KR20210080672A - 양자점 조성물의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

양자점 조성물의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR20210080672A
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Abstract

일 실시예의 양자점 조성물 제조 방법은 리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계, 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계, 프리 리간드를 흡착제에 흡착시키는 단계 및 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계를 포함하여 정제된 양자점 조성물을 제공할 수 있고, 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광 소자는 우수한 발광 효율을 나타낼 수 있다.

Description

양자점 조성물의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 소자의 제조 방법 {METHOD OF PRODUCING QUANTUM DOT COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME}
본 발명은 양자점 조성물의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 소자의 제조 방법에 대한 것이다.
텔레비전, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 내비게이션, 게임기 등과 같은 멀티 미디어 장치에 사용되는 다양한 표시 장치들이 개발되고 있다. 이러한 표시 장치에서는 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 소자를 사용하고 있다.
또한, 표시 장치의 색재현성을 개선하기 위하여 양자점을 발광 재료로 사용한 발광 소자에 대한 개발이 진행되고 있으며, 양자점을 이용한 발광 소자의 발광 효율을 개선하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 프리 리간드를 제거하는 흡착제의 제공 단계를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 정제된 양자점 조성물이 제공되는 발광 소자의 제조 방법 제공하는 것이다.
일 실시예는 리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계; 상기 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계; 상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계; 및 상기 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계; 를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법을 제공한다.
상기 리간드 및 프리 리간드는 헤드부 및 체인부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 프리 리간드의 상기 헤드부는 상기 흡착제에 결합하는 것일 수 있다.
상기 헤드부는 실릴기, 티올기, 및 카르복시산기 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 체인부는 탄소수 3 이상 20 이하의 알킬기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계는 초음파 분해 또는 열처리 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 변형 흡착제를 제거하는 단계는 원심 분리 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 흡착제는 산화 금속 및 황화 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 흡착제는 Al, Mn, Co 및 Zn중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 양자점은 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘을 포함하는 것일 수 있다.
상기 예비 양자점 조성물의 전체 중량을 기준으로 상기 흡착제는 50 wt% 이상 91wt% 이하로 제공되는 것일 수 있다.
상기 예비 양자점 조성물은 유기 용매를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예는 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 정공 수송 영역을 형성하는 단계; 상기 정공 수송 영역 상에 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 전자 수송 영역을 형성하는 단계; 및 상기 전자 수송 영역 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 발광층을 형성하는 단계는 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 정제된 양자점 조성물은 리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계; 상기 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계; 상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계; 및 상기 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계; 를 포함하여 제조되는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 리간드 및 프리 리간드는 헤드부 및 체인부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 프리 리간드의 상기 헤드부는 상기 흡착제에 결합하는 것일 수 있다.
상기 헤드부는 실릴기, 티올기, 및 카르복시산기 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 체인부는 탄소수 3 이상 20 이하의 알킬기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 양자점은 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘을 포함하는 것일 수 있다.
상기 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계는 잉크젯 프린팅 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 정제된 양자점 조성물은 상기 예비 양자점 조성물로부터 형성되고, 상기 예비 양자점 조성물은 유기 용매를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법은 흡착제를 제공하는 단계 및 프리 리간드를 흡착제에 흡착시키는 단계를 포함하여 프리 리간드가 제거된 양자점 조성물을 제공할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자의 제조 방법은 일 실시예에 따른 양자점 조성물의 제조 방법을 포함하고, 프리 리간드가 제거된 양자점 조성물을 발광 소자에 포함하여 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 일 실시예의 양자점 및 리간드를 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법 일부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법 일부를 나타낸 단면도이다.
도 8은 일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법 일부를 나타낸 단면도이다.
도 9는 일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법 일부를 나타낸 단면도이다.
도 10은 일 실시예의 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 일 실시예의 발광 소자의 제조 방법 일부를 나타낸 순서도이다.
도 12는 일 실시예의 발광 소자의 제조 방법 일부를 나타낸 순서도이다.
도 13은 일 실시예의 발광 소자의 제조 방법 일부를 나타낸 순서도이다.
도 14는 파장에 따른 양자점 조성물의 흡광도를 나타낸 그래프이다.
