KR20230139237A - 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230139237A
KR20230139237A KR1020220037616A KR20220037616A KR20230139237A KR 20230139237 A KR20230139237 A KR 20230139237A KR 1020220037616 A KR1020220037616 A KR 1020220037616A KR 20220037616 A KR20220037616 A KR 20220037616A KR 20230139237 A KR20230139237 A KR 20230139237A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
light
less
color conversion
display panel
Prior art date
Application number
KR1020220037616A
Other languages
English (en)
Inventor
김태곤
박상현
원나연
김민호
양승임
전신애
정예빈
조아라
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020220037616A priority Critical patent/KR20230139237A/ko
Priority to US18/189,259 priority patent/US20230303921A1/en
Publication of KR20230139237A publication Critical patent/KR20230139237A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • C09K11/621—Chalcogenides
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
    • C09K11/881—Chalcogenides
    • C09K11/883—Chalcogenides with zinc or cadmium
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133617—Illumination with ultraviolet light; Luminescent elements or materials associated to the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/36—Micro- or nanomaterials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/331—Nanoparticles used in non-emissive layers, e.g. in packaging layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/773—Nanoparticle, i.e. structure having three dimensions of 100 nm or less
    • Y10S977/774—Exhibiting three-dimensional carrier confinement, e.g. quantum dots

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

매트릭스, 및 매트릭스에 분산된 복수개의 양자점과 이산화티탄(TiO2) 입자들을 포함하는 양자점 복합체를 포함하는 표시 패널로서, 상기 복수개의 양자점은 은과 갈륨을 포함하고, 상기 양자점의 발광 피크 파장은 500 nm 내지 550 nm 사이에 있고, 상기 발광 피크의 반치폭은 10 nm 이상 및 50 nm 이하이며, 상기 양자점 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 및 15 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 20 이하인 표시 패널, 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치를 제공한다.

Description

표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치 {DISPLAY PANEL, AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING SAME}
표시 패널, 및 표시 패널을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
양자점(quantum dot)은 나노크기의 반도체 나노결정 재료이며, 예를 들어, 크기 및/또는 조성을 변화시켜 그의 광학적 물성, 예컨대, 발광 물성을 제어할 수 있다. 양자점의 발광 물성은 다양한 전자 장치, 예컨대, 표시 장치에서 응용될 수 있다. 장치에서의 응용시 양자점은 복합체의 형태로 적용될 수 있다. 환경 친화적이면서, 예컨대, 전자 장치 등에 적용시 향상된 물성을 나타낼 수 있는 양자점, 및 양자점 복합체의 개발이 요구된다.
일 구현예는 (예를 들어, 복합체의 형태로 장치에 적용 시) 향상된 발광 물성을 나타낼 수 있는 표시 패널을 제공하는 것이다.
다른 구현예는, 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치에 대한 것이다.
일 구현예에 따른 표시 패널은 매트릭스, 및 매트릭스에 분산된 복수개의 양자점과 이산화티탄(TiO2) 입자들을 포함하는 양자점 복합체를 포함하고, 상기 복수개의 양자점은 은과 갈륨을 포함하고, 상기 양자점의 발광 피크 파장은 500 nm 내지 550 nm 사이에 있고, 상기 발광 피크의 반치폭은 10 nm 이상 및 50 nm 이하이며, 상기 양자점 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 및 15 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 20 이하이다.
상기 양자점 복합체의 총 중량을 기준으로 상기 양자점의 함량은 약 10 중량% 내지 약 40 중량%이고, 상기 이산화티탄 입자들의 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량%이다.
상기 양자점은 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함할 수 있다.
상기 양자점은 은, 갈륨, 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연과 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함할 수 있다.
상기 양자점의 코어는 은, 갈륨, 황, 및 인듐을 포함하는 반도체 나노결정과, 은, 갈륨, 및 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
상기 양자점은 1 mg 당 450 nm 파장에 대한 광학밀도(Optical Density)가 0.8 내지 1.8 이다.
상기 매트릭스는 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 중합성 모노머, 유기 용매, 폴리머, 말단에 적어도 1개의 티올기를 가지는 티올 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 포함할 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 표시 패널은 색변환 구역을 포함한 복수의 구역들을 포함하는 색변환 층을 포함하고, 상기 색변환 구역은 은과 갈륨을 포함하는 양자점, 및 이산화티탄 입자들을 포함하는 제1 색변환 구역과, 인듐과 인을 포함하는 양자점, 및 이산화티탄 입자들을 포함하는 제2 색변환 구역을 포함하고, 상기 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 1 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 1 이하이다.
상기 표시패널의 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 0.75 이하일 수 있고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.15 이상 및 0.8 이하일 수 있다.
상기 표시패널의 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.15 이상 및 0.71 이하일 수 있고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.19 이상 및 0.75 이하일 수 있다.
상기 제1 색변환 구역은 500 nm 내지 550 nm의 발광 피크 파장을 가지고, 상기 제2 색변환 구역은 600 nm 내지 650 nm의 발광 피크 파장을 가진다.
상기 제1 색변환 구역과 상기 제2 색변환 구역은 각각 상기 양자점과 상기 이산화티탄 입자들을 폴리머 매트릭스에 분산시킨 복합체 형태로 포함하고, 상기 제1 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제1 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량% 이고, 상기 제2 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제2 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%이다.
상기 제1 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제1 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 일 수 있고, 상기 제2 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제2 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 7 중량%일 수 있다.
상기 색변환 층의 복수의 구역들은 투명 매트릭스, 및 상기 투명 매트릭스 내에 분산된 이산화티탄 입자들을 포함하는 투광 구역을 더 포함할 수 있다.
상기 투광 구역 내 상기 투명 매트릭스와 상기 이산화티탄 입자들의 총 중량을 기준으로 상기 이산화티탄 입자들의 함량은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%이다.
상기 제1 색변환 구역에 포함되는 양자점은 은, 갈륨, 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연과 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하고, 상기 제2 색변환 구역에 포함되는 양자점은 인듐과 인, 및 선택적으로 아연을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연, 및 황과 셀레늄 중 하나 이상을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함한다.
상기 표시 패널은 청색광을 발광하는 발광원, 녹색광을 발광하는 발광원, 또는 이 둘의 조합을 포함하는 발광 패널을 더 포함한다.
상기 발광원은 유기발광다이오드, 마이크로 LED, 미니LED, 나노로드 포함 LED, 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 발광 패널은 청색광을 발광하는 발광원을 포함하고, 상기 청색광에 대한 상기 색변환 구역의 흡수율은 85% 이상이다.
또다른 일 구현예에 따른 전자 장치는 상기 표시 패널을 포함한다.
일구현예에 따른 표시 패널은 향상된 물성, 예컨대, 증가된 청색광 흡수율 및 좁은 반치폭, 높은 발광효율, 및 높은 색 재현성 등을 나타낼 수 있고, 다양한 광원을 활용할 수 있으며, 액정 표시소자, OLED, micro LED, nano-LED 등에 QD 색변환층을 적용하는 표시 소자에 유용하게 활용될 수 있다. 상기 표시 소자는 TV, 모니터, 모바일 기기, VR/AR, 차량용 전장 디스플레이 등에 유리하게 적용될 수 있다.
도 1은 감광성 수지 조성물을 이용하여 일 구현예에 따른 표시 패널을 제조하기 위한 패턴 형성 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 잉크 조성물을 이용하여 일 구현예에 따른 표시 패널을 제조하기 위한 패턴 형성 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 구현예에 따른 표시 패널의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 표시 패널의 단면도이다.
도 5는 도 3의 표시 패널의 화소 배열의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 표시 패널을 IV-IV 선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 다른 일 구현예에 따른 표시 패널의 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 각각 발광 소자의 예들을 보여주는 단면도이다.
도 12는 합성예 1에서 제조된 양자점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것은 아니다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "치환" 이란, 화합물 중의 수소가 C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C2 내지 C30의 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, C7 내지 C30의 알킬아릴기, C1 내지 C30의 알콕시기, C1 내지 C30의 헤테로알킬기, C3 내지 C30의 헤테로알킬아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C30의 사이클로알키닐기, C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기, 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 히드록시기(-OH), 니트로기(-NO2), 시아노기(-CN), 아미노기(-NRR' 여기서 R과 R'은 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6 알킬기임), 아지도기(-N3), 아미디노기(-C(=NH)NH2), 히드라지노기(-NHNH2), 히드라조노기(=N(NH2)), 알데히드기(-C(=O)H), 카르바모일기(carbamoyl group, -C(O)NH2), 티올기(-SH), 에스테르기(-C(=O)OR, 여기서 R은 C1 내지 C6 알킬기 또는 C6 내지 C12 아릴기임), 카르복실기(-COOH) 또는 그것의 염(-C(=O)OM, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 술폰산기(-SO3H) 또는 그것의 염(-SO3M, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 인산기(-PO3H2) 또는 그것의 염(-PO3MH 또는 -PO3M2, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서, "1가의 유기 작용기" 라 함은, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C2 내지 C30의 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, C7 내지 C30의 알킬아릴기, C1 내지 C30의 알콕시기, C1 내지 C30의 헤테로알킬기, C3 내지 C30의 헤테로알킬아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C30의 사이클로알키닐기, 또는 C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기를 의미한다.
또한, 이하에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로" 란, N, O, S, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함한 것을 의미한다.
본 명세서에서, "알킬렌기"는 하나 이상의 치환체를 선택적으로 포함하는 2 이상의 가수(valence)를 가지는 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방족 탄화수소기이다. 본 명세서에서, "아릴렌기"는 하나 이상의 치환체를 선택적으로 포함하고, 하나 이상의 방향족 링에서 적어도 2개의 수소의 제거에 의해서 형성된 2 이상의 가수를 가지는 작용기를 의미한다.
또한, "지방족기"는 탄소와 수소로 이루어진 포화 또는 불포화의 직쇄 또는 분지쇄의 C1 내지 C30 기를 의미하며, "방향족 유기기"는 C6 내지 C30의 아릴기 또는 C2 내지 C30의 헤테로아릴기를 포함하며, "지환족기"는 탄소와 수소로 이루어진 포화 또는 불포화의 C3 내지 C30의 고리기를 의미한다.
본 명세서에서, "(메타)아크릴레이트"라 함은, 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 포함하여 지칭하는 것이다.
본 명세서에서, "광전환율"은 양자점 복합체가 여기광(예를 들어, 청색광)(B)으로부터 흡수한 광량(B-B')에 대한 양자점 복합체의 발광량(G 또는 R)의 비율이다. 또한, "광변환 효율"은 여기광의 발광량(B)에 대한 양자점 복합체의 발광량(G 또는 R)의 비율이다. 여기광의 PL 스펙트럼의 적분에 의해 여기광의 총 광량(B)을 구하고, 양자점 복합체 필름의 PL 스펙트럼을 측정하여 양자점 복합체 필름로부터 방출된 녹색 또는 적색 파장 광의 광량(G 또는 R)과 여기광의 광량(B')을 구한 다음, 하기 식에 의해 광전환율, 광변환 효율, 및 청색광 흡수율을 구한다:
A/(B-B') x 100 = 광전환율 (%)
A/B x 100 = 광변환 효율 (%)
(B-B')/B x 100 = 단막의 청색광 흡수율 (%)
본원 명세서에서, "분산액 (dispersion)" 이란 분산상 (dispersed phase)이 고체(solid)이고, 연속 매질(continuous medium)이 액체를 포함하는 분산을 말한다. 상기 "분산액" 은 분산상이 1 nm 이상, 예컨대, 2 nm 이상, 3 nm 이상, 또는 4 nm 이상, 및, 수 마이크로미터(㎛) 이하, (예컨대 2 ㎛ 이하, 또는 1 ㎛ 이하)의 치수(dimension)를 가지는 콜로이드형 분산을 포함할 수 있다.
여기서, "양자점"이라 함은, 양자 구속 (quantum confinement) 또는 엑시톤 구속 (exciton confinement)을 나타내는 나노구조체, 예컨대, 반도체 기반의 나노결정(입자)을 말하며, 예를 들어, 발광성 (예컨대, 에너지 여기에 의해 광을 방출할 수 있는) 나노구조체이다. 본 명세서에서, 양자점이라는 용어는, 특별히 정의되어 있지 않는 한, 그 형상이 제한되지 않는다.
여기서, "치수 (예컨대, 크기, 직경, 두께 등)"는 평균 치수 (예컨대, 크기, 직경, 두께 등)일 수 있다. 여기서, 평균은 mean 또는 median 일 수 있다. 상기 치수는 전자 현미경 분석에 의해 얻어지는 값일 수 있다. 상기 치수는 양자점의 조성 및 광학적 물성 (예컨대, UV 흡수 파장) 등을 고려하여 계산되는 값일 수 있다.
여기서, "양자 효율 (또는 양자수율)"은 용액 상태 또는 (복합체 내에서) 고체 상태로 측정될 수 있다. 일 구현예에서, 양자 효율 (또는 양자수율)은, 나노구조물 또는 이들의 집단에 의해, 흡수된 광자(photon) 대비 방출된 광자의 비율이다. 일 구현예에서, 양자 효율은 임의의 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 형광 양자 수율 또는 효율을 얻는 방법으로는 절대법과 상대법 2 가지의 방법이 있을 수 있다. 절대법에서는 적분구를 통해 모든 샘플의 형광을 검출하여 양자효율을 얻는다. 상대법에서는 표준 염료 (표준 시료)의 형광 강도를 미지 샘플의 형광 강도와 비교하여 미지 샘플의 양자 효율을 계산한다. Coumarin 153, Coumarin 545, Rhodamine 101 inner salt, Anthracene and Rhodamine 6G 등이 이들의 PL 파장에 따라 표준 염료로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
양자 효율 (또는 양자수율)은 Hitachi Co. Ltd 또는 Hamamatsu Co. Ltd 사 등으로부터 상업적으로 입수 가능한 장비를 사용하고, 장비 제조사들로부터 제공된 매뉴얼을 참고하여 쉽게 그리고 재현성있게 결정될 수 있다.
반치폭 및 최대 발광(PL: Photoluminescence) 피크 파장은, 예컨대, 형광 스펙트로포토미터 등과 같은 스펙트로포토미터에 의해 얻어지는 발광 스펙트럼에 의해 측정될 수 있다.
여기서, "카드뮴 (또는 그 외 독성 중금속 또는 주어진 원소)을 포함하지 않는다"는 기재는, 카드뮴 (또는 해당 중금속 또는 주어진 원소)의 농도가 100 ppm 이하, 50 ppm 이하, 10 ppm 이하, 또는 거의 0 인 것를 지칭할 수 있다. 일 구현예에서, 실질적으로 카드뮴 (또는 해당 중금속)이 존재하지 않거나, 혹시 존재하는 경우에도, 주어진 검출 수단의 검출 한계 이하의 양으로 또는 불순물 수준으로 있을 수 있다.
본 명세서에서, "광학 밀도(Optical Density)"란, 일정한 세기를 가진 특정 파장의 빛이 용액층을 통과한 후, 광도가 그 일정 세기로 될 때의 양을 말하며, 후술하는 비어-람버트 법칙의 결과, 또는 이 값을 파장이 통과한 용액층의 두께로 나눈 것을 의미한다. 본 명세서에서는 1 cm 광경로를 갖는 큐벳에 담긴 양자점 용액의 450 nm에서의 흡광도(absorbance)를 광학밀도로 정의한다.
양자점이라고도 불리우는 반도체 나노 결정은 나노 규모의 입자 크기를 가지는 결정성 반도체 재료이다. 양자점은 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속 효과를 나타내며, 동일 조성의 벌크 물질의 특성과 다른 물성을 나타낼 수 있다. 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 광을 흡수하여 에너지 여기 상태로 되고, 그의 밴드갭 에너지에 상응하는 에너지를 방출할 수 있다.
양자점은 표시 장치에서 발광 소재로 적용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리머 매트릭스 등에 분산된 복수개의 양자점을 포함하는 양자점 복합체는 표시 장치에서 광원(예컨대, 백라이트유닛(BLU))으로부터의 여기광 (예컨대, 청색광)을 소망하는 파장의 광, 예컨대, 녹색광 또는 적색광으로 변환하는 광변환층(예컨대, 색변환층)으로 사용될 수 있다. 즉, 기존의 흡수형 컬러필터와 달리, 양자점 복합체를 포함하는 패턴화된 막은 발광형 컬러필터로 사용될 수 있다. 발광형 컬러필터는 표시 장치의 전방에 배치되므로, 예를 들어, 액정층을 통과하면서 직진성을 갖게 된 여기광이 발광형 컬러필터에 도달하여 전방향으로 산란되어 더 넓어진 광시야각을 구현할 수 있고, 흡수형 컬러필터에 의한 광손실을 피할 수 있다. 양자점 기반의 발광형 컬러필터를 포함하는 표시 장치, 예를 들어, 액정 표시 장치는, 예컨대, 패널 안쪽, 예를 들어, 컬러필터 아래 쪽에 편광자를 더 포함할 수 있다. 이러한 표시 장치는, 선택에 따라, 광의 재활용을 위한 yellow-recycling film (YRF) 및 여기광 차단자 (예컨대, blue-cut filter 또는 green light cut filter)를 더 포함할 수 있다.
현재 전자 장치 등에서 응용 가능한 정도의 물성을 가지는 양자점의 대부분은 카드뮴 기반의 양자점이다. 그러나, 카드뮴은 심각한 환경/건강상 문제를 제기하며 규제 대상 원소 중 하나이다. 카드뮴이 없는 (cadmium-free) 양자점으로서 III-V족 기반의 나노결정이 있다. 그러나, 비카드뮴계 양자점은 개별 양자점의 흡수율이 낮아 양자점 컬러필터가 청색광을 충분히 흡수하지 못하고, 상대적으로 낮은 광변환 효율, 및 발광 스펙트럼의 반치폭이 넓은 문제가 있다.
