KR20210142797A - 표시패널 및 이에 포함되는 발광체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널은 베이스층, 베이스층 상에 배치된 발광소자, 및 발광소자 상에 배치된 광제어층을 포함하고, 광제어층은 복수의 광제어부들을 포함하고, 복수의 광제어부들을 중 어느 하나는 나노 결정입자를 포함한다. 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함하여 향상된 광효율 특성을 가질 수 있다.
Description
본 발명은 표시패널에 관한 것으로, 보다 구체적으로 나노 결정입자를 포함하는 발광체를 포함한 발광층을 포함한 발광소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대한 것이다.
텔레비전, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 내비게이션, 게임기 등과 같은 멀티 미디어 장치에 사용되는 다양한 표시 장치들이 개발되고 있다.
또한, 표시 장치의 색재현성을 개선하기 위하여 양자점을 발광 재료로 사용한 발광소자에 대한 개발이 진행되고 있으며, 양자점을 이용한 발광소자의 발광 효율 및 수명을 개선하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 개선된 발광 효율 특성을 나타내는 표시패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 색순도가 향상된 녹색광을 발광하는 표시패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널은 베이스층, 상기 베이스층 상에 배치된 발광소자 및 상기 발광소자 상에 배치된 광제어층을 포함하고, 상기 광제어층은 복수의 광제어부들을 포함하고, 상기 복수의 광제어부들을 중 어느 하나는 나노 결정입자를 포함하고, 상기 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 망간 할라이드는 알칼리(alkali) 망간 할라이드를 포함하고, 상기 아연 할라이드는 알칼리 아연 할라이드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 도핑된 것이고, 상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고, 상기 X는 Cl, Br, 또는 I일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자는 녹색광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자 전체 질량 대비 상기 망간 할라이드의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광소자는 제1 광을 발광하고, 상기 나노 결정입자는 상기 제1 광과 상이한 파장을 가지는 제2 광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광소자는 청색광을 발광하고, 상기 나노 결정입자는 녹색광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자는 0차원 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널은, 베이스층 및 상기 베이스층 상에 배치된 발광소자를 포함하고, 상기 발광소자는 나노 결정입자를 포함하고, 상기 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 망간 할라이드는 알칼리(alkali) 망간 할라이드를 포함하고, 상기 아연 할라이드는 알칼리 아연 할라이드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 도핑된 것이고, 상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고, 상기 X는 Cl, Br, 또는 I일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광소자는 녹색광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 결정입자 전체 질량 대비 상기 망간 할라이드의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함하고, 상기 발광층이 상기 나노 결정입자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 발광소자 상에 배치된 컬러필터층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광체는 제1 나노결정입자 및 제2 나노결정입자를 포함하고, 상기 제1 나노결정입자는 망간(Mn) 할라이드를(halide) 포함하고, 상기 제2 나노결정입자는 아연(Zn) 할라이드를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 나노결정입자 및 상기 제2 나노결정입자는 각각 알칼리(alkali) 할라이드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 나노결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5이고, 상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고, 상기 X는 Cl, Br, 또는 I일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 나노결정입자 및 상기 제2 나노결정입자는 각각 녹색광을 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광체 전체 질량 대비 상기 제1 나노결정입자의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하일 수 있다.
일 실시예의 표시패널은 망간이 도핑된 아연 할라이드를 포함하여 개선된 발광 효율 특성을 나타낼 수 있다.
일 실시예의 표시패널은 망간이 도핑된 아연 할라이드를 포함하여 좁은 반치폭을 갖는 녹색광을 발광할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시패널의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시패널의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 모식도이다.
도 8a는 일 실시예의 나노 결정입자에 가시광선 및 자외선을 조사한 이미지이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 가시광선을 조사한 이미지이다.
도 8c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 자외선을 조사한 이미지이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 피크의 파장 및 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 피크의 반치폭을 나타낸 그래프이다.
도 9c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 양자 효율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시패널의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 모식도이다.
도 8a는 일 실시예의 나노 결정입자에 가시광선 및 자외선을 조사한 이미지이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 가시광선을 조사한 이미지이다.
도 8c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 자외선을 조사한 이미지이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 피크의 파장 및 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 피크의 반치폭을 나타낸 그래프이다.
도 9c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 양자 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.
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 표시패널 및 발광체에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 평면도이다. 도 2는 표시패널의 화소들(PX), 구동회로(GDC), 및 신호라인(SGL)의 연결관계를 간략히 도시하였다.
