KR20180085232A - 양자 발광층 및 이를 포함하는 양자점 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 양자 발광층은 TiO2, ZnO 및 ITO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산란입자; 및 II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양자 발광층 및 이를 포함하는 양자점 발광 소자에 관한 것으로서, 구체적으로 특정 산란입자를 포함하는 양자 발광층 및 양자점 발광 소자에 관한 것이다.
양자점 발광 소자(quantum dot light emitting diode)는 발광층에 나노 크기의 반도체 결정인 양자점(QD, quantum dot)이 포함되는 발광 소자를 일컫는다. 나노미터 크기의 양자점은 불안정한 상태의 전자가 전도대에서 가전자대로 내려오면서 발광하는데, 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛이 발생한다. 이는 기존의 반도체 물질과 다른 독특한 전기적 광학적 특성으로, 양자점의 크기를 조절함으로써 원하는 파장의 가시광선을 표현할 수 있고, 여러 크기의 양자점을 이용하여 다양한 색을 동시에 구현할 수 있다.
양자점 발광 소자는, 유기 발광 표시 소자의 발광층의 재료로 유기 발광 재료 대신 양자점을 이용하는 표시 소자이다.
유기 발광 재료를 사용하는 유기 발광 다이오드(OLED, Organic light emitting diode)는 소자의 종류에 따라 백색, 적색, 청색 등 단일색을 구현하는데, 많은 빛을 화려하게 표현하기에는 다소 한계가 있다. 이에 반해 양자점 발광 소자는 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 색재현율이 좋고 휘도 또한 발광다이오드에 뒤쳐지지 않아 차세대 광원으로 주목받는 발광다이오드의 단점을 보완할 수 있는 소자로 각광받고 있다.
대한민국 등록특허 제1546622호는 양자점 발광 소자에 관한 것으로서, 애 노드 (anode); 상기 애노드 상에 형성되고 PEDOT-PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)) 및 상기 PEDOT-PSS보다 높은 정공 이동도를 갖는 추가 전도성 물질을 포함하는 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 형성된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성되고 양자점 (quantum dot) 을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 형성되는 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 형성되는 캐소드 (cathode) 를 포함하고, 상기 정공 주입층의 형성을 위해 이용되는 전구체 용액은 용질로서 상기 PEDOT-PSS 및 상기 추가 전도성 물질을 포함하고, 상기 정공 주입층의 형성을 위해 이용되는 전구체 용액에서 상기 추가 전도성 물질의 질량은 상기 PEDOT-PSS의 질량의 0.2배 내지 0.8배인 것을 특징으로 하는, 양자점 발광 소자에 관한 내용을 개시하고 있다.
그러나, 종래의 양자점 발광 소자의 경우 광효율이 다소 미비한 상황이다. 그러므로, 광효율이 우수한 양자점 발광 소자에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 광효율을 높일 수 있는 양자 발광층을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전술한 양자 발광층을 포함하는, 광효율이 우수한 양자점 발광 소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자 발광층은 TiO2, ZnO 및 ITO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산란입자; 및 II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 구비된 전술한 양자 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 양자 발광층은 특정 산란입자를 포함함으로써 광효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 양자 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자는 광효율이 우수한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 양자점 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 양자점 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 실험예에 따른 양자점 발광 소자를 광학 카메라로 측정한 디지털 이미지이다.
도 4는 실험예에 따른 양자점 발광 소자를 광학 카메라로 측정한 디지털 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 양자점 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 실험예에 따른 양자점 발광 소자를 광학 카메라로 측정한 디지털 이미지이다.
도 4는 실험예에 따른 양자점 발광 소자를 광학 카메라로 측정한 디지털 이미지이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에서 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.
<양자
발광층
>
본 발명의 한 양태는, 이산화 타이타늄(Titanium dioxide, TiO2), 산화 아연(Zinc oxide, ZnO) 및 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산란입자(12); 및 II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자(11);를 포함하는 양자 발광층(10)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 양자 발광층(10)은 양자점 나노입자(11) 및 산란입자(12)를 포함하며, 상기 산란입자(12)는 TiO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 백색 산란입자, 및 ITO를 포함하는 투명 산란입자로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 산란입자(12)는 TiO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 백색 산란입자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 산란입자(12)는 ITO를 포함하는 투명 산란입자로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 산란입자(12)는 TiO2를 포함할 수 있다.
