KR20210077257A - Process of manufacturing light emitting film having inorganic luminescent particle, process of light emitting device and inorganic light emitting diode having inorganic luminescnent particle - Google Patents
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- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
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Abstract
Description
본 발명은 발광 필름 및 발광장치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무기발광입자의 발광 효율이 개선된 발광 필름을 제조하는 방법과 무기발광입자를 포함하는 발광장치 및 무기발광다이오드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting film and a light emitting device, and more particularly, to a method for manufacturing a light emitting film having improved luminous efficiency of inorganic light emitting particles, and manufacturing a light emitting device and an inorganic light emitting diode comprising inorganic light emitting particles it's about how to
정보 통신 기술 및 전자공학 기술이 발전하면서 종래의 음극선관 표시장치(CRT)를 대신하는 다양한 평판표시장치가 연구되고 있다. 평판표시장치 중에서도 CRT에 비하여 박형 및 경량화를 구현할 수 있는 액정표시장치(liquid crystal display(LCD) device), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 도입한 유기발광장치 및 양자점 발광다이오드(Quantum Dot Light Emitting Diode; QLED 또는 QD-LED)를 도입한 양자점 발광표시장치가 주목을 받고 있다. With the development of information communication technology and electronic engineering technology, various flat panel display devices replacing the conventional cathode ray tube display (CRT) are being studied. Among flat panel displays, liquid crystal display (LCD) devices that can realize thinner and lighter weight compared to CRTs, organic light emitting diodes (OLEDs), and quantum dot light emitting diodes (OLEDs) are introduced. A quantum dot light emitting display device incorporating a Dot Light Emitting Diode (QLED or QD-LED) is attracting attention.
유기발광표시장치와 양자점 발광표시장치는 각각 자-발광 소자인 유기발광다이오드 또는 양자점 발광다이오드를 필수적 구성요소로 포함한다. 백라이트 유닛을 필요로 하는 비-발광 소자인 액정표시장치에 비하여, 유기발광표시장치와 양자점 발광표시장치는 박형 및 경량화를 더욱 구현할 수 있다. 또한 유기발광다이오드와 양자점 발광다이오드는 액정표시패널에 비하여 소비전력 측면에서도 유리하여, 저-전압 구동이 가능하고, 응답 속도가 빠른 장점을 가지고 있다. 아울러, 유기발광다이오드와 양자점 발광다이오드는 제조 공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다. The organic light emitting display device and the quantum dot light emitting display device each include an organic light emitting diode or a quantum dot light emitting diode, which is a self-light emitting device, as essential components. Compared to a liquid crystal display, which is a non-light emitting device that requires a backlight unit, the organic light emitting display device and the quantum dot light emitting display device can be further reduced in thickness and weight. In addition, organic light emitting diodes and quantum dot light emitting diodes are advantageous in terms of power consumption compared to liquid crystal display panels, and thus have advantages of low-voltage driving and fast response speed. In addition, since the organic light emitting diode and the quantum dot light emitting diode have a simple manufacturing process, there is an advantage in that the production cost can be greatly reduced compared to the conventional liquid crystal display device.
유기발광표시장치 또는 양자점 표시장치는 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B) 화소영역 별로 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층을 형성하여 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 빛을 발광함으로써, 풀 컬러 영상을 구현한다. 최근에는 화소영역 전체에 대하여 백색을 발광하는 발광다이오드를 형성하고 컬러필터 또는 색 변환층을 이용하는 적색/녹색/청색/백색 구조의 유기발광표시장치 또는 양자점 표시장치가 주로 사용된다. An organic light emitting display device or a quantum dot display device forms a red light emitting layer, a green light emitting layer, and a blue light emitting layer for each red (Red, R), green (Green, G), and blue (Blue, B) pixel area to form a red (Red), green ( By emitting green and blue light, a full-color image is realized. Recently, an organic light emitting diode or quantum dot display having a red/green/blue/white structure in which a light emitting diode emitting white light is formed over the entire pixel area and using a color filter or a color conversion layer is mainly used.
그런데, 무기발광입자인 양자점이나 양자막대는 산소나 습기에 취약하고, 내열성이 좋지 않다. 따라서 무기발광입자를 합성하거나 무기발광입자를 포함하는 발광표시장치를 제조할 때, 고온의 공정 및 외부의 공기나 습기에 노출된 무기발광입자가 열화되면서, 발광표시장치의 발광 효율과 발광 수명이 저하된다. However, quantum dots or quantum rods, which are inorganic light emitting particles, are vulnerable to oxygen or moisture and have poor heat resistance. Therefore, when synthesizing inorganic light emitting particles or manufacturing a light emitting display device containing inorganic light emitting particles, the inorganic light emitting particles exposed to high temperature processes and external air or moisture deteriorate, so that the luminous efficiency and luminous lifespan of the light emitting display device are reduced. is lowered
본 발명의 목적은 무기발광입자의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 필름의 제조 방법, 발광 효율이 향상된 무기발광입자로 이루어진 발광물질층을 포함하는 무기발광다이오드의 제조 방법 및 발광 효율이 향상된 무기발광입자로 이루어진 색 변환층을 가지는 발광장치를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is a method for manufacturing a light emitting film capable of improving the luminous efficiency of inorganic light emitting particles, a method for manufacturing an inorganic light emitting diode comprising a light emitting material layer made of inorganic light emitting particles with improved light emitting efficiency, and inorganic light emitting with improved luminous efficiency An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting device having a color conversion layer made of particles.
일 측면에서, 본 발명은 무기발광입자로 이루어진 발광 필름을 준비하는 단계; 상기 발광 필름을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리(thermal annealing)를 수행하는 단계; 및 상기 열 처리된 상기 발광 필름이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리(hydro thermal annealing)를 수행하는 단계를 포함하는 발광 필름을 제조하는 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention comprises the steps of preparing a light emitting film made of inorganic light emitting particles; loading the light emitting film into a chamber, and performing thermal annealing in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and performing hydro thermal annealing in the chamber in which the heat-treated light emitting film is loaded.
다른 측면에서, 본 발명은 어레이 패널을 준비하는 단계; 상기 어레이 패널 상부에 무기발광입자로 이루어진 색 변환층을 배치하는 단계; 상기 색 변환층이 배치된 상기 어레이 패널을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계; 및 상기 열 처리된 상기 색 변환층이 배치된 상기 어레이 패널이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리를 수행하는 단계를 포함하는 발광장치를 제조하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing an array panel; disposing a color conversion layer made of inorganic light emitting particles on the array panel; loading the array panel on which the color conversion layer is disposed into a chamber, and performing heat treatment in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and performing hydrothermal treatment in the chamber in which the array panel on which the heat-treated color conversion layer is disposed is loaded.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극 상에 제 1 전하이동층을 형성하는 단계; 상기 제 1 전하이동층 상에 무기발광입자를 포함하는 발광물질층을 형성하는 단계; 상기 발광물질층이 형성된 박막을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계; 및 상기 열 처리된 상기 박막이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리를 수행하는 단계를 포함하는 무기발광다이오드를 제조하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention comprises the steps of forming a first charge transfer layer on the first electrode; forming a light emitting material layer including inorganic light emitting particles on the first charge transfer layer; loading the thin film on which the light emitting material layer is formed into a chamber, and performing heat treatment in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and performing hydrothermal treatment in the chamber in which the heat-treated thin film is loaded.
본 발명은 고열 상태 및/또는 외부의 산소나 수분과 반응하여 열화(degradation)된 무기발광입자를 포함하는 발광 필름, 색 변환층 및/또는 무기발광다이오드의 발광물질층과 같은 박막을 고-진공 조건에서 1차로 열처리하고, 2차로 수열 처리하여 무기발광재료의 발광 효율을 향상시키는 방법을 제안한다. The present invention provides a high-vacuum thin film, such as a light emitting film, a color conversion layer, and/or a light emitting material layer of an inorganic light emitting diode, comprising inorganic light emitting particles that are degraded by reaction with oxygen or moisture outside in a high temperature state and/or We propose a method for improving the luminous efficiency of inorganic light-emitting materials by first heat-treating under the conditions and secondly performing hydrothermal treatment.
본 발명의 공정을 도입하여, 무기발광입자로부터 유기 리간드가 이탈하는 것을 최소화할 수 있고, 무기발광입자 표면에서 빈격자점과 같은 표면 결함을 최소화하며, 산화막을 제거하고, 무기발광입자 표면에 유기 리간드를 강하게 결합시켜, 무기발광입자를 안정시킨다. 이에 따라, 무기발광재료에서 전하의 재결합에 의한 엑시톤이 안정적으로 형성되면서, 무기발광입자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 공정을 도입하여, 발광 효율이 향상된 발광 필름, 무기발광다이오드 및 발광장치를 구현할 수 있다. By introducing the process of the present invention, it is possible to minimize the separation of the organic ligand from the inorganic light-emitting particles, minimize surface defects such as vacant lattice dots on the surface of the inorganic light-emitting particles, remove the oxide film, and organic light-emitting particles on the surface of the inorganic light-emitting particles By strongly binding the ligand, the inorganic luminescent particles are stabilized. Accordingly, excitons are stably formed by recombination of charges in the inorganic light emitting material, and the luminous efficiency of the inorganic light emitting particles can be improved. By introducing the process of the present invention, it is possible to implement a light emitting film, an inorganic light emitting diode and a light emitting device with improved luminous efficiency.
도 1은 고온 조건에서 외부 산소와 반응하여 무기발광입자 표면의 유기 리간드가 이탈하고 산화막이 형성되면서 무기발광입자가 열화(degradation)되는 과정을 개략적으로 보여주는 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따라 발광 효율이 개선된 무기발광입자를 제조하기 위한 공정에 적용될 수 있는 진공 챔버를 포함한 장비를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 2a는 고-진공 열 처리 단계를 개략적으로 나타내고, 도 2b는 수열 처리 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 열화된 무기발광입자가 본 발명의 공정을 통하여 발광 효율이 개선된 무기발광입자로 변환되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치의 일례로서, 마이크로 엘이디가 도입된 발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 중복되는 부분을 회피하기 위하여, 적색 서브픽셀 영역으로만 박막트랜지스터를 상세히 나타내고, 나머지 서브픽셀 영역에서 박막트랜지스터의 구성은 생략하였다.
도 5a 내지 도 5d는 각각 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치를 각각의 단계에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치의 일례로서, 발광다이오드가 도입된 발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 중복되는 부분을 회피하기 위하여, 적색 서브픽셀 영역으로만 박막트랜지스터를 상세히 나타내고, 나머지 서브픽셀 영역에서 박막트랜지스터의 구성은 생략하였다.
도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치를 각각의 단계에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 발광물질층을 포함하는 무기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 각각 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 발광물질층을 포함하는 무기발광다이오드를 각각의 단계에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따라 각각의 공정에서 발광 필름의 표면 형태를 보여주는 전자현미경(TEM) 사진이다. 도 10a는 경화 공정을 진행하기 전, 도 10b는 경화 공정 직후, 도 10c는 고-진공 열 처리 후, 도 10d는 수열 처리 후에 수득된 발광 필름을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따라 발광 필름을 구성하는 무기발광입자 표면에 부착된 유기 리간드의 결합력을 알아보기 위한 방출기체분석-질량분석(Evolved gas analysis-mass spectrometry, EGA-MS) 결과를 보여주는 그래프이다. 도 11a는 경화 공정을 진행하기 전, 도 11b는 고-진공 열처리 및 수열 처리 후의 발광 필름을 분석한 결과이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따라 발광 필름을 구성하는 무기발광입자 표면에 부착된 유기 리간드의 결합력을 알아보기 위한 기체크로마토그래피-질량분석(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) 결과를 보여주는 그래프이다. 도 12a는 경화 공정을 진행하기 전, 도 12b는 고-진공 열처리 및 수열 처리 후의 발광 필름을 분석한 결과이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a process in which an inorganic light emitting particle is degraded as an organic ligand on the surface of an inorganic light emitting particle is separated and an oxide film is formed by reacting with external oxygen under a high temperature condition.
2A and 2B are schematic diagrams schematically showing equipment including a vacuum chamber that can be applied to a process for producing inorganic light-emitting particles with improved luminous efficiency according to the present invention, respectively. Fig. 2a schematically shows the high-vacuum heat treatment step, and Fig. 2b schematically shows the hydrothermal treatment step.
3 is a schematic diagram schematically showing a process in which deteriorated inorganic light-emitting particles are converted into inorganic light-emitting particles having improved luminous efficiency through the process of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically illustrating a light emitting display device to which a micro LED is introduced as an example of a light emitting device including a color conversion layer having improved luminous efficiency according to an exemplary embodiment of the present invention. In order to avoid overlapping portions, the thin film transistor is shown in detail only in the red sub-pixel region, and the configuration of the thin film transistor in the remaining sub-pixel region is omitted.
5A to 5D are cross-sectional views schematically showing a light emitting device including a color conversion layer having improved luminous efficiency according to an exemplary embodiment of the present invention according to respective steps.
6 is a cross-sectional view schematically illustrating a light emitting display device to which a light emitting diode is introduced as an example of a light emitting device including a color conversion layer having improved light emitting efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention. In order to avoid overlapping portions, the thin film transistor is shown in detail only in the red sub-pixel region, and the configuration of the thin film transistor in the remaining sub-pixel region is omitted.
7A to 7C are cross-sectional views schematically showing a light emitting device including a color conversion layer having improved luminous efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention according to respective steps.
8 is a cross-sectional view schematically illustrating an inorganic light emitting diode including a light emitting material layer having improved light emitting efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention.
9A to 9D are cross-sectional views schematically showing an inorganic light emitting diode including a light emitting material layer having improved light emitting efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention according to each step.
10A to 10D are electron microscope (TEM) pictures showing the surface morphology of a light emitting film in each process according to an embodiment of the present invention. 10A shows the light emitting film obtained before the curing process, FIG. 10B immediately after the curing process, FIG. 10C after high-vacuum heat treatment, and FIG. 10D after hydrothermal treatment.
11a and 11b are emission gas analysis-mass spectrometry (EGA-MS) for determining the binding force of the organic ligand attached to the surface of the inorganic light emitting particle constituting the light emitting film according to an embodiment of the present invention; ) is a graph showing the results. FIG. 11A is an analysis result of a light emitting film before the curing process, and FIG. 11B is a high-vacuum heat treatment and hydrothermal treatment.
12a and 12b are gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) for examining the binding force of the organic ligand attached to the surface of the inorganic light-emitting particle constituting the light-emitting film according to an embodiment of the present invention; This is a graph showing the results. FIG. 12A is a result of analyzing the light emitting film before the curing process, and FIG. 12B is the high-vacuum heat treatment and hydrothermal treatment.
이하, 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
양자점(Quantum dot, QD) 및 양자막대(Quantum Rod, QR)과 같은 무기발광 입자를 포함하는 발광 필름은 포토레지스트(photo resist, PR) 공정뿐만 아니라, 잉크젯 인쇄 공정과 같은 용액 공정을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 열-경화성 타입의 잉크 조성물은 무기발광입자, 고분자, 고굴절률 소재 및 용매가 포함되며, 통상적으로 무기발광입자는 잉크 조성물 중에 대략 30 중량%의 비율로 포함된다. 무기발광입자를 포함하는 열-경화성 필름의 두께는 통상적으로 6 ㎛ 이상이며, 열을 가하는 소성 공정에 의하여 무기발광입자의 발광 효율이 저하되는 문제가 있는데, 이에 대하여 설명한다. A light emitting film containing inorganic light emitting particles such as quantum dots (QD) and quantum rods (QR) can be formed through a solution process such as an inkjet printing process as well as a photo resist (PR) process. can For example, the heat-curable type ink composition includes inorganic light-emitting particles, a polymer, a high refractive index material, and a solvent, and the inorganic light-emitting particles are typically included in the ink composition in a proportion of about 30% by weight. The thickness of the heat-curable film including the inorganic light emitting particles is usually 6 μm or more, and there is a problem in that the luminous efficiency of the inorganic light emitting particles is lowered by the firing process applying heat, which will be described.
