KR20210154190A - 가요성 전계발광 디바이스 - Google Patents

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KR20210154190A
KR20210154190A KR1020217037183A KR20217037183A KR20210154190A KR 20210154190 A KR20210154190 A KR 20210154190A KR 1020217037183 A KR1020217037183 A KR 1020217037183A KR 20217037183 A KR20217037183 A KR 20217037183A KR 20210154190 A KR20210154190 A KR 20210154190A
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outcoupling
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뤼칭 마
제이슨 하트러브
찰스 호츠
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나노시스, 인크.
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Abstract

가요성 전계발광 (FEL) 디바이스의 실시형태들이 설명된다. FEL 디바이스는 제 1 피크 파장을 갖는 제 1 광을 생성하도록 구성된 양자점 (QD) 필름 및 디바이스 스택을 지지하고 그 제 1 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된 가요성 기판을 갖는 디바이스 스택을 포함한다. FEL 디바이스는 디바이스 스택 상에 배치된 캡슐화 층 및 가요성 기판 상에 배치된 아웃커플링 층을 더 포함한다. 캡슐화 층은 수분 또는 산소로부터 FEL 디바이스에 기계적 및 환경적 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 아웃커플링 층은 가요성 기판 내에서 제 1 광의 제 2 부분의 내부 전반사를 방지하고 가요성 기판으로부터 제 2 부분을 추출하도록 구성될 수 있다. 아웃커플링 층은 추가로, FEL 디바이스가 표면 상에 실질적으로 컨포멀하게 배치되는 것에 응답하여 추출된 제 2 부분에 의해 조명될 표면과 아웃커플링 층 사이의 계면에서 에어 갭을 제거하도록 구성될 수 있다.

Description

가요성 전계발광 디바이스
본 발명은 가요성 기판 상에 발광성 나노구조 (예를 들어, 양자점 (quantum dot; QD)) 기반 방출 층을 갖는 전계발광 디바이스 (예를 들어, 발광 다이오드 (light emitting diode; LED)) 에 관한 것이다.
전계발광 (electroluminescent; EL) 디바이스는 디스플레이 (예를 들어, 폰, 태블릿, 모니터, 텔레비전 또는 디지털 광고판) 및 의료 애플리케이션 (예를 들어, 광의학 (photomedicine)) 의 광원으로서 사용된다. 휴대용 및 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 증가함에 따라, EL 디바이스 (예를 들어, LED 및 유기 LED (OLED)) 는 EL 디바이스에 구조적 및 기능적 손상을 야기하지 않으면서 만곡될 수 있는, 경량 및 가요성 기판 상에 만들어졌다.
그러나, 과제들 중 하나가 예를 들어, 광의학 애플리케이션 대하여 인간 피부로의 광의 효과적인 침투를 위해 낮은 구동 전압 (예를 들어, 약 8 볼트 (V) 미만의 전압) 에서 높은 밝기 (brightness)(휘도로서 또한 지칭됨)(약 20,000 제곱 미터 당 칸델라 (cd/m2)) 로 광을 방출하는 가요성 EL (FEL) 을 제작하는 것이다. 또 다른 과제는 비가요성 EL 디바이스와 비교하여 유사하거나 더 긴 동작 수명 및 효율성을 달성하기 위해 FEL 디바이스를 캡슐화하여 이들에 기계적 및/또는 환경적 보호 (예를 들어 수분 및/또는 오염으로부터의 보호) 를 제공하는 것이다. 또한, 대량 생산을 용이하게 하기 위해 간단한 공정 기술로 저비용의 FEL 디바이스를 제조 및 캡슐화하는 것이 과제이다.
본 개시는 나노구조 (NS)-기반 방출층 (EML) 및 수분, 산소 및/또는 오염에 대한 효과적인 캡슐화를 갖는 저렴한, 높은 밝기의 광 생성 FEL 디바이스를 제공하는 것이다. 본 개시는 또한 이를 제조하기 위한 예시의 저렴한 방법들을 제공한다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스는 가시 및/또는 적외선 (IR) 스펙트럼에서 하나 이상의 1차 방출 피크 파장들 (예를 들어, 약 600 nm 내지 약 1200 nm 범위 내의 1차 방출 피크 파장들) 에서 높은 밝기로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 NS-기반 FEL 디바이스로부터의 광 밝기는 OLED 와 같은 비-NS 기반 EML 을 갖는 FEL 디바이스보다 더 높을 수 있는데, 이는 효율 롤-오프 (efficiency roll-off) 로서 알려진 효과인, 높은 광 밝기 레벨에서 OLED 의 효율이 통상적으로 감소하고, OLED 가 높은 전류 밀도에서 상당한 효율 롤-오프를 갖기 때문이다.
상기 NS-기반 FEL 디바이스의 구성은 그 EML 에 카드뮴이 없는 (Cd 가 없는) NS 로 달성될 수 있지만, 카드뮴 NS 는 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, Cd 가 없는 FEL 디바이스는 낮은 구동 전압에서 약 20,000cd/m 보다 큰 밝기 (예를 들어, 7V 에서 약 25,000 cd/m2) 로 가시 및/또는 IR 스펙트럼에서의 하나 이상의 파장들 (예를 들어, 약 630nm) 에서 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 카드뮴의 고유한 독성 특성이 인간의 건강에 해로울 수 있기 때문에, Cd 가 없는 FEL 디바이스가 광의학의 애플리케이션들에 적합할 수 있다.
이러한 Cd 가 없는 FEL 디바이스는 인간 피부 상에 외면적으로 사용될 수 있고 및/또는 광치료를 위해 인체 내부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, Cd 가 없는 FEL 디바이스는 치료 화합물 또는 그 치료 화합물의 분자에서 전하 상태를 여기시킴으로써 치료 부위에서 그 치료 화합물로 포뮬레이팅된 광-억제제를 활성화할 수 있다. 치료 부위는 인간의 피부 상에 또는 인체 내부에 있을 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스는 신축성이 있고 및/또는 광의학 애플리케이션에 대한 인간 피부와 같은, 불균일한 표면에 실질적으로 컨포멀 (conformal) 하게 되도록 구성될 수 있다. 불균일한 표면에 대한 일 예의 애플리케이션은 광원으로서 NS-기반 FEL 디바이스를 갖는 LED 붕대일 수 있다. LED 붕대는 치료 부위에 컨포멀하게 배치될 수 있고 FEL 디바이스로부터의 광은 광치료를 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, FEL 디바이스는 FEL 디바이스의 광 방출 측으로부터 열을 방출하도록 구성된 열 전도성 층을 가질 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 광의학 애플리케이션에서 사용된 FEL 디바이스는 치료 부위로부터 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 대안으로, 열-기반 처리를 위해 방열량이 제어될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 방출층 (EML) 에서의 발광성 NS 는 수분 및/또는 오염에 대한 캡슐화를 EML 에 제공하도록 구성된 배리어 코팅을 가질 수 있다. 이와 같이, FEL 디바이스는 복잡하고 및/또는 비싼 캡슐화 프로세스를 필요로 할 수 있는, 매우 낮은 수증기 투과율 (water vapor transmission rate; WVTR)(예를 들어, 10-5 g/m2-day 미만) 을 갖는 배리어 재료로는 캡슐화되지 않아야 한다. FEL 디바이스는 간단한 캡슐화 프로세스를 사용하여 상대적으로 높은 WVTR (예를 들어, 10-5 g/m2-day, 10-4 g/m2-day, 10-3 g/m2-day, 10-2 g/m2-day, or 10-1 g/m2-day) 을 갖는 저렴한 배리어 재료로 캡슐화될 수 있고, 결과적으로 제조 비용을 감소시키고 대량 생산을 용이하게 한다.
일 실시형태에 따라, FEL 디바이스는 제 1 피크 파장을 갖는 제 1 광을 생성하도록 구성된 양자점 (QD) 필름 및 디바이스 스택을 지지하고 그 제 1 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된 가요성 기판을 갖는 상기 디바이스 스택을 포함한다. FEL 디바이스는 디바이스 스택 상에 배치된 캡슐화 층 및 가요성 기판 상에 배치된 아웃커플링 층을 더 포함한다. 캡슐화 층은 수분 또는 산소로부터 FEL 디바이스에 기계적 및 환경적 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 아웃커플링 층은 가요성 기판 내에서 제 1 광의 제 2 부분의 내부 전반사를 방지하고 가요성 기판으로부터 제 2 부분을 추출하도록 구성될 수 있다. 아웃커플링 층은 추가로, FEL 디바이스가 표면 상에 실질적으로 컨포멀하게 배치되는 것에 응답하여 추출된 제 2 부분에 의해 조명될 표면과 아웃커플링 층 사이의 계면에서 에어 갭을 제거하도록 구성될 수 있다.
일 실시형태에 따라, FEL 디바이스는 가요성 기판, 및 가요성 기판 상에 배치된 제 1 및 제 2 디바이스 스택들을 포함한다. 제 1 및 제 2 디바이스 스택들은 각각 제 1 및 제 2 피크 파장을 갖는 제 1 및 제 2 광을 동시에 방출하도록 구성된 제 1 및 제 2 양자점 (QD)-기반 방출층 (EML) 들을 포함한다. 제 1 및 제 2 피크 파장들은 서로 상이하다. FEL 디바이스는 제 1 및 제 2 디바이스 스택들 상에 배치된 캡슐화 층 및 가요성 기판 상에 배치된 아웃커플링 층을 더 포함한다. 아웃커플링 층은 디바이스 스택으로부터 제 1 및 제 2 광의 부분들을 동시에 추출하도록 구성될 수 있다.
일 실시형태에 따라, FEL 디바이스를 제조하는 방법은 애노드의 사전-성막된 층을 갖는 가요성 기판을 제공하는 단계, 애노드의 사전-성막된 층 상에 QD 필름을 형성하는 단계, QD 필름 상에 캐소드를 형성하는 단계, 캐소드 상에 캡슐화 층을 형성하는 단계, 및 캡슐화 층 상에 아웃커플링 층을 형성하는 단계를 포함한다.
발명의 추가적인 피처들 및 이점들 뿐만 아니라 발명의 다양한 실시형태들의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다. 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시형태들에 제한되지 않음을 유의한다. 그러한 실시형태들은 본 명세서에서 오직 예시적인 목적으로 제시된다. 부가적인 실시형태들은 본 명세서에 포함된 교시들에 기초하여 당업자에게 자명할 것이다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 부분을 형성하는 첨부 도면들은 본 명세서에 개시된 본 실시형태들을 예시하고, 설명과 함께, 본 실시형태들의 원리들을 설명하며 당업자로 하여금 본 실시형태들을 제조 및 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다.
도 1 은 일부 실시형태들에 따른, 캡슐화 층을 갖는 하부 방출 가요성 전계발광 (FEL) 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 일부 실시형태들에 따른, 캡슐화 층을 갖는 상부 방출 FEL 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 3 은 일부 실시형태들에 따른, FEL 디바이스의 휘도 대 전압 특징들을 도시한다.
도 4 는 일부 실시형태들에 따른, Cd 가 없는 NS-기반 EML 을 갖는 FEL 디바이스의 전계발광 스펙트럼을 도시한다.
도 5 는 일부 실시형태들에 따른, 열 전도성 층 및 광 아웃커플링 층을 갖는 FEL 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 6 은 일부 실시형태들에 따른, 복수의 EML들을 갖는 FEL 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 7 은 일부 실시형태들에 따른, 색 처리층 및 캡슐화 층들을 갖는 FEL 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 8 은 일부 실시형태들에 따른, 캡슐화 층을 갖는 FEL 디바이스를 제조하기 위한 방법의 플로우 다이어그램이다.
도 9 는 일부 실시형태들에 따른, 나노구조 (NS) 의 개략적인 단면도이다.
도 10 은 일부 실시형태들에 따른, 개략적인 NS 필름이다.
본 발명의 피처들 및 이점들은 도면들과 함께 취해질 때 하기에 기술된 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이며, 도면들에서 같은 참조 문자들은 전체에 걸쳐 대응하는 엘리먼트들을 식별한다. 도면들에서, 같은 참조 번호들은 달리 언급되지 않는 한 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 엘리먼트들을 표시한다. 엘리먼트가 처음 나타나는 도면은 대응 참조 번호에서 최좌측 디지트(들)로 표시된다. 달리 표시되지 않으면, 본 개시 전체에 걸쳐 제공된 도면들은 축적에 맞는 도면들로서 해석되지 않아야 한다.
특정 구성들 및 배열들이 논의될 수도 있지만, 이는 오직 예시적인 목적으로 수행됨이 이해되어야 한다. 당업자는 다른 구성들 및 배열들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 이 발명은 또한 본 명세서에서 구체적으로 언급된 것들을 넘어 다양한 다른 애플리케이션들에서 채용될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 나타내고 설명되는 특정 구현들은 예시들이며 어떠한 방식으로든 애플리케이션의 범위를 달리 한정하도록 의도되지 않음을 알아야 한다.
"하나의 실시형태", "실시형태", "예시의 실시형태" 등에 대한 명세서에서의 언급들은, 설명된 실시형태가 특정한 피처, 구조, 또는 특징을 포함할 수도 있음을 나타내지만, 모든 실시형태가 그 특정한 피처, 구조, 또는 특징을 반드시 포함하지 않을 수도 있음을 유의한다. 더욱이, 그러한 구절들은 동일한 실시형태를 반드시 지칭하지 않는다. 추가로, 특정한 피처, 구조 또는 특징은 실시형태와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되든 설명되지 않든 다른 실시형태들과 관련하여 그러한 피처, 구조 또는 특징을 달성하도록 당업자의 지식 내에 있을 것이다.
재료의 양, 비율, 재료의 물리적 특성, 및/또는 사용을 나타내는 이 설명에서의 모든 수치들은, 달리 명시적으로 표시되는 경우를 제외하고 단어 "약" 에 의해 수정되는 것으로서 이해되어야 한다.