통상적으로, 유기 발광 다이오드에서 가장 중요한 연구 분야는 광추출에 관한 것으로, 발생된 빛을 얼마나 많이 추출하여 더 밝게 만드는 것이 큰 이슈가 되고 있다.
본 발명에 따른 양자 발광층(10)은, 상기 양자 발광층(10)의 표면조도를 조절하고, 입사광의 각도로 인하여 매질을 통과하지 못하고 반사되어 발광층에 갇히는 빛의 각도를 변화시켜 더 많은 양의 광이 통과될 수 있도록 유도할 수 있는 산란입자(12)를 포함함으로써, 광효율이 우수한 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 산란입자(12)의 입자직경은 20 내지 250nm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150nm 이상 230nm 이하의 값을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, "입자직경"은 평균 입자직경을 일컫는 것으로서, 오츠카사의 ELSZ-200zs 장비를 이용하여 물을 분산매로 하여 측정한 결과를 산란광 강도 분포로 나타내고, 그 메디안 직경을 가지고 평균 입자직경으로 구할 수 있다.
상기 산란입자(12)의 입자직경이 상기 범위 내인 경우 가시광선 영역의 빛의 반사가 용이하며, 상기 산란입자(12)의 직경이 상기 범위 미만인 경우 반사 되는 정도가 낮아 지는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 상기 산란입자(12)의 입자직경이 상기 범위를 초과하는 경우 가시광선 영역에서 빛이 상기 산란입자(12)에 의하여 차단되는 효과가 발생하여 광효율이 저해되는 문제점이 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 입자직경을 가지는 산란입자(12)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 양자점 나노입자(11)는 II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 II-VI 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 II-VI족 반도체 화합물은 카드뮴셀레나이드(CdSe)일 수 있다.
상기 III-V족 반도체 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 III-V족 반도체 화합물은 인듐포스파이드(InP)일 수 있다.
상기 양자 발광층(10)이 II-VI 반도체 화합물 및 III-V 족반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자(11)를 포함하는 경우 광안정성이 우수한 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양자점 나노입자(11)는 카드뮴셀레나이드 및 인듐포스파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다. 상기 양자점 나노입자(11)가 카드뮴셀레나이드 및 인듐포스파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 경우 광효율이 극대화 될 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양자점 나노입자(11)의 입자직경은 5 내지 50nm일 수 있다. 상기 양자점 나노입자(11)의 입자직경이 상기 범위 내인 경우 광효율이 극대화될 수 있는 이점이 있으므로 바람직하다. 상기 양자점 나노입자(11)의 입자직경이 상기 범위 미만인 경우 짧은 파장의 빛이 낮은 효율로 발생하는 문제점이 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 빛의 발생이 다소 어려울 수 있으므로, 상기 범위 내의 입자직경을 가지는 양자점 나노입자(11)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양자점 나노입자(11) 및 상기 산란입자(12)는 50:50 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 양자점 나노입자(11) 및 상기 산란입자(12)의 중량비가 상기 범위 내인 경우 광 효율이 우수한 이점이 있다. 상기 양자점 입자의 중량비가 상기 산란입자(12)보다 낮은 경우, 발생하는 빛의 양이 너무 적어 효율성이 낮을 수 있으므로, 상기 범위 내로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 양자 발광층은 호스트 재료로서 다양한 캐리어 수송 재료를 더 포함할 수 있다. 상기 캐리어 수송 재료로서는, 예컨대 하기에서 기재하는 바와 같이 정공 수송성을 가지는 물질이나, 전자 수송성을 가지는 물질 등을 사용할 수 있다. 또는, 하기에 기재하는 물질 이외의 정공 수송성을 가지는 재료나 전자 수송성을 가지는 재료, 바이폴러성을 갖는 재료를 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용하는 물질들을 사용할 수 있다.
정공 수송성을 갖는 재료로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸일)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등 싸이오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높으며 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 갖는 재료로서는 예를 들어, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸일)페놀라토)아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)페놀라토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체나, 2-(4-바이페니릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)-페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다.
또한, 호스트 재료는 복수 종류의 물질을 혼합한 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역의 제어도 쉽게 수행할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 비는 정공 수송성을 갖는 재료:전자 수송성을 갖는 재료=1:9~9:1로 하면 좋다.
