KR102535149B1 - Organic inorganic hybrid light emitting partilce, light emitting flim, led package, light emitting diode and display device having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼합된 얼로이(alloy) 구조를 가지는 양자점 코어와, 상기 양자점 코어를 에워싸는 실리콘계 쉘로 이루어지는 발광 입자에 관한 것이다. 본 발명의 발광 입자는 친환경적인 소재로 이루어지며, 발광 특성 및 구조적 안정성이 우수하다. 따라서 본 발명에 따른 발광 입자는 우수한 발광 특성이 요구되는 발광 필름, 엘이디 패키지, 양자점 발광다이오드 및 표시장치에 적용될 수 있다. The present invention relates to light emitting particles composed of a quantum dot core having an alloy structure in which a perovskite component and a metal halide component are mixed, and a silicon-based shell surrounding the quantum dot core. The light-emitting particles of the present invention are made of environmentally friendly materials and have excellent light-emitting properties and structural stability. Therefore, the light-emitting particles according to the present invention can be applied to light-emitting films, LED packages, quantum dot light-emitting diodes, and display devices requiring excellent light-emitting properties.
Description
본 발명은 발광 물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율이 향상된 발광 입자, 상기 발광 입자를 포함하는 발광 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 표시장치에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting material, and more particularly, to light emitting particles having improved light emitting efficiency, a light emitting film including the light emitting particles, an LED package, a light emitting diode, and a display device.
정보화 시대가 진행되면서 대량의 정보를 처리하여 이를 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전하고 있다. 이에 부응하여, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device; LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device; PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device; FED), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device; OLED) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다. As the information age progresses, a display field that processes and displays a large amount of information is rapidly developing. In response to this, a liquid crystal display device (LCD), a plasma display panel device (PDP), a field emission display device (FED), and an organic light emitting diode display device Various flat panel display devices such as a diode display device (OLED) have been developed and are in the spotlight.
평판표시장치 중에서도 유기발광다이오드 표시장치는 박형 구조가 가능하고 소비 전력이 적어 액정표시장치를 대체하는 차세대 표시장치로서 사용되고 있다. 하지만, 유기발광다이오드 표시장치에서 발광 휘도를 높이기 위하여 발광다이오드의 전류 밀도를 증가시키거나 구동 전압을 높이는 경우, 유기 발광다이오드에 사용된 유기 발광물질이 분해되는 등의 열화로 인하여 발광다이오드의 수명이 짧아지는 문제가 있다. Among flat panel display devices, the organic light emitting diode display device is used as a next-generation display device that can replace a liquid crystal display device because of its thin structure and low power consumption. However, when the current density of the light emitting diode is increased or the driving voltage is increased in order to increase the light emitting luminance in the organic light emitting diode display device, the lifetime of the light emitting diode is shortened due to deterioration such as decomposition of the organic light emitting material used in the organic light emitting diode. There is a problem with shortening.
최근에는 양자점(quantum dot; QD)을 표시장치에 이용하고자 하는 노력이 진행되고 있다. 양자점은 불안정한 상태의 전자가 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 내려오면서 발광한다. 양자점은 흡광 계수(extinction coefficient)가 매우 크고 양자 효율(quantum yield)도 우수하므로 강한 형광을 발생시킨다. 또한, 양자점의 크기에 따라 발광 파장이 변경되므로, 양자점의 크기를 조절하면 가시광선 전 영역대의 빛을 얻을 수 있으므로 다양한 컬러를 구현할 수 있다. Recently, efforts have been made to use quantum dots (QDs) in display devices. Quantum dots emit light as electrons in an unstable state descend from the conduction band to the valence band. Quantum dots generate strong fluorescence because they have a very large extinction coefficient and excellent quantum yield. In addition, since the emission wavelength is changed according to the size of the quantum dots, by adjusting the size of the quantum dots, light in the entire visible light range can be obtained, so that various colors can be implemented.
종래 양자점 소재로 사용된 무기물질은 인체에 유해하고 환경에 좋지 않은 납(Pb) 등을 포함하고 있어서 사용에 많은 제한이 있다. 한편, 코어-쉘 구조를 가지는 양자점의 코어로 사용되는 카드뮴셀레나이드(CdSe)는 필름 형태로 사용하였을 경우에 양자 효율 및/또는 휘도와 같은 발광 특성이 급격하게 저하되고, 카드뮴(Cd) 역시 독성이 있기 때문에 사용에 있어서 많은 규제가 있을 것으로 예상된다. 따라서 우수한 발광 특성과 안정적인 결정 구조를 가지면서 환경 친화적인 발광 소재에 대하여 지속적인 연구가 필요하다. Inorganic materials conventionally used as quantum dot materials contain lead (Pb), which is harmful to the human body and is not good for the environment, so there are many restrictions on their use. On the other hand, when cadmium selenide (CdSe) used as the core of quantum dots having a core-shell structure is used in the form of a film, its luminous properties such as quantum efficiency and/or luminance are rapidly lowered, and cadmium (Cd) is also toxic. Because of this, it is expected that there will be many restrictions on its use. Therefore, continuous research is required on an environmentally friendly light emitting material having excellent light emitting properties and a stable crystal structure.
본 발명의 목적은 발광 효율이 우수하고 구조적 안정성이 개선된 발광 입자, 상기 발광 입자를 포함하는 발광 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 표시장치를 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to provide light emitting particles having excellent light emitting efficiency and improved structural stability, a light emitting film including the light emitting particles, an LED package, a light emitting diode, and a display device.
본 발명의 다른 목적은 인체 및 환경에 무해한 친환경적인 발광 입자, 상기 발광 입자를 포함하는 발광 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 표시장치를 제공하고자 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide environmentally friendly light emitting particles that are harmless to the human body and the environment, a light emitting film including the light emitting particles, an LED package, a light emitting diode, and a display device.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재된 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어와, 상기 양자점 코어를 에워싸며 실리콘계, 일례로 비정질 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘을 포함하는 발광 입자를 제공한다. According to one aspect of the present invention, the present invention includes a quantum dot core having an alloy structure in which a perovskite component and a metal halide component are mixed, and a shell surrounding the quantum dot core and made of a silicon-based, for example, amorphous silicon-based material It provides light-emitting particles that do.
예를 들어, 상기 양자점 코어는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. For example, the quantum dot core may be represented by Chemical Formula 1 below.
화학식 1
[ABX3]a[BX2]1-a [ABX 3 ] a [BX 2 ] 1-a
(화학식 1에서 A는 유기암모늄 또는 알칼리 금속이고, B는 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)인 4A족 금속, 2가의 전이금속, 알칼리토 금속 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 Cl, Br, I 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택됨, a는 [ABX3] 성분의 몰분율을 나타내며, 0 < a < 1임)(In
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 발광 입자를 포함하는 발광 필름, 엘이디 패키지와, 상기 발광 필름 및/또는 엘이디 패키지를 포함하는 액정표시장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a light emitting film including the light emitting particles, an LED package, and a liquid crystal display device including the light emitting film and/or the LED package.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 발광 입자가 발광물질층에 포함되어 있는 양자점 발광다이오드 및 상기 양자점 발광다이오드를 포함하는 양자점 발광 표시장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a quantum dot light emitting diode in which the light emitting particles are included in a light emitting material layer and a quantum dot light emitting display device including the quantum dot light emitting diode.
본 발명은 페로브스카이트 성분 및 금속 할라이드 성분이 얼로이(alloy) 구조를 가지는 양자점 코어(core)와, 상기 양자점 코어를 에워싸며 상기 양자점 코어보다 에너지 밴드갭이 넓은 실리콘계 쉘(shell)을 포함하는 발광 입자를 제안한다. The present invention includes a quantum dot core having a perovskite component and a metal halide component having an alloy structure, and a silicon-based shell surrounding the quantum dot core and having a wider energy band gap than the quantum dot core We propose a luminescent particle that
본 발명의 발광 입자는 납과 같은 인체에 유해한 성분을 함유하고 있지 않아 환경 친화적이며, 코어를 구성하는 성분들 사이의 배합 비율을 조정하여 코어의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있다. The light-emitting particles of the present invention are environmentally friendly because they do not contain components harmful to the human body such as lead, and the energy band gap of the core can be adjusted by adjusting the mixing ratio between components constituting the core.
또한, 코어보다 에너지 밴드 갭이 넓은 실리콘계 쉘을 사용하여 발광 효율을 극대화할 수 있다. 특히, 쉘은 비정질(amorphous) 소재로 제조될 수 있는데, 이 경우에 양자점 코어보다 크기가 증가한 발광 입자를 형성할 수 있게 된다. 쉘의 두께를 조절하여 발광 입자의 크기를 변화시킴으로써, 다양한 색상을 효율적으로 구현할 수 있는 이점이 있다. In addition, luminous efficiency can be maximized by using a silicon-based shell having a wider energy band gap than the core. In particular, the shell may be made of an amorphous material, and in this case, it is possible to form light-emitting particles having a size larger than that of the quantum dot core. By adjusting the thickness of the shell and changing the size of the light emitting particles, there is an advantage in efficiently implementing various colors.
또한, 쉘을 사용하여 주 발광체로 기능하는 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어 간 거리가 증가하기 때문에, 인접한 양자점 간 거리 감소에 의해 발생되는 형광 공명 에너지 전달(FRET) 현상이 방지되어 양자 효율 저하의 문제가 없다. In addition, since the distance between quantum dot cores having an alloy structure that functions as a main light emitting body using a shell increases, the fluorescence resonance energy transfer (FRET) phenomenon caused by the decrease in distance between adjacent quantum dots is prevented, thereby reducing quantum efficiency. there is no
뿐만 아니라, 양자점 코어에는 인체 및 환경에 유해한 납(Pb)이나 카드뮴(Cd) 성분을 포함하고 있지 않으므로, 본 발명의 발광 입자는 환경 친화적인 소재이다. In addition, since the quantum dot core does not contain lead (Pb) or cadmium (Cd) components harmful to the human body and the environment, the light emitting particle of the present invention is an environmentally friendly material.