도 15는 전류 밀도에 따른 발광 소자의 발광 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
한편, 본 출원에서 "직접 배치"된다는 것은 층, 막, 영역, 판 등의 부분과 다른 부분 사이에 추가되는 층, 막, 영역, 판 등이 없는 것을 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, "직접 배치"된다는 것은 두 개의 층 또는 두 개의 부재들 사이에 접착 부재 등의 추가 부재를 사용하지 않고 배치하는 것을 의미하는 것일 수 있다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다. 본 명세서에서 "상에 배치되는" 것은 어느 하나의 부재의 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 나타내는 것일 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된 것으로 해석된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 조성물의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)를 나타낸 것이다. 도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 부분을 나타낸 것으로, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 단면도이다. 도 3은 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도이다.
도 1에서는 표시 장치(DD)로 휴대용 전자 기기를 예시적으로 도시하였다. 하지만, 표시 장치(DD)는 텔레비전, 모니터, 또는 외부 광고판과 같은 대형 전자장치를 비롯하여, 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 디지털 단말기, 자동차 내비게이션 유닛, 게임기, 스마트폰, 태블릿, 및 카메라와 같은 중소형 전자 장치 등에 사용될 수도 있다. 또한, 이것들은 단지 실시예로서 제시된 것들로서, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 전자 기기에도 채용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(DD)는 표시면(IS)을 통해 영상(IM)을 표시할 수 있다. 표시면(IS)은 영상(IM)이 표시되는 표시 영역(DA) 및 표시 영역(DA)에 인접한 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 비표시 영역(NDA)은 영상이 표시되지 않는 영역이다.
표시 영역(DA)은 사각 형상일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)을 에워쌀 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시 영역(DA)의 형상과 비표시 영역(NDA)의 형상은 상대적으로 디자인될 수 있다. 또한, 표시 장치(DD)의 전면에 비표시 영역(NDA)이 존재하지 않을 수도 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 표시 패널(DP) 및 표시 패널(DP) 상에 배치된 광제어층(PP)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 표시 소자층(DP-EL)을 포함할 수 있다. 표시 소자층(DP-EL)은 발광 소자(ED)를 포함한다. 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(미도시)을 포함할 수 있다. 광제어층(PP)은 표시 패널(DP) 상에 배치되어 외부광에 의한 표시 패널(DP)에서의 반사광을 제어할 수 있다. 광제어층(PP)은 예를 들어, 편광층을 포함하는 것이거나 또는 컬러필터층을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 표시 패널(DP)은 발광형 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(DP)은 양자점 발광 소자를 포함하는 양자점 발광 표시 패널일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
표시 패널(DP)은 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 배치된 회로층(DP-CL), 및 회로층(DP-CL) 상에 배치된 표시 소자층(DP-EL)을 포함하는 것일 수 있다.
베이스 기판(BS)은 표시 소자층(DP-EL)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스 기판(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 기판(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 베이스 기판(BS)은 용이하게 벤딩되거나 폴딩될 수 있는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
일 실시예에서 회로층(DP-CL)은 베이스 기판(BS) 상에 배치되고, 회로층(DP-CL)은 복수의 트랜지스터들(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 트랜지스터들(미도시)은 각각 제어 전극, 입력 전극, 및 출력 전극을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 회로층(DP-CL)은 표시 소자층(DP-EL)의 발광 소자(ED)를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)를 나타낸 도면으로, 도 3을 참조하면 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)는 제1 전극(EL1), 제1 전극(EL1)과 마주하는 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치되고 발광층(EL)을 포함하는 복수 개의 기능층들을 포함한다.
