전극(110)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화갈륨아연(GZO), 산화알루미늄아연(AZO), InZnSnOx(IZSO), ZnSnOx(ZSO), 그래핀, PEDOT:PSS, 황산(H2SO4) 처리된 PEDOT:PSS, 염산(HCl) 처리된 PEDOT:PSS, 요오드화수소(HI) 처리된 PEDOT:PSS, 질산(HNO3) 처리된 PEDOT:PSS, 탄소 나노튜브, 은 나노와이어(Ag nanowire), 금 나노와이어(Au nanowire), 금속 메쉬(metal mesh) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는, 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 제1전극(110)을 형성하기 위하여, 제1전극용 물질은, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(110)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(110)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[발광층(150)]
상기 발광 소자(10)가 풀 컬러 발광 소자일 경우, 발광층은, 개별 부화소별로, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다. 또는, 상기 발광층은, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 중에서 선택된 2 이상의 층이 접촉 또는 이격되어 적층된 구조를 갖거나, 적색광 방출 물질, 녹색광 방출 물질 및 청색광 방출 물질 중에서 선택된 2 이상의 물질이 층구분없이 혼합된 구조를 가져, 백색광을 방출할 수 있다.
상기 발광층(150)은 정공 전달 리간드를 갖는 제1양자점(111) 및 전자 전달 리간드를 갖는 제2양자점(112)을 포함할 수 있다.
상기 발광층(150)은 상기 제1양자점(111) 및 상기 제2양자점(112)의 벌크 이종접합(bulk heterojunction)을 포함할 수 있다.
벌크 이종접합이란, 발광층(150)에 포함된 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)이 서로 혼재되어 있는 것을 의미한다.
양자점을 단일층 또는 복수의 층으로 적층하여 양자점 발광층을 형성하는 경우, 1 내지 3층의 양자점 층 적층 구조의 발광층은 상대적으로 얇은 두께, 예를 들어 5 내지 20nm의 두께를 가지므로 발광층에 핀홀이나 균열이 생겨 전류 누설 경로로 작용할 수 있다. 또한, 핀홀 및 균열은 외부 환경 물질, 예를 들면, 수분, 산소 등의 이동 통로가 될 수 있어, 소자의 수명에 악영향을 미친다. 또한, 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)이 혼재된 발광층과 달리, 제1양자점(111)을 포함한 양자점층 및 제2양자점(112)을 포함한 양자점층을 교대로 적층하여 형성하는 경우 제조 공정이 복잡하여 제조 비용이 증가한다.
반면에, 일 구현예에 따른 발광소자(10, 20)의 발광층(150)은 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)의 벌크 이종접합을 포함하므로, 적층 구조의 양자점 발광층에 비하여 두꺼운 발광층(150)을 형성할 수 있다. 더불어, 발광층(150)에 형성된 벌크 이종접합은 제1양자점(111)과 제2양자점(112)이 접하는 계면 면적을 증가시킬 수 시킨다. 이에 따라, 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)의 계면이 전하 이동 경로로 작용하여 상기 양자점(111, 112) 내부로 전하 주입이 효율적으로 이루어질 수 있다.
양자점이 표면에 정공 전달 리간드와 전자 수송 리간드를 모두 가질 경우, 발광층의 에너지 레벨이 안정적이지 않아, 전극으로부터 발광층으로 정공 및 전자 주입이 효율적으로 일어나지 않게 된다. 또한, 양자점 발광층과 정공 수송 영역의 계면 및/또는 양자점 발광층과 전자 수송 영역의 계면에서 엑시톤 소광이 일어날 수 있어, 발광 소자의 효율 및 수명이 저하될 수 있다. 반면, 일 구현예에 따른 발광 소자(10)는 정공 전달 리간드를 갖는 제1양자점(111) 및 전자 전달 리간드를 갖는 제2양자점(112)이 혼합된 발광층(150)을 포함하므로, 에너지 레벨 조절이 용이하고, 엑시톤 소광이 방지되어 발광 효율 및 수명이 향상될 수 있다.
상기 발광층(150)은 제1양자점(111)과 제2양자점(112)을 혼합한 발광층 형성용 조성물을 사용하여 용액 공정으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 발광층을 수십 내지 수백 나노미터의 두께로 형성하더라도 발광층에 형성된 벌크 이종접합에 의하여 여과 경로 (percolation pathway)를 형성하여, 발광층으로 주입된 전자 및 정공의 확산 거리가 증가할 수 있다. 이에 따라, 발광층에 주입된 전자 및 정공은 효과적으로 확산되어 발광층 영역에서 발광 재결합(radiative recombination)할 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 발광 소자는, 발광층 중 여과 경로를 형성함에 따라 정공-전자 재결합 비율이 증가하고, 이에 따라 발광층 중 엑시톤 농도가 증가하므로 발광 효율이 증가할 수 있다. 또한, 핀홀이나 균열 등의 결함이 실질적으로 없는 균일한 발광층을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 발광 소자(10)는 누설 전류가 발생하지 않고, 소자의 수명이 향상될 수 있다.
더불어, 일 구현예에 따른 발광 소자(10, 20)는 발광층 형성 시 용액 공정 단계가 단순화되어 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
상기 발광 소자(10, 20)는 발광층(150)이 정공 전달 리간드를 포함한 제1양자점(111) 및 전자 전달 리간드를 포함한 제2양자점(112)을 모두 포함하므로, 발광층(150)으로 주입되는 정공과 전자가 균형을 이루어 효율 및 수명 특성이 향상될 수 있다.
상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)은 광에 의한 자극으로 발광할 수 있는 양자점일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)은, II-VI족 반도체 화합물; III-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 화합물; I-III-VI족 반도체 화합물; 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 II-VI족 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe 등과 같은 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe MgZnS, MgZnSe 등과 같은 삼원소 화합물; CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 III-VI족 반도체 화합물은 In2S3, Ga2S3 등과 같은 이원소 화합물; InGaS3, InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 III-V족 반도체 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등과 같은 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InAsP, InGaP, InGaAs, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, 등과 같은 삼원소 화합물; GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다. 상기 III-V족 반도체 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다(예를 들어, InZnP 등)
상기 IV-VI족 반도체 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 등과 같은 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 등과 같은 삼원소 화합물; SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 IV족 원소 또는 이를 포함하는 화합물은 Si 및/또는 Ge; SiC, SiGe 등과 같은 이원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 I-III-VI족 반도체 화합물은 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 등과 같은 삼원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다. 상기 I-III-VI족 반도체 화합물은 II족 원소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 I-III-VI족 반도체 화합물은 CuInZnS과 같은 사원소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)은 성분 및 조성이 균질한(homogeneous) 단일 구조; 또는 코어-쉘(core-shell) 구조, 그래디언트(gradient) 구조 등과 같은 복합 구조;를 가질 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1양자점(111) 및 상기 제2양자점(112)은 제1반도체 결정을 포함한 코어(core) 및 제2반도체 결정을 포함한 쉘(shell)을 포함한 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 코어-쉘은 서로 상이한 물질을 포함할 수 있다.
