WO2018174409A1 - 양자점 발광소자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

양자점 발광소자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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WO2018174409A1
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양승현
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a light emitting device that increases light efficiency by using quantum dots.
  • a quantum wells structure is a structure in which another kind of semiconductor well (potential well) having a smaller band gap is inserted between semiconductors having a large band gap.
  • the transition energy due to the quantum confinement effect can be controlled according to the thickness of, and the transition energy is changed according to the lattice constant difference between the well and the barrier material.
  • Quantum dots using CdSe are popular in the prior art.
  • CdSe quantum dots since the bore radius is about 4.9 nm, when the diameter of the quantum dots is about 10 nm or less, the band gap energy increases due to the quantum limiting effect.
  • the light emits red color (bandgap energy 1.84 eV) in the bulk state, but in the form of a quantum dot, as the size decreases, colors of shorter wavelengths such as yellow, green, and blue may be displayed. In other words, the emission color can be adjusted by controlling the size of the quantum dot.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the light efficiency of the light emitting device using the I-VIII quantum dot nanostructure.
  • the quantum dot light emitting device for solving this problem may include a first electrode, a second electrode, a light emitting layer, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer and an electron transport layer.
  • the second electrode may be disposed on the first electrode, the emission layer may be positioned between the first electrode and the second electrode, and may include a quantum dot nanostructure.
  • the hole injection layer may be disposed between the first electrode and the light emitting layer.
  • the hole transport layer may be disposed between the hole injection layer and the light emitting layer, the potential barrier between the light emitting layer and the hole injection layer can be reduced.
  • the electron injection layer may be positioned between the emission layer and the second electrode, and may move electrons from the second electrode to the emission layer.
  • the electron transport layer may be disposed between the electron injection layer and the light emitting layer, and may transfer electrons moved by the electron injection layer to the light emitting layer.
  • the quantum dot nanostructure may be composed of a core layer and a shell layer surrounding the core layer, and either or both of the core layer and the shell layer may include an I-VIII compound composed of copper and halogen groups. Can be.
  • the light emitting device package according to the present invention may include a housing, a light emitting device, and a light conversion unit.
  • the light emitting device may be disposed in the housing.
  • the light conversion unit may be disposed on the light emitting device, the quantum dot nanostructure may be dispersed therein.
  • the quantum dot nanostructure may be composed of a core layer and a shell layer surrounding the core layer, and either or both of the core layer and the shell layer may include an I-VIII compound composed of copper and halogen groups. have.
  • the I-VIII compound is CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI , AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBrI, AuFClIr, AuClIrI May include any combination.
  • the I-VIII compound has the same copper group element, and the halogen element may have an atomic number of the core layer higher than that of the shell layer.
  • the quantum dot nanostructures may be 1 nm to 20 nm in diameter.
  • the light conversion unit may further include any one or a mixture of two or more phosphors and fluorescent materials.
  • the light emitting device may emit light having a blue wavelength
  • the light conversion unit may absorb light having a yellow or green wavelength so as to emit light having a white or primary color wavelength.
  • the backlight unit according to the present invention may include a light source in which the quantum dot light emitting device or the light emitting device package according to the present invention is disposed, and a light guide plate uniformly dispersing the direction of light emitted from the light source.
  • the luminous efficiency may be improved due to the quantum dot nanostructure by the I-VIII compound, and in particular, the luminous efficiency may be excellent in the short wavelength region (300 nm to 500 nm).
  • the emission wavelength region may be adjusted by modifying the size of the quantum dot nanostructure.
  • the quantum dot nanostructure light emitting device to the display can be applied to the flexible display, it is possible to reduce the cost compared to the display using the organic material.
  • the quantum dot nanostructure of the I-VIII compound may be utilized as a semiconductor, and further may have excellent electrical properties.
  • FIG. 1 illustrates a quantum dot light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a quantum dot nanostructure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to another embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are graphs comparing the light emission characteristics of the quantum dot light emitting devices according to the examples and comparative examples of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 illustrates a quantum dot light emitting device 1000 according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the quantum dot nanostructure 320.
  • the quantum dot light emitting device 1000 may include a first electrode 100, a second electrode 200, a light emitting layer 300, a hole injection layer 400, a hole transport layer 500, and an electron injection layer ( 600 and the electron transport layer 700.