표시패널(DP)의 전면(DP-FS)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 면과 평행하다. 표시패널(DP)의 전면(DP-FS)의 법선 방향, 즉 표시패널(DP)의 두께 방향은 제3 방향(DR3)이 지시한다. 표시패널(DP)을 구성하는 층들 각각의 상면(또는 전면)과 하면(또는 배면)은 제3 방향(DR3)에 의해 구분된다. 이하, 제1 내지 제3 방향들은 제1 내지 제3 방향(DR1, DR2, DR3) 각각이 지시하는 방향으로써 동일한 도면 부호를 참조한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 표시패널(DP)은 전면(DP-FS) 상에서 화소들(PX)이 표시되는 표시영역(DP-DA) 및 표시영역(DP-DA)에 인접한 비표시영역(DP-NDA)을 포함한다. 비표시영역(DP-NDA)은 화소들(PX)이 배치되지 않는 영역이다. 비표시영역(DP-NDA)에는 신호라인들(SGL) 중 일부 및/또는 구동회로(GDC)가 배치될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 표시영역(DP-DA)은 사각형상일 수 있다. 비표시영역(DP-NDA)은 표시영역(DP-DA)을 에워쌀 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 표시영역(DP-DA)의 형상과 비표시영역(DP-NDA)의 형상은 상대적으로 디자인될 수 있다. 예컨대, 제1 방향(DR1)에서 마주하는 영역에만 비표시영역(DD-NDA)이 배치될 수 있다. 표시영역(DP-DA)은 원형일 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 표시패널(DP)은 구동회로(GDC), 복수 개의 신호라인들(SGL, 이하 신호라인들), 복수 개의 신호패드들(DP-PD, 이하 신호패드들) 및 복수 개의 화소들(PX, 이하 화소들)을 포함할 수 있다.
화소들(PX)은 표시되는 컬러에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수도 있다. 화소들(PX)은 예컨대, 레드 화소들, 그린 화소들, 블루 화소들을 포함할 수 있다. 화소들(PX)은 화이트 화소들을 더 포함할 수 있다. 표시되는 컬러에 따라 서로 다른 그룹으로 구분된다 하더라도 화소들(PX)의 화소 구동회로는 서로 동일할 수 있다.
구동회로(GDC)는 게이트 구동회로를 포함할 수 있다. 게이트 구동회로는 복수 개의 게이트 신호들(이하, 게이트 신호들)을 생성하고, 게이트 신호들을 후술하는 복수 개의 게이트 라인들(GL, 이하 게이트 라인들)에 순차적으로 출력한다. 게이트 구동회로는 화소들(PX)의 구동회로에 또 다른 제어 신호를 더 출력할 수 있다.
게이트 구동회로는 화소들(PX)의 구동회로와 동일한 공정, 예컨대 LTPS(Low Temperature Polycrystaline Silicon) 공정 또는 LTPO(Low Temperature Polycrystalline Oxide) 공정을 통해 형성된 복수 개의 박막 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
신호라인들(SGL)은 게이트 라인들(GL), 데이터 라인들(DL), 전원 라인(PL), 및 제어신호 라인(CSL)을 포함한다. 게이트 라인들(GL)은 화소들(PX) 중 대응하는 화소(PX)에 각각 연결되고, 데이터 라인들(DL)은 화소들(PX) 중 대응하는 화소(PX)에 각각 연결된다. 전원 라인(PL)은 화소들(PX)에 연결된다. 제어신호 라인(CSL)은 게이트 구동회로에 제어신호들을 제공할 수 있다. 신호패드들(DP-PD)은 신호라인들(SGL) 중 대응하는 신호라인에 연결된다. 별도로 도시되지 않았으나, 신호라인들(SGL)은 발광 신호라인들을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 화소들(PX)은 각각은 발광형 화소일 수 있다. 예컨대, 화소(PX)는 발광소자로써 발광 다이오드 또는 퀀텀닷 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 다이오드의 발광층은 발광물질을 포함할 수 있다. 퀀텀닷 발광 다이오드의 발광층은 퀀텀닷, 및 퀀텀로드 등을 포함할 수 있다.
