KR20240037170A - 전계 발광 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

전계 발광 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR20240037170A
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이일영
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Abstract

전계 발광 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 상기 전계 발광 소자는, 투명 전극의 제1면에 배치된 제1 전자 보조층, 제1 발광층 및 제1 전극; 그리고 투명 전극의 제2면에 배치된 제2 전자 보조층, 제2 발광층 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전자 보조층과 제2 전자 보조층은 각각 복수개의 아연 산화물 나노 입자들을 포함하고, 상기 투명 전극의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층의 두께(t1)의 비(t1/t0) 및 투명 전극의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층의 두께(t2)의 비(t1/t0)는 각각 약 0.15 내지 약 4의 범위에 있고, 상기 제1 발광층과 제2 발광층은 각각 복수개의 반도체 나노 입자들을 포함한다.

Description

전계 발광 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시 장치{ELECTROLUMINESCENT DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
전계 발광 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
나노 규모의 크기를 가지는 반도체 입자(예컨대, 반도체 나노 입자)는 발광성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 반도체 나노 입자는 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타낼 수 있다. 반도체 나노 입자의 발광은, 예컨대, 광 여기 또는 전압 인가에 의해 전도대에서 가전자대로 들뜬 상태의 전자가 전이하면서 발생될 수 있다. 반도체 나노 입자는 크기 및/또는 조성을 제어하여 소망하는 파장 영역의 광을 방출하도록 제어할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 색순도와 색재현성이 우수하므로 발광소자(예컨대, 전계 발광 소자) 및 이를 포함하는 표시 장치들에 이용될 수 있다.
그러나 소자의 효율과 수명에 대한 개선이 계속 요구되고 있다.
일 구현예는 반도체 나노 입자를 포함하여 색순도와 색재현성이 우수하면서도 효율과 수명 특성이 우수한 전계 발광 소자를 제공한다.
다른 구현예는 상기 전계 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
다른 구현예는 상기 전계 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에서, 전계 발광 소자는, 투명 전극의 제1면에 배치된 제1 전자 보조층, 제1 발광층 및 제1 전극; 그리고
투명 전극의 제2면에 배치된 제2 전자 보조층, 제2 발광층 및 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 전자 보조층과 제2 전자 보조층은 각각 복수개의 아연 산화물 나노 입자들을 포함하고,
상기 투명 전극의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층의 두께(t1)의 비(t1/t0) 및 투명 전극의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층의 두께(t2)의 비(t2/t0)는 각각 약 0.15 내지 약 4.0의 범위에 있고,
상기 제1 발광층과 제2 발광층은 각각 복수개의 반도체 나노 입자들을 포함한다.
상기 투명 전극은 약 90% 이상의 투과율을 가질 수 있다.
상기 투명 전극은 패턴으로 형성될 수 있으며, 제1 전극 및 제2 전극의 패턴과 직교하는 방향으로 형성될 수 있다.
상기 아연 산화물 나노 입자들은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합에서 선택되는 추가 금속을 더 포함할 수 있다.
상기 아연 산화물 나노 입자들은 Zn1-xMxO (여기서, M은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합이고, 0 ≤ x ≤ 0.5)를 포함할 수 있다.
상기 아연 산화물 나노 입자들의 평균 크기는 약 1 nm 내지 약 10 nm일 수 있다.
상기 제1 전자 수송층과 제2 전자 수송층의 두께는 각각 약 10 nm 내지 약 90 nm의 범위에 있을 수 있다.
상기 제1 발광층과 제2 발광층은 서로 동일하거나 상이한 반도체 나노 입자들을 포함할 수 있다.
상기 복수개의 반도체 나노 입자들은 카드뮴, 납, 수은, 또는 이들의 조합을 포함하지 않을 수 있다.
상기 복수개의 반도체 나노 입자들은 아연, 셀레늄, 및 텔루리움을 포함하는 제1 반도체 나노결정 및 아연 칼코겐화물을 포함하고 상기 제1 반도체 나노결정과 다른 제2 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
상기 복수개의 반도체 나노 입자들은, 인듐, 인, 및 선택에 따라 아연을 포함하는 제1 반도체 나노결정 및 아연 칼코겐화물을 포함하고 상기 제1 반도체 나노결정과 다른 제2 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
상기 복수개의 반도체 나노 입자들의 평균 크기는 약 4 nm 내지 약 30 nm일 수 있다.
상기 복수개의 반도체 나노 입자들은, 상기 제1 반도체 나노결정을 포함하는 코어 및 상기 코어 상에 배치되고 상기 제2 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함할 수 있다.
상기 제1 전자 수송층은 상기 제1 발광층에 인접(예컨대, 상기 제1 발광층 상에 바로 배치)하고, 상기 제2 전자 수송층은 상기 제2 발광층에 인접(예컨대, 상기 제2 발광층 상에 바로 배치)할 수 있다.
상기 전계 발광 소자는, 상기 제1 발광층과 상기 제1 전극 사이에 제1 정공 보조층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 발광층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 보조층을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예는 투명 전극의 제1면에 아연 산화물 나노 입자들을 포함하는 분산액을 도포 후 건조하여 제1 전자 보조층을 형성하고, 반도체 나노 입자들을 포함하는 조성물을 제1 전자 보조층 위에 도포한 후 건조하여 제1 발광층을 형성하고,
투명 전극의 제2면에 아연 산화물 나노 입자들을 포함하는 분산액을 도포 후 건조하여 제2 전자 보조층을 형성하고, 반도체 나노 입자들을 포함하는 조성물을 제2 전자 보조층 위에 도포한 후 건조하여 제2 발광층을 형성하고,
상기 제1 발광층 위에 제1 전극을 형성하고 제2 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 공정을 포함하는
상기 전계 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
다른 구현예는 전술한 전계 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
상기 표시 장치는, 휴대 단말장치, 모니터, 노트북, 텔레비전, 전광판, 카메라, 또는 전장 부품을 포함할 수 있다.
상기 전계 발광 소자는 향상된 외부 양자 효율과 수명 특성을 나타낼 수 있으며, 제1 발광층과 제1 전자 보조층 및 제2 발광층과 제2 전자 보조층 간의 계면에서의 열화 문제를 해소할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 전계 발광 소자의 개략적 단면도이다.
도 2는 다른 구현예에 따른 전계 발광 소자의 개략적 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 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, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 일 함수(work function) 또는 (HOMO 또는 LUMO) 에너지 준위, 전도대 또는 가전자대의 값은 진공 레벨(vacuum level)로부터의 절대값으로 표시된다. 또한 일 함수 또는 에너지 준위가 깊다, 높다 또는 크다는 것은 진공 레벨을 "0eV"로 하여 절대값이 큰 것을 의미하고 일 함수 또는 에너지 준위가 얕다, 낮다 또는 작다는 것은 진공 레벨을 "0eV"로 하여 절대값이 작은 것을 의미한다.
본 명세서에서, II족, III 족 등의 용어에서 "족(Group)"이라 함은 원소 주기율표의 족을 말한다.
여기서, "II족"은 IIA족 및 IIB 족을 포함할 수 있으며, II족 금속의 예는 Cd, Zn, Hg 및 Mg을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
"III 족"은 IIIA족 및 IIIB 족을 포함할 수 있으며, III족 금속의 예들은 Al, In, Ga, 및 Tl을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
"IV 족"은 IVA족 및 IVB 족을 포함할 수 있으며, IV 족 금속의 예들은 Si, Ge, Sn을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서, "금속"이라는 용어는 Si 와 같은 준금속도 포함한다.
"V족"은 VA 족을 포함하며 질소, 인, 비소, 안티몬, 및 비스무스를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
"VI족"은 VIA 족을 포함하며 황, 셀레늄, 텔루리움을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "치환" 이란, 화합물 또는 해당 잔기가, 수소 대신, C1 내지 C30의 알킬기, C1 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.