복수 개의 기능층들은 제1 전극(EL1)과 발광층(EL) 사이에 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 발광층(EL)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예에서 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)과 전자 수송 영역(ETR)은 각각 적어도 하나의 서브 기능층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 서브 기능층으로 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 전자 수송 영역(ETR)은 서브 기능층으로 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 하나의 기능층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 또는 정공 수송층(HTL)만을 포함할 수 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은 하나의 기능층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)만을 포함할 수 있다. 한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 정공 수송 영역(HTR)은 전자 저지층(미도시) 등을 서브 기능층으로 더 포함할 수 있고, 전자 수송 영역(ETR)은 정공 저지층(미도시) 등을 서브 기능층으로 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서 제1 전극(EL1)은 도전성을 갖는다. 제1 전극(EL1)은 금속 합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 애노드(anode)일 수 있다. 제1 전극(EL1)은 화소 전극일 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자(ED)에서 제1 전극(EL1)은 반사형 전극일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극 등일 수 있다. 제1 전극(EL1)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(EL1)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기의 예시된 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(EL1)은 다층 금속막일 수 있으며 ITO/Ag/ITO의 금속막이 적층된 구조일 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(EL1) 상에 제공된다. 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 등을 포함할 수 있다. 또한, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL) 외에, 정공 버퍼층(미도시) 및 전자 저지층(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)은 발광층(EL)에서 방출되는 광의 파장에 따른 공진 거리를 보상하여 광 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 정공 버퍼층(미도시)에 포함되는 물질로는 정공 수송 영역(HTR)에 포함될 수 있는 물질이 사용될 수 있다. 전자 저지층(미도시)은 전자 수송 영역(ETR)으로부터 정공 수송 영역(HTR)으로의 전자 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다.
정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층들의 구조를 갖거나, 제1 전극(EL1)으로부터 차례로 적층된 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 주입층(HIL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 수송층(HTL)/정공 버퍼층(미도시), 정공 버퍼층(미도시)/정공 수송층(HTL), 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(미도시), 또는 정공 버퍼층(미도시)/정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL) 등의 구조를 가질 수 있으나, 실시예가 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(HTR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 예를 들어, 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile) 등을 포함할 수 있다.
정공 수송층(HTL)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorene)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 등을 포함할 수 있다.
발광층(EL)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 일 실시예에 따른 발광층(EL)은 프리 리간드(FR, 도 6)가 제거된 양자점 조성물(QCP, 도 9)을 포함할 수 있다. 양자점 조성물(QCP)은 양자점 복합체(QD-C)를 포함하는 것일 수 있다. 양자점 복합체(QD-C)는 양자점(QD)에 리간드(LD)가 결합된 것일 수 있고, 프리 리간드(FR, 도 6)는 양자점(QD) 표면에 결합되지 않은 리간드일 수 있다. 프리 리간드(FR, 도 6)는 리간드(LD)의 구성을 포함하는 것일 수 있다.
도 3에서는 양자점 복합체(QD-C)를 개략적으로 도시하였으며, 이후 도 5에서 양자점 복합체(QD-C)에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따른 양자점(QD)은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있는 반도체 나노 결정일 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, CdS, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 한편, III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, III- II-V족 화합물로 InZnP 등이 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물, 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 양자점(QD)은 상술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 코어-쉘 구조를 갖는 양자점(QD)의 쉘은 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점(QD)에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 코어-쉘 구조를 갖는 양자점(QD)의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점(QD)은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광시야각 특성이 개선될 수 있다.
또한, 양자점(QD)의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점(QD)은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점(QD)은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다. 양자점(QD)의 입자 크기가 작을수록 단파장 영역의 광을 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 동일한 코어를 갖는 양자점(QD)에서 녹색광을 방출하는 양자점의 입자 크기는 적색광을 방출하는 양자점의 입자 크기 보다 작은 것일 수 있다. 또한, 동일한 코어를 갖는 양자점(QD)에서 청색광을 방출하는 양자점의 입자 크기는 녹색광을 방출하는 양자점의 입자 크기 보다 작은 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 코어를 갖는 양자점(QD)에서도 쉘의 형성 재료 및 쉘 두께 등에 따라 입자 크기가 조절될 수 있다.