화소(PX)는 발광 다이오드 및 발광 다이오드를 구동하기 위한 화소 구동회로를 포함한다. 발광 다이오드는 전면 발광형 다이오드이거나, 배면 발광형 다이오드일 수 있다. 화소 구동회로는 적어도 스위칭 박막 트랜지스터, 구동 박막 트랜지스터, 및 커패시터를 포함한다. 하이 전원 전압은 구동 박막 트랜지스터에 제공되고, 로우 전원 전압은 발광 다이오드의 하나의 전극에 제공된다. 구동 박막 트랜지스터는 커패시터에 저장된 전하량에 대응하여 발광 다이오드에 흐르는 구동전류를 제어한다. 스위칭 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 인가된 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인에 인가된 데이터 신호를 출력한다. 커패시터는 스위칭 박막 트랜지스터로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압을 충전한다.
화소 구동회로는 스위칭 박막 트랜지스터 및 구동 박막 트랜지스터를 포함하여, 예컨대 6개 또는 7개의 박막 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. 화소 구동회로의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 화소 구동회로의 구성에 따라 신호라인들(SGL)의 설계 역시 변경될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 단면도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 발광소자(ED)의 단면도이다. 도 5 및 도 6은 도 3의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 표시패널(DP)은 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 포함할 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 복수의 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3, 도 5 참조) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다. 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각의 면적은 서로 상이할 수 있으며, 이때 면적은 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다. 본 명세서에서, "평면상에서"는 표시패널(DP)을 제3 방향(DR3, 두께 방향)으로 바라보았을 때를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소(Pixel)에 대응하는 것일 수 있다.
도 3에 도시된 표시패널(DP)에는 제1 광, 제2 광, 및 제3 광을 발광하는 세 개의 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)을 예시적으로 도시하였다. 예를 들어, 일 실시예의 표시패널(DP)은 서로 구분되는 제1 발광 영역(PXA-B), 제2 발광 영역(PXA-G), 및 제3 발광 영역(PXA-R)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 발광 영역(PXA-B)은 420nm 이상 480nm 이하의 중심 파장을 갖는 청색광을 발광하는 영역일 수 있다. 제2 발광 영역(PXA-G)은 500nm 이상 580nm 이하의 중심 파장을 갖는 녹색 광을 발광하는 영역일 수 있다. 제3 발광 영역(PXA-R)은 600nm 이상 670nm 이하의 중심 파장을 갖는 적색 광을 발광하는 영역일 수 있다.
도 3에 도시된 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 구조는 펜타일 구조로 지칭될 수 있다. 다만, 일 실시예의 표시패널(DP)에서 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)의 배열 구조가 도 3에 도시된 배열 구조에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B)은 제2 방향(DR2)을 따라, 제1 발광 영역(PXA-B), 제2 발광 영역(PXA-G), 및 제3 발광 영역(PXA-R)이 순차적으로 번갈아 가며 배열되는 스트라이프 구조를 가질 수도 있다.
도 4를 참조하면 일 실시예에 따른 발광소자(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 복수의 기능층들을 포함한다.
복수의 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 복수의 서브 기능층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 서브 기능층으로 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)을 포함할 수 있고, 전자 수송 영역(ETR)은 서브 기능층으로 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)을 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 발광소자(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 발광소자(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, Yb 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag/Mg, 또는 Ag/Yb)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) 또는 정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/전자 저지층(미도시) 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(fluorine)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 발광소자(ED)의 발광층(EL)은 복수의 발광체(QD)들을 포함할 수 있다. 발광체(QD)는 나노 결정입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함한다. 나노 결정입자는 망간이 도핑된 무기 알칼리 아연 할라이드(inorganic alkali zinc halide)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 망간 할라이드는 알칼리(alkali) 망간 할라이드를 포함할 수 있고, 아연 할라이드는 알칼리 아연 할라이드를 포함할 수 있다. 다만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예의 나노 결정입자를 포함하는 발광층(EL)은 녹색광을 발광할 수 있다.
일 실시예의 나노 결정입자는 0차원 구조(0D)를 가질 수 있다. 구체적으로, 나노 결정입자는 0차원 구조인 양자점(Quantum dot)일 수 있다. 나노 결정입자는 양자 구속 효과(Quantum confinment)를 받으며, 높은 발광 양자 효율(Photoluminescence Quantum Yield, PLQY)을 나타낼 수 있다. 일 실시예의 나노 결정입자의 발광 양자 효율(PLQY)에 대해서는 뒤에서 자세히 후술한다.