도 1은 고온 조건에서 외부 산소와 반응하여 무기발광입자 표면의 유기 리간드가 이탈하고 산화막이 형성되면서 무기발광입자가 열화(degradation)되는 과정을 개략적으로 보여주는 모식도이다. 무기발광입자(100)는 양자점(quantum dots, QDs) 또는 양자막대(quantum rods, QRs)와 같은 나노 무기발광입자로 이루어질 수 있다. 양자점 또는 양자막대는 불안정한 상태의 전자가 전도대 에너지 준위에서 가전자대 에너지 준위로 내려오면서 발광하는 나노 무기 입자이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a process in which an inorganic light emitting particle is degraded as an organic ligand on the surface of an inorganic light emitting particle is separated and an oxide film is formed by reacting with external oxygen under a high temperature condition. The inorganic
이들 나노 무기발광입자(100)는 흡광 계수(extinction coefficient)가 매우 크고 무기 입자 중에서는 양자 효율(quantum yield)도 우수하므로 강한 형광을 발생시킨다. 또한, 나노 무기발광입자(100)의 크기에 따라 발광 파장이 변경되므로, 나노 무기발광입자(100)의 크기를 조절하면 가시광선 전 영역대의 빛을 얻을 수 있으므로 다양한 컬러를 구현할 수 있다. These nano-inorganic light-emitting
하나의 예시적인 실시형태에서, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)는 단일 구조를 가질 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)는 코어(core, 110)/쉘(shell, 120)의 이종 구조를 가질 수 있고, 쉘(120)의 표면에 결합하거나 유리되는 다수의 유기 리간드(130)를 포함할 수 있다. 이때, 쉘(120)은 하나의 쉘로 이루어질 수도 있고, 다수의 쉘(multi shells)로 이루어질 수도 있다. In one exemplary embodiment, the inorganic
코어(110) 및/또는 쉘(120)로 합성될 수 있는 반응 전구체 종류, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 합성하기 위한 반응 전구체의 주입 속도, 반응 온도, 쉘(120)의 표면에 연결되는 유기 리간드(130)의 종류 등에 따라, 나노 무기발광입자(100)의 성장 정도 및 결정 구조 등을 조절할 수 있다. 나노 무기발광입자(100)의 에너지 밴드갭이 조절되면서 다양한 파장대의 광 방출을 유도할 수 있다. The type of reactive precursor that can be synthesized into the
예를 들어, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)는 코어(110)의 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 쉘(120)의 에너지 밴드갭에 의해 둘러싸인 구조의 발광 입자인 타입-° 코어/쉘 구조를 가질 수 있다. 무기발광입자(300)가 타입-Ⅰ 코어/쉘 구조를 가지는 경우, 전자와 정공이 코어(110)를 향해 이동하여 코어(110) 내에서 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 에너지를 빛으로 발산하기 때문에, 코어(110)의 두께에 따라 무기발광입자(100)의 발광 파장을 조절할 수 있다. For example, the inorganic
다른 예시적인 실시형태에서, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)는 코어(110)의 밴드갭 에너지와 쉘(120)의 밴드갭 에너지가 어긋나게(staggered) 존재하여, 전자와 정공이 코어와 쉘 중에서 서로 반대 방향으로 이동하는 발광 입자인 타입 Ⅱ 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 타입 Ⅱ 코어/쉘 구조의 경우, 쉘(120)의 두께와 밴드갭의 위치에 따라 무기발광입자(100)의 발광 파장을 조절할 수 있다. In another exemplary embodiment, the inorganic
또 다른 예시적인 실시형태에서, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)는 코어(110)의 에너지 밴드갭이 쉘(120)의 에너지 밴드갭보다 큰 구조의 발광 입자인 리버스 타입-Ⅰ(reverse type-Ⅰ) 코어/쉘 구조를 가질 수 있다. 리버스 타입-Ⅰ 코어/쉘 구조의 경우, 쉘(320)의 두께에 따라 무기발광입자(100)의 발광 파장을 조절할 수 있다. In another exemplary embodiment, the inorganic light-emitting
일례로, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)가 타입-Ⅰ 코어/쉘 구조를 이루는 경우, 코어(110)는 실질적으로 발광이 일어나는 부분으로, 코어(110)의 크기에 따라 무기발광입자(100)의 발광 파장이 결정된다. 양자구속효과(quantum confine effect)를 받기 위해서 코어는 각각의 소재에 따라 엑시톤 보어 반경(exciton Bohr radius)보다 작은 크기를 가져야 하며, 해당 크기에서 광학적 밴드갭(optical band gap)을 가져야 한다. For example, when the inorganic light-emitting
양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)를 구성하는 쉘(120)은 코어(110)의 양자구속효과를 촉진하고, 무기발광입자(100)의 안정성을 결정한다. 단일 구조의 콜로이드 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)의 표면에 드러난 원자들은 내부 원자들과 달리 화학 결합에 참여하지 못한 전자상태(lone pair electron)를 가지고 있다. 이들 표면 원자들의 에너지 준위는 무기발광입자(100)의 전도대(conduction band edge)와 가전자대(valence band edge) 사이에 위치하여 전하들을 포획(trap)할 수 있기 때문에, 무기발광입자(100)에서 표면 결함(surface defect)이 야기될 수 있다. 표면 결함에 기인하는 엑시톤의 비-발광 재결합 과정(non-radiative recombination process)으로 인하여 무기발광입자(100)의 발광 효율이 감소할 수 있으며, 포획된 전하들이 외부 산소 및 화합물과 반응하여 무기발광입자(100)의 화학적 조성이 변형되거나, 무기발광입자(100)의 전기적/광학적 특성이 영구적으로 상실될 수 있다. The
코어(110)의 표면에 쉘(120)이 효율적으로 형성될 수 있기 위해서는, 쉘(120)을 구성하는 재료의 격자 상수(lattice constant)는 코어(110)를 구성하는 재료의 격자 상수와 비슷하여야 한다. 코어(110)의 표면을 쉘(120)로 에워쌈으로써, 코어(110)의 산화를 방지하여 무기발광입자(100)의 화학적 안정성을 향상시키고, 물이나 산소와 같은 외부 인자에 의한 코어(110)의 광퇴화 현상을 방지할 수 있다. 또한, 코어(110) 표면에서의 전하 포획에 기인하는 엑시톤의 손실을 최소화하고, 분자 진동에 의한 에너지 손실을 방지하여, 무기발광입자(100)의 양자 효율을 향상시킬 수 있다. In order for the
하나의 예시적인 실시형태에서, 코어(110) 및 쉘(120)은 양자 구속 효과를 가지는 반도체 나노 결정, 금속 산화물 나노 결정일 수 있다. 일례로, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 반도체 나노 결정은, 주기율표 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정, 주기율표 Ⅲ-V족 화합물 반도체 나노 결정, 주기율표 Ⅳ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정, 주기율표 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. In one exemplary embodiment, the
구체적으로, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 주기율표 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정은 MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeSe, ZnO, CdS, CdSe, CdTe, CdSeS, CdZnS, CdSeTe, CdO, HgS, HgSe, HgTe, CdZnTe, HgCdTe, HgZnSe, HgZnTe, CdS/ZnS, CdS/ZnSe, CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe, ZnSe/ZnS, ZnS/CdSZnS, CdS/CdZnS/ZnS, ZnS/ZnSe/CdSe 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 주기율표 Ⅲ-V족 화합물 반도체 나노 결정은 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlGaAs, InGaAs, InGaP, AlInAs, AlInSb, GaAsN, GaAsP, GaAsSb, AlGaN, AlGaP, InGaN, InAsSb, InGaSb, AlGaInP, AlGaAsP, InGaAsP, InGaAsSb, InAsSbP, AlInAsP, AlGaAsN, InGaAsN, InAlAsN, GaAsSbN, GaInNAsSb 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. Specifically, the group II-VI compound semiconductor nanocrystals of the periodic table capable of forming the
코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 주기율표 Ⅳ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정은 TiO2, SnO2, SnS, SnS2, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, PbSnTe 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 또한, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 주기율표 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정은 AgGaS2, AgGaSe2, AgGaTe2, AgInS2, CuInS2, CuInSe2, Cu2SnS3, CuGaS2, CuGaSe2 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. Group IV-VI compound semiconductor nanocrystals capable of forming the
필요에 따라, 코어(110) 및/또는 쉘(120)은 InP/ZnS, InP/ZnSe, GaP/ZnS와 같이 주기율표 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노 결정 및 주기율표 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정과 같이 상이한 족의 화합물 반도체 나노 결정이 다수의 층을 형성할 수도 있다. If necessary, the
또한, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 형성할 수 있는 금속 산화물 나노 결정은 주기율표 Ⅱ족 또는 Ⅲ족 금속 산화물 결정일 수 있다. 일례로, 코어(110) 및/또는 쉘(120)에 적용될 수 있는 금속 산화물 나노 결정은 MgO, CaO, SrO, BaO, Al2O3 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 선택적으로, 코어(110) 및/또는 쉘(120)을 구성하는 반도체 나노 결정은 Eu, Er, Tb, Tm, Dy과 같은 희토류 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑(doping)되거나 도핑되지 않거나, 또는 Mn, Cu, Ag, Al, Mg과 같은 전이금속 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑될 수 있다.In addition, the metal oxide nanocrystals capable of forming the
예를 들어, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)를 구성하는 코어(110)는 ZnSe, ZnTe, CdSe, CdTe, InP, ZnCdS, CuxIn1-xS, CuxIn1-xSe, AgxIn1-xS 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 양자점 또는 양자막대와 같은 무기발광입자(100)를 구성하는 쉘(120)은 ZnS, GaP, CdS, ZnSe, CdS/ZnS, ZnSe/ZnS, ZnS/ZnSe/CdSe, GaP/ZnS, CdS/CdZnS/ZnS, ZnS/CdSZnS, CdXZn1-xS 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 대안적으로, 무기발광입자(100)는 균질 합금(homogeneous alloy) 양자점/양자막대 또는 경도 합금(gradient alloy) 양자점/양자막대와 같은 합금 양자점/양자막대(alloy QDs/alloy QRs; 일례로, CdSxSe1-x, CdSexTe1-x, ZnxCd1-xSe)일 수도 있다.For example, the
다른 하나의 예시적인 실시형태에서, 무기발광입자(100)는 페로브스카이트(Perovskite) 구조를 가지는 양자점 또는 양자 막대일 수 있다. 페로브스카이트 구조의 양자점 또는 양자 막대와 같은 무기발광입자(100)는 발광 성분인 코어(110)를 가지며, 필요에 따라 쉘(120)을 가질 수 있다. 일례로, 페로브스카이트 구조를 가지는 무기발광입자(100)의 코어(110)는 하기 일반식의 구조를 가질 수 있다.In another exemplary embodiment, the inorganic
[일반식][general meal]
[ABX3][ABX 3 ]
일반식에서, A는 유기암모늄 또는 알칼리 금속임; B는 2가의 전이금속, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 금속임; X는 Cl, Br, I 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 할로겐 원자임.In the general formula, A is organoammonium or alkali metal; B is a metal selected from the group consisting of divalent transition metals, rare earth metals, alkaline earth metals, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po, and combinations thereof; X is a halogen atom selected from the group consisting of Cl, Br, I, and combinations thereof.
예를 들어, 일반식에서 A가 유기암모늄인 경우, 무기발광입자(100)는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 구조를 형성한다. 일반식의 A를 구성하는 유기암모늄은 아미디늄계 유기이온, (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (CnH2n+1NH3)2, (CF3NH3), (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2)(n은 1 이상인 정수, x는 1이상인 정수)일 수 있다. 일례로, 유기암모늄은 치환되지 않거나 치환된 C1~C10 알킬암모늄일 수 있다. 구체적으로, 일반식에서 A를 구성하는 유기암모늄은 메틸암모늄(methyl ammonium) 또는 에틸암모늄(ethyl ammonium)일 수 있다. 또한, 일반식에서 A를 구성하는 알칼리 금속은 Na, K, Rb, Cs 및/또는 Fr일 수 있다. 이 경우, 무기발광입자(100)는 무기금속 페로브스카이트 구조를 형성할 수 있다.For example, when A is organic ammonium in the general formula, the inorganic
예를 들어, 페로브스카이트 구조를 가지는 무기발광입자(100)의 코어(110)가 유무기 하이브리드 페로브스카이트 구조를 가지는 경우, 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 유기 양이온이 위치하는 유기평면 사이에 금속양이온이 위치하는 무기평면이 끼어 있는 층상 구조를 갖는다. 이때, 유기물과 무기물의 유전율 차이가 크기 때문에, 엑시톤은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 격자 구조를 구성하는 무기평면 내에 속박되어, 높은 색 순도를 가지는 빛을 발광할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 페로브스카이트 구조를 가지는 무기발광입자(100)의 코어(110)가 무기 하이브리드 페로브스카이트 구조를 가지는 경우, 재료의 안정성이 향상된다. For example, when the
페로브스카이트 구조를 가지는 무기발광입자(100)의 코어(110)에서 각 성분의 조성 비율, 할로겐(X) 원자의 구성 성분의 종류 및 조성 비율을 조정하여, 다양한 파장대로 발광하는 코어를 합성할 수 있다. 또한, 다른 양자점 또는 양자막대(100)를 구성하는 코어(110)와 달리, 페로브스카이트 구조는 안정적인 격자 구조를 이루고 있기 때문에, 페로브스카이트 구조를 가지는 코어(110)는 매우 안정적인 결정 구조를 갖게 되고, 발광 효율이 향상될 수 있다. In the
한편, 무기발광입자(100)의 표면에 결합하는 유기 리간드(130)는 특별히 한정되지 않는다. 일례로, 유기 리간드(130)는 음전하(-)를 띠는 유기 리간드인 X-타입 유기 리간드일 수 있다. 일례로, 음전하(-)를 띠는 X-타입 유기 리간드(130)는 카르복실레이트기(carbozylate, -COO-), 포스포네이트기(phosphonate) 및 티올레이트기(thiolate)로 구성되는 군에서 선택되는 음전하 작용기를 통하여 쉘(120)의 표면에 결합할 수 있다. On the other hand, the
하나의 예시적인 실시형태에서, 음전하(-)를 띠는 X-타입 유기 리간드(130)는 말단 카르복실레이트기를 통하여 쉘(120)의 표면에 결합할 수 있다. 이때, X-타입 유기 리간드(130)를 구성하는 음전하 작용기, 예를 들어 카르복실레이트기(-COO-)는 쉘(120)을 구성하는 금속 물질과 전기적 상호작용을 통하여 결합될 수 있다. 일례로, 말단 카르복실레이트기를 가지는 유기 리간드(130)는 C5-C30 포화 또는 불포화 지방산, 바람직하게는 C8-C20 포화 또는 불포화 지방산에서 유래할 수 있다. 보다 구체적으로, 말단 카르복실레이트기를 가지는 유기 리간드(130)는 옥탄산(ocatnoic acid, 카프릴산, CH3(CH2)6COOH), 데칸산(decanoic acid, CH3(CH2)8COOH), 도데칸산(dodecanoic acid), 라우르산(CH3(CH2)10COOH), 미리스트산(mydristic acid, 1-테트라디카노산, CH3(CH2)12COOH), 팔미트산(palmitic acid, n-헥사데칸산, CH3(CH2)14COOH), 스테아르산(stearic acid, n-옥타데칸산, CH3(CH2)16COOH), 올레산(oleic acid, 시스-9-옥타데케논산, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH) 등과 같은 포화 또는 불포화 지방산에서 유래할 수 있다. In one exemplary embodiment, the negatively charged X-type
다른 선택적인 실시형태에서, 유기 리간드(130)는 비공유 전자쌍을 통하여 쉘(120)을 구성하는 금속 물질 표면에 결합하는 유기 리간드인 L-타입 리간드일 수 있다. 일례로, 비공유 전자쌍을 가지는 유기 리간드(130)는 아민기, 티올기, 포스핀기 및 포스핀 옥사이드기로 구성되는 군에서 선택되는 작용기의 비공유 전자쌍을 통하여 쉘(120)을 구성하는 금속 물질의 표면에 배위결합을 통해 상호작용할 수 있다. 일례로, 비공유 전자쌍을 가지는 유리 리간드(130)의 말단이 아민기(아미노기)를 가지는 경우, 아민기를 구성하는 질소 원자의 비공유 전자쌍을 통하여 쉘(120)을 구성하는 금속 양이온과 배위결합을 통하여 강하게 결합한다. In another alternative embodiment, the
예를 들어, 비공유 전자쌍을 가지는 유기 리간드(130)는 C1-C10 알킬 아민(예를 들어 1가, 2가 또는 3가의 알킬 아민), 바람직하게는 C1-C5 직쇄 또는 측쇄의 알킬 아민, C4-C8 지환족(alicyclic) 아민, 바람직하게는 C5-C8 지환족 아민, C5-C20 방향족 아민, 바람직하게는 C5-C10 방향족 아민, C1-C10 직쇄 또는 측쇄의 알킬 포스핀(예를 들어 1가, 2가 또는 3가의 알킬 포스핀), 바람직하게는 C1-C5 직쇄 또는 측쇄의 알킬 포스핀, C1-C10 직쇄 또는 측쇄의 알킬 포스핀 옥사이드(예를 들어 1가, 2가 또는 3가의 알킬 포스핀 옥사이드), 바람직하게는 C1-C5 직쇄 또는 측쇄의 알킬 포스핀 옥사이드, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. For example, the
