KR20220030357A - 양자점, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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오근찬
이혁진
허성필
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Abstract

일 실시예에 따른 양자점은 제1 코어층 및 제1 코어층을 감싸는 쉘층을 포함하고, 제1 코어층과 쉘층의 격자 상수 차이가 3% 이하로 제어된다. 일 실시예에 따른 양자점은 발광 소자 및 표시 장치에 적용되어, 발광 효율을 개선할 수 있다.

Description

양자점, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 {QUANTUM DOT, LIGHTING EMITTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 양자점, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 격자상수 차이가 1% 이하인 제1 코어층 및 쉘층을 포함하는 양자점, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 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 수명 및 발광 효율을 개선하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 격자 상수 값의 차이가 제어된 코어층, 및 쉘층을 포함하여 발광 효율이 개선된 양자점을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 격자 상수 값의 차이가 제어된 코어층, 및 쉘층을 양자점을 포함하여 개선된 소자 수명 및 발광 효율을 나타내는 발광 소자 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에서, 제1 코어층; 및 상기 제1 코어층을 감싸는 쉘층; 을 포함하고, 상기 제1 코어층과 상기 쉘층의 격자 상수 차이가 3% 이하인 양자점를 제공한다.
상기 제1 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고, 상기 쉘층은 12족 원소 및 16족 원소를 포함할 수 있다.
상기 양자점은 상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층 및 상기 쉘층 사이에 배치되는 제2 코어층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고, 상기 제1 코어층은 상기 제2 코어층에 포함되는 원소를 모두 포함하고, 13족 원소를 하나 이상 더 포함할 수 있다.
상기 제1 코어층의 두께는 상기 제2 코어층의 두께보다 더 두꺼운 것일 수 있다.
상기 제1 코어층의 두께는 1 nm 이상 2 nm 이하이고, 상기 제2 코어층의 두께는 0 nm 이상 1 nm 이하일 수 있다.
상기 쉘층과 상기 제2 코어층의 격자 상수 차이가 4% 이상일 수 있다.
상기 쉘층의 두께는 상기 제2 코어층의 두께보다 더 두꺼운 것일 수 있다.
상기 쉘층의 두께는 1 nm 이상일 수 있다.
상기 쉘층은 하기 식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[식 3]
EFzF'1-z
상기 식 3에서, E는 12족 원소이고, F, 및 F'은 각각 16족 원소이고, z는 0 이상 1 이하이다.
상기 쉘층은 ZnSezS1-z을 포함하고, 상기 z는 0 이상 1 이하일 수 있다.
상기 제2 코어층은 하기 식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 제1 코어층은 하기 식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[식 1]
AB
[식 2]
A1-y(A'xA''1-x)yB
상기 식 1 및 식 2에서, A, A', A'' 는 각각 13족 원소이고, B는 15족 원소이며, x, 및 y는 각각 0 초과 1 미만이다.
상기 제2 코어층은 InP를 포함하고, 상기 제1 코어층은 In1-y(GaxAl1-x)yP를 포함하고, 상기 x, 및 y는 각각 0 초과 1 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역; 상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 복수의 양자점들을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및 상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 양자점들 각각은 제1 코어층, 상기 제1 코어층을 감싸는 제2 코어층 및 상기 제2 코어층을 감싸는 쉘층을 포함하고, 상기 제1 코어층과 상기 쉘층의 격자 상수 차이가 1% 이하인 발광 소자를 제공한다.
상기 제1 코어층 및 제2 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고, 상기 쉘층은 12족 원소 및 16족 원소를 포함할 수 있다.
상기 제1 코어층의 두께는 1 nm 이상 2 nm 이하이고, 상기 제2 코어층의 두께는 0 nm 이상 1 nm 이하이고, 상기 쉘층의 두께는 1 nm 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 표시패널; 및 상기 표시패널 상에 배치되고, 양자점을 포함하는 적어도 하나의 광 제어부를 포함하는 광 변환층; 을 포함하고, 상기 양자점은 제1 코어층 및 상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층과 격자 상수 차이가 1% 이하인 쉘층을 포함하는 표시 장치를 제공한다.
상기 표시패널은 제1 광을 생성하는 발광소자를 포함하고, 상기 광 변환층은 상기 제1 색광을 투과하는 제1 광 제어부; 상기 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제2 광 제어부; 및 상기 제1 색광을 제3 색광으로 변환하는 제3 광 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층 및 상기 쉘층 사이에 배치되는 제2 코어층을 더 포함할 수 있다.
상기 광 변환층 상에 배치된 컬러필터층을 더 포함하고, 상기 컬러필터층은
상기 제1 색광을 투과사키는 제1 필터; 상기 제2 색광을 투과시키는 제2 필터; 및 상기 제3 색광을 투과시키는 제3 필터;를 포함할 수 있다.
일 실시예의 양자점은 제1 코어층 및 쉘층을 포함하고, 제1 코어층과 쉘층의 격자 상수 차이가 1% 이하로 제어되어 쉘층의 두께와 관계 없이 높은 발광 효율을 유지할 수 있다.