발광 효율이 향상되고 다양한 색상을 구현할 수 있는 본 발명의 발광 입자를 사용하여, 표시장치의 발광 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 등에 응용할 수 있다. The light-emitting particles of the present invention, which have improved light-emitting efficiency and can implement various colors, can be applied to a light-emitting film of a display device, an LED package, a light-emitting diode, and the like.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 입자의 일 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따른 발광 입자의 일 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 입자가 포함된 발광 필름의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 입자가 적용된 발광 필름을 포함하는 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 표시장치를 구성하는 표시패널을 개략적으로 도시한 단면도이다. '
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 입자가 적용된 엘이디 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광 입자를 발광물질층에 적용한 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드를 적용한 양자점 발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자의 코어 및 쉘에 대한 에너지밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자가 발광하는 상태를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자의 코어 및 쉘에 대한 에너지밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자가 발광하는 상태를 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자에 대한 TEM(transmission electron microscopy) 사진이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자에 대한 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자에 대한 흡수 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16b와 도 16c는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광 입자에 대한 발광 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a diagram schematically illustrating one form of light-emitting particles according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating one form of light-emitting particles according to another exemplary embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a light-emitting film including light-emitting particles according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of a display device including a light-emitting film to which light-emitting particles are applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view of a display panel constituting a display device according to an exemplary embodiment of the present invention. '
6 is a schematic cross-sectional view of an LED package to which light-emitting particles are applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 and 8 are cross-sectional views schematically illustrating a quantum dot light emitting diode in which light emitting particles are applied to a light emitting material layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view schematically illustrating a quantum dot light emitting display device to which a quantum dot light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.
10 is a diagram schematically illustrating an energy band diagram of a core and a shell of a light emitting particle synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a photograph of a state in which light emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention emit light.
12 is a diagram schematically showing energy band diagrams of cores and shells of light-emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 is a photograph of a state in which light emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention emit light.
14 is a TEM (transmission electron microscopy) picture of light-emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention.
15 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) analysis results for light-emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention.
16A is a graph showing absorption spectrum analysis results for light-emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention.
16B and 16C are graphs showing emission spectrum analysis results of light-emitting particles synthesized according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings when necessary.
[발광 입자][luminescent particles]
본 발명의 발광 입자는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지는 성분과 금속 할라이드 성분으로 이루어지는 얼로이 구조의 양자점 코어(core)와, 상기 양자점 코어를 에워싸며 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(shell)로 이루어진다. The light emitting particle of the present invention consists of a quantum dot core of an alloy structure composed of a component having a perovskite structure and a metal halide component, and a shell made of a silicon-based material surrounding the quantum dot core .
얼로이(alloy) 구조를 가지는 양자점 코어는 균일 얼로이(homogeneous alloy) 구조와 경도 얼로이(gradient alloy) 구조로 구분될 수 있는데, 도 1은 균질 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어와 쉘로 이루어진 발광 입자를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 발광 입자(100A)는 균질 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)와, 양자점 코어(110a)를 에워싸는 실리콘계 소재의 쉘(shell)로 이루어진다. The quantum dot core having an alloy structure can be divided into a homogeneous alloy structure and a gradient alloy structure. FIG. 1 is a light emitting particle composed of a quantum dot core and a shell having a homogeneous alloy structure is shown schematically. As shown in FIG. 1, the
양자점 코어(110a)는 [ABX3]로 표시되는 페로브스카이트 구조를 가지는 양자점 소재와, [BX]로 표시되는 금속 할라이드 성분이 전 영역에 걸쳐서 균일하게 혼재되어 있다. 따라서, 양자점 코어(110a)는 전 영역에 걸쳐서 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. In the
화학식 1
[ABX3]a[BX2]1-a [ABX 3 ] a [BX 2 ] 1-a
(화학식 1에서 A는 유기암모늄 또는 알칼리 금속이고, B는 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)인 4A족 금속, 2가의 전이금속, 알칼리토 금속 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 Cl, Br, I 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, a는 [ABX3] 성분의 몰분율을 나타내며, 0 < a < 1임)(In
양자점 코어(110a)를 구성하는 페로브스카이트 성분을 구성하는 할로겐(X) 원자의 구성 및 배합 비율을 조절하여 다양한 색상을 용이하게 표현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 다른 양자점 코어와 달리, 페로브스카이트 구조는 안정적인 격자 구조를 이루고 있기 때문에, 페로브스카이트 성분을 함유하는 본 발명의 양자점 코어(110a)는 매우 안정적인 결정 구조를 갖게 되고, 발광 효율이 향상될 수 있다. There is an advantage in that various colors can be easily expressed by adjusting the composition and mixing ratio of halogen (X) atoms constituting the perovskite component constituting the
양자점 코어(110a)를 구성하는 페로브스카이트 성분 중에서 A가 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 또는 프랑슘(Fr)과 같은 알칼리 금속인 경우에 무기금속 할라이드 페로브스카이트를 구성하고, A가 알킬암모늄 성분인 경우에는 유무기 하이브라이드 페로브스카이트를 구성한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 양자점 코어(100a)를 구성하는 A는 치환되지 않거나 불소로 치환된 C1~C10 알킬암모늄 성분일 수 있다. 보다 구체적으로, A는 메틸암모늄(methyl ammonium; MA) 또는 에틸암모늄(ethyl ammonium; EA)일 수 있다. 이 경우 양자점 코어(100a)는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 함유하는 유무기 하이브리드 양자점 코어를 형성할 수 있다. Among the perovskite components constituting the
예를 들어, 양자점 코어(110a)가 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 경우, 유무기 하이브리드 페로브스카이트는 유기 양이온이 위치하는 유기평면 사이에 금속양이온이 위치하는 무기평면이 끼어 있는 층상 구조를 갖는다. 이때, 유기물과 무기물의 유전율 차이가 크기 때문에, 엑시톤은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 격자 구조를 구성하는 무기평면 내에 속박되어, 높은 색순도를 가지는 빛을 발광할 수 있는 이점을 갖는다. For example, when the
한편, B는 금속 양이온 성분으로서, 바람직하게는 납(Pb)이나 카드뮴(Cd)과 같은 인체 및/또는 환경에 유해한 성분이 아닌 금속 성분이다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 B는 Sn 또는 Ge와 같은 4A족 금속 성분일 수 있다. X는 음이온 성분으로서, Cl, Br, I 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 할로겐 원소이다. On the other hand, B is a metal cation component, preferably a metal component that is not a component harmful to the human body and/or environment such as lead (Pb) or cadmium (Cd). In one exemplary embodiment, B may be a Group 4A metal component such as Sn or Ge. X is an anionic component and is a halogen element selected from the group consisting of Cl, Br, I and combinations thereof.
화학식 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 양자점 코어(100a)는 페로브스카이트 성분 [ABX3] 이외에도, 금속 할라이드 성분 [BX2]를 포함한다. 즉, 본 발명의 양자점 코어(100a)는 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼합된 얼로이 구조의 양자점 코어이다. 이때, 할로겐 성분의 조성이나 배합 비율을 조절하여, 양자점 코어(100a)의 발광 파장을 용이하게 변화시킬 수 있다. As shown in