여기서, 카드뮴 (또는 그 외 독성 중금속)을 포함하지 않는다는 기재는, 카드뮴 (또는 해당 중금속)의 농도가 약 100 ppm 이하, 약 50 ppm 이하, 약 10 ppm 이하, 또는 거의 0인 것을 의미할 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 있다.
달리 언급되지 않는 한, 여기에 명시된 수치 범위는 inclusive이다.
달리 언급되지 않는 한, 여기에 명시된 수치범위의 값들 앞에는 "실질적으로" 또는 "대략" 또는 "약"이 생략되어 있다.
여기서 "실질적으로" 또는 "대략" 또는 "약"이라 함은, 표시된 값(stated value)뿐만 아니라, 해당 측정 및 측정량의 측정과 관련된 오차(error)를 고려하여 허용 가능한 범위의 편차 내에서의 평균을 포함한다. 예를 들어, "실질적으로," "약" 또는 "대략"은 언급된 수치의 ±10%, ±5%, ±3%, 또는 ±1% 내 또는 표준편차 내의 수치를 의미할 수 있다,
양자점 등 반도체 나노 입자는 양자 구속(quantum confinement) 또는 엑시톤 구속(exciton confinement)을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서, 나노 입자 또는 양자점이라는 용어는, 특별히 정의되어 있지 않는 한, 그 형상이 제한되지 않는다. 반도체 나노 입자는, 동일한 재료의 벌크 결정에서의 보어 여기의 직경 보다 작은 크기를 가질 수 있으며, 양자 제한 효과를 나타낼 수 있다. 양자점은 나노 결정의 발광 중심 크기를 제어하여 그의 밴드갭 에너지에 해당하는 광을 방출할 수 있다.
여기서, 외부 양자 효율(EQE)이라 함은, 주어진 발광소자를 통해 지나가는 전자의 개수에 대하여 상기 발광소자로부터 방출되는 포톤의 개수의 비(ratio of the number of photons emitted from a light emitting diode (LED) to the number of electrons passing through the device)를 말한다. EQE는 발광소자가 얼마나 효율적으로 전자를 포톤으로 전환하고 이들이 탈출하도록 하는지에 대한 척도가 될 수 있다. 일 구현예에서, EQE는 아래의 식에 기초하여 정해질 수 있다:
EQE = [주입효율]Х[고체상태 양자수율]Х[추출효율]
상기 식에서,
주입효율 = 활성영역으로 주입되는 디바이스통과 전자의 비율(proportion of electrons passing through the device that are injected into the active region);
고체상태 양자수율 = 활성영역에서 방사성(radiative)이고 포톤을 생성하는 모든 전자-정공 재결합의 비율 (proportion of all electron-hole recombinations in the active region that are radiative and thus, produce photons); 및
추출효율 = 활성영역에서 생성되어 디바이스를 탈출하는 포톤들의 비율 (proportion of photons generated in the active region that escape from the device).
여기서 최대 외부 양자 효율이라 함은, 외부 양자 효율의 최대값을 말한다.
여기서 최대 휘도는, 해당 소자가 달성할 수 있는 휘도의 최대값을 말한다.
여기서, 양자 효율은, 양자 수율과 호환 가능하도록 사용되는 용어이다. 양자 효율 (또는 양자 수율)은 용액 상태 또는 (복합체 내에서) 고체 상태로 측정될 수 있다. 일 구현예에서, 양자효율 (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 위해서는, 절대법과 상대법 2가지의 방법이 있을 수 있다.
절대법에서는, 적분구를 통해 모든 샘플의 형광을 검출하여 양자효율을 얻는다. 상대법에서는, 표준 염료 (표준 시료)의 형광 강도를 미지의 샘플의 형광 강도와 비교하여 미지 샘플의 양자 효율을 계산한다. Coumarin 153, Coumarin 545, Rhodamine 101 inner salt, Anthracene and Rhodamine 6G 등이 이들의 PL파장에 따라 표준 염료로 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
반도체 나노결정의 에너지 밴드갭은 나노 결정의 크기, 구조, 및 조성에 따라 변화할 수 있다. 예컨대, 반도체 나노결정은 크기가 증가할수록 좁은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며 발광 파장이 증가할 수 있다. 반도체 나노결정은 디스플레이 소자, 에너지 소자 또는 생체 발광 소자 등 다양한 분야에서 발광 소재로서 주목을 받고 있다.
전압 인가에 의해 광을 방출하는 양자점 전계 발광 소자(이하, QD-LED 라고도 함)는 발광물질로서 반도체 나노 입자(예컨대, 양자점)을 포함한다. QD-LED는 유기물을 발광 중심으로 하는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 보다 더 순수한 색(Red, Green, Blue)를 구현할 수 있고 향상된 색재현성을 구현할 수 있어, 차세대 디스플레이 소자로서 주목받고 있다. QD-LED는 용액공정으로 제조될 수 있어 감소된 제조비용으로 제조 가능하고 무기물 기반의 재료이므로 증가된 안정성을 구현할 수 있을 것으로 기대되고 있는 한편, 소자의 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 바람직하다.
또한, 실제 응용 가능한 수준의 전계 발광 물성을 가지는 양자점들은 카드뮴(Cd), 납, 수은, 또는 이들의 조합 등 유해 중금속을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유해 중금속을 실질적으로 포함하지 않는 발광층을 가지는 발광소자 또는 표시 장치의 제공은 바람직하다.
본 명세서에서 "평균 크기"는 원형의 경우 평균 입경일 수 있고 원형이외의 형태의 경우 장축의 길이일 수 있다. 상기 "평균 크기"는 당업자에게 널리 공지된 방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어, 입도 분석기로 측정하거나, 또는 투과전자현미경, 주사전자현미경 등의 광학 현미경 사진으로 측정할 수도 있다. 다른 방법으로는, 동적광산란법을 이용하여 측정하고 데이터 분석을 실시하여 각각의 입자 사이즈 범위에 대하여 입자수를 카운팅한 뒤 이로부터 계산하여 평균 크기(평균 입경) 값을 얻을 수 있다. 별도의 정의가 없는 한, 평균 크기는 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름(D50)을 의미할 수 있다.
이하에서 "조합"이란 둘 이상의 혼합물, 상호치환 및 둘 이상의 적층 구조를 포함한다.
본 명세서에서, "A, B 또는 C중 적어도 하나", "A, B, C 또는 이들의 조합중 하나" 및 "A, B, C 및 이들의 조합중 하나"는 각각의 구성요소 및 이들의 조합을 모두 의미한다(예를 들어 A; B; C; A 및 B; A 및 C; B 및 C; 또는 A, B, 및 C).
본 명세서에서, "하부" 및 "상부" 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 전계 발광 소자는, 별도의 광원 없이 전압인가에 의해 소망하는 광을 방출하도록 구성되는 자발광 타입의 발광 소자이다.
자발광 타입의 발광 소자에서 수명을 향상시키기 위하여 다층 구조의 발광 소자가 보고되고 있다. 다층 구조의 발광 소자는 복수의 발광층을 포함하는 다층 발광 구조와 복수의 발광소자를 포함하는 다층 LED 구조가 있다. 상기 다층 발광 구조는 RGB 또는 RB의 복수의 발광층이 적층된 구조로 고효율 소자 제작이 가능하지만 제조공정이 복잡하고 색좌표 변동이 발생한다는 단점이 있다. 다층 LED 구조는 효율(current efficiency)와 장수명의 소자를 제공할 수 있지만, 제조 공정이 복잡하고 높은 소자 저항으로 인한 높은 구동 전압을 가지는 단점이 있다.
상기 다층 발광 구조와 다층 LED 소자는 효율 개선을 통한 수명 향상을 기대할 수 있지만, 동시에 소자 저항 증가로 인해 발생하는 높은 구동전압으로 인한 수명 열세도 발생할 수 있다. 또한, 증착 공정에서 적층하는 층의 수가 많아서 제조 공정이 복잡할 수 있다. 추가적으로, LED 소자가 직렬로 연결된 경우, 소자를 구성하고 있는 발광층 중에 한 층만 열화가 발생하여도 소자 특성에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
따라서 일 구현예에서는 중앙에 투명 전극을 전자를 주입하는 캐소드로 배치하고 상부 전극과 하부 전극을 정공을 주입하는 애노드로 배치하여 하여 병렬 연결 구조의 전계 발광 소자를 제공한다.