일 실시예의 발광 소자 및 표시 장치는 발광층에 안정성이 향상된 양자점을 포함하여, 개선된 발광 효율 및 소자 수명을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예의 전자 장치의 결합 사시도이다.
도 2는 일 실시예의 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 일 실시예의 발광 소자의 단면도이다.
도 5는 일 실시예의 양자점을 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 양자점의 흡광 및 발광 스펙트럼이다.
도 7은 일 실시예 및 비교예에 따른 발광 소자의 효율을 측정한 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
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 양자점 조성물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 전자 장치(EA)의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 도 2는 일 실시예의 전자 장치(EA)의 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 I-I'선에 대응하는 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 단면도이다. 도 4는 일 실시예의 발광 소자(ED)의 단면도이다.
일 실시예에서 전자 장치(EA)는 텔레비전, 모니터, 또는 외부 광고판과 같은 대형 전자 장치일 수 있다. 또한, 전자 장치(EA)는 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 디지털 단말기, 자동차 내비게이션 유닛, 게임기, 스마트폰, 태블릿, 및 카메라와 같은 중소형 전자 장치일 수 있다. 또한, 이것들은 단지 실시예로서 제시된 것들로서, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 전자 장치로도 채용될 수 있다. 본 실시예에서, 전자 장치(EA)는 스마트 폰으로 예시적으로 도시되었다.
전자 장치(EA)는 표시 장치(DD) 및 하우징(HAU)을 포함하는 것일 수 있다. 표시 장치(DD)는 표시면(IS)을 통해 이미지(IM)를 표시할 수 있고, 사용자는 전자 장치(EA)의 전면(FS)에 해당하는 투과 영역(TA)을 통해 제공되는 이미지를 시인할 수 있다. 이미지(IM)는 동적인 이미지는 물론 정지 이미지를 포함할 수 있다. 도 1에서는 전면(FS)이 제1 방향(DR1) 및 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)이 정의하는 면과 평행한 것으로 도시하였다. 하지만, 이는 예시적인 것으로, 다른 실시예에서 전자 장치(EA)의 전면(FS)은 휘어진 형상을 가질 수 있다.
전자 장치(EA)의 전면(FS)의 법선 방향, 즉 전자 장치(EA)의 두께 방향 중 이미지(IM)가 표시되는 방향은 제3 방향(DR3)이 지시한다. 각 부재들의 전면(또는 상면)과 배면(또는 하면)은 제3 방향(DR3)에 의해 구분될 수 있다.
제4 방향(DR4, 도 13)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2) 사이의 방향일 수 있다. 제4 방향(DR4)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 면과 나란한 면 상에 위치하는 것일 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 방향들(DR1, DR2, DR3, DR4)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 전자 장치(EA)는 폴딩 영역과 비폴딩 영역을 포함하는 폴더블 표시 장치, 또는 적어도 하나의 벤딩부를 포함한 벤딩 표시 장치 등을 포함하는 것일 수 있다.
전자 장치(EA)는 표시 장치(DD) 및 하우징(HAU)을 포함하는 것일 수 있다. 전자 장치(EA)에서 전면(FS)은 표시 장치(DD)의 전면(front surface)과 대응될 수 있으며, 윈도우(WP)의 전면과 대응될 수 있다. 이에 전자 장치(EA)의 전면, 표시 장치(DD)의 전면, 및 윈도우(WP)의 전면은 동일한 참조부호 FS를 사용하기로 한다.
하우징(HAU)은 표시 장치(DD)를 수납하는 것일 수 있다. 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 표시면(IS)인 상부면이 노출되도록 표시 장치(DD)를 커버하며 배치될 수 있다. 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 측면과 바닥면을 커버하며, 상부면 전체를 노출시키는 것일 수 있다. 다만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(HAU)은 표시 장치(DD)의 측면과 바닥면뿐 아니라 상부면의 일부를 커버하는 것일 수 있다.
일 실시예의 전자 장치(EA)에서, 윈도우(WP)는 광학적으로 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 윈도우(WP)는 투과 영역(TA) 및 베젤 영역(BZA)을 포함할 수 있다. 투과 영역(TA) 및 베젤 영역(BZA)을 포함한 윈도우(WP)의 전면(FS)은 전자 장치(EA)의 전면(FS)에 해당한다.
도 1 및 도 2에서, 투과 영역(TA)은 꼭지점들이 둥근 사각 형상으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 투과 영역(TA)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
투과 영역(TA)은 광학적으로 투명한 영역일 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)에 비해 상대적으로 광 투과율이 낮은 영역일 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 소정의 컬러를 가질 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)에 인접하며, 투과 영역(TA)을 에워쌀 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)의 형상을 정의할 수 있다. 다만, 실시예가 도시된 것에 한정되는 것은 아니며 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)의 일 측에만 인접하여 배치될 수도 있고, 일 부분이 생략될 수도 있다.