하나의 예시적인 실시형태에서, 비공유 전자쌍을 가지는 유리 리간드(130)는 트리스(2-아미노에틸)아민(Tris(2-aminoethy)amine, TAEA), 트리스(2-(아미노메틸)아민과 같은 3가 아민은 물론이고, N-부틸-N-에틸에탄-1,2-디아민(N-butyl-N-ethylethane-1,2-diamine), 에틸렌디아민(ethylene diamine), 펜타에틸렌헥사민(pentaethylenehexamine), 올레일아민과 같은 알킬 아민, 사이클로헥산-1,2-디아민(cyclohexane-1,2-diamine)이나 사이클로헥센-1,2-디아민(cyclohexene-1,2-diamine)과 같은 지환족폴리아민, 2,3-디아미노피리딘(2,3-diaminopyridine)과 같은 방향족 아민 및 이들의 조합을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In one exemplary embodiment, the
무기발광입자(100)를 포함하는 발광 필름 등의 박막을 형성할 때, 기재 상면에 잉크젯 노즐 등을 이용하여 무기발광입자(100)를 포함하는 용액을 코팅하고, 200℃ 이상의 고온에서 경화 공정을 수행하는 게 일반적이다. 양자점 또는 양자막대와 같은 나노 무기발광입자(100)가 고온에 지속적으로 노출되고, 외부의 산소 또는 수분과 반응하면, 무기발광입자(100)의 표면에 결합된 유기 리간드(130)의 상당 부분이 이탈, 분리되고, 무기발광입자(100)를 구성하는 코어(110) 및/또는 쉘(120)이 산화되어 열화된다. 고온의 열 에너지에 의하여 쉘(120) 표면에 배위결합을 형성하였던 유기 리간드(130) 중에서 상당 부분의 유기 리간드가 쉘(120) 표면에 이탈하여, 유리 리간드(130b)로 잔류한다. When forming a thin film such as a light emitting film including the inorganic
무기발광입자(100a)를 구성하는 쉘(120)의 표면에는 일부의 유기 리간드(130a)만 결합하게 되므로, 무기발광입자(100a)의 표면이 노출되고, 열화된 무기발광입자(100a)의 영역에 따라 열팽창 계수의 차이가 발생한다. 또한, 일부의 유기 리간드(130a)만 결합하여 충분히 보호되지 못한 무기발광입자(100a)의 표면 및 내부로 공정 중의 활성 산소 또는 수분이 침투하면서, 무기발광입자(100a)의 산화가 가속되어, 쉘(120)의 표면 및 내부에 산화막(150)이 형성된다. Since only a portion of the
일부의 유기 리간드(130a)만 결합하면서 외부로 노출된 무기발광 입자(100a)의 쉘(120) 표면에 드러난 원자들은 화학 결합에 참여하지 못한 고립 전자쌍(lone pair electron)을 갖는다. 이들 표면 원자들의 에너지 준위로 인하여 전하들이 포획되면서, 무기발광입자(100a)에 표면 결함이 초래된다. 또한, 쉘(120) 표면에 산화막이 형성되면서 쉘(120)을 구성하는 성분의 격자 상수와 코어(110)을 구성하는 성분의 격자상수가 어긋나게 되고, 쉘(120)의 표면에 빈격자점(vacancy)이 형성된다. Atoms exposed on the surface of the
다시 말하면, 고온 공정 전의 무기발광입자(100)가 고온 및 활성 산소에 노출됨에 따라, 쉘(120)의 표면에 결합한 유기 리간드(130) 중에서 상당 부분이 유실, 이탈되어 유리 리간드(130b)로 변환된다. 일부의 유기 리간드(130a)만 결합하고 있는 무기발광입자(100a) 표면에 산화막(150)이 형성되고/형성되거나 빈격자점 등의 표면 결함이 초래되면서, 산화막(150) 및 표면 결함에 의하여 열화된 무기발광입자(100a)에서 엑시톤 구속(exciton confinement) 효율이 떨어진다. 산화막(150) 및/또는 표면 결함이 형성된 무기발광입자(100a)에서 엑시톤이 발광하지 못하고 소멸(quenching)하여 무기발광입자(100a)의 발광 효율이 저하될 수 있다. 아울러, 표면에 포획된 전하로 인하여 무기발광입자(100a)의 전기적, 광학적 특성이 상실되는 문제가 발생한다. In other words, as the inorganic
하지만, 본 발명에 따르면 무기발광입자(100a)를 포함하는 박막에 대하여 2단계의 공정을 부가하여 무기발광입자(100a)의 표면 결함을 제거하여 무기발광입자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따라 발광 효율이 개선된 무기발광입자를 제조하기 위한 공정에 적용될 수 있는 진공 챔버를 포함한 장비를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 2a는 고-진공 열 처리 단계를 개략적으로 나타내고, 도 2b는 수열 처리 단계를 개략적으로 나타낸다. 도 3은 열화된 무기발광입자가 본 발명의 공정을 통하여 발광 효율이 개선된 무기발광입자로 변환되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.However, according to the present invention, a two-step process is added to the thin film including the inorganic light emitting particles 100a to remove surface defects of the inorganic light emitting particles 100a, thereby improving the luminous efficiency of the inorganic light emitting particles. 2A and 2B are schematic diagrams schematically showing equipment including a vacuum chamber that can be applied to a process for producing inorganic light-emitting particles with improved luminous efficiency according to the present invention, respectively. Fig. 2a schematically shows the high-vacuum heat treatment step, and Fig. 2b schematically shows the hydrothermal treatment step. 3 is a schematic diagram schematically showing a process in which deteriorated inorganic light-emitting particles are converted into inorganic light-emitting particles having improved luminous efficiency through the process of the present invention.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 무기발광입자(100)를 포함하는 코팅 조성물은 기재(260)의 일면에 코팅되고, 열 경화 처리에 의하여 발광 필름(250)을 형성한다. 일례로, 초기 무기발광입자(100)를 포함하는 코팅 조성물은 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 기재(260)의 일면에 코팅될 수 있다. 대략 200 내지 250℃의 고온 조건에서 열 경화 공정을 수행하여, 용매를 휘발시키고, 무기발광입자(100)로 이루어진 발광 필름(250)이 기재(260) 일면에 형성된다. 일례로, 기재(260)는 웨이퍼 또는 다른 광학 시트일 수 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B , the coating composition including the inorganic
기재(260)를 포함하거나 포함하지 않은 발광 필름(250)은 진공 챔버(210)로 로딩되어(loaded), 진공 챔버(210) 내부의 서셉터(212) 상에 안착, 재치된다. 진공 챔버(210)는 진공 펌프(220), 마이크로 플라즈마 처리부(230) 및 수증기 공급부(240)와 각각 연결되어 있으며, 일례로 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 챔버일 수 있다. 또한, 발광 필름(250)이 안착되는 서셉터(212)는 진공 펌프(220)와 연결되는 배기실(도시하지 않음)로부터 상향 연장되는 원통 형상의 AlN 등의 세라믹으로 서포터(도시하지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 아울러, 서셉터(212)에는 가열형 히터(도시하지 않음)가 매립될 수 있는데, 히터(도시하지 않음)는 히터 전원(도시하지 않음)에 의해 급전되어, 서셉터(212)를 가열하여, 그 상부에 안착된 발광 필름(250)에 대하여 고-진공 열처리가 수행될 수 있다. 또한, 서셉터(212)에는 전극(도시하지 않음)이 매립되고, 전극(도시하지 않음)에 정합기(도시하지 않음)를 개재하여 바이어스 인가용 고주파 전원(도시하지 않음)이 접속될 수 있다. 필요에 따라, 서셉터(212)에는 그 상부에 안착된 발광 필름(250)를 지지, 승강하기 위한 지지 핀(도시하지 않음)이 서셉터(212)의 표면에 대하여 돌출 및 함몰 가능하게 구비될 수 있다. 아울러, 진공 챔버(210)의 측벽에는 가스 도입부(도시하지 않음)이 구비되고, 가스 도입부(도시하지 않음)을 구성하는 가스 방사 홀(도시하지 않음)은 각각 수소 이온 공급 라인(232) 및 수증기 공급 라인(242)와 각각 연결된다. The
고-진공 열처리 단계에서, 진공 챔버(210)에 연결된 진공 펌프(220)를 가동하여 진공 챔버(210)의 내부에 진공 조건이 구현된다. 반면, 마이크로 플라즈마 처리부(230) 및 수증기 공급부(240)와 진공 챔버(210) 사이에 각각 배치되는 밸브(234, 244)는 본 단계에서 폐쇄된다. 고-진공 조건에서 1차로 발광 필름(250)에 대한 고온의 열처리(thermal annealing)가 수행된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 고-진공 열처리 공정은 1X10-3 torr 내지 1X10-4 torr의 진공 조건에서 30분에서 내지 1시간 진행될 수 있고, 180 내지 230℃의 온도에서 수행될 수 있다. In the high-vacuum heat treatment step, a vacuum condition is implemented in the
도 3을 참조하면, 고온의 열 경화 공정에서 고온의 열 처리 및 외부 활성 산소 및 수분과 반응하여, 표면 결함이 야기된 열화 무기발광입자(100a)에 함유된 산소 분자 및 수소 분자는, 고-진공 열처리 공정에 의하여 제거된다. 이에 따라, 열화된 무기발광입자(100a) 표면에 형성된 산화막(150)이 해리된 상태(150a)가 되어 무기발광입자(100b) 표면에서 제거된다. 하지만, 고-진공 열처리 공정에 따라 변환된 무기발광입자(100b)의 표면 결함은 완전히 제거되지 못하고, 열 경화 공정에 의해 생성된 부산물이 무기발광입자(100b)에 잔류한다. Referring to FIG. 3 , oxygen molecules and hydrogen molecules contained in the deteriorated inorganic light-emitting particles 100a that cause surface defects by reacting with high-temperature heat treatment and external active oxygen and moisture in the high-temperature thermal curing process are high- It is removed by a vacuum heat treatment process. Accordingly, the
본 발명에서는 고-진공 열처리 단계 이후에 수증기 및 필요에 따라 수소 이온이 존재하는 상태에서 수열 공정을 수행한다. 수열 공정을 수행할 수 있도록, 마이크로 플라즈마 처리부(230)로부터 수소 이온 공급 라인(232)을 통하여 수소 이온이 진공 챔버(210)로 공급되고, 수증기 공급부(240)로부터 수증기 공급 라인(242)을 통하여 수증기가 진공 챔버(210)로 공급된다. 수소 이온 및 수증기를 각각 진공 챔버(210) 내부로 제공할 수 있도록, 마이크로 플라즈마 처리부(230)와 진공 챔버(210)를 연결하는 수소 이온 공급 라인(232)에 설계된 수소 이온 밸브(234)와, 수증기 공급부(240)와 진공 챔버(210)를 연결하는 수증기 공급 라인(242)에 설계된 수증기 밸브(244)는 각각 개방된다. 일례로, 수소 이온 밸브(234)와 수증기 밸브(244)는 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller, MFC) 등의 유량 제어기일 수 있다. In the present invention, after the high-vacuum heat treatment step, the hydrothermal process is performed in the presence of water vapor and, if necessary, hydrogen ions. In order to perform the hydrothermal process, hydrogen ions are supplied from the
진공 챔버(210) 내부로 수소 이온을 공급하는 마이크로 플라즈마 처리부(230)는 수소 가스 공급부(도시하지 않음)로부터 제공된 수소를 고온에서 플라즈마 처리하여 수소 이온으로 변환한다. 수소 가스를 마이크로 플라즈마 처리부(230)로 공급하고, 플라즈마 처리에 의하여 변환된 수소 이온을 마이크로 플라즈마 처리부(230)로부터 진공 챔버(210) 내부로 공급할 수 있도록, 질소 가스(N2), 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논 가스와 같은 비활성 가스가 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 수소 이온과 함께 제공될 수 있다. The
이때, 플라즈마 처리된 수소 이온은 희석 가스 및 캐리어 가스를 포함하는 전체 가스 중에 대략 2 내지 4%의 부피비를 가질 수 있다. 예를 들어, 수소 이온과, 캐리어 가스(희석 가스)를 포함하는 전체 가스는 대략 500 내지 5000 mL/min (sccm, standard cubic centimeter per minute)의 양으로 제공될 수 있으며, 수소 이온은 10 내지 200 sccm의 양으로 제공될 수 있다. 만약 진공 챔버(210)로의 수소 이온의 공급량이 10 sccm 미만이면, 열화된 무기발광입자(100A)에 형성된 산화막(150)을 비롯한 표면 결함이 제거되지 않을 수 있고, 수소 이온의 공급량이 200 sccm을 초과하면, 과잉 공급된 수소 이온으로 인하여 공정이 위험해질 수 있다. In this case, the plasma-treated hydrogen ions may have a volume ratio of about 2 to 4% in the total gas including the dilution gas and the carrier gas. For example, the total gas including hydrogen ions and a carrier gas (diluent gas) may be provided in an amount of approximately 500 to 5000 mL/min (sccm, standard cubic centimeter per minute), and the hydrogen ions are 10 to 200 It may be provided in an amount of sccm. If the supply amount of hydrogen ions to the
수증기를 수증기 공급부(240)로부터 진공 챔버(210)으로 공급하기 위하여, 질소 가스(N2), 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논 가스와 같은 비활성 가스와 같은 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 수증기와 함께 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 진공 챔버(210)에 공급되는 전체 가스(수소 이온을 공급하기 위한 캐리어(희석) 가스, 수증기를 공급하기 위한 캐리어(희석) 가스 및 수증기를 포함)에 대하여 수증기의 부피가 10 내지 50 ppmv(parts per million volume), 바람직하게는 30 내지 50 ppmv가 될 수 있도록 수증기가 진공 챔버(210)에 공급될 수 있다. 진공 챔버(210) 내부에 공급되는 수증기의 양이 10 ppmv 미만이면, 무기발광입자(300) 주변에 잔류하는 부산물이 제거되지 않으며, 진공 챔버(210) 내부에 공급되는 수증기의 양이 50 ppmv를 초과하면, 수열 조건이 어긋나면서 부산물이 완전히 제거되지 않을 수 있다. In order to supply water vapor from the water
한편, 도 2a 및 도 2b에서는 플라즈마 처리된 수소 이온과 수증기가 별개의 경로를 통하여 진공 챔버(210) 내부로 공급되는 경우를 도시하였다. 이와 달리, 플라즈마 처리된 수소 이온과 수증기는 단일 경로를 통하여 진공 챔버(210) 내부로 공급될 수 있다. 전술한 경우와 유사하게, 수소 이온과 수증기는 캐리어 가스 또는 희석 가스를 이용하여 공급될 수 있으며, 수소 이온, 수증기 및 캐리어 가스는 대략 500 내지 5000 sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 이때, 수소 이온은 진공 챔버(210)로 공급되는 전체 가스를 기준으로 2 내지 4 부피%일 수 있고, 수증기는 10 내지 50 ppmv, 바람직하게는 30 내지 50 ppmv이며, 희석 가스는 97.997 내지 95.995 내지 97.997 부피%일 수 있다. Meanwhile, FIGS. 2A and 2B illustrate a case in which plasma-treated hydrogen ions and water vapor are supplied into the
예시적인 실시형태에서, 플라즈마 처리에 의하여 변환된 수소 이온 및 소량의 수증기가 진공 챔버(210) 내부에 공급된 상태에서 대략 180 내지 230℃의 온도에서 대략 5 내지 20분 동안 수열 처리가 수행될 수 있다. In an exemplary embodiment, hydrothermal treatment may be performed at a temperature of approximately 180 to 230° C. for approximately 5 to 20 minutes in a state in which hydrogen ions converted by plasma treatment and a small amount of water vapor are supplied to the inside of the
도 2b 및 도 3을 참조하면, 마이크로 플라즈마 처리부(230)로부터 공급되는 수소 이온과, 수증기 공급부(240)로부터 공급되는 수증기에 의한 수열 처리에 의하여, 해리 상태로 변환된 산화막(150a)이 완전히 제거된다. 뿐만 아니라, 수열 처리에 의하여, 무기발광입자(100C)의 표면 결함과 부산물이 완전히 제거되고, 무기발광입자(100C)를 구성하는 코어(110) 및 쉘(120)을 구성하는 분자가 재배열된다. 이에 따라, 열 경화 공정에 의하여 이탈된 유기 리간드(130b)의 일부 유기 리간드와, 열 경화 공정에도 불구하고 무기발광입자(100A)에 결합한 유기 리간드(130a)를 포함하여, 상대적으로 결합력이 우수한 유기 리간드(130d)가 수열 처리된 무기발광입자(100C)의 쉘(120) 표면에 강하게 결합한다. 쉘(120)의 표면에 강하게 결합한 유기 리간드(130d)는 표면 결함이 제거된 무기발광입자(100C)를 보호하고, 무기발광입자(100C)의 안정성을 향상시킨다. 2B and 3 , the
아울러, 무기발광입자(100C) 표면의 빈격자점과 같은 표면 결함이 제거되고, 무기발광입자(100C)를 구성하는 코어(110) 및 쉘(120)에서 어긋난 격자 상수가 초기 상태로 회복되면서, 무기발광입자(100C) 표면에 포획된 전하가 최소화된다. 무기발광입자(100C) 표면으로 전하가 포획되지 않으면서, 무기발광입자(100C)의 엑시톤 구속 효과 또는 양자 구속 효과가 향상된다. 따라서, 고-진공 열처리 및 수열 처리된 무기발광입자(100C)는 열 경화되기 전의 무기발광입자(100)의 양자 효율 및 발광 효율과 매우 유사한 수준의 양자 효율 및 발광 효율을 갖게 된다. In addition, surface defects such as void lattice points on the surface of the inorganic light-emitting
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광 필름(250)은 액정표시장치에 적용되는 발광 시트, 발광다이오드로부터 발광된 빛의 파장을 변환시키는 색 변환층 및/또는 발광다이오드를 구성하는 발광물질층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 발광 필름(250)은 액정표시장치를 구성하는 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 개재된 발광 시트일 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 발광 필름(250)은 액정표시장치의 백라이트 유닛을 구성하는 도광판과, 도광판의 측면에 배치되는 발광 소자 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 발광 필름(250)은 백라이트 유닛 중에서 액정 패널에 인접한 광학 시트로 적용될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 발광 필름(250)은 백라이트 유닛을 구성하는 도광판에 인접하게 배치되며, 확산시트 및 집광시트를 포함하는 광학시트의 상부 및/또는 하부에 배치되거나, 광학시트 사이에 개재될 수 있다. In one exemplary embodiment, the