이하에서, 일 구현예에 따른 전계 발광 소자를 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 전계 발광 소자의 개략적 단면도이다.
도 1을 참고하면, 전계 발광 소자(100)는, 투명 전극(101)의 제1면에 배치된 제1 전자 보조층(103a), 제1 발광층(105a) 및 제1 전극(107a)을 포함하는 제1 단위소자(100a); 그리고 투명 전극(101)의 제2면에 배치된 제2 전자 보조층(103b), 제2 발광층(105b) 및 제2 전극(107b)을 포함하는 제2 단위소자(100b)를 포함하고, 상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은 각각 복수개의 아연 산화물 나노 입자들을 포함하고, 상기 투명 전극(101)의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층(103a)의 두께(t1)의 비(t1/t0) 및 투명 전극(101)의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층(103b)의 두께(t2)의 비(t2/t0)는 약 0.15 내지 약 4.0의 범위에 있고, 상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 각각 복수개의 반도체 나노 입자들을 포함한다. 상기 투명 전극(101)의 제1면은 제2면과 대면하고 있다.
상기 구조의 전계 발광 소자(100)는 제1 전자 보조층(103a), 제1 발광층(105a) 및 제1 전극(107a)를 포함하는 제1 단위소자(100a)와 제2 전자 보조층(103b), 제2 발광층(105b) 및 제2 전극(107b)을 포함하는 제2 단위소자(100b)가 병렬로 연결되어 저항과 구동전압을 감소시킬 수 있고, 소자의 발광 효율과 수명을 향상시킬 수 있다. 제1 단위소자(100a)는 투명 전극(101)의 제1면에 배치되며, 제2 단위소자(100b)는 투명 전극(101)의 제2면에 배치된다. 제1면은 제2면에 대면하여 배치된다.
상기 투명 전극(101)은 약 90% 이상, 약 95% 이상, 또는 약 99% 이상 및 약 100% 이하의 광투과율을 가질 수 있다. 상기 범위에서 전계 발광 소자의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 투명 전극(101)은 Mg:Ag, Al, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, 예컨대 Clevios사 PH1000), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 Mg:Ag에서, Mg와 Ag가 예컨대, 약 0.5:1 내지 1.5:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 광투과율을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 투명 전극(101)의 두께는 제1 전자 보조층(103a) 및 제2 전자 보조층(103b)과의 두께비 및 투명 전극(101)의 광투과율을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 전극(101)의 두께는, 약 1 nm 이상, 예컨대 약 2 nm 이상, 약 3 nm 이상, 약 4 nm 이상, 또는 약 5 nm 이상 및 약 12 nm 이하, 약 11 nm 이하, 또는 약 10 nm 이하일 수 있다. 상기 범위에서 전도성과 광투과율을 동시에 확보할 수 있다.
상기 투명 전극(101)은 캐소드로 사용될 수 있다.
상기 투명 전극(101)은 패턴으로 형성될 수 있으며, 후술하는 제1 전극(107a) 및 제2 전극(107b)의 패턴과 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여 제1 전극(107a) 및 제2 전극(107b)은 같은 전위값을 가지며 투명 전극(101)과의 전위차로 전계가 형성된다. 이로써 제1 전극(107a) 및 제2 전극(107b)에는 같은 전하(정공 또는 전자)가 주입하고 투명 전극(101)으로 상기 제1 전극(107a) 및 제2 전극(107b)에 주입된 전하와 다른 전하(전자 또는 정공)이 주입될 수 있다.
상기 투명 전극(101)의 일면(제1면)에 배치된 제1 전자 보조층(103a)이 형성되고 타면(제2면)에 제2 전자 보조층(103b)이 형성된다. 전술한 바와 같이 제1면과 제2면은 서로 대면한다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은 상기 투명 전극(101)에 인접하여(바로 위에) 형성될 수도 있다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은 각각 복수개의 아연 산화물 나노 입자들을 포함한다.
상기 아연 산화물 나노 입자들은, 산화아연(ZnO) 나노 입자들일 수 있으며, Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 추가 금속을 더 포함할 수 있다.
상기 아연 산화물 나노 입자들은 Zn1-xMxO (여기서, M은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합이고, 0 ≤ x ≤ 0.5)로 나타내어지는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 식에서, x는 약 0.01 이상, 약 0.03 이상, 약 0.05 이상, 약 0.07 이상, 약 0.1 이상, 약 0.13 이상, 약 0.15 이상, 약 0.17 이상, 약 0.2 이상, 약 0.23 이상, 또는 약 0.25이상일 수 있다. 상기 x는 약 0.47 이하, 약 0.45 이하, 약 0.43 이하, 약 0.40 이하, 약 0.37 이하, 약 0.35 이하, 또는 약 0.3 이하일 수 있다.
상기 아연 산화물 나노 입자들의 평균 크기는 약 1 nm 이상, 예컨대, 약 2 nm 이상, 약 3 nm 이상, 약 5 nm 이상 또는 약 6 nm 이상 일 수 있다. 상기 아연 산화물 나노 입자들의 평균 크기는 약 10 nm 이하, 예컨대, 약 8 nm 이하 또는 약 7 nm 이하일 수 있다. 상기 범위에서 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)의 두께를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은 각각 약 10 nm 이상, 약 11 nm 이상, 약 12 nm 이상, 약 13 nm 이상, 약 14 nm 이상, 약 15 nm 이상, 약 16 nm 이상, 약 17 nm 이상, 또는 약 18 nm 이상일 수 있다. 상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)의 각각의 두께는 약 90 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 45 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 35 nm 이하, 약 30 nm 이하, 또는 약 25 nm 이하일 수 있다.
상기 투명 전극(101)의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층(103a)의 두께(t1)의 두께비(t1/t0) 및 투명 전극(101)의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층(103b)의 두께(t2)의 두께비(t2/t0)는 각각 약 0.15 내지 약 4.0의 범위에 있을 수 있다. 예컨대 상기 두께비(t1/t0 및 t2/t0)는 약 0.2 이상, 약 0.3 이상, 약 0.4 이상, 약 0.5 이상, 약 0.6 이상, 약 0.7 이상, 약 0.8 이상, 약 0.9 이상, 또는 약 1.0 이상일 수 있다. 상기 두께비(t1/t0 및 t2/t0)는 약 3.9 이하, 약 3.8 이하, 약 3.7 이하, 약 3.6 이하, 약 3.5 이하, 약 3.4 이하, 약 3.3 이하, 약 3.2 이하, 약 3.1 이하, 약 3.0 이하, 약 2.9 이하, 약 2.8 이하, 약 2.7 이하, 약 2.6 이하, 약 2.5 이하, 약 2.4 이하, 약 2.3 이하, 약 2.2 이하, 약 2.1 이하, 또는 약 2.0 이하일 수 있다. 일 구현예에서 상기 두께비는 약 0.2 내지 약 4.0 또는 약 0.4 내지 약 4.0의 범위에 있을 수 있다. 상기 범위에서 전도성을 유지하면서 전극 구조의 투과도를 적절한 범위로 조절함으로써 전계 발광 소자의 효율과 수명을 개선시킬 수 있다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은, EOD(electron only device)에 대하여 소정의 범위(예컨대, 0 볼트 내지 8 볼트의 범위)에서 전압을 변화시키면서 전류 밀도를 측정하는 JV 스캔 실험에서 낮은 수준의 JV 히스테리시스를 나타낼 수 있다. 특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만 JV 히스테리시스는 해당 전자 보조층(제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)중 어느 하나)내에 존재하는 디펙트(defects)의 존재를 시사하는 것일 수 있으며, 전자 보조층(제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)중 어느 하나)을 포함하는 EOD는, 제1 sweep에서 약 60% 이하, 약 55% 이하, 약 52% 이하, 약 51% 이하, 및 약 1% 이상, 약 10% 이상, 약 15% 이상, 또는 약 20% 이상의 히스테리시스를 나타낼 수 있다.