상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 코어-쉘 구조에서, 코어(core)와 쉘(shell)을 이루는 각각의 물질은 상술한 바와 같은 반도체 화합물 중에서 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1반도체는 III-V족 반도체 화합물, II-VI족 반도체 화합물, I-III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2반도체는 II-VI족 반도체 화합물, III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 제1반도체 및 제2반도체는 서로 독립적으로, InN, InP, InAs, InSb, InAsP, InGaAs, InGaP, GaP, GaN, GaSb, GaAs, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdS, CdSe, CdTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2, CuInZnS, ZnS, ZnSe, ZnTe, In2S3, Ga2S3, InGaS3, InGaSe3 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1반도체는 InN, InP, InAs, InSb, InAsP, InGaAs, InGaP, GaP, GaN, GaSb, GaAs, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, ZnSeS, ZnSeTe, CdS, CdSe, CdTe, CdSeTe, CdZnSe, ZnCdSe, AgInS2, CuInS, CuInZnS, 또는 이의 임의의 조합을 포함하고, 상기 제2반도체는 ZnS, ZnSe, ZnTe, In2S3, Ga2S3 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)은 각각 II-VI족 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)은 습식 화학 공정(wet chemical process), 유기금속 화학증착 공정(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition) 또는 분자선 에피텍시 공정(MBE, molecular beam epitaxy) 등과 같은 다양한 방법에 의하여 합성될 수 있다.
상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)의 평균 입경은 1nm 내지 20nm, 예를 들면, 1nm 내지 15nm, 다른 예로서, 3nm 내지 15nm일 수 있다.
상기 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)이 코어-쉘 구조를 가질 경우, 코어의 반지름과 쉘 두께의 비는 2 : 8 내지 8 : 2, 예를 들면, 3 : 7 내지 7 : 3, 또 다른 예로서, 4 : 6 내지 6 : 4일 수 있다.
상기 정공 전달 리간드는 제1양자점(111)의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 전달 리간드는 제1양자점(111)의 표면에 결합되어 제1양자점(111)을 패시베이션할 수 있다.
상기 정공 전달 리간드는 애노드로부터 주입되는 정공을 제1양자점(111) 내부로 효율적으로 주입시키는 역할을 할 수 있다.
상기 정공 전달 리간드는 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐, 알킬아민, 아릴 아민 및 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 공액 구조를 포함한 유기물 리간드는 치환 또는 비치환된 C2-C20알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기 및 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기 중에서 선택된 그룹을 적어도 하나 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 공액 구조를 포함한 유기물 리간드는 에틸렌기, 프로필렌기, 아세틸렌기, 플루오레닐기, 페닐렌비닐렌기, 피롤기, 싸이오펜기, 카르바졸일기, 아닐린기, 페닐렌설파이드기, 페닐렌기 및 옥틸플루오렌기 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 공액 구조를 포함한 유기물 리간드는 전술한 치환기 외에도 시아노기, 아민기, 에테르기, 히드록시기, 니트릴기 및 니트로기 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 카르복실산 또는 이의 염은 C5-C30 포화 또는 불포화 지방산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옥탄산, 데칸산, 도데칸산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 티올계 화합물은 적어도 하나의 머캅토기(-SH)를 갖는 화합물을 의미한다.
상기 티올계 화합물은 메탄티올, 에탄티올, 프로판티올, 부탄티올, 펜탄티올, 헥산티올, 헵탄티올, 옥탄티올, 노난티올, 데칸티올, 운데칸티올, 도데칸티올, 1,2-에탄디티올, 벤젠티올, 1,4-벤젠디티올, 1,3-벤젠디티올, 1,2-벤젠디티올, 3-머캅토-프로피온산, 2-머캅토프로피온산, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 알킬아민은 적어도 하나의 아미노기(-NH2)로 치환된 C1-C20알킬아민을 포함한다. 상기 알킬아민은 1가, 2가 또는 3가의 알킬아민을 포함할 수 있다. 또한, 상기 알킬아민은 모노아민 및 폴리아민을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알킬아민은 1,2-에틸렌디아민을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴 아민은 m-MTDATA, TDATA, 2-TNATA, α-NPB, β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, 메틸화된-NPB, TAPC, HMTPD, TCTA, CBP, BMA-nT, TBA, tri(o-terphenyl-4-yl)amine (o-TTA), tri(p-terphenyl-4-yl)amine (p-TTA), tri(m-terphenyl-4-yl)amine (m-TTA), TPTE, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 암모늄염 화합물은 테트라부틸암모늄 브롬화물, 테트라부틸암모늄 요오드화물, 테트라부틸암모늄 염화물, 테트라부틸암모늄 불화물, 티오시안산 암모늄(NH4SCN), 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 전달 리간드는정공 전달 특성을 갖는 원소 및/또는 치환기를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(10, 20)는 정공 수송 물질을 포함한 정공 수송 영역(130)을 포함할 수 있다. 상기 정공 전달 리간드는 상기 정공 수송 영역에 포함된 정공 수송 물질로부터 유래된 부분 구조를 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 "정공 수송 물질로부터 유래된 부분 구조" 중 정공 수송 물질은 후술하는 정공 수송 영역에 포함될 수 있는 화합물 중 유기물에 대한 설명을 참조한다.
상기 정공 전달 리간드가 상기 정공 수송 물질로부터 유래된 부분 구조를 포함할 경우, 상기 정공 수송 물질과 상기 정공 전달 리간드가 유사한 화학적 구조를 공유하기 때문에 서로 유사한 HOMO 에너지 준위를 가진다. 즉, 정공 수송 영역의 정공 수송 물질과 상기 정공 전달 리간드의 HOMO 에너지 준위값의 차이가 작아, 정공 수송 영역으로부터 상기 정공 전달 리간드로의 정공 주입이 용이하다. 예를 들어, 정공 수송층이 정공 수송 물질로서 poly-TPD를 포함하고, 정공 전달 리간드가 트리페닐아민 유도체일 경우, 상기 정공 전달 물질과 상기 정공 전달 리간드는 트리페닐아민 부분 구조를 공유하기 때문에 π-π 상호작용이 향상되어 정공 수송층으로부터 발광층 중 정공 전달 리간드로의 정공 이동이 용이하게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 정공 전달 리간드를 통해 정공 수송층으로부터 상기 제1양자점(111)으로 정공 주입이 효율적으로 이루어질 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 정공 수송 영역(130)은 상기 발광층과 직접 접촉하는 정공 수송층을 포함하고, 상기 정공 수송 물질은 상기 정공 수송층에 포함될 수 있다.
상기 전자 전달 리간드는 제2양자점(112)의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 전달 리간드는 제2양자점(112)의 표면에 결합되어 반도체 나노 결정을 패시베이션할 수 있다.