한편, 양자점(QD)이 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 경우 상이한 발광 색을 갖는 양자점(QD)은 코어의 재료가 서로 상이한 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EL)은 호스트 및 도펀트를 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EL)은 양자점(QD)을 도펀트 재료로 포함하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 발광층(EL)은 호스트 재료를 더 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EL)은 형광 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 양자점(QD)은 형광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
발광층(EL)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 발광층(EL)은 일 실시예의 양자점 조성물을 잉크젯 프린팅법으로 제공하여 형성될 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EL) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은 정공 저지층(미도시), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층(EIL) 또는 전자 수송층(ETL)의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광층(EL)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL), 정공 저지층(미도시)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 200Å 내지 약 1500Å인 것일 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 수송층(ETL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 안트라센계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자 수송 영역은 예를 들어, Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)이 전자 주입층(EIL)을 포함할 경우, 전자 수송 영역(ETR)은 할로겐화 금속, 란타넘족 금속, 또는 할로겐화 금속 및 란타넘족 금속의 공증착 물질 등을 포함할 수 있다. 한편, 할로겐화 금속은 할로겐화 알칼리금속일 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 LiF, Liq(Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb, RbCl, RbI, KI, 또는 KI:Yb 등을 포함할 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층(EIL)들의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(ETR)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층(미도시)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(미도시)은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(EL2)은 전자 수송 영역(ETR) 상에 제공된다. 제2 전극(EL2)은 공통 전극 또는 음극일 수 있다. 제2 전극(EL2)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(EL2)가 투과형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(EL2)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(EL2)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 전극(EL2)은 보조 전극과 연결될 수 있다. 제2 전극(EL2)이 보조 전극과 연결되면, 제2 전극(EL2)의 저항이 감소될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 양자점 조성물(QCP)의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 양자점 복합체(QD-C)를 도시하였다. 도 6 내지 도 9는 도 4에 도시된 일 실시예의 양자점 조성물(QCP)의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 양자점 조성물(QCP)의 제조 방법은 리간드(LD)가 결합된 양자점(QD) 및 프리 리간드(FR)를 포함하는 예비 양자점 조성물(QCP-P)을 제공하는 단계(S10), 예비 양자점 조성물(QCP-P)에 흡착제(AD)를 제공하는 단계(S20), 프리 리간드(FR)를 흡착제(AD)에 흡착시키는 단계(S30), 및 프리 리간드(FR)가 흡착된 변형 흡착제(AD-a)를 제거하는 단계(S40)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 양자점 복합체(QD-C)는 양자점 조성물(QCP) 및 후술하는 예비 양자점 조성물(QCP-P, 도 6)에 포함된 것일 수 있다. 일 실시예에 따른 양자점 복합체(QD-C)는 양자점(QD)에 리간드(LD)가 결합된 것일 수 있다.
도 5를 참조하면, 양자점(QD)은 코어(CR)와 코어(CR)를 감싸는 쉘(SL)을 포함하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 양자점(QD)은 단일층의 구조를 갖는 것이거나, 복수 개의 쉘을 갖는 것일 수 있다. 한편, 일 실시예의 양자점 조성물(QCP)에 포함된 양자점 복합체(QD-C)에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 설명한 양자점 복합체(QD-C)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
리간드(LD)는 양자점(QD) 표면에 결합되는 헤드부(HD) 및 헤드부(HD)에 결합된 체인부(CN)를 포함할 수 있다. 리간드(LD)는 양자점(QD) 표면에 부착되는 헤드부(HD) 및 외부로 노출되는 체인부(CN)를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 헤드부(HD)는 실릴기(silyl group), 티올기(thioic group), 카르복시산기(carboxylic acid group), 실레인기(Silane group), 알코올기(Alcohol group), 및 아민기(Amine group) 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있고, 체인부(CN)는 탄소수 3 이상 20 이하의 알킬기를 포함하는 것일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 도 5에 도시된 양자점 복합체(QD-C) 및 프리 리간드(FR)를 포함하는 예비 양자점 조성물(QCP-P)을 제공하는 단계(S10)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 도 4에 도시된 예비 양자점 조성물(QCP-P)에 흡착제(AD)를 제공하는 단계(S20)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8은 도 4에 도시된 프리 리간드(FR)를 흡착제(AD)에 흡착시키는 단계(S30)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 9는 도 4에 도시된 프리 리간드(FR)가 흡착된 변형 흡착제(AD-a)를 제거하는 단계(S40)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시예이 예비 양자점 조성물(QCP-P)는 리간드(LD)가 결합된 양자점(QD) 및 프리 리간드(FR)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 예비 양자점 조성물(QCP-P)은 양자점 복합체(QD-C) 및 프리 리간드(FR)를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도시하지는 않았으나, 예비 양자점 조성물(QCP-P)은 유기 용매를 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 유기 용매는 헥사인(Hexane), 톨루엔(Toluene), 클로로포름(Chloroform), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 또는 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide) 등을 포함하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 예비 양자점 조성물(QCP-P)에 흡착제(AD)가 제공될 수 있다. 흡착제(AD)는 산화 금속 및 황화 금속 중 적어도 하나일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
예비 양자점 조성물(QCP-P) 중 흡착제(AD)는 50 wt% 이상 91 wt% 이하일 수 있다. 예비 양자점 조성물(QCP-P) 100 wt% 중 흡착제(AD)의 함량은 50 wt% 이상 91 wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 흡착제(AD)의 함량은 양자점 복합체(QD-C)의 함량과 동일한 것일 수 있다.