JV 히스테리시스는, JV 그래프에서 올라가는 방향(forward scan)에서 최대의 사각형 면적 A1을 나타낼 수 있는 점과 내려가는 방향(backward scan)에서 최대의 사각형 면적 A2을 나타낼 수 있는 점을 정하여 아래의 식에 의해 구할 수 있다:
[수학식 1]
[(A2-A1)/A2] x 100 (%)
상기 수학식 1에서, A1은 올라가는 방향(forward scan)에서 최대의 사각형 면적이고 A2는 내려가는 방향(backward scan)에서 최대의 사각형 면적을 의미한다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b) 위에 각각 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)가 형성된다.
상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 반도체 나노 입자(들)(예컨대, 청색 발광 나노 입자들, 적색발광 나노 입자들, 또는 녹색 발광 나노 입자들)을 포함한다.
상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 구현하고자 하는 전계 발광 소자에 따라 서로 동일하거나 상이한 반도체 나노 입자(들)을 포함할 수 있다.
상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 복수개의 나노 입자들의 1개 또는 그 이상(예컨대, 2개 이상 또는 3개 이상 및 10 이하의) 모노레이어를 포함할 수 있다.
상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은, 패턴화되어 있을 수 있다. 일 구현예에서, 상기 패턴화된 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은, 예컨대, 후술하는 표시 장치에서 청색 화소 내에 배치되는 청색 발광층, 예컨대, 후술하는 표시 장치에서 적색 화소 내에 배치되는 적색 발광층, 예컨대, 후술하는 표시 장치에서 녹색 화소 내에 배치되는 녹색 발광층, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 발광층들은 인접하는 발광층과 격벽에 의해 (예를 들어, 광학적으로) 분리되어 있을 수 있다. 상기 적색 발광층(들), 녹색 발광층(들), 및 청색 발광층(들) 사이에는 블랙 매트릭스 등의 격벽이 배치될 수 있다. 상기 적색 발광층, 녹색 발광층, 및 청색 발광층은 각각 광학적으로 고립되어 있을 수 있다.
상기 반도체 나노 입자들은, 코어/쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 반도체 나노 입자들은, 제1 반도체 나노결정을 포함하는 코어 및 상기 코어 상에 배치되고 상기 제1 반도체 나노결정과 다른 조성을 가지는 제2 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자 (e.g., 제1 반도체 나노결정 및/또는 제2 반도체 나노결정)은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소 또는 화합물, I-III-VI족 화합물, I-II-IV-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b) 또는 반도체 나노 입자(들) (e.g., 제1 반도체 나노결정, 또는 제2 반도체 나노결정)은 카드뮴을 포함하지 않을 수 있다. 상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b) 또는 반도체 나노 입자(들) (e.g., 제1 반도체 나노결정, 또는 제2 반도체 나노결정)은, 수은, 납, 또는 이들의 조합을 포함하지 않을 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 화합물; ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 사원소 화합물에서 선택될 수 있다. 상기 II-VI족 화합물은, III족 금속을 더 포함할 수 있다.
상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물에서 선택되는 사원소 화합물에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 II족 원소를 더 포함할 수 있다. 이러한 반도체 나노결정의 예로는 InZnP를 들 수 있다.
상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, 및 이들의 혼합물에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnSSeTe 등 사원소 화합물에서 선택될 수 있다.
상기 I-III-VI족 화합물의 예는 CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, CuInGaS를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 I-II-IV-VI 족 화합물의 예는 CuZnSnSe, CuZnSnS를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물에서 선택되는 이원소 화합물에서 선택될 수 있다.
상기 반도체 나노 입자 혹은 제1 반도체 나노결정은 인듐, 아연, 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 및 인, 셀레늄, 텔루리움, 황 또는 이들의 조합을 포함하는 비금속을 포함할 수 있다. 제1 반도체 나노결정은 발광 중심일 수 있다.
상기 제2 반도체 나노결정은, 인듐, 아연, 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 및 인, 셀레늄, 텔루리움, 황 또는 이들의 조합을 포함하는 비금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체 나노결정은, InP, InZnP, ZnSe, ZnSeS, ZnSeTe, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고/거나 상기 제2 반도체 나노결정은, ZnSe, ZnSeS, ZnS, ZnTeSe, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제1 반도체 나노결정은 제2 반도체 나노결정과 상이할 수 있다. 상기 쉘은 아연 칼코겐화물을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 아연 칼코겐화물은 아연 및 칼코겐 원소 (셀레늄, 황, 텔루리움, 또는 이들의 조합)을 포함할 수 있다. 상기 쉘은 최외각층에 아연, 황, 및 선택에 따라 셀레늄을 포함할 수 있다.
반도체 나노 입자들은, 청색광 또는 녹색광을 방출하고, ZnSeTe, ZnSe, 또는 이들의 조합을 포함하는 코어와 아연 칼코겐화물(예컨대, ZnS, ZnSe, 및/또는 ZnSeS)를 포함하는 쉘을 가질 수 있다. 상기 쉘에서 황의 함량은 반경 방향으로 (코어로부터 표면을 향해) 증가 또는 감소할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자들은, 적색광 또는 녹색광을 방출하고, 상기 코어는 InP, InZnP, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 쉘은, 아연을 포함하는 2족 금속 및 황과 셀레늄 중 적어도 하나를 포함하는 비금속을 포함할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자들이 코어/쉘 구조를 가지는 경우. 상기 코어와 상기 쉘의 계면에는 얼로이화 층(alloyed layer)이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 얼로이화 층은 균질 얼로이(homogeneous alloy) 일 수 있거나 혹은, 그래디언트 얼로이(gradient alloy)일 수 있다. 그래디언트 얼로이에서 쉘에 존재하는 원소의 농도는 반경 방향으로 변화하는 (예를 들어, 중심으로 갈수록 낮아지거나 높아지는) 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
상기 쉘은 반경 방향으로 변화하는 조성을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 쉘은 2 이상의 층을 포함하는 다층 쉘일 수 있다. 다층 쉘에서 인접하는 2개의 층들은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 다층 쉘에서, 하나 이상의 층은 서로 독립적으로, 단일 조성의 반도체 나노결정을 포함할 수 있다. 다층 쉘에서, 하나 이상의 층은 서로 독립적으로 합금화된 반도체 나노결정을 포함할 수 있다. 다층 쉘에서, 하나 이상의 층은 반도체 나노결정의 조성 면에서 반경 방향으로 변화하는 농도 구배를 가질 수 있다.
상기 코어/쉘 구조의 반도체 나노 입자에서, 쉘 재료의 밴드갭 에너지는 코어 재료보다 더 클 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 쉘 재료의 밴드갭 에너지는 코어 재료보다 더 작을 수도 있다. 다층 쉘의 경우, 최외각층 재료는, 코어 및 쉘의 안쪽층들(즉, 코어에 더 가까운 층들)의 재료보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 다층 쉘에서, 각각의 층의 반도체 나노결정의 밴드갭은 양자 구속 효과를 효율적으로 나타내기 위해 적절히 선택할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자들은, 예컨대, 표면에 결합 또는 배위되어 있는 상태의, 유기 리간드를 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드는 반도체 나노 입자들이 용액 내에 잘 분산되어 있도록 할 수 있다. 상기 유기 리간드는, RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, RH2PO, R2HPO, R3PO, RH2P, R2HP, R3P, ROH, RCOOR', RPO(OH)2, R2POOH (여기서, R, R'는 각각 독립적으로 C1 이상, C6 이상, 또는 C10 이상 및 C40 이하, C35 이하, 또는 C25 이하의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소, 또는 C6 내지 C40의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소, 또는 이들의 조합을 포함), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 리간드는 단독으로 또는 2 이상의 화합물의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 유기 리간드의 예는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올 등의 티올 화합물; 메틸 아민, 에틸 아민, 프로필 아민, 부틸 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, 등의 아민류; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산 (oleic acid), 미리스트산, 스테아르산, 라우르산, 벤조산 등의 카르복시산 화합물; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀, 옥틸포스핀, 디옥틸 포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀, 등의 포스핀 화합물; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드 펜틸 포스핀옥사이드, 트리부틸포스핀옥사이드, 옥틸포스핀 옥사이드, 디옥틸 포스핀옥사이드, 트리옥틸포스핀옥사이드등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 헥실포스핀산, 옥틸포스핀산, 도데칸포스핀산, 테트라데칸포스핀산, 헥사데칸포스핀산, 옥타데칸포스핀산 등 C5 내지 C20의 알킬 포스핀산, C5 내지 C20의 알킬 포스폰산; 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 나노 입자(들)는, 예를 들어, 그의 조성 및/또는 크기를 조절하여 흡수/발광 파장을 조절할 수 있다. 상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)에 포함되는 반도체 나노 입자들은, 소망하는 색의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 상기 반도체 나노 입자들은, 청색광 방출 반도체 나노 입자, 녹색광 방출 반도체 나노 입자, 또는 적색광 방출 반도체 나노 입자를 포함할 수 있다.