상기 전자 전달 리간드는 캐소드로부터 주입되는 전자를 제2양자점(112) 내부로 효율적으로 주입시키는 역할을 할 수 있다.
상기 전자 전달 리간드는 헤테로시클릭 그룹-함유 화합물, 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐, 및 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐 및 암모늄염 화합물은 상술한 바와 같은 화합물을 포함할 수 있다.
상기 헤테로시클릭 그룹-함유 화합물은 분자 내에 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 헤테로시클릭 그룹을 적어도 하나 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 헤테로시클릭 그룹은 방향족 그룹 및 비방향족 그룹을 포함할 수 있다. 상기 헤테로시클릭 그룹은 전자 전달 특성을 갖는 그룹, 예를 들어 π 전자 결핍성 함질소 고리를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광층(150)의 두께는 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 상기 발광층(150)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
상기 발광층(150)은 단일층 또는 2 이상의 층이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 발광층(150)에 포함된 각 층은 제1양자점(111) 및 제2양자점(112)의 벌크 이종접합을 포함할 수 있다.
상기 발광층(150)은 상기 제1양자점(111) 및 상기 제2양자점(112)을 용매에 분산시킨 발광층 형성용 조성물을 제1전극(110) 상에 도포하고, 상기 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다.
상기 발광층 형성용 조성물의 도포는 스핀 코팅(spin coat)법, 캐스팅(casting)법, 마이크로 그라비아 코트(micro gravure coat)법, 그라비아 코트(gravure coat)법, 바 코트(bar coat)법, 롤 코트(roll coat)법, 와이어 바 코트(wire bar coat)법, 딥 코트(dip coat)법, 스프레이 코트(spry coat)법, 스크린(screen) 인쇄법, 플렉소인쇄(flexographic)법, 오프셋(offset) 인쇄법, 잉크젯(ink jet) 인쇄법 등을 사용하여 도포할 수 있다.
상기 용매는 물, 헥세인(Hexane), 클로로포름(Chloroform), 톨루엔(Toluene)등을 사용할 수 있으나, 발광층을 형성하는데 사용되는 재료를 용해할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
[정공 수송 영역(130)]
상기 정공 수송 영역(130)은, i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 정공 수송 영역(130)은, 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 발광 보조층 및 전자 저지층(EBL) 중에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 정공 수송 영역(130)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조를 갖거나, 제1전극(110)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층/정공 수송층, 정공 주입층/정공 수송층/발광 보조층, 정공 주입층/발광 보조층, 정공 수송층/발광 보조층 또는 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층의 다층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 영역(130)은 비정질의 무기물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 상기 무기물은 NiO, MoO3, Cr2O3, Bi2O3을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무기물은 p-형 무기 반도체로서, Cu, Ag 또는 Au의 요오드화물, 브롬화물, 염화물에 O, S, Se 또는 Te 등과 같은 비금속이 도핑된 p-형 무기 반도체; Zn을 포함한 화합물에 Cu, Ag 또는 Au 등과 같은 금속 및 N, P, As, Sb 또는 Bi와 같은 비금속 원소가 도핑된 p-형 무기 반도체; 또는 ZnTe와 같은 자발적 p-형 무기 반도체를 포함할 수 있다.
상기 유기물은 m-MTDATA, TDATA, 2-TNATA, NPB(NPD), β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, 메틸화된-NPB, DNTPD, TAPC, HMTPD, TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine (4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민)), Poly-TPD (Poly(N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine (폴리(N,N'-비스-4-부틸페닐-N,N'-비스페닐)벤지딘)), Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid (폴리아닐린/도데실벤젠술폰산)), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate) (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트))), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonic acid (폴리아닐린/캠퍼술폰산)), PANI/PSS (Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate) (폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)), 하기 화학식 201로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 202로 표시되는 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다:
<화학식 201>
<화학식 202>
상기 화학식 201 및 202 중,
L201 내지 L204는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
L205은, *-O-*', *-S-*', *-N(Q201)-*', 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xa1 내지 xa4는 서로 독립적으로, 0 내지 3의 정수 중에서 선택되고,
xa5는 1 내지 10의 정수 중에서 선택되고,
R201 내지 R204 및 Q201은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 202 중 R201과 R202는, 선택적으로(optionally), 단일 결합, 디메틸-메틸렌기 또는 디페닐-메틸렌기를 통하여 서로 연결될 수 있고, R203과 R204는, 선택적으로, 단일 결합, 디메틸-메틸렌기 또는 디페닐-메틸렌기를 통하여 서로 연결될 수 있다.
상기 정공 수송 영역(130)은 하기 화합물 HT1 내지 HT48 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
상기 정공 수송 영역(130)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공 수송 영역(130)이 정공 주입층 및 정공 수송층 중 적어도 하나를 포함한다면, 상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 9000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 상기 정공 수송 영역(130), 정공 주입층 및 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 발광 보조층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시키는 역할을 하는 층이고, 상기 전자 저지층은 전자 수송 영역(170)으로부터의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다. 상기 발광 보조층 및 전자 저지층에는 상술한 바와 같은 물질이 포함될 수 있다.
[p-도펀트]
상기 정공 수송 영역은 상술한 바와 같은 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 전하-생성 물질은 상기 정공 수송 영역 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 p-도펀트의 LUMO는 -3.5eV 이하일 수 있다.
상기 p-도펀트는, 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기-함유 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 p-도펀트는,
TCNQ (Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ (2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체;
텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물;
HAT-CN (1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile); 및
하기 화학식 221로 표시되는 화합물;
중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<HAT-CN>
<F4-TCNQ>
<화학식 221>
상기 화학식 221 중,
R221 내지 R223은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되되, 상기 R221 내지 R223 중 적어도 하나는 시아노기, -F, -Cl, -Br, -I, -F로 치환된 C1-C20알킬기, -Cl로 치환된 C1-C20알킬기, -Br로 치환된 C1-C20알킬기 및 -I로 치환된 C1-C20알킬기 중에서 선택된 적어도 하나의 치환기를 갖는다.