또한, 이들 혼합된 재료끼리로 들뜬 착체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 착체는 발광 재료의 가장 저에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩하게 되는 발광을 나타내는 들뜬 착체를 형성하는 바와 같은 조합을 선택함으로써, 에너지가 원활하게 이동하여 발광을 효율적으로 얻을 수 있어 바람직하다. 또한, 구동 전압도 저하되므로 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에 있어서 상기 양자 발광층(10)은 DCzPPy/Ir(ppy)3(2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine/Tris(2-phenylpyridine)iridium(III))을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양자 발광층(10)은 표면조도가 20nm 내지 55nm일 수 있다. 상기 표면조도는 Ra(Arithmetic Average Roghness) 값으로서, 예컨대 SNU사의 SIS-2000 기기를 사용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 양자 발광층(10)은 상기 산란입자(12) 및 상기 양자점 나노입자(11)를 함께 포함함으로써 발광층의 표면조도가 우수한 이점이 있다.
또한, 유기 발광 다이오드는 증착 공정을 통하여 발광층을 형성하지만, 본 발명에 따른 양자 발광층(10)은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등과 같은 코팅법을 이용하여 상기 산란입자(12)와 상기 양자점 나노입자(11)를 포함하는 발광층을 한번에 형성하기 때문에 균일도 또한 우수한 이점이 있다.
<
양자점
발광 소자>
본 발명의 다른 양태는 양극(30), 음극(60) 및 상기 양극(30)과 상기 음극(60) 사이에 구비된 전술한 양자 발광층(10)을 포함하는 양자점 발광 소자(100)에 관한 것이다.
도 1에 일반적인 양자점 발광 소자(100)의 단면도를 나타내었다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 양자점 발광 소자(100)는 기판(20) 상에 서로 대향된 양극(30)과 음극(60)이 형성되고, 상기 양극(30)과 상기 음극(60) 사이에 복수개의 양자점들을 포함하는 양자 발광층(10)이 형성되어 이루어진다. 상기 양극(30) 상에 정공수송입자들을 포함하는 정공 수송층(40)이 형성되고, 상기 정공 수송층(40) 상에 상기 양자 발광층(10)이 구비된다. 상기 양자 발광층(10) 상에 전자수송입자들을 포함하는 전자 수송층(50)과 상기 음극(60)이 차례로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 양자점 발광 소자(100)는 양극(30), 음극(60) 및 상기 양극(30)과 상기 음극(60) 사이에 구비된, TiO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 백색 산란입자, 및 ITO를 포함하는 투명 산란입자로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산란입자(12); 및 II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자(11);를 포함하는 양자 발광층(10)을 포함하는 양자점 발광 소자(100)에 관한 것이다.
상기 양극(30)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide), 아연 산화물(Zinc Oxide), 인듐 산화물(Indium Oxide), 주석 산화물(Tin Oxide), 인듐 아연 산화물(Indium Tin Oxide)로부터 선택되는 투명 전극으로 이루어지며, 상기 음극(60)은 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 바륨(Ba) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양극(30)의 상기 양자 발광층(10)이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판(20)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양극(30)과 상기 양자 발광층(10) 사이에 구비되는 정공 수송층(40)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 음극(60)과 상기 양자 발광층(10) 사이에 구비되는 전자 수송층(50)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(20)의 종류는 본 발명에서 특별히 한정되지는 않으며, 예컨대, 유리기판, 플라스틱 기판 또는 실리콘 기판과 같이 당업계에서 통상적으로 사용되는 기판을 적용할 수 있다.
상기 정공 수송층(40)은 양극(30)으로부터 정공 유입을 용이하게 해주는 역할을 수행할 수 있으며, 상기 전자 수송층(50)은 음극(60)으로부터 전자 유입을 용이하게 해주는 역할을 수행할 수 있다.
도 2에 본 발명의 일 실시형태에 따른 양자점 발광 소자(100)의 단면도를 나타내었다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 양자점 발광 소자(100)는 산란입자(12) 및 양자점 나노입자(11)를 포함하는 양자 발광층(10)을 포함한다. 더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 양자점 발광 소자(100)는 기판(20) 상에 서로 대향된 양극(30)과 음극(60)이 형성되고, 상기 양극(30)과 상기 음극(60) 사이에 복수개의 양자점 및 산란입자(12)들을 포함하는 양자 발광층(10)이 형성되어 이루어진다. 상기 양극(30) 상에 정공수송입자들을 포함하는 정공 수송층(40)이 형성되고, 상기 정공 수송층(40) 상에 상기 양자 발광층(10)이 구비된다. 상기 양자 발광층(10) 상에 전자수송입자들을 포함하는 전자 수송층(50)과 상기 음극(60)이 차례로 구비될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 양자 발광층(10)을 포함하는 양자점 발광 소자(100)의 밝기는 33 cd/m2 이상, 바람직하게는 33 내지 60 cd/m2 일 수 있다. 본 발명에 따른 양자 발광층(10)을 포함하는 양자점 발광 소자(100)는 상기 산란입자(12) 및 상기 양자점 나노입자(11)를 함께 포함하기 때문에 밝기가 우수한 이점이 있다.