반도체 나노 입자의 최대 발광 피크 파장은, 자외선 내지 적외선 파장 또는 그 이상의 파장 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 입자의 최대 발광 피크 파장은, 약 300 nm 이상, 예컨대, 약 500 nm 이상, 약 510 nm 이상, 약 520 nm 이상, 약 530 nm 이상, 약 540 nm 이상, 약 550 nm 이상, 약 560 nm 이상, 약 570 nm 이상, 약 580 nm 이상, 약 590 nm 이상, 약 600 nm 이상, 또는 약 610 nm 이상일 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 최대 발광 파장은, 약 800 nm 이하, 예컨대, 약 650 nm 이하, 약 640 nm 이하, 약 630 nm 이하, 약 620 nm 이하, 약 610 nm 이하, 약 600 nm 이하, 약 590 nm 이하, 약 580 nm 이하, 약 570 nm 이하, 약 560 nm 이하, 약 550 nm 이하, 또는 약 540 nm 이하의 범위에 있을 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 최대 발광 파장은 약 500 nm 내지 약 650 nm의 범위에 있을 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 (전압인가 혹은 광 여기시) 녹색광을 방출하고, 최대 발광 파장은 약 500 nm 이상(예컨대, 약 510 nm 이상 또는 약 515 nm 이상) 및 약 560 nm(예컨대, 약 540 nm 이하 또는 약 530 nm 이하)의 범위에 있을 수 있다. 상기 반도체 나노 입자는 적색광을 방출하고, 최대 발광 파장은 약 600 nm 이상(예컨대, 약 610 nm 이상) 및 약 650 nm(예컨대, 약 640 nm 이하)의 범위에 있을 수 있다. 상기 반도체 나노 입자는 청색광을 방출하고, 최대 발광 파장은 약 440 nm 이상(예컨대, 약 450 nm 이상) 및 약 480 nm 이하(예컨대, 약 465 nm 이하) 일 수 있다. 이들을 조합하여 백색광이 구현되도록 할 수도 있다.
반도체 나노 입자는 비교적 좁은 반치폭을 가지는 발광 (광발광 혹은 전계발광) 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 상기 반도체 나노 입자는, 그의 발광 스펙트럼에서 약 45 nm 이하, 예를 들어 약 44 nm 이하, 약 43 nm 이하, 약 42 nm 이하, 약 41 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 39 nm 이하, 약 38 nm 이하, 약 37 nm 이하, 약 36 nm 이하, 또는 약 35 nm 이하의 반치폭을 가질 수 있다. 상기 반치폭은 약 12 nm 이상, 약 20 nm 이상, 약 25 nm 이상, 또는 약 26 nm 이상일 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 약 10% 이상, 예컨대, 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 또는 약 100%의 양자 수율(quantum yield)을 가질 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 약 1 nm 이상 및 약 100 nm 이하의 크기(예컨대, 입경 또는 구형이 아닌 입자의 경우, 전자 현미경 분석에서 확인되는 2차원 면적으로부터 계산된 입경 혹은 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy 로부터 계산되는 크기)를 가질 수 있다. 상기 반도체 나노 입자는, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 예컨대, 약 2 nm (또는 약 3 nm) 내지 약 35 nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 크기는 약 1 nm 이상, 약 2 nm 이상, 약 3 nm 이상, 약 4 nm 이상, 약 5 nm 이상, 약 6 nm 이상, 약 7 nm 이상, 약 8 nm 이상, 약 9 nm 이상 또는 약 10 nm 이상일 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 크기는 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 25 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 19 nm 이하, 약 18 nm 이하, 약 17 nm 이하, 약 16 nm 이하, 약 15 nm 이하, 14 nm 이하, 13 nm 이하, 또는 12 nm 이하일 수 있다. 평균은 mean 평균 또는 median 평균일 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 임의의 형상을 가질 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 형상은, 구, 다면체, 피라미드, 멀티포드(multi-pod), 입방체(cubic), 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노시트, 나노플레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 나노 입자들은, 예를 들면, 실질적으로 결정질, 실질적으로 단결정질, 다결정질, 비정질 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 반도체 나노 입자는 임의의 방법으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 수 나노 크기의 반도체 나노 입자는 화학적 습식 방법(wet chemical process)을 통하여 합성될 수 있다. 화학적 습식 방법에서는, 유기 용매 중에서 전구체 물질들을 반응시켜 결정 입자들을 성장시키며, 유기용매 또는 리간드 화합물이 반도체 나노결정의 표면에 배위됨으로써 결정의 성장을 조절할 수 있다.
예를 들어 코어/쉘 구조를 가지는 상기 반도체 나노 입자들을 제조하는 방법은, 상기 코어를 얻는 단계; 코어 존재 하에 금속(예컨대, 아연)을 함유하는 제1 쉘 전구체와비금속 원소(예컨대, 황, 셀레늄, 또는 이들의 조합)를 함유하는 제2 쉘 전구체를 유기 용매 및 유기 리간드를 포함하는 반응매질 내에서 반응온도(예컨대, 180 ℃ 이상, 200 ℃ 이상, 240 ℃ 이상, 또는 280 ℃ 이상 내지 360 ℃ 이하, 340 ℃ 이하, 또는 320 ℃ 이하)에서 반응시켜 상기 제1 반도체 나노결정 코어 상에 제2 반도체 나노결정의 쉘을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 코어를 그 제조에 사용한 반응계로부터 분리하고 유기 용매에 분산시켜 코어 용액을 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 쉘 형성을 위해, 진공 하에 용매 및 선택에 따라 리간드 화합물과 상기 제1 쉘 전구체를 소정의 온도(예컨대, 100 ℃ 이상)로 가열 (또는 진공처리)하고, 불활성 기체 분위기로 바꾸어 다시 소정의 온도(예컨대, 100 ℃ 이상)으로 가열한다. 이어서, 코어를 및 제2 쉘 전구체를 순차적으로 또는 동시에 투입하고, 소정의 반응온도로 가열하여 반응을 수행할 수 있다. 쉘 전구체들은 상이한 비율로 반응시간 동안 순차적으로 혹은 동시에 투입할 수 있다.