표시 장치(DD)는 윈도우(WP) 아래에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 "아래"는 표시 장치(DD)가 이미지를 제공하는 방향의 반대 방향을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 표시 장치(DD)는 실질적으로 이미지(IM)를 생성하는 구성일 수 있다. 표시 장치(DD)에서 생성하는 이미지(IM)는 표시면(IS)에 표시되고, 투과 영역(TA)을 통해 외부에서 사용자에게 시인된다. 표시 장치(DD)는 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 표시 영역(DA)은 전기적 신호에 따라 활성화되는 영역일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 베젤 영역(BZA)에 의해 커버되는 영역일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)에 인접한다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)을 에워쌀 수 있다.
도 3을 참조하면, 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.
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 4는 일 실시예에 따른 발광 소자(ED)를 나타낸 도면으로, 도 4를 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(EML)을 포함하는 복수 개의 기능층들을 포함한다.
복수 개의 기능층들은 제1 전극(EL1)과 발광층(EML) 사이에 배치된 정공 수송 영역(HTR) 및 발광층(EML)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 전자 수송 영역(ETR)을 포함할 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나 일 실시예에서 제2 전극(EL2) 상에는 캡핑층이 더 배치될 수 있다.
정공 수송 영역(HTR)과 전자 수송 영역(ETR)은 각각 복수 개의 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 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(EML)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-methylphenyl)phenylamino] 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)), NPD(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 수도 있다.
정공 수송층(HTL)은 당 기술분야에 알려진 일반적인 재료를 포함할 수 있다. 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, NPD(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 더 포함할 수도 있다.
정공 수송 영역(HTR)의 두께는 약 5nm 내지 약 15,00nm, 예를 들어, 약 10nm내지 약 500nm일 수 있다. 정공 주입층(HIL)의 두께는, 예를 들어, 약 3nm 내지 약 100nm이고, 정공 수송층(HTL)의 두께는 약 3nm 내지 약 100nm 일 수 있다. 예를 들어, 전자 저지층(EBL)의 두께는 약 1nm 내지 약 100nm일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL) 및 전자 저지층(EBL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
발광층(EML)은 정공 수송 영역(HTR) 상에 제공된다. 발광층(EML)은 복수 개의 양자점(QD)을 포함한다.
발광층(EML)에 포함된 양자점들(QD)은 적층되어 층을 이룰 수 있다. 도 4에서는 예시적으로 단면이 원형을 이루는 양자점들(QD)이 배열되어 대략적으로 2개의 층을 이루는 것으로 도시되었으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광층(EML)의 두께, 발광층(EML)에 포함된 양자점(QD)의 형상, 양자점들(QD)의 평균 직경 등에 따라 양자점들(QD)의 배열이 달라질 수 있다. 구체적으로, 발광층(EML)에서 양자점들(QD)은 서로 이웃하도록 정렬되어 하나의 층을 구성하거나, 또는 2층 또는 3층 등의 복수의 층을 이루도록 정렬될 수 있다. 일 실시예에 따른 양자점(QD)에 대해서는 하기 도 5 내지 도 7을 통해 상세히 설명한다.
또한, 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 호스트 및 도펀트를 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 발광층(EML)은 양자점(QD)을 도펀트 재료로 포함하는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 발광층(EML)은 호스트 재료를 더 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예의 발광 소자(ED)에서 발광층(EML)은 형광 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 양자점(QD)은 형광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
일 실시예의 발광 소자(ED)에서, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML) 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(EML)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 20nm 내지 약 150nm인 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, DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide), 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) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 전자 수송층(ETL)들의 두께는 약 10nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 15nm 내지 약 50nm일 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, RbI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란타넘족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, 또는 LiQ(Lithium quinolate) 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. 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 0.1nm 내지 약 10nm, 약 0.3nm 내지 약 9nm일 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, Yb 또는 이들을 포함하는 화합물(예를 들어, AgYb, 함량에 따라 AgMg 및 MgAg 화합물 등)이나 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 5는 일 실시예의 양자점(QD)을 나타낸 단면도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 양자점(QD)의 흡광 및 발광 스펙트럼이다. 도 7은 일 실시예 및 비교예에 따른 발광 소자의 효율을 측정한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 양자점(QD)은 제1 코어층(CO1) 및 제1 코어층(CO1)을 감싸는 쉘층(SH)을 포함하고, 제1 코어층(CO1)의 격자 상수와 쉘층(SH)의 격자 상수 차이는 1% 이하이다. 양자점(QD)에서, 제1 코어층(CO1)과 쉘층(SH) 각각은 포함되는 재료에 따라 격자 상수 값이 결정된다. 본 발명에 따른 양자점(QD)은 제1 코어층(CO1)과 쉘층(SH)의 격자 상수 차이를 1% 이하로 제어하여 양자점(QD) 형성 과정에서 발생할 수 있는 각 층의 계면 변형과 같은 발광 효율을 저하하는 요소를 억제할 수 있다.
일 실시예에서, 양자점(QD)은 제1 코어층(CO1)을 감싸고, 제1 코어층(CO1) 및 쉘층(SH) 사이에 배치되는 제2 코어층(CO2)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 쉘층(SH)은 제2 코어층(CO2)을 감싸는 것일 수 있다. 또한, 별도로 도시하지 않았으나, 양자점(QD)은 표면에 결합되는 리간드를 더 포함하는 것일 수 있다.