[전자 수송 영역(170)]
상기 전자 수송 영역(170)은 i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 수송 영역(170)은, 버퍼층, 정공 저지층, 전자 조절층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 전자 수송 영역(170)은, 발광층으로부터 차례로 적층된 전자 수송층/전자 주입층, 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층, 전자 조절층/전자 수송층/전자 주입층, 또는 버퍼층/전자 수송층/전자 주입층 등의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 수송 영역은(170) 전도성 금속 산화물, 플러렌 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, Mg 도핑된 ZnO (ZnMgO), Al 도핑된 ZnO (AZO), Ga 도핑된 ZnO (GZO), In 도핑된 ZnO (IZO), Al 도핑된 SnO2, Ga 도핑된 SnO2, In 도핑된 SnO2, Al 도핑된 TiO2, Ga-도핑된 TiO2, In-도핑된 TiO2, In2O3, Nb2O5, Fe2O3, CeO2, SrTiO3, Zn2SnO4, BaSnO3, In2S3, ZnSiO, PC60BM, PC70BM, Mg 도핑된 In2O3, Al 도핑된 In2O3, Ga 도핑된 In2O3, Mg 도핑된 Nb2O5, Al 도핑된 Nb2O5, Ga 도핑된 Nb2O5, Mg 도핑된 Fe2O3, Al 도핑된 Fe2O3, Ga 도핑된 Fe2O3, In 도핑된 Fe2O3, Mg 도핑된 CeO2, Al 도핑된 CeO2, Ga 도핑된 CeO2, In 도핑된 CeO2, Mg 도핑된 SrTiO3, Al 도핑된 SrTiO3, Ga 도핑된 SrTiO3, In 도핑된 SrTiO3, Mg 도핑된 Zn2SnO4, Al 도핑된 Zn2SnO4, Ga 도핑된 Zn2SnO4, In 도핑된 Zn2SnO4, Mg 도핑된 BaSnO3, Al 도핑된 BaSnO3, Ga 도핑된 BaSnO3, In 도핑된 BaSnO3, Mg 도핑된 In2S3, Al 도핑된 In2S3, Ga 도핑된 In2S3, In 도핑된 In2S3, Mg 도핑된 ZnSiO, Al 도핑된 ZnSiO, Ga 도핑된 ZnSiO, In 도핑된 ZnSiO 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자 수송 영역(170)은 비정질의 무기물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 상기 무기물은 n-형 무기 반도체로서, Zn을 포함한 화합물에 B, Al, Ga, In, Ti, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, 또는 Sg등과 같은 금속 및 F, Cl, Br, 또는 I등과 같은 비금속 원소가 도핑된 n-형 무기 반도체; 또는 ZnO와 같은 자발적 n-형 무기 반도체이다.
상기 유기물은 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), Alq3, BAlq, TAZ(3-(Biphenyl-4-yl)-5-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole), NTAZ 등의 공지된 전자 수송 특성을 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기물은 π 전자 결핍성 함질소 고리를 적어도 하나 포함한 금속-비함유 화합물을 포함할 수 있다.
상기 "π 전자 결핍성 함질소 고리"는, 고리-형성 모이어티로서, 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 C1-C60헤테로시클릭 그룹을 의미한다.
예를 들어, 상기 "π 전자 결핍성 함질소 고리"는, i) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹이거나, ii) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹 중 2 이상이 서로 축합되어 있는 헤테로폴리시클릭 그룹이거나, 또는 iii) 적어도 하나의 *-N=*' 모이어티를 갖는 5원 내지 7원 헤테로모노시클릭 그룹 중 적어도 하나와, 적어도 하나의 C5-C60카보시클릭 그룹이 서로 축합되어 있는 헤테로폴리시클릭 그룹일 수 있다.
상기 π 전자 결핍성 함질소 고리의 구체예로는, 이미다졸, 피라졸, 티아졸, 이소티아졸, 옥사졸, 이속사졸, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 인다졸, 푸린(purine), 퀴놀린, 이소퀴놀린, 벤조퀴놀린, 프탈라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 시놀린, 페난트리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 페나진, 벤조이미다졸, 이소벤조티아졸, 벤조옥사졸, 이소벤조옥사졸, 트리아졸, 테트라졸, 옥사디아졸, 트리아진, 티아디아졸, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘, 아자카바졸 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 전자 수송 영역(170)은 하기 화학식 601로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 601>
[Ar601]xe11-[(L601)xe1-R601]xe21
상기 화학식 601 중,
Ar601은 치환 또는 비치환된 C5-C60카보시클릭 그룹 또는 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹이고,
xe11은 1, 2 또는 3이고,
L601은, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
xe1는 0 내지 5의 정수 중에서 선택되고,
R601은, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q601)(Q602)(Q603), -C(=O)(Q601), -S(=O)2(Q601) 및 -P(=O)(Q601)(Q602) 중에서 선택되고,
상기 Q601 내지 Q603은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기이고,
xe21는 1 내지 5의 정수 중에서 선택된다.
일 구현예에 따르면, 상기 xe11개의 Ar601 및 xe21개의 R601 중 적어도 하나는, 상술한 바와 같은 π 전자 결핍성 함질소 고리를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 중 고리 Ar601은,
벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 카바졸 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 인다졸 그룹, 푸린 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, -Si(Q31)(Q32)(Q33), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, 벤젠 그룹, 나프탈렌 그룹, 플루오렌 그룹, 스파이로-비플루오렌 그룹, 벤조플루오렌 그룹, 디벤조플루오렌 그룹, 페날렌 그룹, 페난트렌 그룹, 안트라센 그룹, 플루오란텐 그룹, 트리페닐렌 그룹, 파이렌 그룹, 크라이센 그룹, 나프타센 그룹, 피센 그룹, 페릴렌 그룹, 펜타펜 그룹, 인데노안트라센 그룹, 디벤조퓨란 그룹, 디벤조티오펜 그룹, 카바졸 그룹, 이미다졸 그룹, 피라졸 그룹, 티아졸 그룹, 이소티아졸 그룹, 옥사졸 그룹, 이속사졸 그룹, 피리딘 그룹, 피라진 그룹, 피리미딘 그룹, 피리다진 그룹, 인다졸 그룹, 푸린 그룹, 퀴놀린 그룹, 이소퀴놀린 그룹, 벤조퀴놀린 그룹, 프탈라진 그룹, 나프티리딘 그룹, 퀴녹살린 그룹, 퀴나졸린 그룹, 시놀린 그룹, 페난트리딘 그룹, 아크리딘 그룹, 페난트롤린 그룹, 페나진 그룹, 벤조이미다졸 그룹, 이소벤조티아졸 그룹, 벤조옥사졸 그룹, 이소벤조옥사졸 그룹, 트리아졸 그룹, 테트라졸 그룹, 옥사디아졸 그룹, 트리아진 그룹, 티아디아졸 그룹, 이미다조피리딘 그룹, 이미다조피리미딘 그룹 및 아자카바졸 그룹;
중에서 선택될 수 있고,
상기 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기, C1-C10알콕시기, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 나프틸기 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 601 중 xe11이 2 이상일 경우 2 이상의 Ar601은 단일 결합을 통하여 서로 연결될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 601 중 Ar601은 안트라센 그룹일 수 있다.