일 실시예에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EL) 상에 제공된다. 전자 수송 영역(ETR)은, 정공 저지층(HBL), 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(HBL)/전자 수송층(ETL)/전자 주입층(EIL) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송 영역(ETR)의 두께는 예를 들어, 약 1000Å 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), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 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 LiF, NaCl, CsF, RbCl, RbI, CuI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층(EIL)은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 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(HBL)을 포함할 수 있다. 정공 저지층(HBL)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)이 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, Yb 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag/Mg, 또는 Ag/Yb)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.
도 5 및 도 6은 도 3의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시패널(DP, DP-1)의 단면도이다.
도 5를 참고하면, 일 실시예의 표시패널(DP)은 제1 베이스층(BS, 또는 베이스층), 제1 베이스층(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL), 표시 소자층(DP-EL) 및 컬러필터층(CFL)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 베이스층(BS)은 표시 소자층(DP-EL)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 제1 베이스층(BS)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 베이스층(BS)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다. 제1 베이스층(BS)은 용이하게 벤딩되거나 폴딩될 수 있는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
일 실시예에서, 회로층(DP-CL)은 제1 베이스층(BS) 상에 배치되고, 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 발광소자(ED)를 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 표시 소자층(DP-EL)은 화소 정의막(PDL), 화소 정의막(PDL) 사이에 배치된 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3), 및 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 상에 배치된 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3)을 구분하는 것일 수 있다. 발광소자들(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.
일 실시예의 표시패널(DP)에는 비발광 영역(NPXA) 및 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)이 정의될 수 있다. 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각은 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각에서 생성된 광이 방출되는 영역일 수 있다.
발광 영역들(PXA-R, PXA-G, PXA-B) 각각은 화소 정의막(PDL)으로 구분될 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.
발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에서 생성되는 광의 컬러에 따라 복수의 그룹으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R) 각각은 청색광을 방출하는 제1 발광소자(ED-1), 녹색광을 방출하는 제2 발광소자(ED-2), 및 적색광을 방출하는 제3 발광소자(ED-3)에 대응될 수 있다.
하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제1 내지 제3 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3)은 동일한 파장 영역의 광을 방출하는 것이거나 적어도 하나가 상이한 파장 영역의 광을 방출하는 것일 수 있다.
한편, 제1 발광소자(ED-1)는 청색광을 발광하는 제1 발광체(QD1)를 포함할 수 있다. 제2 발광소자(ED-2)는 녹색광을 발광하는 제2 발광체(QD2)를 포함할 수 있다. 제3 발광소자(ED-3)는 적색광을 발광하는 제3 발광체(QD3)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 발광체(QD2)는 나노 결정입자를 포함할 수 있다. 나노 결정입자에 대해서는 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
이외에, 복수의 발광소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에 대한 설명은 도 4의 발광소자(ED)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
봉지층(TFE)은 발광소자들(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 발광소자들(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.
컬러필터층(CFL)은 차광부(BM) 및 복수의 컬러필터들(CF)을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 컬러필터들(CF)은 제1 광을 투과시키는 제1 필터(CF-B), 제2 광을 투과시키는 제2 필터(CF-G), 및 제3 광을 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.
복수의 컬러필터들(CF) 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 복수의 컬러필터들(CF) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다. 다만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 차광부(BM)는 청색 물질을 포함하는 것일 수 있다.
제2 베이스층(BL)은 유리기판, 금속기판, 플라스틱기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 제2 베이스층(BL)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
다만, 표시패널(DP)의 구성이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시패널(DP)은 버퍼층(BFL)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예의 버퍼층(BFL)은 컬러필터들(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 6을 참조하면, 일 실시예의 표시패널(DP-1)은 표시 소자층(DP-EL1) 및 컬러필터층(CFL) 사이에 배치된 광제어층(CCL)을 더 포함할 수 있다.
광제어층(CCL)은 서로 이격되어 배치된 복수의 격벽들(BK) 및 격벽들(BK) 사이에 배치된 복수의 광제어부(CCP-B, CCP-G, CCP-R)들을 포함할 수 있다.