제1 코어층(CO1)은 중심부(CRP)를 포함하는 것일 수 있고, 제1 코어층(CO1)의 두께(r)는 중심부(CRP)로부터 제1 코어층(CO1) 표면까지의 평균 거리를 의미할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 양자점(QD)의 형태가 구형인 경우에는 제1 코어층(CO1)의 두께(r)가 구의 반지름일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 양자점(QD)은 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 코어층(CO1)의 두께(r)는 제2 코어층(CO2)의 두께(l)보다 더 두꺼울 수 있다. 제2 코어층(CO2)의 두께(l)는 제1 코어층(CO1)의 표면에서 제2 코어층(CO2)의 표면까지의 평균 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어층(CO1)의 두께(r)는 1 nm 이상 2 nm 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 코어층(CO2)의 두께(l)는 0 nm 이상 1 nm 이하일 수 있다. 제2 코어층(CO2)의 두께(l)가 0 nm인 경우는 제2 코어층(CO2)이 없는 경우를 의미할 수 있다. 양자점(QD)이 제2 코어층(CO2)를 포함하는 경우, 제2 코어층(CO2)의 두께(l)는 0.01 nm 이상 1 nm 이하일 수 있다.
양자점(QD)의 쉘층(SH)은 코어층(CO1, CO2)의 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.
일 실시예에서, 쉘층(SH)의 격자 상수와 제2 코어층(CO2)의 격자 상수 차이는 4% 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 쉘층(SH)의 두께(h)는 제2 코어층(CO2)의 두께(l)보다 더 두꺼울 수 있다. 쉘층(SH)의 두께(h)는 제2 코어층(CO2)의 표면에서 쉘층(SH)의 표면까지의 평균 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 쉘층(SH)의 두께(h)는 1 nm 이상일 수 있다. 또한, 쉘층(SH)의 두께(h)의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 10nm 이하일 수 있다.
일 실시예의 양자점(QD)에서, 쉘층(SH)은 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 금속 또는 비금속의 산화물은 예를 들어, 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, 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.
일 실시예에서, 쉘층(SH)은 12족 원소 및 16족 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘층(SH)은 하기 식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[식 3]
EFzF'1-z
상기 식 3에서, E는 12족 원소이고, F, 및 F'은 각각 16족 원소이고, z는 0 이상 1 이하이다.
일 실시예에서, 쉘층(SH)은 ZnSezS1-z을 포함할 수 있다. 단, z는 식 3에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예의 양자점(QD)에서, 제1 코어층(CO1) 및/또는 제2 코어층(CO2)는 12족-16족 화합물, 13족-16족 화합물, 13족-15족 화합물, 14족-16족 화합물, 14족 원소, 14족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있는 반도체 나노 결정일 수 있다.
12족 -16족 화합물은 CdSe, CdTe, CdTe, 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 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
13족-16족 화합물은 In2S3, In2Se3 등과 같은 이원소 화합물; InGaS3, InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
13족-15족 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, InGaAlP, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 13족-15족 반도체 화합물은 12족 금속을 더 포함할 수 있다(예를 들어, InZnP 등)
14족-16족 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. 14족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 14족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
상기 11족-13족-16족 반도체 화합물 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 등과 같은 삼원소 화합물 또는 이의 임의의 조합을 포함할 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. 코어층(CO1, CO2)와 쉘층(SH)의 계면은 쉘층(SH)에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 양자점(QD)의 제1 코어층(CO1) 및 제2 코어층(CO2)은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하는 것일 수 있다. 제2 코어층(CO2)이 하나의 13족 원소 및 하나의 15족 원소를 포함할 때, 제1 코어층(CO1)은 상기 제2 코어층(CO2)에 포함되는 13족 원소 및 15족 원소를 모두 포함하고, 13족 원소를 하나 이상 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 코어층(CO2)은 하기 식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 제1 코어층(CO1)은 하기 식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[식 1]
AB
[식 2]
A1-y(A'xA''1-x)yB
도 6은 일 실시예에 따른 양자점(QD)들의 흡수(Absorbance) 및 식 1 및 식 2에서, A, A', A'' 는 각각 13족 원소이고, B는 15족 원소이며, x, 및 y는 각각 0 초과 1 미만이다.
구체적으로, 제2 코어층(CO2)은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물을 포함할 수 있다. 제1 코어층(CO1)은 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, 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InGaAlP, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 코어층(CO2)은 InP를 포함하고, 제1 코어층(CO1)은 In1-y(GaxAl1-x)yP를 포함할 수 있다. 단, x 및 y는 식 2에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예에 따른 양자점(QD)에서, 쉘층(SH)이 12족 원소 및 16족 원소(예를 들어, ZnSe)를 포함할 때, 격자 상수는 약 5.67 Å이며, 제1 코어층(CO1)이 두 개 이상의 13족 원소 및 하나의 15족 원소(예를 들어, In1-y(GaxAl1-x)yP)를 포함할 때, Ga와 Al의 조성에 따라 격자 상수는 약 5.6Å 내지 약 5.8Å일 수 있어 격자 상수의 차이가 3% 이내로 제어할 수 있다. 제2 코어층(CO2)이 하나의 13족 원소 및 하나의 15족 원소(예를 들어, InP)를 포함할 때, 격자 상수는 약 5.9Å로 쉘층(SH)과 격자 상수 차이는 4% 이상일 수 있다.