도핑(doping) 양자점에서 주 물질의 밴드갭이 바뀌지 않고 도핑된 불순물에 따른 에너지 준위가 주 물질의 밴드갭 사이에 형성된다. 이와 달리, 본 발명에 따라 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)의 경우, 양자점 코어(110a)를 구성하는 페로브스카이트 [ABX3]와 금속 할라이드 [BX2]의 조성을 변화시킴으로써, 전체 양자점 코어(110a)의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, 상대적으로 밴드갭이 큰 물질이 많은 양으로 포함되면, 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)의 밴드갭도 증가할 수 있고, 반대로 상대적으로 밴드갭이 적은 물질이 많은 양으로 포함되면, 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)의 밴드갭이 감소할 수 있다. In doped quantum dots, the band gap of the main material does not change and an energy level according to the doped impurity is formed between the band gaps of the main material. In contrast, in the case of the
다시 말하면, 통상적인 양자점의 경우, 양자점의 크기에 따라 에너지 밴드갭이 변화되어 다른 파장의 빛을 발광한다. 하지만, 본 발명의 양자점 코어(110a)는 페로브스카이트를 구성하는 할로겐 성분의 조성이나, 페로브스카이트와 금속할라이드 성분의 조성 비율, 할로겐 성분의 조성이나 배합을 조정함으로써, 다양한 파장대로 발광하는 양자점 코어(110a)를 합성할 수 있다. In other words, in the case of conventional quantum dots, the energy bandgap is changed according to the size of the quantum dots to emit light of different wavelengths. However, the
이하, 본 명세서에서, 양자점 코어(110a)를 구성하는 성분을 나타날 때, 주 성분으로 사용된 페로브스카이트 성분인 [ABX3]로 약칭하는 경우가 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예에서 합성된 양자점 코어를 CH3NH3SnBr3 등으로 표시하는 경우가 있지만, 실제 양자점 코어는 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재된 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어를 의미한다. Hereinafter, in the present specification, when referring to a component constituting the
하나의 예시적인 실시형태에서, 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재되어 있는 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)는 10 내지 1000 nm, 바람직하게는 100 내지 500 nm의 크기를 가질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 또한, 양자점 코어(110a)를 구성하는 페로브스카이트 성분인 [ABX3]와 금속 할라이드 성분인 [BX2] 성분은 1:1 내지 5:1의 몰비로 혼재될 수 있다. In one exemplary embodiment, the
페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재되어 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110a)의 외측으로 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120)이 에워싸고 있다. 예시적인 실시형태에서, 쉘(120)은 양자점 코어(110a)보다 큰 밴드갭을 가지는 타입 Ⅰ(type Ⅰ)의 코어-쉘을 형성한다. 타입 Ⅰ 구조의 경우, 양자점 코어(110a)의 밴드갭이 쉘(120)의 밴드갭 사이에 위치하게 되며, 양자점 코어(110a)와 쉘(120)에 존재하는 전자와 정공이 양자점 코어(110a)의 내부에 갇히게 된다. 이에 따라 양자점 코어(110a)만 존재하는 경우와 비교해서 전자와 정공의 재결합(recombination)이 발생하는 비율이 증가하여 양자 효율이 증가할 수 있다. A
또한, 쉘(120)은 주 발광 소재인 양자점 코어(110a)의 표면을 보호한다. 쉘(120)을 형성함으로써, 물이나 산소와 같은 물질의 침투에 의하여 야기될 수 있는 광퇴화 현상을 줄이고 외부 환경에 대한 민감성을 줄일 수 있게 된다. 또한 쉘(120)을 적용하면 양자점 코어(110a) 표면에서의 트랩(trap) 에너지 준위를 줄여서 트랩에 의한 영향이 줄어들 수 있다. 일례로, 쉘(120)은 실리카(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연 소재로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. In addition, the
한편, 하나의 예시적인 실시형태에서, 쉘(120)을 구성하는 실리콘계 소재는 비정질(amorphous) 소재로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따라 비정질 소재를 이용하여 쉘(120)을 형성하는 경우, 쉘(120)을 포함한 발광 입자(100A)의 크기를 양자점 코어(110a)보다 크게 형성할 수 있다. 쉘(120)의 두께를 조절하여 양자점 코어(110a)를 포함하는 발광 입자(100A)에서 다양한 파장대의 발광이 가능하고, 다양한 색상을 구현할 수 있는 이점이 있다.Meanwhile, in one exemplary embodiment, the silicon-based material constituting the
또한, 쉘(120)을 형성하여 발광 입자(100A)의 크기를 양자점 코어(120a)의 크기보다 크게 하는 경우, 인접한 발광 입자의 양자점 코어(120a) 간 거리가 증가한다. 따라서, 다수의 발광 입자(100A)를 이용하여 발광 필름 등으로 활용할 때, 인접한 발광 입자(100A)를 구성하는 양자점 코어(110a) 간 거리 감소에 의하여 발생되는 형광 공명 에너지 전달(Fluorescence Resonance Energy Transfer; FRET) 현상이 방지되어 양자 효율 저하의 문제를 해결할 수 있다. In addition, when the size of the
한편, 도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라, 경도 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110b)와 상기 양자점 코어(110b)를 에워싸는 실리콘계 쉘(120)로 이루어지는 발광 물질(100B)을 보여준다. 도 1에 도시된 균일 양자점 코어(110a)에서 페로브스카이트 성분인 [ABX3]와 금속 할라이드 성분인 [BX2]가 양자점 코어(110a)의 전 영역에 균일하게 혼재되어 있다. 이와 달리, 경도 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110b)에서 페로브스카이트 성분인 [ABX3]가 풍부한 영역과, 금속 할라이드 성분인 [BX2]가 풍분한 영역이 구분되어 있다. 일례로, 도 2에서는 페로브스카이트 성분인 [ABX3] 성분이 양자점 코어(110b)의 중앙 영역에 집중적으로 배치되고, 금속 할라이드 성분인 [BX2] 성분이 양자점 코어(110b)의 주변 영역에 집중적으로 배치된 상태를 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 경도 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, FIG. 2 shows a
한편, 도 1과 도 2에서는 하나의 얼로이 구조를 가지는 하나의 양자점 코어(110a, 110b)에 쉘(120)이 에워싸고 있는 구조를 예시하였으나, 1개의 쉘(120) 내에 2개 이상, 일례로 2 내지 10개 가량의 양자점 코어(110a, 110b)가 함께 혼재될 수도 있다. On the other hand, in FIGS. 1 and 2, a structure in which the
이처럼, 본 발명에 따른 발광 입자는 안정적인 결정 구조가 가능한 양자점 코어를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나 쉘의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, 양자점 코어를 에워싸는 쉘을 형성하여 양자 효율을 배가할 수 있고, 산소나 수분의 영향으로 인한 광퇴화 현상을 방지할 수 있으며, 쉘의 두께를 크게하여 FRET 현상을 방지할 수 있다. As such, the light emitting particles according to the present invention can implement light emission in various wavelength bands by changing the composition ratio of components constituting the quantum dot core capable of a stable crystal structure or by adjusting the thickness of the shell. In addition, the quantum efficiency can be doubled by forming a shell surrounding the quantum dot core, the photodegradation phenomenon caused by the influence of oxygen or moisture can be prevented, and the FRET phenomenon can be prevented by increasing the thickness of the shell.
[발광 필름, 엘이디 패키지 및 표시장치][Light emitting film, LED package and display device]
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 입자는 우수한 발광 효율, 다양한 색상 구현, 광퇴화 현상이나 FRET 현상을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 발광 입자는 발광이 요구되는 표시장치에 적용될 수 있는데, 본 실시형태에서는 발광 입자가 발광 필름, 엘이디 패키지 및 이들을 포함하는 표시장치에 적용되는 경우를 설명한다. As described above, the light-emitting particles according to the present invention can exhibit excellent light-emitting efficiency, implement various colors, and prevent photodegradation or FRET. The light-emitting particles according to the present invention can be applied to a display device requiring light emission. In this embodiment, a case in which the light-emitting particles are applied to a light-emitting film, an LED package, and a display device including them will be described.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 발광 필름(200)은 양자점 코어(110)와, 양자점 코어(110)를 에워싸는 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120)로 이루어지는 발광 입자(100)가 층을 이룬다. 양자점 코어(110)는 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재되어 있는 얼로이 구조를 가지며, 쉘(120)은 양자점 코어(110)의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가지는 비정질 실리콘계 소재로 이루어진다. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting film according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , the
양자점 코어(110)를 구성하는 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분의 함량을 조절하거나, 페로브스카이트를 구성하는 음이온 성분인 할로겐의 종류 등을 조절하는 방법으로 다양한 색상을 용이하게 구현할 수 있다. 특히 양자점 코어(110)가 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 경우, 안정적인 결정 구조를 가질 수 있으며, 색순도가 우수한 발광 입자를 제조할 수 있다. 또한 쉘(120)을 사용하여 양자점 코어(110)를 보호하여 트랩 에너지 준위를 줄일 수 있다. 특히, 비정질 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120)을 사용하여 쉘(120)의 두께를 자유롭게 조절하여 다양한 파장대의 빛을 발광하는 동시에, 양자점 코어(110) 간 거리 감소에 의하여 야기될 수 있는 FRET 현상을 최소화할 수 있어서 발광 효율을 극대화할 수 있다. Various colors can be easily implemented by adjusting the content of the perovskite component and the metal halide component constituting the
한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 발광 필름(200)은 발광 입자(100) 이외에도 나노 막대를 포함할 수 있다. 이때, 나노 막대는 반도체 화합물로 이루어질 수 있으며, 양자점 코어(110)의 에너지 밴드갭보다 크며, 쉘(120)의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 나노 막대(미도시)는 광원으로부터 광을 흡수하여 발광 입자(100)에 에너지를 전달하여, 발광 입자(100)의 양자 효율을 증가시키고, 발광 필름(200)의 휘도를 향상시킬 수 있다. Meanwhile, although not illustrated, the
이때, 나노 막대(미도시)의 에너지 밴드갭이 양자점 코어(110)의 에너지 밴드갭보다 작은 경우에, 나노 막대(미도시)에서 흡수한 에너지가 양자점 코어(110)로 전달되지 못할 수 있고, 나노 막대의 에너지 밴드갭이 쉘(120)의 에너지 밴드갭보다 큰 경우에 나노 막대에서 흡수한 에너지가 양자점 코어(110)와 쉘(120)로 동시에 전달될 수 있다. At this time, when the energy bandgap of the nanorods (not shown) is smaller than the energy bandgap of the
나노 막대(미도시)는 ZnSe, SnSeS, ZnO, GaP, GaN 중 어느 하나로 이루어 질 수 있으며, 발광 필름(200) 중에 대략 5 내지 30 중량%의 비율로 포함될 수 있다. 일례로, 나노 막대(미도시)는 단파장(일례로 430 내지 470 nm)의 빛을 흡수할 수 있다. The nanorods (not shown) may be made of any one of ZnSe, SnSeS, ZnO, GaP, and GaN, and may be included in the
계속해서, 본 발명에 따른 발광 필름이 적용된 표시장치에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 필름이 포함된 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 액정패널을 개략적으로 도시한 단면도이다. Subsequently, a display device to which the light emitting film according to the present invention is applied will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device including a light emitting film according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal panel of FIG. 4 .