상기 전자 수송 영역은 하기 화합물 ET1 내지 ET36 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
상기 버퍼층, 정공 저지층 또는 전자 조절층의 두께는 서로 독립적으로, 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 버퍼층, 정공 저지층 또는 전자 조절층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성 또는 전자 조절 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 전자 수송 영역(예를 들면, 상기 전자 수송 영역 중 전자 수송층)은 상술한 바와 같은 물질 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 착체의 금속 이온은, Li 이온, Na 이온, K 이온, Rb 이온 및 Cs 이온 중에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 토금속 착체의 금속 이온은 Be 이온, Mg 이온, Ca 이온, Sr 이온 및 Ba 이온 중에서 선택될 수 있다. 상기 알칼리 금속 착체 및 알칼리 토금속 착체의 금속 이온에 배위된 리간드는, 서로 독립적으로, 히드록시퀴놀린, 히드록시이소퀴놀린, 히드록시벤조퀴놀린, 히드록시아크리딘, 히드록시페난트리딘, 히드록시페닐옥사졸, 히드록시페닐티아졸, 히드록시디페닐옥사디아졸, 히드록시디페닐티아디아졸, 히드록시페닐피리딘, 히드록시페닐벤조이미다졸, 히드록시페닐벤조티아졸, 비피리딘, 페난트롤린 및 시클로펜타다이엔 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체는, 예를 들면, 하기 화합물 ET-D1(리튬 퀴놀레이트, LiQ) 또는 ET-D2을 포함할 수 있다.
상기 전자 수송 영역은, 제2전극(190)으로부터의 전자 주입을 용이하게 하는 전자 주입층을 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층은 상기 제2전극(190)과 직접(directly) 접촉할 수 있다.
상기 전자 주입층은 i) 단일 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조, ii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조 또는 iii) 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 주입층은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속은, Li, Na, K, Rb 및 Cs 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 Li, Na 또는 Cs일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 Li 또는 Cs일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 토금속은, Mg, Ca, Sr, 및 Ba 중에서 선택될 수 있다.
상기 희토류 금속은 Sc, Y, Ce, Tb, Yb 및 Gd 중에서 선택될 수 있다.
상기 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 상기 희토류 금속 화합물은, 상기 알칼리 금속, 상기 알칼리 토금속 및 희토류 금속의 산화물 및 할로겐화물(예를 들면, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물 등) 중에서 선택될 수 있다.
상기 알칼리 금속 화합물은, Li2O, Cs2O, K2O 등과 같은 알칼리 금속 산화물 및 LiF, NaF, CsF, KF, LiI, NaI, CsI, KI 등과 같은 알칼리 금속 할로겐화물 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속 화합물은, LiF, Li2O, NaF, LiI, NaI, CsI, KI 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 토금속 화합물은, BaO, SrO, CaO, BaxSr1-xO(0<x<1), BaxCa1-xO(0<x<1) 등과 같은 알칼리 토금속 화합물 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 토금속 화합물은, BaO, SrO 및 CaO 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 희토류 금속 화합물은, YbF3, ScF3, Sc2O3, Y2O3, Ce2O3, GdF3, 및 TbF3 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 희토류 금속 화합물은 YbF3, ScF3, TbF3, YbI3, ScI3, TbI3 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체 및 희토류 금속 착체는, 상술한 바와 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 희토류 금속의 이온을 포함하고, 상기 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체 및 희토류 금속 착체의 금속 이온에 배위된 리간드는, 서로 독립적으로, 히드록시퀴놀린, 히드록시이소퀴놀린, 히드록시벤조퀴놀린, 히드록시아크리딘, 히드록시페난트리딘, 히드록시페닐옥사졸, 히드록시페닐티아졸, 히드록시디페닐옥사디아졸, 히드록시디페닐티아디아졸, 히드록시페닐피리딘, 히드록시페닐벤조이미다졸, 히드록시페닐벤조티아졸, 비피리딘, 페난트롤린 및 시클로펜타다이엔 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입층은 상술한 바와 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합만으로 이루어져 있거나, 상기 유기물을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 주입층이 유기물을 더 포함할 경우, 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 희토류 금속 화합물, 알칼리 금속 착체, 알칼리 토금속 착체, 희토류 금속 착체 또는 이들 중 임의의 조합은 상기 유기물로 이루어진 매트릭스에 균일 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
[제2전극(190)]
상술한 바와 같은 유기층(150) 상부에는 제2전극(190)이 배치되어 있다. 상기 제2전극(190)은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극(190)용 물질로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합(combination)을 사용할 수 있다.
상기 제2전극(190)은, 리튬(Li), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag), ITO 및 IZO 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2전극(190)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다.
상기 제2전극(190)은 단일층인 단층 구조 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(10)는 상기 제1전극(110)의 하부에 배치된 기판(미도시)을 더 포함하고, 상기 제1전극(110)은 애노드이고, 상기 제2전극(190)은 캐소드이고, 상기 제1전극(110)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 정공 수송 영역 및 상기 발광층(150)과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광 소자(10)는 정구조 발광 소자일 수 있다.
상기 도 1은 정공 수송 영역(130) 및 전자 수송 영역(170)을 모두 포함하는 발광 소자(10)를 도시하였으나, 상기 정공 수송 영역(130) 및 전자 수송 영역(170) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
이하, 정구조 발광 소자에 대하여 설명한다.
상기 발광 소자(10) 중 상기 제1전극(110)은 정공 주입 전극인 애노드로, 정공 주입이 용이하도록, 제1전극용 물질은, 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화갈륨아연(GZO), 산화알루미늄아연(AZO), InZnSnOx(IZSO), ZnSnOx(ZSO) 및 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(10) 중 상기 제2전극(190)은 전자 주입 전극인 캐소드로, 전자 주입이 용이하도록 낮은 일함수를 갖는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합(combination)을 사용할 수 있다. 상기 발광 소자(10) 중 상기 제2전극(190)은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 알루미늄-리튬(Al-Li), 이터븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(10)는 상기 정공 수송 영역(130)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 제1양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1양자점 발광층은 제1양자점을 포함할 수 있다. 상기 제1양자점 발광층 중 제1양자점은 단일층 또는 복수의 층으로 배열될 수 있다.
상기 발광 소자(10)가 상기 제1양자점 발광층을 더 포함할 경우, 정공 수송 영역(130)과 인접한 발광층(150)의 계면에서 제2양자점과 정공 수송 영역(130)이 접하여 정공 및 전자가 비발광 재결합하거나 또는 엑시톤이 소광(Quenching)하는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자의 효율 저하 및 수명 열화를 방지할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(10)는 상기 발광층(150)과 상기 전자 수송 영역(170) 사이에 배치된 제2양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2양자점 발광층은 제2양자점을 포함할 수 있다. 상기 제2양자점 발광층 중 제2양자점은 단일층 또는 복수의 층으로 배열될 수 있다.
상기 발광 소자(10)가 상기 제2양자점 발광층을 더 포함할 경우, 전자 수송 영역(170)과 인접한 발광층(150)의 계면에서 제1양자점과 전자 수송 영역(170)이 접하여 정공 및 전자가 비발광 재결합하거나 또는 엑시톤이 소광(Quenching)하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자의 효율 저하 및 수명 열화를 방지할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(10)는 상기 정공 수송 영역(130)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 제1양자점 발광층 및 상기 발광층(150)과 상기 전자 수송 영역(170) 사이에 배치된 제2양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
전술한 구현예에서, 예를 들어 상기 발광 소자(10) 중 상기 제1양자점 발광층 및 상기 제2양자점 발광층은 각각 상기 발광층(150)과 직접(directly) 접촉할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(20)는 상기 제1전극(110)의 하부에 배치된 기판(미도시)을 더 포함하고, 상기 제1전극(110)이 캐소드이고, 상기 제2전극(190)이 애노드이고, 상기 제1전극(110)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 전자 수송 영역(170) 및 상기 발광층(150)과 상기 제2전극(190) 사이에 배치된 정공 수송 영역(130)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광 소자(20)는 역구조(inverted) 발광 소자일 수 있다.