양자점 컬러필터에서 청색광의 흡수는 기본적으로 비어-람버트 법칙 (beer-lambert law), 즉, I=I0exp(-α) (여기서, I는 흡수된 청색광이 세기이고, I0는 발광원의 청색광의 세기이고, α= εlc, ε은 양자점의 몰 흡수 계수, l은 광 이동 거리, c는 양자점의 몰 농도)을 따른다. 기본적으로 양자점이 청색광을 흡수하므로 양자점 자체의 흡수 계수(ε)가 흡수율 향상의 주요 변수가 된다. 광 이동 거리(l)는 컬러필터의 두께와 산란체에 의해 증가된 광경로 등이 복합적으로 고려되어 결정되는 성분이다. 일반적으로, 컬러필터 내 색변환 화소를 구현하기 위해서는 무게 기준으로 양자점을 첨가하게 되므로, 단위무게 당 얼마나 높은 농도(c)의 양자점이 들어 있는지도 흡수율 결정에 중요한 변수가 될 수 있다. 따라서, 양자점의 광흡수 계수를 높이고, 산란체를 많이 넣거나, 화소의 두께를 두껍게 만들고, 동일 무게당 양자점 입자의 개수, 즉, 농도를 최대한 증가시키는 것이 청색광의 흡수율을 높일 수 있는 흡수율 개선의 기본적인 방향이 될 수 있다.
카드뮴(Cd)이나 납(Pb)과 같은 중금속을 함유하지 않으면서 90% 이상의 높은 양자효율을 나타내며 산업적 양산이 가능한 거의 유일한 물질이 InP 계열의 양자점이다. 하지만, InP 계열 양자점, 예를 들어, InP 코어와 ZnSe 쉘을 가지는 코어-쉘 구조의 양자점의 경우, 청색광의 흡수가 InP 코어 및 ZnSe 쉘의 일부에서만 일어난다. 또한, 발광을 녹색광으로 제한하는 경우, InP 코어의 크기 역시 일정 범위로 제한되므로, 구조적으로 InP 계열 양자점 자체의 흡수 계수를 증가시키는 매우 어렵다.
한편, 무게당 흡수율이 높은 물질로서 CsPbBr3와 같은 Pb-perovskite계 물질이 있으나, Pb (납) 역시 같은 독성 물질을 함유하고 있어 제품 적용이 어렵다. 반면, 은(Ag)과, 갈륨 및/또는 인듐과 같은 13족 원소, 그리고, 황 및/또는 셀레늄과 같은 칼코겐 원소를 포함하는 양자점이 CsPbBr3 못지 않은 무게당 흡수율을 가지면서도 독성 물질을 함유하지 않아 제품 적용에 적합할 수 있다. 이에, 본원 발명자들은 일 구현예로서 은과 갈륨, 및 선택적으로 인듐을 포함하고, 또한 황을 포함하는 반도체 나노결정을 산란체와 함께 포함하는 양자점 복합체를 이용하여 청색광 흡수율이 높은 표시 패널, 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하였다. 상기 양자점 복합체를 포함하는 표시 패널은 높은 청색광 흡수율로 인해 청색광을 발광하는 발광원을 더 포함함으로써 개선된 발광 물성, 예컨대, 높은 광변환 효율 및 우수한 색 재현율을 구현할 수 있다.
InP 계열 양자점의 청색광 흡수가 InP 코어 및 ZnSe 쉘의 일부에서만 일어나는 반면, 은과 13족 원소를 포함하는 양자점, 예를 들어, 은, 갈륨 및/또는 인듐, 그리고 황을 포함하는 제1 반도체 나노결정과, 상기 제1 반도체 나노결정 위에 배치되는, 갈륨, 그리고 황 및/또는 셀레늄을 포함하는 제2 반도체 나노결정을 포함하는 양자점의 경우, 청색광의 흡수는 상기 제1 반도체 나노결정 및 상기 제2 반도체 나노결정 모두에서 일어날 수 있고, 따라서, 양자점의 단위무게당 청색광 흡수율이 InP 계열 양자점에 비해 훨씬 높을 수 있다. 또한, 이러한 양자점을 산란체와 함께 포함하는 복합체 형태로 구성함으로써 청색광 흡수율을 더욱 높일 수 있다.
본원 발명자들은 매트릭스와, 매트릭스에 분산된 복수개의 양자점, 및 산란체로서 이산화티탄 입자를 포함하는 복합체에서, 상기 복수개의 양자점과 이산화티탄 입자들에서 유래한 은과 갈륨, 및 티탄 원소간 원자량 비율이 특정 범위 내에 있을 경우, 상기 복합체의 청색광 흡수율이 현저히 증가하고, 따라서 이를 포함하는 표시 패널, 또는 상기 표시 패널을 포함하는 표시 장치의 전면 광변환효율이 현저히 개선될 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
일 구현예에서, 상기 복합체에 포함되는 은 및 갈륨을 포함하는 양자점은 발광 피크 파장이 500 nm 내지 550 nm 사이에 존재하는 녹색 광을 발광하는 양자점이며, 상기 발광 피크의 반치폭은 10 nm 이상 및 50 nm 이하일 수 있다. 이 때, 상기 복합체 내 이산화티탄으로부터 유래한 티탄 원소의 원자량에 대한 상기 양자점에서 유래한 은 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 및 15 이하이고, 상기 티탄 원소의 원자량에 대한 상기 양자점에서 유래한 갈륨 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 및 20 이하이다.
일 실시예에서, 상기 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량 비율은 0.5 이상, 예를 들어, 0.7 이상, 1.0 이상, 1.1 이상, 1.3 이상, 1.5 이상, 1.7 이상, 1.9 이상, 2.0 이상, 2.2 이상, 2.3 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5.5 이상, 6 이상, 6.5 이상, 7 이상, 7.5 이상, 8 이상, 8.5 이상, 9 이상, 9.5 이상, 10 이상, 10.5 이상, 11 이상, 11.5 이상, 12 이상, 12.5 이상, 13 이상, 13.5 이상, 14 이상, 14.5 이상일 수 있고, 15 이하, 예를 들어, 14.5 이하, 14 이하, 13.5 이하, 13 이하, 12.5 이하, 12 이하, 11.5 이하, 11 이하, 10.5 이하, 10 이하, 9.5 이하, 9 이하, 8.5 이하, 8 이하, 7.5 이하, 7 이하, 6.5 이하, 6 이하, 5.5 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 또는 0.5 이하일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 상기 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율은 0.5 이상, 예를 들어, 0.7 이상, 1.0 이상, 1.3 이상, 1.5 이상, 1.7 이상, 1.9 이상, 2.0 이상, 2.2 이상, 2.3 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5.5 이상, 6 이상, 6.5 이상, 7 이상, 7.5 이상, 8 이상, 8.5 이상, 9 이상, 9.5 이상, 10 이상, 10.5 이상, 11 이상, 11.5 이상, 12 이상, 12.5 이상, 13 이상, 13.5 이상, 14 이상, 14.5 이상, 15 이상, 15.5 이상, 16 이상, 16.5 이상, 17 이상, 17.5 이상, 18 이상, 및 18.5 이상일 수 있고, 19 이하, 예를 들어, 18.5 이하, 18 이하, 17.5 이하, 17 이하, 16.5 이하, 16 이하, 15.5 이하, 15 이하, 14.5 이하, 14 이하, 13.5 이하, 13 이하, 12.5 이하, 12 이하, 11.5 이하, 11 이하, 10.5 이하, 10 이하, 9.5 이하, 9 이하, 8.5 이하, 8 이하, 7.5 이하, 7 이하, 6.5 이하, 6 이하, 5.5 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 또는 1 이하알 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
상기 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량 및 갈륨 원소의 원자량 비율이 각각 상기 범위 내에 있을 때, 상기 복합체를 포함하는 표시 패널의 청색광 흡수율은 85% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 패널의 청색광 흡수율은 86% 이상, 예를 들어, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 및 100%일 수 있다. 이와 같이 높은 청색광 흡수율은 동일한 무게의 녹색 발광 InP 계열 양자점을 포함하는 양자점 복합체로부터는 용이하게 얻을 수 없는 높은 흡수율이다.
상기 복합체에 청색광, 예컨대, 450 nm의 발광 피크 파장을 갖는 청색광을 조사할 경우, 상기 복합체로부터 방출되는 발광 피크 파장은 약 500 nm 내지 약 550 nm, 예를 들어, 약 510 nm 내지 약 550 nm, 예를 들어, 약 520 nm 내지 약 545 nm, 약 525 nm 내지 약 545 nm, 약 530 nm 내지 약 545 nm, 약 535 nm 내지 약 545 nm, 또는 약 535 nm 내지 약 540 nm 일 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다.
상기 복합체의 발광 피크의 반치폭은 약 10 nm 이상 및 약 50 nm 이하, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 45 nm, 약 10 nm 내지 약 40 nm, 약 10 nm 내지 약 35 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 15 nm 내지 약 35 nm, 약 15 nm 내지 약 30 nm, 약 15 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 25 nm 일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
일 구현예에 따른 표시 패널 내 양자점 복합체가 상기와 같은 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량 비율 및 갈륨 원소의 원자량 비율을 갖도록 하기 위해, 상기 복합체 내 은과 갈륨을 포함하는 양자점 및 이산화티탄 입자들의 함량을 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점과 이산화티탄 입자들을 포함하는 양자점 복합체의 총 중량을 기준으로, 상기 양자점의 함량은 약 10 중량% 내지 약 40 중량%이고, 상기 이산화티탄 입자들의 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량%일 수 있다. 상기 함량 비율로 은과 갈륨을 포함하는 양자점과 이산화티탄 입자들을 포함함으로써, 상기 양자점과 이산화티탄 입자, 및 이들을 함께 분산시키는 매트릭스를 포함하는 양자점 복합체 내 티탄 원소의 중량 대비 은 원소의 중량 및 갈륨 원소의 중량 비율을 상기 언급한 범위 내로 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 양자점 복합체 내 상기 양자점의 함량은 약 10 중량% 내지 약 35 중량, 예를 들어, 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 약 10 중량% 내지 약 28 중량%, 약 10 중량% 내지 약 25 중량%, 약 10 중량% 내지 약 23 중량%, 약 10 중량% 내지 약 22 중량%, 약 10 중량% 내지 약 20 중량%, 약 10 중량% 내지 약 18 중량%, 약 10 중량% 내지 약 17 중량%, 약 10 중량% 내지 약 15 중량%일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 상기 양자점 복합체 내 이산화티탄 입자들의 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 5.5 중량, 예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 4.8 중량%, 약 1 중량% 내지 약 4.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 4 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 약 1 중량% 내지 약 2.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 2.2 중량%, 약 1 중량% 내지 약 2 중량%, 일 수 있고, 약 1 중량% 내지 약 2 중량%, 약 1 중량% 내지 약 1.5 중량%일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
상기 복합체 내에서, 상기 양자점과 이산화티탄 입자의 총 함량을 제외한 나머지는 매트릭스, 및 상기 매트릭스에 분산된 개시제나 기타 첨가제의 함량일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 양자점은 은(Ag)과 갈륨 외에 황(S)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양자점은 은, 갈륨, 황, 및 선택에 따라 인듐을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연, 그리고 황 및/또는 셀레늄을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코어는 은, 갈륨, 인듐, 및 황을 포함하는 제1 반도체 나노결정과, 은, 갈륨, 및 황을 포함하는 제2 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 쉘에 포함되는 반도체 나노결정은 아연, 그리고 셀레늄 및/또는 황을 포함할 수 있고, 예를 들어, 아연 및 황을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 쉘에 포함되는 반도체 나노결정은 ZnSe, ZnSeS, ZnS, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점의 크기(또는 평균 크기)는 1 nm 이상, 1.5 nm 이상, 2 nm 이상, 2.5 nm 이상, 3 nm 이상, 3.5 nm 이상, 4 nm 이상, 4.5 nm 이상, 5 nm 이상, 5.5 nm 이상, 6 nm 이상, 6.5 nm 이상, 7 nm 이상, 7.5 nm 이상, 8 nm 이상, 8.5 nm 이상, 9 nm 이상, 9.5 nm 이상, 10 nm 이상, 또는 10.5 nm 이상일 수 있다. 상기 양자점의 크기(또는 평균크기)는 50 nm 이하, 48 nm 이하, 46 nm 이하, 44 nm 이하, 42 nm 이하, 40 nm 이하, 35 nm 이하, 30 nm 이하, 25 nm 이하, 20 nm 이하, 18 nm 이하, 16 nm 이하, 14 nm 이하, 12 nm 이하, 11 nm 이하, 10 nm 이하, 8 nm 이하, 6 nm 이하, 또는 4 nm 이하일 수 있다. 본 명세서에서, 입자의 크기는 입자 직경일 수 있다. (상기 양자점들 혹은 제1 반도체 나노결정이 구형이 아닌 경우) 입자의 크기는, 투과 전자 현미경 분석에 의해 확인되는 2 차원의 면적을 원으로 전환하여 계산되는 직경일 수 있다. 상기 크기는 양자점의 조성 및 발광 파장으로부터 계산되는 값일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 양자점은 500 nm 내지 550 nm에서 발광 피크 파장을 갖는 녹색 발광 양자점일 수 있고, 상기 양자점의 양자수율은 50% 이상일 수 있다. 상기 양자수율은 절대 양자수율일 수 있다. 상기 양자수율은, 예를 들어, 약 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상일 수 있다. 상기 양자수율은, 100% 이하, 99.5% 이하, 99% 이하, 98% 이하, 또는 97% 이하일 수 있다.
상기 양자점의 단위무게당 광학밀도는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 광학밀도 측정 기구를 사용하여 용이하게 측정할 수 있다. 예를 들어, 은과 갈륨, 및/또는 인듐을 포함하는 금속, 및 황을 포함하는 비금속을 포함하고, 카드뮴을 포함하지 않는 양자점을 당해 기술 분야에서 잘 알려진 방법에 따라 제조하거나, 또는 이러한 양자점을 상업적인 방법으로 입수한 후, 이 양자점을 톨루엔에 분산시키고, 그 분산액을 특정 길이, 예컨대, 1 cm의 광 경로를 갖는 큐벳에 넣어 파장에 따른 광학밀도를 측정한다. 그 후, 상기 측정한 분산액으로부터 용매를 제거한 후, 분산액에 들어있던 양자점의 무게를 측정하여, 상기 측정된 광학밀도를 양자점 1 mg 당 무게로 환산함으로써 단위무게당 양자점의 광학밀도를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 양자점은 1 mg 당 460 nm 파장에 대한 광학밀도가 0.8 내지 1.8, 예를 들어, 0.9 내지 1.7, 1.0 내지 1.7, 1.0 내지 1.6, 1.1 내지 1.8, 1.1 내지 1.7, 1.2 내지 1.8, 1.2 내지 1.7, 1.3 내지 1.8, 1.3 내지 1.7, 1.3 내지 1.6, 1.4 내지 1.8, 1.4 내지 1.7, 1.4 내지 1.6 등일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 양자점은 발광 피크가 500 nm 내지 550 nm 사이에 존재하는 녹색광을 발광하는 양자점일 수 있다.
상기 양자점은, 조성에 따라 필요한 전구체, 예컨대, 은 전구체, 갈륨 전구체, 및 존재한다면 인듐 전구체, 황 전구체, 존재한다면 셀레늄 전구체, 및 아연 전구체 등의 전구체 화합물을, 유기 리간드와 유기 용매를 포함한 용액 중에서 소정의 반응 온도 (예컨대, 20℃ 내지 300℃, 80℃ 내지 295℃, 120℃ 내지 290℃, 혹은 200℃ 내지 280℃)에서 반응시키고, 분리하여 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 양자점은, 전술한 제1 반도체 나노결정을 얻는 단계; 유기 용매 내에 제1 전구체 및 유기 리간드를 포함하는 반응매질을 준비하는 단계; 상기 반응 매질을 제1 온도로 가열하는 단계; 상기 반응 매질에 상기 반도체 나노결정 및 제2 전구체를 부가하여 반응 혼합물을 얻는 단계; 상기 반응 매질을 제2 온도로 가열하고 제1 시간 동안 반응시켜 나노입자들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체 중 하나는 갈륨전구체이고 나머지 하나는 황 전구체이며, 상기 제1 온도는 120도씨 이상 및 280도씨 이하이고, 상기 제2 온도는 180도씨 이상 및 380도씨 이하인 방법을 통해 제조할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 전구체는 갈륨 전구체일 수 있고, 제2 전구체는 황 전구체일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전구체는 황 전구체일 수 있고, 제2 전구체는 갈륨 전구체일 수 있다.
상기 양자점의 제조 방법은, 유기 용매 내에 유기 리간드 및 아연 전구체를 포함하는 추가의 반응매질을 준비하는 단계; 상기 추가의 반응매질을 반응 온도로 가열하면서 상기 형성된 양자점 및 칼코겐 전구체를 부가하고 반응시켜 상기 양자점의 표면에 아연 칼코겐화물을 포함하는 외층을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 칼코겐 전구체는 황 전구체, 셀레늄 전구체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 반응 온도는 상기 제2 온도에 대하여 기재하는 사항을 참고할 수 있다.
제1 반도체 나노결정에 대한 내용은 전술한 바와 같다. 제1 반도체 나노결정은, 은(Ag), 갈륨, 및 황을 포함할 수 있고, 선택적으로 인듐을 더 포함할 수 있다. 제1 반도체 나노결정의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 반도체 나노결정은, 조성에 따라 필요한 전구체, 예컨대, 은 전구체, 인듐 전구체, 갈륨 전구체, 및 황 전구체를, 유기 리간드와 유기 용매를 포함한 용액 중에서 소정의 반응 온도 (예컨대, 20℃ 내지 300℃, 80℃ 내지 295℃, 120℃ 내지 290℃, 혹은 200℃ 내지 280℃)에서 반응시키고, 분리하여 얻을 수 있다. 분리 및 회수에 대하여는 후술하는 방식을 참조할 수 있다.
상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높을 수 있다. 상기 제1 온도와 상기 제2 온도간의 차이는 10도씨 이상, 20도씨 이상, 30도씨 이상, 40도씨 이상, 50도씨 이상, 60 도씨 이상, 70 도씨 이상, 80도씨 이상, 90 도씨 이상, 또는 100 도씨 이상일 수 있다. 상기 제1 온도와 상기 제2 온도간의 차이는 200도씨 이하, 190도씨 이하, 180도씨 이하, 170 도씨 이하, 160 도씨 이하, 150 도씨 이하, 140 도씨 이하, 130 도씨 이하, 120 도씨 이하, 110도씨 이하, 100도씨 이하, 90도씨 이하, 80도씨 이하, 70 도씨 이하, 60 도씨 이하, 50 도씨 이하, 40 도씨 이하, 30 도씨 이하, 또는 20 도씨 이하일 수 있다.