광제어층(CCL)은 제1 광을 투과시키는 제1 광제어부(CCP-B), 제1 광을 제2 광으로 변환시키는 제2 광제어부(CCP-G), 및 제1 광을 제3 광으로 벼환시키는 제3 광제어부(CCP-R)를 포함할 수 있다. 제2 광제어부(CCP-G)는 제1 광을 제2 광으로 변환시키는 제2 발광체(QD2-a)를 포함할 수 있다. 제3 광제어부(CCP-R)는 제1 광을 제2 광으로 변환시키는 제3 발광체(QD3-a)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 광은 제1 광보다 장파장 영역의 광이고, 제3 광은 제1 광 및 제2 광보다 장파장 영역의 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 광은 청색광, 제2 광은 녹색광, 제3 광은 적색광일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제2 광을 발광하는 제2 광제어부(CCP-G)는 나노 결정입자를 포함할 수 있다. 나노 결정입자에 대하여는 도 4에서 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
광제어층(CCL)은 캡핑층(CPL)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(CPL)은 복수의 광제어부들(CCP-B, CCP-G, CCP-R) 및 복수의 격벽들(BK) 상에 배치되는 것일 수 있다. 캡핑층(CPL)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 하는 것일 수 있다. 캡핑층(CPL)은 광제어부(CCP-B, CCP-G, CCP-R) 상에 배치되어 광제어부(CCP-B, CCP-G, CCP-R)가 수분/산소에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 캡핑층(CPL)은 적어도 하나의 무기층을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 격벽(BK)은 고분자 수지 및 발액 첨가제를 포함하여 형성된 것일 수 있다. 격벽(BK)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 안료 또는 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 격벽(BK)은 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성되어 흑색격벽부를 구현할 수 있다. 흑색 안료 또는 흑색 염료로는 카본블랙 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이외에, 표시패널(DP-1)에 대한 설명은 도 5의 표시패널(DP)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 모식도이다.
도 7을 참조하면, 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 도핑된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, ZnX2:Mn, A2ZnX4:Mn, 또는 A3ZnX5:Mn의 구조를 가질 수 있다. A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs일 수 있다. X는 Cl, Br 또는 I일 수 있다.
일 시시예에서, 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 0.1 wt% 이상 3 wt%이하로 도핑된 것일 수 있다.
도 7에 도시된 ZnX2:Mn, A2ZnX4:Mn, 및 A3ZnX5:Mn의 모식도는 복수 개의 나노 결정입자를 도시한 것이며, 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
도시된 바와 같이, ZnX2:Mn는 제1 나노결정입자(NP1) 및 제2 나노결정입자(NP2)를 포함하고, 제1 나노결정입자(NP1)는 망간 할라이드이고, 제2 나노결정입자(NP2)는 아연 할라이드이다.
A2ZnX4:Mn는 제1 나노결정입자(NP1-a) 및 제2 나노결정입자(NP2-a)를 포함하고, 제1 나노결정입자(NP1-a)는 알칼리 망간 할라이드이고, 제2 나노결정입자(NP2-a)는 알칼리 아연 할라이드이다.
A3ZnX5:Mn는 제1 나노결정입자(NP1-b) 및 제2 나노결정입자(NP2-b)를 포함하고, 제1 나노결정입자(NP1-b)는 알칼리 망간 할라이드이고, 제2 나노결정입자(NP2-b)는 알칼리 아연 할라이드이다.
도 8a는 일 실시예의 나노 결정입자에 가시광선 및 자외선을 조사한 이미지이다. 도 8b는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 가시광선을 조사한 이미지이다. 도 8c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자에 자외선을 조사하여 발광된 빛을 찍은 형광 이미지이다.
도 8a를 참조하면, Na2ZnBr4에 망간이 3 wt% 도핑된 나노 결정입자, Cs3ZnBr5에 망간이 3 wt% 도핑된 나노 결정입자, 및 ZnI2에 Mn이 2 wt% 도핑된 나노 결정입자에 가시광선을 조사 시 광이 발광되지 않으나, 자외선을 조사 시 녹색광이 발광되는 것을 확인할 수 있다.
도 8b는 Cs2ZnBr4 및 Cs3ZnBr5 각각에 망간을 0.3 wt% 이상 2 wt% 이하 도핑한 나노 결정입자들이다.
도 8c를 참조하면, 도 8b의 나노 결정입자들에 자외선을 조사 시 녹색광이 발광되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따라 A2ZnX4:Mn, A3ZnX5:Mn, 및 ZnX2:Mn의 구조를 가지는 나노 결정입자는 자외선 조사에 따라 녹색광을 발광하는 것을 확인할 수 있다.