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.
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.발광(PL intensity) 스펙트럼을 도시한 것이다. 실시예 양자점(SA1 내지 SA4)들은 쉘층의 두께가 상이한 것을 제외하고는 두께 1.4nm이고, In0.84Al0.16P를 포함하는 제1 코어층, 두께 0.3nm이고, InP를 포함하는 제2 코어층 및 ZnSe를 포함하는 쉘층을 동일하게 포함한다. 한편, 실시예 양자점1(SA1)은 쉘층의 두께가 1nm, 실시예 양자점2(SA2)는 쉘층의 두께가 2nm, 실시예 양자점3(SA3)은 쉘층의 두께가 3nm, 실시예 양자점4(SA4)는 쉘층의 두께가 3.5nm이다.
도 6을 참조하면, 실시예 양자점(SA1 내지 SA4)들은 쉘층의 두께가 두꺼워지더라도 흡수 및 발광 스펙트럼이 매우 유사하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 양자점(QD)은 쉘층의 두께를 두껍게 하더라도 흡수 및 발광 강도가 떨어지지 않으므로 크기가 큰 안정적인 양자점을 제공할 수 있으며, 필요에 따라 다양한 크기의 양자점을 제공할 수 있다.
도 7은 일 실시예의 발광 소자(Ex1, Ex2) 및 비교예의 발광 소자(R1)에서 쉘층의 두께(h)가 두꺼워짐에 따른 발광 효율(PL QY)을 측정한 그래프이다. 실시예 1의 발광 소자(Ex1)는 In0.84Al0.16P를 포함하는 제1 코어층/ InP를 포함하는 제2 코어층/ ZnSe를 포함하는 쉘층을 가지는 양자점을 포함하고, 실시예 2의 발광 소자(Ex2)는 In0.54Ga46P를 포함하는 제1 코어층/ InP를 포함하는 제2 코어층/ ZnSe를 포함하는 쉘층을 가지는 양자점을 포함하고, 비교예의 발광 소자(R1)은 InP를 포함하는 코어층/ ZnSe를 포함하는 쉘층을 포함한다. 그외 구성은 실시예 및 비교예가 모두 동일하다.
도 7을 참조하면, 비교예의 발광 소자(R1)는 쉘층의 두께(h)가 두꺼워질수록 급격하게 발광 효율(PL QY)이 하락하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예의 발광 소자(Ex1, Ex2)는 쉘층의 두께(h)가 두꺼워지더라도 상대적으로 발광 효율(PL QY)이 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이는 쉘층과 격자 상수 차이가 큰 코어층만을 포함하는 경우, 쉘층이 두꺼워짐에 따라 입자 스트레스가 발생할 수 있고, 층간의 계면에서 어긋나는 부분에서 변형 등이 발생하여 양자점의 결함이 발생함에 따라 발광 효율이 감소하는 것으로 판단된다. 반면, 실시예에 따른 양자점은 쉘층과 격자 상수 차이가 작은 내부 코어층을 포함하여 쉘층이 두꺼워지더라도 양자점에 발생할 수 있는 결함을 줄이거나 방지하여 고효율을 유지할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)의 단면도이다. 도 9는 도 8의 II-II’선에 대응하는 부분을 나타내었다. 도 10은 또 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다. 도 11은 또 다른 일 실시예에 따른 표시 장치(DD-1)의 단면도이다. 도 10에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널 중 표시 영역(DA)의 일부를 도시하였다. 도 11은 도 10의 II-II’선에 대응하는 부분을 나타내었다.