일 구현예의 반도체 나노 입자들에서 코어는, 적절한 방법에 의해 제조할 수 있다. 상기 유기 용매는, 헥사데실아민 등의 C6 내지 C22의 1차 아민, 다이옥틸아민 등의 C6 내지 C22의 2차 아민, 트리옥틸아민 등의 C6 내지 C40의 3차아민, 피리딘 등의 질소함유 헤테로고리 화합물, 옥타데센 등의 C6 내지 C40의 올레핀, 헥사데칸, 옥타데칸, 스쿠알렌(squalane) 등의 C6 내지 C40의 지방족 탄화수소, 페닐도데칸, 페닐테트라데칸, 페닐 헥사데칸 등 C6 내지 C30의 알킬기로 치환된 방향족 탄화수소, 적어도 하나(예컨대, 1개, 2개, 또는 3개)의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 1차, 2차, 또는 3차 포스핀(예컨대, 트리옥틸아민),(예컨대, 1개, 2개, 또는 3개)의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 포스핀옥사이드(e.g. 트리옥틸포스핀옥사이드), 페닐 에테르, 벤질 에테르 등 C12 내지 C22의 방향족 에테르, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 반응 종료 후, 반응 생성물에 비용매(nonsolvent)를 부가하면 상기 리간드 화합물이 배위된 반도체 나노 입자들이 분리될 수 있다. 비용매는, 코어 형성 및/또는 쉘 형성 반응에 사용된 상기 용매와 혼화되지만 제조된 나노 결정을 분산시킬 수 없는 극성 용매일 수 있다. 비용매는, 반응에 사용한 용매에 따라 결정할 수 있으며, 예컨대, 아세톤, 에탄올, 부탄올, 이소프로판올, 에탄다이올, 물, 테트라히드로퓨란(THF), 디메틸술폭시드(DMSO), 디에틸에테르(diethylether), 포름 알데하이드, 아세트 알데하이드, 에틸렌 글라이콜, 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 나노 결정은 필요에 따라 세정 용매에 부가되어 세정될 수 있다. 세정 용매는 특별히 제한되지 않으며, 상기 리간드와 유사한 용해도 파라미터를 갖는 용매를 사용할 수 있으며, 그 예로는 헥산, 헵탄, 옥탄, 클로로포름, 톨루엔, 벤젠 등을 들 수 있다.
상기 반도체 나노 입자들은, 물, 전술한 비용매, 또는 이들의 조합에 대하여 비분산성 또는 비수용성일 수 있다. 상기 반도체 나노 입자들은, 전술한 유기 용매 내에 분산될 수 있다. 상기 반도체 나노 입자들은, C6 내지 C40의 지방족 탄화수소, C6 내지 C40의 치환 또는 미치환의 방향족 탄화수소, 또는 이들의 조합에 분산될 수 있다.
상기 전계 발광 소자(100)에서, 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)의 두께는 적절히 선택할 수 있다. 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 각각 반도체 나노 입자들의 모노레이어(들)를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 각각 반도체 나노 입자들의 모노레이어를 1층 이상, 예컨대, 2층 이상, 3층 이상, 또는 4층 이상 및 20층 이하, 10층 이하, 9층 이하, 8층 이하, 7층 이하, 또는 6층 이하로 포함할 수 있다.
제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 각각 약 5 nm 이상, 예컨대, 약 10 nm 이상, 약 20 nm 이상, 또는 약 30 nm 이상 및 약 200 nm 이하, 예컨대, 약 150 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 60 nm 이하, 또는 약 50 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은, 예컨대 약 10 nm 내지 약 150 nm, 예컨대 약 20 nm 내지 약 100 nm, 예컨대 약 30 nm 내지 약 50 nm의 두께를 가질 수 있다.
제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)을 형성하는 단계는, (소망하는 광을 방출하도록 구성된) 반도체 나노 입자들을 포함하는 조성물을 얻고 이를 적절한 방법으로(예컨대, 스핀 코팅, 잉크젯 인쇄 등에 의해) 기판 또는 전하 보조층 상에 도포(apply)하여 수행될 수 있다.
제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 단일층 또는 2층 이상이 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 다층 구조에서 인접하는 층들은 제1광(예컨대, 녹색광, 청색광, 또는 적색광)을 방출하도록 구성될 수 있다. 다층 구조에서 인접하는 층들은 서로 동일하거나 상이한 조성 및/또는 리간드를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)은 두께 방향으로 변화(증가 또는 감소)하는 할로겐 함량을 나타낼 수 있다.
예를 들어 제1 발광층(105a)에서, 할로겐 함량은 제1 전자 보조층(103a)을 향해서 증가할 수 있고 제2 발광층(105b)에서, 할로겐 함량은 제2 전자 보조층(103b)을 향해서 증가할 수 있다. 또한 제1 발광층(105a)에서, 유기 리간드 함량은 제1 전자 보조층(103a)을 향해서 감소할 수 있고 또한 제2 발광층(105b)에서, 유기 리간드 함량은 제2 전자 보조층(103b)을 향해서 감소할 수 있다.
또는 제1 발광층(105a)에서, 할로겐 함량은 제1 전자 보조층(103a)을 향해서 감소할 수 있고 제2 발광층(105b)에서, 할로겐 함량은 제2 전자 보조층(103b)을 향해서 감소할 수 있다. 또한 제1 발광층(105a)에서, 유기 리간드 함량은 제1 전자 보조층(103a)을 향해서 증가할 수 있고 또한 제2 발광층(105b)에서, 유기 리간드 함량은 제2 전자 보조층(103b)을 향해서 증가할 수 있다.
증착법으로 형성되는 종래의 전자 보조층은 그 두께를 두껍게 형성하면 절연층으로 작용할 수 있다. 이러한 전자 보조층과 달리, 상기 전계 발광 소자의 전자 보조층(제1 전자 보조층(103a) 및 제2 전자 보조층(103b))은 용액 공정으로 형성되어 나노 입자를 포함할 수 있다. 이러한 나노 입자를 포함하는 전자 보조층은 증착법으로 형성되는 전자 보조층에 비하여 두껍게 형성할 수 있어 상기 투명 전극의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층(103a)의 두께(t1)의 비(t1/t0) 및 투명 전극의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층의 두께(t2)의 비(t2/t0)를 원하는 범위로 조절하기에 용이하다.
상기 제1 전자 보조층(103a) 및 제2 전자 보조층(103b)은, 용액 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 비교적 높은 수준의 표면 조도를 나타낼 수 있다. 상기 제1 전자 보조층(103a)은 투명 전극(101)에 접하는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 가지고, 상기 전계 발광 소자의 단면 분석에서, 상기 제2면의 표면 조도는 약 3 nm 이상, 약 5 nm 이상, 약 7 nm 이상, 약 10 nm 이상, 약 12 nm 이상 및 약 100 nm 이하, 예를 들어, 약 50 nm 이하일 수 있다. 마찬가지로 상기 제2 전자 보조층(103b)은 투명 전극(101)에 접하는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 가지고, 상기 전계 발광 소자의 단면 분석에서, 상기 제2면의 표면 조도는 약 3 nm 이상, 약 5 nm 이상, 약 7 nm 이상, 약 10 nm 이상, 약 12 nm 이상 및 약 100 nm 이하, 예를 들어, 약 50 nm 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 전자 보조층(103a) 및 제2 전자 보조층(103b)은, 용액 공정으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전자 보조층(103a) 및 제2 전자 보조층(103b)은, 복수개의 아연 산화물 나노 입자를 유기 용매(예를 들어, 극성 유기 용매, 비극성 유기용매, 또는 이들의 조합)에 분산시켜 분산액을 얻고, 이를 도포하여 형성할 수 있다.
상기 분산액은 투명 전극(101)의 양면에 도포할 수 있다. 상기 용액 공정은, 도포된 막으로부터 상기 유기 용매를 (예컨대, 증발 등에 의해) 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 복수개의 아연 산화물 나노 입자를 유기 용매에 분산시켜 분산액을 얻고, 이를 투명 전극(101)의 양면에 도포하는 단계; 및 선택에 따라 유기 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는, C1 내지 C10 알코올 용매일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
상기 아연 산화물 나노 입자는 적절한 방법으로 제조할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 아연-마그네슘 산화물 나노 입자는, 아연 화합물 (예컨대, 아연 아세테이트 다이하이드레이트 등 유기 아연 화합물) 및 추가 금속 화합물 (예컨대, 마그네슘 아세테이트 테트라하이드레이트 등 유기 추가금속 화합물)를 소망하는 몰 비를 가지도록 유기 용매 (예컨대, 다이메틸설폭사이드)가 들어있는 반응기에 넣고 공기 중에서 소정의 온도 (예컨대, 40 ℃ 내지 120 ℃, 혹은 60 ℃ 내지 100 ℃)로 가열한 다음, 이어서 침전 촉진제 용액 (예컨대, 테트라메틸암모늄 하이드록시드 펜타하이드레이트의 에탄올 용액)을 소정의 속도로 반응기에 적가하고 교반하여 얻을 수 있다. 제조된 아연 산화물 나노 입자(예컨대, Zn1-xMxO 나노 입자, M은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합이고, 0 ≤ x ≤ 0.5)를 원심 분리에 의해 반응액으로부터 분리할 수 있다.