계속해서, 본 발명에 따라 발광 효율이 향상된 무기발광입자를 포함하는 발광 필름의 일례로서, 무기발광입자를 포함하는 색 변환층이 도입된 발광장치 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치의 일례로서, 마이크로 엘이디가 도입된 발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.Subsequently, as an example of a light emitting film including inorganic light emitting particles having improved luminous efficiency according to the present invention, a light emitting device into which a color conversion layer including inorganic light emitting particles is introduced and a manufacturing method thereof will be described. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a light emitting display device to which a micro LED is introduced as an example of a light emitting device including a color conversion layer having improved luminous efficiency according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광표시장치(300)는 기판(310), 기판(310) 상부에 배치되는 박막트랜지스터(Tr) 및 마이크로 엘이디(D1)을 포함하는 어레이 패널(AP)과, 무기발광입자로 이루어지는 색 변환층(380)과, 색 변환층(380) 상부의 평탄화층(390)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4 , a light emitting
기판(310) 상에는 게이트라인(도시하지 않음)과 데이터라인(도시하지 않음)이 배치되어 적색서브픽셀(R-SP) 영역, 녹색서브픽셀(G-SP) 영역 및 청색서브픽셀(B-SP)이 각각 정의된다. 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역은, 후술하는 마이크로 엘이디(D1)에 대응하는 발광영역(EA)과, 박막트랜지스터(Tr)가 배치되는 구동영역(DA)이 또한 정의된다. 이때, 색 변환층(380)은 적어도 적색서브픽셀(R-SP) 영역과 녹색서브픽셀(G-SP) 영역에 대응하여 형성될 수 있다. A gate line (not shown) and a data line (not shown) are disposed on the
기판(310)은 유리 기판, 얇은 플렉서블(flexible) 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 기판은 polyimide(PI), polyethersulfone(PES), polyethylenenaphthalate(PEN), polyethylene Terephthalate(PET) 및 polycarbonate(PC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다The
기판(310) 상부에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 필요에 따라, 기판 상부(310) 상부에 버퍼층(도시하지 않음)이 형성되고, 버퍼층 상에 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 수 있다. A thin film transistor Tr is formed on the
구체적으로, 기판(310) 상부에 반도체층(320)이 형성된다. 반도체층(320)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(620)이 산화물 반도체 물질로 이루어지는 경우, 반도체층(320) 하부에 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 차광패턴(도시하지 않음)은 반도체층(320)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(320)이 빛에 의하여 열화되는 것을 방지한다. 선택적으로, 반도체층(320)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(320)은 중앙의 채널 영역과, 양 가장자리에 불순물이 도핑되는 소스 및 드레인 영역으로 구분될 수 있다. Specifically, the
반도체층(320) 상부에 절연 물질로 이루어지는 게이트 절연막(324)이 기판(310) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(324)은 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. A
게이트 절연막(324) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(330)이 반도체층(320)의 중앙에 대응하여 형성된다. 도 4에서 게이트 절연막(324)은 기판(310) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(324)은 게이트 전극(330)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다. A
게이트 전극(330) 상부에는 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(332)이 기판(310) 전면에 형성된다. 일례로, 층간 절연막(332)은 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다. An interlayer insulating
층간 절연막(332)은 반도체층(320)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)을 갖는다. 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)은 게이트 전극(330)의 양측에서 게이트 전극(330)과 이격되어 위치한다. 일례로, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)은 게이트 절연막(324) 내에도 형성될 수 있다. 선택적으로, 게이트 절연막(324)이 게이트 전극(330)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)은 층간 절연막(332) 내에만 형성된다. The interlayer insulating
층간 절연막(332) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(342)과 드레인 전극(344)이 형성된다. 소스 전극(342)과 드레인 전극(344)은 게이트 전극(330)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)을 통해 반도체층(320)의 양측과 접촉한다. 드레인 전극(344)은 마이크로 엘이디(D1)에 신호를 인가하는 제 1 전극으로 기능할 수 있다. A
반도체층(320), 게이트 전극(330), 소스 전극(342) 및 드레인 전극(344)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 박막트랜지스터(Tr)는 구동 소자(driving element)로 기능한다. 도 4에 예시된 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(320)의 상부에 게이트 전극(330), 소스 전극(342) 및 드레인 전극(344)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다. 이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. The
도 4에 도시하지 않았으나, 게이트라인과 데이터라인이 서로 교차하여 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역을 정의하며, 게이트라인과 데이터라인에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 상기 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워라인이 데이터라인과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(330)의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다. 아울러, 도시하지 않았으나, 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역의 층간 절연막(332) 상부에는 도전성 소재로 이루어지는 제 2 전극이 위치할 수 있다. Although not shown in FIG. 4 , the gate line and the data line cross each other to define each sub-pixel (R-SP, G-SP, B-SP) region, and a switching element connected to the gate line and the data line is further provided. is formed The switching element is connected to a thin film transistor Tr as a driving element. In addition, the power line is formed to be spaced apart from the data line in parallel, and a storage capacitor is further configured to keep the voltage of the
소스 전극(342)과 드레인 전극(344) 상부에는 제 1 보호층(350)이 기판(310) 전면에 형성된다. 제 1 보호층(350)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(344)을 노출하는 드레인 컨택홀(352)을 갖는다. 도 4에서, 드레인 컨택홀(352)은 제 2 반도체층 컨택홀(336) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 반도체층 컨택홀(336)과 이격되어 형성될 수 있다. 제 1 보호층(350)은 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연 물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다. 제 1 보호층(350) 상에 마이크로 엘이디(D1)가 배치되는데, 일례로 마이크로 엘이디(D1)는 제 1 보호층(350)의 일부를 제거하여 형성되는 오목부에 배치될 수 있다. A
마이크로 엘이디(D1)는 n-형 반도체층(430), n-형 반도체층(430) 상에 배치되는 다중양자우물(multi-quantum-well; MQW) 구조를 가지는 활성층(440), 활성층(440) 상에 배치되는 p-형 반도체층(450), p-형 반도체층(450)의 일부와 접촉하는 p-형 전극(410), 활성층(440) 및 p-형 반도체층(450)의 일부를 식각하여 노출되는 n-형 반도체층(430)의 일부와 접촉하는 n-형 전극(420)으로 구성될 수 있다. 선택적으로, 마이크로 엘이디(D1)는 n-형 반도체층(430)의 하부에 배치되는 도핑하지 않은 GaN층(도시하지 않음) 및/또는 p-형 반도체층(450) 상에 배치되며, 투명 도전성 물질로 이루어지는 오믹컨택층(도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. The micro LED D1 includes an n-
n-형 반도체층(430)은 활성층(440)에 전자를 공급하기 위한 층으로, GaN 반도체층에 Si, Ge, Se, Te 또는 탄소(C)와 같은 n-형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 활성층(440)은 주입되는 전자와 정공이 결합하여 광을 발산한다. 도면에 구체적으로 나타내지는 않았으나, 활성층(440)을 구성하는 다중양자우물 구조는 복수의 장벽층과 우물층이 교대로 배치되며, 우물층은 InGaN층으로 구성되고 장벽층은 GaN으로 구성되지만, 이에 한정되지 않는다. p-형 반도체층(450)은 활성층(440)에 정공을 주입하기 위한 층으로, GaN 반도체층에 Mg, Zn 및 Be와 같은 p-형 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다. 오믹컨택층(도시하지 않음)은 p-형 GaN층(450)과 p-형 전극(410) 사이에 배치되는데, ITO, IGZO, IZO와 같은 투명 금속산화물로 이루어질 수 있다. 한편, p-형 전극(410)과 n-형 전극(420)은 Ni, Au, Pt, Ti, Al, Cr, 이들의 합금 또는 이들의 조합으로 구성되는 금속 소재로 이루어지는 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다. The n-
이와 같은 구조의 마이크로 엘이디(D1)에서 p-형 전극(410) 및 n-형 전극(420)에 전압이 인가되면, n-형 GaN층(430) 및 p-형 GaN층(450)으로부터 활성층(440)으로 각각 전자와 정공이 주입되고, 활성층(440) 내에서 엑시톤이 생성, 소멸되면서, 광이 발광하여 외부로 발산한다. 마이크로 엘이디(D1)에서 발광하는 광의 파장은 활성층(450)의 다중양자우물 구조의 장벽층의 두께를 조절하여 조절할 수 있다. 일례로, 마이크로 엘이디(D1)는 청색으로 발광할 수 있고, 마이크로 엘이디(D1)는 약 10 내지 100 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. When a voltage is applied to the p-
도시하지 않았으나, 마이크로 엘이디(D1)는 기판 상에 버퍼층을 형성하고, 버퍼층 상에 GaN 박막을 성장시켜 제작될 수 있다. 이때, GaN 박막을 성장시키기 위한 기판은 사파이어, 실리콘, GaN, 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨비소(GaAs), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다. 또한, 도면에서는 마이크로 엘이디(D1)가 제 1 보호층(350) 상에 배치된 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이러한 특정 구조의 마이크로 엘이디(D1)로 한정되지 않으며, 수직구조 마이크로 엘이디 및 수평구조 마이크로 엘이디와 같이 다양한 구조의 마이크로 엘이디가 적용될 수 있다. Although not shown, the micro LED D1 may be manufactured by forming a buffer layer on a substrate and growing a GaN thin film on the buffer layer. In this case, as a substrate for growing the GaN thin film, sapphire, silicon, GaN, silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), zinc oxide (ZnO), or the like may be used. In addition, although the drawings show that the micro LED D1 is disposed on the first
마이크로 엘이디(D1)가 전사된 제 1 보호층(350) 상에 제 2 보호층(370)이 형성된다. 제 2 보호층(370)은 산화실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연 물질 및/또는 포토아크릴과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다. A second
한편, 전술한 바와 같이, 제 1 보호층(350)에는 드레인 컨택홀(352) 및 제 2 전극 컨택홀(도시하지 않음)이 형성되어, 박막트랜지스터(Tr)를 구성하는 드레인 전극(344) 및 제 2 전극(도시하지 않음)이 노출된다. 제 1 보호층(350) 상에는 indium-tin-oxide(ITO), indium-zinc-oxide(IZO), indium-tin-zinc oxide(ITZO), indium-gallium-zinc-oxide(IGZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 제 1 연결전극(372) 및 제 2 연결전극(374)이 형성된다. 드레인 컨택홀(352) 및 제 1 연결전극(372)을 통하여, 드레인 전극(344) 및 마이크로 엘이디(D1)의 n-형 전극(420)이 전기적으로 접속된다. 제 2 전극 컨택홀(도시하지 않음) 및 제 2 연결전극(374)을 통하여, 제 2 전극(도시하지 않음) 및 마이크로 엘이디(D1)의 p-형 전극(410)이 전기적으로 접속된다. Meanwhile, as described above, a
각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역 중에서 발광영역(EA)이 아닌 영역으로 뱅크(376) 또는 반사절연막이 배치된다. 뱅크(376) 또는 반사절연막은 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역에 형성된 마이크로 엘이디(D1)로부터 발광된 광 중에서 마이크로 엘이디(D1)의 측면으로 방출되는 광을 반사시켜, 마이크로 엘이디(D1)의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 뱅크(376) 또는 반사절연막은 광 반사를 위한 미세 입자를 포함하는 절연 물질로 이루어질 수 있는데, 산화 티타늄(TiO2) 입자가 분산된 산화실리콘(SiOx) 또는 질화실리콘(SiNx)의 절연 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.A
선택적인 실시형태에서, 제 1 평탄화층(350)과 마이크로 엘이디(D1) 사이에 반사패턴(360)이 더욱 배치될 수 있다. 반사패턴(360)은 각각의 마이크로 엘이디(D1)에서 발광된 광 중에서 마이크로 엘이디(D1)의 하측으로 방출되는 광을 상부로 다시 반사시켜, 복수의 마이크로 엘이디(D120)의 광 효율을 향상시킬 수 있다. In an optional embodiment, a
이러한 반사패턴(124)은 반사 효율이 높은 금속 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)과 같은 물질로 이루어질 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다. 마이크로 엘이디(D1) 하부에 반사패턴(360)이 형성되는 경우, 반사패턴(360) 상부에 제 1 절연층(362)이 형성되어, 반사패턴(360)과 마이크로 엘이디(D1)를 절연시킨다. The reflection pattern 124 may be formed of a metal material having high reflection efficiency, for example, aluminum (Al) or silver (Ag), but is not limited thereto. When the
한편, 각각의 마이크로 엘이디(D1)는 활성층(440)으로부터 청색 광을 방출하는데, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역에서는 각각의 마이크로 엘이디(D1)의 상부로 단파장의 빛을 장파장의 빛으로 변환하여 출사하는 적색 변환패턴(382) 및 녹색 변환패턴(384)을 포함하는 색 변환층(380)이 배치된다. Meanwhile, each of the micro LEDs D1 emits blue light from the
이는 청색 광이 적색 광 및 녹색 광 대비 단파장으로, 단파장의 광에 대해 적색 및 녹색 변환패턴(382, 384)의 발광 효율이 조금 더 우수하며, 적색 및 녹색 변환패턴(382 384)은 그 특성 상 상대적으로 단파장인 청색 광을 상대적으로 장파장대인 적색 광 및 녹색 광으로 변환시키는 것이 상대적으로 장파장대인 적색 광 및 녹색 광을 상대적으로 단파장인 청색 광으로 변환시키는 것과 비교해서, 수명 등의 측면에서 더 우수하기 때문이다. 하지만, 마이크로 엘이디(D1)가 반드시 청색 광을 발광하지는 않으며, 적색 광 또는 녹색 광을 발광하는 마이크로 엘이디로 이루어질 수도 있다.This is because blue light has a shorter wavelength compared to red light and green light, and the luminous efficiency of the red and
적색 서브픽셀(R-SP)의 발광영역(EA)에서 마이크로 엘이디(D1)에서 방출된 청색(B) 광은 제 1 색변환패턴(382)을 통과하여 제 1 컬러의 파장으로 변환된다. 예를 들어, 제 1 색변환패턴(382)은 적색으로 발광하는 무기발광입자로 이루어질 수 있다. The blue (B) light emitted from the micro LED D1 in the emission area EA of the red sub-pixel R-SP passes through the first
일례로, 제 1 컬러는 피크 파장이 약 600 nm 내지 700 nm인 적색(red) 광일 수 있다. 하지만, 제 1 컬러인 적색 광의 파장이 상기 예시에 한정되지 않으며, 본 기술분야에서 적색(R) 광으로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 적색 서브픽셀(R-SP) 영역에서 마이크로 엘이디(D1)으로부터 발광된 청색(B) 광의 대부분이 적색(R) 파장 대역의 광으로 변환되면서 광 추출 효율이 향상된다. For example, the first color may be red light having a peak wavelength of about 600 nm to 700 nm. However, it should be understood that the wavelength of red light, which is the first color, is not limited to the above example, and includes all wavelength ranges that can be recognized as red (R) light in the art. Most of the blue (B) light emitted from the micro LED D1 in the red sub-pixel (R-SP) region is converted to light of the red (R) wavelength band, and thus the light extraction efficiency is improved.