도 8 내지 도 11을 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 평면 상에서 서로 이격된 것일 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 8 내지 도 11에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD, DD-1)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, DD-1)는 서로 구분되는 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 청색 발광 영역들(PXA-B)과 적색 발광 영역들(PXA-R)은 제1 방향(DR1)을 따라 번갈아 배열되어 제1 그룹(PXG1)을 구성할 수 있다. 녹색 발광 영역들(PXA-G)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열되어 제2 그룹(PXG2)을 구성할 수 있다. 제1 그룹(PXG1)은 제2 그룹(PXG2)과 제2 방향(DR2)으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 그룹(PXG1) 및 제2 그룹(PXG2) 각각은 복수로 제공될 수 있다. 제1 그룹들(PXG1)과 제2 그룹들(PXG2)은 제2 방향(DR2)을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. 하나의 녹색 발광 영역(PXA-G)은 하나의 청색 발광 영역(PXA-B) 또는 하나의 적색 발광 영역(PXA-R)으로부터 제4 방향(DR4) 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제4 방향(DR4)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2) 사이의 방향일 수 있다. 도 8에 도시된 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)의 배열 구조는 펜타일 구조라 명칭될 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 도 10을 참조하면, 발광 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G) 중 적색 발광 영역(PXA-R) 및 녹색 발광 영역(PXA-G)은 제2 방향(DR2)으로 연장된 기준축을 중심으로 대칭된 형상을 가질 수 있고, 청색 발광 영역(PXA-B)은 적색 발광 영역(PXA-R) 및 녹색 발광 영역(PXA-G)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 방향(DR1)에서 보았을 때, 청색 발광 영역(PXA-B) 중 일부분은 적색 발광 영역(PXA-R) 및 녹색 발광 영역(PXA-G)과 비중첩 할 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고, 발광 영역들(PXA-R, PXA-B, PXA-G)은 다양한 다각형상 또는 원형상을 가질 수 있으며, 발광 영역들의 배열 구조 또한 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 제1 방향 (DR1)을 따라, 청색 발광 영역(PXA-B), 녹색 발광 영역(PXA-G), 및 적색 발광 영역(PXA-R)이 순차적으로 번갈아 가며 배열되는 스트라이프 구조를 가질 수도 있다.
도 9를 참조하면, 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.
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) 중 적어도 어느 하나는 일 실시예에 따른 양자점(QD1, QD2, QD3)을 포함한 발광층(EML-B, EML-G, EML-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.
제1 발광 소자(ED-1)의 제1 발광층(EML-B)은 제1 양자점(QD1)을 포함하는 것일 수 있다. 제1 양자점(QD1)은 제1 광인 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
제2 발광 소자(ED-2)의 제2 발광층(EML-G)과 제3 발광 소자(ED-3)의 제3 발광층(EML-R)은 각각 제2 양자점(QD2) 및 제3 양자점(QD3)을 포함하는 것일 수 있다. 제2 양자점(QD2)와 제3 양자점(QD3)은 각각 제2 광인 녹색광 및 제3 광인 적색광을 방출하는 것일 수 있다.
제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3) 중 적어도 하나는 상술한 일 실시예에 따른양자점일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 양자점(QD2)은 상술한 일 실시예에 따른 양자점일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3) 각각이 상술한 일 실시예에 따른 양자점일 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에 포함된 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)은 서로 다른 코어 물질로 형성된 것일 수 있다. 또한, 이와 달리 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)은 동일한 코어 물질로 형성된 것이거나, 또는 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)들 중 선택되는 두 개의 양자점들은 동일한 코어 물질로 형성되고 나머지는 상이한 코어 물질로 형성된 것일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)은 서로 다른 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 단파장 영역의 광을 방출하는 제1 발광 소자(ED-1)에 사용된 제1 양자점(QD1)은 상대적으로 장파장 영역의 광을 방출하는 제2 발광 소자(ED-2)의 제2 양자점(QD2) 및 제3 발광 소자(ED-3)의 제3 양자점(QD3)과 비교하여 상대적으로 평균 직경이 작은 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 평균 직경은 복수 개의 양자점 입자들의 직경을 산술 평균한 값에 해당한다. 한편, 양자점 입자의 직경은 단면에서의 양자점 입자의 폭의 평균 값일 수 있다.
제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)의 평균 직경에 대한 관계가 상기 한정사항에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 9에서는 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)의 크기가 서로 유사한 것으로 도시하였으나, 도시된 바와 달리 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)에 포함된 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3)의 크기는 상이한 것일 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 양자점(QD1, QD2, QD3) 중 선택되는 두 개의 양자점들의 평균 직경은 유사하고 나머지는 상이한 것일 수 있다.
도 8 및 도 10에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에서, 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R) 각각의 면적은 서로 상이할 수 있다. 이때 면적은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면 상에서 보았을 때의 면적을 의미할 수 있다.
발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 발광 소자(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층(EML-B, EL-G, EL-R)에서 발광하는 컬러에 따라 다른 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 14 및 도 15를 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(DD)에서는 청색광을 방출하는 제1 발광 소자(ED-1)에 대응하는 청색 발광 영역(PXA-B)이 가장 큰 면적을 갖고, 녹색광을 생성하는 제2 발광 소자(ED-2)에 대응하는 녹색 발광 영역(PXA-G)이 가장 작은 면적을 가질 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 청색광, 녹색광, 적색광 이외의 다른 색의 광을 발광하는 것이거나, 또는 발광 영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)은 동일한 면적을 가지거나, 또는 도 8에서 도시된 것과 다른 면적 비율로 발광영역들(PXA-B, PXA-G, PXA-R)이 제공될 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(EML-B, EML-G, EML-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 블랙 화소 정의막을 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(EML-B, EML-G, EML-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(EML-B, EML-G, EML-R)에 포함된 양자점(QD1, QD2, QD3)이 서로 상이한 것을 제외한 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)에 대하여는 상술한 도 4 등에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 한편, 도시하지 않았으나 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3) 각각은 제2 전극(EL2)과 봉지층(TFE) 사이에 캡핑층을 더 포함할 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 9 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.