예비 양자점 조성물(QCP-P)에 포함된 프리 리간드(FR)는 흡착제(AD)를 이용하여 제거되는 것일 수 있다. 프리 리간드(FR)는 흡착제(AD)에 결합되는 것일 수 있다. 프리 리간드(FR)의 헤드부(HD)는 흡착제(AD)에 결합되는 것일 수 있다. 프리 리간드(FR)의 헤드부(HD)의 종류에 따라 흡착제(AD)에 결합되는 정도인 친화도(Affinity)가 달라질 수 있다. 예를 들어, 헤드부(HD)가 티올기인 경우, 흡착제(AD)는 Al(Aluminium)일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
흡착제는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4, ZnSeS, ZnTeS, InGaP로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 일 실시예의 양자점 조성물(QCP) 제조 방법은 흡착제(AD)에 프리 리간드(FR)가 흡착된 이후 초음파 분해 또는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다. 초음파 분해 또는 열처리 단계가 진행될 경우, 친화도가 상승할 수 있다. 친화도가 상승하게 되면, 흡착제(AD)에 결합되는 프리 리간드(FR)의 수가 증가할 수 있다.
도 8에서는 프리 리간드(FR)가 흡착된 변형 흡착제(AD-a)를 도시하였다. 변형 흡착제(AD-a)를 제거하는 단계는 원심 분리 단계를 포함하는 것일 수 있다. 원심 분리를 통해 변형 흡착제(AD-a)를 제거할 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 정제된 양자점 조성물(QCP)을 얻을 수 있다. 양자점 조성물(QCP)은 예비 양자점 조성물(QCP-P)으로부터 제조되는 것일 수 있다.
도 8 및 도 9에서는, 프리 리간드(FR)가 모두 흡착된 것으로 도시하였으나, 제거되지 않은 소량의 프리 리간드가 남아있을 수 있다.
도 10은 일 실시예의 발광 소자(ED)의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 11은 도 10에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED)의 제조 방법을 일부를 나타낸 순서도이다. 도 12는 도 11에 도시된 일 실시예의 발광 소자(ED)의 제조 방법을 일부를 나타낸 순서도이다.
일 실시예의 발광 소자(ED)의 제조 방법은 제1 전극(EL1)을 형성하는 단계(S100), 제1 전극(EL1) 상에 정공 수송 영역(HTR)을 형성하는 단계(S200), 정공 수송 영역(HTR) 상에 발광층(EL)을 형성하는 단계(S300), 발광층(EL) 상에 전자 수송 영역(ETR)을 형성하는 단계, 및 전자 수송 영역(ETR) 상에 제2 전극(EL2)을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광층(EL)을 형성하는 단계(S300)는 정제된 양자점 조성물(QCP)을 제공하는 단계(S310) 및 정제된 양자점 조성물(QCP)로 발광층(EL)을 형성하는 단계(S320)를 포함하는 것일 수 있다.
발광층(EL)을 형성하는 단계(S300)는 잉크젯 프린팅 단계를 포함하는 것일 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 전극(EL1)을 형성하는 단계(S100), 정공 수송 영역(HTR)을 형성하는 단계(S200), 전자 수송 영역(ETR)을 형성하는 단계(S400), 및 제2 전극(EL2)을 형성하는 단계(S500)는 도 3에서 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)에 대해 각각 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예의 정제된 양자점 조성물(QCP)을 제공하는 단계(S310)는 리간드(LD)가 결합된 양자점(QD) 및 프리 리간드(FR)를 포함하는 예비 양자점 조성물(QCP-P)을 제공하는 단계(S311), 예비 양자점 조성물(QCP-P)에 흡착제(AD)를 제공하는 단계(S312), 프리 리간드(FR)를 흡착제(AD)에 흡착시키는 단계(S313), 및 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제(AD-a)를 제거하는 단계(S314)를 포함하는 것일 수 있다.