상기 도 2는 전자 수송 영역(170) 및 정공 수송 영역(130)을 모두 포함하는 발광 소자(20)를 도시하였으나, 전자 수송 영역(170) 및 정공 수송 영역(130) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
이하, 역구조 발광 소자에 대하여 설명한다.
상기 발광 소자(20)의 제1전극(110), 전자 수송 영역(170), 발광층(150), 정공 수송 영역(130) 및 제2전극(190)은 각각 도 1의 발광 소자(10)의 제1전극(110), 전자 수송 영역(170), 발광층(150), 정공 수송 영역(130) 및 제2전극(190)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광 소자(20) 중 상기 제1전극(110)은 전자 주입 전극인 캐소드로, 투명한 전도성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(110)은 예를 들어, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화갈륨아연(GZO), 산화알루미늄아연 (AZO), InZnSnOx(IZSO), ZnSnOx(ZSO) 및 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(20) 중 상기 제2전극(190)은 정공 주입 전극인 애노드로, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 알루미늄-리튬(Al-Li), 이터븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2전극(290)은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 알루미늄-리튬(Al-Li), 이터븀(Yb), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 및 이의 임의의 조합을 포함하는 금속층을 포함하고, 상기 금속층과 접한 MoO3, V2O5, 또는 WO3으로 이루어진 금속 산화물층을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(20) 중 발광층(150)은 ZnO와 같은 자발적 n-형 무기 반도체를 포함한 제3양자점을 포함할 수 있다. n-형 무기 반도체는 큰 전자 이동도 및 낮은 가전자대 준위를 가지므로 캐소드로부터의 전자 주입을 향상시킬 수 있고, 발광층의 전자 수송 특성을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(20)는 상기 전자 수송 영역(170)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 제2양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(20)는 상기 발광층(150)과 상기 정공 수송 영역(130) 사이에 배치된 제1양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 발광 소자(20)는 상기 전자 수송 영역(170)과 상기 발광층(150) 사이에 배치된 제2양자점 발광층 및 상기 발광층(150)과 상기 정공 수송 영역(130) 사이에 배치된 제1양자점 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(20) 중 제1양자점 발광층 및 제2양자점 발광층에 대한 설명은 상기 발광 소자(10) 중 제1양자점 발광층 및 제2양자점 발광층에 대한 설명을 참조한다.
상기 발광 소자(20) 중 제1양자점 발광층 및 제2양자점 발광층은 각각 상기 발광층(150)과 직접(directly) 접촉할 수 있다.
이상, 상기 발광 소자를 도 1 및 2를 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층은 각각, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여, 소정 영역에 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층을 각각 형성할 경우, 증착 조건은, 예를 들면, 약 100 내지 약 500℃의 증착 온도, 약 10-8 내지 약 10-3 torr의 진공도 및 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 증착 속도 범위 내에서, 형성하고자 하는 층에 포함될 재료 및 형성하고자 하는 층의 구조를 고려하여 선택될 수 있다.
스핀 코팅법에 의하여 상기 정공 수송 영역에 포함된 각 층, 발광층 및 전자 수송 영역에 포함된 각 층을 각각 형성할 경우, 코팅 조건은, 예를 들면, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도 및 약 80℃ 내지 200℃의 열처리 온도 범위 내에서, 형성하고자 하는 층에 포함될 재료 및 형성하고자 하는 층의 구조를 고려하여 선택될 수 있다.
[장치]
상술한 바와 같은 발광 소자는 다양한 장치에 사용될 수 있다.
따라서, 다른 측면에 따르면, 상기 발광 소자를 포함한 장치가 제공된다.
상기 장치는, 예를 들면, 발광 장치, 인증 장치 또는 전자 장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 장치는, 각종 디스플레이, 광원 등으로 사용될 수 있다.
상기 인증 장치는, 예를 들면, 생체(예를 들어, 손가락 끝, 눈동자 등)의 생체 정보를 이용하여 개인을 인증하는 생체 인증 장치일 수 있다.
상기 인증 장치는 상술한 바와 같은 발광 소자 외에 생체 정보 수집 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는 퍼스널 컴퓨터(예를 들면, 모바일형 퍼스널 컴퓨터), 휴대 전화, 디지털 사진기, 전자 수첩, 전자 사전, 전자 게임기, 의료 기기(예를 들면, 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 맥박 계측 장치, 맥파 계측 장치, 심전표시 장치, 초음파 진단 장치, 내시경용 표시 장치), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 프로젝터 등으로 응용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 장치는 상기 발광 소자 외에, 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 활성층 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 발광 소자의 제1전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나가 전기적으로 접촉될 수 있다.
[치환기의 일반적인 정의]
본 명세서 중 C1-C60알킬기는, 탄소수 1 내지 60의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C60알킬렌기는 상기 C1-C60알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알케닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알케닐렌기는 상기 C2-C60알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C2-C60알키닐기는, 상기 C2-C60알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함된다. 본 명세서 중 C2-C60알키닐렌기는 상기 C2-C60알키닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C60알콕시기는, -OA101(여기서, A101은 상기 C1-C60알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬기는, 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알킬렌기는 상기 C3-C10시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬기는, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 1,2,3,4-옥사트리아졸리디닐기(1,2,3,4-oxatriazolidinyl), 테트라히드로퓨라닐기(tetrahydrofuranyl), 테트라히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐기는 탄소수 3 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 가지나, 방향족성(aromaticity)을 갖지 않는 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐렌기는 상기 C3-C10시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 갖는다. 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기의 구체예에는, 4,5-디히드로-1,2,3,4-옥사트리아졸일기, 2,3-디히드로퓨라닐기, 2,3-디히드로티오페닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기는 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C6-C60아릴기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, C6-C60아릴렌기는 탄소수 6 내지 60개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 C6-C60아릴기의 구체예에는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기 등을 포함된다. 상기 C6-C60아릴기 및 C6-C60아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 상기 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로아릴기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, C1-C60헤테로아릴렌기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 60개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기의 구체예에는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등이 포함되다. 상기 C1-C60헤테로아릴기 및 C1-C60헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 축합될 수 있다.