상기 제1 온도는, 120도씨 이상, 200 도씨 이상, 210도씨 이상, 220 도씨 이상, 230 도씨 이상, 240 도씨 이상, 또는 250 도씨 이상일 수 있다. 상기 제1 온도는, 280 도씨 이하, 275도씨 이하, 270 도씨 이하, 265 도씨 이하, 260 도씨 이하, 255도씨 이하, 250도씨 이하, 240 도씨 이하, 230도씨 이하, 220도씨 이하, 210도씨 이하, 200 도씨 이하, 190 도씨 이하, 180도씨 이하, 170 도씨 이하, 160 도씨 이하, 또는 150도씨 이하일 수 있다.
상기 제2 온도는, 180도씨 이상, 245 도씨 이상, 250 도씨 이상, 255도씨 이상, 260 도씨 이상, 265도씨 이상, 270 도씨 이상, 275도씨 이상, 280도씨 이상, 285도씨 이상, 290 도씨 이상, 295도씨 이상, 300 도씨 이상, 305도씨 이상, 310도씨 이상, 315 도씨 이상, 320 도씨 이상, 330 도씨 이상, 335 도씨 이상, 340 도씨 이상, 또는 345 도씨 이상일 수 있다. 상기 제2 온도는, 380 도씨 이하, 375도씨 이하, 370 도씨 이하, 365 도씨 이하, 360 도씨 이하, 355도씨 이하, 350도씨 이하, 340 도씨 이하, 330도씨 이하, 320도씨 이하, 310도씨 이하, 300 도씨 이하, 290 도씨 이하, 280도씨 이하, 270 도씨 이하, 260 도씨 이하, 또는 250도씨 이하일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 시간은 10분 내지 3시간, 20분 내지 150분, 30분 내지 100분, 또는 이들의 조합의 범위일 수 있다. 상기 제1 시간은 전구체들의 종류, 반응온도, 최종 입자들에서의 소망하는 조성 등을 감안하여 선택할 수 있다. 일구현예에서, 상기 제2 반응 온도는 비교적 높은 온도 범위 내 (예컨대, 280도씨 이상, 285도씨 내지 340도씨, 또는 290 도씨 내지 330 도씨)이고, 상기 제1 시간은 10 분 이상, 15분 이상, 20분 이상, 또는 25분 이상 및 2시간 이하, 90분 이하, 80분 이하, 70분 이하, 60분 이하, 50분 이하, 45 분 이하, 40분 이하, 또는 35분 이하일 수 있다. 일구현예에서, 상기 제2 반응 온도는, 비교적 낮은 온도범위 내 (예를 들어, 290도씨 미만)이고 상기 제1 반응시간은 30분 이상, 35분 이상 40분 이상, 45 분 이상, 50분 이상, 55분 이상, 60분 이상, 65분 이상, 70분 이상, 75분 이상, 또는 80분 이상일 수 있다.
은 전구체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 은 전구체는, 은 분말, 알킬화 은 화합물, 은 알콕시드, 은 카르복실레이트, 은 아세틸아세토네이트, 은 나이트레이트, 은설페이트, 은 할로겐화물, 은 시아나이드, 은 히드록시드, 은 산화물, 은 퍼옥시드, 은 카아보네이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 은 전구체는, 실버나이트레이트, 실버 아세테이트, 실버아세틸아세토네이트, 실버 클로라이드, 실버 브로마이드, 실버 아이오다이드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
갈륨 전구체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 갈륨 전구체는, 갈륨 분말, 알킬화 갈륨 화합물, 갈륨 알콕시드, 갈륨 카르복실레이트, 갈륨 니트레이트, 갈륨 퍼콜레이트, 갈륨 설페이트, 갈륨아세틸아세토네이트, 갈륨 할로겐화물, 갈륨 시안화물, 갈륨 히드록시드, 갈륨 산화물 갈륨 퍼옥시드, 갈륨 카아보네이트, 갈륨 클로라이드, 갈륨 브로마이드, 갈륨 아이오다이드, 또는 이들의 조합일 수 있다. 갈륨 전구체는 갈륨 클로라이드, 갈륨 이오다이드, 갈륨 브로마이드, 갈륨 아세테이트, 갈륨 아세틸아세토네이트, 갈륨올리에이트, 갈륨 팔미테이트, 갈륨 스테아레이트, 갈륨미리스테이트, 갈륨 히드록시드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
인듐 전구체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 인듐 전구체는, 인듐 분말, 알킬화 인듐 화합물, 인듐 알콕시드, 인듐 카르복실레이트, 인듐 니트레이트, 인듐 퍼콜레이트, 인듐 설페이트, 인듐 아세틸아세토네이트, 인듐 할로겐화물, 인듐 시안화물, 인듐 히드록시드, 인듐 옥사이드, 인듐 퍼옥사이드, 인듐 카보네이트, 인듐 아세테이트, 또는 이들의 조합일 수 있다. 인듐 전구체는, 인듐 올리에이트, 인듐 미리스테이트 등 인듐 카르복실레이트, 인듐아세테이트, 인듐히드록시드, 인듐클로라이드, 인듐브로마이드, 인듐 아이오다이드를 포함할 수 있다.
황 전구체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 황 전구체는, 황의 유기용매 분산액 또는 반응생성물, (예를 들어, 설퍼-올레일 아민 (S-oleylamine), 설퍼-도데실아민 (S-dodecylamine), 설퍼-옥타데센 (S-ODE), 트리옥틸포스핀-설파이드 (S-TOP), 트리부틸포스핀-설파이드 (S-TBP), 트리페닐포스핀-설파이드(S-TPP), 설퍼-트리옥틸아민 (S-TOA), 트리메틸실릴알킬 설파이드, 비스(트리메틸실릴) 설파이드, 머캡토 프로필 실란, 황화 암모늄, 황화 나트륨, C1-30 티올 화합물 (예를 들어, α-toluenethiol, 옥탄티올, 도데칸티올, 옥타데센티올, 등), 이소티오시아네이트 화합물 (예컨대, 시클로헥실이소티오시아네이트 cyclohexyl isothiocyanate), 알킬렌트리티오카보네이트 (예컨대, ethylene trithiocarbonate), 알릴머캅탄 (allyl mercaptan), 티오우레이 화합물 (예를 들어, 티오우레아, 디알킬티오우레아, 페닐티오우레아), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
존재하는 경우 셀레늄 전구체는, 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP), 트리부틸포스핀 셀레나이드(Se-TBP), 트리페닐포스핀 셀레나이드(Se-TPP), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
아연 전구체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 아연 전구체는, Zn 금속 분말, 알킬화 Zn 화합물, Zn 알콕시드, Zn 카르복실레이트, Zn 니트레이트, Zn 퍼콜레이트, Zn 설페이트, Zn 아세틸아세토네이트, Zn 할로겐화물, Zn 시안화물, Zn 히드록시드, Zn 옥사이드, Zn 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 아연 전구체는, 디메틸아연, 디에틸아연, 아연아세테이트, 아연아세틸아세토네이트, 아연아이오다이드, 아연브로마이드, 아연클로라이드, 아연플루오라이드, 아연카보네이트, 아연시아나이드, 아연나이트레이트, 아연옥사이드, 아연퍼옥사이드, 아연퍼클로레이트, 아연설페이트, 등일 수 있다.
상기 유기 리간드는 RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, RH2PO, R2HPO, R3PO, RH2P, R2HP, R3P, ROH, RCOOR', RPO(OH)2, RHPOOH, R2POOH (여기서, R, R'는 각각 독립적으로 치환 또는 미치환의 C1 내지 C40 (또는 C3 내지 C24)의 지방족탄화수소 (e.g., 알킬기, 알케닐기 알키닐기), 또는 치환 또는 미치환의 C6 내지 C40 (또는 C6 내지 C24)의 방향족 탄화수소 (e.g., C6 내지 C20의 아릴기)), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유기 리간드는 제조된 양자점의 표면에 결합될 수 있다. 상기 유기 리간드는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 헵탄 티올, 옥탄 티올, 노난티올, 데칸티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올; 메틸 아민, 에틸 아민, 프로필 아민, 부틸 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산, 벤조산; 치환 또는 미치환 메틸 포스핀 (e.g., 트리메틸 포스핀, 메틸디페닐 포스핀 등), 치환 또는 미치환 에틸 포스핀(e.g., 트리에틸 포스핀, 에틸디페닐 포스핀 등), 치환 또는 미치환 프로필 포스핀, 치환 또는 미치환 부틸 포스핀, 치환 또는 미치환 펜틸 포스핀, 치환 또는 미치환 옥틸포스핀 (e.g., 트리옥틸포스핀(TOP)) 등의 포스핀; 치환 또는 미치환 메틸 포스핀 옥사이드(e.g., 트리메틸 포스핀 옥사이드, 메틸디페닐 포스핀옥사이드 등), 치환 또는 미치환 에틸 포스핀 옥사이드(e.g., 트리에틸 포스핀 옥사이드, 에틸디페닐 포스핀옥사이드 등), 치환 또는 미치환 프로필 포스핀 옥사이드, 치환 또는 미치환 부틸 포스핀 옥사이드, 치환 또는 미치환 옥틸포스핀옥사이드 (e.g., 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO) 등의 포스핀 옥사이드; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물, 또는 그의 옥사이드 화합물; 포스폰산(phosphonic acid), 헥실포스핀산, 옥틸포스핀산, 도데칸포스핀산, 테트라데칸포스핀산, 헥사데칸포스핀산, 옥타데칸포스핀산 등 C5 내지 C20의 알킬포스핀산, 또는 C5 내지 C20의 알킬 포스폰산(phosphonic acid); 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유기 리간드는, 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
상기 유기용매는, 아민용매, 피리딘 등의 질소함유 헤테로고리 화합물; 헥사데칸, 옥타데칸, 옥타데센, 스쿠알렌(squalane) 등의 C6 내지 C40의 지방족 탄화수소 (예컨대, 알칸, 알켄, 알킨 등); 페닐도데칸, 페닐테트라데칸, 페닐 헥사데칸 등 C6 내지 C30의 방향족 탄화수소; 트리옥틸포스핀 등의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 포스핀; 트리옥틸포스핀옥사이드 등의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 포스핀옥사이드; 페닐 에테르, 벤질 에테르 등 C12 내지 C22의 방향족 에테르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 아민 용매는 C1-50, C2-45, C3-40, C4-35, C5-30, C6-25, C7-20, C8-15, 또는 C6-22의 지방족 탄화수소기 (알킬기, 알케닐기, 또는 알키닐기)를 1개 이상 (예컨대, 2개 또는 3개) 가지는 화합물일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 아민 용매는, 헥사데실아민, 올레일아민 등의 C6-22의 1차 아민; 다이옥틸아민 등의 C6-22의 2차 아민; 트리옥틸아민 등의 C6-22의 3차 아민; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
반응매질 내에서 유기 리간드 및 각 전구체의 함량은, 용매의 종류 및, 유기 리간드 및 각 전구체의 종류, 소망하는 양자점의 크기와 조성 등을 감안하여 적절히 선택할 수 있다. 각 전구체들 간의 몰비는, 양자점 내 소망하는 몰 비, 각 전구체들 간의 반응성 등을 감안하여 적절히 선택할 수 있다. 각 전구체들의 부가 방식은 특별히 제한되지 않으며, 1 회 이상, 2 회 이상 내지 10 회 이하로 분할 주입될 수 있다. 각각의 전구체들은 동시에 또는 순차적으로 주입하여 반응을 수행할 수 있다. 반응은 불활성 기체 분위기 또는 공기 중 또는 진공 상태에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
반응 종료 후 최종 반응액에 비용매(nonsolvent)를 부가하면 (예를 들어, 상기 유기 리간드가 배위된) 나노입자들이 분리 (e.g. 침전)될 수 있다. 상기 비용매는, 상기 반응에 사용된 상기 용매와 섞이지만 나노 결정을 분산시킬 수 없는 극성 용매일 수 있다. 상기 비용매는, 상기 반응에 사용한 용매에 따라 결정할 수 있으며, 예컨대, 아세톤, 에탄올, 부탄올, 이소프로판올, 에탄다이올, 물, 테트라히드로퓨란(THF), 디메틸술폭시드(DMSO), 디에틸에테르(diethylether), 포름 알데하이드, 아세트 알데하이드, 상기 나열된 용매들과 유사한 용해도 파라미터(solubility parameter)를 갖는 용매, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 분리는, 원심 분리, 침전, 크로마토 그래피, 또는 증류를 이용할 수 있다. 분리된 양자점은 필요에 따라 세정 용매에 부가되어 세정될 수 있다. 세정 용매는 특별히 제한되지 않으며, 상기 유기 용매 또는 리간드와 유사한 용해도 파라미터를 갖는 용매를 사용할 수 있다. 비용매 또는 세정 용매는, 알코올; 헥산, 헵탄, 옥탄 등 알칸용매; 클로로포름; 톨루엔, 벤젠 등 방향족 용매; 또는 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제조된 양자점은 분산 용매에 분산될 수 있다. 상기 양자점은 유기용매 분산액을 형성할 수 있다. 상기 유기용매 분산액은 물 및/또는 물과 혼화 가능한 유기 용매를 포함하지 않을 수 있다. 분산 용매는 적절히 선택할 수 있다. 분산 용매는 전술한 유기용매를 포함할 수 있다. 분산 용매는, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C40 지방족 탄화수소, 치환 또는 미치환의 C6 내지 C40 방향족 탄화수소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점들의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 구형, 다면체, 피라미드형, 멀티포드, 또는 입방체(cubic)형, 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노시트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 양자점들은, 표면에 전술한 유기 리간드 및/또는 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드 및/또는 상기 유기 용매는 나노입자들 표면에 결합(bound)될 수 있다.
일 구현예에 따른 표시 패널은, 전술한 바와 같은 양자점을 이산화티탄 입자들과 함께 매트릭스에 분산시킨 양자점 복합체의 형태로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점 복합체는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산되어 있는 양자점들을 포함하는 복합체 형태로 상기 표시 패널 내의 색 변환 구역에 배치될 수 있다. 상기 양자점 복합체는 증가된 수준의 청색광 흡수율 (e.g., 향상된 여기광 흡수율)과 함께 향상된 광학적 물성 (예를 들어, 증가된 발광 효율 및 좁아진 반치폭)을 가지고 소망하는 파장의 광 (예컨대, 500 nm 내지 550 nm의 발광 피크 파장을 가지는 녹색광)을 방출할 수 있다. 상기 복합체는 시트 형태를 가질 수 있다. 상기 복합체는 패턴화된 필름의 형태일 수 있다.
상기 양자점 복합체는, 전술한 양자점을 매트릭스를 형성할 중합성 모노머, 유기용매, 폴리머, 말단에 적어도 1 개의 티올기를 가지는 티올 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 분산제에 분산시킨 양자점 조성물로부터 (예컨대, 중합 등을 통해 고체 상태로) 제조할 수 있다.
상기 양자점 조성물은, (예컨대, 복수개의) 전술한 양자점(들); 선택에 따라 모노머, 분산제, 또는 이들의 조합; 및 (유기)용매 및/또는 액체 비히클을 포함할 수 있다. 상기 분산제는 양자점을 분산시킬 수 있다. 상기 분산제는 카르복시산기 함유 화합물 (모노머 또는 고분자)를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 (광)중합성 단량체, 그리고 선택에 따라 (열 또는 광) 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 조성물은 감광성 조성물일 수 있다.
상기 조성물 내 양자점에 대한 상세 내용은 위에서 설명한 일 구현예에 따른 양자점과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 조성물 내 상기 양자점의 함량은, 일 구현예에 따른 표시 패널의 색변환층 내 색변환 구역에 배치되는 양자점 복합체의 형태에서, 그 안에 포함된 티탄 원소의 중량에 대한 은 원소의 중량 비율이 0.4 이상 및 15 이하이고, 티탄 원소의 중량에 대한 갈륨 원소의 중량 비율이 0.4 이상 및 20 이하가 되는 범위로 적절히 조절될 수 있다. 이를 위하여, 상기 조성물 (또는 복합체) 내 은 및 갈륨을 포함하고 발광 피크 파장이 500 nm 내지 550 nm 사이에 있으며 발광 피크의 반치폭이 10 nm 내지 50 nm 인 양자점의 함량은, 상기 조성물로부터 제조되는 양자점 복합체의 총 중량, 또는 상기 조성물 내 고형분의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 예컨대, 11 중량% 이상, 15 중량% 이상, 17 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 또는 37 중량% 이상일 수 있고, 상기 복합체의 총 중량 또는 상기 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 약 40 중량% 이하, 예컨대, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 15 중량% 이하, 14 중량% 이하, 13 중량% 이하, 12 중량% 이하, 또는 11 중량% 이하일 수 있다.
여기서, (예컨대, 양자점 조성물이 유기 용매를 함유하는 경우) 조성물 내에서 총 고형분을 기준으로 한 함량은, 양자점 복합체 내에서 해당 성분의 함량에 상응할 수 있다, 예컨대, 양자점 조성물이 (유기 용매를 포함하지 않는) 무용제 시스템인 경우, 조성물 내에서의 함량 범위는 복합체 내에서의 함량 범위에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 조성물에서, 분산제는, 양자점 및/또는 이산화티탄의 분산성을 확보하는 데에 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 분산제는, (예컨대, 카르복시산기를 함유한) 유기 화합물 (예컨대, 모노머 또는 고분자), 예를 들어 바인더 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 분산제 또는 바인더 폴리머는 절연성 폴리머일 수 있다.
상기 카르복시산기 함유 유기 화합물은, 카르복시산기 및 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 제1 모노머, 탄소-탄소 이중결합 및 소수성 잔기를 가지며 카르복시산기를 포함하지 않는 제2 모노머, 및 선택에 따라 탄소-탄소 이중결합을 가지고 친수성 잔기를 가지며 카르복시산기를 포함하지 않는 제3 모노머를 포함하는 모노머 조합 또는 이들의 공중합체;
주쇄 내에, 2개의 방향족 고리가 다른 고리형 잔기의 구성 원자인 4급 탄소원자와 결합한 골격 구조를 가지고, 카르복시산기(-COOH)를 포함하는 다중 방향족 고리(multiple aromatic ring) 함유 폴리머 (이하, 카도 바인더); 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 분산제는 전술한 제1 모노머, 제2 모노머, 및 선택에 따라 상기 제3 모노머를 포함할 수 있다.