정제된 양자점 조성물(QCP)은 예비 양자점 조성물(QCP-P)으로부터 얻어지는 것으로, 정제된 양자점 조성물(QCP)을 제공하는 단계(S310)는 일 실시예의 양자점 조성물(QCP)의 제조 방법을 포함하는 것일 수 있고, 상술한 양자점 조성물(QCP)의 제조 방법에 대한 설명이 적용될 수 있다.
한편, 도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 단면도로, 도 2에 도시된 구성을 보다 상세하게 나타낸 것일 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함하고, 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)를 포함한 발광층(EL-B, EL-G, EL-R)을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 포함하는 표시 패널(DP) 및 표시 패널(DP) 상에 배치된 광제어층(PP)을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리 일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광제어층(PP)은 생략될 수 있다.
표시 패널(DP)은 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-EL)을 포함하고, 표시 소자층(DP-EL)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 표시 장치(DD)는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다.
발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에서 생성되는 광의 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 16에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에는 청색광, 녹색광, 및 적색광을 발광하는 3개의 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 서로 구분되는 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)을 포함할 수 있다.
복수 개의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 서로 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 표시 장치(DD)는 청색광을 방출하는 제1 발광 소자(ED-1), 녹색광을 방출하는 제2 발광 소자(ED-2), 및 적색광을 방출하는 제3 발광 소자(ED-3)를 포함할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것이거나 적어도 하나가 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다.
예를 들어, 표시 장치(DD)의 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)은 각각 제1 발광 소자(ED-1), 제2 발광 소자(ED-2), 및 제3 발광 소자(ED-3)에 대응할 수 있다.
제1 발광 소자(ED-1)의 제1 발광층(EL-B)은 제1 양자점 복합체(QD-C1)를 포함하는 것일 수 있다. 제1 양자점 복합체(QD-C1)는 제1 색광인 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
제2 발광 소자(ED-2)의 제2 발광층(EL-G)과 제3 발광 소자(ED-3)의 제3 발광층(EL-R)은 각각 제2 양자점 복합체(QD-C2) 및 제3 양자점 복합체(QD-C3)을 포함하는 것일 수 있다. 제2 양자점 복합체(QD-C2) 및 제3 양자점 복합체(QD-C3)는 각각 제2 색광인 녹색광 및 제3 색광인 적색광을 방출하는 것일 수 있다.
도 13에서는 개략적으로 도시하였으나, 제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)는 양자점(QD, 도 5) 및 리간드(LD, 도 5)를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)는 각각 상술한 양자점(QD, 도 5) 및 리간드(LD, 도 5)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3) 각각을 포함하는 제1 내지 제3 발광층(EL-B, EL-G, EL-R) 각각은 정제된 양자점 조성물로부터 유래된 것일 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에 포함된 제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)는 서로 다른 코어 물질로 형성된 것일 수 있다. 또한, 이와 달리 제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)는 동일한 코어 물질로 형성된 것이거나, 또는 제1 내지 제3 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3) 중 선택되는 두 개의 양자점들은 동일한 코어 물질로 형성되고 나머지는 상이한 코어 물질로 형성된 것일 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분되는 영역일 수 있다. 비발광 영역들(NPXA)은 이웃하는 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 사이의 영역들로 화소 정의막(PDL)과 대응하는 영역일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 화소(Pixel)에 대응하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구분하는 것일 수 있다. 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EL-B, EL-G, EL-R)은 화소 정의막(PDL)으로 정의되는 개구부(OH)에 배치되어 구분될 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 고분자 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 폴리아크릴레이트(Polyacrylate)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 화소 정의막(PDL)은 고분자 수지 이외에 무기물을 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 화소 정의막(PDL)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 블랙 안료 또는 블랙 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 블랙 안료 또는 블랙 염료를 포함하여 형성된 화소 정의막(PDL)은 블랙화소정의막을 구현할 수 있다. 화소 정의막(PDL) 형성 시 블랙 안료 또는 블랙 염료로는 카본 블랙 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 화소 정의막(PDL)은 무기물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질산화규소(SiOxNy) 등을 포함하여 형성되는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)을 정의하는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)에 의해 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 과 비발광 영역(NPXA)이 구분될 수 있다.