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 액정표시장치(400)는, 액정패널(410)과, 액정패널(410) 하부에 위치하는 백라이트 유닛(470)과, 액정패널(410)과 백라이트 유닛(460) 사이에 위치하는 발광 필름(300)을 포함한다.As shown in FIG. 4 , a liquid
도 5를 참조하면, 액정패널(410)은, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(420, 450)과, 제 1 및 제 2 기판(420, 450) 사이에 개재되며 액정분자(462)를 포함하는 액정층(460)을 포함한다.Referring to FIG. 5 , the
제 1 기판(420) 상에는 게이트 전극(422)이 형성되고, 게이트 전극(422)을 덮으며 게이트 절연막(424)이 형성된다. 또한, 제 1 기판(420) 상에는 게이트 전극(422)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성된다.A
게이트 절연막(424) 상에는 반도체층(426)이 게이트 전극(422)에 대응하여 형성된다. 반도체층(426)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 반도체층(426)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.A
반도체층(426) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(430)과 드레인 전극(432)이 형성된다. 또한, 소스 전극(430)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다. 게이트 전극(422), 반도체층(426), 소스 전극(430) 및 드레인 전극(432)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다. A
박막트랜지스터(Tr) 상에는, 드레인 전극(432)을 노출하는 드레인 콘택홀(436)을 갖는 보호층(434)이 형성된다. 보호층(434) 상에는, 드레인 콘택홀(436)을 통해 드레인 전극(432)에 연결되는 제 1 전극인 화소 전극(440)과, 화소 전극(440)과 교대로 배열되는 제 2 전극인 공통 전극(442)이 형성된다.A
한편, 제 2 기판(450) 상에는 박막트랜지스터(Tr), 게이트 배선, 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(454)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(456)이 형성된다. Meanwhile, a
제 1 및 제 2 기판(420, 450)은 액정층(460)을 사이에 두고 합착되며, 화소 전극(440)과 공통 전극(442) 사이에서 발생되는 전계에 의해 액정층(460)의 액정분자(462)가 구동된다. 도시하지 않았으나, 액정층(460)과 접하여 제 1 및 제 2 기판(412, 450) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(412, 450) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 편광판이 부착될 수 있다.The first and
다시 도 4로 돌아가면, 백라이트 유닛(470)은 광원(미도시)을 포함하며 액정패널(410)로 빛을 공급한다. 백라이트 유닛(470)은 광원의 위치에 따라 직하형(direct type)과 측면형(side type)으로 분류될 수 있다.Referring back to FIG. 4 , the
백라이트 유닛(470)이 직하형인 경우, 백라이트 유닛은 상기 액정패널(410)의 하부를 감싸는 바텀 프레임(미도시)을 포함하고, 광원은 바텀 프레임의 수평면에 다수개가 배열될 수 있다. 한편, 백라이트 유닛(470)이 측면형인 경우, 백라이트 유닛(470)은 액정패널(410)의 하부를 감싸는 바텀 프레임(미도시)을 포함하고, 바텀 프레임의 수평면에 도광판(light guide plate, 미도시)이 배치되며, 광원은 도광판의 적어도 일측에 배치될 수 있다. 이때, 광원은 청색 파장, 일례로 약 430 내지 470 nm 파장대역의 빛을 발광할 수 있다. When the
발광 필름(300)은, 액정패널(410)과 백라이트 유닛(470) 사이에 위치하며 백라이트 유닛(470)으로부터의 제공되는 빛의 색순도를 향상시킨다. 예를 들어, 발광 필름(300)은 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재된 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어(110)와, 양자점 코어(110)를 에워싸며, 일례로 비정질 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120)을 포함한다. 일례로, 양자점 코어(110)는 적색 파장대 또는 녹색 파장대의 빛을 발광할 수 있다. The
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 입자(100)는 안정적인 결정 구조가 가능한 양자점 코어를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나 쉘의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, 양자점 코어를 에워싸는 쉘을 형성하여 양자 효율을 배가할 수 있고, 산소나 수분의 영향으로 인한 광퇴화 현상을 방지할 수 있으며, 쉘의 두께를 크게하여 FRET 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광 필름(300)을 포함하는 액정표시장치(400)의 발광 휘도가 증가한다. As described above, the light-emitting
계속해서, 본 발명에 따른 발광 입자가 적용될 수 있는 엘이디 패키지(light emitting diode package; LED package)에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 엘이디 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다. Subsequently, an LED package to which the light emitting particles according to the present invention can be applied will be described. 6 is a schematic cross-sectional view of an LED package according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6에 도시한 바와 같이, 엘이디 패키지(500)는 엘이디 칩(510)과, 엘이디 칩(510)을 덮는 봉지부(encapsulation part, 520)를 포함한다. 봉지부(520) 내에 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 조합된 양자점 코어(110, 도 3 참조)와, 양자점 코어를 에워싸며, 일례로 비정질 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120, 도 3 참조)로 이루어지는 발광 입자(100)가 형광체로 포함된다. 봉지부(520)는 또한 발광 입자(100)를 분산시킬 수 있는 봉지용 수지(미도시)를 포함할 수 있다. 일례로, 발광 입자(100)는 실리콘계 수지 및/또는 에폭시계 수지와 같은 방열 특성이 양호한 봉지용 수지(미도시)에 의하여 분산될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the
하나의 예시적인 실시형태에서, 엘이디 패키지(500)는 백색 발광을 구현할 수 있는 백색 엘이디 패키지일 수 있다. 백색광을 구현하기 위한 하나의 방법은 자외선 발광이 가능한 엘이디 칩(510)을 광원으로 이용하고, 봉지부(520) 내에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 발광할 수 있는 본 발명의 발광 입자(100)를 조합할 수 있다. 백색광을 구현하기 위한 다른 방법은 예를 들어, 청색을 발광하는 엘이디 칩(510)을 사용하고, 청색 빛을 흡수할 수 있는 황색, 녹색 및/또는 적색 발광 입자(100)를 조합하는 방법이 이용될 수 있다. In one exemplary embodiment, the
예를 들어, 엘이디 칩(510)은 약 430 내지 470 nm 파장의 빛을 발광하는 청색 엘이디 칩일 수 있으며, 발광 입자(100)는 녹색 파장대 및/또는 적색 파장대의 빛을 발광하는 형광체일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 청색 엘이디 칩(510)은 사파이어(Sapphire)를 기재(substrate)로 사용하며 청색 피크 파장을 가지는 소재를 여기용 광원으로 적용할 수 있다. 일례로, 청색 발광다이오드 칩을 구성하는 소재는 GaN, InGaN, InGaN/GaN, BaMgAl10O7:Eu2 +, CaMgSi2O6:Eu2 + 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. For example, the
또한, 엘이디 패키지(500)는, 케이스(530)와, 엘이디 칩(510)에 제 1 및 제 2 와이어(552, 554)를 통해 각각 연결되며 케이스(530) 외부로 노출되는 제 1 및 제 2 전극리드(542, 544)를 더욱 포함할 수 있다. In addition, the
케이스(530)는, 바디(532)와 바디(532)의 상부면으로부터 돌출되어 반사면의 역할을 하는 측벽(534)을 포함하며, 엘이디 칩(510)은 바디(532) 상에 배치되어 측벽(534)에 의해 둘러싸인다.The
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 입자(100)는 안정적인 결정 구조가 가능한 양자점 코어를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나 쉘의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, 양자점 코어를 에워싸는 쉘을 형성하여 양자 효율을 배가할 수 있고, 산소나 수분의 영향으로 인한 광퇴화 현상을 방지할 수 있으며, 쉘의 두께를 크게하여 FRET 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광 입자(100)를 포함하는 엘이디 패키지(500)의 휘도가 증가할 수 있으며, 엘이디 패키지(500)를 포함하는 액정표시장치의 휘도가 크게 향상된다. As described above, the light-emitting
[양자점 발광다이오드 및 표시장치][Quantum dot light emitting diode and display device]
본 발명에 따라 합성된 발광 입자는 발광 효율이 우수하고, 다양한 파장대의 발광이 가능한 이점을 가지기 때문에, 양자점 발광다이오드(quantum-dot light emitting diode; QD-LED 또는 QLED)의 발광물질층으로 사용될 수 있다. 도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 입자가 발광물질층에 적용된 정상(normal) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. Since the light emitting particles synthesized according to the present invention have excellent light emitting efficiency and can emit light in various wavelength ranges, they can be used as a light emitting material layer of a quantum-dot light emitting diode (QD-LED or QLED). there is. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a quantum dot light emitting diode having a normal structure in which light emitting particles are applied to a light emitting material layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(600)는 제 1 전극(610)과, 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극(620)과, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620) 사이에 위치하며, 발광물질층(Emitting material layer; EML, 650)을 포함하는 발광층(630)을 포함한다. 일례로, 발광층(630)은 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(640)과, 발광물질층(650)과 제 2 전극(620) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(660)을 더욱 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, a quantum dot
본 실시형태에서, 제 1 전극(610)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 제 1 전극(610)은 유리 또는 고분자일 수 있는 기판(도 7에 미도시) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 제 1 전극(610)은 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide; ITO), 인듐-아연-산화물(indium-zinc-oxide; IZO), 인듐-주석-아연-산화물(indium-tin-zinc oxide; ITZO), 인듐-구리-산화물(indium-copper-oxide; ICO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 카드뮴:산화아연(Cd:ZnO), 불소:산화주석(F:SnO2), 인듐:산화주석(In:SnO2), 갈륨:산화주석(Ga:SnO2) 및 알루미늄:산화아연(Al:ZnO; AZO)을 포함하는 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물일 수 있다. 선택적으로, 제 1 전극(610)은 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다. In this embodiment, the
본 실시형태에서, 제 2 전극(620)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(620)은 a, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(620)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다. In this embodiment, the
하나의 예시적인 실시형태에서, 하부 발광 타입의 발광다이오드인 경우에, 제 1 전극(610)은 ITO, IZO, ITZO, AZO와 같은 투명 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 제 2 전극(620)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, Al, Mg, Ag:Mg 합금 등을 사용할 수 있다. In one exemplary embodiment, in the case of a bottom emission type light emitting diode, the
제 1 전하 이동층(640)은 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에 위치한다. 본 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(640)은 발광물질층(650)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 일례로, 제 1 전하 이동층(640)은 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에서 제 1 전극(610)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(hole injection layer; HIL, 642)과, 제 1 전극(610)과 발광물질층(650) 사이에서 발광물질층(650)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(hole transport layer; HTL, 644)을 포함한다. The first
정공 주입층(642)은 제 1 전극(610)에서 발광물질층(650)으로 정공의 주입을 용이하게 한다. 일례로, 정공 주입층(642)은 폴리(에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌 술포네이트(poly(ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonate; PEDOT:PSS), 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane; F4-TCNQ)이 도핑된 4,4',4"-트리스(디페닐아미노)트리페닐아민(4,4',4"-tris(diphenylamino)triphenylamine; TDATA); 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 아연 프탈로시아닌(zinc phthalocyanine; ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphtyl)-1,1'-biphenyl-4,4''-diamine; α-NPD), 헥사아자트리페닐렌-헥사니트릴(hexaazatriphenylene-hexanitrile; HAT-CN) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. The