예를 들어, 발광층(EML-B, EML-G, EML-R) 뿐 아니라 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR) 등을 잉크젯 프린팅법으로 제공할 경우 화소 정의막(PDL) 사이에 정의된 개구부(OH)에 대응하여 정공 수송 영역(HTR), 발광층(EML-B, EML-G, EML-R), 및 전자 수송 영역(ETR) 등이 제공될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 각 기능층들의 제공 방법에 관계 없이 도 9 등에 도시된 것과 같이 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)은 패터닝되지 않고 화소 정의막(PDL)을 커버하며 하나의 공통층으로 제공될 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 일 실시예의 표시 장치(DD)에서는 제1 내지 제3 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층들(EML-B, EML-G, EML-R)의 두께가 모두 유사한 것을 도시되었으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서 제1 내지 제3 발광 소자들(ED-1, ED-2, ED-3)의 발광층들(EML-B, EML-G, EML-R)의 두께는 서로 상이한 것일 수 있다.
도 9를 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(DD)는 광제어층(PP)을 더 포함할 수 있다. 광제어층(PP)은 표시 장치(DD) 외부에서 표시 패널(DP)로 제공되는 외부광을 차단하는 것일 수 있다. 광제어층(PP)은 외부광 중 일부를 차단할 수 있다. 광제어층(PP)은 외부광에 의한 반사를 최소화하는 반사 방지 기능을 하는 것일 수 있다.
도 9에 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 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.
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 9에 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 9 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.
또한, 편광층(미도시)은 외부광에 의해 표시 패널(DP)에서 발생하는 반사광을 저감시키는 것일 수 있다. 예를 들어, 편광층(미도시)은 표시 장치(DD)의 외부에서 제공되는 광이 표시 패널(DP)로 입사되어 다시 출사되는 경우의 반사광을 차단하는 기능을 하는 것일 수 있다. 편광층(미도시)은 반사 방지 기능을 갖는 원편광자이거나 또는 편광층(미도시)은 선편광자와 λ/4 위상 지연자를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 편광층(미도시)은 베이스층(BL) 상에 배치되어 노출되는 것이거나, 또는 편광층(미도시)은 베이스층(BL) 하부에 배치되는 것일 수 있다.
도 11을 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(DD-1)는 표시 패널(DP-1) 상에 배치된 광 변환층(CCL)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD-1)는 컬러필터층(CFL)을 더 포함할 수 있다. 컬러필터층(CFL)은 베이스층(BL)과 광 변환층(CCL) 사이에 배치된 것일 수 있다.
표시 패널(DP-1)은 발광형 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(DP-1)은 유기 전계 발광(Organic Electroluminescence) 표시 패널, 또는 양자점(Quantum dot) 발광 표시 패널일 수 있다.
표시 패널(DP-1)은 베이스 기판(BS), 베이스 기판(BS) 상에 제공된 회로층(DP-CL) 및 표시 소자층(DP-EL1)을 포함하는 것일 수 있다.
표시 소자층(DP-EL1)은 발광 소자(ED-a)를 포함하며, 발광 소자(ED-a)는 서로 마주하는 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2), 및 제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2) 사이에 배치된 복수의 층들(OL)을 포함할 수 있다. 복수의 층들(OL)은 정공 수송 영역(HTR, 도 4), 발광층(EML, 도 4), 및 전자 수송 영역(ETR, 도 4)을 포함하는 것일 수 있다. 발광 소자(ED-a) 상에는 봉지층(TFE)이 배치될 수 있다.
발광 소자(ED-a)에서 제1 전극(EL1), 정공 수송 영역(HTR), 전자 수송 영역(ETR), 및 제2 전극(EL2)에 대하여는 상술한 도 4에서 설명한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다. 다만, 일 실시예의 표시 패널(DP-1)에 포함된 발광 소자(ED-a)에서 발광층은 유기 전계 발광 재료인 호스트 및 도펀트를 포함하는 것이거나, 또는 상술한 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예의 표시 패널(DP-1)에서 발광 소자(ED-a)는 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
광 변환층(CCL)은 서로 이격되어 배치된 복수 개의 격벽부들(BK) 및 격벽부들(BK) 사이에 배치된 광 제어부(CCP-B, CCP-G, CCP-R)를 포함하는 것일 수 있다. 격벽부(BK)는 고분자 수지 및 발액 첨가제를 포함하여 형성된 것일 수 있다. 격벽부(BK)는 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 안료 또는 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 격벽부(BK)는 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성되어 흑색격벽부를 구현할 수 있다. 흑색격벽부 형성 시 흑색 안료 또는 흑색 염료로는 카본블랙 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
광 변환층(CCL)은 제1 광을 투과시키는 제1 광 제어부(CCP-B), 제1 광을 제2 광으로 변환하는 제4 양자점(QD2-a)을 포함하는 제2 광 제어부(CCP-G), 및 제1 광을 제 3광으로 변환하는 제5 양자점(QD3-a)를 포함하는 제3 광 제어부(CCP-R)를 포함할 수 있다. 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. 광 제어부들(CCP-B, CCP-G, CCP-R)에 포함된 양자점(QD2-a, QD3-a) 중 적어도 어느 하나는 상술한 일 실시예에 따른 양자점에 대한 내용과 동일한 내용이 적용될 수 있다.