실시형태들에 있어서, 용어 "디스플레이 디바이스" 는 디스플레이 스크린 상에서 데이터의 가시적인 표현을 허용하는 엘리먼트들의 배열을 지칭한다. 적합한 디스플레이 스크린은 다양한 평면, 곡면형 또는 달리 형상화된 스크린, 필름, 시트, 또는 사용자에게 정보를 시각적으로 디스플레이하기 위한 다른 구조를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 디스플레이 디바이스는, 예를 들어 액정 디스플레이 (LCD), 텔레비전, 컴퓨터, 모니터, 모바일 폰, 스마트 폰, 개인용 디지털 보조기 (PDA), 게이밍 디바이스, 전자적 판독 디바이스, 디지털 카메라, 태블릿, 웨어러블 디바이스, 카 내비게이션 시스템, 디지털 사이니지, 증강 현실, 가상 현실 등을 포괄하는 디스플레이 시스템에 포함될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "약" 은 주어진 양이 값의 ± 10% 만큼 변동되는 것을 나타낸다. 예를 들어, "약 100 nm" 는 90 nm 내지 110 nm 를 포함한 사이즈 범위를 포괄한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "실질적으로" 는 주어진 양의 값이 그 값의 ±1% 내지 ±5% 만큼 변하는 것을 나타낸다.
실시형태들에서, 용어 "광학적으로 커플링된" 은 광이 실질적인 간섭 없이 하나의 컴포넌트로부터 다른 컴포넌트로 전달될 수 있도록 컴포넌트들이 위치되는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "나노구조" 는 약 500 nm 미만의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특징적인 치수를 갖는 구조체를 지칭한다. 일부 실시형태들에서, 나노구조는 치수가 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만이다. 통상적으로, 영역 또는 특징적인 치수는 구조의 최소 축을 따라 있을 것이다. 그러한 구조체의 예들은, 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 분기 나노구조, 나노테트라포드, 트리포드, 바이포드, 나노결정, 나노도트, QD, 나노입자 등을 포함한다. 나노구조는 예를 들어, 실질적으로 결정질, 실질적으로 단결정질, 다결정질, 비정질 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 나노구조의 3 개의 치수들의 각각은 치수가 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "QD" 또는 "나노결정" 은 실질적으로 단결정질인 나노구조를 지칭한다. 나노결정은 약 500 nm 미만의 그리고 약 1 nm 미만의 정도에 이르기까지의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특징적인 치수를 갖는다. 용어들 "나노결정", "QD", "나노도트 (nanodot)", 및 "도트" 는 같은 구조들을 나타내도록 당업자에 의해 쉽게 이해되고, 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용된다. 본 발명은 또한 다결정 또는 비정질 나노결정들의 사용을 포괄한다.
나노구조를 참조하여 사용될 때 용어 "헤테로구조" 는 적어도 2 개의 상이한 및/또는 구별가능한 재료 타입들에 의해 특징화되는 나노구조를 지칭한다. 통상적으로, 나노구조의 하나의 영역은 제 1 재료 타입을 포함하는 한편, 나노구조의 제 2 영역은 제 2 재료 타입을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 나노구조는 제 1 재료의 코어 및 제 2 (또는 제 3 등) 재료의 적어도 하나의 쉘을 포함하고, 여기서, 상이한 재료 타입들은 예를 들어, 나노와이어의 장축, 분기 나노와이어의 아암 (arm) 의 장축, 또는 나노결정의 중심에 관하여 방사상으로 분포된다. 쉘은 헤테로구조로 고려될 나노구조에 대해 또는 쉘로 고려될 인접 재료들을 완전히 커버할 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다; 예를 들어, 제 2 재료의 소도 (small island) 들로 커버된 하나의 재료의 코어에 의해 특징화되는 나노결정은 헤테로구조이다. 다른 실시형태들에서, 상이한 재료 타입들이 나노구조 내의 상이한 위치들에 분포된다; 예를 들어, 나노와이어의 주(장) 축을 따라 또는 분기 나노와이어의 아암의 장축을 따라 분포된다. 헤테로구조 내의 상이한 영역들은 전적으로 상이한 재료들을 포함할 수 있거나, 또는 상이한 영역들이 상이한 도펀트들 또는 동일한 도펀트의 상이한 농도들을 갖는 베이스 재료 (예를 들어, 실리콘) 를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 나노구조의 "직경" 은 나노구조의 제 1 축에 수직인 단면의 직경을 지칭하고, 제 1 축은 제 2 축 및 제 3 축에 대해 길이에 있어서 최대 차이를 갖는다 (제 2 축 및 제 3 축은 길이가 가장 가깝게 서로 같은 2 개의 축들이다). 제 1 축이 반드시 나노구조의 최장 축일 필요는 없으며; 예를 들어, 디스크 형상 나노구조에 대해, 단면은 디스크의 짧은 종축에 수직인 실질적으로 원형의 단면일 것이다. 단면이 원형이 아닌 경우, 직경은 그 단면의 장축 및 단축의 평균이다. 나노와이어와 같은, 세장형 또는 고 종횡비 나노구조에 대해, 직경은 나노와이어의 최장 축에 수직인 단면에 걸쳐 측정된다. 구면형 나노구조에 대해, 직경은 일 측에서 타 측으로 구면의 중심을 통해 측정된다.
용어 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 나노구조에 대해 사용될 때, 나노구조가 통상적으로 구조의 하나 이상의 치수들에 걸쳐 장범위 오더링 (long-range ordering) 을 나타낸다는 사실을 지칭한다. 용어 "장범위 오더링" 은 단결정에 대한 오더링이 결정의 경계를 넘어 확장될 수 없기 때문에, 특정 나노구조의 절대 사이즈에 의존할 것임은 당업자에 의해 이해될 것이다. 이 경우, "장범위 오더링" 은 나노구조의 치수의 적어도 대부분에 걸친 실질적인 오더링을 의미할 것이다. 일부 경우들에서, 나노구조는 산화물 또는 다른 코팅을 지닐 수 있거나, 또는 코어 및 적어도 하나의 쉘로 구성될 수 있다. 그러한 경우, 산화물, 쉘(들), 또는 다른 코팅은 그러한 오더링을 나타낼 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다 (예를 들어, 이는 비정질, 다결정질 또는 다른 것일 수 있다) 는 것이 이해될 것이다. 그러한 경우, 구절 "결정질", 실질적으로 결정질", "실질적으로 단결정질" 또는 "단결정질" 은 (코팅층 또는 쉘을 제외한) 나노구조의 중심 코어를 지칭한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 용어들 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은 또한, 구조가 실질적인 장범위 오더링 (예를 들어, 나노구조 또는 그의 코어의 적어도 하나의 축의 길이의 적어도 약 80% 에 걸친 오더) 을 나타내는 한, 다양한 결함, 스택 오류, 원자 치환 등을 포함하는 구조들을 포괄하도록 의도된다. 또한, 코어와 나노구조의 외측 사이 또는 코어와 인접 쉘 사이 또는 쉘과 제 2 인접 쉘 사이의 계면은 비결정질 영역들을 포함할 수 있고 심지어 비정질일 수 있다는 것이 인식될 것이다. 이는 나노구조가 본 명세서에 정의된 바와 같이 결정질이거나 또는 실질적으로 결정질이 되는 것을 방지하지는 않는다.
용어 "단결정질" 은 나노구조에 대해 사용될 때 나노구조가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함하는 것을 나타낸다. 코어 및 하나 이상의 쉘들을 포함하는 나노구조 헤테로구조에 관하여 사용될 때, "단결정질" 은, 코어가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함하는 것을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "리간드" 는 예를 들어, 나노구조의 표면과 공유, 이온, 반 데르 발스, 또는 다른 분자 상호작용들을 통해, 나노구조의 하나 이상의 면들과 (약하게든 또는 강하게든) 상호작용할 수 있는 분자를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "양자 수율" (QY) 은 예를 들어, 나노구조 또는 나노구조들의 개체군에 의해, 흡수된 광자들에 대한 방출된 광자들의 비율을 지칭한다. 당업계에 알려진 바와 같이, 양자 수율은 통상적으로, 알려진 양자 수율 값을 갖는 잘 특징화된 표준 샘플을 사용하는 비교 방법에 의해 결정된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "1차 방출 피크 파장" 은 방출 스펙트럼이 최고 강도를 나타내는 파장을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "반치전폭" (full width at half-maximum; FWHM) 은 스펙트럼 폭의 척도 (measure) 를 지칭한다. 방출 스펙트럼의 경우, FWHM 은 피크 강도 값의 절반에서의 방출 스펙트럼의 폭을 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어, 포스터 반경 (Forster radius) 은 또한 당업계에서 포스터 거리 (Forster distance) 로 지칭된다.
용어 "나노구조 (NS) 필름" 은 본 명세서에서 발광성 나노구조들을 갖는 필름을 지칭하기 위해 사용된다.
용어 "가요성" 은 엘리먼트에 대한 구조적 및/또는 기능적 손상 없이 구부러지거나, 꼬이거나, 접히거나, 일치되거나, 관 형태로 롤링되거나, 압축되거나, 또는 유사하게 조작될 수 있는 엘리먼트를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 용어 "가요성" 은 엘리먼트에 대한 구조적 및/또는 기능적 손상 없이 신장될 수 있는 엘리먼트를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
용어 "근 적외선 (NIR) 파장 영역" 은 일부 실시형태들에 따라, 약 750 nm 내지 약 1200 nm 범위의 파장들을 포함할 수 있는 IR 스펙트럼의 파장 영역을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
용어 "적색 파장 영역" 은 일부 실시형태들에 따라, 약 620 nm 내지 약 750 nm 범위의 파장들을 포함할 수 있는 가시 스펙트럼의 파장 영역을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
용어 "녹색 파장 영역" 은 일부 실시형태들에 따라, 약 495 nm 내지 약 570 nm 범위의 파장들을 포함할 수 있는 가시 스펙트럼의 파장 영역을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
용어 "청색 파장 영역" 은 일부 실시형태들에 따라, 약 435 nm 내지 약 495 nm 범위의 파장들을 포함할 수 있는 가시 스펙트럼의 파장 영역을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 언급된 공개 특허들, 특허 출원들, 웹사이트들, 회사 명칭들, 및 과학 논문은, 각각이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 통합되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 그들의 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에 인용된 임의의 참조문헌과 이 명세서의 특정 교시들 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다. 마찬가지로, 단어 또는 구절의 기술분야에서 이해되는 정의와 이 명세서에서 구체적으로 교시된 바와 같은 그 단어 또는 구절의 정의 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다.
본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않으면, 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 당업자에게 공지된 다양한 방법들 및 재료들에 대한 참조가 본 명세서에서 이루어진다.
가요성 전계발광 디바이스들의 예시의 실시형태들
도 1 은 일부 실시형태들에 따른, 하부 방출 가요성 전계발광 (FEL) 디바이스 (100) 의 개략적인 단면도를 도시한다. 일부 실시형태들에서, FEL 디바이스 (100) 는 가요성 디스플레이 상에 이미지를 생성하고, 광의학 애플리케이션에서의 애플리케이션 (예를 들어, 광의학) 및/또는 다른 FEL 디바이스-기반 가요성 디바이스들에 대해 가요성 광원을 제공하도록 구성될 수 있다. 용어 "가요성" 은 엘리먼트에 대한 구조적 및/또는 기능적 손상 없이 모든 방향에서 구부러지거나, 꼬이거나, 접히거나, 관 형태로 롤링되거나, 압축되거나, 또는 유사하게 조작될 수 있는 엘리먼트를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 용어 "가요성" 은 또한 엘리먼트에 대한 구조적 및/또는 기능적 손상 없이 반대 방향들로 신장될 수 있는 엘리먼트를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스 (100) 는 가시 및/또는 적외선 (IR) 스펙트럼에서 하나 이상의 1차 방출 피크 파장들 (예를 들어, 약 600 nm 내지 약 1100 nm 범위 내의 1차 방출 피크 파장들) 에서 높은 밝기로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. FEL 디바이스 (100) 로부터의 광 밝기는 OLED 보다 더 높을 수 있는데, 이는 효율 롤-오프 (efficiency roll-off) 로서 알려진 효과인, OLED 의 효율이 통상적으로 높은 광 밝기 레벨에서 감소하며, OLED 가 높은 전류 밀도에서 상당한 양자 효율 롤-오프를 갖기 때문이다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스 (100) 는 기판 (102), 기판 (102) 상에 배치된 디바이스 스택 (103), 및 디바이스 스택 (103) 상에 배치된 캡슐화 층 (124) 을 포함할 수 있다. 기판 (102) 은 디바이스 스택 (103) 을 지지하고 선택적으로 디바이스 스택 (103) 의 동작을 제어하기 위한 제어 회로부 (미도시) 를 지지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 가요성일 수 있고 및/또는 FEL 디바이스 (100) 의 광의학 애플리케이션에 대한 인간 피부와 같은, 불균일한 표면에 실질적으로 컨포멀하게 되도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 광학적으로 투명하여 디바이스 스택 (103) 에 의해 생성된 광 (101) 이 실질적으로 광 (101) 을 흡수하지 않으면서 기판 (102) 을 통해 방출되게 할 수 있다. 디바이스 스택으로부터 방출된 광 (101) 은 -Z 방향을 향해 가리키는 검은색 화살표로 도 1 에 나타낸다.
일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 주름진 구조를 포함할 수 있어서, 디바이스 스택 (103) 의 층들이 FEL 디바이스 (100) 의 신장 동안 인장력에 직면하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 또는 다른 적절한 가요성 폴리머 재료와 같은, 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 초박형 은, 은 메쉬, 은 나노와이어, 전도성 유기 폴리머, 또는 인듐-주석-산화물 (ITO) 을 포함하지 않는 다른 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 약 10 ㎛ 내지 약 150 ㎛ (예를 들어, 약 10 ㎛, 약 12 ㎛, 약 25 ㎛, 약 75 ㎛, 약 100 ㎛, 약 125 ㎛ 또는 약 150 ㎛) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 의 표면 (102s) 은 광 (101) 을 사용하여 생성된 이미지를 디스플레이하는 스크린으로서 작용할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 FEL 디바이스 (100) 에 환경적 보호를 제공하는 캡슐화 층으로서 작용할 수 있다. 기판 (102) 의 재료는 약 10-5 g/m2-day 내지 약 10 g/m2-day (예를 들어, 약 10-5 g/m2-day, 약 10-4 g/m2-day, 약 10-3 g/m2-day, 약 10-2 g/m2-day, 또는 약 10-1 g/m2-day) 범위의 수증기 투과율 (WVTR) 과 같은, 배리어 특성들을 갖도록 선택될 수 있다.