정공 수송층(644)은 제 1 전극(610)에서 발광물질층(650)으로 정공을 전달한다. 정공 수송층(644)은 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있다. 일례로, 정공 수송층(644)이 유기물로 이루어지는 경우, 정공 수송층(644)은 4,4'-N,N'-디카바졸릴-바이페닐(4,4'-N,N'-dicarbazolyl-biphenyl; CBP), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphtyl)-1,1'-biphenyl-4,4''-diamine; α-NPD), N,N'디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine; TPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-스파이로(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro; spiro-TPD), N,N'-디(4-(N,N'-디페닐-아미노)페닐-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(4-(N,N'-diphenyl-amino)phenyl)- N,N'-diphenylbenzidine; DNTPD), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴-트리페닐아민(4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine; TCTA)와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(페닐렌 비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 방향족 3차 아민(aromatic tertiary amine) 또는 다핵 방향족 3차 아민(polynuclear aromatic tertiary amine), 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐 화합물(4,4'-bis(p-carbazolyl)-1,1'-biphenyl compound), N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘(N,N,N',N'-tetraarylbenzidine), PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 유도체(poly-N-vinylcarbazole derivatives), 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실록시)-1,4-페닐렌비닐렌](poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]; MEH-PPV)이나 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-디메틸옥틸록시)1,4-페닐렌비닐렌](poly[2-methoxy-5-(3',7′'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]; MOMO-PPV)와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 유도체(polyphenylenevinylene derivatives), 폴리메타크릴레이트 유도체(polymethacrylate derivatives), 폴리(9,9-옥틸플루오렌) (poly(9,9-octylfluorene)) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌)(poly(spiro-fluorene)) 및 그 유도체, N,N'-디(나프탈렌-l-yl)-N,N'-디페닐-벤지딘(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine; NPB), 트리스(3-메틸페닐페닐아미노)-트리페닐아민 (tris(3-methylphenylphenylamino)-triphenylamine; m-MTDATA), 폴리(9,9'-디옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)디페닐아민(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine; TFB), 스파이로-NPB(spiro-NPB), 폴리(9-비닐카바졸)(poly(9-vinylcarbazole); PVK) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다. The
정공 수송층(644)이 무기물로 이루어지는 경우, 정공 수송층(644)은 NiO, MoO3, Cr2O3, Bi2O3 또는 p-형 ZnO,와 같은 금속 산화물이나 티오시안구리(CuSCN), Mo2S, p-형 GaN과 같은 비-산화 등가물 또는 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. When the
도면에서는 제 1 전하 이동층(640)으로서 정공 주입층(642)과 정공 수송층(644)을 구분하였으나, 제 1 전하 이동층(640)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 정공 주입층(642)이 생략되고 제 1 전하 이동층(640)은 정공 수송층(644)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)가 도핑되어 이루어질 수도 있다. In the drawing, the
정공 주입층(642) 및 정공 수송층(644)을 포함하는 제 1 전하 이동층(640)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법을 포함하는 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(642)과 정공 수송층(644)의 두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. The first
발광물질층(650)은 본 발명에 따른 발광 입자(100)들이 채워진 층일 수 있다. 발광 입자(100)는 페로브스카이트 성분과 금속 할라이드 성분이 혼재되어 있는 양자점 코어(110)와, 상기 양자점 코어(110)를 에워싸며, 일례로 비정질 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(120)으로 이루어진다. The light emitting
예를 들어, 발광물질층(650)은 용매에 발광 입자(100)가 포함된 분산액을 코팅하는 용액 공정을 통하여 제 1 전하 이동층(640) 상에 코팅하고, 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다. 발광물질층(650)을 형성하는 방법으로서 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 적층될 수 있다. For example, the light emitting
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(650)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 발광 입자(100)를 포함하여 백색 발광다이오드를 제작할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(650)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 발광 입자(100)를 포함하고 있으며 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다. In one exemplary embodiment, the light emitting
제 2 전하 이동층(660)은 발광물질층(650)과 제 2 전극(620) 사이에 위치한다. 본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(660)은 발광물질층(650)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(660)은 제 2 전극(620)과 발광물질층(650) 사이에서 제 2 전극(620)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(electron injection layer; EIL, 662)과, 제 2 전극(620)과 발광물질층(650) 사이에서 발광물질층(650)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(electron transport layer; ETL, 664)을 포함한다. The second
전자 주입층(662)은 제 2 전극(620)에서 발광물질층(650)으로의 전자 주입을 용이하게 한다. 예를 들어 전자 주입층(662)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. The
전자 수송층(664)은 발광물질층(650)으로 전자를 전달한다. 전자 수송층(664)은 무기물 및/또는 유기물로 이루어질 수 있다. 전자 수송층(664)이 무기물로 이루어지는 경우, 전자 수송층(664)은 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3), 산화하프늄(HfO3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄실리콘(ZrSiO4), 산화바륨티타늄(BaTiO3), 산화바륨지르코늄(BaZrO3)와 같은 금속/비금속 산화물 및/또는 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 CdS, ZnSe, ZnS와 같은 반도체 입자, Si3N4와 같은 질화물 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. The
전자 수송층(664)이 유기물로 이루어지는 경우, 전자 수송층(664)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(664)을 구성할 수 있는 유기 물질은 3-(바이페닐-4-일)-5-(4-테트라부틸페닐)-4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸(3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole; TAZ), 바소큐프로인(bathocuproine, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP), 2,2',2"-(1,3,5-벤자인트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미아졸)(2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole); TPBi), 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum; Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)-4-페닐페놀레이트 알루미늄(Ⅲ) (bis(2-methyl-8-quninolinato)-4-phenylphenolate aluminum (Ⅲ); Balq), 비스(2-메틸-퀴놀리나토)(트리페닐실록시) 알루미늄 (Ⅲ)(bis(2-methyl-quinolinato)(tripnehylsiloxy) aluminum (Ⅲ); Salq) 및 이들의 조합으로 구성되는 소재에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. When the
제 1 전하 이동층(630)과 유사하게, 도면에서 제 2 전하 이동층(660)은 전자 주입층(662)과 전자 수송층(664)의 2층으로 도시하였으나, 제 2 전하 이동층(660)은 전자 수송층(664)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 전술한 무기물로 이루어지는 전자 수송 재료에 세슘카보네이트를 블렌딩한 전자 수송층(664)의 1층으로 제 2 전하 이동층(660)을 형성할 수도 있다. Similar to the first
전자 주입층(662) 및 전자 수송층(664)을 포함하는 제 2 전하 이동층(660)은 스핀 코팅(spin coating), 드롭 코팅(drop coating), 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 롤 코팅(roll coating), 플로 코팅(flow coating)은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 일례로, 전자 주입층(662) 및 전자 수송층(664)은 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다. The second
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 입자(100)는 안정적인 결정 구조가 가능한 양자점 코어를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나 쉘의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, 양자점 코어를 에워싸는 쉘을 형성하여 양자 효율을 배가할 수 있고, 산소나 수분의 영향으로 인한 광퇴화 현상을 방지할 수 있으며, 쉘의 두께를 크게하여 FRET 현상을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발광 입자(100)가 적용된 양자점 발광다이오드(700)의 발광 효율 및 휘도를 향상시킬 수 있다. As described above, the light-emitting
도 7에서는 일함수(work function)이 상대적으로 낮은 제 1 전극과 발광물질층 사이에 정공 이동층이 위치하고, 일함수가 상대적으로 높은 제 2 전극과 발광물질층 사이에 전자 이동층이 위치하는 정상 구조를 가지는 양자점 발광다이오드에 대해서 설명하였다. 양자점 발광다이오드는 정상 구조가 아닌 역(inverted) 구조를 가질 수 있는데, 이에 대해서 설명한다. In FIG. 7, a hole transfer layer is positioned between a first electrode having a relatively low work function and the light emitting material layer, and an electron transfer layer is positioned between a second electrode having a relatively high work function and the light emitting material layer. A quantum dot light emitting diode having a structure has been described. A quantum dot light emitting diode may have an inverted structure rather than a normal structure, which will be described.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광물질층과 제 1 전하 이동층 사이에 계면 제어층이 위치하고 있는 역(inverted) 구조를 가지는 양자점 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광다이오드(700)는 제 1 전극(710), 제 1 전극(710)과 마주하는 제 2 전극(720), 제 1 전극(710)과 제 2 전극(720) 사이에 위치하는 발광물질층(750)을 포함하는 발광층(730)을 포함한다. 발광층(730)은, 제 1 전극(710)과 발광물질층(750) 사이에 위치하는 제 1 전하 이동층(740)과, 제 2 전극(720)과 발광물질층(750) 사이에 위치하는 제 2 전하 이동층(760)을 더욱 포함할 수 있다. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a quantum dot light emitting diode having an inverted structure in which an interface control layer is positioned between a light emitting material layer and a first charge transfer layer according to another exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, a quantum dot
제 1 전극(710)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로, 제 1 전극(710)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다. The
제 2 전극(720)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(720)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(710)과 제 2 전극(720)은 50 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다. The
제 1 전하 이동층(740)은 발광물질층(750)으로 전자를 공급하는 전자 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전하 이동층(740)은 제 1 전극(710)과 발광물질층(750) 사이에서 제 1 전극(710)에 인접하게 위치하는 전자 주입층(742)과, 제 1 전극(710)과 발광물질층(750) 사이에서 발광물질층(750)에 인접하게 위치하는 전자 수송층(744)을 포함한다. The first
전자 주입층(742)은 Al, Cd, Cs, Cu, Ga, Ge, In, Li과 같은 금속에 불소가 도핑되거나 결합된 소재로 이루어지거나, Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화탄탈륨(Ta2O3)와 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. The
전자 수송층(744)은 무기물 및/또는 유기물로 이루어질 수 있다. 전자 수송층(744)이 무기물로 이루어지는 경우, 전자 수송층(744)은 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 TiO2, ZnO, ZrO, SnO2, WO3, Ta2O3, HfO3, Al2O3, ZrSiO4, BaTiO3, BaZrO3와 같은 금속/비금속 산화물 및/또는 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 CdS, ZnSe, ZnS와 같은 반도체 입자, Si3N4와 같은 질화물 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. The
전자 수송층(744)이 유기물로 이루어지는 경우, 전자 수송층(744)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥시디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물이나 알루미늄 착물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 전자 수송층(744)을 구성할 수 있는 유기 물질은 TAZ, BCP, TPBi, Alq3, Balq, Salq 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. When the
제 1 전하 이동층(740)은 전자 수송층(744)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 전술한 무기물로 이루어지는 전자 수송 재료에 세슘카보네이트를 블렌딩한 전자 수송층(744)의 1층으로 제 1 전하 이동층(744)을 형성할 수도 있다. 일례로, 전자 주입층(742) 및 전자 수송층(744)은 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.The first
발광물질층(750)은 본 발명에 따라 양자점 코어(110)와 쉘(120)로 이루어지는 발광 입자(100)를 포함한다. The light-emitting
본 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(760)은 발광물질층(750)으로 정공을 공급하는 정공 이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하 이동층(760)은 제 2 전극(720)과 발광물질층(750) 사이에서 제 2 전극(720)에 인접하게 위치하는 정공 주입층(762)과, 제 2 전극(720)과 발광물질층(750) 사이에서 발광물질층(750)에 인접하게 위치하는 정공 수송층(764)을 포함한다. In this embodiment, the second
정공 주입층(762)은 PEDOT:PSS, F4-TCNQ이 도핑된 TDATA, 예를 들어 F4-TCNQ가 도핑된 ZnPc)와 같은 p-도핑된 프탈로시아닌, F4-TCNQ가 도핑된 α-NPD), HAT-CN 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. The