발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EL-B, EL-G, EL-R), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 표시 장치(DD)에 포함된 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에서 발광층(EL-B, EL-G, EL-R)에 포함된 양자점 복합체(QD-C1, QD-C2, QD-C3)이 서로 상이한 것을 제외한 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)에 대하여는 상술한 도 3 등에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 커버하는 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 하나의 층 또는 복수의 층들이 적층된 것일 수 있다. 봉지층(TFE)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(TFE)은 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 보호한다. 봉지층(TFE)은 개구부(OH)에 배치된 제2 전극(EL2)의 상부면을 커버하고, 개구부(OH)를 채울 수 있다.
한편, 도 13 등에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)을 커버하면서 공통층으로 제공되는 것으로 도시되고 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL)에 정의된 개구부(OH)에 배치되는 것일 수 있다.
도 13에 도시된 일 실시예에서 광제어층(PP)은 컬러필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 표시 패널(DP)의 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 컬러필터층(CFL)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예의 표시 장치(DD)에서 광제어층(PP)은 베이스층(BL) 및 컬러필터층(CFL)을 포함하는 것일 수 있다.
베이스층(BL)은 컬러필터층(CFL) 등이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 베이스층(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 컬러필터부(CF)를 포함하는 것일 수 있다. 컬러필터부(CF)는 복수 개의 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)을 포함할 수 있다. 즉, 컬러필터층(CFL)은 제1 색광을 투과시키는 제1 필터(CF-B), 제2 색광을 투과시키는 제2 필터(CF-G), 및 제3 색광을 투과시키는 제3 필터(CF-R)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터(CF-B)는 청색 필터, 제2 필터(CF-G)는 녹색 필터이고, 제3 필터(CF-R)는 적색 필터일 수 있다.
필터들(CF-B, CF-G, CF-R) 각각은 고분자 감광수지와 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 청색 안료 또는 염료를 포함하고, 제2 필터(CF-G)는 녹색 안료 또는 염료를 포함하며, 제3 필터(CF-R)는 적색 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다.
한편, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 필터(CF-B)는 안료 또는 염료를 포함하지 않는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 고분자 감광수지를 포함하고 안료 또는 염료를 미포함하는 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 투명한 것일 수 있다. 제1 필터(CF-B)는 투명 감광수지로 형성된 것일 수 있다.
차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(BM)는 흑색 안료 또는 흑색염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 필터들(CF-B, CF-G, CF-R) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다.
컬러필터층(CFL)은 버퍼층(BFL)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(BFL)은 필터들(CF-B, CF-G, CF-R)을 보호하는 보호층일 수 있다. 버퍼층(BFL)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 무기물층일 수 있다. 버퍼층(BFL)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
도 13에 도시된 일 실시예에서 컬러필터층(CFL)의 제1 필터(CF-B)는 제2 필터(CF-G) 및 제3 필터(CF-R)와 중첩하는 것으로 도시되었으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제3 필터(CF-B, CF-G, CF-R)는 차광부(BM)에 의해 구분되고 서로 비중첩할 수 있다. 한편, 일 실시예에서 제1 내지 제3 필터(CF-B, CF-G, CF-R) 각각은 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R) 각각에 대응하여 배치될 수 있다.
도 13 등에 도시된 바와 달리, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 광제어층(PP)으로 컬러필터층(CFL)을 대신하여 편광층(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 편광층(미도시)은 외부에서 표시 패널(DP)로 제공되는 외부광을 차단하는 것일 수 있다. 편광층(미도시)은 외부광 중 일부를 차단할 수 있다.
한편, 도 14는 파장(Wavelength)에 따른 양자점 조성물의 흡광도(Abs.)를 나타낸 그래프이다. 비교예 1은 극성 용매 및 비극성 용매를 사용하여 프리 리간드를 제거한 양자점 조성물이고, 실시예 1은 일 실시예에 따른 흡착제를 사용하여 프리 리간드를 제거한 양자점 조성물이다. 비교예 1 및 실시예 1의 양자점 조성물은 각각 1mg/ml의 동일한 농도로 제조된 것이다.
도 14의 그래프를 참조하면, 650nm 이하의 동일한 파장에서 비교예 1에 비해 실시예 1이 더 우수한 흡광도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 600 nm의 파장에서 비교예 1의 흡광도는 0.19 이고, 실시예 1의 흡광도는 0.21이다. 흡광도는 양자점의 농도에 비례하는 것으로, 제거되지 않은 프리 리간드의 양이 많을수록 흡광도 값이 낮게 나타날 수 있다. 실시예 1의 흡광도가 비교예 1의 흡광도에 비해 높은 값을 나타내고 있는 것으로 보아, 제거되지 않은 프리 리간드의 양이 비교예 1보다 작은 것을 알 수 있다.