디바이스 스택 (103) 은 일부 실시형태들에 따라, 기판 (102) 상에 배치된 애노드 (104), 애노드 (104) 상에 배치된 정공 주입층 (HIL)(108), HIL (108) 상의 정공 수송층 (HTL)(110), HTL (110) 상에 배치된 전자 차단층 (EBL)(112), EBL (112) 상에 배치된 방출층 (EML)(114), EML (114) 상에 배치된 정공 차단층 (HBL)(116), HBL (116) 상에 배치된 전자 수송층 (ETL)(118), ETL (118) 상에 배치된 전자 주입층 (EIL)(120), 및 EIL (120) 상에 배치된 캐소드 (122) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 디바이스 스택 (103) 은 HIL (108), EBL (112), HBL (116), ETL (118), 또는 EIL (120) 없이, 애노드 (104), HTL (110), HTL (110) 상에 배치된 EML (114), 및 EML (114) 상에 배치된 캐소드 (122) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 디바이스 스택 (103) 은 HIL (108), HTL (110), EBL (112), HBL (116), ETL (118), 또는 EIL (120) 없이, 애노드 (104), 애노드 (104) 상에 배치된 방출층 (EML)(114), 및 EML (114) 상에 배치된 캐소드 (122) 를 포함할 수 있다.
FEL 디바이스 (100) 는 EML (114) 의 조성에 기초하여 가시 및 IR 스펙트럼 (예를 들어, 적색, 녹색, 청색 또는 IR) 에서 광 (101) 을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 하나 이상의 NS-기반 광 방출층들, 또는 NS-기반 및 유기 광 방출층들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, NS-기반 광 방출층 (예를 들어, 도 10 을 참조하여 설명된 NS 필름 (1000)) 은 QD들과 같은 발광성 NS들 (예를 들어, 도 9 를 참조하여 설명된 NS (900)) 을 포함할 수 있다. EML (114) 에서 NS-기반 광 방출층의 NS들의 사이즈 및 재료는 기판 (102) 을 통해 방출된 광 (101) 의 원하는 색상 (예를 들어, 적색, 녹색, 청색 또는 IR) 에 기초하여 선택될 수 있다.
일부 실시형태들에서, EML (114) 에서 NS-기반 광 방출층의 NS들의 사이즈 및 재료는 가시 스펙트럼의 적색 파장 영역 (예를 들어, 약 620 nm 내지 약 750 nm 범위의 파장들), 녹색 파장 영역 (예를 들어, 약 495 nm 내지 약 570 nm 범위의 파장들), 또는 청색 파장 영역 (예를 들어, 약 435 nm 내지 약 495 nm 범위의 파장들) 에서 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (101) 을 방출하도록 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 에서 NS-기반 광 방출층의 NS들의 사이즈 및 재료는 가시 및 IR 스펙트럼 (예를 들어, 약 600 nm 내지 약 1100 nm 범위의 파장들) 에서 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (101) 을 방출하도록 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 적색, 녹색, 청색, NIR 및/또는 가시 또는 IR 스펙트럼에서의 임의의 광을 방출하도록 구성된 발광성 NS들의 개체군을 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, EML (114) 의 하나 이상의 NS-기반 광 방출층들은 카드뮴이 없는 NS들을 포함할 수 있다. 카드뮴의 고유한 독성 특성이 인간의 건강에 해로울 수 있기 때문에, Cd 가 없는 FEL 디바이스 (100) 가 광의학의 애플리케이션에 적합할 수 있다. 이러한 Cd 가 없는 FEL 디바이스 (100) 는 인간 피부 상에 외면적으로 사용될 수 있고 및/또는 광치료를 위해 인체 내부에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, Cd 가 없는 FEL 디바이스 (100) 는 치료 화합물 또는 그의 분자들에서 전하 상태를 여기시킴으로써 치료 부위에서 그 치료 화합물로 포뮬레이팅된 광-억제제를 활성화할 수 있다. 치료 부위는 인간의 피부 상에 또는 인체 내부에 있을 수 있다.
일부 실시형태들에서, EML (114) 은 인듐 포스파이드 (InP)-기반 NS들을 포함할 수 있으며, 이는 녹색 파장 영역에서 NIR 파장 영역 (예를 들어, 약 495 nm 내지 약 1200 nm 범위의 파장들) 으로 확장하는 파장 영역에서 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (101) 을 방출할 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 납 설파이드 (PbS)-, 카드뮴 포스파이드 (Cd3P2)-, 은 설파이드 (Ag2S)-, 은 인듐 셀레나이드 (AgInSe2)-, 실리콘 (Si)-, 또는 포름아미드이늄-납-요오드화물 (FAPbI3)-기반 NS들을 포함할 수 있으며, 이는 IR 파장 영역 (예를 들어, 약 800 nm 내지 약 1100 nm 범위의 파장들) 내에서 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (101) 을 방출할 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 I-III-VI 족 반도체 화합물-기반 NS들 (예를 들어, 구리 인듐 셀레나이드 (CuInSe)2) 또는 구리 인듐 설파이드 (CuInS2)) 을 포함할 수 있고, 이는 60% 이상의 양자 수율을 나타낼 수 있다.
가시 또는 IR 스펙트럼에서 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (101) 은 EML (114) 로부터 생성되고 동작 동안 디바이스 스택 (103) 에 걸쳐 전압이 인가될 때 FEL 디바이스 (100) 로부터 방출될 수 있다. 전자 및 정공은 EML (114) 에서 재결합하여 가시 및/또는 IR 파장 영역에서의 파장에 대응하는 광자를 방출하기 때문에 전압이 인가될 때 광 (101) 이 생성될 수 있다. 캐소드 (122) 에 대해 애노드 (104) 가 포지티브이도록 전압이 인가될 때, 각각 캐소드 (104) 및 애노드 (122) 로부터 전자 및 정공이 주입될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 하부층 상에 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 약 3 nm 내지 약 25 nm (예를 들어, 약 5 nm, 약 10 nm, 또는 약 15 nm) 범위의 직경을 갖고 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역 및/또는 적색 파장 영역과 녹색 파장 영역 사이에서 1차 방출 피크 파장을 방출하도록 구성된 인듐 포스파이드 (InP) 기반 QD들을 포함할 수 있다.
애노드 (104) 는 위에 논의된 바와 같이, 동작 동안 포지티브로 바이어스될 때 디바이스 스택 (103) 에 정공을 주입하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에 따라, 애노드 (104) 는 예를 들어, 인듐-주석-산화물 (ITO) 과 같은 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 애노드 (104) 는 기판 (102) 상에 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료를 성막 및 패터닝함으로써 기판 (102) 상에 형성될 수 있다. 성막은 예를 들어 스퍼터링, 열 증발, 또는 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료를 성막하기 위한 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 패터닝은 예를 들어, 성막 동안 리소그래피 프로세스 또는 마스킹 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 애노드 (104) 는 약 50 nm 내지 약 150 nm (예를 들어, 약 50 nm, 약 80 nm, 약 100 nm, 약 120 nm, 약 125 nm, 약 140 nm 또는 약 150 nm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다.
선택적으로, HIL (108) 은 애노드 (104) 상에 형성될 수 있다. HIL (108) 은 애노드 (104) 에서 HTL (110) 로의 정공 주입을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, HIL (108) 은 약 3 nm 내지 약 70 nm (예를 들어, 약 3 nm, 약 10 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 약 60 nm 또는 약 70 nm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, HIL (108) 은 p- 또는 n-타입, 유기 또는 무기 반도체 재료들, 예컨대 예를 들어, 금속 산화물 (예를 들어, 니켈 산화물 (NiO), 몰리브덴 산화물 (MoO), 바나듐 산화물 (V2O5), 텅스텐 산화물 (WO3)), 폴리아닐린, 폴리티오펜 (예를 들어, 폴리(스티렌 설포네이트)(PSS) 로 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)), 트리스[페닐(m-톨릴)아미노]트리페닐아민(mTDATA), 또는 헥사아자트리페닐렌- 헥사카르보니트릴(HAT-CN) 을 포함할 수 있다. HIL (108) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 롤-투-롤 공정, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 애노드 (104) 상에 성막될 수 있다.
일부 실시형태들에서, HTL (110) 은 도 1 에 나타낸 바와 같이 HIL (108) 상에 또는 HIL (108) 이 선택적으로 포함되지 않는 경우 애노드 (104) 상에 형성될 수 있다. HTL (110) 은 HIL (108) 에서 EML (114) 로의 정공 수송을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, HTL (110) 은 HIL (108) 의 수직 치수보다 작은 Z-축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있으며 약 10 nm 내지 약 30 nm (예를 들어, 약 10 nm, 약 20 nm, 또는 약 30 nm) 범위일 수 있다. 일부 실시형태들에서, HTL (110) 은 p-타입 유기 또는 무기 반도체 재료, 예컨대 예를 들어, 금속 산화물 또는 금속 산화물의 나노구조 (예를 들어, 니켈 산화물 (NiO), 몰리브덴 산화물 (MoO3), 바나듐 산화물 (V2O5), 또는 텅스텐 산화물 (WO3)), 또는 폴리머 (예를 들어, 폴리(N-비닐카르바졸), 폴리(트리아릴아민), 트리페닐아민 유도체 또는 카르바졸 유도체), 또는 작은 유기 분자 (예를 들어, N,N-Di(1-나프틸)-N,N-디페닐-(1,1-비페닐)-4,4-디아민(NPB)) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, HTL (110) 및 HIL (108) 은 서로 유사하거나 상이한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, HTL (110) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 롤-투-롤 공정, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 HIL (108) 상에 성막될 수 있다.
선택적으로, EBL (112) 은 EML (114) 과 HTL (110) 사이의 개재층으로서 HTL (110) 상에 형성될 수 있다. EBL (112) 은 HTL (110) 과 EML (114) 사이의 큰 에너지 배리어로 작용함으로써 전자가 EML (114) 을 벗어나는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. EBL (112) 은 예를 들어, 카르바졸 및 트리페닐렌 기반 유기 화합물과 같은 얕은 전도 대역을 갖는 p-타입 반도체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, EBL (112) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 HTL (110) 상에 성막될 수 있다.
EBL (116) 과 유사하게, HBL (116) 은 EML (114) 과 ETL (118) 사이의 개재층으로서 EML (110) 상에 선택적으로 형성될 수 있다. HBL (116) 은 ETL (118) 과 EML (114) 사이의 큰 에너지 배리어로 작용함으로써 정공이 EML (114) 을 벗어나는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. HBL (116) 은 예를 들어, 치환된 벤즈이미다졸 유기 화합물과 같은 딥 밸런스 밴드를 갖는 n-타입 반도체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, HBL (116) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 형성될 수 있다.
선택적으로, ETL (118) 은 HBL (116) 이 선택적으로 포함되지 않는 경우 HIL (108) 상에 또는 EML (116) 상에 형성될 수 있다. ETL (118) 은 EIL (120) 에서 EML (114) 로의 전자 수송을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. HBL (116) 의 부재 시, ETL (118) 은 정공이 EML (114) 을 벗어나는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, ETL (118) 은 예를 들어, 금속 산화물 또는 금속 산화물의 나노구조 (예를 들어, 아연 산화물 (ZnO), 아연 마그네슘 산화물 (ZnMgO), 또는 티타늄 산화물 (TiO2)) 또는 벤즈이미다졸 유도체와 같은 n-타입 유기 또는 무기 반도체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, ETL (118) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, ETL (118) 은 약 50 nm 내지 약 100 nm (예를 들어, 약 50 nm, 약 60 nm, 약 80 nm, 또는 약 100 nm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다.
선택적으로, EIL (120) 은 ETL (118) 상에 형성될 수 있고, 캐소드 (122) 와 오믹 또는 거의 오믹 콘택을 형성함으로써 캐소드 (122) 로부터 ETL (118) 로 전자의 주입을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EIL (120) 은 n-타입 반도체 재료, 알칼리 금속 염 (예를 들어, 리튬 불화물 (LiF) 또는 세슘 탄화물 (Cs2CO3)), 낮은 일함수 금속 (예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨 (Ba), 마그네슘 (Mg), 이테르븀 (Yb) 또는 세슘 (Cs)), 또는 유기 화합물 (예를 들어, 폴리플루오렌, 폴리에틸렌이민 에톡실화 (PEIE) , 또는 리튬-8-하이드록시퀴놀리놀레이트 (Liq)) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, ETL (110) 및 EIL (120) 은 서로 유사하거나 상이한 재료를 포함할 수 있다. EIL (120) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 ETL (118) 상에 성막될 수 있다.