또한, 녹색 서브픽셀(G-SP)의 발광영역(EA)에 대응해서는 제 2 색변환패턴(384)이 위치하는데, 녹색 서브픽셀(G-SP)에 배치된 마이크로 엘이디(D1)에서 방출된 청색(B) 광은 제 2 색변환패턴(384)을 통과하여 제 2 컬러의 파장으로 변환된다. 예를 들어, 제 2 색변환패턴(384)은 녹색으로 발광하는 무기발광입자로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 2 컬러는 피크 파장이 약 495 nm 내지 570 nm인 녹색(red) 광일 수 있다. 하지만, 제 2 컬러인 녹색 광의 파장이 상기 예시에 한정되지 않으며, 본 기술분야에서 녹색(G) 광으로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 녹색 서브픽셀(R-SP) 영역에서 마이크로 엘이디(D1)으로부터 발광된 청색(B) 광의 대부분이 녹색(G) 파장 대역의 광으로 변환되면서 광 추출 효율이 향상된다. In addition, the second
반면, 청색 서브픽셀(B-SP) 영역에서, 마이크로 엘이디(D1)에서 청색(B) 광은 그대로 방출되므로, 청색 서브픽셀(B-SP) 영역에는 색 변환층이 형성되지 않는다. 일례로, 제 1 및 제 2 색변환패턴(382, 384) 및 컬러필터(388)에 대응하여, 청색 서브픽셀(B-SP)에 형성된 마이크로 엘이디(D1)의 상부에 투명 수지, 예를 들어 OCA(optically clear adhesive)가 배치될 수 있다. On the other hand, in the blue sub-pixel (B-SP) region, since the blue (B) light is emitted from the micro LED D1 as it is, the color conversion layer is not formed in the blue sub-pixel (B-SP) region. For example, in response to the first and second
제 1 색변환패턴(382) 및 제 2 색변환패턴(384)을 포함하는 색 변환층(380)은 무기발광입자(100C, 도 5d 참조)인 색 변환 물질을 포함한다. 일례로, 무기발광입자(100C)는 양자점 및/또는 양자막대일 수 있다. The
선택적인 실시형태에서, 색 변환층(380)은 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역 전체에 걸쳐 형성되며, 적록색 무기발광입자로 이루어지는 단일 색 변환층으로 이루어질 수도 있다. 또한, 색 변환층은 청색 서브픽셀(B-SP) 영역을 제외한 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 전 영역에 형성되며, 적색 무기발광입자로 이루어지는 단일 색 변환층으로 이루어질 수도 있다 In an optional embodiment, the
또한, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)에 형성된 색변환패턴(382, 384) 상부에 컬러필터(388)가 각각 형성될 수 있다. 컬러필터(388)는 마이크로 엘이디(D1)에서 생성된 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키는 안료 또는 염료를 포함한다. 컬러 필터(388)를 채택하여, 발광표시장치(300)는 풀-컬러를 구현할 수 있다.In addition,
일례로, 컬러필터(388)는 황색 염료 또는 황색 안료로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 적색 서브픽셀(R-SP) 영역에 형성된 컬러필터 패턴은 적색 염료 또는 적색 안료로 이루어지고, 녹색 서브픽셀(G-SP) 영역에 형성된 컬러필터 패턴은 녹색 염료 또는 녹색 안료로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역에서 마이크로 엘이디(D1)에서 발광된 청색(B) 광은 각각의 컬러필터 패턴을 통과하여, 각각 적색(R) 광 및 녹색(G) 광으로 방출되고, 청색 서브픽셀(B-SP) 영역에서는 청색(B) 광이 방출된다.For example, the
뱅크(376) 또는 반사절연막, 색 변환층(380) 및 컬러필터(388) 및 투명 수지의 상부에 제 3 보호층(390)이 형성된다. 일례로, 제 3 보호층(390)은 산화실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연 물질 및/또는 포토아크릴과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 제 3 보호층(390) 상부에 봉지 또는 배리어 역할을 수행하는 인캡슐레이션 필름(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 발광표시장치(300)는 하부 발광(bottom-emission) 방식일 수 있다. 이때, 컬러필터는 기판(310)과 마이크로 엘이디(D1) 사이에 배치되고, 색 변환층은 마이크로 엘이디(D1)와 컬러필터 사이에 배치될 수 있다. A third
마이크로 엘이디(D1)를 포함하는 어레이 패널과, 본 발명에 따라 발광 효율이 향상된 무기발광입자를 포함하는 색 변환층(380)이 형성된 발광표시장치(300)를 제조하는 공정에 대하여 도 5a 내지 도 5d를 참조하면서 설명한다. 5A to FIG. 5A to FIG. 5A to FIG. 5A to FIG. 5A for a process of manufacturing an array panel including a micro LED D1 and a
도 5a에 나타낸 바와 같이, 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역이 정의된 기판(310) 상부의 구동영역(DA)에 박막트랜지스터(Tr)를 형성하고, 발광영역(EA)에 마이크로 엘이디(D1)를 전사하여 어레이 패널(AP)을 형성, 준비한다. 예를 들어, 기판(310) 상부의 구동영역(DA)에 비정질 실리콘층 및 보호층을 배치하고, 에피 성장 공정에 적용되는 대략 900 내지 1300℃의 열을 가하여 폴리실리콘층으로 변환한다. 이어서, 보호층을 제거하고, 폴리실리콘층 상에 박막트랜지스터(Tr)를 형성한다. As shown in FIG. 5A , the thin film transistor Tr is formed in the driving area DA above the
폴리실리콘으로 이루어지는 박막트랜지스터 소자(Tr)의 구조와 제조 방법은 매우 다양하지만, 일례로 다음과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다. 폴리실리콘층 상에 게이트 절연막(324)을 형성한다. 이후, 게이트 절연막(324) 상에 게이트 전극(330)을 형성한다. 이후, 폴리실리콘층에 이온을 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성한다. 이후, 게이트 절연막(324) 및 게이트 전극(330) 상에 층간 절연막(332)을 형성한다. 이후, 소스 영역 및 드레인 영역 상부의 게이트 절연막(324) 및 층간 절연막(332)에 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336을 형성한다. 이후, 층간 절연막(332) 상에 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(334, 336)을 통해 소스 영역 및 드레인 영역에 접속되는 소스 전극(342) 및 드레인 전극(344)을 형성한다.Although the structure and manufacturing method of the thin film transistor element Tr made of polysilicon are very diverse, for example, it may be manufactured through the following process. A
한편, 발광영역(EA)에서는 제 1 보호층(350) 상에 반사패턴(360) 및 절연층(362)을 형성하고, 제 1 보호층(350)의 일부를 제거하여 형성되는 오목부에 마이크로 엘이디(D1)를 전사하여, 발광영역(EA)에 마이크로 엘이디(D1)를 배치한다. On the other hand, in the light emitting area EA, a
일례로, 마이크로 엘이디(D1)는 기판 상에 에피 성장을 통해 제조될 수 있다. 에피 성장 공정에 의하여, 각각 질화물 반도체로 이루어지는 n-형 반도체층(430), 활성층(440) 및 p-형 반도체층(450)을 형성할 수 있다. 일례로, 질화물계 반도체 소재로 이루어지는 마이크로 엘이디(D1)는 사파이어 성장 기판 상에 금속유기화학증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 공정을 통해 형성할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, MBE(Molecular Beam Epitaxy), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), VPE(Vapor Phase Epitaxy)등의 방법을 통해서도 구현될 수 있다. MOCVD 공정은 대략 900 ~1300℃에서 진행될 수 있다.As an example, the micro LED D1 may be manufactured through epitaxial growth on a substrate. By the epitaxial growth process, the n-
이어서, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(342)과 마이크로 엘이디(D1)의 n-형 전극(420)을 연결하는 제 1 연결전극(372)과, 마이크로 엘이디(D1)의 p-형 전극(410)과 제 2 전극(도시하지 않음)을 연결하는 제 2 연결전극(374)을 형성한다. 예를 들어, 제 1 연결전극(372) 및 제 2 연결전극(374)은, 박막트랜지스터(Tr) 및 박막트랜지스터(Tr)에 의해 구동되는 마이크로 엘이디(D1)가 배치된 기판(310) 상에, 제 1 보호막(350)을 형성하는 공정, 드레인 컨택홀(352) 및 도시하지 않은 제 2 전극 컨택홀을 형성하는 공정과, 금속을 증착하는 공정을 통해 형성될 수 있다. Next, a
도 5b에 나타낸 바와 같이, 어레이 패널(AP)이 형성된 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP)에서 발광영역(EA)의 외측으로 뱅크(376) 또는 반사절연막을 포토레지스트 공정을 이용하여 형성한다. As shown in FIG. 5B , in each subpixel R-SP, G-SP, and B-SP in which the array panel AP is formed, the
이어서, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 무기발광입자(100a)를 포함하는 색 변환층(380)을 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 발광영역(EA)을 구성하는 마이크로 엘이디(D1)의 상부에 형성한다. 일례로, 적색 서브픽셀(R-SP) 영역의 발광영역(EA)은 적색 무기발광입자를 포함하는 제 1 색변환패턴(382)이 배치되고, 녹색 서브픽셀(G-SP) 영역의 발광영역(EA)은 녹색 무기발광입자를 포함하는 제 2 색변환패턴(384)이 배치된다. Next, as shown in FIG. 5C , the
일례로, 색 변환층(380)을 형성하기 위하여, 적색 또는 녹색의 무기발광입자(100A)를 포함하는 코팅 용액을 용액 공정을 이용하여, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역의 마이크로 엘이디(D1) 상부에 코팅한 뒤, 열 경화 공정을 진행하여 용매를 휘발시켜, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 발광영역(EA)으로 색변환패턴(382, 384)으로 이루어진 색 변환층(380)을 형성할 수 있다. 색 변환층(380)을 형성하기 위한 용액 공정은 특별히 제한되지 않으며, 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합할 수 있다. 이어서, 열 경화 공정에 의하여 코팅 용액 중의 용매를 휘발시켜, 무기발광입자(100A)로 이루어진 박막 형태의 색 변환층(380)을, 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역에 형성된 마이크로 엘이디(D1) 상부에 형성한다. For example, in order to form the
이어서, 색 변환층(380) 상부에 포토레지스트 등의 공정을 이용하여 컬러필터(388)를 형성한다. 한편, 청색 서브픽셀(B-SP) 영역의 마이크로 엘이디(D1) 상부에는 색변환패턴 및 컬러필터가 형성되지 않으며, 색변환패턴 및 컬러필터에 대응하여 투명 수지(도면부호 미부여)가 배치될 수 있다. Next, a
이때, 각각의 색변환패턴(382, 384)을 형성하는 무기발광입자(100A)는 고온의 열 경화 공정 및 외부의 활성 산소 및 수분과 반응하여, 유기 리간드 중에서 상당 부분의 유기 리간드가 유리된 상태(130b)로 유실되고, 일부의 유기 리간드(130a)만 쉘(120)의 표면에 결합하여 안정성이 저하된다. 또한, 무기발광입자(100A) 표면에 산화막(150)이 형성되거나 빈격자점 등의 표면 결함이 초래되면서, 발광 효율이 저하된다. At this time, the inorganic
하지만, 본 발명에 따르면, 색 변환층(380)이 상부에 형성된 어레이 패널(AP)을 진공 챔버(220, 도 2a 참조)에 로딩하고, 1차로 고-진공 조건에서 열처리(예를 들어, 1X10-3 torr 내지 1X10-4 torr의 진공 조건, 180 내지 230℃의 온도에서 30분에서 내지 1시간)를 수행하고, 2차로 플라즈마 처리에 의하여 변환된 수소 이온 및 소량의 수증기가 존재하는 조건에서 수열 처리(예를 들어, 진공 챔버로 공급되는 전체 가스 중에서 수소 이온은 2 내지 4 부피%, 수증기는 10 내지 50 ppmv로 공급하고, 180 내지 230℃의 온도에서 대략 5 내지 20분)를 수행한다(도 2b 참조). 색 변환층(380)이 형성된 어레이 패널(AP)에 대한 고-진공 열처리 및 수열 처리는 전술한 광학 필름(250)에 대한 열처리 및 수열 처리와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다. However, according to the present invention, the array panel AP on which the
이에 따라, 도 5d에 나타낸 바와 같이, 2 단계의 열처리 공정이 완료되면, 색 변환층(380)을 구성하는 무기발광입자(100C)는 산화막 및 표면 결함이 제거된 상태이다. 또한, 2 단계의 열처리 공정에 의하여 변환된 무기발광입자(100C)를 구성하는 쉘(120)의 표면에 다수의 유기 리간드(130d)가 강하게 결합하면서, 무기발광입자(100C)를 안정화시킨다. 안정화된 무기발광입자(100C)에서 엑시톤 구속 효과 및 양자 구속 효과가 저하되지 않기 때문에, 무기발광입자(100C)의 발광 효율이 향상될 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 5D , when the two-step heat treatment process is completed, the inorganic
한편, 도 5c 및 도 5d에서는 색 변환층(380) 상부에 컬러필터(388) 및 인캡슐레이션 필름(390)이 형성된 상태에서 고-진공 열처리 공정 및 수열 처리 공정이 진행되는 것으로 도시하였다. 이와 달리, 고-진공 열처리 공정 및 수열 처리 공정은 마이크로 엘이디(D1) 상부에 색 변환층(380)만이 형성된 상태에서 수행될 수도 있다. Meanwhile, in FIGS. 5C and 5D , the high-vacuum heat treatment process and the hydrothermal treatment process are illustrated in a state in which the
도 4a 내지 도 5에서는 발광다이오드로서 마이크로 엘이디가 각각의 서브픽셀에 형성된 발광표시장치를 설명하였다. 발광표시장치에서 광을 방출하는 발광다이오드는 마이크로 엘이디에 한정되지 않는데, 이에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 색 변환층을 포함하는 발광장치로서 발광다이오드가 도입된 발광표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. A light emitting display device in which a micro LED is formed in each sub-pixel as a light emitting diode has been described with reference to FIGS. 4A to 5 . The light emitting diode that emits light in the light emitting display device is not limited to the micro LED, but this will be described. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a light emitting display device to which a light emitting diode is introduced as a light emitting device including a color conversion layer having improved luminous efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention.