정공 수송층(764)은 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있다. 일례로, 정공 수송층(464)이 유기물로 이루어지는 경우, 정공 수송층(464)은 CBP, α-NPD, TPD, spiro-TPD, DNTPD, TCTA와 같은 아릴 아민류, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(페닐렌 비닐렌)(poly(phenylene vinylene)), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 방향족 3차 아민(aromatic tertiary amine) 또는 다핵 방향족 3차 아민(polynuclear aromatic tertiary amine), 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-비페닐 화합물(4,4'-bis(p-carbazolyl)-1,1'-biphenyl compound), N,N,N',N'-테트라아릴벤지딘(N,N,N',N'-tetraarylbenzidine), PEDOT:PSS 및 그 유도체, 폴리-N-비닐카바졸 유도체(poly-N-vinylcarbazole derivatives), MEH-PPV나 MOMO-PPV와 같은 폴리(파라)페닐렌비닐렌 유도체(polyphenylenevinylene derivatives), 폴리메타크릴레이트 유도체(polymethacrylate derivatives), 폴리(9,9-옥틸플루오렌) (poly(9,9-octylfluorene)) 및 그 유도체, 폴리(스파이로-플루오렌)(poly(spiro-fluorene)) 및 그 유도체, NPB, m-MTDATA, TFB, (spiro-NPB, PVK 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다. The
정공 수송층(764)이 무기물로 이루어지는 경우, 정공 수송층(764)은 NiO, MoO3, Cr2O3, Bi2O3 또는 p-형 ZnO,와 같은 금속 산화물이나 티오시안구리(CuSCN), Mo2S, p-형 GaN과 같은 비-산화 등가물 또는 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다. When the
제 2 전하 이동층(760)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 정공 주입층(762)이 생략되고 제 2 전하 이동층(760)은 정공 수송층(764)만으로 이루어질 수도 있고, 전술한 정공 수송 유기물에 정공 주입 물질(일례로 PEDOT:PSS)가 도핑되어 이루어질 수도 있다. 정공 주입층(762)과 정공 수송층(764)의 두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The second
본 발명에 따라 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있으며, 발광 효율이 우수한 발광 입자(100)가 적용된 양자점 발광다이오드(700)의 발광 효율 및 휘도를 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to implement light emission in various wavelength bands, and it is possible to improve the light-emitting efficiency and luminance of the quantum dot light-emitting
계속해서, 본 발명에 따른 발광 입자가 발광층에 적용된 양자점 발광다이오드를 가지는 양자점 발광 표시장치에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. Subsequently, a quantum dot light emitting display device having a quantum dot light emitting diode in which light emitting particles according to the present invention are applied to a light emitting layer will be described. 9 is a schematic cross-sectional view of a quantum dot light emitting display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9에 도시한 바와 같이, 양자점 발광 표시장치(800)는, 기판(810)과, 기판(810) 상에 위치하는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 발광다이오드(D)를 포함한다. As shown in FIG. 9, the quantum dot light emitting
기판(810) 상에는 산화물 반도체 물질 또는 다결정 실리콘으로 이루어지는 반도체층(822)이 형성된다. 반도체층(822)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 반도체층(822) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(822)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(822)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(822)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(822)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.A semiconductor layer 822 made of an oxide semiconductor material or polycrystalline silicon is formed on the
반도체층(822) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(824)이 형성된다. 게이트 절연막(824)은 산화 실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(824) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(830)이 반도체층(822)의 중앙에 대응하여 형성된다. A
게이트 전극(830) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(832)이 형성된다. 층간 절연막(832)은 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다. An interlayer insulating
층간 절연막(832)은 반도체층(822)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(834, 836)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(834, 836)은 게이트 전극(830)의 양측에서 게이트 전극(830)과 이격되어 위치한다. 층간 절연막(832) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(840)과 드레인 전극(842)이 형성된다. The
소스 전극(840)과 드레인 전극(842)은 게이트 전극(830)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(834, 836)을 통해 상기 반도체층(822)의 양측과 접촉한다. The
반도체층(822), 게이트 전극(830), 소스 전극(840), 드레인 전극(842)은 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. The semiconductor layer 822, the
도 9에서, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(822)의 상부에 게이트 전극(830), 소스 전극(840) 및 드레인 전극(842)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.이와 달리, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. In FIG. 9 , the thin film transistor Tr has a coplanar structure in which a
도시하지 않았으나, 게이트 배선과 데이터 배선이 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 게이트 배선과 데이터 배선에 연결되는 스위칭 소자가 더 형성된다. 스위칭 소자는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 또한, 파워 배선이 게이트 배선 또는 데이터 배선과 평행하게 이격되어 형성되며, 일 프레임(frame) 동안 구동소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극의 전압을 일정하게 유지되도록 하기 위한 스토리지 캐패시터가 더 구성될 수 있다.Although not shown, a gate line and a data line cross each other to define a pixel area, and a switching element connected to the gate line and the data line is further formed. The switching element is connected to the thin film transistor Tr, which is a driving element. In addition, the power line is formed parallel to and spaced apart from the gate line or the data line, and a storage capacitor is further configured to maintain the voltage of the gate electrode of the thin film transistor (Tr), which is a driving element, constant during one frame. can
한편, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(842)을 노출하는 드레인 콘택홀(852)을 가지는 보호층(850)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다. Meanwhile, a
보호층(850) 상에는 드레인 콘택홀(852)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(842)에 연결되는 제 1 전극(910)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(910)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(910)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 AZO와 같은 도핑되거나 도핑되지 않은 금속 산화물이거나, 전술한 금속 산화물 이외에도 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 또는 탄소나노튜브를 포함하는 금속 소재로 이루어질 수 있다.On the
한편, 본 발명의 양자점 발광 표시장치(800)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제 1 전극(910) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, when the quantum dot light emitting
또한, 보호층(850) 상에는 제 1 전극(910)의 가장자리를 덮는 뱅크층(868)이 형성된다. 뱅크층(868)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(910)의 중앙을 노출한다.In addition, a
제 1 전극(910) 상에는 본 발명에 따른 발광 입자(100)를 포함하는 발광층(930)이 형성된다. 발광층(930)은 발광물질층으로만 이루어질 수도 있으나, 발광 효율을 높이기 위하여 다수의 전하 이동층을 가질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(910)과 발광층(930) 사이에 제 1 전하 이동층(640, 740, 도 7 및 8 참조)가 형성되고, 발광층(930)과 제 2 전극(920) 사이에 제 2 전하 이동층(660, 760, 도 7 및 8 참조)가 더욱 형성될 수 있다. A
발광층(930)이 형성된 기판(810) 상부로 제 2 전극(920)이 형성된다. 제 2 전극(920)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 음극 또는 양극일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(920)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg일 수 있다.A
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 입자(100)는 안정적인 결정 구조가 가능한 양자점 코어를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나 쉘의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, 양자점 코어를 에워싸는 쉘을 형성하여 양자 효율을 배가할 수 있고, 산소나 수분의 영향으로 인한 광퇴화 현상을 방지할 수 있으며, 쉘의 두께를 크게하여 FRET 현상을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발광 입자(100)가 적용된 양자점 발광다이오드(D)의 발광 효율이 증가하여, 양자점 발광 표시장치(800)의 휘도를 향상시킬 수 있다. As described above, the light-emitting
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described through exemplary examples, but the present invention is not limited to the technical idea described in the following examples.
실시예 1: CHExample 1: CH 33 NHNH 33 SnBrSnBr 33 -SnBr-SnBr 22 /SiO/SiO 22 합성 synthesis
1몰의 메틸아민(CH3NH2)과 1몰의 브롬화수소(HBr, 48%, Aldrich 사)를 반응시켜 CH3NH3Br 전구체를 다음과 같이 합성하였다. 3구 라운드 플라스크에 30 mL의 메틸아민(메틸알코올에 용해된 33%, Aldrich 사) 용액의 온도를 0℃로 낮추기 위하여 얼음물 조건에서 교반시켰다. 그리고 30 mL (0.68 mol)의 메틸아민 용액에 36.7 mL(0.68 mol)의 브롬화수소(HBr, 48%, Aldrich)를 천천히 적가하였다. 2시간 후 반응을 종료하고, 반응 원액을 50℃에서 감압 여과하여 반응 결과물인 침전물을 얻었다. 반응 결과물을 디에틸에테르로 원심분리기를 통해 3회 정제하여 흰색의 반응 결과물인 CH3NH3Br을 24시간 동안 상온에서 진공 오븐을 통해 건조하였다. CH3NH3SnBr3와 SnBr2(99%, Aldrich 사)가 혼재된 발광 입자 코어(이하, CH3NH3SnBr3 코어)는 다음과 같이 합성하였다. 진공 글러브 박스의 질소 기류 하에서 3구 라운드 플라스크에 0.072 g (0.64 mmol)의 CH3NH3Br과 0.178 g (0.64 mmol) SnBr2을 첨가하였다. 반응 플라스크는 질소 기류 조건 하에서 100 ㎕의 n-octylamine(≥ 99.5%, Aldrich), 2 mL의 oleic acid(acid (OA, 90%, Aldrich) 그리고 20 mL 의 ), N-dimethylformamide (DMF, analytical grade, Aldrich 사) 3구 라운드 반응 플라스크 주입하고 투명한 용액이 될 때까지 교반하였다. 반응 용액의 10 mL을 채취하여 또 다른 1구 삼각 플라스크에 있는 100 mL의 toluene(analytical grade, H2O 함량 0.018% , 대정화금, korea)에 0.1 mL/min로 천천히 적가하였다. 반응 용액을 질소 기류 하에서 24시간 동안 교반하고 반응을 종료하였다. 반응 용액을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심 분리기를 통해 정제하여 CH3NH3SnBr3을 주재로 함유하는 침전물을 얻었다. A CH 3 NH 3 Br precursor was synthesized by reacting 1 mole of methylamine (CH 3 NH 2 ) with 1 mole of hydrogen bromide (HBr, 48 %, Aldrich Co.) as follows. In order to lower the temperature of 30 mL of methylamine (33% dissolved in methyl alcohol, Aldrich Co.) solution in a three-necked round flask, it was stirred in ice water conditions. Then, 36.7 mL (0.68 mol) of hydrogen bromide (HBr, 48%, Aldrich) was slowly added dropwise to 30 mL (0.68 mol) of methylamine solution. The reaction was terminated after 2 hours, and the reaction stock solution was filtered under reduced pressure at 50° C. to obtain a precipitate as a reaction product. The reaction product was purified three times with diethyl ether using a centrifuge, and the white reaction product, CH 3 NH 3 Br, was dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours. A light-emitting particle core (hereinafter referred to as CH 3 NH 3 SnBr 3 core) in which CH 3 NH 3 SnBr 3 and SnBr 2 (99%, Aldrich) were mixed was synthesized as follows. 0.072 g (0.64 mmol) of CH 3 NH 3 Br and 0.178 g (0.64 mmol) SnBr 2 were added to a three-necked round flask under a nitrogen stream in a vacuum glove box. The reaction flask contained 100 μl of n-octylamine (≥ 99.5%, Aldrich), 2 mL of oleic acid (acid (OA, 90%, Aldrich) and 20 mL of ), N-dimethylformamide (DMF, analytical grade) under a nitrogen atmosphere. , Aldrich) into a three-necked round reaction flask and stirred until a clear solution. 10 mL of the reaction solution was collected and slowly added dropwise at 0.1 mL/min to 100 mL of toluene (analytical grade, H 2 O content 0.018%, Daejeong Chemical & Gold, Korea) in another one-neck Erlenmeyer flask. The reaction solution was stirred for 24 hours under a nitrogen stream to complete the reaction. The reaction solution was purified by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes to obtain a precipitate mainly containing CH 3 NH 3 SnBr 3 .