캐소드 (122) 는 EIL (120), ETL (118) 및 HBL (116) 이 선택적으로 포함되지 않은 경우 EML (114) 상에, 또는 EIL (120) 상에 직접 형성될 수 있다. 캐소드 (122) 는 위에 논의된 바와 같이, 동작 동안 네거티브로 바이어스될 때 디바이스 스택 (103) 에 정공을 주입하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캐소드 (122) 는 약 100 nm 내지 약 5 μm (예를 들어, 약 250 nm, 약 280 nm, 약 300 nm, 약 500 nm, 약 1 μm 또는 약 5 μm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다. 캐소드 (122) 는 일부 실시형태에 따라, 예를 들어, 알루미늄 (Al) 또는 은 (Ag) 과 같은 전기 전도성 및 광학적 반사 재료를 포함할 수 있다. 캐소드 (122) 의 반사 재료는 기판 (102) 을 향해 광을 반사하는 것을 돕고 광이 캐소드 (122) 를 통해 방출되는 것을 방지할 수 있다. EML (114)(위에서 논의됨) 에서 전자와 정공의 재결합 후 광자의 방출로 인해 생성되는 광은 캐소드 (122) 및 기판 (102) 을 향해 이동할 수 있다. 캐소드 (122) 의 반사 재료는 FEL 디바이스 (100) 로부터의 방출을 위해 기판 (102) 을 향해 이들 광자들을 재지향시키는 것을 돕는다. 일부 실시형태들에서, 캐소드 (122) 및 애노드 (104) 는 광학적으로 투명할 수 있고 광 (101) 은 기판 (102) 및 캐소드 (122) 양자 모두를 통해 방출될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 캐소드 (122) 는 EIL (120) 상에 캐소드 재료를 성막 및 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 성막은 예를 들어 스퍼터링, 열 증발, 적합한 용액 프린팅 기술, 또는 전기 전도성 및 광학적 반사 재료를 성막하기 위한 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 패터닝은 예를 들어, 잉크젯 프린팅 프로세스에 의해 또는 원하는 패턴을 갖는 마스크를 통해 캐소드 재료를 열 증발시킴으로써 수행될 수 있다.
캡슐화 층 (124) 은 캐소드 (122) 상에 그리고 FEL 디바이스 (100) 의 측부 표면 (도 1에 나타내지 않음) 상에 직접 형성될 수 있고 FEL 디바이스 (100) 에 기계적 및 환경적 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캡슐화 층 (124) 은 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 을 포함할 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 의 재료는 FEL 디바이스 (100) 에 가요성 및/또는 신축성과 함께 기계적 및 환경적 보호를 제공하는 배리어 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 의 재료는 수분으로부터 보호를 제공하기 위해 약 10-5 g/m2-day 내지 약 10 g/m2-day (예를 들어, 약 10-5 g/m2-day, 약 10-4 g/m2-day, 약 10-3 g/m2-day, 약 10-2 g/m2-day, 또는 약 10-1 g/m2-day) 범위의 수증기 투과율 (WVTR) 과 같은, 배리어 특성을 가질 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124) 의 WVTR 은 서로 유사하거나 상이할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 커플링 층 (124A) 은 가요성 감압 접착제 또는 배리어 필름 (124B) 을 캐소드 (122) 에 커플링하도록 구성된 다른 적절한 가요성 접착제 재료를 포함할 수 있다. 배리어 필름 (124B) 은 일부 실시형태들에 따라, 금속 라미네이트, 금속 호일, 장식성 착색 배킹 (backing), 또는 다른 적절한 가요성 배리어 재료를 포함할 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 은 광학적으로 투명하거나, 반사성이거나, 불투명할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 커플링 층 (124A) 은 약 20 μm 내지 약 30 μm (예를 들어, 약 20 μm, 약 25 μm, 또는 약 30 μm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 배리어 필름 (124B) 은 약 10 μm 내지 약 150 μm (예를 들어, 약 10 μm, 약 12 μm, 약 75 μm, 약 100 μm, 약 125 μm 또는 약 150 μm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, Z 축을 따라 배리어 필름 (124B) 및 기판 (102) 의 수직 치수는 서로 유사하거나 상이할 수 있다.
커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 의 수직 치수들은, 층 또는 콘택의 크랙킹 또는 버클링으로 인한 디바이스 패일을 유도할 수 있는 디바이스 스택 (103) 의 신장 또는 압축을 감소시키도록 선택될 수 있다. 캡슐화 층 (124) 및 기판 (102) 의 수직 치수는 FEL 디바이스 (100) 의 벤딩 동안 직면하는 인장 및/또는 압축력은 캡슐화 층 (124) 및/또는 기판 (102) 내에서 실질적으로 제한되고 FEL 디바이스 (100) 의 디바이스 스택 (103) 의 층들로 확장하지 않도록 선택될 수 있다. 이와 같이, 디바이스 스택 (103) 의 층은 FEL 디바이스 (100) 의 벤딩 동안 중립 평면에 있을 수 있다. 중립 평면은 인장 또는 압축력이 실질적으로 없는 평면으로 정의될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 버퍼층 (도 1 에 나타내지 않음) 은 캐소드 (122) 와 커플링 층 (124A) 사이에 성막될 수 있다. 버퍼층은 산화물 재료를 포함하고 약 10-5 g/m2-day 내지 약 10 g/m2-day (예를 들어, 약 10-5 g/m2-day, 약 10-4 g/m2-day, 약 10-3 g/m2-day, 약 10-2 g/m2-day, 또는 약 10-1 g/m2-day) 범위의 WVTR 를 가져서 부가적인 환경적 보호를 제공할 수 있다. 버퍼층은 커플링 층 (124A) 및/또는 배리어 필름 (124B) 과 유사하거나 상이한 WVTR 을 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL (100) 은 기판 (102) 상에 캡슐화 층 (나타내지 않음) 을 포함할 수 있다. 이러한 기판 측 캡슐화 층은 그의 커플링 층 및 배리어 필름이 실질적으로 광 (101) 을 흡수하지 않으면서 기판 (102) 을 통해 광 (101) 이 방출되게 할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있는 것을 제외하고, 캡슐화 층 (124) 과 유사할 수 있다. 그의 커플링 층은 그 배리어 필름을 기판 (102) 의 표면 (102s) 에 커플링하도록 구성될 수 있다.
도 2 는 일부 실시형태들에 따른, 상부 방출 FEL 디바이스 (200) 의 개략적인 단면도를 도시한다. FEL 디바이스 (100) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 FEL 디바이스 (200) 에 적용된다. FEL 디바이스 (200) 는 FEL 디바이스 (200) 가 기판 (202) 을 통해서가 아닌 캐소드 (222) 를 통해 광 (101) 을 방출하는 것을 제외하고 FEL 디바이스 (100) 와 유사할 수 있다. 따라서, FEL 디바이스 (100) 와 달리, FEL 디바이스 (200) 는 불투명 및/또는 반사 기판 (202), 투명 캐소드 (222), 및 캐소드 (222) 상에 배치된 투명 캡슐화 층 (224)을 포함할 수 있다.
기판 (202) 에 대한 상기 논의는 기판 (202) 의 재료가 불투명 및/또는 반사성일 수 있는 것을 제외하고 기판 (102) 에 적용된다. 기판 (202) 의 반사 재료는 캐소드 (222) 를 향해 광을 반사하는 것을 돕고 기판 (202) 를 통해 광이 방출되는 것을 방지할 수 있다. EML (114)(위에서 논의됨) 에서 전자와 정공의 재결합 후 광자의 방출로 인해 생성되는 광은 캐소드 (222) 및 기판 (202) 을 향해 이동할 수 있다. 기판 (202) 의 반사 재료는 FEL 디바이스 (200) 로부터의 방출을 위해 캐소드 (222) 를 향해 이들 광자를 재지향시키는 것을 돕는다. 일부 실시형태들에서, 부가적으로 또는 대안으로, 애노드 (104) 는 반사성일 수 있고, 예를 들어 알루미늄 (Al) 또는 은 (Ag) 과 같은 전기 전도성 및 광학적 반사층을 포함할 수 있다.
캐소드 (122) 에 대한 위의 논의는 캐소드 (222) 가 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 층, 예컨대 예를 들어, ITO 의 층, ITO/Ag/ITO 의 다층 스택, 또는 초박 금속 필름, 예컨대 약 10 nm 의 두께를 갖는 Ag 의 박층을 포함하는 것을 제외하고, 캐소드 (222) 에 적용된다.
캡슐화 층 (124) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 캡슐화 층 (224) 에 적용된다. 캡슐화 층 (224) 은 FEL 디바이스 (200) 에 가요성 및/또는 신축성과 함께 기계적 및 환경적 보호를 제공하도록 구성된 커플링 층 (224A) 및 배리어 필름 (224B) 을 포함할 수 있다. 커플링 층 (224A) 및 배리어 필름 (224B) 은, 커플링 층 (224A) 및 배리어 필름 (224B) 이 실질적으로 광 (101) 을 흡수하지 않으면서 캐소드 (222) 를 통해 광 (101) 이 방출되게 할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있는 것을 제외하고, 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 과 각각 유사할 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL (200) 은 기판 (202) 상에 캡슐화 층 (나타내지 않음) 을 포함할 수 있다. 이러한 기판 측 캡슐화 층은, 그 커플링 층이 기판 (202) 의 표면 (202s) 에 그 배리어 필름을 커플링하도록 구성될 수 있는 것을 제외하고, 도 1 의 캡슐화 층 (124) 과 유사할 수 있다.
도 3 및 도 4 는 FEL 디바이스들 (100 및 200) 과 같은 Cd 가 없는 NS-기반 FEL 디바이스의 예시의 디바이스 특징들을 예시한다. 도 3 의 휘도 대 전압 플롯은 FEL 디바이스가 7V 의 낮은 구동 전압에서 약 25,000cd/m2 의 광 밝기를 달성할 수 있는 것을 나타낸다. 이러한 밝기는 도 4 에서 FEL 디바이스의 전계발광 특성에 의해 예시된 바와 같이, FEL 디바이스에 의해 방출된 약 630 nm 의 1차 전계발광 피크 파장을 갖는 광에 대해 달성될 수 있다.
도 5 는 일부 실시형태들에 따른, 하부 방출 FEL 디바이스 (500) 의 개략적인 단면도를 도시한다. FEL 디바이스 (500) 는 열 전도성 층 (526), 아웃커플링 층 (528), 및 기능층 (530) 을 갖는 FEL 디바이스 (100) 를 포함할 수 있다. 도 1 에서의 엘리먼트들과 동일한 주석들을 갖는 도 5 의 엘리먼트들은 위에 설명되어 있다.
열 전도성 층 (526) 은 배리어 필름 (124A) 상에 배치될 수 있고 FEL 디바이스 (500) 의 광 방출 표면들 (예를 들어, 표면들 (102s, 528s, 및/또는 530s)) 로부터 열을 방출하도록 구성될 수 있다. 열은 동작 동안 FEL 디바이스 (100) 에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 예를 들어, 광의학 애플리케이션에서 사용될 때 FEL 디바이스 (500) 가 타겟 부위를 가열하는 것을 방지하는 것을 도울 수 있으며, 여기서 타겟 부위는 인간 피부 상의 치료 부위 또는 인체 내부일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 금속 호일의 층, 금속 메쉬 구조화된 층, 또는 가요성 열 전도성 재료의 다른 적절한 층을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 스프레이, 페인팅, 스핀 코팅, 프린팅, 전사, 또는 다른 적절한 열 전도성 재료 성막 방법을 사용하여 성막될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 약 10 nm 내지 약 150 nm (예를 들어, 약 20 nm, 약 50 nm, 또는 약 150 nm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 배리어 필름 (124B) 의 재료가 도 1 을 참조하여 위에 논의된 배리어 특성들에 부가하여 열 전도성 특성들을 갖는 경우, 열 전도성 층 (526) 은 FEL 디바이스 (500) 에 포함되지 않는다. 그러한 경우, 배리어 필름 (124B) 은 FEL 디바이스 (500) 의 광 방출 표면으로부터 열을 방출하도록 구성될 수 있다.
아웃커플링 층 (528) 은 기판 (102) 의 표면 (102s) 상에 직접 배치될 수 있고 FEL 디바이스 (500) 로부터 광을 추출하도록 구성될 수 있다. 광 추출은 기판 (102) 을 통해 디바이스 (103) 로부터 방출하는 광에 대한 지향성을 제공하는 것과 기판 (102) 내에서 광의 내부 전반사를 방지하는 것을 포함할 수 있다. 아웃커플링 층 (528) 없이, 기판 (102) 을 통해 공기로 방출되는 광의 일부 부분들은 공기와 비교하여 더 높은 기판 (102) 의 굴절률 때문에 기판 (102) 내에서 완전히 내부적으로 반사될 수 있다. 더 높은 굴절률 재료 (예를 들어, 기판(102)) 에서의 광이 더 높은 굴절률 재료를 통과하는 대신, 임계 각도보다 더 큰 각도에서 더 낮은 굴절률 재료 (예를 들어, 공기) 와의 계면에 직면하는 경우, 광은 다시 더 높은 굴절률 재료 내로 구부러질 수 있다. 이는 내부 전반사로 지칭될 수 있다. 기판 (102) 내의 내부 전반사를 통해 방출된 이러한 광의 손실은 기판 (102) 으로부터 방출된 광의 밝기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 아웃커플링 층 (528) 은 FEL 디바이스 (500) 로부터 방출된 광 (101) 의 밝기를 강화하고, 또한 FEL 디바이스 (500) 로부터의 광 추출을 증가시키는 것을 도울 수 있다.
일부 실시형태들에서, 아웃커플링 층 (528) 은 예를 들어 샌드블라스팅을 사용하여 표면 (102) 상에 형성된 텍스처링된 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 아웃커플링 층 (528) 은 탄성 또는 폴리머 재료, 예컨대 실리콘 겔 또는 광 추출에 부가하여 FEL 디바이스 (500) 의 방출 표면 (예를 들어, 표면들 (528s 및 530s)) 이 실질적으로 컨포멀하게 적용되는 표면 (예를 들어, 인간 피부) 과 FEL 디바이스 (500) 사이의 임의의 에어 갭을 제거하는 것을 도울 수 있는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. FEL (500) 과 적용된 표면 사이의 계면에서 에어 갭을 제거하는 것은 공기에 비해 더 높은 아웃커플링 층 (528) 의 굴절률 때문에 아웃커플링 층 (528) 내에서 방출된 광의 일부 부분들의 내부 전반사를 통해 방출된 광의 손실을 방지하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시형태들에서, 실리콘 겔과 같은 폴리머 재료를 갖는 아웃커플링 층 (528) 은 FEL 디바이스 (500) 로부터의 광 (101) 에 의해 조명된 표면 (예를 들어, 인간 피부) 에 단열을 제공할 수 있다. 단열은 FEL 디바이스 (500) 에 의해 생성된 열로부터일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 아웃커플링 층 (528) 은 약 10 μm 내지 약 150 μm (예를 들어, 약 20 μm, 약 50 μm, 또는 약 150 μm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다.