  • the second electrode 200 may be disposed above the first electrode 100, and the emission layer 300 may be positioned between the first electrode 100 and the second electrode 200.
  • the quantum dot nanostructure 320 may be included.
  • the hole injection layer 400 may be disposed between the first electrode 100 and the light emitting layer 300.
  • the hole transport layer 500 may be disposed between the hole injection layer 500 and the light emitting layer 300, the potential barrier between the light emitting layer 300 and the hole injection layer 400 can be reduced. have.
  • the electron injection layer 600 may be located between the emission layer 300 and the second electrode 200, and may move electrons from the second electrode 200 to the emission layer 300.
  • the electron transport layer 700 may be disposed between the electron injection layer 600 and the light emitting layer 300, and may transfer electrons moved by the electron injection layer 600 to the light emitting layer 300.
  • the quantum dot nanostructure 320 may include a core layer 322 and a shell layer 324 surrounding the core layer 322, as shown in FIG. 2, and the core layer 322 and the shell layer 324. Either or both may comprise a Group I-VIII compound composed of copper and halogen groups. The color may be implemented differently according to the size of the core layer 322, and the shell layer 324 surrounding the core layer 322 may serve to improve light emission characteristics.
  • the I-VIII compound is CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI , AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBrI, AuFClIr, AuClIrI May include any combination.
  • the I-VIII compound has the same copper group element, and the halogen element may have an atomic number of the core layer 322 higher than that of the shell layer 324.
  • the bandgap energy of the core layer 322 may be greater than the bandgap energy of the shell layer 324.
  • the structure of the core layer 322 / shell layer 324 can be made of the structure of CuCl / CuBr or CuCl / CuI. Accordingly, electrons and holes may be relatively located in the shell layer 324, and the emission wavelength may be adjusted according to the thickness of the shell layer 324.
  • the shell layer 324 may further increase the quantum efficiency of the core layer 322.
  • any one or both of the core layer 322 and the shell layer 324 may be formed in multiple layers to change the efficiency of the quantum dot.
  • the quantum dot nanostructure 320 may have a diameter of 1nm to 20nm. Since the quantum dot nanostructure 320 may exhibit a specific light below a bore radius, when the quantum dot nanostructure 320 is larger than 20 nm, quantum effects are not actively generated. On the other hand, if it is smaller than the bore radius, a specific wavelength emits light, and as it is smaller, the wavelength is shorter from red to blue light. However, if the radius is less than 1nm has a disadvantage that it is difficult to disperse.
  • the light emitting layer 300 may further include any one or a mixture of two or more phosphors and fluorescent materials.
  • White light can be generated by emitting light of different wavelength bands, and color reproducibility can be improved by being easy to emit light of various wavelength bands.
  • FIG. 3 and 4 illustrate a light emitting device package 2000 according to exemplary embodiments of the present invention.
  • the light emitting device package 2000 may include a housing 10, a light emitting device 20, and a light conversion unit 30.
  • the light emitting device 20 may be disposed in the housing 10.
  • the light conversion unit 30 may be disposed above the light emitting device 10, and the quantum dot nanostructure 32 may be dispersed in the light conversion unit 30.
  • the light conversion unit 30 may be dispersed and molded between the housing 10 and the light emitting device 20.
  • Light emitted from the light emitting device 20 may be converted by the quantum dot nanostructure 32 before exiting to the outside of the housing 10.
  • the light conversion unit 30 may be stacked on the light emitting device 20. Loss of light generated from the light emitting device 20 can be minimized.
  • the quantum dot nanostructure 32 may be formed of a core layer 322 and a shell layer 324 surrounding the core layer 322, one of the core layer 322 and the shell layer 324 or Both can include Group I-VIII compounds composed of copper and halogen groups.
  • the I-VIII compound is CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI , AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBrI, AuFClIr, AuClIrI May include any combination.
  • the I-VIII compound has the same copper group element, and the halogen element may have an atomic number of the core layer higher than that of the shell layer.
  • the quantum dot nanostructure 32 may be 1 nm to 20 nm in diameter. This is to maximize the easy dispersion and luminous efficiency of the quantum dot nanostructure 31 as described above.