계속해서, 코어에 실리카 쉘을 다음과 같은 방법으로 형성하였다. 50 mL 3구 라운드 플라스크에 1.2 mg CH3NH3SnBr3를 주요 성분으로 하는 양자점 코어에, 20 mL의 toluene (0.0623%의 H2O 포함)을 넣고 100 ㎕의 TMOS(tetra methyl orthosilicate, Aldrich 사)를 질소 기류 하에서 주입하고 교반하였다. 반응 온도는 25℃, 습도는 60%로 유지하면서 36시간 동안 교반하고 반응을 종료하였다. 반응 용액을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심 분리기를 통해 정제하여 CH3NH3SnBr3/SiO2 침전물을 얻었다(이하, CH3NH3SnBr3/SiO2 또는 MASnBr3/SiO2로 표시함). 합성된 CH3NH3SnBr3/SiO2에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도 10에, CH3NH3SnBr3/SiO2의 발광 형태를 도 11에 나타낸다. 합성된 CH3NH3SnBr3/SiO2 발광 입자는 녹색으로 발광하는 것을 확인하였다. Subsequently, a silica shell was formed on the core in the following manner. In a 50 mL three-neck round flask, 20 mL of toluene (including 0.0623% H 2 O) was added to a quantum dot core containing 1.2 mg CH 3 NH 3 SnBr 3 as a main component, and 100 μl of TMOS (tetra methyl orthosilicate, manufactured by Aldrich) was added. ) was injected under a nitrogen stream and stirred. While maintaining the reaction temperature at 25° C. and humidity at 60%, the mixture was stirred for 36 hours and the reaction was terminated. The reaction solution was purified by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes to obtain CH 3 NH 3 SnBr 3 /SiO 2 precipitate (hereafter referred to as CH 3 NH 3 SnBr 3 /SiO 2 or MASnBr 3 /SiO 2 ). FIG. 10 shows an energy band diagram of the synthesized CH 3 NH 3 SnBr 3 /SiO 2 , and FIG. 11 shows an emission form of CH 3 NH 3 SnBr 3 /SiO 2 . It was confirmed that the synthesized CH 3 NH 3 SnBr 3 /SiO 2 light-emitting particles emit green light.
실시예 2: CHExample 2: CH 33 NHNH 33 SnISnI 33 -SnI-SnI 22 /SiO/SiO 22 합성 synthesis
다음과 같은 방법으로 전구체인 CH3NH3I를 합성하였다. 3구 라운드 플라스크에 30 mL의 메틸아민 용액의 반응온도를 0℃로 만들어 주기 위해 얼음물 조건에서 교반하였다. 30 mL (0.68 mol)의 메틸아민 용액에 51 mL(0.68 mol) 요오드화 수소(HI, 47%, Aldrich 사)을 천천히 적가하였다. 2 시간 후 반응을 종료하고 반응 원액을 50℃에서 감압 여과 장치로 반응 결과물인 침전물을 얻었다. 반응 결과물을 디에틸 에테르로 원심 분리기를 통해 3회 정제하여 하얀색의 반응 결과물인 CH3NH3I 을 24시간 동안 상온의 온도에서 진공 오븐을 통해 건조하였다. The precursor CH 3 NH 3 I was synthesized in the following manner. The reaction temperature of 30 mL of methylamine solution in a three-necked round flask was stirred in ice water conditions to make it 0 ° C. 51 mL (0.68 mol) hydrogen iodide (HI, 47%, Aldrich Co.) was slowly added dropwise to 30 mL (0.68 mol) of methylamine solution. After 2 hours, the reaction was terminated, and the reaction stock solution was filtered under reduced pressure at 50° C. to obtain a precipitate as a result of the reaction. The reaction product was purified three times with diethyl ether through a centrifuge, and the white reaction product, CH 3 NH 3 I, was dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours.
CH3NH3SnI3와 SnI2(99%, Aldrich 사)가 혼재된 발광 입자 코어(이하, CH3NH3SnBr3 코어)는 다음과 같이 합성하였다. 진공 글러브 박스의 질소 기류 하에서 3구 라운드 플라스크에 0.119 g (0.64 mmol)의 CH3NH3I와, 0.238 g (0.64 mmol) SnI2을 첨가하였다. 반응 플라스크는 질소 기류 조건 하에서 40 ㎕의 n-옥틸아민, 2 mL의 올레산, 10 mL 의 THF(tetrahydrofuran, 99.5%, Aldrich 사)을 3구 라운드 반응 플라스크 주입하고 투명한 용액이 될 때까지 교반하였다. 반응 용액의 2 mL을 채취하여 또 다른 1구 삼각 플라스크에 있는 50 mL의 toluene에 0.1 mL/min로 천천히 적가하였다. 반응 용액을 질소 기류 하에서 24시간 동안 교반하고 반응을 종료하였다. 반응 용액을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심 분리기를 통해 정제하여 CH3NH3SnI3 을 주재로 하는 침전물을 얻었다. A light emitting particle core (hereinafter referred to as CH 3 NH 3 SnBr 3 core) in which CH 3 NH 3 SnI 3 and SnI 2 (99%, Aldrich) were mixed was synthesized as follows. 0.119 g (0.64 mmol) of CH 3 NH 3 I and 0.238 g (0.64 mmol) SnI 2 were added to a three-necked round flask under a nitrogen atmosphere in a vacuum glove box. In the reaction flask, 40 μl of n-octylamine, 2 mL of oleic acid, and 10 mL of THF (tetrahydrofuran, 99.5%, Aldrich) were injected into a three-necked round reaction flask under a nitrogen stream, and the mixture was stirred until a clear solution. 2 mL of the reaction solution was collected and slowly added dropwise at 0.1 mL/min to 50 mL of toluene in another one-neck Erlenmeyer flask. The reaction solution was stirred for 24 hours under a nitrogen stream to complete the reaction. The reaction solution was purified by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes to obtain a precipitate mainly composed of CH 3 NH 3 SnI 3 .
이어서, 50 mL 3구 라운드 플라스크에 1.2 mg CH3NH3SnI3를 주재로 하는 양자점 코어와 20 mL의 toluene (0.0623% 의 H2O 포함)을 넣고 100 ㎕ TMOS를 질소 기류 하에서 주입하고 교반하였다. 반응 온도는 25℃, 습도는 60%를 유지하면서 36시간 동안 교반하고 반응을 종료하였다. 반응 용액을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심 분리기를 통해 정제하여 CH3NH3SnI3/SiO2 침전물을 얻었다(이하, CH3NH3SnI3/SiO2 또는 MASnI3/SiO2로 표시함). 합성된 CH3NH3SnI3/SiO2에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도 12에, 합성된 CH3NH3SnI3/SiO2의 발광 형태를 도 13에 나타낸다. 합성된 CH3NH3SnI3/SiO2 발광 입자는 적색으로 발광하는 것을 확인하였다. Subsequently, 1.2 mg of CH 3 NH 3 SnI 3- based quantum dot core and 20 mL of toluene (including 0.0623% H 2 O) were placed in a 50 mL three-necked round flask, and 100 μl TMOS was injected under a nitrogen stream and stirred. . While maintaining the reaction temperature at 25° C. and the humidity at 60%, the mixture was stirred for 36 hours and the reaction was terminated. The reaction solution was purified by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes to obtain CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 precipitate (hereafter referred to as CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 or MASnI 3 /SiO 2 ). FIG. 12 shows an energy band diagram for the synthesized CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 , and FIG. 13 shows an emission form of the synthesized CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 . It was confirmed that the synthesized CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 light-emitting particles emit red light.
비교예 1: CHComparative Example 1: CH 33 NHNH 33 SnBrSnBr 33 -SnBr-SnBr 22
실시예 1에서 쉘인 SiO2를 형성하지 않은 양자점 코어를 합성하였다(이하, CH3NH3SnBr3 또는 MASnBr3로 표시함). In Example 1, a quantum dot core without forming SiO 2 as a shell was synthesized (hereinafter referred to as CH 3 NH 3 SnBr 3 or MASnBr 3 ).
비교예 2: CHComparative Example 2: CH 33 NHNH 33 SnIrSnIr 33 -SnI-SnI 22
실시예 1에서 쉘인 SiO2를 형성하지 않은 양자점 코어를 합성하였다(이하, CH3NH3SnI3/SiO2 또는 MASnI3/SiO2로 표시함). In Example 1, a quantum dot core without SiO 2 as a shell was synthesized (hereinafter referred to as CH 3 NH 3 SnI 3 /SiO 2 or MASnI 3 /SiO 2 ).
비교예 3: CHComparative Example 3: CH 33 NHNH 33 SnBrSnBr 33 -SnBr-SnBr 22 /TiO/TiO 22 합성 synthesis
실시예 1에서 쉘로 사용된 SiO2를 대신하여 TiO2를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하였다(이하, CH3NH3SnIBr3/TiO2 또는 MASnBr3/TiO2로 표시함). The procedure of Example 1 was repeated except that TiO 2 was used instead of SiO 2 used as the shell in Example 1 (hereafter referred to as CH 3 NH 3 SnIBr 3 /TiO 2 or MASnBr 3 /TiO 2 ).