선택적으로, 기능층 (530) 은 FEL 디바이스 (500) 에 포함될 수 있다. 기능층 (530) 은 아웃커플링 층 (528) 의 표면 (528s) 상에 배치되고 방출된 광 (101) 을 표면 (530s) 에 걸쳐 실질적으로 균일하게 확산시키도록 구성될 수 있고, 이로써 광의 실질적으로 균일한 분포가 FEL 디바이스 (500) 의 애플리케이션 동안 (예를 들어, 광의학 애플리케이션) 표면 (예를 들어, 인간 피부) 상에 전달될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기능층 (530) 은 광의학의 애플리케이션을 위한 사전-코팅된 국소 치료를 포함할 수 있는, 직물 또는 다른 유사한 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL (500) 은 기판 (102), 기능층 (530) 상에, 또는 기능층 (530) 이 선택적으로 포함되지 않는 경우, 아웃커플링 층 (528) 상에 캡슐화 층 (나타내지 않음) 을 포함할 수 있다. 이 캡슐화 층은 그의 커플링 층 및 배리어 필름이 실질적으로 광 (101) 을 흡수하지 않으면서 아웃커플링 층 (528) 또는 기능층 (530) 을 통해 광 (101) 이 방출되게 할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있는 것을 제외하고, 캡슐화 층 (124) 과 유사할 수 있다. 커플링 층은 배리어 필름을, 표면 (530s) 에, 또는 기능층 (530) 이 선택적으로 포함되지 않는 경우 528s 상에 커플링하도록 구성될 수 있다.
FEL 디바이스 (500) 와 유사하게, FEL 디바이스 (200) 는 기판 (202) 상에 배치된 아웃커플링 층 (528), 및 선택적으로 아웃커플링 층 (528) 상에 배치된 기능층 (530) 을 포함할 수 있다. 또한, FEL 디바이스 (200) 는 FEL 디바이스 (200) 의 열 전도성 층이 광학적으로 투명하여 실질적으로 광 (101) 을 흡수하지 않으면서 캐소드 (222) 및 캡슐화 층 (224) 을 통해 광 (101) 이 방출되게 할 수 있는 것을 제외하고, 열 전도성 층 (526) 과 유사한 배리어 필름 (224A) 상에 열 전도성 층을 포함할 수 있다.
도 6 는 일부 실시형태들에 따른, 하부 방출 FEL 디바이스 (600) 의 개략적인 단면도를 도시한다. FEL 디바이스 (100) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 FEL 디바이스 (600) 에 적용된다. 도 1 에서의 엘리먼트들과 동일한 주석들을 갖는 도 6 의 엘리먼트들은 위에 설명되어 있다. FEL 디바이스 (600) 는 FEL 디바이스 (600) 가 도 1 에 나타낸 바와 같이 하나의 디바이스 스택 (103) 대신 2 개의 인접한 디바이스 스택들 (603A-603B) 을 포함하는 것을 제외하고, FEL 디바이스 (100) 와 유사할 수 있다. 디바이스 스택 (103) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 디바이스 스택들 (603A-603B) 각각에 적용된다. 디바이스 스택들 (603A-603B) 은 서로 상이한 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (601A-601B) 을 각각 동시에 방출하도록 구성될 수 있다. 파장은 가시 또는 IR 스펙트럼 내에 있다. 도 6 에서는 2 개의 인접한 디바이스 스택들 (603A-603B) 이 나타나 있지만, FEL 디바이스 (600) 는 서로 상이한 1차 방출 피크 파장을 갖는 광을 동시에 방출하도록 구성될 수 있는 2 이상의 인접한 디바이스 스택들을 가질 수 있다.
디바이스 스택들 (603A-603B) 의 EML들을 제외하고, 디바이스 스택들 (603A-603B) 의 층들은 서로 유사할 수 있다. EML (114) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 각각의 디바이스 스택 (603A-603B) 의 EML 에 적용된다. 디바이스 스택들 (603A-603B) 의 EML들은 서로 상이한 1차 방출 피크 파장을 갖는 광 (601A 및 601B) 을 각각 동시에 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 (601A-601B) 의 1차 방출 피크 파장은 각각 파장 660nm 및 860nm 에 있을 수 있다. 1차 방출 피크 파장은 가시 또는 IR 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 디바이스 스택들 (603A-603B) 의 EML 에서 NS들의 사이즈 및 재료는 각각 광 (601A 및 601B) 을 방출하도록 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML들을 제외하고, 디바이스 스택들 (603A-603B) 은 그들 사이에 애노드 (104), HIL (108), HTL (110), EBL (112), HBL (116), ETL (118), EIL (120), 및/또는 캐소드 (122) 를 공유할 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스 (200) 는 디바이스 스택 (103) 대신에 디바이스 스택들 (603A-603B) 을 가질 수 있고 캐소드 (222) 및 캡슐화 층 (224) 을 통해, 각각 광 (601A-601B) 을 동시에 방출하도록 구성될 수 있다. FEL 디바이스 (500) 와 유사하게, FEL 디바이스 (600) 는 배리어 필름 (124B) 상의 열 전도성 층 (526), 기판 (102) 상의 아웃커플링 층 (528), 및 아웃커플링 층 (528) 상의 선택적 기능층 (530) 을 포함할 수 있다.
도 7 은 일부 실시형태들에 따른, 하부 방출 FEL 디바이스 (700) 의 개략적인 단면도를 도시한다. FEL 디바이스 (100) 에 대한 상기 논의는 달리 언급되지 않는 한 FEL 디바이스 (700) 에 적용된다. 도 1 에서의 엘리먼트들과 동일한 주석들을 갖는 도 7 의 엘리먼트들은 위에 설명되어 있다. FEL 디바이스 (700) 는 FEL 디바이스 (700) 가 기판 (102) 상에 배치된 색처리 층 (732) 및 색처리 층 (732) 상에 배치된 캡슐화 층 (724) 을 포함하는 것을 제외하고, FEL 디바이스 (100) 와 유사할 수 있다. 색처리 층 (732) 은 광 (101)(도 7 에 나타내지 않음; 도 1 에 나타냄) 을 처리하고 처리된 광 (701) 을 생성하도록 구성될 수 있다. 처리된 광 (701) 의 색상은 가시 및 IR 스펙트럼 내에서 하나 이상의 1차 방출 피크 파장을 포함할 수 있다. 광 (101) 의 1차 방출 피크 파장은 광 (701) 의 1차 방출 피크 파장보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 광 (101) 의 1차 방출 피크 파장이 450 nm 및/또는 600 nm 인 경우, 광 (701) 의 1차 방출 피크 파장은 각각 600 nm 및/또는 800 nm일 수 있다.
색처리 층 (732) 은 하나 이상의 인광체 필름들 (예를 들어, 도 10 을 참조하여 설명된 NS 필름 (1000)) 을 포함할 수 있다. 하나 이상의 인광체 필름들은 QD들 (예를 들어, 도 9 를 참조하여 설명된 NS (900)) 과 같은 발광성 나노구조 (NS) 를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 디바이스 (103) 의 EML (114)(도 7 에 나타내지 않음; 도 1 에 나타냄) 은 청색 광 (101) 을 생성할 수 있고 처리된 적색 또는 녹색 광 (701) 을 방출하기 위해, 하나 이상의 인광체 필름들은 청색 광 (101) 을 다운 컨버팅함으로써 처리된 적색 또는 녹색 광 (701) 을 생성할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 인광체 필름들은 발광성 NS들로, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 아연 설파이드, 실리콘, 또는 이들의 조합의 산란 재료 (예를 들어, 약 100 nm 내지 약 500 μm 범위의 직경을 갖는 입자들) 를 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 색처리 층 (732) 은 예를 들어 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 또는 적합한 용액 프린팅 기술에 의해 형성된 사전-패터닝된 층일 수 있고 자기-접착될 수 있거나 커플링 층 (124A) 과 유사한 커플링 층을 사용하여 기판 (102) 에 커플링될 수 있다.
캡슐화 층 (724) 은 커플링 층 (724A) 및 배리어 필름 (724B) 이 실질적으로 광 (701) 을 흡수하지 않으면서 광 (701) 이 방출되게 할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있는 것을 제외하고, 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 과 각각 유사한 커플링 층 (724A) 및 배리어 필름 (724B) 을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, FEL 디바이스 (200) 는 캐소드 (222) 와 캡슐화 층 (224) 사이에 색처리 층 (732) 을 가질 수 있고 광 (101) 을 처리하고 캐소드 (222) 및 캡슐화 층 (224) 을 통해 처리된 광 (701) 을 생성하도록 구성될 수 있다. FEL 디바이스 (500) 와 유사하게, FEL 디바이스 (700) 는 배리어 필름 (124B) 상의 열 전도성 층, 아웃커플링 층 (528), 및 선택적 기능층 (530) 을 포함할 수 있다. FEL 디바이스 (700) 에서, 아웃커플링 층 (528) 은 기판 (102) 과 색처리 층 (732) 사이, 색처리 층 (732) 과 캡슐화 층 (724) 사이, 또는 배리어 필름 (724B) 상에 개재될 수 있다. 기능층 (530) 은 선택적으로 배리어 필름 (724B) 상에 배치될 수 있다.
다른 엘리먼트들 상에 또는 상부에 있는 것으로 본 개시에 설명된 엘리먼트들은 다른 엘리먼트들 상에 직접 있을 수도 있거나 달리 언급되지 않는 한 개재 층들을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2 그리고 도 5 내지 도 7 의 엘리먼트들의 일부가 서로에 대해 X, Y 및/또는 Z 축을 따라 유사한 치수를 갖는 것으로 나타나 있더라도, 이러한 엘리먼트들의 각각은 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 하나 이상의 방향들에서 서로 상이한 치수들을 가질 수 있다.
가요성 전계발광 디바이스를 제조하기 위한 예시적인 방법들
도 8 은 일부 실시형태들에 따른, FEL 디바이스들 (100, 200, 500, 600, 및/또는 700) 을 제조하기 위한 예시의 방법 (800) 의 플로우 다이어그램이다. 단계들은 상이한 순서로 수행되거나 특정 애플리케이션들에 의존하여 수행되지 않을 수 있다. 방법 (800) 은 완전한 FEL 디바이스를 생성하지 않을 수도 있음을 유의해야 한다. 따라서, 방법 (800) 이전, 동안 및 이후에 부가적인 프로세스들이 제공될 수 있고, 일부 다른 프로세스들은 본 명세서에서 간략하게만 설명될 수 있음을 이해해야 한다.
단계 (805) 에서, 애노드의 사전-성막된 층을 갖는 가요성 기판이 제공된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 애노드 (104) 는 기판 (102) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 가요성이고 광학적으로 투명할 수 있으며 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 또는 다른 적절한 가요성 폴리머 재료와 같은, 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기판 (102) 은 초박형 은, 은 메쉬, 은 나노와이어, 전도성 유기 폴리머, 또는 인듐-주석-산화물 (ITO) 을 포함하지 않는 다른 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 가요성 기판 (예를 들어, 도 2 의 기판(202)) 의 재료는 FEL 디바이스 (예를 들어, FEL 디바이스 (200)) 가 기판 (102) 을 통하는 대신 캐소드 (222) 를 통해 광 (101) 을 방출하도록 구성될 수 있을 때 불투명 및/또는 반사성일 수 있다. 일부 실시형태들에 따라, 애노드 (104) 는 예를 들어, 인듐-주석-산화물 (ITO) 과 같은 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 사전-성막된 ITO 층을 갖는 PET 플라스틱 기판은 후속 공정 단계들에서 FEL 디바이스 (100) 의 다른 층들을 성막하기 위한 시작 기판으로서 사용될 수 있다.
단계 (810) 에서, 정공 주입층 (HIL), 정공 수송층 (HTL) 및 전자 차단층 (EBL) 이 형성된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같이, HIL (108) 이 애노드 (104) 상에 배치될 수 있다. HTL (110) 은 HIL (108) 상에 배치될 수 있고 EBL (112) 은 HTL (110) 상에 배치될 수 있다. HIL (108), HTL (110), 및 EBL (112) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 롤-투-롤 공정, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 그의 하부층 상에 각각 성막될 수 있다. 일부 실시형태들에서, HIL (108) 은 PSS(폴리(스티렌 설포네이트)) 로 도핑된 PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)) 을 포함할 수 있고 HTL (110) 은 TFB(폴리[(9,9-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-co-(4,4'(N-(4-sec-부틸페닐))) 디페닐아민]) 을 포함할 수 있다.
단계 (815) 에서, EBL 상에 방출층 (EML) 이 형성된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같이, EML (114) 은 EBL (112) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 EBL (112) 상에 성막될 수 있다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 은 약 20 nm 의 직경을 갖는 인듐 포스파이드 (InP) 기반 QD들을 포함할 수 있고 적색 파장 영역에서 1차 방출 피크 파장을 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 단계 (810) 는 선택적 단계일 수 있고, 단계 (805) 다음에 EML 이 애노드 상에 형성되는 단계 (815) 가 후속할 수 있다.
단계 (820) 에서, 정공 차단층 (HBL), 정공 수송층 (HTL) 및 전자 주입층 (EBL) 이 형성된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같이, HBL (116) 은 EML (114) 상에 배치될 수 있고, ETL (118) 은 HBL (116) 상에 배치될 수 있으며, EIL (120) 은 ETL (118) 상에 배치될 수 있다. HBL (116), ETL (118), 및 EIL (120) 은 예를 들어, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 적절한 용액 프린팅 기술, 열 증발, 또는 적절한 기상 증착 기술에 의해 그의 하부층 상에 각각 성막될 수 있다. 일부 실시형태들에서, ETL (118) 은 아연 마그네슘 산화물 (ZnMgO) 을 포함할 수 있다.