  • the light conversion unit 30 may further include any one or a mixture of two or more phosphors and fluorescent materials.
  • the light emitting device 20 may emit light having a blue wavelength
  • the light conversion unit 30 may absorb light having a yellow or green wavelength so as to emit light having a white or primary color wavelength.
  • the white light generated in this way may be applied to the display backlight unit to maximize luminous efficiency and increase color clarity.
  • 5 and 6 are graphs measuring light emission characteristics of light emitting device packages according to embodiments and comparative examples of the present invention.
  • quantum dots of CuCl, ZnO, and GaN were made to have diameters of 5 nm, 10 nm, and 15 nm, and the emission efficiency was measured for each wavelength band.
  • the diameter of the I-VIII compound CuCl quantum dot according to an exemplary embodiment of the present invention decreases, the wavelength band showing the highest light efficiency is shifted to a shorter region.
  • the light efficiency of the CuCl quantum dot at 5nm is significantly superior to other ZnO and GaN quantum dots.
  • ZnO quantum dots shows light emission characteristics in a shorter wavelength range, but there is a phenomenon in which the light efficiency drops rapidly.
  • the GaN quantum dot is the lowest optical efficiency of the three quantum dots, when the size is 5nm it was confirmed that the optical properties are moved to a higher wavelength rather. It is expected that as the size becomes smaller, the dispersion stability is poor and aggregated.
  • FIG. 6 illustrates a CuCl quantum dot nanostructure as an exemplary embodiment according to the present invention, and a CdSe quantum dot nanostructure as a comparative example.
  • the luminescent properties according to the presence or absence and crystallization of the zinc-blende crystal structure (Zinc-blende) is compared.
  • the diameter of the two quantum dots is 3nm
  • CuCl has the highest light efficiency in the short wavelength of 300nm band
  • CdSe shows the high luminescence properties at 350nm and 500nm.
  • the optical efficiency of the CuCl quantum dot nanostructure is significantly higher than that of CdSe.
  • the quantum dot nanostructure made of the I-VIII compound has excellent light emission characteristics, and when applied to the light emitting device and the light emitting device package, the light efficiency can be improved.
  • the quantum dot light emitting device 1000 according to any one of items 1 to 5 or the light emitting device package 2000 according to any one of items 6 to 11 is disposed. And a light guide plate uniformly dispersing the direction of light emitted from the light source.
  • the light source may be economical due to its long life due to light emission by the quantum dot nanostructures 320 and 32. In addition, since the luminous efficiency is high, power consumption can be reduced.

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Abstract

본 발명은, Ⅰ-Ⅶ족 화합물로 구성된 양자점 나노구조가 포함된 양자점 발광소자, 발광소자 패키지 및 백라이트 유닛에 관한 것이다. 상기 양자점 발광소자는 제1 전극, 제2 전극, 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 및 전자수송층을 포함할 수 있으며, 상기 발광층은 상기 양자점 나노구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광소자 패키지는 하우징, 발광소자, 및 광변환부를 포함할 있고, 상기 발광소자는 상기 하우징 내부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 광변환부는 상기 발광소자 상부에 배치될 수 있으며, 내부에 양자점 나노구조가 분산될 수 있다. 또한, 상기 백라이트 유닛은 상기 양자점 발광소자 또는, 상기 발광소자 패키지가 배치되는 광원 및 상기 광원으로부터 방출된 광의 방향을 균일하게 분산시키는 도광판을 포함할 수 있다.

Description

양자점 발광소자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
본 발명은 반도체 발광소자에 관련된 분야로, 보다 상세하게는 양자점을 이용하여 광효율을 증대시키는 발광소자를 나타낸 것이다.
전기적 또는 광학적 여기에 의해 반도체 재료 내에서 형성된 여기자(exciton)의 보어 반경(Bohr radius)보다 반도체 나노입자의 크기가 작게되면 강한 양자제한효과(Quantum confinement effect)가 나타나며, 이러한 범위의 입자 크기를 갖는 반도체 나노입자를 양자점(Quantum dot)재료라고 한다. 양자우물(Quantum wells) 구조는 통상 밴드갭(band-gap)이 큰 반도체(potential barrier, 장벽) 사이에 그보다 밴드갭이 작은 다른 종류의 반도체(potential well, 우물)가 들어가 있는 형태의 구조로서 우물의 두께에 따라 양자구속효과(quantum confinement effect)에 의한 천이에너지(transition energy)를 조절할 수 있고, 우물과 장벽 물질 사이의 격자상수 차이에 따른 천이에너지가 변하게 된다.