상기 제1 전자 보조층(103a)과 제2 전자 보조층(103b)은 전자 수송층일 수 있으며, 전자 주입층과 전자 수송층을 포함하는 2층 구조일 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 3 nm 이상, 약 4 nm 이상, 약 5 nm 이상, 약 6 nm 이상, 약 7 nm 이상, 약 8 nm 이상, 약 9 nm 이상, 약 10 nm 이상, 약 11 nm 이상, 약 12 nm 이상, 약 13 nm 이상, 약 14 nm 이상, 약 15 nm 이상 및 약 20 nm 이하, 약 19 nm 이하, 약 18 nm 이하 또는 약 17 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b) 위에 제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)을 형성한다. 상기 제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)은 애노드로 작용할 수 있다.
상기 제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)은 정공 주입 도체를 포함할 수 있다. 정공 주입 도체는 금속, 금속-함유 화합물, 합금, 갈륨 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 등의 금속 산화물, 또는 폴리에틸렌디옥시티오펜 등 (예컨대, 비교적 높은 일함수의) 전도성 폴리머 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 금속은 은, 알루미늄, 마그네슘, 텅스텐, 니켈, 코발트, 백금, 팔라듐, 칼슘 등일 수 있고 금속-함유 화합물은 LiF 등일 수 있다.
제1 전극(107a)과 제2 전극(107b) 중 하나는 투광 전극 또는 투명 전극일 수 있고 다른 하나는 불투광 전극일 수 있다.
상기 투광 전극 또는 투명 전극은 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 갈륨 인듐 주석 산화물, 아연 인듐 주석 산화물, 티타늄 질화물, 폴리아닐린, LiF/Mg:Ag 등와 같은 투명 도전체, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 불투광 전극은 은(Ag), 리튬 알루미늄(Li:Al) 합금, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF:Al) 등과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 소자 효율을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)의 두께는 각각 약 5 nm 이상, 예컨대, 약 10 nm 이상, 약 20 nm 이상, 약 30 nm 이상, 약 40 nm 이상, 또는 약 50 nm 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(107a)과 제2 전극(107b)의 두께는 각각 약 100 ㎛ 이하, 예컨대, 약 90 ㎛ 이하, 약 80 ㎛ 이하, 약 70 ㎛ 이하, 약 60 ㎛ 이하, 약 50 ㎛ 이하, 약 40 ㎛ 이하, 약 30 ㎛ 이하, 약 20 ㎛ 이하, 약 10 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 900 nm 이하, 약 500 nm 이하, 또는 약 100 nm 이하일 수 있다.
상기 전계 발광 소자(100)는, 발광층과 전극 사이에 정공 보조층을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조는 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 다른 구현예에 따른 전계 발광 소자의 개략적 단면도이다.
도 2를 참고하면, 전계 발광 소자(200)는, 투명 전극(101)의 제1면에 배치된 제1 전자 보조층(103a), 제1 발광층(105a), 제1 정공 보조층(109a) 및 제1 전극(107a)을 포함하는 제1 단위소자(200a); 그리고 투명 전극(101)의 제2면에 배치된 제2 전자 보조층(103b), 제2 발광층(105b), 제2 정공 보조층(109b) 및 제2 전극(107b)을 포함하는 제2 단위소자(200b)를 포함한다.
투명 전극(101), 제1 전자 보조층(103a), 제1 발광층(105a), 제1 전극(107a), 제2 전자 보조층(103b), 제2 발광층(105b) 및 제2 전극(107b)은 도 1과 동일하다.
상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)은, 각각 단일 성분의 층이거나 혹은 인접하는 층들이 상이한 성분을 포함하는 다층 구조일 수 있다.
상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)의 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)으로부터 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)으로 전달되는 정공의 이동성이 강화하기 위해 제1 발광층(105a)과 제2 발광층(105b)의 HOMO 에너지 준위와 매칭될 수 있는 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 상기 제1 정공 보조층(109a)은 제1 전극(107a)에 가깝게 위치하는 정공 주입층과 제1 발광층(105a)에 가깝게 위치하는 정공 수송층을 포함할 수 있다. 상기 제2 정공 보조층(109b)은 제2 전극(107b)에 가깝게 위치하는 정공 주입층과 제2 발광층(105b)에 가깝게 위치하는 정공 수송층을 포함할 수 있다.
상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)(예컨대, 정공 수송층, 정공 주입층, 전자 차단층 또는 이들의 조합)에 포함되는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 폴리(9,9-디옥틸-플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-디페닐아민) (Poly(9,9-dioctyl-fluorene-co-N-(4-butylphenyl)-diphenylamine), TFB), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 설포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA(4,4',4"-Tris[phenyl(m-tolyl)amino]triphenylamine), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA), 1,1-비스[(디-4-토일아미노)페닐시클로헥산 (TAPC), p형 금속 산화물 (예를 들어, NiO, WO3, MoO3 등), 그래핀 옥사이드 등 탄소 기반의 재료 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)의 두께 또는 다층 구조의 정공 보조층인 경우 각 층의 두께는 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 정공 보조층(109a) 및 제2 정공 보조층(109b)의 두께 또는 다층 구조의 정공 보조층인 경우 각 층의 두께는 약 5 nm 이상, 약 10 nm 이상, 약 15 nm 이상, 또는 약 20 nm 이상 및 약 100nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 70 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 예컨대, 약 40 nm 이하, 약 35 nm 이하, 또는 약 30 nm 이하일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 구조의 전계 발광 소자는 향상된 수준의 전계 발광 물성(외부 양자 효율, 수명, 구동전압)을 나타낼 수 있다.
상기 전계 발광 소자는, 최대 외부 양자 효율(EQE)이 약 4% 이상, 약 4.5% 이상, 약 5% 이상, 약 5.5% 이상, 약 6% 이상, 약 6.5% 이상, 약 7% 이상, 약 7.5% 이상, 약 7.7% 이상, 약 8% 이상, 약 8.5% 이상, 약 9% 이상, 약 9.5% 이상, 약 10% 이상, 약 10.5% 이상, 약 11% 이상, 약 11.5% 이상, 약 12% 이상, 약 12.5% 이상, 약 13% 이상, 약 13.5% 이상, 또는 약 14% 이상일 수 있다. 상기 최대외부 양자 효율(EQE)은 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 또는 약 20% 이하일 수 있다.
다른 구현예는 전술한 전계 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 대한 것이다.
상기 표시 장치는, 제1 화소 및 상기 제1 화소와 상이한 색의 광을 방출하도록 구성되는 제2 화소를 포함할 수 있다. 상기 제1 화소, 상기 제2 화소, 또는 이들의 조합 내에 일 구현예에 따른 전계 발광 소자가 배치될 수 있다. 상기 표시 장치는, 청색 화소, 적색 화소, 녹색 화소, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 상기 표시 장치에서, 상기 적색 화소는 복수개의 적색발광 반도체 나노 입자들을 포함하는 적색 발광층을 포함하고, 상기 녹색 화소는 복수개의 녹색광 방출 반도체 나노 입자들을 포함하는 녹색 발광층을 포함하고, 상기 청색 화소는, 복수개의 청색광 방출 반도체 나노 입자들을 포함하는 청색 발광층을 포함할 수 있다.
상기 표시 장치는, 휴대 단말장치, 모니터, 노트북, 텔레비전, 전광판, 카메라, 또는 전장 부품을 포함할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.