발광표시장치(500)는 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP)이 정의된 기판(510), 제 1 기판(510)과 마주하는 인캡슐레이션 필름(590)을 포함한다. 기판(510)은 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) 영역이 정의되고, 각각의 서브픽셀 영역은 발광다이오드(D2)가 배치되는 발광영역(EA)과 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 구동영역(DA)으로 구분될 수 있다. 기판(510) 상부에는 박막트랜지스터(Tr)와 발광다이오드(D2)가 배치되어 어레이 패널(AP)을 형성한다. 인캡슐레이션 필름(590)의 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역은 무기발광입자로 이루어진 색 변환층(580)이 위치한다. The light emitting
기판(510)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(510)은 유리 기판, 얇은 플렉서블 기판 또는 고분자 플라스틱 기판일 수 있다. 인캡슐레이션 필름(590)은 투명 또는 불투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 인캡슐레이션 필름(590)은 유리, 폴리이미드와 같은 플라스틱, 금속 포일 등으로 이루어질 수 있다.The
발광표시장치(500)의 표시면, 예를 들어, 기판(510)의 하부 및/또는 인캡슐레이션 필름(590)의 상면에는 외부광의 반사를 줄이기 위한 편광판(도시하지 않음)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판(도시하지 않음)은 원형 편광판일 수 있고, 우원 편광판(right-handed circular polarization plate) 또는 좌원 편광판(left-handed circular polarization plate)일 수 있다. 선택적으로, 인캡슐레이션 필름(590) 또는 편광판(도시하지 않음) 상에 커버 윈도우(도시하지 않음)가 부착될 수 있다. 이때, 기판(510)과 커버 윈도우(도시하지 않음)가 플렉서블 소재로 이루어진 경우, 플렉서블 표시장치를 구성할 수 있다.A polarizing plate (not shown) for reducing reflection of external light may be attached to the display surface of the light emitting
또한, 인캡슐레이션 필름(590)과 발광다이오드(D2) 사이, 예를 들어, 색 변환층(580)과 발광다이오드(D2) 사이에는 접착층(560)이 배치될 수 있다. 접착층(560)은 OCR로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도시하지 않았으나, 기판(510) 상에는, 서로 교차하여 상기 적색, 녹색, 청색 및 백색 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) 영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인이 형성되고, 게이트라인 또는 데이터라인과 평행하게 연장되며 이격하는 파워라인이 형성된다.Also, an
각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP)에는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 위치한다. 예를 들어, 박막트랜지스터(Tr)는 기판(510) 상부에 배치되는 반도체층(520), 반도체층(520) 상부에 형성되는 게이트 절연막(524), 반도체층(520)의 중앙 영역에 대응되게 형성되는 게이트 전극(530), 게이트 전극(530)을 덮는 층간 절연막(532), 제 1 및 제 2 반도체층 컨택홀(534, 536)을 통하여 반도체층(520)과 접촉하는 소스 전극(542) 및 드레인 전극(544)을 포함할 수 있다. A thin film transistor Tr as a driving element is positioned in each of the subpixels R-SP, G-SP, B-SP, and W-SP. For example, the thin film transistor Tr may correspond to the central region of the
발광다이오드(D2)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 전기적으로 연결된다. 또한, 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP)에는 박막트랜지스터(Tr), 게이트라인, 데이터라인에 전기적으로 연결되는 스위칭 소자와, 스위칭 소자와 파워배선에 연결되는 스토리지 캐패시터가 기판(510) 상에 형성될 수 있다. 게이트라인에 인가된 게이트 신호에 따라 스위칭 소자가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터라인에 인가된 데이터 신호가 스위칭 소자를 통해 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(530)과 스토리지 캐패시터의 일 전극에 인가된다.The light emitting diode D2 is electrically connected to the thin film transistor Tr as a driving element. In addition, each subpixel (R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) has a thin film transistor (Tr), a switching element electrically connected to a gate line, and a data line, and a switching element and a power wiring. A connected storage capacitor may be formed on the
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(530)에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워배선으로부터 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 통하여 발광다이오드(D2)로 흐르게 되고, 발광다이오드(D2)는 박막트랜지스터(Tr)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다. The thin film transistor Tr is turned on according to the data signal applied to the
박막트랜지스터(Tr) 상에는 보호층(550)이 형성된다. 보호층(550)은 상면이 평탄하며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(544)을 노출하는 드레인 컨택홀(552)을 갖는다. A
발광다이오드(D)는 평탄화층(550) 상에 위치하며 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(544)에 연결되는 제 1 전극(610)과, 제 1 전극(610) 상에 순차 적층되는 발광층(620) 및 제 2 전극(630)을 포함한다.The light emitting diode D is located on the
1 전극(610)은 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(610)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. The
한편, 본 실시형태에 따른 발광표시장치(500)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(610) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 상기 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 평탄화층(550) 상에는 제 1 전극(610)의 가장자리를 덮는 뱅크층(554)이 형성된다. 뱅크층(660)은 화소 영역에 대응하여 제 1 전극(710)의 중앙을 노출한다.Meanwhile, when the light emitting
제 1 전극(610) 상에 발광층(620)이 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 발광층(620)은 발광물질층(emitting material layer; EML)의 단층 구조를 가질 수 있다. 일례로, 발광층(620)을 구성하는 발광물질층(EML)은 양자점 및/또는 양자막대와 같은 무기발광입자로 이루어지거나, 호스트 및/또는 도펀트인 유기발광재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유기 도펀트는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 등으로 발광하는 인광 재료, 형광 재료 및/또는 지연형광물질을 포함할 수 있다. 이와 달리, 발광층(620)은 발광물질층 이외에도, 다수의 전하이동층 및/또는 엑시톤 차단층을 가질 수 있다(도 8 참조). 발광층(620)은 1개일 수도 있고, 2개 이상의 발광층이 탠덤 구조를 형성할 수도 있다. A
발광층(620)이 형성된 기판(410) 상부로 제 2 전극(630)이 형성된다. 제 2 전극(630)은 표시 영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 발광다이오드(D2)를 구성하는 제 1 전극(610), 발광층(620) 및 제 2 전극(630)의 소재 및 두께 등의 구성은 도 8의 구성과 실질적으로 동일할 수 있다. A
아울러, 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(590) 상의 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP) 영역 각각에 대응하여, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴으로 이루어지는 컬러필터가 배치될 수 있다. 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP)에서 발광다이오드(D2)로부터 발광된 백색 빛은 각각 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(도시하지 않음)을 통과하여, 각각 적색, 녹색 및 청색 광이 인캡슐레이션 필름(590)을 통과하여 표시되고, 백색 서브픽셀(W-SP) 영역에서는 인캡슐레이션 필름(590)을 통해 백색 광이 표시된다.In addition, although not shown, corresponding to each of the red, green, and blue sub-pixel (R-SP, G-SP, B-SP) regions on the
인캡슐레이션 필름(590)의 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역 중에서 발광다이오드(D2)에 대응되는 발광영역(EA)에 각각 제 1 색변환패턴(582) 및 제 2 색변환패턴(584)으로 이루어지는 색 변환층(580)이 배치된다. 즉, 발광다이오드(D2)로부터 백색(W) 광이 발광되는 경우, 색 변환층(580)은 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP) 영역에 형성되고, 청색 및 백색 서브픽셀(B-SP, W-SP)에는 형성되지 않는다. The first
도 4에서 설명한 색변환패턴(382, 384)과 마찬가지로, 제 1 및 제 2 색변환패턴(582, 584)은 각각 적색으로 발광하는 무기발광입자(100C)와, 녹색으로 발광하는 무기발광입자(100C, 도 7c 참조)를 포함한다. 제 1 색변환패턴(582)은 발광다이오드(D2)에서 발광한 빛을 제 1 컬러, 예를 들어 피크(peak) 파장 범위가 600 nm 내지 700 nm 범위의 적색(R) 광으로 변환시킨다. 제 2 색변환패턴(584)은 발광다이오드(D2)에서 발광한 빛을 제 2 컬러, 예를 들어 피크 파장 범위가 약 495 nm 내지 570 nm인 녹색(G) 광으로 변환시킨다. Similar to the
발광다이오드(D2)에서 발광된 백색(W) 광은 적색 서브픽셀(R-SP) 영역에 대응되게 형성되는 제 1 색변환패턴(582)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 적색(R) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장 및 녹색(G) 파장의 광이 적색(R) 파장의 광으로 변환되면서, 인캡슐레이션 필름(590)으로 방출되어 광 추출 효율이 향상된다. The white (W) light emitted from the light emitting diode D2 passes through the first
또한, 발광다이오드(D2)에서 발광된 백색(W) 광은 녹색 서브픽셀(G-SP) 영역에 대응되게 위치하는 제 2 색변환패턴(584)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 녹색(G) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장의 광이 녹색(G) 파장의 광으로 변환되면서, 인캡슐레이션 필름(590)으로 방출되어 광 추출 효율이 향상된다. In addition, the white (W) light emitted from the light emitting diode D2 passes through the second
한편, 청색 서브픽셀(B-SP)에서 색 변환층(580)이 형성되지 않는다. 일반적으로 광의 파장을 변환할 때 상대적으로 낮은 에너지의 광(장파장의 광)을 상대적으로 높은 에너지의 광(단파장의 광)으로 변환시키는 것은 어렵다. 이런 이유로, 청색 서브픽셀(B-SP에서 높은 에너지의 광이 방출되기 때문에, 색 변환층(580)을 통해서 백색(W) 광을 청색(B) 광으로 변환시키는 것은 쉽지 않다. 아울러, 백색 서브픽셀(W-SP) 영역에는 컬러필터층(도시하지 않음) 및 색 변환층(580)이 형성되지 않는다. Meanwhile, the
발광다이오드(D2)를 포함하는 어레이 패널과, 발광 효율이 향상된 무기발광입자를 포함하는 색 변환층(580)이 형성된 발광표시장치(500)를 제조하는 공정에 대하여 도 7a 내지 도 7c를 참조하면서 설명한다. 7A to 7C for a process of manufacturing an array panel including a light emitting diode D2 and a light emitting
먼저, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) 영역이 정의된 기판(510) 상부의 구동영역(DA)에 박막트랜지스터(Tr)를 형성하고, 발광영역(EA)에 발광다이오드(D2)를 배치하여, 어레이 패널(AP)을 형성, 준비한다. 어레이 패널(AP)을 구성하는 박막트랜지스터(Tr)의 구조 및 형성 공정은 도 5a를 참조하면서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. First, as shown in FIG. 7A , the thin film transistor Tr in the driving area DA above the
발광다이오드(D2)를 형성하기 위하여, 보호층(550) 상부에 제 1 전극(610)을 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP) 영역으로 패터닝한다. 제 1 전극(610)이 패터닝(patterning)되면, 일례로 포토레지스트 공정을 이용하여, 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP)의 발광영역(EA)의 외측으로 뱅크층(554)을 패터닝한다. 뱅크층(554)은 폴리이미드 등의 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이어서, 제 1 전극(610) 상부에 용액 공정이나 증착 공정을 이용하여, 각각의 서브픽셀(R-SP, G-SP, B-SP, W-SP)의 발광영역(EA)으로 발광층(620)을 형성하고, 발광층(620) 상부에 제 2 전극(620)을 기판(510) 전면에 형성하여, 어레이 패널(AP)을 제조한다. In order to form the light emitting diode D2, the
이어서, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 인캡슐레이션 필름(590)의 일면 중에서 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 발광영역(EA)에 대응되는 영역으로 무기발광입자(100a)를 포함하는 색 변환층(580)을 형성하고, 인캡슐레이션 필름(590)의 일면에 형성된 색 변환층(580)과, 어레이 패널(AP)을 접착층(550)을 통해 합지한다. Subsequently, as shown in FIG. 7B , the inorganic light-emitting particles 100a are areas corresponding to the light-emitting areas EA of the red and green sub-pixels R-SP and G-SP on one surface of the
일례로, 적색 서브픽셀(R-SP) 영역의 발광영역(EA)은 적색 무기발광입자를 포함하는 제 1 색변환패턴(582)이 배치되고, 녹색 서브픽셀(G-SP) 영역의 발광영역(EA)은 녹색 무기발광입자를 포함하는 제 2 색변환패턴(584)이 배치된다. 적색 또는 녹색의 무기발광입자(100A)를 포함하는 코팅 용액을 용액 공정을 이용하여, 인캡슐레이션 필름(590) 중에서 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 발광영역(EA)에 대응되는 영역으로 코팅하고, 열 경화 공정을 진행하여 용매를 휘발시켜, 인캡슐레이션 필름(590)의 일면 중에서 적색 및 녹색 서브픽셀(R-SP, G-SP)의 발광영역(EA)으로 색변환패턴(582, 584)으로 이루어진 색 변환층(580)을 형성할 수 있다. 색 변환층(380)을 형성하기 위한 용액 공정은 전술한 마이크로 엘이디(D1, 도 5b 참조)를 포함한 발광표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다. For example, a first
이때, 각각의 색변환패턴(582, 584)을 형성하는 무기발광입자(100A)는 고온의 열 경화 공정 및 외부의 활성 산소 및 수분과 반응하여, 유기 리간드 중에서 상당 부분의 유기 리간드가 유리된 상태(130b)로 유실되고, 일부의 유기 리간드(130a)만 쉘(120)의 표면에 결합하여 안정성이 저하된다. 또한, 무기발광입자(100A) 표면에 산화막(150)이 형성되거나 빈격자점 등의 표면 결함이 초래되면서, 발광 효율이 저하된다. At this time, the inorganic
하지만, 본 발명에 따르면, 어레이 패널(AP)과, 인캡슐레이션 필름(590)의 일면에 색 변환층(580)이 형성된 표시 패널을 진공 챔버(220, 도 2a 참조)에 로딩하고, 1차로 고-진공 조건에서 열처리를 수행하고, 2차로 플라즈마 처리에 의하여 변환된 수소 이온 및 소량의 수증기가 존재하는 조건에서 수열 처리를 수행한다(도 2b 참조). 어레이 패널(AP)과 인캡슐레이션 필름(590)의 일면에 색 변환층(580)이 형성된 표시 패널에 대한 고-진공 열처리 및 수열 처리는 광학 필름(250)에 대한 열처리 및 수열 처리와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다. However, according to the present invention, the array panel AP and the display panel on which the
이에 따라, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 2 단계의 열처리 공정이 완료되면, 색 변환층(580)을 구성하는 무기발광입자(100C)는 산화막 및 표면 결함이 제거되고, 무기발광입자(100C)를 구성하는 쉘(120)의 표면에 다수의 유기 리간드(130d)가 강하게 결합한다. 안정화된 무기발광입자(100C)에서 엑시톤 구속 효과 및 양자 구속 효과가 저하되지 않기 때문에, 무기발광입자(100C)의 발광 효율이 향상될 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 7c, when the two-step heat treatment process is completed, the inorganic light-emitting
전술한 실시형태에서는 발광 시트와 같은 발광 필름과, 색 변환층을 가지는 발광장치 및 그 제조 방법에 대하여 설명하였다. 이와 달리, 본 발명에 따른 공정은 무기발광다이오드를 제조할 때에도 적용될 수 있다. 도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광 효율이 개선된 발광물질층을 포함하는 무기발광다이오드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.In the above-described embodiment, a light-emitting device having a light-emitting film such as a light-emitting sheet, a color conversion layer, and a method for manufacturing the same have been described. Alternatively, the process according to the present invention can also be applied when manufacturing an inorganic light emitting diode. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating an inorganic light emitting diode including a light emitting material layer having improved light emitting efficiency according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 무기발광다이오드(D)는 제 1 전극(710)과, 제 1 전극(710)과 마주하는 제 2 전극(730)과, 제 1 전극(710)과 제 2 전극(730) 사이에 위치하는 발광층(720)을 포함한다. 발광층(720)은 발광물질층(Emitting material layer, EML, 740)을 포함한다. 선택적인 실시형태에서, 발광층(720)은 제 1 전극(710)과 발광물질층(740) 사이에 위치하는 제 1 전하이동층(charge transfer layer 1; CTL1, 750)과, 발광물질층(740)과 제 2 전극(730) 사이에 위치하는 제 2 전하이동층(charge transfer layer 2; CTL2, 760)을 포함한다. 아울러, 발광층(720)은 발광물질층(740)과 제 1 전하이동층(750) 사이에 위치하는 제 1 엑시톤 차단층인 전자차단층(electron blocking layer; EBL, 도시하지 않음)) 및/또는 발광물질층(740)과 제 2 전하이동층(760) 사이에 위치하는 제 2 엑시톤 차단층인 정공차단층(hole blocking layer; HBL, 도시하지 않음)을 더욱 포함할 수 있다. As shown in FIG. 8 , the inorganic light emitting diode D according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
제 1 전극(710)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 제 1 전극(710)은 유리 또는 고분자 소재를 포함할 수 있는 기판(510, 도 6 참조) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 제 1 전극(710)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질, 예를 들어 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 전극(710)은 indium-tin-oxide(ITO), indium-zinc-oxide(IZO), indium-tin-zinc oxide(ITZO), indium-copper-oxide(ICO), SnO2, In2O3, Cd:ZnO), F:SnO2, In:SnO2), Ga:SnO2 및 Al:ZnO(AZO)을 포함하는 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 전극(710)은 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 더욱 포함할 수 있다.The
제 2 전극(730)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(730)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(710)과 제 2 전극(730)은 각각 5 내지 300 nm, 바람직하게는 10 내지 200 nm의 두께로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. The
하나의 예시적인 실시형태에서, 무기발광다이오드(D3)가 하부 발광 타입인 경우, 제 1 전극(710)은 ITO, IZO, ITZO, AZO와 같은 투명 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 제 2 전극(730)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, Al, Mg, Ag:Mg 합금 등을 사용할 수 있다. In one exemplary embodiment, when the inorganic light emitting diode D3 is a bottom light emitting type, the
발광물질층(740)은 양자점 또는 양자막대일 수 있는 무기발광입자(100C, 도 9d 참조)로 이루어진다. 발광물질층(740)이 양자점 또는 양자막대와 같은 무기 발광입자(100C)를 포함하는 경우, 무기발광입자를 비극성 용매 및/또는 극성 용매에 분산시킨 용액을 이용하여 발광물질층(740)을 형성할 수 있다. The light emitting