상기 조성물에서 분산제 (또는 바인더 고분자)의 함량은, 조성물 또는 복합체의 총 중량 또는 총 고형분을 기준으로, 0.5 중량% 이상, 예컨대, 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 30 중량% 이상, 40 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 분산제 (또는 바인더 고분자)의 함량은, 조성물 또는 복합체의 총 중량 또는 총 고형분을 기준으로, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하, 40중량% 이하, 35 중량% 이하, 33 중량% 이하, 30 중량% 이하, 20 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하일 수 있다. 상기 분산제 (또는 바인더 고분자)의 함량은, 조성물 또는 복합체의 총 중량 또는 총 고형분을 기준으로, 0.5 중량% 내지 55 중량%일 수 있다.
상기 조성물은, 상기 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 중합성(예컨대, 광중합성) 모노머를 포함할 수 있다. 상기 모노머는, (예컨대, 광중합성) (메타)아크릴계 모노머를 포함할 수 있다. 상기 모노머는, 절연성 폴리머를 위한 전구체일 수 있다.
상기 모노머의 함량은, 조성물 또는 복합체의 총 중량 또는 총 고형분을 기준으로 0.5 중량% 이상, 예를 들어, 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상일 수 있다. 상기 광중합성 단량체의 함량은, 조성물 또는 복합체의 총 중량 또는 총 고형분을 기준으로, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 30 중량% 이하, 28 중량% 이하, 25 중량% 이하, 23 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하일 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 (광)개시제는, 전술한 모노머의 (광)중합을 위한 것이다. 상기 개시제는, 온화한 조건 하에 (예컨대, 열 또는 광에 의해) 라디칼 화학종을 생성하여 라디칼 반응 (예컨대, 모노머의 라디칼 중합)을 촉진할 수 있는 화합물이다. 상기 개시제는, 열 개시제 또는 광개시제일 수 있다. 개시제는 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다.
상기 조성물에서 개시제의 함량은 사용된 중합성 모노머의 종류 및 함량을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 개시제의 함량은, 조성물의 총 중량 (또는 고형분의 총 중량)을 기준으로 0.01 중량%이상, 예컨대, 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 및/또는 10 중량% 이하, 예컨대, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 조성물은 말단에 적어도 1개의 티올기를 가지는 (다중 또는 단관능성) 티올 화합물, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복합체 내 이산화티탄(TiO2) 입자들의 함량은 상기 복합체 의 총 중량 (또는 그의 고형분 중량)을 기준으로, 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량% 이하, 예를 들어, 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 2.0 중량% 이상, 2.5 중량% 이상, 3 중량% 이상, 3.5 중량% 이상, 4 중량% 이상, 4.5 중량% 이상, 5 중량% 이상, 5.5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 6.5 중량% 이상일 수 있고, 6.5 중량% 이하, 6 중량% 이하, 5.5 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1 중량% 이하, 또는 0.5 중량% 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 일 구현예에서는 기존의 InP 계열 양자점에 비해 청색광 흡수율이 더 높은 은과 갈륨을 포함하는 양자점을 이용한 양자점 복합체를 형성하며, 이 경우, 동일한 복합체 중량을 기준으로, 양자점의 청색광 흡수율이 더 높아짐에 따라, 산란체인 이산화티탄 입자들의 함량을 상대적으로 더 감소시킬 수 있다. 이로 인해 이산화티탄 입자 대비 포함할 수 있는 양자점의 함량도 더욱 증가할 수 있고, 그에 따른 양자점 복합체의 청색광 흡수율을 더욱 증가시킬 수도 있다. 따라서, 보다 높은 청색광 흡수율, 및 그로 인해 더욱 개선된 발광 물성을 가지는 표시 패널을 제조할 수 있다.
이산화티탄(TiO2) 입자들은 매트릭스 내에서 미립자 상태로 존재하며, 상기 미립자의 직경은 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 이산화티탄(TiO2) 입자의 평균 직경은 100 nm 이상, 예컨대 150 nm 이상 또는 200 nm 이상 및 1000 nm 이하, 또는 800 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하일 수 있다.
상기 (다중) 티올 화합물은, 디티올 화합물, 트리티올 화합물, 테트라티올 화합물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 티올 화합물은, 글리콜디-3-머켑토프로피오네이트, 글리콜디머캅토 아세테이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(2-머캅토아세테이트), 1,6-헥산디티올, 1,3-프로판디티올, 1,2-에탄디티올, 에틸렌글라이콜 반복 단위를 1 내지 10개 포함하는 폴리에틸렌글라이콜 디티올, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 (다중) 티올 화합물의 함량은, 조성물의 총 중량 (또는 고형분의 총 중량)을 기준으로, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 30 중량% 이하, 20 중량% 이하, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하일 수 있다. 상기 티올 화합물의 함량은, 조성물의 총 중량 (또는 고형분의 총 중량)을 기준으로, 0.1 중량% 이상, 예컨대, 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상일 수 있다.
상기 조성물은 유기 용매 (또는 액체 비히클, 이하 용매라 함)를 더 포함하거나, 또는 유기 용매를 포함하지 않을 수도 있다. 사용 가능한 용매의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 용매 또는 액체 비히클의 비제한적인 예는, 에틸 3-에톡시 프로피오네이트; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 에틸렌글리콜류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 글리콜에테르류; 에틸렌글리콜아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 등의 글리콜에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜 등의 프로필렌글리콜류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르 등의 프로필렌글리콜에테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜에테르아세테이트류; Ｎ－메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 디메틸설폭시드; 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 시클로헥사논 등의 케톤류; 솔벤트 나프타(solvent naphtha) 등의 석유류; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 유산에틸 등의 에스테르류; 테트라히드로퓨란, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르 등의 에테류, 클로로포름, C1 내지 C40의 지방족 탄화수소 (예컨대, 알칸, 알켄, 또는 알킨), 할로겐 (예컨대, 염소)치환된 C1 내지 C40의 지방족 탄화수소 (예컨대, 디클로로에탄, 트리클로로메탄 등), C6 내지 C40의 방향족 탄화수소 (예컨대, 톨루엔, 크실렌 등), 할로겐 (예컨대, 염소)치환된 C6 내지 C40의 방향족 탄화수소 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 유기 용매의 종류와 양은, 전술한 주요 성분 (즉, 양자점, 분산제, 중합성 단량체, 개시제, 존재하는 경우 티올 화합물,) 및 그 외 후술하는 첨가제의 종류 및 양을 고려하여 적절히 정한다. 상기 조성물은 소망하는 고형분 (비휘발성분) 함량을 제외한 나머지의 양으로 용매를 포함한다.
상기 조성물은 (예컨대, 잉크젯용 조성물은) 점도가 25도씨에서, 4 cPs 이상, 5 cPs 이상, 5.5 cPs 이상, 6.0 cPs 이상, 또는 7.0 cPs 이상일 수 있다. 상기 조성물은 점도가 25도씨에서 12 cPs 이하, 10 cPs 이하, 또는 9 cPs 이하일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 양자점 복합체는 동일한 중량을 기준으로, 기존의 InP 계열 양자점을 포함하는 양자점 복합체에 비해 보다 적은 양의 양자점 및/또는 이산화티탄 입자를 포함하더라도 보다 높은 청색광 흡수율을 나타낼 수 있으며, 이에 따라, 상기 잉크젯용 조성물의 점도를 낮추어 공정을 용이하게 할 수 있다.
잉크젯에 사용되는 경우, 상기 조성물은 실온에서 기판에 토출되고, 예컨대, 가열에 의해 양자점-폴리머 복합체 필름 또는 그 패턴을 형성할 수 있다. 상기 잉크 조성물은, 전술한 점도를 가지면서, 표면 장력이 23도씨에서 21 mN/m 이상, 22 mN/m 이상, 23 mN/m 이상, 24 mN/m 이상, 25 mN/m 이상, 26 mN/m 이상, 27 mN/m 이상, 28 mN/m 이상, 29 mN/m 이상, 30 mN/m 이상, 또는 31 mN/m 이상 및 40 mN/m 이하, 39 mN/m 이하, 38 mN/m 이하, 36 mN/m 이하, 35 mN/m 이하, 34 mN/m 이하, 33 mN/m 이하, 또는 32 mN/m 이하 일 수 있다. 상기 잉크 조성물은, 표면 장력이 31 mN/m 이하, 30 mN/m 이하, 29 mN/m 이하, 또는 28 mN/m 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조성물은, 예컨대, 포토레지스트용 조성물 또는 잉크 조성물에 포함되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는, 광확산제, 레벨링제, 커플링제 등을 포함할 수 있다. 구체적인 내용에 대하여는 예를 들어, US-2017-0052444-A1에 기재된 내용을 참고할 수 있다.
상기 조성물은, 전술한 양자점, 전술한 분산제, 및 용매를 포함한 양자점 분산액을 준비하는 단계; 및 상기 양자점 분산액에, 개시제; 중합성 단량체 (e.g., 아크릴계 모노머); 선택에 따라 티올 화합물; 이산화티탄(TiO2), 및 선택에 따라 전술한 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 전술한 각각의 성분들은 순차적으로 혹은 동시에 혼합될 수 있으며, 그 순서가 특별히 제한되지 않는다.
상기 조성물은 양자점 복합체 (예컨대, 양자점 폴리머 복합체)의 패턴을 제공하기 위해 사용 가능하다. 상기 조성물은 (예컨대, 라디칼) 중합에 의해 양자점-폴리머 복합체를 제공할 수 있다. 일 구현예에 따른 양자점 복합체를 제조하기 위한 조성물은, 포토리소그라피법에서 적용 가능한 양자점 함유 포토레지스트 조성물일 수 있다. 일 구현예에 따른 조성물은 인쇄법 (예컨대, 잉크젯 인쇄 등 액적 토출법)에 의해 패턴을 제공할 수 있는 잉크 조성물일 수 있다. 잉크 조성물의 경우, 용매를 포함하지 않는 무용매형 조성물을 사용할 수 있다.
상기 복합체 내에서 이산화티탄(TiO2) 입자들은 산란체 또는 광확산제로 작용하여, 여기광으로부터 흡수된 광이 양자점 복합체 내에 더 오래 머물며 양자점에 더 많이 흡수될 수 있도록 도와주는 역할을 할수 있다.
상기 (폴리머) 매트릭스는, 가교된 폴리머 및/또는 선형 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 가교된 폴리머는 티올렌 수지, 가교된 폴리(메타)아크릴레이트, 가교된 폴리우레탄, 가교된 에폭시 수지, 가교된 비닐 폴리머, 가교된 실리콘 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 선형 폴리머는 카르복시산 함유 반복단위를 포함할 수 있다.
상기 매트릭스는 전술한 분산제 (예컨대, 카르복시산기 함유 바인더 모노머 또는 고분자), 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상, 예컨대, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 또는 5개 이상 포함하는 중합성 단량체의 중합 생성물, 예컨대, 절연성 폴리머, 선택에 따라 상기 중합성 단량체와 말단에 적어도 1개, 예컨대 2개 이상의 티올기를 가지는 티올 화합물 간의 중합 생성물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 폴리머 매트릭스는, 가교된 폴리머, 선형 폴리머, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 가교된 폴리머는, 티올렌 수지, 가교된 폴리(메타)아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가교된 폴리머는 전술한 중합성 모노머, 및 선택에 따라 (다중) 티올 화합물의 중합 생성물일 수 있다. 양자점, 분산제, 중합성 단량체, (다중) 티올 화합물에 대한 기재는 전술한 바와 같다.
일 구현예에 따른 양자점 복합체는 후술하는 바와 같은 430 nm 내지 470 nm의 발광 피크를 갖는 청색광을 발광원으로 포함하는 발광 패널과 함께 표시 장치에 적용될 경우, 발광 피크 파장이 500 nm 내지 550 nm 사이에 존재하고, 발광 피크의 반치폭이 10 nm 내지 50 nm 이하이며, 상기 청색광의 흡수율이 85% 이상일 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 양자점 복합체는 표시 장치의 표시 패널 등에 유리하게 적용될 수 있다.
상기 표시 패널은 색변환 구역을 포함한 복수의 구역들을 포함하는 색변환 층을 포함하고, 상기 색변환 층 내 색변환 구역에 상기 양자점 복합체가 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 색변환 층은 상기 복수의 구역들을 정의하는 격벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표시 패널은 청색광을 발광하는 발광원, 녹색광을 발광하는 발광원, 또는 이 둘의 조합을 포함하는 발광 패널을 더 포함할 수 있고, 상기 색변환 층은 상기 발광 패널로부터 방출된 여기광의 발광 스펙트럼을 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 구역 내 색변환 구역에 상기 양자점 복합체를 포함하는 색변환 층은 상기 청색광을 흡수하여 500 nm 내지 550 nm의 발광 피크 파장을 가지는 녹색광으로 변환하여 방출할 수 있다. 이 때, 상기 양자점 복합체를 포함하는 색변환 층의 청색광 흡수율은 85% 이상, 예를 들어, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 또는 100%일 수 있다. 이와 같이 개선된 높은 청색광 흡수율에 의해, 상기 색변환층을 포함하는 표시패널의 발광특성은 더욱 개선될 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 패널을 포함하는 후술하는 표시 장치는 ITU-R Recommendation BT. 2020 (Rec. 2020) 기준 색재현율이 90% 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 색변환 층은 패턴화된 필름 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 색변환 층의 상기 색변환 구역은 상기 여기광의 조사에 의해 제1 광을 방출하도록 구성되는 1개 이상의 제1 색변환 구역 (이하, 제1 구획이라고도 함)을 포함하고, 상기 제1 색변환 구역은 상기 양자점 복합체를 포함할 수 있다. 상기 색변환 층은 양자점 복합체의 패턴화된 막일 수 있다.
상기 색변환 구역은, (예컨대, 여기광의 조사에 의해) 상기 제1 광과 다른 제2 광을 방출하도록 구성된 (예컨대, 1개 이상의) 제2 색변환 구역(이하, 제2 구획이라고도 함)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 색변환 구역은 600 nm 내지 650 nm 사이에 발광 피크 파장을 가지는 제2 광을 방출할 수 있고, 상기 제2 색변환 구역은 상기 제2 광을 방출하는 색변환 부재를 포함할 수 있다.
상기 색변환 부재 역시 매트릭스, 및 상기 매트릭스에 분산된 이산화티탄 입자들을 포함할 수 있고, 상기 색변환 부재에 포함되어 상기 제2 광을 방출하는 색변환 소재로서 양자점, 또는 양자점이 아닌 다른 형광체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 색변환 구역의 색변환 부재는 색변환 소재로서 양자점을 포함할 수 있고, 이 양자점은 제1 색변환 구역 내 양자점 복합체와 상이한 파장의 (예컨대, 상이한 색의) 광을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 색변환 부재에 포함되는 복수개의 양자점은 InP 계열의 적색 발광 양자점일 수 있다. InP 계열 양자점의 경우, 녹색 발광 양자점은 제한된 코어 크기로 인해 청색광 흡수율이 매우 낮음에 반해, 적색 발광 양자점은 보다 큰 코어 크기로 인해 비교적 우수한 청색광 흡수율을 가진다. 따라서, 일 실시예에 따른 표시 패널에서, 제2 색변환 구역 내에 배치되는 색 변환 부재에 포함되는 양자점은 기존의 InP 계열 양자점, 또는 다른 원소를 포함하는 양자점일 수도 있다.
또한, 상기 표시 패널의 복수의 구역들은 상기 발광 패널로부터 발광된 청색광, 녹색광, 또는 이들의 조합의 광을 그대로 투과시키는 투광 구역을 더 포함할 수 있다. 상기 투광 구역은 전술한 양자점 복합체 또는 색 변환 부재를 포함하지 않고, 투명 매트릭스 내에 이산화티탄 입자들만 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 표시 패널이 상기 제1 색변환 구역 외, 제1 색변환 구역이 발광하는 광의 발광 스펙트럼과 상이한 상기 제2 색변환 구역, 및/또는 상기 투광 구역을 더 포함할 경우, 상기 표시 패널 전체에 존재하는 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량 및 갈륨 원소의 원자량 비율 또한 특정 범위 내에 있을 경우, 상기 표시 패널은 현저히 증가된 청색광 흡수율, 및 그로 인해 현저히 개선된 발광 효율을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 패널 전체에서, 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 1 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율도 0.1 이상 및 1 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 패널 전체에서, 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 0.75 이하, 예를 들어, 0.15 이상 및 0.71 이하일 수 있고, 상기 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율도 0.15 이상 및 0.8 이하, 예를 들어, 0.19 이상 및 0.75 이하일 수 있다.
일 구현예에 따른 표시 패널 전체에서 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량의 비율, 및 티탄 원소의 원자량 대비 갈륨 원소의 원자량의 비율이 상기 범위 내에 있도록 하기 위해, 상기 제1 색변환 구역, 상기 제2 색변환 구역, 및 상기 투광 구역 내 이산화티탄의 함량을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 색변환 구역 내 색변환 부재의 총 중량을 기준으로, 이산화티탄 입자의 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%일 수 있다. 예를 들어, 제2 색변환 구역 내 색변환 부재의 총 중량을 기준으로, 이산화티탄 입자의 함량은 약 1 중량% 내지 약 6.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 6 중량%, 약 1 중량% 내지 약 5.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 5.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 4.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 4 중량%, 약 1 중량% 내지 약 4 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 3.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 약 1 중량% 내지 약 2.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 2.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 2 중량%일 수 있고, 이들 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 투광 구역 내 이산화티탄의 함량은 상기 투광 구역 내 투명 매트릭스와 이산화티탄 입자의 총 중량을 기준으로, 이산화티탄 입자들의 함량이 약 1 중량% 내지 약 10 중량%일 수 있다. 예를 들어, 투광 구역 내 투명 매트릭스와 이산화티탄 입자들의 총 중량을 기준으로, 이산화티탄 입자의 함량은 약 1 중량% 내지 약 9.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 9 중량%, 약 1 중량% 내지 약 8.5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 8 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 8 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 7.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 7 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 6.5 중량%, 약 1.5 중량% 내지 약 6 중량%, 약 2 중량% 내지 약 6 중량%, 약 2 중량% 내지 약 5.5 중량%, 약 2 중량% 내지 약 5 중량%, 약 2 중량% 내지 약 4.5 중량%, 약 2 중량% 내지 약 4 중량%일 수 있고, 이들 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
제1 색변환 구역 내 이산화티탄 입자들의 함량은 전술한 바와 같다.