합성예: ZnMgO 나노입자 합성
아연 아세테이트 다이하이드레이트(zinc acetate dihydrate) 및 마그네슘 아세테이트 테트라하이드레이트(magnesium acetate tetrahydrate)를 다이메틸설폭사이드가 들어있는 반응기에 넣고 공기 중에서 60℃로 가열한다. 이어서 테트라메틸암모늄 하이드록시드 펜타하이드레이트(tetramethylammonium hydroxide pentahydrate)의 에탄올 용액을 상기 반응기에 부가한다. 1시간 교반 후 형성된 침전(ZnxMg1-xO 나노입자들)을 원심 분리하고 에탄올에 분산시켜 Zn1-xMgxO 나노 입자를 얻는다(x = 0.15).
얻어진 나노입자들의 투과 전자 현미경 분석을 수행한다. 그 결과 입자들의 평균 크기는 대략 3 nm 정도임을 확인한다.
실시예 1 내지 3: 실험용 전극 구조 제작
합성예에서 제조된 아연 마그네슘 산화물 나노입자를 에탄올에 분산시켜 분산액을 준비한다.
유리기판(두께: 1mm) 위에 상기 분산액을 스핀 코팅하고 80℃에서 30분간 열처리하여 제1 전자 보조층 (두께: 20 nm)을 형성한다. 상기 제1 전자 보조층 위에 알루미늄을 증착하여 50 nm 두께를 가지는 투명 전극을 형성한다. 상기 투명 전극 위에 상기 분산액을 스핀 코팅하고 80℃에서 30분간 열처리하여 제2 전자 보조층 (두께: 20 nm)을 형성하여 실시예 1에 따른 전극 구조를 제작한다.
투명 전극의 두께를 표 1에 기재된 바와 같이 100 nm 및 150 nm로 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 및 비교예 1에 따른 전극 구조를 제작한다.
상기 실시예 1 내지 3에 따른 전극 구조의 투과도를 측정한다. 투과도는 UV-Vis spectroscopy(Cary series, Agilent Technologies)로 100 내지 1000 nm의 파장 범위에서 측정한다. 그 결과를 표 1에 기재한다.
제1 전자 보조층의 두께(t1) 제2 전자 보조층의 두께(t2) 투명 전극의 두께(t0) t1/t0 t2/t0 투과도(%)
실시예 1 20nm 20nm 50nm 0.4 0.4 10-1
실시예 2 20nm 20nm 100nm 0.2 0.2 10-4
비교예 1 20nm 20nm 150nm 0.13 0.13 10-8
표 1을 참고하면 제1 전자 보조층의 두께(t1), 제2 전자 보조층의 두께(t2) 및 투명 전극의 두께(t0)의 두께비(t1/t0 및 t2/t0)가 0.13(비교예 1)일 때에 비하여 0.2 및 0.4(실시예 1 및 2)일 경우 전극 구조의 투과도가 우수함을 알 수 있다. 실시예 1 및 2의 전극 구조를 포함하는 소자가 비교예 1에 따른 전극 구조를 포함하는 소자에 비하여 효율을 향상될 것으로 기대된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 200: 전계 발광 소자 101: 투명 전극
103a: 제1 전자 보조층 105a: 제1 발광층
107a: 제1 전극 100a, 200a: 제1 단위소자
103b: 제2 전자 보조층 105b: 제2 발광층
107b: 제2 전극 100b, 200b: 제2 단위소자

Claims (17)

  1. 투명 전극의 제1면에 배치된 제1 전자 보조층, 제1 발광층 및 제1 전극; 그리고
    투명 전극의 제2면에 배치된 제2 전자 보조층, 제2 발광층 및 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전자 보조층과 제2 전자 보조층은 각각 복수개의 아연 산화물 나노 입자들을 포함하고,
    상기 투명 전극의 두께(t0) 대비 제1 전자 보조층의 두께(t1)의 비(t1/t0) 및 투명 전극의 두께(t0) 대비 제2 전자 보조층의 두께(t2)의 비(t2/t0)는 각각 0.15 내지 4.0의 범위에 있고,
    상기 제1 발광층과 제2 발광층은 각각 복수개의 반도체 나노 입자들을 포함하는
    전계 발광 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 투명 전극은 90% 이상의 투과율을 가지는, 전계 발광 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 투명 전극은 패턴으로 형성되고, 제1 전극 및 제2 전극의 패턴과 직교하는 방향으로 형성된, 전계 발광 소자.
  4. 제1항에서,
    상기 아연 산화물 나노 입자들은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합에서 선택되는 추가 금속을 더 포함하는, 전계 발광 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 아연 산화물 나노 입자들은 Zn1-xMxO (여기서, M은 Mg, Ca, Zr, W, Li, Ti, Y, Al, 또는 이들의 조합이고, 0 ≤ x ≤ 0.5)를 포함하는, 전계 발광 소자.
  6. 제1항에서,
    상기 아연 산화물 나노 입자들의 평균 크기는 1 nm 내지 10 nm인, 전계 발광 소자.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전자 수송층과 제2 전자 수송층의 두께는 각각 10 nm 내지 90 nm의 범위에 있는, 전계 발광 소자.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 발광층과 제2 발광층은 서로 동일하거나 상이한 반도체 나노 입자들을 포함하는 전계 발광 소자.
  9. 제1항에서,
    상기 복수개의 반도체 나노 입자들은 카드뮴, 납, 수은, 또는 이들의 조합을 포함하는, 전계 발광 소자.
  10. 제1항에서,
    상기 복수개의 반도체 나노 입자들은 아연, 셀레늄, 및 텔루리움을 포함하는 제1 반도체 나노결정 및 아연 칼코겐화물을 포함하고 상기 제1 반도체 나노결정과 다른 제2 반도체 나노결정을 포함하는, 전계 발광 소자.
  11. 제1항에서,
    상기 복수개의 반도체 나노 입자들은, 인듐, 인, 및 선택에 따라 아연을 포함하는 제1 반도체 나노결정 및 아연 칼코겐화물을 포함하고 상기 제1 반도체 나노결정과 다른 제2 반도체 나노결정을 포함하는, 전계 발광 소자.
  12. 제1항에서,
    상기 복수개의 반도체 나노 입자들의 평균 크기는 4 nm 내지 30 nm인, 전계 발광 소자.
  13. 제1항에서,
    상기 복수개의 반도체 나노 입자들은, 상기 제1 반도체 나노결정을 포함하는 코어 및 상기 코어 상에 배치되고 상기 제2 반도체 나노결정을 포함하는 쉘을 포함하는, 전계 발광 소자.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 전자 수송층은 상기 제1 발광층에 인접하고, 상기 제2 전자 수송층은 상기 제2 발광층에 인접한, 전계 발광 소자.
  15. 제1항에서,
    상기 전계 발광 소자는, 상기 제1 발광층과 상기 제1 전극 사이에 제1 정공 보조층을 더 포함하고,
    상기 제2 발광층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 보조층을 더 포함하는, 전계 발광 소자.
  16. 투명 전극의 제1면에 아연 산화물 나노 입자들을 포함하는 분산액을 도포 후 건조하여 제1 전자 보조층을 형성하고, 반도체 나노 입자들을 포함하는 조성물을 제1 전자 보조층 위에 도포한 후 건조하여 제1 발광층을 형성하고,
    투명 전극의 제2면에 아연 산화물 나노 입자들을 포함하는 분산액을 도포 후 건조하여 제2 전자 보조층을 형성하고, 반도체 나노 입자들을 포함하는 조성물을 제2 전자 보조층 위에 도포한 후 건조하여 제2 발광층을 형성하고,
    상기 제1 발광층 위에 제1 전극을 형성하고 제2 발광층 위에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 공정을 포함하는
    제1항에 따른 전계 발광 소자의 제조방법.
  17. 제1항 내지 제15항중 어느 하나의 항에 따른 전계 발광 소자를 포함하는 표시 장치.

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