도 9a는 일 실시예에 따른 나노 결정입자들의 발광 피크의 파장(nm) 및 에너지(eV)를 나타낸 그래프이다. 발광 피크의 에너지(eV)는 발광된 빛의 파장을 프랑크 관계식(E=hc/λ)에 의해 변환한 값이다. 도 9b는 도 9a의 나노 결정입자들의 발광 반치폭(Full width at half maximum, FWHM)을 나타낸 그래프이다. 도 9c는 일 실시예에 따른 나노 결정입자의 발광 양자 효율(PLQY)을 나타낸 그래프이다.
도 9a는 일 실시예의 나노 결정입자에 해당하는 ZnBr2, Li2ZnBr4, Na2ZnBr4, K2ZnBr4, Rb2ZnBr4, Cs2ZnBr4, Cs3ZnBr5, ZnI2, Li2ZnI4, K2ZnI4, Rb2ZnI4, Cs2ZnI4, 및 Cs3ZnI5의 발광 피크의 파장(nm) 및 에너지(eV)를 나타낸 그래프이다. 상기 나노 결정입자들 각각에는 망간이 2 wt% 도핑되었다. 발광 피크의 에너지(eV)는 발광된 빛의 파장을 프랑크 관계식(E=hc/λ)에 의해 변환한 값이다.
도 9a를 참조하면, 일 실시예의 나노 결정입자들은 발광 피크의 최대 파장은 505nm 이상 547nm 이하이며, 발광 피크의 에너지는 2.2 eV 이상 2.45 eV 이하이다. 일 실시예의 나노 결정입자들은 녹색광을 발광하는 것을 알 수 있다.
도 9b는 도 9a의 나노 결정입자들이 발광하는 광의 반치폭을 도시한 것이다. 일 실시예의 나노 결정입자들은 발광 피크의 반치폭이 170 meV 이상 235 meV 이하로, 좁은 반치폭 값을 나타낸다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일 실시예의 나노 결정입자들은 색순도가 향상된 녹색광을 발광하는 것을 확인할 수 있다.
도 9c는 Cs2ZnBr4 및 Cs3ZnBr5에 망간을 0.3 wt% 이상 2 wt% 이하 도핑한 나노 결정입자들의 발광양자수율(PLQY)을 도시한 것이다. 일 실시예의 나노 결정입자들은 발광양자수율(PLQY)이 10% 이상 70 % 이하로 나타났다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 일 실시예의 나노 결정입자는 구성원소 및 망간의 도핑 농도에 따라 발광 피크의 파장, 반치폭 및 발광양자수율이 조절될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예의 나노 결정입자는 구성 원소 및 도핑 농도를 조절하여 녹색광을 발광하며 좁은 반치폭 및 향상된 발광양자효율을 나타낼 수 있다.
이하, 구체적인 합성예를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 결정입자를 합성하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 합성예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(나노 결정입자의 합성예)
일 실시예에 나노 결정입자는 예를 들어, 하기와 같이 합성할 수 있다. 다만, 이하에 설명하는 나노 결정입자의 합성법은 일 실시예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 나노 결정입자의 합성법이 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
A.
Na2ZnBr4:Mn의 합성
1)
Na2ZnBr4의 합성
건조된 NaBr 및 ZnBr2을 2:1의 비율로 Pyrex ampoule에 넣고, vacuum 상에서 봉인한다. 상기 ampoule은 quartx tube에 옮기고, heating rate을 50℃/h로 하여 347℃의 열을 가한다. 이때 이후, 반응 용기를 12시간동안 347℃로 유지하고 상온으로 식힌다. cooling rate은 10℃/h이다.
2)
Na2ZnBr4:Mn의 합성
상기에서 얻어진 Na2ZnBr4에 MnCl4를 섞어 Na2ZnBr4MnCl4을 형성한다. Na2ZnBr4MnCl4, Na2ZnBr4Cl(0.4mmol), 및 MnCl2(0.2mmol)을 1.5mL MeOH에 교반하여 녹인 후 0.2μm PTFE filter를 이용하여 필터한다. Single crystal 형성을 위해 상기 반응물을 섭씨 50도에서 천천히 농축시키거나, antisolvent인 dichloromethane을 증발시켜 Na2ZnBr4:Mn을 얻는다.
B.