실험예 1: 코어 및 쉘 확인Experimental Example 1: Confirmation of core and shell
실시예 1에서 합성된 발광 입자에 대하여 TEM을 이용하여 분석하였고, 실시예 1 내지 2와, 비교예 1 내지 2에서 각각 합성된 발광 입자에 대하여 XRD 분석을 수행하였다. TEM 분석 결과를 도 14에, XRD 분석 결과를 도 15에 나타낸다. 도 14에 도시한 바와 같이, 양자점 코어(하단 우측에서 진하게 표시된 부분)에 실리카 쉘이 에워싼 형태를 가지는 발광 입자를 확인하였다. 또한, 도 15에 도시한 바와 같이(도 15에서 (001)로 표시된 부분), 양자점 코어만으로 구성된 발광 입자와 비교해서, 쉘이 포함된 발광 입자는 피크 강도가 증가하거나(실시예 1의 MASnBr3/SiO2와 비교예 1의 MASnBr3 비교), 피크의 폭이 좁아졌다(실시예 1의 MASnBr3/SiO2와 비교예 1의 MASnBr3 비교, 실시예 2의 MASnI3/SiO2와 비교예 2의 MASnI3 비교). 이러한 결과는 실리카 쉘을 포함하는 경우, 양자점 코어만으로 구성된 발광 입자에 비하여 보다 안정적인 결정 구조가 얻어진 것을 의미한다. The light-emitting particles synthesized in Example 1 were analyzed using TEM, and XRD analysis was performed on the light-emitting particles synthesized in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. TEM analysis results are shown in FIG. 14 and XRD analysis results are shown in FIG. 15 . As shown in FIG. 14, light-emitting particles having a form in which a silica shell is surrounded by a quantum dot core (a portion indicated in bold on the lower right) were confirmed. In addition, as shown in FIG. 15 (the part indicated by (001) in FIG. 15), compared to the light emitting particle composed of only the quantum dot core, the peak intensity of the light emitting particle including the shell is increased (MASnBr 3 of Example 1). /SiO 2 compared with MASnBr 3 in Comparative Example 1), and the width of the peak narrowed (Comparison between MASnBr 3 /SiO 2 in Example 1 and MASnBr 3 in Comparative Example 1, MASnI 3 /SiO 2 in Example 2 and Comparative Example) Compare MASnI 3 of 2). This result means that a more stable crystal structure was obtained when the silica shell was included, compared to the light emitting particle composed only of the quantum dot core.
실험예 2: 발광 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of luminescence characteristics
실시예 1 내지 2에서 합성된 실리카 쉘이 에워싸고 있는 발광 입자와, 비교예 1 내지 비교예 2의 양자점 코어만으로 이루어지는 발광 입자와 비교예 3의 이산화티타늄 쉘이 에워싸고 있는 발광 입자 각각에 대한 발광 특성을 평가하였다. 흡광 측정 결과를 도 16a에, 발광 특성 결과를 도 16b 및 도 16c에 도시하였다. 한편, 표 1은 실시예와 비교예에서 각각 합성된 발광 입자의 발광 특성으로서, 발광 피크, 반치폭(full width at half maximum; FWHM), 양자 효율(quantum yield; QY)을 나타낸다. Luminescent particles surrounded by silica shells synthesized in Examples 1 and 2, light emitting particles consisting only of quantum dot cores in Comparative Examples 1 and 2, and titanium dioxide shells in Comparative Example 3 properties were evaluated. The absorbance measurement results are shown in FIG. 16A, and the emission characteristics are shown in FIGS. 16B and 16C. Meanwhile, Table 1 shows emission characteristics of the light-emitting particles synthesized in Examples and Comparative Examples, including emission peak, full width at half maximum (FWHM), and quantum yield (QY).
(nm)FWHM
(nm)
이들 측정 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 실리콘계 비정질 소재의 쉘이 형성된 발광 입자는 쉘이 형성되지 않고 양자점 코어만으로 구성되는 입자 또는 이산화티타늄 쉘이 형성된 발광 입자와 비교해서 발광 피크의 강도가 증가하였으며, 양자 효율이 크게 향상되었다. 구체적으로, 쉘이 형성되지 않은 양자점 코어에 비하여 양자 효율은 최고 200% 향상되었으며, 이산화티타늄 코어가 형성된 발광 입자와 비교해서 양자 효율은 122% 증가하였다. 이러한 결과는 실리콘계 쉘을 형성함으로써, 양자점 코어의 발광 효율을 증가시킬 수 있으며, 양자점 코어의 열화를 방지할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 얼로이 구조를 가지는 양자점 코어에 실리콘계 쉘을 형성한 발광 입자는 발광 필름이나 엘이디 패키지의 발광 소재로서는 물론이고, 양자점 발광다이오드의 발광 소재로도 활용될 수 있다는 것을 확인하였다. As shown in these measurement results, the emission peak intensity of the light-emitting particles having a shell of silicon-based amorphous material according to the present invention is increased compared to the light-emitting particles having a titanium dioxide shell or particles composed of only a quantum dot core without a shell. and the quantum efficiency was greatly improved. Specifically, the quantum efficiency was improved by up to 200% compared to the quantum dot core in which the shell was not formed, and the quantum efficiency was increased by 122% compared to the light emitting particle in which the titanium dioxide core was formed. From these results, it can be seen that by forming the silicon-based shell, the luminous efficiency of the quantum dot core can be increased and deterioration of the quantum dot core can be prevented. Therefore, it was confirmed that the light emitting particles having a silicon-based shell formed on the quantum dot core having an alloy structure according to the present invention can be used as a light emitting material for a light emitting film or an LED package as well as a light emitting material for a quantum dot light emitting diode.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 청구범위에서 분명해질 것이다. In the above, the present invention has been described based on exemplary embodiments and examples of the present invention, but the present invention is not limited to the technical idea described in the above embodiments and examples. Rather, those skilled in the art to which the present invention pertains can easily make various modifications and changes based on the above-described embodiments and examples. However, it will be clear from the appended claims that all of these variations and modifications fall within the scope of the present invention.
100, 100A, 100B: 발광 입자
110, 110a, 110b: 코어(core) 120: 쉘(shell)
200, 300: 발광 필름 400, 800: 표시장치
500: 엘이디 패키지
600, 700, D: 양자점 발광다이오드100, 100A, 100B: luminescent particles
110, 110a, 110b: core 120: shell
200, 300: light emitting
500: LED package
600, 700, D: quantum dot light emitting diode
Claims (15)
상기 양자점 코어를 둘러싸며 실리콘계 소재로 이루어지는 쉘(shell)
을 포함하고,
상기 양자점 코어는 하기 화학식 1로 표시되는 발광 입자.
화학식 1
[ABX3]a[BX2]1-a
(화학식 1에서 [ABX3]는 페로브스카이트 성분을 나타내고, [BX2]는 금속 할라이드 성분을 나타냄; A는 유기암모늄 또는 알칼리 금속이고, B는 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)인 4A족 금속, 2가의 전이금속, 알칼리토 금속 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 Cl, Br, I 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택됨; a는 [ABX3] 성분의 몰분율을 나타내며, 0 < a < 1임)
A quantum dot core having a perovskite component and a mixed alloy structure of a metal halide component; and
A shell surrounding the quantum dot core and made of a silicon-based material
including,
The quantum dot core is a light-emitting particle represented by Formula 1 below.
Formula 1
[ABX 3 ] a [BX 2 ] 1-a
(In Formula 1, [ABX 3 ] represents a perovskite component, and [BX 2 ] represents a metal halide component; A is an organic ammonium or alkali metal, and B is tin (Sn) or germanium (Ge) 4A is selected from the group consisting of group metals, divalent transition metals, alkaline earth metals, and combinations thereof, X is selected from the group consisting of Cl, Br, I, and combinations thereof; a is the mole fraction of the [ABX 3 ] component , where 0 < a < 1)
상기 양자점 코어는 상기 양자점 코어를 구성하는 상기 페로브스카이트 성분인 [ABX3]와 상기 금속 할라이드 성분인 [BX2]가 1:1 내지 5:1의 몰비로 혼재되어 있는 발광 입자.
According to claim 1,
The quantum dot core is a light-emitting particle in which the perovskite component [ABX 3 ] and the metal halide component [BX 2 ] constituting the quantum dot core are mixed in a molar ratio of 1:1 to 5:1.
상기 A는 치환되지 않거나 불소로 치환된 C1~C10 알킬암모늄이고, 상기 B는 Sn 또는 Ge인 발광 입자.
According to claim 1,
Wherein A is an unsubstituted or fluorine-substituted C1-C10 alkylammonium, and B is Sn or Ge.
상기 쉘(shell)은 실리카(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx)인 발광 입자.
According to claim 1,
The shell is a light emitting particle of silica (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx).
상기 쉘(shell)은 비정질(amorphous) 소재인 발광 입자.
According to claim 1,
The shell is a light-emitting particle of an amorphous material.
A light-emitting film comprising the light-emitting particles according to any one of claims 1 to 5.
상기 액정 패널 하부에 위치하며 광원을 포함하는 백라이트 유닛;
상기 액정 패널과 상기 백라이트 유닛 사이에 위치하는 제 6항에 기재된 발광 필름
을 포함하는 액정표시장치.
liquid crystal panel;
a backlight unit located below the liquid crystal panel and including a light source;
The light-emitting film according to claim 6 located between the liquid crystal panel and the backlight unit.
A liquid crystal display device comprising a.
상기 엘이디 칩을 덮고 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 입자를 포함하는 봉지부
를 포함하는 엘이디 패키지.
LED chips; and
An encapsulation portion covering the LED chip and including the light-emitting particles according to any one of claims 1 to 5
LED package containing a.
상기 백라이트 유닛 상부에 위치하는 액정 패널
을 포함하는 액정표시장치.
A backlight unit including the LED package according to claim 8; and
Liquid crystal panel positioned above the backlight unit
A liquid crystal display device comprising a.
상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 항 내지 제 5항에 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 입자를 포함하는 발광층
을 포함하는 양자점 발광다이오드.
first electrode;
a second electrode facing the first electrode; and
A light-emitting layer disposed between the first electrode and the second electrode and comprising the light-emitting particles according to any one of claims 1 to 5
A quantum dot light emitting diode comprising a.
상기 기판 상부에 위치하고, 제 10항에 기재된 양자점 발광다이오드; 및
상기 기판과 상기 발광다이오드 사이에 위치하며 상기 발광다이오드에 연결되는 구동 소자
를 포함하는 양자점 발광 표시장치.Board;
Located on the substrate, the quantum dot light emitting diode according to claim 10; and
A driving element positioned between the substrate and the light emitting diode and connected to the light emitting diode
Quantum dot light emitting display device comprising a.
상기 양자점 코어는 균일 얼로이 구조를 가지는 발광 입자.
According to claim 1,
The quantum dot core is a light-emitting particle having a uniform alloy structure.
상기 양자점 코어는 경도 얼로이(gradient alloy) 구조를 가지는 발광 입자.
According to claim 1,
The quantum dot core is a light-emitting particle having a hardness alloy (gradient alloy) structure.
상기 쉘(shell)은 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어지는 발광 입자.
According to claim 1,
The shell is a light-emitting particle made of silicon nitride (SiNx).
상기 양자점 코어는 하나의 얼로이 구조를 가지는 발광 입자.According to claim 1,
The quantum dot core is a light-emitting particle having a single alloy structure.
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