본 명세서 중 C6-C60아릴옥시기는 -OA102(여기서, A102는 상기 C6-C60아릴기임)를 가리키고, 상기 C6-C60아릴티오기(arylthio)는 -SA103(여기서, A103은 상기 C6-C60아릴기기임)를 가리킨다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 축합다환 그룹(non-aromatic condensed polycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromaticity)을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 8 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹의 구체예에는, 플루오레닐기 등이 포함되다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹(non-aromatic condensed heteropolycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소 외에 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성을 갖는 1가 그룹(예를 들면, 탄소수 1 내지 60을 가짐)을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 구체예에는, 카바졸일기 등이 포함된다. 본 명세서 중 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹과 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C5-C60카보시클릭 그룹이란, 고리-형성 원자로서 탄소만을 포함한 탄소수 5 내지 60의 모노시클릭 또는 폴리시클릭 그룹을 의미한다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 방향족 카보시클릭 그룹 또는 비-방향족 카보시클릭 그룹일 수 있다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 벤젠과 같은 고리, 페닐기와 같은 1가 그룹 또는 페닐렌기와 같은 2가 그룹일 수 있다. 또는, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹에 연결된 치환기에 개수에 따라, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 3가 그룹 또는 4가 그룹일 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로시클릭 그룹이란, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹과 동일한 구조를 갖되, 고리-형성 원자로서, 탄소(탄소수는 1 내지 60일 수 있음) 외에, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함한 그룹을 의미한다.
본 명세서 중, 상기 치환된 C5-C60카보시클릭 그룹, 치환된 C1-C60헤테로시클릭 그룹, 치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬렌기, 치환된 C3-C10시클로알케닐렌기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐렌기, 치환된 C6-C60아릴렌기, 치환된 C1-C60헤테로아릴렌기, 치환된 2가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환된 2가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 치환된 C1-C60알킬기, 치환된 C2-C60알케닐기, 치환된 C2-C60알키닐기, 치환된 C1-C60알콕시기, 치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환된 C6-C60아릴기, 치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환된 C6-C60아릴티오기, 치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 치환기 중 적어도 하나는,
중수소(-D), -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q11)(Q12)(Q13), -N(Q11)(Q12), -B(Q11)(Q12), -C(=O)(Q11), -S(=O)2(Q11) 및 -P(=O)(Q11)(Q12) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -Si(Q21)(Q22)(Q23), -N(Q21)(Q22), -B(Q21)(Q22), -C(=O)(Q21), -S(=O)2(Q21) 및 -P(=O)(Q21)(Q22) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 및
-Si(Q31)(Q32)(Q33), -N(Q31)(Q32), -B(Q31)(Q32), -C(=O)(Q31), -S(=O)2(Q31) 및 -P(=O)(Q31)(Q32);
중에서 선택되고,
상기 Q11 내지 Q13, Q21 내지 Q23 및 Q31 내지 Q33은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, 비페닐기 및 터페닐기 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서 중 "Ph"은 페닐기를 의미하고, "Me"은 메틸기를 의미하고, "Et"은 에틸기를 의미하고, "ter-Bu" 또는 "But"은 tert-부틸기를 의미하고, "OMe"는 메톡시기를 의미한다.
본 명세서 중 "비페닐기"는 "페닐기로 치환된 페닐기"를 의미한다. 상기 "비페닐기"는, 치환기가 "C6-C60아릴기"인 "치환된 페닐기"에 속한다.
본 명세서 중 "터페닐기"는 "비페닐기로 치환된 페닐기"를 의미한다. 상기 "터페닐기"는, 치환기가 "C6-C60아릴기로 치환된 C6-C60아릴기"인 "치환된 페닐기"에 속한다.
본 명세서 중 * 및 *'은, 다른 정의가 없는 한, 해당 화학식 중 이웃한 원자와의 결합 사이트를 의미한다.
이하에서, 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1: 정구조 발광 소자
양자점 조성
시뮬레이션을 위해 하기의 리간드, 코어/쉘 조성을 갖는 제1양자점 및 제2양자점 모델을 사용하였다.
제1양자점 (리간드= EDT (Ethanedithiol), 코어/쉘= InP(Core) / ZnSe(Inner shell) / ZnS(Outer shell) / 입경= 10 nm)
제2양자점 (리간드= 1,4-BDT (1,4-benzenedithiol), 코어/쉘= InP(Core) / ZnSe(Inner shell) / ZnS(Outer shell) / 입경= 10 nm)
소자 구성
시뮬레이션에 사용되는 실시예 1의 발광 소자로서 하기의 조성 및 두께를 갖는 발광 소자 모델을 적용하였다.
ITO 애노드(125 nm) / PEDOT:PSS (40 nm) / TFB (25 nm) / 양자점 발광층 (제1양자점:제2양자점= 5:5중량비) (50 nm) / ZnMgO 전자 수송층 (40 nm) / LiF:Al 캐소드 (0.5 nm:100 nm)
비교예 1
양자점 조성
시뮬레이션을 위해 하기의 리간드, 코어/쉘 조성을 갖는 양자점 모델을 사용하였다.
양자점 A (리간드= 올레산(Oleic acid), 코어/쉘= InP(Core) / ZnSe(Inner shell) / ZnS(Outer shell) / 입경= 10 nm)
소자 구성
시뮬레이션에 사용되는 비교예 1의 발광 소자로서 하기의 조성 및 두께를 갖는 발광 소자 모델을 적용하였다:
ITO 애노드(125 nm) / PEDOT:PSS (40 nm) / TFB (25 nm) / 양자점 발광층 (양자점 A) (50 nm) / ZnMgO 전자 수송층 (40 nm) / LiF:Al 캐소드 (0.5 nm:100 nm)
비교예 2
양자점 발광층을 TFB 정공 수송층 상부에, 제1양자점을 포함한 제1 양자점 발광층 (두께 25 nm) 및 제2양자점을 포함한 제2양자점 발광층 (두께 25 nm)의 순차적인 적층 구조로 구성한 것을 제외하고는, 실시예 1의 발광 소자와 동일한 구성을 갖는 발광 소자 모델을 적용하였다.
ITO 애노드(125 nm) / PEDOT:PSS (40 nm) / TFB (25 nm) / 제1양자점 발광층 (25 nm) / 제2양자점 발광층 (25 nm) / ZnMgO 전자 수송층 (40 nm) / LiF:Al 캐소드 (0.5 nm:100 nm)
평가예 1
실시예 1 및 비교예 1 의 발광 소자에 대하여 구동 전압, 효율의 최댓값(Max cd/A), 구동 전압 6V에서의 효율(cd/A)을 시뮬레이션 툴로 계산하여 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.
| 구동 전압 (V) |
효율의 최댓값 (cd/A) |
구동 전압 6V에서의 효율 (cd/A) |
|
| 실시예 1 | 1.8 | 10.12 | 9.9 |
| 비교예 1 | 1.9 | 10.12 | 9.05 |
상기 표 1로부터, 실시예 1의 발광 소자는 비교예 1의 발광 소자에 비하여 구동 전압 및 효율이 개선되고 롤-오프(Roll-off)에 의한 효율 저하가 감소한 것을 알 수 있다. 예를 들어, 최대효율 특성은 10.12 cd/A 로 유사한 수치를 보이나, 전압이 증가함에 따라, 구동 전압 6V에서의 효율의 감소폭이 실시예 1의 발광 소자의 경우 최대 효율의 약 2.2%인 반면 비교예 1의 발광 소자는 동일한 구동 전압(6V)에서의 효율의 감소폭이 약 10.5% 로, 실시예 1의 발광 소자가 롤-오프 특성이 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있다.