Li2ZnBr4:Mn의 합성
1)
Li2ZnBr4의 합성
건조된 LiBr 및 ZnBr2을 2:1의 비율로 Pyrex ampoule에 넣고, vacuum 상에서 봉인한다. 상기 ampoule은 quartx tube에 옮기고, heating rate을 50℃/h로 하여 326℃의 열을 가한다. 이후, 반응 용기를 12시간동안 326℃로 유지하고 상온으로 식힌다. cooling rate은 10℃/h이다.
2)
Li2ZnBr4:Mn의 합성
상기에서 얻어진 Li2ZnBr4에 MnCl4를 섞어 Li2ZnBr4MnCl4을 형성한다. Li2ZnBr4MnCl4, Li2ZnBr4Cl(0.4mmol), 및 MnCl2(0.2mmol)을 1.5mL MeOH에 교반하여 녹인 후 0.2μm PTFE filter를 이용하여 필터한다. Single crystal 형성을 위해 상기 반응물을 섭씨 50도에서 천천히 농축시키거나, antisolvent인 dichloromethane을 증발시켜 Li2ZnBr4:Mn을 얻는다.
다만, 합성법이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 Na2ZnBr4:Mn 및 Li2ZnBr4:Mn의 합성에서 사용된 MnCl4를 대신하여 MnCO3를 사용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 청구범위에 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 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DP: 표시패널
QD: 발광체
ED: 발광소자 CCL: 광제어층
ED: 발광소자 CCL: 광제어층
Claims (20)
- 베이스층;
상기 베이스층 상에 배치된 발광소자; 및
상기 발광소자 상에 배치된 광제어층; 을 포함하고,
상기 광제어층은 복수의 광제어부들을 포함하고,
상기 복수의 광제어부들을 중 어느 하나는 나노 결정입자를 포함하고,
상기 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함하는 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 망간 할라이드는 알칼리(alkali) 망간 할라이드를 포함하고,
상기 아연 할라이드는 알칼리 아연 할라이드를 포함하는 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 도핑된 것이고,
상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고,
상기 X는 Cl, Br, 또는 I인 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 결정입자는 녹색광을 발광하는 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 결정입자 전체 질량 대비 상기 망간 할라이드의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하인 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 발광소자는 제1 광을 발광하고, 상기 나노 결정입자는 상기 제1 광과 상이한 파장을 가지는 제2 광을 발광하는 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 발광소자는 청색광을 발광하고, 상기 나노 결정입자는 녹색광을 발광하는 표시패널. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 결정입자는 0차원 구조를 가지는 표시패널. - 베이스층; 및
상기 베이스층 상에 배치된 발광소자; 를 포함하고,
상기 발광소자는 나노 결정입자를 포함하고,
상기 나노 결정입자는 망간(Mn) 할라이드(halide) 및 아연(Zn) 할라이드를 포함하는 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 망간 할라이드는 알칼리(alkali) 망간 할라이드를 포함하고,
상기 아연 할라이드는 알칼리 아연 할라이드를 포함하는 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 나노 결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5에 망간이 도핑된 것이고,
상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고,
상기 X는 Cl, Br, 또는 I인 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 발광소자는 녹색광을 발광하는 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 나노 결정입자 전체 질량 대비 상기 망간 할라이드의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하인 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 발광소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함하고,
상기 발광층이 상기 나노 결정입자를 포함하는 표시패널. - 제9 항에 있어서,
상기 발광소자 상에 배치된 컬러필터층을 더 포함하는 표시패널. - 제1 나노결정입자 및 제2 나노결정입자를 포함하고,
상기 제1 나노결정입자는 망간(Mn) 할라이드를(halide) 포함하고,
상기 제2 나노결정입자는 아연(Zn) 할라이드를 포함하는 발광체. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 나노결정입자 및 상기 제2 나노결정입자는 각각 알칼리(alkali) 할라이드를 포함하는 발광체. - 제16 항에 있어서,
상기 제2 나노결정입자는 ZnX2, A2ZnX4, 또는 A3ZnX5이고,
상기 A는 Li, Na, K, Rb, 또는 Cs이고,
상기 X는 Cl, Br, 또는 I인 발광체. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 나노결정입자 및 상기 제2 나노결정입자는 각각 녹색광을 발광하는 발광체. - 제16 항에 있어서,
상기 발광체 전체 질량 대비 상기 제1 나노결정입자의 질량 비율은 0.1 wt% 이상 3 wt% 이하인 발광체.
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-
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