단계 (825) 에서, EIL 상에 캐소드가 형성되고 캐소드 상에 캡슐화 층이 형성된다. 예를 들어, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 캐소드 (122) 는 EIL (120) 상에 배치될 수 있고 캡슐화 층 (124) 은 캐소드 (122) 상에 배치될 수 있다. 캐소드 (122) 는 일부 실시형태에 따라, 예를 들어, 알루미늄 (Al) 또는 은 (Ag) 과 같은 전기 전도성 및 광학적 반사 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캐소드 (122) 는 예를 들어 스퍼터링, 열 증발, 적합한 용액 프린팅 기술, 또는 전기 전도성 및 광학적 반사 재료를 성막하기 위한 적절한 방법에 의해 EIL (120) 상에 캐소드 재료를 성막함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캐소드 (예를 들어, 도 2 의 캐소드(222)) 의 재료는 FEL 디바이스 (예를 들어, FEL 디바이스 (200)) 가 기판 (102) 을 통하는 대신 캐소드 (222) 를 통해 광 (101) 을 방출하도록 구성될 수 있을 때 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 층, 예컨대 예를 들어 ITO 의 층, ITO/Ag/ITO 의 다층 스택, 또는 초박형 금속 필름, 예컨대 약 10 nm 의 두께를 갖는 Ag 의 박층을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 단계 (820) 는 선택적 단계일 수 있고 단계 (815) 다음에 EML 상에 캐소드가 형성되는 단계 (825) 가 후속할 수 있다.
캡슐화 층 (124) 은 캐소드 (122) 상에 직접 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 캡슐화 층 (124) 은 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 을 포함할 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 의 재료들은, 약 10-5 g/m2-day 내지 약 10 g/m2-day (예를 들어, 약 10-5 g/m2-day, 약 10-4 g/m2-day, 약 10-3 g/m2-day, 약 10-2 g/m2-day, 또는 약 10-1 g/m2-day) 범위의 수증기 투과율 (WVTR) 과 같은, 배리어 특성들을 갖도록 선택될 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124) 의 WVTR 은 서로 유사하거나 상이할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 커플링 층 (124A) 은 가요성 감압 접착제 (PSA) 또는 배리어 필름 (124B) 을 캐소드 (122) 에 커플링하도록 구성된 다른 적절한 가요성 접착제 재료를 포함할 수 있다. 커플링 층 (124A) 은 캐소드 (122) 상에 적용되고 그 다음 커플링 층 (124A) 상에 배리어 필름 (124B) 이 적용될 수 있다. 배리어 필름 (124B) 은 일부 실시형태들에 따라, 금속 라미네이트, 금속 호일, 장식성 착색 배킹, 또는 다른 적절한 가요성 배리어 재료를 포함할 수 있다. 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 은 광학적으로 투명하거나, 반사성이거나, 불투명할 수 있다.
단계 (830) 에서, 열 전도성 층이 캡슐화층 상에 형성된다. 예를 들어, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 열 전도성 층 (526) 은 배리어 필름 (124A) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 금속 호일의 층, 금속 메쉬 구조화된 층, 또는 가요성 열 전도성 재료의 다른 적절한 층을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 스프레이, 페인팅, 스핀 코팅, 프린팅, 전사, 또는 다른 적절한 열 전도성 재료 성막 방법을 사용하여 성막될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 전도성 층 (526) 은 약 10 nm 내지 약 150 nm (예를 들어, 약 20 nm, 약 50 nm, 또는 약 150 nm) 범위의 Z 축을 따르는 수직 치수 (예를 들어, 두께) 를 가질 수 있다.
단계 (835) 에서, 색 처리층이 기판 상에 형성된다. 예를 들어, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 색 처리층 (732) 은 기판 (102) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 색처리 층 (732) 은 예를 들어 잉크젯 프린팅, 노즐 프린팅, 콘택 프린팅, 또는 적합한 용액 프린팅 기술에 의해 형성된 사전-패터닝된 층일 수 있고 자기-접착될 수 있거나 커플링 층 (124A) 과 유사한 커플링 층을 사용하여 기판 (102) 에 커플링될 수 있다.
단계 (840) 에서, 캡슐화 층은 색 처리층 상에 형성된다. 예를 들어, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 캡슐화 층 (724) 은 색처리 층 (732) 상에 배치될 수 있다. 캡슐화 층 (724) 은 커플링 층 (724A) 및 배리어 필름 (724B) 이 실질적으로 광 (701) 을 흡수하지 않으면서 광 (701) 이 방출되게 할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있는 것을 제외하고, 커플링 층 (124A) 및 배리어 필름 (124B) 과 각각 유사한 커플링 층 (724A) 및 배리어 필름 (724B) 을 포함할 수 있다.
단계 (845) 에서, 아웃커플링 층이 기판 상에 직접 또는 간접적으로 형성된다. 예를 들어, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 커플링 층 (528) 은 기판 (102) 상에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 도 7 을 참조하여 논의된 바와 같이, 아웃커플링 층 (528) 은 색처리 층 (732) 상에 또는 배리어 필름 (724B) 상에 배치되고, 따라서 기판 상에 간접적으로 배치될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 단계 (830) 는 단계들 (835, 840, 또는 845) 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
배리어 층 코팅된 나노구조의 예시적 실시형태들
도 9 는 실시형태에 따른, 배리어층 코팅된 발광성 나노구조 (NS)(900) 의 단면구조를 도시한다. 일부 실시형태들에서, NS (900) 의 개체군은 EML (114) 의 광 방출층들에 포함될 수도 있다. 배리어층 코팅된 NS (900) 는 NS (901) 및 배리어층 (906) 을 포함한다. NS (901) 는 코어 (902) 및 쉘 (904) 을 포함한다. 코어 (902) 는 광을 방출하는 반도전성 재료를 포함한다. 코어 (902) 를 포함하는 반도전성 재료의 예들은 인듐 포스파이드 (InP), 카드뮴 셀레나이드 (CdSe), 아연 설파이드 (ZnS), 납 설파이드 (PbS), 인듐 비소화물 (InAs), 인듐 갈륨 포스파이드, (InGaP), 카드뮴 아연 셀레나이드 (CdZnSe), 아연 셀레나이드 (ZnSe) 및 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) 를 포함한다. 다이렉트 밴드 갭을 나타내는 임의의 다른 II-VI, III-V, 3 차 또는 4 차 반도체 구조체가 또한 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 코어 (902) 는 또한 일부 예들을 제공하기 위해 금속, 할로겐, 및 합금과 같은 하나 이상의 도펀트들을 포함할 수 있다. 금속 도펀트의 예들은 아연 (Zn), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 백금 (Pt), 크롬 (Cr), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 할로겐 도펀트의 예는 불소 (F), 염소 (Cl), 브롬 (Br) 또는 요오드 (I) 를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 코어 (902) 에서의 하나 이상의 도펀트들의 존재는 도핑되지 않은 NS들에 비해 NS (901) 의 구조적, 전기적, 및/또는 광학적 안정성 및 QY 를 개선할 수도 있다.
코어 (902) 는 일 실시형태에 따라, 직경이 20 nm 미만인 사이즈를 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 코어 (902) 는 직경이 약 1 nm 와 약 10 nm 사이의 사이즈를 가질 수 있다. 나노미터 범위의 코어 (902) 의 사이즈 및 결과적으로 NS (901) 의 사이즈를 맞추는 능력은 전체 광학 스펙트럼에서의 광방출 커버리지를 가능하게 한다. 일반적으로, 더 큰 NS들은 스펙트럼의 적색 단부를 향하여 광을 방출하는 한편, 더 작은 NS들은 스펙트럼의 청색 단부를 향하여 광을 방출한다. 이러한 효과는 더 큰 NS들이 더 작은 NS들보다 더 가깝게 이격되는 에너지 레벨들을 가질 때 발생한다. 이는 NS 가 더 적은 에너지를 갖는 광자들을 흡수, 즉 스펙트럼의 적색 단부에 가까운 광자들을 흡수할 수 있게 한다.
쉘 (904) 은 코어 (902) 를 둘러싸고 코어 (902) 의 외부 표면에 배치된다. 쉘 (904) 은 카드뮴 설파이드 (CdS), 아연 카드뮴 설파이드 (ZnCdS), 아연 셀레나이드 설파이드 (ZnSeS) 및 아연 설파이드 (ZnS) 을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 실시형태에 있어서, 쉘 (904) 은 두께 (904t), 예를 들어, 하나 이상의 단층들을 가질 수 있다. 다른 실시형태들에서, 쉘 (904) 은 약 1 nm 와 약 10 nm 사이의 두께 (904t) 를 가질 수 있다. 쉘 (904) 은 코어 (902) 와의 격자 미스매치를 감소시키고 NS (901) 의 QY 를 개선시키는 것을 돕도록 활용될 수도 있다. 쉘 (904) 은 또한, NS (901) 의 QY 를 증가시키기 위해 코어 (902) 상의 댕글링 본드들과 같은 표면 트랩 상태들을 패시베이션 및 제거하는 것을 도울 수 있다. 표면 트랩 상태들의 존재는 비-방사 재결합 센터들을 제공하고 NS (901) 의 저감된 방출 효율성에 기여할 수 있다.
대안의 실시형태들에서, NS (901) 는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 쉘 (904) 상에 배치된 제 2 쉘 또는 코어 (902) 를 둘러싸는 2 개보다 많은 쉘들을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제 2 쉘은 하나 이상의 단층 두께일 수 있고, 필수적이지는 않지만, 통상적으로 반도전성 재료이다. 제 2 쉘은 코어 (902) 에 보호를 제공할 수 있다. 제 2 쉘 재료는 아연 설파이드 (ZnS) 일 수 있지만, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 다른 재료들이 사용될 수 있고, 도편트들이 또한 포함될 수 있다.
배리어층 (906) 은 NS (901) 상의 코팅을 형성하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 배리어층 (906) 은 쉘 (904) 의 외부 표면 (904a) 상에 배치되고 이와 실질적으로 콘택한다. 하나 이상의 쉘들을 갖는 NS (901) 의 실시형태들에서, 배리어 층 (906) 은 NS (901) 의 최외곽 쉘 상에 배치되고 이와 실질적으로 콘택한다. 예시의 실시형태에서, 배리어층 (906) 은 예를 들어 용액, 조성물 및/또는 복수의 NS들을 갖는 필름에서 NS (901) 와 하나 이상의 NS들 사이의 스페이서로서 작용하도록 구성될 수 있고, 여기서 복수의 NS들은 NS (901) 및/또는 배리어층 코팅된 NS (900) 와 유사할 수 있다. 그러한 NS 용액들, NS 조성물들, 및/또는 NS 필름들에 있어서, 배리어 층 (906) 은 인접한 NS들과의 NS (901) 의 응집을 방지하는 것을 도울 수 있다. 인접한 NS들과 NS (901) 의 응집은 NS (901) 의 사이즈의 증가 및 그에 따른 NS (901) 를 포함하는 응집된 NS (도시 생략) 의 광학 방출 특성들의 결과적인 감소 또는 퀀칭으로 이어질 수 있다. 추가적인 실시형태들에서, 배리어층 (906) 은 예를 들어 NS (901) 의 구조적 및 광학적 특성들에 악영향을 줄 수도 있는 습기, 공기 및/또는 열악한 환경들 (예를 들어, NS들의 리소그래피 공정 동안 및/또는 NS 기반 디바이스들의 제조 공정 중에 사용되는 고온 및 화학물질들) 로부터 NS (901) 에 대한 보호를 제공할 수 있다.
배리어층 (906) 은 비정질이고, 광학적으로 투명하고 및/또는 전기적으로 비활성인 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 적절한 배리어층은 무기 재료, 예컨대, 무기 산화물, 할로겐화물 및/또는 질화물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 배리어층 (906) 을 위한 재료의 예들은 다양한 실시 형태들에 따라 Al, Ba, Ca, Mg, Ni, Si, Ti 또는 Zr 의 산화물 및/또는 질화물을 포함한다. 배리어 층 (906) 은 다양한 실시형태들에서 약 0.5 nm 내지 약 15 nm 범위의 두께 (906t) 를 가질 수 있다.
배리어 층 코팅된 NS (900) 는 부가적으로 또는 선택적으로 NS (901) 상에 버퍼링된 코팅을 형성하도록 구성된 버퍼층 (907) 을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 버퍼층 (107) 은 쉘 (904) 상에 성막되고 쉘 (906) 의 외부 표면 (904a) 및 배리어 층 (906) 의 내부 표면 (906a) 과 실질적으로 콘택한다. 버퍼층 (107) 은 NS (901) 와, 예를 들어 NS (901) 상의 배리어 층 (906) 의 형성과 같은 NS (901) 상의 후속 공정 동안 사용된 화학물질 사이에서 버퍼로서 작용하도록 구성될 수 있다.
버퍼층 (907) 은 NS (901) 상의 후속 공정 동안 사용된 화학물질과의 반응으로 인해 NS (901) 의 광학 방출 특성들에서 퀀칭을 실질적으로 감소 및/또는 방지하는 것을 도울 수 있다. 버퍼층 (907) 은 비정질이고, 광학적으로 투명하고, 및/또는 전기적으로 활성인 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 버퍼층 (907) 의 하나 이상의 재료들은 무기 또는 유기 재료들을 포함할 수 있다. 버퍼층 (907) 에 대한 무기 재료들의 예들은 다양한 실시형태들에 따라 산화물 및/또는 질화물을 포함한다. 금속 산화물의 예들은 ZnO, TiO2, In2O3, Ga2O3, SnO2, Al2O3, 또는 MgO 를 포함한다. 버퍼층 (907) 은 다양한 실시형태들에 약 1 nm 내지 약 5 nm 범위의 두께 (907t) 를 가질 수 있다.