종래 기술에는 CdSe을 이용한 양자점이 대중적이다. CdSe의 양자점의 경우, 보어 반경이 4.9nm정도이므로, 양자점의 지름이 약 10nm 이하가 되면 양자제한효과에 의해 밴드갭 에너지가 커지게 된다. 이를 발광 스펙트럼 차원에서 보면, 벌크 상태에서는 붉은색(밴드갭 에너지 1.84eV)을 발광하지만 양자점 형태가 되면 크기가 줄어들수록 노랑색, 초록색, 파란색 등 더 짧은 파장의 색을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 양자점 크기를 제어하면 발광색을 조절할 수 있다.
이러한 양자점을 이용한 디스플레이에 적용하여 완벽한 색채 표현과 저전력 소비가 가능해지고 있다. 뿐만 아니라, 얇고 휘어지는 디스플레이 제작이 가능한 장점들로 인해 현재 LCD와 OLED가 대세를 이루고 있는 디스플레이 시장에서 차세대 디스플레이 제품이 될 수 있어 활발한 연구가 진행 중이다. 양자점 디스플레이(QD-LED)를 이용하여 색 재현율이 20~30% 이상 향상되었지만, 높은 제조비용 대비 광효율이 기대에 미치지 못하고 있다. 이는 양자점의 나노 입자의 크기에 따라 발산하는 파장이 달라지게 되는데, 양자점 나노 입자의 크기를 줄이는데 한계가 있기 때문이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, Ⅰ-Ⅶ족 양자점 나노구조를 이용하여 발광소자의 광효율을 향상시키는데 있다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 양자점 발광소자는, 제1 전극, 제2 전극, 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층 및 전자수송층을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 제1 전극 상부에 배치될 수 있고, 상기 발광층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치할 수 있으며, 양자점 나노구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 정공주입층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 정공수송층은 상기 정공주입층과 상기 발광층 사이에 배치될 수 있으며, 상기 발광층과 상기 정공주입층 사이의 전위장벽이 감소할 수 있다. 또한, 상기 전자주입층은 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 위치할 수 있고, 상기 제2 전극으로부터 상기 발광층으로 전자를 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 전자수송층은 상기 전자주입층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 전자주입층에 의해 이동되는 전자를 상기 발광층으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 양자점 나노구조는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 쉘층으로 이루어질 수 있으며, 상기 코어층 및 상기 쉘층 중 어느 하나, 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발광소자 패키지는 하우징, 발광소자, 및 광변환부를 포함할 수 있다. 상기 발광소자는 상기 하우징 내부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 광변환부는 상기 발광소자 상부에 배치될 수 있으며, 내부에 양자점 나노구조가 분산될 수 있다. 또한, 상기 양자점 나노구조는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 쉘층으로 이루어질 수 있고, 상기 코어층 및 상기 쉘층 중 어느하나 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI, AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClBr, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBr, AuFClI, 및 AuClBrI 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 구리족 원소가 동일하고, 할로겐 원소는 코어층의 원자번호가 쉘층의 원자번호보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 양자점 나노구조는 직경 1 nm 내지 20 nm 일 수 있다.
또한, 상기 광변환부는 인광물질 및 형광물질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 청색 파장의 빛을 발산하고, 상기 광변환부는 백색 또는 주광색 파장의 빛을 출광하도록 황색 또는 녹색 파장의 빛을 흡수할 수 있다.
본 발명에 의한 백라이트 유닛은, 본 발명에 의한 양자점 발광소자 또는 상기 발광소자 패키지가 배치되는 광원, 및 상기 광원으로부터 방출된 광의 방향을 균일하게 분산시키는 도광판을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, Ⅰ-Ⅶ족 화합물에 의한 양자점 나노구조로 인하여 발광효율이 향상될 수 있으며, 특히 단파장 영역(300nm~500nm)에서 발광효율이 뛰어날 수 있다.