제 1 전하이동층(750)은 발광물질층(740)으로 정공을 공급하는 정공이동층(hole transfer layer)일 수 있다. 일례로, 제 1 전하이동층(750)은 제 1 전극(710)과 발광물질층(740) 사이에서 제 1 전극(710)에 인접하게 위치하는 정공주입층(hole injection layer; HIL, 752)과, 제 1 전극(710)과 발광물질층(740) 사이에서 발광물질층(740)에 인접하게 위치하는 정공수송층(hole transport layer; HTL, 754)을 포함할 수 있다. The first
정공주입층(752)은 제 1 전극(710)에서 발광물질층(740)으로 정공의 주입을 용이하게 한다. 일례로, 정공주입층(752)은 poly(ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate(PEDOT:PSS); tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane(F4-TCNQ)이 도핑된 4,4',4"-tris(diphenylamino)triphenylamine(TDATA); 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 zinc phthalocyanine(ZnPc)과 같은 p-도핑된 프탈로시아닌; F4-TCNQ가 도핑된 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphtyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine(α-NPD); hexaazatriphenylene-hexanitrile(HAT-CN) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 30 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. 정공주입층(752)은 무기발광다이오드(D3)의 구조 및 형태에 따라 생략될 수 있다. The
정공수송층(754)은 제 1 전극(710)에서 발광물질층(740)으로 정공을 전달한다. 정공수송층(254)은 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있다. 정공수송층(754)이 유기물로 이루어지는 경우, 정공수송층(754)은 4,4'-Bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(CBP, CBDP)와 같은 4,4'-bis(p-carbazolyl)-1,1'-biphenyl compounds; N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(NPB, NPD), N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(TPD), N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro(spiro-TPD), N,N'-di(4-(N,N'-diphenyl-amino)phenyl)-N,N'-diphenylbenzidine(DNTPD), 4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(TCTA), tetra-N-phenylbenzidine(TPB), tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine(m-MTDATA), poly(9,9'-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine(TFB), poly(4-butylphenyl-dipnehyl amine)(poly-TPD), spiro-NPB 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 방향족 아민(aromatic amine) 또는 다핵방향족 3차 아민(polynuclear aromatic amine)인 아릴 아민류; polyaniline, polypyrrole, PEDOT:PSS와 같은 도전성 폴리머; poly(N-vinylcarbazole)(PVK) 및 그 유도체, poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene](MEH-PPV)이나 poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene](MOMO-PPV)와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌(poly(para)phenylenevinylene) 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트 및 그 유도체, 폴리(9,9-옥틸플루오렌) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌)) 및 그 유도체와 같은 폴리머; copper phthalocyanine(CuPc)과 같은 금속 착화합물; 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다. The
정공수송층(754)이 무기물로 이루어지는 경우, 정공수송층(754)은 금속 산화물 나노 결정, 비-산화 등가물 나노 결정 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 정공수송층(254)에 사용될 수 있는 금속 산화물 나노 결정은 ZnO, TiO2, CoO, CuO, Cu2O, FeO, In2O3, MnO, NiO, PbO, SnOx, Cr2O3, V2O5, Ce2O3, MoO3, Bi2O3, ReO3 및 이들의 조합에서 선택될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 한편 비-산화 등가물 나노 결정은 티오시안구리(CuSCN), Mo2S, p-형 GAN 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 정공수송층(754)은 전술한 금속 산화물 나노 결정 및 비-산화 등가물 나노 결정은 p-형 도펀트로 도핑될 수 있다. 일례로, p-형 도펀트는 Li+, Na+, K+, Sr+, Ni2+, Mn2+, Pb2+, Cu+, Cu2+, Co2+, Al3+, Eu3+, In3+, Ce3+, Er3+, Tb3+, Nd3+, Y3+, Cd2+, Sm3+, N, P, As 및 이들의 조합에서 선택될 있으나, 이에 한정되지 않는다.When the
도 8에서 정공이동층일 수 있는 제 1 전하이동층(750)은 정공주입층(752)과 정공수송층(754)으로 구분되어 있다. 이와 달리, 제 1 전하이동층(750)은 하나의 층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전하이동층(750)은 정공주입층(752)이 생략되고 정공수송층(754)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)이 도핑되어 이루어질 수도 있다. In FIG. 8 , the first
제 2 전하이동층(760)은 발광물질층(740)과 제 2 전극(730) 사이에 위치한다. 제 2 전하이동층(760)은 발광물질층(740)으로 전자를 공급하는 전자이동층(electron transfer layer)일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하이동층(760)은 제 2 전극(730)과 발광물질층(740) 사이에서 제 2 전극(730)에 인접하게 위치하는 전자주입층(electron injection layer; EIL, 762)과, 제 2 전극(730)과 발광물질층(740) 사이에서 발광물질층(740)에 인접하게 위치하는 전자수송층(electron transport layer; ETL, 764)을 포함할 수 있다. The second charge transfer layer 760 is positioned between the light emitting
전자주입층(762)은 제 2 전극(730)으로부터 발광물질층(740)으로의 전자 주입을 용이하게 한다. 예를 들어, 전자주입층(762)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. The
전자수송층(764)은 발광물질층(740)으로 전자를 전달한다. 전자수송층(764)은 무기물 및/또는 유기물로 이루어질 수 있다. The
발광물질층(740)이 무기발광입자(100C, 도 9d 참조)를 포함하는 경우, 발광물질층(740)과의 계면 결함을 방지하여 소자를 구동할 때 안정성을 확보할 수 있도록 전자수송층(764)은 무기물로 이루어질 수 있다. 전자수송층(764)이 전하 이동도(mobility)가 우수한 무기물로 이루어지는 경우, 제 2 전극(730)에서 제공되는 전자의 전달 속도가 향상될 수 있고, 전자 농도가 크기 때문에, 발광물질층(740)으로 전자가 효율적으로 수송될 수 있다When the light emitting
또한, 발광물질층(740)이 무기발광입자(100C)를 포함하는 경우, 무기발광입자(100C)의 가전자대(valence band; VB) 에너지 준위는 매우 깊다(deep). 통상적으로 전자 전달 특성을 가지는 유기 화합물의 HOMO 에너지 준위는 무기 발광 입자의 가전자대(VB) 에너지 준위보다 얕다(shallow). 이 경우, 제 1 전극(710)으로부터 무기발광입자(100C)를 포함하는 발광물질층(740)으로 주입된 정공이 유기 화합물로 이루어지는 전자수송층(764)을 지나 제 2 전극(730)으로 누설(leakage)되는 문제가 발생할 수 있다. In addition, when the light emitting
따라서, 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(764)은 가전자대(VB) 에너지 준위가 상대적으로 깊은(deep) 무기물로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 가전자대(VB) 에너지 준위와, 전도대(conduction band) 에너지 준위 사이의 에너지 밴드갭(Eg)이 넓은 무기물을 전자수송층(764)의 소재로 사용할 수 있다. 이 경우, 무기발광입자(100C)를 포함하는 발광물질층(740)으로 주입된 정공이 전자수송층(764)으로 누설되지 않으며, 제 2 전극(730)으로부터 제공되는 전자가 효율적으로 발광물질층(740)에 주입될 수 있다. Accordingly, in one exemplary embodiment, the
하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(764)은 금속 산화물 나노 결정, 반도체 나노 결정, 질화물 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 전자수송층(764)은 금속 산화물 나노 결정으로 이루어질 수 있다. In one exemplary embodiment, the
전자수송층(764)에 적용될 수 있는 금속 산화물 나노 결정은 아연(Zn), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 바륨(Ba) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전자수송층(764)을 형성하는 금속 산화물은 티타늄산화물(TiO2), 아연산화물(ZnO), 아연마그네슘산화물(ZnMgO), 아연칼슘산화물(ZnCaO), 지르코늄산화물(ZrO2), 주석산화물(SnO2), 주석마그네슘산화물(SnMgO), 텅스텐산화물(WO3), 탄탈륨산화물(Ta2O3), 하프늄산화물(HfO3), 알루미늄산화물(Al2O3), 바륨티타늄산화물(BaTiO3), 바륨지르코늄산화물(BaZrO3) 및 이들의 조합을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 전자수송층(764)에 적용될 수 있는 반도체 나노 결정은 CdS, ZnSe, ZnS 등을 포함하고, 질화물은 Si3N4를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. Metal oxide nanocrystals applicable to the
하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(ETL, 764)의 LUMO(또는 전도대) 에너지 준위는 발광물질층(EML, 740)의 LUMO 에너지 준위와 유사하도록 설계되는 반면, 전자수송층(ETL, 764)의 HOMO(또는 가전자대) 에너지 준위는 발광물질층(EML, 740)의 HOMO 에너지 준위보다 깊게 설계될 수 있다. 필요한 경우, 전자수송층(764)은 무기 나노 입자에 n-도핑된(n-도펀트) 성분을 포함할 수 있다. 전자수송층(764)에 포함될 수 있는 n-도핑된 성분은 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 구성되는 금속의 양이온, 특히 3가 양이온을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. In one exemplary embodiment, the LUMO (or conduction band) energy level of the electron transport layer (ETL, 764) is designed to be similar to the LUMO energy level of the light emitting material layer (EML, 740), whereas the electron transport layer (ETL, 764) The HOMO (or valence band) energy level of may be designed to be deeper than the HOMO energy level of the light emitting
전자수송층(764)이 유기물로 이루어지는 경우, 전자수송층(764)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 페난트롤린(phenanthroline)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물을 사용할 수 있다. When the
구체적으로, 전자수송층(764)을 구성할 수 있는 유기 물질은 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole(TAZ), bathocuproine(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP), 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)(TPBi), tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3),bis(2-methyl-8-quninolinato)-4-phenylphenolatealuminum (Ⅲ)(BAlq), bis(2-methyl-quinolinato)(tripnehylsiloxy) aluminum (Ⅲ)(Salq) 및 이들의 조합으로 구성되는 소재에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. Specifically, the organic material constituting the
도 8에서 제 2 전하이동층(760)은 전자주입층(762)과 전자수송층(764)의 2층으로 도시하였다. 선택적으로, 제 2 전하이동층(760)은 전자수송층(764)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 또한, 전술한 무기물로 이루어지는 전자 수송 재료에 세슘카보네이트를 블렌딩한 전자수송층(764)의 1층으로 제 2 전하이동층(760)을 형성할 수도 있다. In FIG. 8 , the second charge transfer layer 760 is illustrated as two layers of an
한편, 제 1 전하이동층(750)을 구성하는 정공수송층(754)이 유기물로 이루어지고, 제 2 전하이동층(760)이 무기물로 이루어지는 혼성 전하이동층을 도입하는 경우, 발광다이오드(D)의 발광 특성이 향상될 수 있다. On the other hand, when a hybrid charge transfer layer including the
선택적인 실시형태에서, 정공이 발광물질층(740)을 지나 제 2 전극(730)으로 이동하거나, 전자가 발광물질층(740)을 지나 제 1 전극(710)으로 이동하는 경우, 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 무기발광다이오드(D)는 발광물질층(740)에 인접하여 적어도 1개의 엑시톤 차단층이 위치할 수 있다. 예를 들어, 무기발광다이오드(D)는 정공수송층(754)과 발광물질층(740) 사이에 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 전자차단층(electron blocking layer, EBL, 도시하지 않음)이 위치할 수 있다. In an alternative embodiment, the lifetime of the device when holes migrate past the
일례로, 전자차단층(도시하지 않음)은 TCTA, tris[4-(diethylamino)phenyl]amine),N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, tri-p-tolylamine, 1,1-bis(4-(N,N'-di(ptolyl)amino)phenyl)cyclohexane(TAPC), m-MTDATA, 1,3-bis(N-carbazolyl)benzene(mCP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(mCBP), Poly-TPD, CuPc, DNTPD 및/또는1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene(TDAPB) 등으로 이루어질 수 있다. For example, the electron blocking layer (not shown) is TCTA, tris[4-(diethylamino)phenyl]amine),N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9) -Phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine, tri-p-tolylamine, 1,1-bis(4-(N,N'-di(ptolyl)amino) phenyl)cyclohexane(TAPC), m-MTDATA, 1,3-bis(N-carbazolyl)benzene(mCP), 3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl(mCBP), Poly- It may be made of TPD, CuPc, DNTPD and/or 1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene (TDAPB).
또한, 발광물질층(740)과 전자수송층(764) 사이에 제 2 엑시톤 차단층으로서 정공차단층(hole blocking layer, HBL, 도시하지 않음)이 위치하여 발광물질층(740)과 전자수송층(764) 사이에서의 정공의 이동을 방지할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공차단층(도시하지 않음)의 소재로서 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페난트롤린(phenanthroline)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물을 사용할 수 있다. 예를 들어 정공차단층(도시하지 않음)은 발광물질층(740)에 사용된 소재와 비교해서 HOMO 에너지 준위가 깊은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP), BAlq, Alq3, 2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(PBD), 스파이로-PBD 및/또는 lithium quinolate(Liq) 등으로 이루어질 수 있다.In addition, a hole blocking layer (HBL, not shown) as a second exciton blocking layer is positioned between the light emitting
도 8에 도시한 무기발광다이오드(D3)를 제조하는 공정에 대하여 도 9a 내지 도 9d를 참조하면서 설명한다. 먼저, 도 9d에 나타낸 바와 같이, 제 1 전극(910)의 상면에 정공주입층(752) 및 정공수송층(754)을 순차적으로 형성하여 제 1 전하이동층(750)을 형성한다. 정공주입층(752) 및 정공수송층(754)을 포함하는 제 1 전하이동층(750)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법과 같은 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating), 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 정공주입층(752)과 정공수송층(754)의 두께는 각각 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.A process for manufacturing the inorganic light emitting diode D3 shown in FIG. 8 will be described with reference to FIGS. 9A to 9D . First, as shown in FIG. 9D , a
이어서, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 제 1 전하이동층(750) 상부에 무기발광입자(100A)로 이루어진 발광물질층(740)을 형성한다. 발광물질층(740)을 형성하기 위하여, 초기의 무기발광입자(100, 도 1 참조)를 비극성 용매 및/또는 극성 용매에 분산시킨 용액을 이용할 수 있다. 무기발광입자(100)가 분산된 용액을 제 1 전하이동층(750) 상에 도포한 뒤에, 용매를 휘발시킴으로써 발광물질층(740)을 형성한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 무기발광입자(100)를 포함하는 발광물질층(740)을 형성하기 위하여, 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합할 수 있다. 이어서, 코팅된 조성물에 대하여 열 경화를 진행하여 용매를 휘발시켜, 무기발광입자(100A)로 이루어진 발광물질층(740)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 9B , a light emitting
그런데, 발광물질층(740)을 형성하는 무기발광입자(100A)는 고온의 열 경화 공정 및 외부의 활성 산소 및 수분과 반응하여, 유기 리간드 중에서 상당 부분의 유기 리간드가 유리된 상태(130b)로 유실되고, 일부의 유기 리간드(130a)만 쉘(120)의 표면에 결합하여 안정성이 저하된다. 또한, 무기발광입자(100A) 표면에 산화막(150)이 형성되거나 빈격자점 등의 표면 결함이 초래되면서, 발광 효율이 저하된다. By the way, the inorganic
하지만, 본 발명에 따르면, 제 1 전극(710) 상에 제 1 전하이동층(750) 및 발광물질층(740)이 형성된 발광 소자를 진공 챔버(220, 도 2a 참조)에 로딩하고, 1차로 고-진공 조건에서 열처리를 수행하고, 2차로 플라즈마 처리에 의하여 변환된 수소 이온 및 소량의 수증기가 존재하는 조건에서 수열 처리를 수행한다(도 2b 참조). 제 1 전하이동층(750) 및 발광물질층(740)이 형성된 발광 소자에 대한 고-진공 열처리 및 수열 처리는 광학 필름(250)에 대한 열처리 및 수열 처리와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다. However, according to the present invention, the light emitting device having the first
이에 따라, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 2 단계의 열처리 공정이 완료되면, 발광물질층(740)을 구성하는 무기발광입자(100C)는 산화막 및 표면 결함이 제거된 상태이고, 이러한 2 단계의 열처리 공정에 의하여 변환된 무기발광입자(100C)를 구성하는 쉘(120)의 표면에 다수의 유기 리간드(130d)가 강하게 결합하면서, 무기발광입자(100C)를 안정화시킨다. 안정화된 무기발광입자(100C)에서 엑시톤 구속 효과 및 양자 구속 효과가 저하되지 않기 때문에, 무기발광입자(100C)의 발광 효율이 향상될 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 7C , when the two-step heat treatment process is completed, the inorganic light-emitting
이어서, 도 9d에 나타낸 바와 같이, 발광물질층(740) 상부에, 전자수송층(764) 및 전자주입층(762)을 순차적으로 형성하여 제 2 전하이동층(760)을 형성한다. 전자주입층(762) 및/또는 전자수송층(764)을 포함하는 제 2 전하이동층(760)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법과 같은 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 형성될 수 있다. 일례로, 전자주입층(762) 및 전자수송층(764)은 각각 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 9D , an
이어서, 증착 공정을 이용하여, 제 2 전하이동층(760) 상에 제 2 전극(730)을 형성하여, 무기발광다이오드(D3)를 제조한다. Next, the inorganic light emitting diode D3 is manufactured by forming the
한편, 도 9c 및 도 9d에서는 발광물질층(740)을 형성한 직후에 고-진공 열처리 공정 및 수열 처리 공정이 진행되는 것으로 도시하였다. 이와 달리, 고-진공 열처리 공정 및 수열 처리 공정은 제 2 전하이동층(760)이 형성된 이후 또는 제 2 전극(730)이 형성된 이후에도 진행될 수 있다. Meanwhile, in FIGS. 9C and 9D , a high-vacuum heat treatment process and a hydrothermal treatment process are performed immediately after the light emitting
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described through exemplary embodiments, but the present invention is not limited to the technical ideas described in the following examples.