도 9 에 도시된 바와 같이, 배리어층 코팅된 NS (900) 는 실시형태에 따라 부가적으로 또는 선택적으로 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (908) 을 포함할 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (908) 은 일 실시형태에 따라, 배리어층 (906) 의 외부 표면, 또는 제 2 쉘 또는 쉘 (904) 의 외부 표면과 같은 배리어층 코팅된 NS (900) 의 외부 표면에 흡착되거나 바인딩될 수 있다. 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (908) 은 친수성 또는 극성 헤드들 (908a) 및 소수성 또는 비극성 테일들 (908b) 을 포함할 수도 있다. 친수성 또는 극성 헤드 (908a) 는 배리어층 (906) 에 바인딩될 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (908) 의 존재는, 예를 들어, 그 형성 동안, 용액, 조성물, 및/또는 필름에서의 다른 NS들로부터 NS (900) 및/또는 NS (901) 를 분리하는 것을 도울 수도 있다. NS들이 그 형성 동안 응집하도록 허용되면, NS (900) 및/또는 NS (901) 와 같은 NS들의 양자 효율이 강하할 수도 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (908) 은 또한, 비극성 용매들에 혼화성을 제공하기 위한 또는 다른 화합물들이 바인딩하는 반응 사이트들 (예컨대, 역 미셀라 (micellar) 시스템들) 을 제공하기 위한 소수성과 같은 특정 특성들을 배리어 층 코팅된 NS (900) 에 부여하는데 사용될 수도 있다.
리간드 (908) 로서 사용될 수 있는 아주 다양한 리간드들이 존재한다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 라우르 산, 카프로 산, 미리스트 산, 팔미트 산, 스테아르 산 및 올레산으로부터 선택된 지방산이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 트리옥틸포스핀 산화물 (TOPO), 트리옥틸포스핀 (TOP), 디페닐포스핀 (DPP), 트리페닐포스핀 산화물, 및 트리부틸포스핀 산화물로부터 선택되는 유기 포스핀 또는 유기 포스핀 산화물이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 도데실아민, 올레일아민, 헥사데실아민, 및 옥타데실아민으로부터 선택된 아민이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 트리옥틸포스핀 (TOP) 이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 올레일아민이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 티올, 예를 들어 옥탄티올이다. 일부 실시형태에서, 리간드는 디페닐포스핀이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 이들 지방산 중 임의의 것의 중성 염, 또는 이들 아민, 포스핀 또는 포스핀 산화물 중 임의의 것의 칼로겐화물, 예를 들어 아연 올레이트, 아연 라우레이트, TOP-셀레나이드 또는 TOP-설파이드이다
계면활성제들 (908) 로서 사용될 수 있는 아주 다양한 계면활성제들이 존재한다. 일부 실시형태들에서 비이온성 계면활성제들이 계면활성제들 (908) 로서 사용될 수 있다. 비이온성 계면활성제들의 예들은 폴리옥시에틸렌 (5) 노닐페닐에테르 (상품명 IGEPAL CO-520), 폴리옥시에틸렌 (9) 노닐페닐에테르 (IGEPAL CO-630), 옥틸페녹시 폴리 (에틸렌옥시)에탄올 (IGEPAL CA-630), 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르 (Brij 93), 폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르 (Brij 52), 폴리에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르 (Brij S10), 폴리옥시에틸렌 (10) 이소옥틸시클로헥실 에테르 (Triton X-100) 및 폴리옥시에틸렌 분지된 노닐시클로헥실 에테르 (Triton N-101) 을 포함한다.
일부 실시형태들에서 음이온성 계면활성제들이 계면활성제들 (908) 로서 사용될 수 있다. 음이온성 계면활성제들의 일부 예들은 나트륨 디옥틸 설포숙시네이트, 나트륨 스테아레이트, 나트륨 라우릴 설페이트, 나트륨 모노도데실 포스페이트, 나트륨 도데 실벤젠설포네이트 및 나트륨 미리스틸 설페이트를 포함한다.
일부 실시형태들에서, NS들 (901 및/또는 900) 은 적색, 주황색, 및/또는 황색 범위와 같은 하나 이상의 다양한 컬러 범위들에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, NS들 (901 및/또는 900) 은 녹색, 및/또는 황색 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, NS들 (901 및/또는 900) 은 청색, 남색, 자색, 및/또는 자외선 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, NS들 (901 및/또는 900) 은 약 605 nm 와 약 650 nm 사이, 약 510 nm 와 약 550 nm 사이, 또는 약 300 nm 와 약 495 nm 사이의 1차 방출 피크 파장을 갖도록 합성될 수 있다.
NS들 (901 및/또는 900) 은 높은 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, NS들 (901 및/또는 900) 은 80 % 와 100 % 사이 또는 85 % 와 90 % 사이의 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다.
따라서, 다양한 실시형태들에 따라, NS들 (900) 은 NS들 (901) 상의 배리어 층 (906) 의 존재가 NS들 (901) 의 광학 방출 특성들을 실질적으로 변경 또는 퀀칭하지 않도록 합성될 수 있다.
나노구조 필름의 예시의 실시형태들
도 10 은 일 실시형태에 따른, NS 필름 (1000) 의 단면도를 도시한다. 일부 실시형태들에서, EML (114) 의 광 방출층 은 NS 필름 (1000) 과 유사할 수 있다.
NS 필름 (1000) 은 일 실시형태에 따라, 복수의 배리어층 코팅된 코어-쉘 NS들 (900)(도 9) 및 매트릭스 재료 (1010) 를 포함할 수 있다. NS들 (900) 은 일부 실시형태들에 따라, 매트릭스 재료 (1010) 에 매립되거나 그렇지 않으면 배치될 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "임베딩된(embedded)" 은 NS들이 매트릭스 재료 (1010) 내에 인클로징되거나 인케이싱됨을 표시하는데 사용된다. NS들 (900) 은 일 실시형태에서 매트릭스 재료 (1010) 전체에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있지만, 다른 실시형태들에서는, NS들 (900) 이 애플리케이션-특정 균일성 분포 함수에 따라 분포될 수 있음을 유의해야 한다. NS들 (900) 이 직경에 있어서 동일한 사이즈를 갖도록 나타나 있지만, 당업자는 NS들 (900) 이 사이즈 분포를 가질 수 있는 것을 이해할 것임을 유의해야 한다.
일 실시형태에서, NS들 (900) 은 청색 가시 파장 스펙트럼에서, 녹색 가시 파장 스펙트럼에서, 또는 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 동질 개체군을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, NS들 (900) 은 청색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 제 1 개체군, 녹색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 제 2 개체군, 및 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 NS들의 제 3 개체군을 포함할 수도 있다.
매트릭스 재료 (1010) 는 NS들 (900) 을 하우징할 수 있는 임의의 적합한 호스트 매트릭스 재료일 수도 있다. 적합한 매트릭스 재료는 NS 필름 (1000) 을 디바이스들에 적용하는데 사용된 임의의 주변 패키징 재료들 또는 층들 및 NS들 (900) 과 화학적 및 광학적으로 양립가능할 수 있다. 적합한 매트릭스 재료들은 1차 및 2차 광 양자 모두에 대해 투명한 비-황색 광학 재료들을 포함할 수 있으며, 이에 의해 1차 및 2차 광 양자 모두가 매트릭스 재료를 통해 투과하게 할 수 있다. 일 실시형태에서, 매트릭스 재료 (1010) 는 NS들 (900) 의 각각을 완전히 둘러쌀 수도 있다. 매트릭스 재료 (1010) 는 가요성 또는 몰딩가능한 NS 필름 (1000) 이 요망되는 애플리케이션들에서 가요성일 수 있다. 대안으로, 매트릭스 재료 (1010) 는 고강도, 비가요성 재료를 포함할 수 있다.
매트릭스 재료 (1010) 는 폴리머, 다른 반도전성 나노입자, 유기 및 무기 산화물, 또는 다른 반도전성 또는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 매트릭스 재료 (1010) 에서의 사용을 위한 적합한 폴리머들은, 그러한 목적을 위해 사용될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 폴리머일 수도 있다. 폴리머는 실질적으로 반투명하거나 실질적으로 투명할 수 있다. 매트릭스 재료 (1010) 는 에폭시, 아크릴레이트, 노르보렌, 폴리에틸렌, 폴리(비닐 부티랄): 폴리(비닐 아세테이트), 폴리우레아, 폴리우레탄; 아미노 실리콘 (AMS), 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산, 플루오르화 실리콘, 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 및 실리콘 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 폴리스티렌, 아미노 폴리스티렌 (APS), 및 폴리(아크릴로니트릴 에틸렌 스티렌) (AES) 과 같은 스티렌계 폴리머들; 디비닐벤젠과 같은 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들; 리간드 재료들을 가교시키는데 적합한 가교제들, 에폭시를 형성하기 위해 리간드 아민 (예를 들어, APS 또는 PEI 리간드 아민) 과 결합하는 에폭시드들 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 실시형태들에서, 매트릭스 재료 (1010) 는 NS 필름 (1000) 의 광 변환 효율을 향상시킬 수 있는 TiO2 마이크로비즈, ZnS 마이크로비즈 또는 유리 마이크로비즈와 같은 산란 마이크로비즈를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 매트릭스 재료 (1010) 는 전도성 또는 반도전성 재료를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 매트릭스 재료 (1010) 는 낮은 산소 및 수분 투과성을 갖고, 높은 광 및 화학적 안정성을 나타내고, 양호한 굴절률을 나타내며, NS들 (900) 의 외부 표면들에 부착하고, 따라서 NS들 (900) 을 보호하기 위한 기밀 밀봉을 제공할 수 있다. 다른 실시형태에서, 매트릭스 재료 (1010) 는 롤-투-롤 공정을 용이하게 하기 위해 UV 또는 열 경화 방법들로 경화가능할 수도 있다.
일부 실시형태들에 따라, NS 필름 (1000) 은 폴리머 (예를 들어, 포토레지스트) 에서 NS들 (900) 을 혼합하고 기판 상에 NS-폴리머 혼합물을 주조하는 것, NS들 (900) 을 모노머들과 혼합하고 이를 함께 중합하는 것, NS들 (900) 을 졸-겔에서 혼합하여 산화물을 형성하는 것, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 방법에 의해 형성될 수도 있다.
발광성 나노구조들의 예시의 실시형태들
본 명세서에서는 발광성 나노구조들 (NS) 을 갖는 다양한 조성물들이 설명된다. 발광성 나노구조들의 흡수 특성들, 방출 특성들 및 굴절률 특성들을 포함한 발광성 나노구조들의 다양한 특성들이 다양한 애플리케이션들을 위해 맞춤화되고 조정될 수 있다.
NS들의 재료 특성들은 실질적으로 동질성일 수 있거나, 또는 일부 실시형태들에서, 이질성일 수 있다. NS들의 광학적 특성들은 그들의 입자 사이즈, 화학적 또는 표면 조성에 의해 결정될 수 있다. 약 1 nm 와 약 20 nm 사이의 범위에서의 발광성 NS 사이즈를 맞춤화하기 위한 능력은 전체 가시 스펙트럼에서의 광방출 커버리지가 색상 렌더링에서의 큰 다기능성을 제공할 수 있게 할 수 있다. 입자 캡슐화는 화학적 및 UV 열화제들에 대한 강인성을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 NS들은 당업자에게 알려진 임의의 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 적절한 방법들 및 예시의 나노결정들은 미국 특허 제 7,374,807 호; 2004 년 3 월 10 일 출원된 미국 특허 출원 제 10/796,832 호; 미국 특허 제 6,949,206 호; 및 2004 년 6 월 8 일 출원된 미국 가특허 출원 제 60/578,236 호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 개시들은 그 전부가 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 명세서에 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 NS들은 무기 재료, 및 보다 적합하게는 무기 전도성 또는 반전도성 재료를 포함하는 임의의 적합한 재료로부터 생성될 수 있다. 적합한 반도체 재료들은 미국 특허 출원 제 10/796,832 호에 개시된 것들을 포함할 수 있고, II-VI 족, III-V 족, IV-VI 족, I-III-VI 족, 및 IV 족 반도체들을 포함하는 임의의 타입의 반도체를 포함할 수 있다. 적합한 반도체 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SuS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2 이상의 이러한 반도체들의 적절한 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시형태들에서, 발광성 NS들은 p-타입 도펀트 또는 n-타입 도펀트로 이루어진 그룹으로부터의 도펀트를 가질 수 있다. NS들은 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 가질 수 있다. II-VI 또는 III-V 반도체 NS들의 예들은 주기율표의 Zn, Cd 및 Hg 와 같은 II 족으로부터의 엘리먼트와 S, Se, Te 및 Po 와 같은 VI 족으로부터의 임의의 엘리먼트의 임의의 조합; 주기율표의 B, Al, Ga, In, 및 Tl 와 같은 III 족으로부터의 엘리먼트와 N, P, As, Sb 및 Bi 와 같은 V 족으로부터의 임의의 엘리먼트의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 발광성 NS들은 또한 그들의 표면에 공액된, 협력된, 연관된 또는 부착된 리간드들을 더 포함할 수 있다. 적합한 리간드들은 미국 특허 제 8,283,412 호; 미국 특허 공개 제 2008/0237540 호; 미국 특허 공개 제 2010/0110728 호; 미국 특허 제 8,563,133 호; 미국 특허 제 7,645,397 호; 미국 특허 제 7,374,807 호; 미국 특허 제 6,949,206 호; 미국 특허 제 7,572,393 호; 및 미국 특허 제 7,267,875 호에 개시된 것을 포함하여 당업자에게 공지된 임의의 기를 포함할 수 있으며 이들 각각의 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 그러한 리간드들의 사용은 폴리머들을 포함하는 다양한 용매들 및 매트릭스들에 통합하기 위한 발광성 NS들의 능력을 강화할 수 있다. 다양한 용매들 및 매트릭스들에서의 발광성 NS들의 혼화성 (즉, 분리 없이 혼합되는 능력) 을 증가시키는 것은, NS들이 함께 응집하지 않고 따라서 광을 산란시키지 않도록 폴리머 조성물 전반에 걸쳐 분포되게 할 수 있다. 그러한 리간드들은 본 명세서에서 "혼화성 강화" 리간드들로서 기재된다.