광 변환층(CCL)은 캡핑층(CPL)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(CPL)은 광 제어부들(CCP-B, CCP-G, CCP-R) 및 격벽부(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 광 제어부(CCP-B, CCP-G, CCP-R) 상에 배치되어 광 제어부(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 실시예의 표시 장치(DD-1)는 광 변환층(CCL) 상에 배치된 컬러필터층(CFL)을 포함하고, 컬러필터층(CFL) 및 베이스층(BL)에 대하여는 도 9에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 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.
DD : 표시 장치 ED : 발광 소자
QD : 양자점 CO1 : 제1 코어층
SH : 쉘층

Claims (20)

  1. 제1 코어층; 및
    상기 제1 코어층을 감싸는 쉘층; 을 포함하고
    상기 제1 코어층과 상기 쉘층의 격자 상수 차이가 3% 이하인 양자점.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고,
    상기 쉘층은 12족 원소 및 16족 원소를 포함하는 양자점.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층 및 상기 쉘층 사이에 배치되는 제2 코어층을 더 포함하는 양자점.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고,
    상기 제1 코어층은 상기 제2 코어층에 포함되는 원소를 모두 포함하고, 13족 원소를 하나 이상 더 포함하는 것인 양자점.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 코어층의 두께는 상기 제2 코어층의 두께보다 더 두꺼운 것인 양자점.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 코어층의 두께는 1 nm 이상 2 nm 이하이고,
    상기 제2 코어층의 두께는 0 nm 이상 1 nm 이하인 양자점.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 쉘층과 상기 제2 코어층의 격자 상수 차이가 4% 이상인 양자점.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 쉘층의 두께는 상기 제2 코어층의 두께보다 더 두꺼운 것인 양자점.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 쉘층의 두께는 1 nm 이상인 양자점.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 쉘층은 하기 식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 양자점:
    [식 3]
    EFzF'1-z
    상기 식 3에서,
    E는 12족 원소이고,
    F, 및 F'은 각각 16족 원소이고,
    z는 0 이상 1 이하이다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 쉘층은 ZnSezS1-z을 포함하고, 상기 z는 0 이상 1 이하인 양자점.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제2 코어층은 하기 식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 제1 코어층은 하기 식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 양자점:
    [식 1]
    AB
    [식 2]
    A1-y(A'xA''1-x)yB
    상기 식 1 및 식 2에서,
    A, A', A'' 는 각각 13족 원소이고,
    B는 15족 원소이며,
    x, 및 y는 각각 0 초과 1 미만이다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 코어층은 InP를 포함하고,
    상기 제1 코어층은 In1-y(GaxAl1-x)yP를 포함하고, 상기 x, 및 y는 각각 0 초과 1 미만인 양자점.
  14. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역 상에 배치되고, 복수의 양자점들을 포함하는 발광층;
    상기 발광층 상에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 전자 수송 영역 상에 배치된 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 양자점들 각각은 제1 코어층, 상기 제1 코어층을 감싸는 제2 코어층 및 상기 제2 코어층을 감싸는 쉘층을 포함하고,
    상기 제1 코어층과 상기 쉘층의 격자 상수 차이가 1% 이하인 발광 소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 코어층 및 제2 코어층은 13족 원소 및 15족 원소를 포함하고,
    상기 쉘층은 12족 원소 및 16족 원소를 포함하는 발광 소자.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 코어층의 두께는 1 nm 이상 2 nm 이하이고,
    상기 제2 코어층의 두께는 0 nm 이상 1 nm 이하이고,
    상기 쉘층의 두께는 1 nm 이상인 발광 소자.
  17. 표시패널; 및
    상기 표시패널 상에 배치되고, 양자점을 포함하는 적어도 하나의 광 제어부를 포함하는 광 변환층; 을 포함하고,
    상기 양자점은 제1 코어층 및 상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층과 격자 상수 차이가 1% 이하인 쉘층을 포함하는 표시 장치.

  18. 제17항에 있어서,
    상기 표시패널은 제1 광을 생성하는 발광소자를 포함하고,
    상기 광 변환층은
    상기 제1 색광을 투과하는 제1 광 제어부;
    상기 제1 색광을 제2 색광으로 변환하는 제2 광 제어부; 및
    상기 제1 색광을 제3 색광으로 변환하는 제3 광 제어부; 를 포함하는 표시 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 코어층을 감싸고, 상기 제1 코어층 및 상기 쉘층 사이에 배치되는 제2 코어층을 더 포함하는 표시 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 발광 소자들 상에 배치된 컬러필터층을 더 포함하고,
    상기 컬러필터층은
    상기 제1 색광을 투과사키는 제1 필터;
    상기 제2 색광을 투과시키는 제2 필터; 및
    상기 제3 색광을 투과시키는 제3 필터;를 포함하는 표시 장치.

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