평가예 2
실시예 1 및 비교예 1 및 2의 발광 소자에 대하여 애노드로부터의 거리에 따른 전자 농도 및 정공 농도를 시뮬레이션하여 계산하였다. 그 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우 비교예 1 및 2에 비하여 발광층 중 전자 농도 및 정공 농도가 증가한 것을 확인할 수 있다.
이는 실시예 1의 발광 소자는 발광층 중 벌크 이종접합에 의하여 여과 경로가 형성되어 발광층으로 정공과 전자가 원활하게 주입된 것으로 이해될 수 있다.
평가예 3
실시예 1 및 비교예 1 및 2의 발광 소자에 대하여 전압에 따른 전류 밀도 및 휘도를 시뮬레이션하여 계산하였다. 그 결과를 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6 및 도 7로부터, 실시예 1의 발광 소자는 비교예 1 및 2의 발광 소자에 비하여 동일 구동 전압에서 전류 밀도 및 휘도가 모두 증가한 양상을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1의 발광 소자는 발광층 중 벌크 이종접합에 의하여 여과 경로가 형성되어 발광층으로 정공과 전자가 원활하게 주입된 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에 대해 첨부된 도면 및 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 20: 발광 소자
110: 제1전극
130: 정공 수송 영역
150: 발광층
170: 전자 수송 영역
190: 제2전극
111: 제1양자점
112: 제2양자점
110: 제1전극
130: 정공 수송 영역
150: 발광층
170: 전자 수송 영역
190: 제2전극
111: 제1양자점
112: 제2양자점
Claims (20)
- 제1전극;
상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치된 발광층;을 포함하고,
상기 발광층은 정공 전달 리간드를 갖는 제1양자점 및 전자 전달 리간드를 갖는 제2양자점을 포함하고,
상기 발광층에는 상기 제1양자점 및 상기 제2양자점이 혼합되어 있고,
상기 발광층은 상기 제1양자점 및 상기 제2양자점의 벌크 이종접합(bulk heterojunction)을 포함한, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1양자점 및 상기 제2양자점은 서로 독립적으로, 제1반도체 결정을 포함한 코어(core) 및 제2반도체 결정을 포함한 쉘(shell)을 포함한 코어-쉘 구조를 갖는, 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1반도체 및 상기 제2반도체는 서로 독립적으로, II-VI족 반도체 화합물; III-VI족 반도체 화합물; III-V족 반도체 화합물; IV-VI족 반도체 화합물; IV족 원소 또는 화합물; I-III-VI족 반도체 화합물; 또는 이의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1반도체는 III-V족 반도체 화합물, II-VI족 반도체 화합물, I-III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함하고,
상기 제2반도체는 II-VI족 반도체 화합물, III-VI족 반도체 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 정공 전달 리간드는 상기 제1양자점의 표면에 결합되고,
상기 전자 전달 리간드는 상기 제2양자점의 표면에 결합되는, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 정공 전달 리간드는 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐, 알킬아민, 아릴 아민, 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 물질을 포함한 정공 수송층을 더 포함하고,
상기 정공 전달 리간드는 상기 정공 수송 물질로부터 유래된 부분 구조를 포함하는 화합물인, 발광 소자. - 제7항에 있어서,
상기 정공 수송층은 상기 발광층과 직접(directly) 접촉하는, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 전자 전달 리간드는 헤테로시클릭 그룹-함유 화합물, 공액 구조를 포함한 유기물 리간드, 카르복실산 또는 이의 염, 티올계 화합물, 염화티오닐, 및 암모늄염 화합물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 발광층의 두께는 10 nm 내지 100 nm인, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고,
상기 제1전극은 애노드이고, 상기 제2전극은 캐소드이고,
상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역을 더 포함한, 발광 소자. - 제11항에 있어서,
상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되고 제1양자점을 포함한 제1양자점 발광층 및 상기 발광층과 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고 제2양자점을 포함한 제2양자점 발광층 중 적어도 하나를 더 포함한, 발광 소자. - 제11항에 있어서,
상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되고 제1양자점을 포함한 제1양자점 발광층을 더 포함하고,
상기 제1양자점 발광층은 상기 발광층과 직접 접촉하는, 발광 소자. - 제11항에 있어서,
상기 발광층과 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고 제2양자점을 포함한 제2양자점 발광층을 더 포함하고,
상기 제2양자점 발광층은 상기 발광층과 직접 접촉하는, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1전극의 하부에 배치된 기판을 더 포함하고,
상기 제1전극은 캐소드이고, 상기 제2전극은 애노드이고,
상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 전자 수송 영역 및 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 정공 수송 영역을 더 포함한, 발광 소자. - 제15항에 있어서,
상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되고 제1양자점을 포함한 제1양자점 발광층 및 상기 발광층과 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고 제2양자점을 포함한 제2양자점 발광층 중 적어도 하나를 더 포함한, 발광 소자. - 제15항에 있어서,
상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되고 제1양자점을 포함한 제1양자점 발광층을 더 포함하고,
상기 제1양자점 발광층은 상기 발광층과 직접 접촉하는, 발광 소자. - 제15항에 있어서,
상기 발광층과 상기 전자 수송 영역 사이에 배치되고 제2양자점을 포함한 제2양자점 발광층을 더 포함하고,
상기 제2양자점 발광층은 상기 발광층과 직접 접촉하는, 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 발광층은 ZnO 반도체 결정을 포함한 제3양자점을 더 포함한, 발광 소자. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 발광 소자 및 박막 트랜지스터를 포함하고,
상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 활성층 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 발광 소자의 제1전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 하나가 전기적으로 접촉되어 있는, 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190160010A KR20210070464A (ko) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 발광 소자 및 이를 포함한 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190160010A KR20210070464A (ko) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 발광 소자 및 이를 포함한 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210070464A true KR20210070464A (ko) | 2021-06-15 |
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| KR1020190160010A KR20210070464A (ko) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 발광 소자 및 이를 포함한 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210070464A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024181686A1 (ko) * | 2023-02-28 | 2024-09-06 | 삼성디스플레이주식회사 | 양자점, 이의 제조 방법, 이를 포함한 발광 소자, 광학 부재 및 장치 |
-
2019
- 2019-12-04 KR KR1020190160010A patent/KR20210070464A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024181686A1 (ko) * | 2023-02-28 | 2024-09-06 | 삼성디스플레이주식회사 | 양자점, 이의 제조 방법, 이를 포함한 발광 소자, 광학 부재 및 장치 |
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