본 발명에 따른 양자점 발광 소자(100)는 이 외에도 전자주입층, 정공주입층과 같이 양자점 발광 소자(100)에 통상적으로 포함될 수 있는 층을 더 포함할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 양자점 발광 소자(100)의 제조방법을 한정하지는 않으나, 본 발명에 따른 양자 발광층(10)은 전술한 바와 같이 증착법이 아닌 코팅법을 이용하여 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 양자 발광층(10)은, 종래의 증착법이 아닌 코팅법을 이용하여 형성함으로써 공정의 단순화를 꾀할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예
및
비교예
기판은 Glass을 사용하였고, 기판 상에 형성된 양극(Anode)은 ITO을 마스크를 사용하여 패턴된 도막을 형성하였으며, 홀이동층으로 HAT-CN/TAPC(Hexaazatriphenylenehexacarbonitrile/4,4'-Cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]) 을 사용하여 150nm 두께로 도막을 형성하였다. 발광층으로는 DCzPPy/Ir(ppy)3(2,6-bis(3-(9H-carbazol-9-yl)phenyl)pyridine/Tris(2-phenylpyridine)iridium(III))을 사용하여 양자 발광층으로 사용하였고, 전자 수송층으로 BmPyPB(1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene)을 60nm 두께로 형성하고 음극(Cathode)으로 LiF/Al를 사용하여 양자점 발광 소자를 제조하였다.
이때, 상기 양자 발광층에는 카드뮴셀레나이드 및 인듐포스파이드 양자점 및 하기 표 1에 따른 산란입자를 각각 포함 또는 미포함시켰다. 본 비교예 및 실시예의 산란입자는 양자점 대비 30 중량부 투입하여 발광층이 250~350nm가 되도록 형성하여 제작 하였다.
이때, 산란입자의 크기는 오츠카사의 ELSZ-200zs 기기를 사용하여 측정하였으며, 이때, 양자 발광층의 표면조도는 SNU사의 SIS-2000 기기를 사용하여 Ra(Arithmetic Average Roughness)를 측정하였다. 제조된 양자 발광 소자의 평가 결과의 밝기(cd/m2)는 미놀타 CS-2000 기기를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었고, 비교예 1 및 실시예 1에 따른 광학 카메라(캐논 EOS 400D)로 측정한 디지털 이미지를 각각 도 3 및 4에 나타내었다.
| 양자점 | 산란입자 | 표면조도 (Ra, nm) |
산란입자의 크기(nm) | 소자의 밝기(cd/m2) | |
| 비교예 1 | 카드뮴셀레나이드 | - | 13 | - | 30 |
| 비교예 2 | 카드뮴셀레나이드 | Tungsten oxide | 53 | 200 | 29 |
| 비교예 3 | 카드뮴셀레나이드 | Tin oxide | 58 | 230 | 32 |
| 비교예 4 | 인듐포스파이드 | - | 14 | - | 25 |
| 실시예 1 | 카드뮴셀레나이드 | Titanium dioxide | 50 | 220 | 55 |
| 실시예 2 | 카드뮴셀레나이드 | Titanium dioxide | 45 | 80 | 48 |
| 실시예 3 | 카드뮴셀레나이드 | Titanium dioxide | 30 | 23 | 40 |
| 실시예 4 | 카드뮴셀레나이드 | Titanium dioxide | 55 | 280 | 38 |
| 실시예 5 | 카드뮴셀레나이드 | Zinc oxide | 50 | 100 | 49 |
| 실시예 6 | 카드뮴셀레나이드 | Zinc oxide | 40 | 50 | 41 |
| 실시예 7 | 카드뮴셀레나이드 | Induim tin oxide | 40 | 50 | 42 |
| 실시예 8 | 인듐포스파이드 | Titanium dioxide | 50 | 220 | 35 |
비교예 1 및 4의 경우, 산란입자가 포함되지 않은 구조의 결과로서, 표면조도가 우수하나, 소자의 밝기는 30 이하(cd/m2)로 측정되었다.