도 15은 전류 밀도(Current Density)에 따른 발광 소자의 발광 효율(E.Q.E)을 나타낸 그래프이다. 비교예 1은 극성 용매 및 비극성 용매를 사용하여 프리 리간드를 제거한 양자점 조성물을 포함하는 발광 소자이다. 실시예 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법에 따른 것으로, 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광 소자이다. 비교예 1 및 실시예 1의 각각의 소자에 대한 IVL을 측정하여 비교하였다. 전압을 점진적으로 증가시키면서 전류량을 증가시켰을 때, 각각의 발광 소자의 휘도 변화를 측정한 것으로, 단위 전류량 대비 휘도양을 도 15에 나타낸 것이다.
도 15의 그래프를 참조하면, 동일한 전류 밀도에서 실시예 1의 발광 효율이 비교예 1보다 높은 것을 알 수 있다. 양자점 조성물 중 제거되지 않은 프리 리간드의 양이 많을수록, 발광 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 비교예 1보다 실시예 1에서 제거된 프리 리간드가 더 많은 것을 알 수 있다.
일 실시예의 양자점 조성물의 제조 방법은 리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계, 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계, 프리 리간드를 흡착제에 흡착시키는 단계, 및 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계를 포함하여, 프리 리간드가 제거된 양자점 조성물을 제공할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자의 제조 방법은 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 상에 정공 수송 영역을 형성하는 단계, 정공 수송 영역 상에 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광층을 형성하는 단계, 발광층 상에 전자 수송 영역을 형성하는 단계 및 전자 수송 영역 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 발광층을 형성하는 단계는 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계를 포함하며, 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계는 일 실시예의 양자점 조성물 제조 방법을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에 따른 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광 소자는 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
QD: 양자점 LD: 리간드
FR: 프리 리간드 QCP-P: 예비 양자점 조성물
AD: 흡착제 QCP: 양자점 조성물

Claims (20)

  1. 리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계;
    상기 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계;
    상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계; 및
    상기 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계; 를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리간드 및 프리 리간드는 헤드부 및 체인부를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프리 리간드의 상기 헤드부는 상기 흡착제에 결합하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 헤드부는 실릴기, 티올기, 및 카르복시산기 중 어느 하나를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 체인부는 탄소수 3 이상 20 이하의 알킬기를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계는 초음파 분해 또는 열처리 단계를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 변형 흡착제를 제거하는 단계는 원심 분리 단계를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제는 산화 금속 및 황화 금속 중 적어도 하나를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제는 Al, Mn, Co 및 Zn 중 어느 하나를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 양자점은 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 예비 양자점 조성물의 전체 중량을 기준으로 상기 흡착제는 50 wt% 이상 91 wt% 이하로 제공되는 양자점 조성물의 제조 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 예비 양자점 조성물은 유기 용매를 더 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법.
  13. 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 정공 수송 영역을 형성하는 단계;
    상기 정공 수송 영역 상에 정제된 양자점 조성물을 포함하는 발광층을 형성하는 단계;
    상기 발광층 상에 전자 수송 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 발광층을 형성하는 단계는
    상기 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 정제된 양자점 조성물로 상기 발광층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계는
    리간드가 결합된 양자점 및 프리 리간드를 포함하는 예비 양자점 조성물을 제공하는 단계;
    상기 예비 양자점 조성물에 흡착제를 제공하는 단계;
    상기 프리 리간드를 상기 흡착제에 흡착시키는 단계; 및
    상기 프리 리간드가 흡착된 변형 흡착제를 제거하는 단계; 를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 리간드 및 프리 리간드는 헤드부 및 체인부를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 프리 리간드의 상기 헤드부는 상기 흡착제에 결합하는 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 헤드부는 실릴기, 티올기, 및 카르복시산기 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 체인부는 탄소수 3 이상 20 이하의 알킬기를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 양자점은 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 정제된 양자점 조성물을 제공하는 단계는 잉크젯 프린팅 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 정제된 양자점 조성물은 상기 예비 양자점 조성물로부터 형성되고, 상기 예비 양자점 조성물은 유기 용매를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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