실시예: 발광 필름 제조Example: Preparation of light emitting film
아크릴레이트계 수지로 이루어진 기재의 일면에 올레일아민, 트리옥틸포스핀 및 도데칸티올 등의 유기 리간드가 결합된 적색 양자점(InP/ZnSe/ZnS)을 포함하는 용액(유기 용매 헥산)을 코팅하고 230℃의 온도에서 30분 동안 열 경화시켜 박막 형태(두께 10 ㎛)의 발광 필름을 제조하였다. 박막 형태의 발광 필름을 CVD 챔버에 로딩하고, CVD 챔버에 1X10-4 torr의 고-진공을 도입하고, 230℃의 온도에서 1시간 동안 1차로 열처리하였다. 이어서, 플라즈마 처리한 수소 이온을 캐리어 가스로 희석하여 CVD 챔버에 공급하고, 수증기가 CVD 챔버 내의 전체 가스를 기준으로 30 ppmv가 될 수 있도록 CVD 챔버에 공급하면서(전체 가스는 500 sccm, 수소 이온은 10 sccm의 유량으로 공급), 200℃의 온도에서 20분 동안 수열 처리하여, 최종적으로 양자점으로 이루어진 발광 필름을 제조하였다. A solution (organic solvent hexane) containing red quantum dots (InP/ZnSe/ZnS) to which organic ligands such as oleylamine, trioctylphosphine, and dodecanethiol are bound on one surface of a substrate made of an acrylate-based resin is coated and A light emitting film in the form of a thin film (thickness of 10 µm) was prepared by thermal curing at a temperature of 230°C for 30 minutes. The light emitting film in the form of a thin film was loaded into a CVD chamber, a high-vacuum of 1X10 -4 torr was introduced into the CVD chamber, and a first heat treatment was performed at a temperature of 230°C for 1 hour. Then, the plasma-treated hydrogen ions are diluted with a carrier gas and supplied to the CVD chamber, and while supplying water vapor to the CVD chamber so as to be 30 ppmv based on the total gas in the CVD chamber (total gas is 500 sccm, hydrogen ions are supplied at a flow rate of 10 sccm), hydrothermal treatment at a temperature of 200° C. for 20 minutes, to finally prepare a light emitting film made of quantum dots.
비교예: 발광 필름 제조Comparative Example: Light-emitting film production
수열 처리 단계를 대신하여, 수증기를 공급하지 않은 상태에서 2차 열처리 공정을 수행한 것을 제외하고, 실시예에서와 동일한 물질 및 절차를 반복하여 발광 필름을 제조하였다. Instead of the hydrothermal treatment step, the same materials and procedures as in Example were repeated to prepare a light emitting film, except that the secondary heat treatment process was performed in a state in which water vapor was not supplied.
실험예 1: 양자점의 EQE, Wp, FWHM 평가Experimental Example 1: EQE, Wp, FWHM evaluation of quantum dots
실시예 및 비교예에서 각각의 단계 전후에 얻어진 양자점의 외부양자효율(external quantum efficiency, EQE, %), 피크발광파장(peak wavelength, Wp, nm) 및 반치폭(full width at half maximum, FWHM, nm)을 평가하였다. 코팅 및 열 경화 처리 이전의 양자점(초기 샘플), 열 경화 이후의 양자점, 1차 열처리 공정 이후의 양자점 및 2차 수열 처리 공정 이후의 양자점 각각에 대한 양자점의 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 수열 처리를 진행하지 않은 비교예에서 최종적으로 제조된 양자점의 EQE는 초기 양자점 대비 82.8%에 불과하였다. 반면, 실시예에서 최종적으로 제조된 양자점의 EQE는 초기 양자점 대비 96.4%로, 2 단계의 상이한 열처리를 통하여 양자점의 발광 효율이 크게 회복되었다. External quantum efficiency (EQE, %), peak emission wavelength (Wp, nm) and full width at half maximum (FWHM, nm) of quantum dots obtained before and after each step in Examples and Comparative Examples ) was evaluated. The evaluation results of quantum dots for each quantum dot (initial sample) before coating and thermal curing treatment (initial sample), quantum dots after thermal curing, quantum dots after the first heat treatment process, and quantum dots after the secondary hydrothermal treatment process are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the EQE of the quantum dots finally prepared in Comparative Example without hydrothermal treatment was only 82.8% compared to the initial quantum dots. On the other hand, the EQE of the quantum dots finally prepared in Examples was 96.4% compared to the initial quantum dots, and the luminous efficiency of the quantum dots was largely recovered through two different heat treatments.
실시예
Example
비교예
comparative example
실험예 2: 양자점의 형태 변화 측정Experimental Example 2: Measurement of shape change of quantum dots
실시예에서 제조된 발광 필름을 구성하는 양자점의 형태를 각각의 공정 단계 전후에서 전자현미경(TEM)을 이용하여 측정하였다. 측정 결과를 도 10a(코팅 및 열 경화 이전의 초기 양자점), 도 10b(열 경화 이후 양자점), 도 10c(1차 열처리 이후 양자점), 도 10d(수열 처리 이후 양자점)에 나타낸다. 초기 양자점은 매우 얇은 산화막과 소량의 표면 결함이 존재하며, 상대적으로 균일한 결정 상태로 존재하였다(도 10a). 열 경화 공정 이후에는 고온에 노출되고 외부의 활성 산소 및 수분에 노출되어, 산화막이 형성되고 다수의 표면 결함이 존재하였다(도 10b). 1차 고-진공 열처리 이후에는 활성 산소 분자 및 수분의 수소 분자가 제거되면서 양자점 표면에 형성된 산화막의 결합이 해리되면서 제거되었으나, 부산물과 일부 표면 결함이 여전히 존재하였다(도 10c). 한편, 수열 처리 이후에는 해리된 산화막이 완전히 제거되었으며, 표면 결함이 수열 처리에 의하여 완전히 제거되고, 코어 및 쉘을 형성하는 분자가 재배열되면서, 부산물 역시 완전히 제거되면서, 균일하고 고-결정 상태의 양자점으로 회복되었다(도 10d). The shape of quantum dots constituting the light emitting film prepared in Examples was measured using an electron microscope (TEM) before and after each process step. The measurement results are shown in Fig. 10a (initial quantum dots before coating and thermal curing), Fig. 10b (quantum dots after thermal curing), Fig. 10c (quantum dots after primary heat treatment), and Fig. 10d (quantum dots after hydrothermal treatment). The initial quantum dots had a very thin oxide film and a small amount of surface defects, and existed in a relatively uniform crystalline state (FIG. 10a). After the thermal curing process, exposed to high temperature and exposed to external active oxygen and moisture, an oxide film was formed and a number of surface defects were present (FIG. 10b). After the first high-vacuum heat treatment, as active oxygen molecules and hydrogen molecules of moisture were removed, the bond of the oxide film formed on the quantum dot surface was dissociated and removed, but by-products and some surface defects were still present (FIG. 10c). On the other hand, after the hydrothermal treatment, the dissociated oxide film is completely removed, the surface defects are completely removed by the hydrothermal treatment, the molecules forming the core and the shell are rearranged, and the by-products are also completely removed, resulting in a uniform and highly crystalline state. It was recovered as quantum dots (Fig. 10d).
실험예 3: 유기 리간드의 결합력 평가Experimental Example 3: Evaluation of binding force of organic ligands
실시예에서 제조된 발광 필름을 구성하는 양자점의 초기 상태와 수열 처리가 완료된 양자점의 표면에 결합한 유기 리간드의 결합력을 평가하였다. The initial state of the quantum dots constituting the light emitting film prepared in Examples and the binding force of the organic ligand bound to the surface of the quantum dots after hydrothermal treatment was evaluated.
우선, 각각의 샘플에 대하여 EGA-MS 분석을 수행하였다. EGA-MS 분석을 수행하기 위하여, 온도를 50℃에서부터 시작하여, 20분 간격을 두고 20℃씩 상승시켜 최고 800℃까지 상승시켰다. Interface 온도, 입구(inlet) 온도, 오븐(oven) 온도는 각각 300℃로 설정하였고, 컬럼은 EGA 컬럼을 사용하였다. 소스 온도는 230℃이고, 캐리어 가스는 He을 사용하였다. 초기 양자점 샘플에 대한 EGA-MS 분석 결과를 도 11a, 수열 처리 이후의 양자점 샘플에 대한 EGA-MS 분석 결과를 도 11b에 나타낸다. 도 11a에 나타낸 바와 같이, 초기 양자점 중에서 결합력이 약한 유기 리간드들은 200℃ 이하의 온도에서 양자점과의 결합력이 해리되면서, 분해되어 양자점에서 이탈하였다. 특히, 초기 양자점 샘플에서는 86℃ 및 178℃의 온도에서 양자점과의 결합이 해리되는 다수의 유기 리간드들이 존재한다는 점을 확인하였다. First, EGA-MS analysis was performed on each sample. In order to perform the EGA-MS analysis, the temperature was increased to a maximum of 800°C by starting at 50°C and increasing by 20°C at intervals of 20 minutes. Interface temperature, inlet temperature, and oven temperature were each set to 300 °C, and an EGA column was used as the column. The source temperature was 230° C., and He was used as the carrier gas. The results of EGA-MS analysis of the initial quantum dot sample are shown in FIG. 11A, and the results of EGA-MS analysis of the quantum dot sample after hydrothermal treatment are shown in FIG. 11B. As shown in FIG. 11a , organic ligands with weak binding force among the initial quantum dots were decomposed and separated from the quantum dots while the binding force with the quantum dots was dissociated at a temperature of 200° C. or less. In particular, in the initial quantum dot sample, it was confirmed that there are a number of organic ligands that are dissociated from binding to quantum dots at temperatures of 86°C and 178°C.
반면, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 초기 양자점 샘플에서 86℃ 및 178℃의 온도에서 양자점과의 결합이 해리되는 유기 리간드들은 수열 처리에 의하여 탄소계 부산물 등의 불순물 또는 결함 분자들과 함께 모두 제거되어, 213℃ 이하에서 분해되는 유기 리간드는 존재하지 않았다. 이는 고-진공 열처리 및 수열 처리를 통하여, 양자점에 대한 결합력이 우수한 유기 리간드들이 선택적으로 양자점에 강하게 결합하면서, 양자점의 발광 효율이 회복된 것으로 해석된다. On the other hand, as shown in FIG. 11b, organic ligands, which are dissociated from bonding with quantum dots at temperatures of 86°C and 178°C in the initial quantum dot sample, are all removed together with impurities or defective molecules such as carbon-based by-products by hydrothermal treatment. , there was no organic ligand decomposed at 213°C or lower. This is interpreted that the luminous efficiency of the quantum dots is recovered while the organic ligands having excellent binding force to the quantum dots are selectively strongly bound to the quantum dots through high-vacuum heat treatment and hydrothermal treatment.
동일한 샘플을 대상으로 GC-MS 분석을 수행하였다. GC-MS 분석을 수행하기 위하여, 입구 온도 280℃로 설정하고, 컬럼은 HP-5를 사용하고, 소스 온도를 230℃로 설정하였다. 캐리어 가스는 He을 사용하고, 용매는 톨루엔, 농도를 1%로 설정하였다. 초기 샘플에 대한 GC-MS 분석 결과를 도 12a에 나타내고, 수열 처리 이후의 샘플에 대한 GC-MS 분석 결과를 도 12b에 나타낸다. 또한, 체류시간(retention time)에 따라 검출된 각각의 피크에 대한 추정 성분 분석 결과를 표 2에 나타낸다. 도 12a에 나타낸 바와 같이, 초기 양자점 샘플은 200℃ 이하의 온도(86℃/178℃)에서 양자점으로부터 이탈하는 결합력이 약한 다수의 유기 리간드를 포함하고 있다. 반면, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 고-진공 열처리 및 수열 처리된 양자점 샘플은 결합력이 약한 대부분의 유기 리간드와 잔류 불순물 등의 부산물이 양자점 표면에서 제거되었다. 이러한 결과는, 수열 처리 이후의 양자점 샘플에는 양자점 표면에 대한 결합력이 우수한 리간드(l-dodecanethiol, dodecyl sulfide, 1-(dodecyldisulfanyl)dodecane)들만 선택적으로 결합하면서, 양자점 샘플의 발광 효율이 개선된 것을 의미한다. GC-MS analysis was performed on the same sample. To perform GC-MS analysis, the inlet temperature was set at 280°C, the column was HP-5, and the source temperature was set at 230°C. The carrier gas was He, the solvent was toluene, and the concentration was set to 1%. The GC-MS analysis result of the initial sample is shown in FIG. 12A, and the GC-MS analysis result of the sample after hydrothermal treatment is shown in FIG. 12B. In addition, the estimated component analysis results for each peak detected according to the retention time are shown in Table 2. As shown in FIG. 12A , the initial quantum dot sample contains a plurality of organic ligands with weak binding force that escape from the quantum dots at a temperature of 200° C. or less (86° C./178° C.). On the other hand, as shown in FIG. 12b , in the quantum dot sample subjected to high-vacuum heat treatment and hydrothermal treatment, most of the organic ligands with weak binding force and byproducts such as residual impurities were removed from the surface of the quantum dot. These results indicate that the quantum dot sample has improved luminous efficiency while selectively binding only ligands (l-dodecanethiol, dodecyl sulfide, 1-(dodecyldisulfanyl)dodecane) with excellent binding to the quantum dot surface to the quantum dot sample after hydrothermal treatment. do.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구범위에서 분명하다. In the above, the present invention has been described based on exemplary embodiments and examples of the present invention, but the present invention is not limited to the technical ideas described in the above embodiments and examples. Rather, those skilled in the art to which the present invention pertains can easily propose various modifications and changes based on the above-described embodiments and examples. However, it is clear from the appended claims that all such modifications and variations are within the scope of the present invention.
100, 100A, 100B, 100C: 무기발광입자
110: 코어
120: 쉘
130, 130a, 130b, 130c, 130d: 유기 리간드
210: 진공 챔버
220: 진공 펌프
230: 마이크로 플라즈마 처리부
240: 수증기 공급부
250: 발광 필름
300, 500: 발광표시장치
310, 510: 기판
380, 580: 색 변환층
710: 제 1 전극
720: 발광층
730: 제 2 전극
740: 발광물질층
D, D1, D2: 발광다이오드
Tr: 박막트랜지스터100, 100A, 100B, 100C: inorganic light emitting particles
110: core
120: shell
130, 130a, 130b, 130c, 130d: organic ligands
210: vacuum chamber
220: vacuum pump
230: micro plasma processing unit
240: water vapor supply unit
250: light emitting film
300, 500: light emitting display device
310, 510: substrate
380, 580: color conversion layer
710: first electrode
720: light emitting layer
730: second electrode
740: light emitting material layer
D, D1, D2: light emitting diode
Tr: thin film transistor
Claims (13)
상기 발광 필름을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리(thermal annealing)를 수행하는 단계; 및
상기 열 처리된 상기 발광 필름이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리(hydro thermal annealing)를 수행하는 단계를 포함하는 발광 필름을 제조하는 방법.
Preparing a light emitting film made of inorganic light emitting particles;
loading the light emitting film into a chamber, and performing thermal annealing in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and
and performing hydro thermal annealing in the chamber loaded with the heat-treated light emitting film.
상기 어레이 패널 상부에 무기발광입자로 이루어진 색 변환층을 배치하는 단계;
상기 색 변환층이 배치된 상기 어레이 패널을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계; 및
상기 열 처리된 상기 색 변환층이 배치된 상기 어레이 패널이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리를 수행하는 단계를 포함하는 발광장치를 제조하는 방법.
preparing an array panel;
disposing a color conversion layer made of inorganic light emitting particles on the array panel;
loading the array panel on which the color conversion layer is disposed into a chamber, and performing heat treatment in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and
and performing hydrothermal treatment in the chamber in which the array panel on which the heat-treated color conversion layer is disposed is loaded.
상기 제 1 전하이동층 상에 무기발광입자를 포함하는 발광물질층을 형성하는 단계;
상기 발광물질층이 형성된 박막을 챔버에 로딩하고, 진공 분위기 및 180 내지 230℃의 온도에서 열 처리를 수행하는 단계; 및
상기 열 처리된 상기 박막이 로딩된 상기 챔버에서 수열 처리를 수행하는 단계를 포함하는 무기발광다이오드를 제조하는 방법.
forming a first charge transfer layer on the first electrode;
forming a light emitting material layer including inorganic light emitting particles on the first charge transfer layer;
loading the thin film on which the light emitting material layer is formed into a chamber, and performing heat treatment in a vacuum atmosphere and a temperature of 180 to 230°C; and
Method of manufacturing an inorganic light emitting diode comprising the step of performing a hydrothermal treatment in the chamber in which the heat-treated thin film is loaded.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the performing the heat treatment is performed under vacuum conditions ranging from 1 X 10 -3 torr to 1 X 10 -4 torr.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein performing the hydrothermal treatment is performed at a temperature of 180 to 230°C in the presence of water vapor and hydrogen ions.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of performing the hydrothermal treatment, the amount of water vapor is 10 to 50 ppmv (parts per million volume) based on the volume of the total gas supplied to the vacuum chamber. A method in which hydrogen ions formed by plasma treatment are supplied at a flow rate of 10 to 200 sccm (standard cubic centimeter per minute).
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic light emitting particles are quantum dots or quantum rods.
The method of claim 2 , wherein the array panel includes a substrate, a thin film transistor disposed on the substrate, and a light emitting diode disposed on the substrate and electrically connected to the thin film transistor.
The method of claim 8 , wherein the light emitting diode includes a first electrode, a second electrode facing the second electrode, and a light emitting material layer positioned between the first electrode and the second electrode.
10. The method of claim 9, wherein the light emitting diode emits white (W) light.
9. The method of claim 8, wherein the light emitting diode comprises a micro light emitting diode.
The method of claim 11 , wherein the micro light emitting diode emits light in a blue (B) wavelength band.
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