일 구현예에 따른 표시 패널 내 각 원소의 함량 비율은, 예컨대, 표시 패널 내 각 색변환 구역, 예컨대, 제1 색변환 구역과 제2 색변환 구역, 및 투광 구역을 모두 포함하는 일정 면적, 실질적으로는 일정 체적의 고형분을 물리적으로 긁어내어 분말로 만들고, 이를 다양한 종류의 산, 예를 들어, 질산, 브롬산, 불산 등에 녹여 용액화한 후, 이에 대해 ICP 분석을 진행함으로써 측정할 수 있다. 이 때, 상기 용액에는 각 색변환 구역 및 투광 구역에 포함된 매트릭스를 구성하는 고분자, 상기 매트릭스 내에 양자점과 함께 분산된 이산화티탄 입자들, 및 그 외 다양한 성분들이 함께 검출될 수 있지만, 티탄 원소는 상기 이산화티탄 입자들로부터만 유래할 수 있고, 그 외 은과 갈륨 등의 원소는 상기 제1 색변환 구역, 또는 상기 제2 색변환 구역 또한 은과 갈륨을 포함하는 양자점을 포함할 경우, 상기 제2 색변환 구역에 존재하는 양자점으로부터만 유래할 수 있다. 이에 따라, 이산화티탄 입자로부터 유래하는 Ti 원소의 원자량 대비 양자점으로부터 유래하는 은과 갈륨 원소의 원자량의 비율을, 각각 표시 패널에 존재하는 다른 성분들의 존재와 무관하게 측정할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 표시 패널 내 티탄 원소의 원자량 대비 은과 갈륨 원소의 원자량의 비율을 각각 정량적으로 분석할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일 구현예에 따른 표시 패널은 티탄 원소의 원자량 대비 은과 갈륨 원소의 원자량의 비율이 각각 특정 범위 내에 존재함으로써, 상기 원소의 원자량 비울은 일 구현예에 따른 표시 패널의 고유한 특성일 수 있다.
일 구현예에 따른 표시 패널의 색변환 층 (또는 양자점 복합체의 패턴화된 막)은 포토레지스트 조성물을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 방법은, 기판 상에 상기 양자점 복합체를 제조하기 위한 조성물의 막(film)을 형성하는 단계 (S1); 선택에 따라 상기 막을 prebake 하는 단계 (S2); 상기 막의 선택된 영역을 (예컨대, 파장 400 nm 이하의) 광에 노출시키는 단계 (S3); 상기 노출된 필름을 알칼리 현상액으로 현상하여 양자점 폴리머 복합체의 패턴을 얻는 단계(S4)를 포함한다.
도 1을 참조하여 설명하면, 전술한 조성물을 기판 위에 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 적당한 방법을 사용하여, 소정의 두께로 도포하여 막을 형성한다. 형성된 막은 선택에 따라 프리베이크(PRB)를 거칠 수 있다. 프리베이크의 온도와 시간, 분위기 등 조건은 알려져 있으며 적절히 선택할 수 있다.
형성된 (또는 선택에 따라 프리베이크된) 막을 소정의 패턴을 가진 마스크 하에서 소정의 파장을 가진 광에 노출시킨다. 광의 파장 및 세기는 광 개시제의 종류와 함량, 양자점의 종류와 함량 등을 고려하여 선택할 수 있다.
노광된 필름을 알칼리 현상액으로 처리 (예컨대, 침지 또는 스프레이)하면 필름 중 미조사 부분이 용해되고 원하는 패턴을 얻는다. 얻어진 패턴은 필요에 따라 패턴의 내크랙성 및 내용제성 향상을 위해, 예컨대, 150도씨 내지 230도씨의 온도에서 소정의 시간 (예컨대 10분 이상, 또는 20분 이상) 포스트베이크(POB)할 수 있다.
색변환 패널 또는 양자점 복합체의 패턴화된 막이 복수개의 반복 구획들 (다시말해, 색변환 구역들)을 가지는 경우, 각 반복 구획의 형성을 위해 소망하는 발광 물성 (발광 피크 파장 등)을 가지는 양자점 (예컨대, 적색 발광 양자점, 녹색 양자점 또는 선택에 따라 청색 양자점)을 포함하는 복수개의 조성물을 제조하고, 각각의 조성물에 대하여 전술한 패턴 형성과정을 필요한 횟수 (예컨대, 2회 이상, 또는 3회 이상)로 반복하여 원하는 패턴의 양자점-폴리머 복합체를 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점-폴리머 복합체는, 2개 이상의 상이한 색 구획들 (예컨대, RGB 색 구획들)이 반복하는 패턴일 수 있다. 이러한 양자점-폴리머 복합체 패턴은 표시 소자에서 광발광형 컬러필터로 유리하게 사용될 수 있다.
색변환 패널 또는 양자점 복합체의 패턴화된 막은 잉크젯 방식으로 패턴을 형성하도록 구성된 잉크 조성물을 사용하여 제조될 수도 있다. 도 2를 참조하면, 이러한 방법은, 잉크 조성물을 제조하는 단계, (예를 들어, 전극 및 선택에 따라 뱅크 등에 의해 화소 영역이 패턴화되어 있는) 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 (또는 상기 화소 영역) 상에 잉크 조성물을 퇴적하여, 예컨대, 제1 양자점 층 (또는 제1 구역)을 형성하는 단계; 및 상기 기판 (또는 상기 화소 영역) 상에 잉크 조성물을 퇴적하여 예컨대, 제2 양자점 층 (또는 제2 구역)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 양자점 층의 형성과 제2 양자점 층의 형성은 동시에 또는 순차로 이루어질 수 있다.
잉크 조성물의 퇴적은, 예컨대, 잉크 저장소 및 1개 이상의 프린트 헤드를 가지는 잉크젯 또는 노즐 프린팅 시스템 등 적절한 액정 토출 장치를 사용하여 이루어질 수 있다. 퇴적된 잉크 조성물은 가열에 의해 용매의 제거 및 중합을 거쳐 제1 또는 제2 양자점층을 제공할 수 있다. 이러한 방법은 간단한 방식으로 짧은 시간에 고도로 정밀한 양자점-폴리머 복합체 필름 또는 패턴화된 막을 형성할 수 있다.
전술한 양자점 복합체(패턴)를 포함하는 표시 패널은 전자 장치(electronic device)에 포함될 수 있다. 이러한 장치는 표시 장치, 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 퀀텀닷 LED, 센서(sensor), 태양전지, 이미징 센서, 포토디텍터, 또는 액정 표시 소자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전술한 양자점 복합체를 포함하는 표시 패널은 전자 장치(electronic apparatus)에 포함될 수 있다. 이러한 전자 장치는 휴대 단말 장치, 모니터, 노트 PC, 텔레비전, 전광판, 카메라, 자동차 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전자 장치는 양자점을 포함하는 표시 장치(또는 발광소자)를 포함하는 휴대 단말 장치, 모니터, 노트 PC 또는 텔레비전일 수 있다. 전자 장치는 양자점을 포함하는 이미지 센서를 포함하는 카메라 또는 휴대 단말 장치일 수 있다. 전자 장치는 양자점을 포함하는 포토디텍터를 포함하는 카메라 또는 자동차일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 일 구현예에 따른 표시 패널에 대하여 더 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 표시 패널(1000)은 발광 패널(100), 색 변환층(200), 발광 패널(100)과 색 변환층(200) 사이에 위치하는 투광층(300), 그리고 발광 패널(100)과 색 변환층(200)를 결합하는 결합재(400)를 포함한다. 발광 패널(100)과 색 변환층(200)은 투광층(300)을 사이에 두고 서로 마주하고 있으며, 색 변환층(200)은 발광 패널(100)로부터 광이 방출되는 방향에 배치되어 있다. 결합재(400)는 발광 패널(100)과 색 변환층(200)의 테두리를 따라 배치되어 있으며, 예컨대 실링재일 수 있다.
상기 도 3과 도 4에서는 발광 패널(100)과 색 변환층(200) 사이에 투광층(300)이 존재하고, 발광 패널(100)과 색 변환층(200)의 테두리를 따라 결합재(400)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이들 투광층(300)과 결합재(400)는 생략될 수 있으며, 필수적으로 포함되어야 하는 것은 아니다. 즉, 상기 발광 패널(100)과 색 변환층(200)은 투광층(300)을 개재하지 않고 직접 결합되어 있어도 좋다.
도 5를 참조하면, 일 구현예에 따른 표시 패널(1000)은 화상을 표시하기 위한 표시 영역(1000D)과 표시 영역(1000D) 주변에 위치하며 결합재(400)가 배치되어 있는 비표시 영역(1000P)을 포함한다.
표시 영역(1000D)은 행(예컨대 x 방향) 및/또는 열(예컨대 y방향)을 따라 배열된 복수의 화소(PX)를 포함하고, 각 화소(PX)는 서로 다른 색을 표시하는 복수의 서브화소(PX1, PX2, PX3)를 포함한다. 여기서는 일 예로 3개의 서브화소(PX1, PX2, PX3)가 하나의 화소를 이루는 구성을 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 백색 서브화소와 같은 추가적인 서브화소를 더 포함할 수도 있고 동일한 색을 표시하는 서브화소가 1개 이상 더 포함될 수도 있다. 복수의 화소(PX)는, 예컨대 바이어 매트릭스(Bayer matrix), 펜타일 매트릭스(PenTile matrix) 및/또는 다이아몬드 매트릭스(diamond matrix) 등으로 배열될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
각 서브화소(PX1, PX2, PX3)는 삼원색(three primary color) 또는 삼원색의 조합의 색을 표시할 수 있으며, 예컨대 적색, 녹색, 청색 또는 이들의 조합의 색을 표시할 수 있다. 일 예로, 제1 서브화소(PX1)는 녹색을 표시할 수 있고 제2 서브화소(PX2)는 적색을 표시할 수 있고 제3 서브화소(PX3)는 청색을 표시할 수 있다.
도면에서는 모든 서브화소가 동일한 크기를 가지는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 서브화소 중 적어도 하나는 다른 서브화소보다 크거나 작을 수 있다. 도면에서는 모든 서브화소가 동일한 모양을 가지는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 서브화소 중 적어도 하나는 다른 서브화소와 다른 모양을 가질 수 있다.
도 6에 일구현예에 따른 소자 (또는 표시 패널)의 모식적 단면도를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 광원 (또는 발광 패널)은 청색광 및 선택에 따라 청색광 및 녹색광을 방출하는 유기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 유기 발광 다이오드는, 기판 위에 형성된 2 이상의 화소 전극, 이웃하는 화소 전극들 사이에 형성된 화소 정의막, 및 각각의 화소 전극 위에 형성된 유기발광층, 유기발광층 위에 형성된 공통 전극층을 포함할 수 있다. 유기 발광 다이오드 아래에는 박막 트랜지스터 및 기판이 배치될 수 있다. OLED의 화소 영역은 후술하는 제1, 2, 3 구획에 대응하여 배치될 수 있다.
상기 광원 상에는 양자점 복합체(예컨대, 녹색 양자점 복합체를 포함하는 제1 색변환 구역 및 적색 양자점 복합체를 포함하는 제2 색변환 구역)의 패턴 및 기판을 포함하는 적층 구조물이 배치될 수 있다. 광원으로부터 방출된 청색광은 제1 색변환 구역 및 제2 색변환 구역에 입사되어 각각 녹색 및 적색광을 방출한다. 광원으로부터 방출된 청색광 및/또는 녹색광은 제3 구역을 통과할 수 있다. 양자점 복합체층(R, G)과 기판 사이에는 선택에 따라 여기광을 차단하는 요소 (제1 광학필터 또는 여기광 차단층)가 배치될 수 있다. 여기광이 청색광 및 녹색광을 포함하는 경우, 제3 구획에는 녹색광 차단 필터가 추가될 수 있다. 제1 광학필터 또는 여기광 차단층에 대하여는 아래에서 더 상세히 설명한다.
이러한 소자는, 전술한 색변환 층, 및 예컨대, 청색광 및 선택에 따라 녹색광을 방출하는 LED 또는 OLED를 별도로 제조한 후 결합하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 상기 소자는, 상기 LED 또는 OLED 상에 양자점 복합체의 패턴을 직접 형성함에 의해 제조할 수도 있다.
기판은 절연 재료를 포함하는 기판일 수 있다. 상기 기판은, 유리; 폴리에티렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등과 같은 다양한 폴리머; 폴리실록산 (e.g. PDMS); Al2O3, ZnO 등의 무기 재료; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 기판의 두께는, 기판 재료 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 기판은 유연성일 수 있다. 상기 기판은 양자점으로부터 방출되는 광에 대하여 투과율이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상이 되도록 구성될 수 있다.
상기 기판 위에는 박막 트랜지스터 등을 포함하는 배선층이 형성되어 있다. 배선층에는 게이트선, 유지 전압선, 게이트 절연막, 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극, 반도체, 보호막 등을 더 포함될 수 있다. 배선층의 상세 구조는 구현예에 따라서 다양할 수 있다. 게이트선과 유지 전압선은 서로 전기적으로 분리되어 있으며, 데이터선은 게이트선 및 유지 전압선과 절연 교차하고 있다. 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 박막 트랜지스터의 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 구성한다. 드레인 전극은 후술하는 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있다.
화소 전극은 표시 장치의 전극 (예컨대 애노드)로 기능할 수 있다. 화소 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 화소 전극은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 등의 차광성을 갖는 물질로 형성될 수도 있다. 화소 전극은 전술한 투명한 도전 물질과 전술한 차광성을 갖는 물질이 순차 적층된 2층 구조를 가질 수도 있다.
이웃하는 두 화소 전극들 사이에는 화소 전극 말단과 오버랩(overlap)되어 상기 화소 전극을 화소(pixel) 단위로 구분하는 화소 정의층 (pixel define layer: PDL)이 형성될 수 있다. 상기 화소 정의층은 절연층으로서 상기 2 이상의 화소 전극을 전기적으로 차단시킬 수 있다.
상기 화소 정의층은 화소 전극 상부면 일부분만을 덮으며, 상기 화소 정의층에 의해 덮이지 않은 화소 전극의 나머지 부분은 개구부를 형성할 수 있다. 상기 개구부로 한정된 영역 위에 후술할 유기 발광층이 형성될 수 있다.
유기 발광층은 전술한 화소 전극과 화소 정의층에 의해 각각의 화소 영역으로 정의된다. 즉, 화소 정의층에 의해 구분된 하나의 화소 전극과 접촉하는 하나의 유기발광 단위층이 형성된 영역을 하나의 화소영역으로 정의할 수 있다. 일 구현예에 따른 표시 장치에서, 유기 발광층은 제1 화소 영역, 제2 화소영역, 및 제3 화소영역으로 정의될 수 있으며, 각각의 화소영역은 화소 정의층에 의해 소정 간격으로 이격되어 있다.
유기발광층은 가시광 영역에 속하거나, UV 영역에 속하는 제3광을 발광할 수 있다. 유기발광층의 제1 내지 제3 화소영역 각각이 모두 제3광을 발광하는 것일 수 있다. 일 구현예에서, 제3광은 가시광 영역의 광 중 높은 에너지를 갖는 광, 예를 들어 청색광 (및 선택에 따라 녹색광)을 포함할 수 있다. 유기 발광층의 각 화소영역 모두가 동일한 광을 발광하도록 설계할 경우, 유기발광층의 각 화소영역이 모두 동일 내지 유사한 물질로 형성되거나, 동일 내지 유사한 물성을 나타낼 수 있다. 따라서 유기발광층 형성 공정 난이도를 대폭 낮출 수 있는 바, 이와 같은 표시 장치를 대형화/대면적화 공정에도 용이하게 적용할 수 있다. 다만, 일 구현예에 따른 유기발광층이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 유기발광층이 서로 다른 2 이상의 광을 발광할 수 있도록 설정될 수도 있다.
유기 발광층은 각 화소 영역별로 유기발광 단위층을 포함하며, 각 유기발광 단위층은 발광층 외에도 부대층(예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 등)을 더 포함할 수 있다.
공통 전극은 표시 장치의 캐소드로 기능할 수 있다. 공통 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 공통 전극은 유기발광층 위에 일체로 형성될 수 있다.
평탄화층 또는 패시베이션층 (미도시) 이 상기 공통전극 위에 형성될 수 있다. 평탄화층은 공통 전극과의 전기 절연성을 확보하기 위해 (예컨대, 투명한) 절연성 소재를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 표시 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 아래에 배치되는 편광판, 그리고, 상기 적층 구조물과 상기 하부 기판의 사이에 개재된 액정층을 더 포함하고, 상기 적층 구조물은 상기 광발광층이 상기 액정층을 대면하도록 배치될 수 있다. 상기 표시 장치는, 상기 액정층과 상기 발광층 사이에 편광판을 더 포함할 수 있다. 상기 광원은 LED 및 선택에 따라 도광판을 더 포함할 수 있다.
비제한적인 일구현예에 따른 표시 장치 (예컨대, 액정 디스플레이 장치)를 도면을 참조하여 설명한다. 도 7은 비제한적 일구현예에 따른 액정 표시 소자의 모식적 단면도를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 일 구현예의 표시 소자는, 액정 패널 (200), 상기 액정 패널(200) 아래에 배치되는 편광판 (300) 및 상기 편광판 (300) 아래에 배치된 백라이트 유닛(BLU)을 포함한다.
상기 액정 패널 (200)은, 하부 기판 (210), 적층 구조물, 상기 적층 구조물 및 상기 하부 기판의 사이에 개재된 액정층(220)을 포함한다. 상기 적층 구조물은, 투명 기판(240) 및 양자점 폴리머 복합체의 패턴을 포함하는 자발광층 (230)을 포함한다.