또한, 양자점 나노구조의 크기를 변형하여 발광 파장 영역을 조절할 수 있다.
또한, 양자점 나노구조 발광소자를 디스플레이에 적용하여 플렉서블 디스플레이에 적용이 가능하며, 유기물을 이용한 디스플레이에 비해 원가를 절감할 수 있다.
또한, Ⅰ-Ⅶ족 화합물의 양자점 나노구조를 반도체로 활용할 수 있고, 나아가 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 양자점 발광소자를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 양자점 나노구조의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자 패키지 단면도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 실시예 및 비교예들에 의한 양자점 발광소자의 발광특성을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 양자점 발광소자(1000)를 나타낸 것이고, 도 2는 양자점 나노구조(320)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 양자점 발광소자(1000)는 제1 전극(100), 제2 전극(200), 발광층(300), 정공주입층(400), 정공수송층(500), 전자주입층(600) 및 전자수송층(700)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(200)은 상기 제1 전극(100) 상부에 배치될 수 있고, 상기 발광층(300)은 상기 제1 전극(100)과 상기 제2 전극(200) 사이에 위치할 수 있으며, 양자점 나노구조(320)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 정공주입층(400)은 상기 제1 전극(100)과 상기 발광층(300) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 정공수송층(500)은 상기 정공주입층(500)과 상기 발광층(300) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 발광층(300)과 상기 정공주입층(400) 사이의 전위장벽이 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 전자주입층(600)은 상기 발광층(300)과 상기 제2 전극(200) 사이에 위치할 수 있고, 상기 제2 전극(200)으로부터 상기 발광층(300)으로 전자를 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 전자수송층(700)은 상기 전자주입층(600)과 상기 발광층(300) 사이에 배치되고, 상기 전자주입층(600)에 의해 이동되는 전자를 상기 발광층(300)으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 양자점 나노구조(320)는 도 2에서처럼, 코어층(322) 및 상기 코어층(322)을 둘러싸는 쉘층(324)으로 이루어질 수 있으며, 상기 코어층(322) 및 상기 쉘층(324) 중 어느 하나, 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함할 수 있다. 상기 코어층(322)의 크기에 따라 색깔을 달리 구현할 수 있고 상기 코어층(322)을 둘러싼 상기 쉘층(324)은 발광특성을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI, AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClBr, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBr, AuFClI, 및 AuClBrI 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 구리족 원소가 동일하고, 할로겐 원소는 코어층(322)의 원자번호가 쉘층(324)의 원자번호보다 높게 형성될 수 있다. 이는 다시 말해, 상기 코어층(322)의 밴드갭 에너지가 쉘층(324)의 밴드갭 에너지보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 코어층(322)/쉘층(324)의 구조가 CuCl/CuBr 또는 CuCl/CuI의 구조로 만들어질 수 있다. 따라서, 전자와 정공은 상대적으로 상기 쉘층(324)에 위치할 수 있으며, 쉘층(324)의 두께에 따라 발광 파장을 조절할 수 있다. 나아가, 상기 쉘층(324)에 의하여 상기 코어층(322)의 양자효율이 더 높아질 수 있다. 또한, 상기 코어층(322), 상기 쉘층(324) 중 어느 하나 또는 두 층 모두는 복층으로 형성되어 양자점의 효율을 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 양자점 나노구조(320)는 직경 1nm 내지 20nm일 수 있다. 상기 양자점 나노구조(320)는 보어 반경 이하에서 특정 빛을 나타낼 수 있으므로 20nm 보다 크면 양자효과가 활발히 일어나기 어렵다. 반면 보어 반경보다 작아지게 되면, 특정 파장이 빛을 발산하게 되고 작아질수록 붉은색에서 푸른 빛으로 파장이 짧아진다. 하지만, 반지름을 1nm 미만으로 작아지면 분산시키기 어려운 단점이 있다.
또한, 상기 발광층(300)은 인광물질 및 형광물질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 서로 다른 파장대의 빛을 발산하여 백색광을 만들 수 있고, 다양한 파장대의 빛을 발산하는데 용이하여 색 재현율을 향상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 예시적인 실시예들에 의한 발광소자 패키지(2000)를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 발광소자 패키지(2000)는 하우징(10), 발광소자(20), 및 광변환부(30)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(20)는 상기 하우징(10) 내부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 광변환부(30)는 상기 발광소자(10) 상부에 배치될 수 있으며, 양자점 나노구조(32)가 상기 광변환부(30) 내부에 분산될 수 있다.