일부 실시형태들에서, 매트릭스 재료에 분산되거나 임베딩된 발광성 NS들을 갖는 조성물들이 제공된다. 적합한 매트릭스 재료들은 폴리머 재료들, 유기 및 무기 산화물들을 포함하는, 당업자에게 알려진 임의의 재료일 수 있다. 본 명세서에 설명된 조성물들은 층들, 캡슐화재들, 코팅들, 시트들 또는 필름들일 수 있다. 층, 폴리머층, 매트릭스, 시트 또는 필름에 대한 언급이 이루어지는 본 명세서에 기재된 실시형태들에서, 이들 용어들은 상호교환가능하게 사용되고, 그렇게 기재된 실시형태는 임의의 하나의 타입의 조성물로 제한되지 않고, 본 명세서에 기재되거나 당업계에 공지된 임의의 매트릭스 재료 또는 층을 포괄하는 것임이 이해되어야 한다.
다운-컨버팅 NS들 (예를 들어, 미국 특허 제 7,374,807 호에 개시된 바와 같음) 은 특정 파장의 광을 흡수하고 그 후 제 2 파장에서 방출하고, 이에 의해 활성 소스들 (예를 들어, LED 들) 의 강화된 성능 및 효율성을 제공하도록 맞춤화되는 발광성 나노구조들의 방출 특성들을 활용한다.
당업자에게 알려진 임의의 방법이 발광성 NS들을 생성하기 위해 사용될 수 있지만, 무기 나노 재료 인광체들의 제어된 성장을 위한 용액-상 콜로이드법이 사용될 수 있다. Alivisatos, A. P., "Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots," Science 271:933 (1996); X. Peng, M. Schlamp, A. Kadavanich, A. P. Alivisatos, "Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility," J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997); 및 C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi, "Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E=sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites," J Am. Chem. Soc. 115:8706 (1993) 를 참조하며, 이들의 개시들은 그 전부가 본 명세서에 참조로서 통합된다.
일 실시형태에 따라, CdSe 가 이 재료의 합성의 상대적인 성숙으로 인해, 하나의 예에서, 가시 광 다운-컨버전을 위해, NS 재료로서 사용될 수 있다. 일반적 표면 케미스트리의 사용으로 인해, 비-카드뮴 함유 NS들을 치환하는 것이 또한 가능할 수 있다.
반도체 NS들에 있어서, 광-유도 방출이 NS 의 밴드 에지 상태들로부터 발생한다. 발광성 NS들로부터의 밴드-에지 방출은 표면 전자 상태들로부터 발생하는 방사성 및 비-방사성 붕괴 채널들과 경합한다. X. Peng, et al., J Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 30:7019-7029 (1997) 참조. 결과적으로, 댕글링 본드들 (dangling bonds) 과 같은 표면 결함들의 존재는 비-방사성 재결합 센터들을 제공하고 저감된 방출 효율성에 기여한다. 표면 트랩 상태들을 패시베이팅 및 제거하기 위한 효율적이고 영구적인 방법은 NS 의 표면 상에 무기 쉘 재료를 에피택셜 성장시키는 것일 수 있다. X. Peng, et al., J Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 쉘 재료는, 전자 레벨들이 (예를 들어, 코어에 대해 전자 및 정공을 국부화하는 포텐셜 단계을 제공하기 위한 보다 큰 밴드갭으로) 코어 재료에 대해 타입 1 이도록 선택될 수 있다. 결과적으로, 비-방사성 재결합의 확률이 감소될 수 있다.
코어-쉘 구조들은 쉘 재료들을 함유하는 유기금속 전구체들을 코어 NS들을 함유하는 반응 혼합물에 부가함으로써 획득될 수 있다. 이 경우, 핵생성 이벤트 다음에 성장하기 보다는, 코어들은 핵들로서 작용하고, 쉘들은 그들의 표면으로부터 성장할 수 있다. 반응의 온도는 쉘 재료들의 나노결정들의 독립적인 핵생성을 방지하면서, 코어 표면에 대한 쉘 재료 모노머들의 추가를 돕기 위해 낮게 유지된다. 반응 혼합물에서의 계면활성제들은 쉘 재료의 제어된 성장을 지향하고 용해성을 보장하기 위해 존재한다. 균일한 그리고 에피택셜로 성장된 쉘은, 이 두 재료들 사이에 낮은 격자 미스매치가 있을 때 획득될 수 있다.
코어-쉘 발광성 NS들을 제조하기 위한 예시적인 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, Co, Au, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTc, BeS, BcSe, BcTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuP, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, AlCO 을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시에서 사용하기 위한 쉘 발광성 NS들 (코어/쉘로서 나타냄) 은 CdSe/ZnS, InP/ZnS, InP/ZnSe, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS 뿐만 아니라 다른 것들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 NS들은 사이즈가 약 100 nm 미만일 수 있고, 사이즈가 약 1 nm 미만에 이르기까지일 수도 있으며 가시광을 흡수할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 가시광은 인간의 눈에 보일 수 있는 약 380 나노미터와 약 780 나노미터 사이의 파장들을 갖는 전자기 방사이다. 가시광은 적색, 오렌지, 황색, 녹색, 청색, 인디고 및 바이올렛과 같은 스펙트럼의 다양한 컬러들로 분리될 수 있다. 청색 광은 약 435 nm 와 약 495 nm 사이의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 495 nm 와 570 nm 사이의 광을 포함할 수 있으며, 적색 광은 파장에서 약 620 nm 와 약 750 nm 사이의 광을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에 따라, 발광성 NS들은, 자외선, 근적외선, 및/또는 적외선 스펙트럼들에 있는 광자들을 흡수하도록 하는 사이즈 및 조성을 가질 수 있다. 자외선 스펙트럼은 약 100 nm 내지 약 400 nm 사이의 광을 포함할 수 있고, 근적외선 스펙트럼은 파장에서 약 750 nm 내지 약 100 μm 사이의 광을 포함할 수도 있으며, 적외선 스펙트럼은 파장에서 약 750 nm 내지 약 300 μm 사이의 광을 포함할 수 있다.
다른 적합한 재료의 발광성 NS들이 본 명세서에 설명된 다양한 실시형태들에서 사용될 수도 있지만, 일부 실시형태들에서, NS들은 본 명세서에 설명된 실시형태들에서의 사용을 위해 나노결정들의 개체군을 형성하도록 ZnSe, ZnTe, ZnS, InAs, InP, CdSe, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 추가적인 실시형태들에서, 발광성 NS들은 CdSe/ZnS, InP/ZnSe, CdSe/CdS 또는 InP/ZnS 와 같은 코어/쉘 나노결정들일 수 있다.
다양한 용해성-강화 리간드들의 부가를 포함하는, 적합한 발광성 나노구조들, 발광성 나노구조들을 제조하는 방법들은 공개된 미국 특허 공개공보 제 2012/0113672 호에서 알아낼 수 있으며, 그 개시는 본 명세서에 참조로 전부 통합된다.
일부 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 청구항들은 설명되고 나타낸 부분들의 특정 형태들 또는 배열로 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서, 예시적인 실시형태들이 개시되었고, 비록 특정 용어들이 채용되지만, 그 용어들은 오직 일반적이고 설명적인 의미에서만 사용되고 제한의 목적들을 위한 것은 아니다. 실시형태들의 수정들 및 변동들이 상기 교시들의 관점에서 가능하다. 따라서, 실시형태들은 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (32)

  1. 가요성 전계발광 (flexible Electroluminescent; FEL) 디바이스로서,
    제 1 피크 파장을 갖는 제 1 광을 생성하도록 구성된 양자점 (quantum dot; QD) 필름을 포함하는 디바이스 스택;
    상기 디바이스 스택을 지지하고 상기 제 1 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된 가요성 기판;
    상기 디바이스 스택 상에 배치된 캡슐화 층으로서, 상기 캡슐화 층은 수분 또는 산소로부터 상기 FEL 디바이스에 기계적 및 환경적 보호를 제공하도록 구성되는, 상기 캡슐화 층; 및
    상기 가요성 기판 상에 배치된 아웃커플링 층을 포함하고,
    상기 아웃커플링 층은,
    상기 가요성 기판 내에서 상기 제 1 광의 제 2 부분의 내부 전반사를 방지하고 상기 가요성 기판으로부터 상기 제 2 부분을 추출하거나, 또는
    추출된 상기 제 2 부분에 의해 조명될 표면과 상기 아웃커플링 층 사이의 계면에서 에어 갭을, 상기 FEL 디바이스가 상기 표면 상에 실질적으로 컨포멀하게 배치되는 것에 응답하여 제거하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판과 상기 아웃커플링 층 사이에 개재된 색 처리층을 더 포함하고, 상기 색 처리층은 상기 제 1 광을 다운 컨버팅하여 상기 제 1 피크 파장과 상이한 제 2 피크 파장을 갖는 제 2 광을 생성하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층 상에 배치된 열 전도성 층을 더 포함하고, 상기 열 전도성 층은 상기 디바이스 스택으로부터 열을 방출하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층은 상기 디바이스 스택으로부터 열을 방출하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 층은 추가로 상기 디바이스 스택에 의해 생성된 열로부터 상기 표면을 단열하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 QD 필름은 적색, 녹색, 청색 광 또는 근적외선 광을 방출하도록 구성된 카드뮴이 없는 QD들의 개체군을 포함하는, FEL 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층은 커플링 층 및 배리어 필름을 포함하고,
    상기 커플링 층은 감압 접착제 층을 포함하고 상기 배리어 필름을 상기 디바이스 스택에 부착하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판 또는 상기 아웃커플링 층 상에 배치된 제 2 캡슐화 층을 더 포함하는, FEL 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 층 상에 배치된 기능층을 더 포함하고, 상기 기능층은 상기 FEL 디바이스의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 상기 제 1 광을 확산시키도록 구성되는, FEL 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 주름진 구조 (corrugated structure) 를 포함하는, FEL 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도성 층은 금속 호일 또는 금속 메쉬 구조 층을 포함하는, FEL 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FEL 디바이스는 약 630nm 의 1차 전계발광 피크 파장 및 약 7V 의 구동 전압에서 약 25,000 cd/m2 의 밝기로 상기 제 1 부분을 방출하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  13. 가요성 전계발광 (flexible Electroluminescent; FEL) 디바이스로서,
    가요성 기판;
    상기 가요성 기판 상에 배치된 제 1 및 제 2 디바이스 스택들로서, 상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들은 각각, 제 1 및 제 2 피크 파장들을 갖는 제 1 및 제 2 광을 동시에 방출하도록 구성된 제 1 및 제 2 양자점 (quantum dot; QD)-기반 방출층 (EML) 들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 피크 파장들은 서로 상이한, 상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들;
    상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들 상에 배치된 캡슐화 층; 및
    상기 가요성 기판 상에 배치된 아웃커플링 층을 포함하고,
    상기 아웃커플링 층은 상기 디바이스 스택으로부터 상기 제 1 및 제 2 광의 부분들을 동시에 추출하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 층은 추가로, 추출된 상기 부분들에 의해 조명될 표면과 상기 아웃커플링 층 사이의 계면에서 에어 갭을, 상기 FEL 디바이스가 상기 표면 상에 실질적으로 컨포멀하게 배치되는 것에 응답하여 제거하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층 상에 배치된 열 전도성 층을 더 포함하고, 상기 열 전도성 층은 상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들로부터 열을 방출하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃커플링 층은 추가로 상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들에 의해 생성된 열로부터 상기 표면을 단열하도록 구성되는, FEL 디바이스.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 EML들은 각각 카드뮴이 없는 QD들을 포함하는, FEL 디바이스.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들은 상기 가요성 기판 상에 서로 인접하여 위치되는, FEL 디바이스.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 디바이스 스택들은 공통 애노드 및 공통 캐소드를 갖는, FEL 디바이스.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 피크 파장들은 약 660 nm 인, FEL 디바이스.
  21. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 피크 파장들은 약 860 nm 인, FEL 디바이스.
  22. 가요성 전계발광 (flexible electroluminescent; FEL) 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    가요성 기판에 애노드 재료의 층을 제공하는 단계;
    상기 애노드 재료의 층 상에 양자점 (quantum dot; QD) 필름을 형성하는 단계;
    상기 QD 필름 상에 캐소드를 형성하는 단계;
    상기 캐소드 상에 캡슐화 층을 형성하는 단계; 및
    상기 가요성 기판 상에 아웃커플링 층을 형성하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 가요성 기판을 제공하는 단계는 인듐-주석-산화물 (ITO) 을 갖는 애노드 재료의 사전-성막된 층 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 층으로 기판 재료를 사용하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 가요성 기판을 제공하는 단계는 주름진 구조 (corrugated structure) 를 사용하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는
    상기 캐소드 상에 감압 접착제 (pressure sensitive adhesive; PSA) 층을 배치하는 단계; 및
    상기 PSA 층 상에 배리어 필름을 배치하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 PSA 층 및 상기 배리어 필름을 배치하는 단계는 각각, 약 10-5 g/m2-day 내지 약 10 g/m2-day 범위의 수증기 투과율 (water vapor transmission rate; WVTR) 을 갖는 가요성 접착 재료 및 가요성 배리어 재료를 배치하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 PSA 층 및 상기 배리어 필름을 배치하는 단계는 가요성 재료들을 배치하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  28. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배리어 필름을 배치하는 단계는 상기 PSA 층 상에 금속 라미네이트 또는 금속 호일을 배치하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  29. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배리어 필름을 배치하는 단계는 상기 PSA 층 상에 광학적으로 투명하거나, 반사성이거나 또는 불투명한 재료를 배치하는 단계를 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  30. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화 층 상에 열 전도성 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  31. 제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판 상에 직접 색 처리층을 형성하는 단계를 더 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 색 처리층 상에 제 2 캡슐화 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, FEL 디바이스를 제조하는 방법.
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