어레이 기판이라고도 불리우는 하부 기판(210)은 투명한 절연 재료 기판일 수 있다. 기판에 대한 내용은 전술한 바와 같다. 하부 기판 (210) 상면에는 배선판(211)이 제공된다. 상기 배선판(211)은, 화소 영역을 정의하는 다수개의 게이트 배선 (미도시)과 데이터 배선 (미도시), 게이터 배선과 데이터 배선의 교차부에 인접하여 제공되는 박막 트랜지스터, 각 화소 영역을 위한 화소 전극을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 배선판의 구체적 내용은 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
상기 배선판 (211) 위에는 액정층(220)이 제공된다. 상기 액정층(220)은 그 내부에 포함된 액정 물질의 초기 배향을 위해, 상기 층의 위와 아래에, 배향막(221)을 포함할 수 있다. 액정 물질 및 배향막에 대한 구체적 내용 (예컨대, 액정 물질, 배향막 재료, 액정층 형성방법, 액정층의 두께 등)은 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
상기 하부 기판 아래에는 하부 편광판(300)이 제공된다. 편광판(300)의 재질 및 구조는 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 상기 편광판 (300) 아래에는 (예컨대, 청색광을 발하는) 백라이트 유닛이 제공된다. 액정층 (220) 과 투명 기판(240) 사이에 상부 광학소자 또는 편광판 (300)이 제공될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상부 편광판은 액정층 (220)과 광발광층 (230)사이에 배치될 수 있다. 편광판은 액정 디스플레이 소자에서 사용될 수 있는 임의의 편광자일 수 있다. 편광판은, 200 um 이하의 얇은 두께를 가진 TAC (triacetyl cellulose)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 구현예에서, 상부 광학소자는, 편광 기능 없는 굴절률 조절 코팅일 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 광원 (110)을 포함한다. 상기 광원은 청색광 또는 백색광을 방출할 수 있다. 상기 광원은 청색 LED, 백색 LED, 백색 OLED, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 백라이트 유닛은 도광판(120)을 더 포함할 수 있다. 일구현예에서, 상기 백라이트 유닛은 에지형일 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트 유닛은, 반사판(미도시), 상기 반사판 상에 제공되며 액정패널(200)에 면광원을 공급하기 위한 도광판(미도시), 및/또는 상기 도광판 상부에 위치하는 하나 이상의 광학 시트(미도시), 예컨대, 확산판, 프리즘 시트 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 백라이트 유닛은 도광판을 포함하지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 백라이트 유닛은 직하형(direct lighting)일 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트 유닛은, 반사판 (미도시)을 가지며 상기 반사판의 상부에 일정한 간격으로 배치된 다수의 형광 램프를 가지거나, 혹은 다수의 발광 다이오드가 배치된 LED 용 구동 기판을 구비하고, 그 위에 확산판 및 선택에 따라 하나 이상의 광학 시트를 가질 수 있다. 이러한 백라이트 유닛에 대한 상세 내용 (예컨대, 발광 다이오드, 형광 램프, 도광판과 각종 광학 시트, 반사판 등 각 부품들에 대한 상세 내용 등)은 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
상기 투명 기판(240)의 저면에는, 개구부를 포함하고 상기 하부 기판 상에 제공된 배선판의 게이트선, 데이터선, 및 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스(241)가 제공된다. 예를 들어, 블랙 매트릭스(241)는 격자 형상을 가질 수 있다. 상기 블랙 매트릭스 (241)의 개구부에, 제1광 (예컨대 적색광)을 방출하는 제1 구획(R), 제2광 (예컨대 녹색광)을 방출하는 제2 구획(G), 및 예컨대 청색광을 방출/투과시키는 제3 구획(B)을 포함하는 양자점-폴리머 복합체 패턴을가지는 자발광층 (230)이 제공된다. 원하는 경우, 상기 자발광층은, 하나 이상의 제4 구획을 더 포함할 수 있다. 제4 구획은, 제1-3 구획으로부터 방출되는 광과 다른 색 (예컨대, 청록색 (cyan), 자주색(magenta), 및 황색 (yellow))의 광을 방출하는 양자점을 포함할 수 있다.
상기 광발광층 (230)에서 패턴을 형성하는 구획들은 하부 기판에 형성된 화소 영역에 대응되어 반복할 수 있다. 상기 자발광 컬러필터층 위에는 투명 공통 전극(231)이 제공될 수 있다.
청색광을 투과/방출하는 제3 구획(B)은 광원의 발광스펙트럼을 변경하지 않는 투명 컬러 필터일 수 있다. 이 경우, 백라이트유닛으로부터 방출된 청색 광이 편광판 및 액정층을 거쳐 편광된 상태로 입사되어 그대로 방출될 수 있다. 필요한 경우, 상기 제3 구획은, 청색광을 방출하는 양자점을 포함할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 원하는 경우, 일 구현예의 표시 장치 또는 발광 소자는 여기광 차단층 또는 제1 광학 필터층 (이하, 제1 광학 필터층이라 함)을 더 가질 수 있다. 상기 제1 광학필터층은 상기 제1 구획 (R) 및 상기 제2 구획 (G)의 저면과 기판 (예컨대, 상부기판 240) 사이에 또는 기판의 상면에 배치될 수 있다. 상 기 제1 광학 필터층은, 청색을 표시하는 화소 영역(제3 구획)에 대응하는 부분에는 개구부를 가지는 시트일 수 있어서, 제1 및 제2 구획에 대응하는 부분에 형성되어 있을 수 있다. 즉, 제1 광학 필터층은 도 2a, 2b, 및 도 3에 도시된 바와 같이 제3 구획과 중첩되는 위치를 제외한 나머지 위치들에 일체로 형성되어 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 구획, 그리고 선택에 따라 제3 구획과 각각 중첩되는 위치에 2 이상의 제1 광학 필터층이 각각 이격 배치되어 있을 수도 있다. 광원이 녹색광 방출 요소를 포함하는 경우, 제3 구획 상에는 녹색광 차단층이 배치될 수 있다.
제1 광학 필터층은, 예컨대 가시광 영역 중 일부 파장 영역의 광을 차단시키고 나머지 파장 영역의 광을 투과시킬 수 있으며, 예컨대 청색광 (또는 녹색광)을 차단시키고 청색광 (또는 녹색광)을 제외한 광은 투과시킬 수 있다. 제1 광학 필터층은, 예컨대 녹색광, 적색광 및/또는 이들의 혼색광인 황색광은 투과시킬 수 있다. 제1 광학 필터층은 청색광을 투과시키고 녹색광을 차단할 수 있으며, 청색광 방출 픽셀 상에 배치될 수 있다.
제1 광학 필터층은 여기광을 실질적으로 차단하고 소망하는 파장 영역의 광을 투과할 수 있다. 제1 광학 필터층의 소망하는 파장 영역의 광에 대한 투과능은 약 70 % 이상, 80 % 이상, 90 % 이상, 심지어 100 % 일 수 있다.
적색광을 선택적으로 투과하는 제1 광학 필터층은 적색광 방출 구획과 중첩되는 위치에, 녹색광을 선택적으로 투과하는 제1 광학 필터층은 녹색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 각각 배치되어 있을 수 있다. 제1 광학 필터층은 청색광 및 적색광을 차단 (예컨대, 흡수)하고, 소정의 범위 (예컨대, 약 500 nm 이상, 약 510 nm 이상, 또는 약 515 nm 이상 및 약 550 nm 이하, 약 545 nm 이하, 약 540 nm 이하, 약 535 nm 이하, 약 530 nm 이하, 약 525 nm 이하, 또는 약 520 nm 이하)의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 영역, 및 청색광 및 녹색광을 차단 (예컨대, 흡수)하고, 소정의 범위 (예컨대, 약 600 nm 이상, 약 610 nm 이상, 또는 약 615 nm 이상 및 약 650 nm 이하, 약 645 nm 이하, 약 640 nm 이하, 약 635 nm 이하, 약 630 nm 이하, 약 625 nm 이하, 또는 약 620 nm 이하)의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광원이 청색 및 녹색 혼합광을 방출하는 경우, 제1 광학필터는, 청색광을 선택적으로 투과하고 녹색광을 차단하는 제3 영역을 더 포함할 수 있다.
제1 영역은 녹색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 제2 영역은 적색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 제3 영역은 청색광 방출 영역과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.
제1 영역, 제2 영역, 및 선택에 따라 제3 영역은 광학적으로 고립화되어 있을 수 있다. 이러한 제1 광학필터층은 표시 소자의 색 순도의 향상에 기여할 수 있다.
상기 표시 장치는 광발광층과 액정층 사이에 (예컨대, 광발광층과 상기 상부 편광자 사이에) 배치되고, 제3광(여기광)의 적어도 일부를 투과하고, 상기 제1 광 및/또는 제2 광의 적어도 일부를 반사시키는 제2 광학 필터층 (예컨대, 적색/녹색광 또는 황색광 리사이클층)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1광은 녹색광이고 상기 제2광은 적색광이며, 상기 제3광은 청색광일 수 있다. 제2 광학 필터층은 500 nm 이하의 파장 영역을 갖는 청색광 파장 영역의 제3광(B)만 투과시키고, 500 nm을 초과하는 파장 영역의 광, 즉, 녹색광(G), 황색광, 적색광(R) 등은 제2 광학 필터층(140)을 통과하지 못하고 반사되도록 할 수 있다. 반사된 녹색광, 적색광은 제1 및 제2 구획을 통과하여 표시 장치(10) 외부로 방출될 수 있다.
제2 광학 필터층 또는 제1 광학필터층은 비교적 평탄한 면을 갖는 일체의 층으로 형성될 수 있다.
제1 광학 필터층은 차단하고자 하는 파장의 광을 흡수하는 염료 및/또는 안료를 포함한 고분자 박막을 포함할 수 있다. 제2 광학 필터층 및 제1 광학필터층은 낮은 굴절률을 갖는 단일층을 포함할 수 있으며, 예컨대 굴절률이 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하인 투명 박막일 수 있다. 저굴절률을 갖는 제2 광학 필터층 또는 제1 광학필터층은 예를 들어 다공성 실리콘 산화물, 다공성 유기물, 다공성 유기/무기 복합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.
제1 광학 필터층 또는 제2 광학 필터층은 굴절률이 상이한 복수개의 층을 포함할 수 있다. 굴절률이 상이한 2층들은 교번적으로 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 고굴절률을 갖는 소재와 저굴절률을 갖는 소재를 교번적으로 적층하여 제1/2 광학필터층을 형성할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 각각 발광소자의 예를 보여주는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 발광소자(180)는 서로 마주하는 제1 전극(181)과 제2 전극(182); 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 위치하는 발광층(183); 그리고 선택적으로 제1 전극(181)과 발광층(183) 사이와 제2 전극(182)과 발광층(183) 사이에 위치하는 보조층(184, 185)을 포함한다.
제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 두께 방향(예컨대 z방향)을 따라 서로 마주하게 배치될 수 있으며, 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다. 제1 전극(181)은 투광 전극, 반투과 전극 또는 반사 전극일 수 있고, 제2 전극(182)은 투광 전극 또는 반투과 전극일 수 있다. 투광 전극 또는 반투과 전극은, 예컨대, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)과 같은 도전성 산화물 또는 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 마그네슘-은(Mg-Ag), 마그네슘-알루미늄(Mg-Al) 또는 이들의 조합을 포함한 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 반사 전극은 금속, 금속질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 이들의 합금, 이들의 질화물(예컨대 TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(183)은 제1 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 발광체를 포함할 수 있다. 제1 발광 스펙트럼은 가시광선 파장 스펙트럼 중 비교적 단파장 영역에 속할 수 있으며, 예컨대 청색 발광 스펙트럼일 수 있다. 청색 발광 스펙트럼의 최대발광파장은 약 400 나노미터(nm) 이상 500nm 미만의 파장 영역에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 410nm 내지 490nm, 약 420nm 내지 480nm, 또는 약 430nm 내지 470nm의 파장 영역에 속할 수 있다. 발광체는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
일 예로, 발광층(183)은 호스트 물질과 도펀트 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 발광층(183)은 인광 물질, 형광 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 예로, 발광체는 유기 발광체를 포함할 수 있으며, 유기 발광체는 저분자 화합물, 고분자 또는 이들의 조합일 수 있다. 발광체가 유기 발광체를 포함할 때, 발광소자(180)는 유기 발광 다이오드일 수 있다.
일 예로, 발광체는 무기 발광체를 포함할 수 있고, 무기 발광체는 무기 반도체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 발광체가 무기 발광체를 포함할 때, 발광소자(180)는 양자점 발광 다이오드, 페로브스카이트 발광 다이오드 또는 마이크로 발광 다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광체는 무기 발광체를 포함하고, 복수의 발광소자(180)는 각각 마이크로 발광 다이오드일 수 있다.
보조층(184, 185)은 각각 제1 전극(181)과 발광층(183) 사이 및 제2 전극(182)과 발광층(183) 사이에 위치할 수 있으며, 각각 전하의 주입 및/또는 이동성을 조절하기 위한 전하 보조층일 수 있다. 보조층(184, 185)은 각각 1층 또는 2층 이상일 수 있으며, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 차단층 또는 이들의 조합일 수 있다. 보조층(184, 185) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
각 서브화소(PX1, PX2, PX3)에 배치된 발광소자는 서로 같거나 다를 수 있다. 각 서브화소(PX1, PX2, PX3)에 배치된 발광소자는 서로 같은 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 각각 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 약 400nm 이상 500nm 미만, 약 410nm 내지 490nm, 약 420nm 내지 480nm, 또는 약 430nm 내지 약 470nm 파장 영역에 최대발광파장을 가진 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 각 서브화소(PX1, PX2, PX3)에 배치된 발광소자는 화소 정의 막(도시하지 않음)에 의해 분리되어 있을 수 있다.
도 9를 참조하면, 발광소자(180)는 텐덤(tandem) 구조의 발광소자일 수 있으며, 서로 마주하는 제1 전극(181)과 제2 전극(182); 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 위치하는 제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b); 제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b) 사이에 위치하는 전하 생성층(charge generation layer)(186), 그리고 선택적으로 제1 전극(181)과 제1 발광층(183a) 사이와 제2 전극(182)과 제2 발광층(183b) 사이에 위치하는 보조층(184, 185)을 포함한다.
제1 전극(181), 제2 전극(182) 및 보조층(184, 185)은 전술한 바와 같다.
제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b)은 서로 같거나 다른 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 각각 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 구체적인 설명은 전술한 발광층(183)과 같다.
전하 생성층(186)은 제1 발광층(183a) 및/또는 제2 발광층(183b)에 전하를 주입할 수 있으며, 제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b) 사이에서 전하 균형을 조절할 수 있다. 전하 생성층(186)은 예컨대 n형 층 및 p형 층을 포함할 수 있으며, 예컨대 n형 도펀트 및/또는 p형 도펀트가 포함된 전자 수송 물질 및/또는 정공 수송 물질을 포함할 수 있다. 전하 생성층(186)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
도 10을 참조하면, 발광소자(180)는 텐덤 구조의 발광소자일 수 있으며, 서로 마주하는 제1 전극(181)과 제2 전극(182); 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 위치하는 제1 발광층(183a), 제2 발광층(183b)과 제3 발광층(183c); 제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b) 사이에 위치하는 제1 전하 생성층(186a); 제2 발광층(183b)과 제3 발광층(183c) 사이에 위치하는 제2 전하 생성층(186b); 그리고 선택적으로 제1 전극(181)과 제1 발광층(183a) 사이와 제2 전극(182)과 제3 발광층(183c) 사이에 위치하는 보조층(184, 185)을 포함한다.
제1 전극(181), 제2 전극(182) 및 보조층(184, 185)은 전술한 바와 같다.
제1 발광층(183a), 제2 발광층(183b) 및 제3 발광층(183c)은 서로 같거나 다른 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 각각 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 구체적인 설명은 전술한 발광층(183)과 같다.
제1 전하 생성층(186a)은 제1 발광층(183a) 및/또는 제2 발광층(183b)에 전하를 주입할 수 있으며, 제1 발광층(183a)과 제2 발광층(183b) 사이에서 전하 균형을 조절할 수 있다. 제2 전하 생성층(186a)은 제2 발광층(183b) 및/또는 제3 발광층(183c)에 전하를 주입할 수 있으며, 제2 발광층(183b)과 제3 발광층(183c) 사이에서 전하 균형을 조절할 수 있다. 제1 및 제2 전하 생성층(186a, 186b)은 각각 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
도 11을 참조하면, 발광 소자(180)는 제1 전극(181), 제2 전극(182) 및 복수의 나노구조체(187)를 포함하는 발광층(183)을 포함한다.
제1 전극(181)과 제2 전극(182) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드일 수 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 복수의 나노구조체(187)의 배열 방향에 따라 패턴화된 전극일 수 있고, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)과 같은 도전성 산화물; 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 이들의 합금, 이들의 질화물(예컨대 TiN); 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(183)은 복수의 나노구조체(187)를 포함할 수 있으며, 각 서브화소(PX1, PX2, PX3)는 복수의 나노구조체(187)를 포함할 수 있다. 복수의 나노구조체(187)는 일 방향을 따라 배열되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 나노구조체(187)는 전류를 가하면 소정 파장의 광을 방출하는 화합물 반도체이며, 예컨대 나노로드(nanorod) 또는 나노니들(nanoneedle)과 같은 선형 나노구조체일 수 있다. 나노구조체(187)의 지름 또는 장경은 예컨대 수 내지 수백 나노미터일 수 있고 나노구조체(187)의 아스펙트 비(aspect ratio)는 약 1 초과, 약 1.5 이상, 약 2.0 이상, 약 3.0 이상, 약 4.0 이상, 약 4.5 이상, 약 5.0 이상, 약 1 초과 20 이하, 약 1.5 내지 20, 약 2.0 내지 20, 약 3.0 내지 20, 약 4.0 내지 20, 약 4.5 내지 20 또는 약 5.0 내지 20 또는 이들의 조합의 범위일 수 있다.