이때, 도 3에서와 같이 상기 광변환부(30)는 상기 하우징(10)과 상기 발광소자(20) 사이에 분산되어 몰딩될 수 있다. 상기 발광소자(20)에서 방출되는 빛이 상기 하우징(10)외곽으로 빠져나가기 전에 상기 양자점 나노구조(32)에 의해 변환될 수 있다.
또는, 도 4에서처럼 상기 발광소자(20) 상부에 상기 광변환부(30)가 적층될 수 있다. 상기 발광소자(20)로부터 발생되는 빛의 손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 양자점 나노구조(32)는 코어층(322) 및 상기 코어층(322)을 둘러싸는 쉘층(324)으로 이루어질 수 있고, 상기 코어층(322) 및 상기 쉘층(324) 중 어느하나 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI, AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClBr, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBr, AuFClI, 및 AuClBrI 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 구리족 원소가 동일하고, 할로겐 원소는 코어층의 원자번호가 쉘층의 원자번호보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 양자점 나노구조(32)는 직경 1 nm 내지 20 nm 일 수 있다. 이는 앞에서 명시한 바와 같이 양자점 나노구조(31)의 용이한 분산과 발광효율을 극대화하기 위함이다.
또한, 상기 광변환부(30)는 인광물질 및 형광물질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자(20)는 청색 파장의 빛을 발산하고, 상기 광변환부(30)는 백색 또는 주광색 파장의 빛을 출광하도록 황색 또는 녹색 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 이렇게 생성된 백색광은 디스플레이 백라이트 유닛에 적용되어 발광효율을 극대화할 수 있고 색의 선명도를 높일 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예들에 의한 발광소자 패키지의 발광특성을 측정한 그래프 이다.
도 5에서는, CuCl, ZnO, GaN의 각 양자점을 5nm, 10nm 및 15nm의 직경으로 만들었고, 각 파장대별로 발산효율을 측정하였다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 Ⅰ-Ⅶ족 화합물 CuCl 양자점은 직경이 작아짐에 따라 가장 높은 광효율을 보이는 파장대가 짧은 영역대로 옮겨졌다. 또한, 5nm일 때 CuCl 양자점의 광효율이 다른 ZnO 및 GaN 양자점보다 월등히 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 반면, ZnO 양자점은 마찬가지로 크기가 작아질수록 짧은 파장영역대로 발광특성을 보이고 있으나 광효율이 급격히 떨어지는 현상이 있다. 또한, GaN 양자점은 세가지 양자점 중 가장 광효율이 떨어지고, 크기가 5nm가 되면 광특성이 오히려 높은 파장대로 이동되는 것을 확인하였다. 이는 크기가 작아지게 되면서 분산 안정도가 떨어져 응집되었을 것으로 예측된다.
도 6은 본 발명에 의한 예시적인 실시예로 CuCl 양자점 나노구조를, 비교예로 CdSe 양자점 나노구조를 사용하였다. 이때, 섬아연석형구조(Zinc-blende) 결정화 유무 및 직경에 따른 발광특성을 비교한 것이다. 두 양자점의 직경이 3nm일 때 CuCl 은 300nm 대의 단파장에서 광효율이 가장 높았고, CdSe의 경우 350nm와 500nm 두 군데의 발광 특성이 높은 것을 보여주고 있다. 또한, CdSe에 비해 CuCl 양자점 나노구조의 광효율이 월등히 높은 것을 확인할 수 잇다. 반면, 섬아연석형구조의 유무에 따른 변화는 크게 두드러지지 않았다. 또한, CuCl 및 CdSe 양자점 나노구조 직경이 5nm 인 경우를 살펴보면, CdSe의 발광영역이 100nm~200nm이상 밀려나는 것을 확인할 수 있다. 반면에 CuCl의 경우 20nm~40nm정도의 차이만 보였다. 또한, 본 발명에 의한 CuCl 양자점 나노입자의 광효율이 눈에띄게 높은 것을 확인할 수 있고, 섬아연석형구조에 따른 차이가 주요 파장영역에 영향을 덜 미치는 것을 확인할 수 있다.
따라서, Ⅰ-Ⅶ족 화합물로 이루어진 양자점 나노구조는 발광특성이 월등하므로 발광소자 및 발광소자 패키지에 적용하였을 때, 광효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 백라이트 유닛은, 상기 1항 내지 상기 5항 중 어느 한 항에 의한 양자점 발광소자(1000) 또는, 상기 6항 내지 상기 11항 중 어느 한 항에 의한 발광소자 패키지(2000)가 배치되는 광원, 및 상기 광원으로부터 방출된 광의 방향을 균일하게 분산시키는 도광판을 포함할 수 있다. 상기 광원은 양자점 나노구조(320, 32)에 의한 발광으로 수명이 길어 경제적일 수 있다. 뿐만 아니라, 발광효율이 높기 때문에 전력소모를 줄일 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상부에 배치되는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 양자점 나노구조를 포함하는 발광층;
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치되는 정공주입층;
    상기 정공주입층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 발광층과 상기 정공주입층 사이의 전위장벽이 감소하는 정공수송층;
    상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 위치하고, 상기 제2 전극으로부터 상기 발광층으로 전자를 이동시키는 전자주입층; 및
    상기 전자주입층과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 전자주입층에 의해 이동되는 전자를 상기 발광층으로 전달하는 전자수송층; 을 포함하고,
    상기 양자점 나노구조는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 쉘층으로 이루어지고, 상기 코어층 및 상기 쉘층 중 어느 하나, 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 발광소자.
  2. 제1 항에 있어,
    상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI, AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClBr, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBr, AuFClI, 및 AuClBrI 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 발광소자.
  3. 제2 항에 있어,
    상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 구리족 원소가 동일하고, 할로겐 원소는 코어층의 원자번호가 쉘층의 원자번호보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점 발광소자.
  4. 제1 항에 있어,
    상기 양자점 나노구조는 직경 1nm 내지 20nm인 것을 특징으로 하는 양자점 발광소자.
  5. 제1 항에 있어,
    상기 발광층은 인광물질 및 형광물질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 발광소자.
  6. 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되는 발광소자; 및
    상기 발광소자 상부에 배치되고, 양자점 나노구조가 분산되는 광변환부; 를 포함하고,
    상기 양자점 나노구조는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 쉘층으로 이루어지고, 상기 코어층 및 상기 쉘층 중 어느하나 또는 둘 모두는 구리족 및 할로겐족으로 구성된 Ⅰ-Ⅶ족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어,
    상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 CuCl, CuBr, CuI, AgBr, AgI, CuF, AgF, AgCl, AuF, AuCl, AuBr, AuI, CuFCl, CuBrF, CuFI, CuClBr, CuClI, CuBrI, AgFCl, AgFBr, AgFI, AgClBr, AgClI, AgBrI, AuFCl, AuFBr, AuFI, AuClBr, AuClI, AuBrI, CuF-ClBr, CuFClI, CuFBrI, CuIBrCl, AgFClBr, AgFClI, AgFBrI, AgClBrI, AuFClBr, AuFClI, 및 AuClBrI 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 제7 항에 있어,
    상기 상기 Ⅰ-Ⅶ족 화합물은 구리족 원소가 동일하고, 할로겐 원소는 코어층의 원자번호가 쉘층의 원자번호보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  9. 제6 항에 있어,
    상기 양자점 나노구조는 직경 1 내지 20 nm 인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 제6 항에 있어,
    상기 광변환부는 인광물질 및 형광물질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  11. 제6 항에 있어,
    상기 발광소자는 청색 파장의 빛을 발산하고, 상기 광변환부는 백색 또는 주광색 파장의 빛을 출광하도록 황색 또는 녹색 파장의 빛을 흡수하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  12. 상기 1항 내지 상기 5항 중 어느 한 항에 의한 양자점 발광소자 또는, 상기 6항 내지 상기 11항 중 어느 한 항에 의한 발광소자 패키지가 배치되는 광원; 및
    상기 광원으로부터 방출된 광의 방향을 균일하게 분산시키는 도광판; 을 포함하는 백라이트 유닛.
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