비교예 2와 3의 경우, 입자의 크기가 각각 200과 230nm로 크지만, 실시예 대비 소자의 밝기는 낮은 것을 알 수 있다. 이는 산란입자의 종류에 따른 영향으로 생각된다.
비교예 4의 경우, 양자점을 인듐포스파이드로 변경하여 실험을 진행하였다. 본 실험에서도 실시예 8에서와 같이 산란입자를 추가로 도입하는 경우, 소자의 밝기는 25에서 35로 증가하는 것을 확인 하였다.
실시예 1 내지 8에서와 같이 각각 TiO2 , ZnO 또는 ITO 입자를 산란입자로 포함한 경우 소자의 밝기는 비교예 1 내지 4 대비하여 향상되는 것을 확인 할 수 있다. 이는 산란입자의 종류와 크기 그리고 발광층의 표면조도가 복합적으로 영향을 미치기 때문인 것으로 사료된다.
10: 양자 발광층
11: 양자점 나노입자
12: 산란입자
20: 기판
30: 양극
40: 정공 수송층
50: 전자 수송층
60: 음극
100: 양자점 발광 소자
11: 양자점 나노입자
12: 산란입자
20: 기판
30: 양극
40: 정공 수송층
50: 전자 수송층
60: 음극
100: 양자점 발광 소자
Claims (14)
- TiO2, ZnO 및 ITO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산란입자; 및
II-VI족 반도체 화합물 및 III-V족 반도체 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 양자점 나노입자;
를 포함하는 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 산란입자는 TiO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 백색 산란입자를 포함하는 것인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 산란입자는 ITO를 포함하는 투명 산란입자로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 양자 발광층. - 제2항에 있어서,
상기 산란입자는 TiO2를 포함하는 것인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 산란입자의 입자직경은 20 내지 250nm인 것인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 양자점 나노입자의 입자직경은 5 내지 50nm인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 양자점 나노입자는 카드뮴셀레나이드 및 인듐포스파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 양자점 나노입자 및 상기 산란입자는 50:50 내지 99:1의 중량비로 포함되는 것인 양자 발광층. - 제1항에 있어서,
상기 양자 발광층은 표면조도가 20nm 내지 55nm인 것인 양자 발광층. - 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 구비된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 양자 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자.
- 제10항에 있어서,
상기 양극의 상기 양자 발광층이 구비되는 면과 대향하는 면에 구비된 기판을 더 포함하는 것인 양자점 발광 소자. - 제10항에 있어서,
상기 양극과 상기 양자 발광층 사이에 구비되는 정공 수송층을 더 포함하는 것인 양자점 발광 소자. - 제10항에 있어서,
상기 음극과 상기 양자 발광층 사이에 구비되는 전자 수송층을 더 포함하는 것인 양자점 발광 소자. - 제10항에 있어서,
상기 양자점 발광 소자의 밝기는 33 cd/m2 이상인 것인 양자점 발광 소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020170008652A KR20180085232A (ko) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | 양자 발광층 및 이를 포함하는 양자점 발광 소자 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20180085232A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022143553A1 (zh) * | 2020-12-31 | 2022-07-07 | Tcl科技集团股份有限公司 | 量子点发光二极管器的制备方法 |
| CN114895492A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-08-12 | 广东瑞捷光电股份有限公司 | 量子点扩散板及其制备方法 |
| US11667834B2 (en) | 2020-06-02 | 2023-06-06 | Samsung Display Co., Ltd. | Method for manufacturing light emitting element including quantum dot in an emission layer |
| US11866627B2 (en) | 2020-06-02 | 2024-01-09 | Samsung Display Co., Ltd. | Quantum dot composition including a ligand bonded to a surface of a quantum dot, light emitting element including an emission layer containing a quantum dot and ligand residues, and method for manufacturing the same |
| US11959001B2 (en) | 2020-06-02 | 2024-04-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Quantum dot composition, light emitting element, and method for manufacturing the same |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101546622B1 (ko) | 2014-04-28 | 2015-08-24 | 희성전자 주식회사 | 양자점 발광 소자 |
-
2017
- 2017-01-18 KR KR1020170008652A patent/KR20180085232A/ko not_active IP Right Cessation
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