각 나노구조체(187)은 p형 영역(187p), n형 영역(187n) 및 다중양자우물(multiple quantum well) 영역(187i)을 포함할 수 있으며, 다중양자우물 영역(187i)에서 빛을 방출할 수 있다. 나노구조체(187)은 예컨대 질화갈륨(GaN), 인듐질화갈륨(InGaN), 알루미늄질화갈륨(AlGaN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
복수의 나노구조체(187)는 서로 동일하거나 상이한 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 일구현예에서, 제1 나노구조체(187a)는 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 약 400nm 이상 500nm 미만, 약 410nm 내지 490nm 또는 약 420nm 내지 480nm 파장 영역에 최대발광파장을 가진 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 발광소자(180)는 마이크로 발광 다이오드(이하, μLED라고도 함)일 수 있다. 이 경우, 인접한 발광소자 사이의 피치(pitch), 즉 인접하게 위치하는 2개의 발광소자를 기준으로 각 중심 사이의 거리가 약 100 마이크로미터 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 발광소자(180)로부터 방출되는 광의 중심 파장은 약 430nm 내지 약 470nm, 예를 들어, 약 440nm 내지 약 460nm일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
복수의 발광소자(180)는 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 동일한 색을 표시하는 서브화소에 존재하는 복수의 발광소자들끼리 전기적으로 서로 연결되어 있을 수 있다. 각각의 서브화소(PX1, PX2, PX3)에서 표시하는 색은 각각의 발광소자(180)로부터 방출되는 특정 발광 스펙트럼을 갖는 광을 각각의 발광소자(180) 위에 존재하는 각각의 색 변환층에서 다른 특정 발광 스펙트럼을 갖는 광으로 변환한다. 따라서, 각각의 발광소자(180)로부터 방출되는 광을 동일한 다른 특정 발광 스펙트럼을 갖는 광으로 변환하는 색 변환층들 아래 위치하는 복수의 발광소자들끼리 전기적으로 서로 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 발광소자(180)로부터 방출되는 청색광을 적색광으로 변환시키는 제2 색변환 구역 아래 위치하는 발광소자끼리 전기적으로 서로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 발광소자(180)로부터 방출되는 청색광을 녹색광으로 변환시키는 제1 색변환 구역 아래 위치하는 복수의 발광소자끼리 전기적으로 서로 연결되어 있을 수 있다. 나아가, 복수의 발광소자로부터 방출되는 청색광을 다른 파장의 광으로 변환시키지 않고 그대로 투과하는 투과 구역 아래 위치하는 발광소자끼리 전기적으로 서로 연결되어 있을 수 있다. 이러한 연결에 의하면, 동일 색상의 광을 방출하는 영역에 위치하는 발광소자들을 동시에 구동할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.
[실시예]
분석 방법
[1] UV-Vis 분광분석
Agilent Cary5000 스펙트로포토미터를 사용하여 UV 분광 분석을 수행하고 UV-Visible 흡수 스펙트럼을 얻는다.
[2] Photoluminescence 분석
Hitachi F-7000 스펙트로포토미터를 이용하여 여기 파장 450 nm에서 제조된 양자점의 광발광(photoluminescence: PL) 스펙트럼을 얻는다.
[3] ICP 분석
Shimadzu ICPS-8100를 사용하여 유도결합 플라즈마 원자 발광 분광분석(ICP-AES)을 수행한다.
[4] 복합체에 대한 청색광 흡수율
절대 양자효율 측정장비 (QE-2100, Otsuka)의 적분반구를 사용하여 파장 450 nm을 가지는 입사광의 광량(B)을 측정한다. 이어서, 양자점 복합체를 적분반구에 넣고, 입사광을 조사하여 복합체로부터 나온 제1광의 광량 (A) 및 상기 복합체를 통과한 입사광의 광량(B')을 측정한다.
측정된 값들로부터 아래의 식에 의해 입사광 흡수율을 구한다.
청색광 흡수율 (%) = [(B-B')/B] x 100 (%) [5] 투과전자현미경 분석
[5] 광학밀도 측정
크루드 양자점 10 μl를 990 μl 톨루엔에 희석한 후, 1 cm 광경로를 갖는 1 ml 큐벳에 넣고, UV-Vis absorption spectroscopy (Shimadzu UV-2600)를 이용하여 300 nm 내지 700 nm 영역의 파장별 광학 밀도를 측정한다.
합성예 1: 녹색 발광 AIGS 기반 양자점의 제조
(1) 올레일아민 내에 은 아세테이트를 용해시켜 0.06M의 은 전구체 함유 용액(이하, '은 전구체'라 함)를 준비한다. 올레일아민 내에 황을 분산시켜 1 M의 황 전구체 함유 용액(이하, '황 전구체'라 함)을 준비한다. 에탄올에 인듐 클로라이드를 용해시켜 1 M의 인듐 전구체 함유 용액(이하, '인듐 전구체'라 함)을 준비한다. 갈륨 클로라이드를 톨루엔에 용해시켜 4.5 M의 갈륨 전구체 함유 용액(이하, '갈륨 전구체'라 함)을 준비한다.
100 mL 반응 플라스크에서 갈륨 아세틸아세토네이트, 옥타데센 (ODE) 및 도데칸티올을 넣고 120℃에서 진공 하에 10 분간 가열한다. 상기 플라스크를 상온으로 식히고, 플라스크 내 기체를 질소로 치환한 다음, 상기 준비한 은 전구체, 황 전구체, 및 인듐 전구체를 플라스크에 넣고, 플라스크의 온도를 반응온도(210℃)로 올려 60 분 이내의 시간 동안 반응시킨다. 플라스크의 온도를 180℃까지 내리고, 트리옥틸포스핀(TOP)를 부가한 다음, 상온으로 식힌다. 얻어진 혼합물에 헥산 및 에탄올을 부가하여 침전을 촉진하고, 원심분리에 의해 침전물을 분리한다. 사용된 인듐 전구체, 갈륨 전구체, 황 전구체의 몰 비는 1:2.3:4.8 이고, 인듐 대비 은 전구체의 몰수는 0.5 내지 1.2 배 범위이다.
(2) 다시, 플라스크에 디메틸티오우레아(DMTU: Dimethylthiourea), 올레일아민, 및 도데칸티올을 넣고, 120℃에서 10 분간 진공 처리한다. N2로 상기 플라스크 안을 치환한 후, 240℃(제1 온도)로 가열한 다음, 상기 (1)에서 얻은 침전물과 상기 제조한 갈륨 전구체를 부가한다. 이어서, 반응기를 280℃(제2 온도)까지 가열하고, 30 분(제1 시간) 정도 반응시킨다. 반응액의 온도를 180℃로 만들어 트리옥틸포스핀을 부가한 다음, 상온으로 식힌다. 헥산 및 에탄올울 부가하여 생성된 나노 입자들을 침전시키고, 그로부터 얻어진 반도체 나노결정들을 원심분리에 의해 회수하고 톨루엔에 재분산한다. 사용된 갈륨 전구체 및 황 전구체의 몰 비는 1.1:1로 하였다.
(3) 이어서, 아연 클로라이드를 트리옥틸포스핀(TOP)에 용해시켜 0.5 M의 아연 전구체 함유 용액(이하, '아연 전구체'라 함)을 준비한다. 디메틸티오유레아(DMTU)를 올레일아민에 용해시켜 0.4 M의 황 전구체 함유 용액 (이하, '황 전구체'라 함)을 준비한다.
100 ml 플라스크에 올레일아민을 넣고, 120℃에서 10 분간 진공 처리한다. N2로 상기 반응 플라스크 안을 치환한 후, 200℃로 가열하고, 상기 (2)에서 제조한 반도체 나노결정을 주입한 후, 상기 제조한 아연 전구체 및 황 전구체를 연속적으로 10 분간 추가한다. 40 분간 추가 반응 후, 상기 반응액의 온도를 180℃로 만들어 트리옥틸포스핀을 부가한 다음, 상온으로 식힌다. 헥산 및 에탄올울 부가하여 생성된 나노 입자들을 침전시키고, 그로부터 얻어진 반도체 나노결정들을 원심 분리에 의해 회수하고 톨루엔에 재분산한다. 사용된 아연 전구체 및 황 전구체의 몰 비는 1.2:1 로 한다.
얻어진 반도체 나노결정들에 대해 ICP-AES 분석을 수행하고, 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 기재된 원소간 비율은 몰비를 나타낸다.
Ag/S In/S Ga/S Zn/S Zn/
(Ag+In+Ga+Zn)		 Ga/
(In+Ga)		 (In+Ga)/Ag S/
(Ag+In+Ga+Zn)
실시예 1 0.24 0.05 0.34 0.3 0.32 0.87 1.6 1.08
얻어진 반도체 나노결정들에 대해 광발광 분석을 수행하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 12에 나타낸다. 도 12의 결과로부터, 하기 식에 의해 정의되는 상대 밴드엣지 발광강도는 대략 60임을 확인한다.
상대 밴드엣지 발광 강도 = A1/A2
A1: 최대발광 피크의 강도
A2: 최대발광 피크 파장 + 80 nm 이상 및 120 nm 에서의 최대강도
발광피크파장(PWL)(nm) 반치폭(FWHM)(nm) 양자수율(QY)
실시예 1 527 31 80%
또한, 얻어진 반도체 나노결정들의 무게당 광학밀도(OD) 측정을 위해 UV-Vis absorption spectroscopy (Shimadzu UV-2600) 장치 내 1 cm 광경로를 갖는 큐벳(cuvette)에 상기 제조된 반도체 나노결정의 용액을 넣어 파장에 따른 OD를 측정한 후, 측정한 용액의 용매를 증발시킨 후의 무게를 측정하여 무게당 OD를 측정하였으며, 그 결과 OD는 1mg 당 1.48로 나타났다.
합성예 2: 녹색 발광 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 제조
(1) InP 코어의 합성
200 mL 반응 플라스크에서 인듐 아세테이트(indium acetate) 및 팔미트산(palmitic acid)을 1-옥타데센(octadecene)에 용해시키고, 진공 하에 120℃로 가열한다. 인듐과 팔미트산의 몰비는 약 1:3으로 한다. 1 시간 후, 반응기 내 분위기를 질소로 전환한다. 280℃로 가열한 후, 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine: TMS3P) 및 트리옥틸포스핀의 혼합 용액을 신속히 주입하고 20 분간 반응시킨다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 아세톤을 넣고, 원심분리하여 얻은 침전을 톨루엔에 다시 분산시킨다. TMS3P의 함량은 인듐 1몰 당 0.5 몰로 한다. 얻어진 InP 코어는 크기가 2 nm 정도이다.
(2) InP/ZnSe/ZnS 양자점의 제조
셀레늄을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 Se/TOP stock 용액을 준비하고, 황을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 S/TOP stock 용액을 준비한다.
200 mL 반응 플라스크에서 트리옥틸아민(trioctylamine)에 아연 아세테이트 (zinc acetate) 및 올레산(oleic acid)을 용해시키고, 120℃에서 10 분간 진공처리한다. N2로 상기 반응 플라스크 안을 치환한 후, 얻어진 용액의 온도를 320℃까지 올리면서, 상기에서 합성한 InP 코어의 톨루엔 분산액을 주입하고, 상기 제조한 Se/TOP stock 용액을 수회에 걸쳐 주입한다. 반응을 수행하여 코어 상에 ZnSe 쉘이 배치된 입자를 포함한 반응액을 얻는다. 총 반응 시간은 대략 100 분 정도이고, 인듐 1 몰에 대해 사용된 Se의 총 함량은 약 23 몰이다.
이어서, 상기 반응 온도에서, 상기 반응액에 상기 제조한 S/TOP stock 용액을 주입한다. 반응을 수행하여, 상기 ZnSe 쉘에 ZnS 쉘이 배치된 입자를 포함한 반응액을 얻는다. 총 반응 시간은 60 분이고, 인듐 1몰에 대하여 사용된 S의 총 함량은 대략 13 몰이다. 그 후, 상기 용액을 상온으로 냉각하고, 과량의 에탄올을 첨가하여 원심분리한 후 상층액은 버리고, 침전물을 건조하고 톨루엔에 분산시켜 InP/ZnSe/ZnS 양자점 용액을 얻는다.
합성예 3: 녹색 발광 InP/ZnSeS 양자점의 제조
(1) InP 코어의 합성
200 mL 반응 플라스크에서 인듐 아세테이트(indium acetate) 및 팔미트산(palmitic acid)을 1-옥타데센(octadecene)에 용해시키고, 진공 하에 120℃로 가열한다. 인듐과 팔미트산의 몰비는 약 1:3으로 한다. 1 시간 후, 반응기 내 분위기를 질소로 전환한다. 280℃로 가열한 후, 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine: TMS3P) 및 트리옥틸포스핀의 혼합 용액을 신속히 주입하고 20 분간 반응시킨다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 아세톤을 넣고, 원심분리하여 얻은 침전을 톨루엔에 다시 분산시킨다. TMS3P의 함량은 인듐 1몰 당 0.5 몰로 한다. 얻어진 InP 코어는 크기가 2 nm 정도이다.
(2) InP/ZnSeS 양자점의 제조
다음으로, 셀레늄을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 Se/TOP stock 용액을 준비하고, 황을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 S/TOP stock 용액을 준비한다.
200 mL 반응 플라스크에서 트리옥틸아민(trioctylamine)에 아연 아세테이트 (zinc acetate) 및 올레산(oleic acid)을 용해시키고, 120℃에서 10 분간 진공처리한다. N2로 상기 반응 플라스크 안을 치환한 후, 얻어진 용액의 온도를 280℃까지 올리면서, 상기 합성한 InP 코어의 톨루엔 분산액을 주입하고, 상기 제조한 Se/TOP stock 용액과 도데칸티올을 수회에 걸쳐 상기 반응 플라스크에 주입하면서 플라스크 온도를 280℃로 유지하여 반응을 수행하여, InP 코어 상에 ZnSeS 쉘이 배치된 입자를 포함한 반응액을 얻는다. 총 반응 시간은 대략 30 분 정도이고, 인듐 1 몰에 대해 사용된 Se의 총 함량은 5 몰이고, 도데칸티올(DDT)의 총 함량은 10 몰이다. 그 후, 상기 용액을 상온으로 냉각하고, 과량의 에탄올을 첨가하여 원심분리한 후 상층액은 버리고, 침전물을 건조하고 톨루엔에 분산시켜 InP/ZnSeS 양자점 용액을 얻는다.
합성예 4: 적색 발광 InP 기반 양자점의 제조
200 mL 반응 플라스크에서 인듐 아세테이트(indium acetate) 및 팔미트산(palmitic acid)을 1-옥타데센(octadecene)에 용해시키고, 진공 하에 120℃로 가열한다. 인듐과 팔미트산의 몰 비는 약 1:3으로 한다. 1 시간 후, 반응기 내 분위기를 질소로 전환한다. 280℃로 가열한 후, 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine: TMS3P) 및 트리옥틸포스핀의 혼합 용액을 신속히 주입하고 20 분간 반응시킨다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 아세톤을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 톨루엔에 다시 분산시킨다. TMS3P의 함량은 인듐 1몰 당 0.75 몰로 한다. 얻어진 InP 코어는 크기는 3.6 nm 정도이다.
다음으로, 셀레늄을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 Se/TOP stock 용액을 준비하고, 황을 트리옥틸포스핀에 분산시켜 S/TOP stock 용액을 준비한다.
200 mL 반응 플라스크에서 트리옥틸아민(trioctylamine)에 아연 아세테이트 (zinc acetate) 및 올레산(oleic acid)을 용해시키고, 120℃에서 10 분간 진공처리한다. N2로 상기 반응 플라스크 안을 치환한 후, 얻어진 용액의 온도를 320℃까지 올리면서, 상기 합성한 InP 코어의 톨루엔 분산액을 주입하고, 상기 제조한 Se/TOP stock 용액을 수회에 걸쳐 주입한다. 반응을 수행하여 InP 코어 상에 ZnSe 쉘이 배치된 입자를 포함한 반응액을 얻는다. 총 반응 시간은 대략 100 분 정도이고, 인듐 1 몰에 대해 사용된 Se의 총 함량은 약 7 몰이다.
이어서, 상기 반응 온도에서, 상기 반응액에 상기 제조한 S/TOP stock 용액을 주입한다. 반응을 수행하여, 상기 ZnSe 쉘에 ZnS 쉘이 배치된 입자를 포함한 반응액을 얻는다. 총 반응 시간은 60 분이고, 인듐 1몰에 대하여 사용된 S의 총 함량은 대략 5 몰이다. 그 후, 상기 용액을 상온으로 냉각하고, 과량의 에탄올을 첨가하여 원심분리한 후 상층액은 버리고, 침전물을 건조하여 톨루엔에 분산시켜 InP/ZnSe/ZnS 양자점 용액을 얻는다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3: 녹색 발광 양자점-폴리머 복합체의 제조 및 특성 분석
(1) 양자점-바인더 분산액의 제조
합성예 1 내지 3에서 제조된 양자점의 톨루엔 분산액을 원심분리하여 양자점을 분리한 후, 이들을 각각 클로로포름에 분산시킨 양자점 분산액을 제조한다. 이들 양자점 분산액을 바인더 (메타크릴산, 벤질 메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 및 스티렌의 4원 공중합체, 산가: 130 mg KOH/g, 분자량: 8000) 용액(30 wt%의 PGMEA (프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트))과 혼합하여 양자점-바인더 분산액을 제조한다.
(2) 감광성 조성물의 제조
상기 양자점 바인더 분산액에, 광중합성 단량체로서 하기 구조를 가지는 헥사아크릴레이트인 글리콜디-3-머캅토프로피오네이트 (이하, '2T'라 함), 개시제로서 옥심에스터 화합물, 광확산제로서 TiO2 나노입자, 및 용제인 PGMEA 를 혼합하여 조성물을 제조한다.
제조된 조성물은, 고형분의 총 중량을 기준으로, 하기 표 3에 기재한 함량의 양자점과 TiO2 입자들, 0.5 중량%의 상기 개시제, 25 중량%의 상기 2T, 및 나머지 상기 양자점-바인더 분산액에 포함된 바인더를 포함하고, 이러한 조성물의 총 고형분 함량(TSC: Total Solid Content)이 25 중량%가 되도록 제조한다.
(3) 녹색 발광 양자점-폴리머 복합체 막의 제조 및 특성 분석
상기 (2)에서 얻어진 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에 따른 감광성 조성물을 각각 유리 기판에 150 rpm 에서 5초간 스핀 코팅하여 필름을 얻는다. 얻어진 필름을 100℃에서 2 분간 프리베이크(PRB)한다. 프리베이크된 필름에 소정의 패턴 (예컨대, square dot 또는 스트라이프 패턴)을 가지는 마스크 하에서 광(파장: 365nm 세기: 100 mJ)을 1 초간 조사하고, 180℃에서 30 분간 post baking (POB)한다. 이후, 상기 막을 수산화칼륨 수용액(농도: 0.043 %)으로 50 초간 현상함으로써, 두께 약 10 μm의 패턴화된 녹색 발광 양자점-폴리머 복합체 막(예컨대, Green QD CF 막)을 얻는다.
얻어진 각각의 막에 대해 Hitachi F-7000 스펙트로미터를 이용하여 450 nm 여기 파장에 대한 발광 스펙트럼(photoluminescence: PL)을 측정하고, 그로부터 발광 피크 파장과 반치폭을 측정한다. 또한, Otsuka QE-2100 양자효율 측정시스템 (제조사: 오츠카전자)을 사용하여 상기 막의 청색광 흡수율을 측정한다. 측정된 결과를 표 3에 함께 나타낸다.
또한, 상기 제조된 녹색 발광 양자점-폴리머 복합체 막 내 각 원소의 함량을 측정하기 위해 상기 막을 질산, 브롬산, 또는 불산에 녹여 용액화한 후, ICP 분석을 진행한다. ICP 분석 결과 나타난 각 원소의 함량으로부터, 상기 복합체 막 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소 및 갈륨 원소 각각의 원자량의 비율을 계산하여 표 3에 함께 나타낸다.
양자점 함량
(중량%) 		TiO 2 입자 함량 (중량%) 녹색발광 양자점 복합체 막 내
원소간 원자량 (atomic number) 비율 		450nm 여기광에 대한
녹색발광 양자점 복합체
막(10 um )의 광학 특성
Ag/Ti Ga/Ti 피크 파장 반치폭 흡수율
실시예 1 20 4.8 1.1 1.6 536 nm 30 nm 96%
실시예 2 37 4.8 2.0 2.5 540 nm 31 nm 98%
실시예 3 41 4 2.5 3.4 542 nm 33 nm 100%
실시예 4 30 0.5 15 19 534 nm 30 nm 89%
실시예 5 10 6 0.42 0.56 535 nm 34 nm 92%
비교예 1 40 0.1 95 110 532 nm 30 nm 80%
비교예 2 41 4 0 0 536 nm 34 nm 85%
비교예 3 41 4 0 0 535 nm 39 nm 84%
상기 표 3으로부터, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 녹색 발광 양자점 복합체의 막은 그 안에 포함된 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량의 비가 0.4 이상 및 15 이하이고, 티탄 원소의 원자량 대비 갈륨 원소의 원자량의 비가 0.4 이상 및 20 이하이며, 이들 막의 청색광에 대한 흡수율은 최소 89%로 매우 높게 나타남을 알 수 있다. 또한, 이들 막의 450 nm 여기광에 대한 발광 피크의 파장은 모두 약 530 nm 내지 540 nm 사이에 있는 장파장의 녹색광을 발광하고, 이들 발광 피크의 반치폭도 모두 35 nm 미만으로, 우수한 발광 특성을 나타냄을 알 수 있다.
반면, 양자점 복합체 내 이산화티탄 입자의 함량이 0.1 중량%로 매우 낮은 비교예 1에 따른 복합체 막의 경우, 상기 복합체로부터 제조된 막 내 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량의 비가 95로 매우 높고, 또한 티탄 원소의 원자량 대비 갈륨 원소의 원자량의 비도 110으로 매우 높으며, 이 경우, 상기 복합체 막은 532 nm의 발광 피크 파장을 나타냄으로써 녹색 광을 발광하고 이의 반치폭 또한 30 nm로 매우 낮지만, 청색광에 대한 흡수율이 80%로, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 양자점 복합체 막 대비 현저히 낮은 흡수율을 가짐을 알 수 있다.
또한, AIGS 계열 양자점이 아닌, 기존의 InP계열 양자점을 사용하여 녹색 발광 양자점 복합체 막을 제조한 비교예 2와 비교예 3의 경우, 각각의 복합체가 실시예 3에서와 동일한 양자점 함량 (41 중량%) 및 이산화티탄 함량 (4 중량%)을 가짐에도 불구하고, 이들 InP 계열 양자점을 포함하는 복합체는 은과 갈륨을 포함하지 않고, 따라서, 상기 복합체 내 티탄 원소의 원자량 대비 은 원소 및 갈륨 원소의 원자량의 비율이 특정 비율에 속하지 않음에 따라, 청색광에 대한 흡수율이 각각 85% 및 84%로, 실시예 1 내지 실시예 5 대비 매우 낮은 수준을 나타낸다. 청색광 흡수율이 85% 이하인 양자점 복합체 막의 경우, 이를 포함하는 표시패널의 발광 물성은 너무 열악하므로, 실질적으로 제품에 적용하기 어렵다. 이들 비교예 2와 비교예 3의 복합체 막도 450 nm 여기광에 대한 발광 피크 파장이 각각 536 nm 및 535 nm로 녹색광을 발광하며, 반치폭은 각각 34 nm와 39 nm이며, 비교예 3의 복합체 막의 발광 특성이 비교예 2의 복합체 막보다 좋지 않음을 알 수 있다.
제조예: 표시 패널의 제조
(1) 적색 발광 양자점-폴리머 복합체의 제조
녹색발광 구역, 적색발광 구역, 및 청색발광 구역을 모두 포함하는 표시 패널의 색변환층을 제조하기 위해, 합성예 4에서 제조된 적색 발광 양자점을 이용하여 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서와 동일한 방법으로 적색 발광 양자점-폴리머 복합체를 제조한다. 즉, 적색 발광 양자점은, 양자점으로서 합성예 4에서 제조된 InP 계열 적색 발광 양자점을 사용하고, 양자점-복합체 내 고형분 중량을 기준으로, 양자점의 함량이 약 36 중량%이고, 이산화티탄 입자의 함량이 4 중량%인 점을 제외하면, 나머지는 모두 동일한 방식으로 적색발광 양자점-폴리머 복합체를 제조하기 위한 감광성 수지 조성물을 제조한다. 이와 같이 제조된 적색 발광 양자점-폴리머 복합체 제조용 조성물을, 하기 기재한 바에 따라, 표시 패널의 적색 발광 화소에 대응하는 위치에 배치하여 경화함으로써, 적색 발광 양자점-폴리머 복합체를 포함하는 표시 패널을 제조할 수 있다.
(2) 투광 구역용 투명 매트릭스의 제조
표시 패널에서 여기광인 청색광을 그대로 투과시키는 투광 구역을 형성하기 위하여, 양자점을 포함하지 않고 이산화티탄 입자만 포함하는 투명 매트릭스 조성물을 제조한다. 상기 투명 매트릭스 조성물은, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 양자점-폴리머 복합체 제조와 동일하나, 양자점을 포함하지 않고, 이산화티탄 입자만 전체 고형분 중량을 기준으로 5 중량% 포함하여 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 투광 구역을 하기 기재한 바에 따라, 표시 패널의 투광 구역에 대응하는 위치에 배치하여 경화함으로써, 투광 구역을 포함하는 표시 패널을 제조할 수 있다.
(3) 녹색발광 구역, 적색발광 구역, 및 청색발광 구역(투광구역)을 포함하는 색변환층의 제조
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 각각 제조된 녹색발광 양자점-폴리머 복합체의 조성물을, 각각 상기에서 제조된 적색발광 양자점-폴리머 복합체의 조성물, 및 투광 구역을 형성하는 투명 매트릭스 조성물과 함께 각각의 색 변환층 내 녹색 화소 및 적색 화소에 대응하는 위치에 적용하여 표시 패널을 제조하였다. 이 때 각 표시 패널에서 녹색 화소, 적색 화소, 및 투광 구역의 면적비는 모두 동일하게 하였다. 이와 같이 제조한 각각의 표시 패널에서, 표시 패널 전체에 포함된 티탄 원소의 원자량 대비 은과 갈륨 원소 각각의 원자량의 비를 계산하여 하기 표 4에 기재하였다.
양자점 함량
(중량%) 		TiO 2 입자 함량 (중량%) 녹색발광 화소, 적색발광 화소, 및 청색발광 화소를 포함하는 표시패널의 색변환층 내 원자량 비율 (at.%)
Ag/Ti Ga/Ti
실시예 1 20 4.8 0.31 0.33
실시예 2 37 4.8 0.59 0.54
실시예 3 41 4 0.71 0.75
실시예 4 30 0.5 0.64 0.81
실시예 5 10 6 0.15 0.19
비교예 1 40 0.1 0.78 0.95
비교예 2 41 4 0 0
비교예 3 41 4 0 0
상기 표 4로부터, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 표시 패널 내 Ti 원소의 원자량 대비 Ag 원소의 원자량의 비율은 모두 0.1 이상 및 1 이하이고, Ti 원소의 원자량 대비 Ga 원소의 원자량의 비율도 모두 0.1 이상 및 1 이하이다.
반면, 녹색 발광 양자점-복합체 내 티탄 원소의 함량이 0.1 중량%로 낮은 비교예 1의 경우, 적색 발광 양자점-복합체 및 투광 구역을 형성하는 투명 매트릭스 내 이산화티탄 입자의 함량이 실시예 1 내지 실시예 5에서와 동일함에도 불구하고, 상기 표시 패널 내 Ti 원소의 원자량 대비 Ag 원소의 원자량의 비율은 1 미만이고, Ti 원소의 원자량 대비 Ga 원소의 원자량의 비율 또한 1 미만으로 매우 낮게 나타남을 알 수 있다.
또한, 녹색 발광 양자점이 Ag와 Ga을 포함하지 않는 InP 계열의 양자점을 사용한 경우, 표시 패널 전체에서 Ag와 Ga는 존재하지 않으므로, 표시 패널 전체에서 Ti 원소의 원자량 대비 은 원소의 원자량 및 갈륨 원소의 원자량의 비율 역시 모두 0으로 나타난다.
이들 비교예 1 내지 3에 따른 표시패널은 표 3에 기재한 바와 같이, 녹색 발광 색변환 구역의 청색광 흡수율이 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 표시패널 대비 낮게 나옴에 따라, 동일한 적색 발광 양자점을 사용한 적색발광 색변환 구역 및 동일한 매트릭스 물질로 이루어진 투광 구역을 갖더라도, 표시패널 전체를 통한 청색광 흡수율이 낮아지고, 그에 따른 표시패널의 발광 물성도 낮아질 것임을 알 수 있다.
이상 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 매트릭스, 및 매트릭스에 분산된 복수개의 양자점과 이산화티탄(TiO2) 입자들을 포함하는 양자점 복합체를 포함하는 표시 패널로서,
    상기 복수개의 양자점은 은과 갈륨을 포함하고,
    상기 양자점의 발광 피크 파장은 500 nm 내지 550 nm 사이에 있고, 상기 발광 피크의 반치폭은 10 nm 이상 및 50 nm 이하이며,
    상기 양자점 복합체 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 및 15 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량 비율은 0.4 이상 20 이하인,
    표시 패널.
  2. 제1항에서, 상기 양자점 복합체의 총 중량을 기준으로 상기 양자점의 함량은 약 10 중량% 내지 약 40 중량%이고, 상기 이산화티탄 입자들의 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량%인, 표시 패널.
  3. 제1항에서, 상기 양자점은 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함하는, 표시 패널.
  4. 제1항에서, 상기 양자점은 은, 갈륨, 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연과 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하는, 표시 패널.
  5. 제4항에서, 상기 양자점의 코어는 은, 갈륨, 황, 및 인듐을 포함하는 반도체 나노결정과, 은, 갈륨, 및 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는, 표시 패널.
  6. 제1항에서, 상기 양자점은 1 mg 당 450 nm 파장에 대한 광학밀도(Optical Density)가 0.8 내지 1.8인, 표시 패널.
  7. 제1항에서, 상기 매트릭스는 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 중합성 모노머, 유기 용매, 폴리머, 말단에 적어도 1개의 티올기를 가지는 티올 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 표시 패널.
  8. 색변환 구역을 포함한 복수의 구역들을 포함하는 색변환 층을 포함하고,
    상기 색변환 구역은 은과 갈륨을 포함하는 양자점, 및 이산화티탄 입자들을 포함하는 제1 색변환 구역과, 인듐과 인을 포함하는 양자점, 및 이산화티탄 입자들을 포함하는 제2 색변환 구역을 포함하고,
    상기 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 1 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 1 이하인,
    표시 패널.
  9. 제8항에서, 상기 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.1 이상 및 0.75 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.15 이상 및 0.8 이하인 표시 패널.
  10. 제8항에서, 상기 색변환층 내 티탄 원소의 원자량에 대한 은 원소의 원자량의 비율은 0.15 이상 및 0.71 이하이고, 티탄 원소의 원자량에 대한 갈륨 원소의 원자량의 비율은 0.19 이상 및 0.75 이하인 표시 패널.
  11. 제8항에서, 상기 제1 색변환 구역은 500 nm 내지 550 nm의 발광 피크 파장을 가지고, 상기 제2 색변환 구역은 600 nm 내지 650 nm의 발광 피크 파장을 가지는 표시 패널.
  12. 제8항에서, 상기 제1 색변환 구역과 상기 제2 색변환 구역은 각각 상기 양자점과 상기 이산화티탄 입자들을 폴리머 매트릭스에 분산시킨 복합체 형태로 포함하고,
    상기 제1 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제1 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 약 7 중량% 이고,
    상기 제2 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제2 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%인, 표시 패널.
  13. 제12항에서, 상기 제1 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제1 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 이고,
    상기 제2 색변환 구역 내 상기 이산화티탄 입자의 함량은 상기 제2 색변환 구역 내 상기 복합체의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 7 중량%인, 표시 패널.
  14. 제8항에서, 상기 색변환 층의 복수의 구역들은 투명 매트릭스, 및 상기 투명 매트릭스 내에 분산된 이산화티탄 입자들을 포함하는 투광 구역을 더 포함하는 표시 패널.
  15. 제14항에서, 상기 투광 구역 내 상기 투명 매트릭스와 상기 이산화티탄 입자들의 총 중량을 기준으로 상기 이산화티탄 입자들의 함량은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%인 표시 패널.
  16. 제8항에서, 상기 제1 색변환 구역에 포함되는 양자점은 은, 갈륨, 황, 및 선택적으로 인듐을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연과 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하고,
    상기 제2 색변환 구역에 포함되는 양자점은 인듐과 인, 및 선택적으로 아연을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 코어와, 상기 코어 위에 배치되며 아연, 및 황과 셀레늄 중 하나 이상을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하는, 표시 패널.
  17. 제8항에서, 청색광을 발광하는 발광원, 녹색광을 발광하는 발광원, 또는 이 둘의 조합을 포함하는 발광 패널을 더 포함하는 표시 패널.
  18. 제17항에서, 상기 발광원은 유기발광다이오드, 마이크로 LED, 미니 LED, 나노로드 포함 LED, 또는 이들의 조합을 포함하는 표시 패널.
  19. 제17항에서, 상기 발광 패널은 청색광을 발광하는 발광원을 포함하고, 상기 청색광에 대한 상기 색변환 구역의 흡수율은 85% 이상인 표시 패널.
  20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 표시 패널을 포함하는 전자 장치.
KR1020220037616A 2022-03-25 2022-03-25 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치 KR20230139237A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220037616A KR20230139237A (ko) 2022-03-25 2022-03-25 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치
US18/189,259 US20230303921A1 (en) 2022-03-25 2023-03-24 Display panel, and electronic device including same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220037616A KR20230139237A (ko) 2022-03-25 2022-03-25 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230139237A true KR20230139237A (ko) 2023-10-05

Family

ID=88095350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220037616A KR20230139237A (ko) 2022-03-25 2022-03-25 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230303921A1 (ko)
KR (1) KR20230139237A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230303921A1 (en) 2023-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102599404B1 (ko) 양자점, 이를 포함한 조성물 또는 복합체, 그리고 이를 포함한 전자 소자
EP3660124B1 (en) Quantum dots, a composition or composite including the same, and an electronic device including the same
US20200407635A1 (en) Cadmium free quantum dots, and composite and display device including the same
KR102601649B1 (ko) 양자점, 그 제조 방법, 이를 포함한 복합체 및 전자 소자
KR102659274B1 (ko) 양자점, 이를 포함한 조성물 또는 복합체, 그리고 이를 포함한 전자 소자
KR20210129757A (ko) 비카드뮴 양자점, 이를 포함하는 양자점-폴리머 복합체, 및 이를 포함하는 전자 소자
EP3753996A1 (en) Quantum dots, a composition or composite including the same, and an electronic device including the same
KR20210056275A (ko) 양자점, 복합체, 및 이를 포함하는 표시소자
US20220246804A1 (en) Quantum dot, and a composite and an electronic device including the same
US11697764B2 (en) Quantum dots, and composite and display device including the same
KR20210049702A (ko) 코어쉘 양자점 및 이를 포함한 전자 소자
US20230105598A1 (en) Quantum dot, composition including quantum dot, quantum dot composite, display panel, and electronic device including same
KR102664441B1 (ko) 양자점 복합체 및 이를 포함하는 전자소자
KR20230044654A (ko) 양자점을 포함하는 나노구조체, 나노구조체를 포함하는 복합체, 표시 패널, 및 전자 장치
KR20230139237A (ko) 표시 패널, 및 상기 표시 패널을 포함하는 전자 장치
EP4245821A1 (en) Color conversion panel including luminescent nanoparticles, nanoparticles, and electronic device including the same
EP4245825A1 (en) Semiconductor nanoparticle, color conversion panel including the same, and electronic device including the same
US20230295491A1 (en) Semiconductor nanoparticle, and color conversion panel and electronic device including the same
KR20230015295A (ko) 양자점, 양자점 복합체, 표시 패널, 및 전자 장치
US20220285446A1 (en) Display panel and electronic device including the same
US20220285445A1 (en) Display panel and electronic device including the same
KR20220125630A (ko) 발광성 나노구조체, 및 이를 포함하는 색변환패널과 전자소자
KR20220125632A (ko) 발광성 나노구조체, 및 이를 포함하는 색변환패널과 전자소자
KR20240072951A (ko) 잉크 조성물 및 그 제조방법과 이로부터 제조되는 복합체 및 전자소자
KR20220125631A (ko) 발광성 나노구조체, 및 이를 포함하는 색변환패널과 전자소자

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal