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KR102712599B1 - 발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치 - Google Patents

발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치 Download PDF

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KR102712599B1
KR102712599B1 KR1020180117488A KR20180117488A KR102712599B1 KR 102712599 B1 KR102712599 B1 KR 102712599B1 KR 1020180117488 A KR1020180117488 A KR 1020180117488A KR 20180117488 A KR20180117488 A KR 20180117488A KR 102712599 B1 KR102712599 B1 KR 102712599B1
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KR
South Korea
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light
emitting
layer
luminescent
ligand
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김동영
우종훈
김병걸
민혜리
형민석
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엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 무기 발광 입자 표면에 결합되어 있는 다수의 제 1 리간드로 이루어지는 제 1 모이어티와, 상기 제 1 리간드에 연결되는 제 2 리간드의 다른 말단에 연결된 실세스퀴옥산으로 이루어지는 제 2 모이어티를 포함하고, 제 1 리간드와 제 2 리간드 중에 하나는 극성 리간드이고, 다른 하나는 비극성 리간드인 발광체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발광체는 극성 및 비극성 용매는 물론이고 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 향상되며, 발광 특성이 우수하다. 따라서 본 발명에 따른 발광체는 발광다이오드의 발광물질층, 발광다이오드에서 방출되는 광의 효율을 향상시킬 수 있는 광 변환층, 발광 필름 또는 엘이디 패키지의 봉지부의 발광 재료로서 활용되어, 발광장치나 표시장치 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 발광장치{LUMINOUS BODY, LIGHT EMITTING FILM, LIGHT EMITTING DIODE AND LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THE LUMINOUS BODY}
본 발명은 발광체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 용매에 대한 분산 특성과 발광 특성이 향상된 발광체, 이를 포함하는 발광 필름, 발광다이오드 및 표시장치와 같은 발광장치에 관한 것이다.
정보 통신 기술 및 전자공학 기술이 발전하면서 종래의 음극선관 표시장치(CRT)를 대신하는 다양한 평판표시장치가 연구되고 있다. 특히 CRT에 비하여 박형, 경량화를 구현할 수 있는 액정표시장치(liquid crystal display(LCD) device), 또는 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED) 표시장치가 관심을 받고 있다.
평판표시장치 중에서도, 유기발광다이오드 표시장치는 자발광 소자인 유기발광다이오드를 필수적 구성요소로 포함하며, 비발광 소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트 유닛이 필요하지 않기 때문에 경량, 박형이 가능하다. 또한 유기발광다이오드는 액정표시장비에 비해 소비전력 측면에서도 유리하여, 저-전압 구동이 가능하고, 응답 속도가 빠른 장점을 가지고 있다. 특히, 유기발광다이오드는 제조 공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
유기발광다이오드 표시장치는, 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B) 화소영역 별로 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층을 형성하여 적색, 녹색, 청색 빛을 발광함으로써, 풀 컬러 영상을 구현한다. 종래, 적색 발광층, 녹색 발광층, 청색 발광층을 각 화소영역 별로 형성하기 위해서는 파인 메탈 마스크(fine metal mask)를 이용한 증착 공정을 이용하였다. 그런데, 이와 같은 구조로는 대면적 유기발광다이오드 표시장치를 제조하는데 한계가 있다. 따라서 화소영역 전체에 대하여 백색을 발광하는 발광다이오드를 형성하고 컬러필터를 이용하는 적색/녹색/청색/백색 구조의 유기발광다이오드(W-OLED) 표시장치가 제안되었다.
도 1은 종래 W-OLED 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, W-OLED 표시장치(1)는, 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)이 정의된 제 1 기판(10)과, 제 1 기판(10)과 마주하는 제 2 기판(20)과, 제 1 기판(10) 상에 위치하는 유기발광다이오드(30)와, 제 2 기판(20) 상에 위치하며 각각 적색, 녹색, 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응되는 컬러필터층(40)을 포함한다.
구체적으로 도시하지 않았으나, 제 1 기판(10) 상에는 각각의 화소영역 별로 박막트랜지스터(thin film transistor, TFT)와 같은 구동 소자가 위치하고, 유기발광다이오드(30)는 제 1 전극과, 유기발광층과 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극은 각 화소영역 별로 패터닝되고, 구동 소자에 연결될 수 있다.
컬러필터층(40)은 상기 적색, 녹색, 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 대응되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(42, 44, 46)을 포함한다. 유기발광다이오드(30)로부터 발광된 백색 빛은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(42, 44, 46)을 통과함으로써, W-OLED 표시장치(1)는 풀 컬러 영상을 구현한다.
그런데, 종래의 W-OLED 표시장치(1)에서, 유기발광다이오드(30)로부터 발광된 백색 빛 중에서 상당량이 컬러필터층(40)에서 흡수되기 때문에 광 효율이 떨어진다. 즉, 적색 화소영역(Rp)에서는 유기발광다이오드(30)로부터 발광된 백색 빛이 적색 컬러필터 패턴(42)을 통과하면서 다른 파장의 빛은 흡수하고 적색 파장의 빛만을 투과하여 적색 빛을 방출하고, 녹색 화소영역(Gp)에서는 유기발광다이오드(30)로부터 발광된 백색 빛이 녹색 컬러필터 패턴(44)을 통과하면서 다른 파장의 빛은 흡수하고 녹색 파장의 빛만을 투과하여 녹색 빛을 방출하고, 청색 화소영역(Bp)에서는 유기발광다이오드(30)로부터 발광된 백색 빛이 청색 컬러필터 패턴(46)을 통과하면서 다른 파장의 빛은 흡수하고 청색 파장의 빛만을 투과하여 청색 빛을 방출한다. 이와 같이 적색/녹색/청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응되는 컬러필터 패턴(42, 44, 46)에서 특정 파장의 빛만이 투과하고 나머지 파장의 광은 흡수되기 때문에, 광 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 다양한 용매 및/또는 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 우수하고, 발광 특성이 양호한 발광체를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광체를 적용하여 발광 특성이 우수하며, 용액 공정을 원활하게 진행할 수 있으며, 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 양호한 발광 필름, 엘이디 패키지, 발광다이오드 및 발광장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 무기 발광 입자의 표면에 결합되어 있는 다수의 제 1 리간드로 이루어지는 제 1 모이어티; 및 상기 제 1 리간드에 연결되는 제 2 리간드의 다른 말단에 연결된 실세스퀴옥산으로 이루어지는 제 2 모이어티를 포함하고, 상기 제 1 리간드 및 상기 제 2 리간드 중에 하나는 극성 리간드이고 다른 하나는 비극성 리간드인 발광체를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 기판과 발광다이오드 사이에 위치하며 발광다이오드에서 발광된 빛을 다른 파장의 빛으로 변환할 수 있도록 상기 발광체를 가지는 광 변환층을 포함하는 발광장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 발광체 및 상기 발광체가 분산된 매트릭스 수지를 포함하는 발광 필름 및 이러한 발광 필름을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 엘이디 칩 및 엘이디 칩을 덮고 전술한 발광체를 포함하는 봉지부를 포함하는 엘이디 패키지 및 이러한 엘이디 패키지가 백라이트 유닛을 구성하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 2개의 전극 사이에 위치하며 전술한 발광체를 포함하는 발광층을 포함하는 무기 발광다이오드 및 이러한 무기발광다이오드가 적용된 무기발광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발광체는 무기 발광 입자 표면에 결합된 제 1 리간드로 이루어지는 제 1 모이어티와, 제 1 리간드에 연결되는 제 2 리간드의 다른 말단에 연결된 실세스퀴옥산으로 이루어지는 제 2 모이어티로 이루어진다. 제 1 리간드와 제 2 리간드 중에서 하나는 극성 리간드이고, 다른 하나는 비극성 리간드이기 때문에, 본 발명에 따른 발광체는 비극성 리간드는 물론이고, 극성 리간드에도 양호하게 분산될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 발광체의 가장 바깥쪽에는 실리콘 기반의 실세스퀴옥산 모이어티를 가지고 있기 때문에, 특히 실리콘 수지와 같은 내열성 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 향상된다.
또한, 실세스퀴옥산과 같은 bulky한 제 2 모이어티가 발광 입자의 외측에 결합되어 있기 때문에, 발광에 관여하는 제 1 모이어티로 이루어지는 무기 발광 입자가 소정 거리 이하로 가깝게 위치할 수 없다. 무기 발광 입자가 지나치게 근접하게 배치하면서 야기되는 FRET 현상이 방지되면서, 본 발명에 따른 발광체를 적용할 경우에 발광 특성이 향상될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발광체는 고-내열 특성이 우수한 실세스퀴옥산 모이어티를 포함하고 있기 때문에, 발광체의 내열 특성이 향상된다.
따라서 본 발명에 따른 발광체는 유기 용매 및/또는 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 요구되거나 우수한 발광 특성이 요구되는 표시장치와 같은 발광장치의 발광 필름, 엘이디 패키지, 광 변환층 및 발광다이오드 등에 적용될 수 있다.
도 1은 종래 백색유기발광다이오드(W-OLED) 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 분산 특성 및 발광 특성이 향상된 발광체를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 포함된 발광 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 포함된 발광 필름을 가지는 액정표시장치를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 액정표시장치를 구성하는 액정 패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 액정표시장치를 구성하는 엘이디 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 광 변환층에 포함된 하부발광 방식의 발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 백색 발광다이오드(W-LED) 표시장치를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 광 변환층에 포함된 상부발광 방식의 발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 백색 발광다이오드(W-LED) 표시장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 발광층에 포함된 무기 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 발광층에 포함된 무기 발광다이오드를 가지는 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 적색 양자점의 표면에 형성된 비극성 리간드인 알킬렌 리간드(제 1 리간드)에 극성 리간드인 설파이드 리간드를 통하여 POSS(polyhedral oligomeric silsesquioxanes) 구조의 실세스퀴옥산 모이어티가 연결된 발광체의 비극성 용매 및 극성 용매에 대한 분산 정도를 테스트한 결과를 보여주는 사진이다. 도 11a는 양자점 모이어티를 구성하는 비극성 리간드에 극성 리간드인 설파이드 리간드를 통하여 POSS가 결합된 상태를 보여주는 사진이다. 도 11b와 도 11c는 각각 본 발명에 따라 합성된 발광체가 비극성 용매인 톨루엔과 극성 용매인 PGMEA(propylene glycol monomethyl ether acetate)에 양호하게 분산된 것을 보여주는 사진이다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 녹색 양자점의 표면에 비극성 리간드인 알킬렌 리간드(제 1 리간드)에 극성 리간드인 설파이드 리간드를 통하여 POSS 구조의 실세스퀴옥산 모이어티가 결합된 발광체의 비극성 용매 및 극성 용매에 대한 분산 정도를 테스트한 결과를 보여주는 사진이다. 도 12a 내지 도 12c에서 T는 발광체를 비극성 용매인 톨루엔(toluene)에 분산시킨 상태를 보여주고, P는 발광체를 극성 용매인 PGMEA에 분산시킨 상태를 보여주며, 아무런 표시가 없는 것은 양자점 모이어티를 구성하는 비극성 리간드에 극성 리간드인 설파이드 리간드를 통하여 POSS가 결합된 상태를 보여주는 사진이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 적색 양자점 및 녹색 양자점 표면에 결합된 비극성 리간드인 알킬렌 리간드에 극성 리간드인 설파이드 리간드를 통하여 POSS 구조의 실세스퀴옥산 모이어티가 결합된 발광체가 다양한 비극성 용매 및 극성 용매에 분산된 상태를 보여주는 사진이다. 도 13a 및 도 13b에서 'Dichl Me'는 dichloromethane, 'OCT'는 octane, 'HEP'는 heptane, 'Chl'은 chloroform,'m-X'는 m-xylene, 'Chl-B'는 chlorobenzene, 'i-But'는 i-butylbenzene, 'Tol'은 toluene, 'PGMEA'는 propylene glycol monomethyl ether acetate를 나타내며, 표시된 용매에 본 발명에 따른 발광체가 분산된 상태를 각각 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 티올 함량이 상이한 POSS를 사용하여, 양자점 표면에서 리간드 교환 반응에 의해 합성된 발광체가 PGMEA 용매에 균일하게 분산된 상태를 보여주는 사진이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광체의 IR 분광(infrared spectroscopy, IR spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 비교를 위하여, POSS에 결합하지 않은 상태의 양자점 표면에 대한 IR 분광 분석 결과와 티올기를 가지는 POSS에 대한 IR 분광 분석 결과를 같이 나타내었다.
도 16은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 합성된 발광체에 대한 TEM 사진이다.
도 17a 내지 도 17g는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 발광체를 구성하는 각각의 원소에 대한 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석 결과이다. 도 17a는 탄소(C), 도 17b는 산소(O), 도 17c는 규소(Si), 도 17d는 인(P), 도 17e는 황(S), 도 17f는 아연(Zn), 도 17g는 셀레늄(Se)에 대한 EDS 분석 결과를 나타낸다.
이하, 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[발광체]
도 2는 본 발명에 따라 분산 특성 및 발광 특성이 향상된 발광체를 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조되는 발광체(100)는 무기 발광 입자(111)의 표면에 결합되는 제 1 리간드(L1, 116)로 이루어지는 제 1 모이어티(발광 모이어티, 110)와, 제 1 모이어티(110)를 구성하는 제 1 리간드(L1, 116)에 일단이 결합된 제 2 리간드(L2, 122)의 다른 일단으로 결합된 실세스퀴옥산(124)으로 이루어지는 제 2 모이어티(실세스퀴옥산 모이어티, 120)를 포함한다.
본 발명에 따른 발광체(100)에서 제 1 모이어티(110)는 실질적으로 발광을 구현하는 무기 발광 입자(111)와, 무기 발광 입자(111)의 표면에 결합하는 다수의 제 1 리간드(L1, 116)을 포함한다. 무기 발광 입자(111)는 양자점(quantum dot)이나 양자 막대(quantum rod, QR)일 수 있다. 일례로, 무기 발광 입자(111)는 광원으로부터 방출된 1차광을 받으면, 전자가 기저 상태(ground state)에서 들뜬 상태(excited state)가 되고, 들뜬 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 광자를 내놓으면서 다른 파장 대역의 빛, 즉 2차광을 방출한다. 또는 무기 발광 입자(111)는 발광다이오드에서 2개의 마주하는 전극으로부터 각각 생성된 정공과 전자에 의해 여기된 엑시톤을 형성하면서 일정 파장 대역의 빛을 방출할 수 있다.
양자점 또는 양자 막대와 같은 무기 발광 입자(111)는 불안정한 상태의 전자가 전도대 에너지 준위에서 가전자대 에너지 준위로 내려오면서 발광하는 무기 입자이다. 이들 무기 발광 입자(111)는 흡광 계수(extinction coefficient)가 매우 크고 무기 입자 중에서는 양자 효율(quantum yield)도 우수하므로 강한 형광을 발생시킨다. 또한, 무기 발광 입자(111)의 크기에 따라 발광 파장이 변경되므로, 무기 발광 입자(111)의 크기를 조절하면 가시광선 전 영역대의 빛을 얻을 수 있으므로 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 무기 발광 입자(111)는 단일 구조를 가질 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 무기 발광 입자(111)는 중심에 빛을 방출하는 코어(core, 112)와, 코어(112)의 표면에서 코어(112)를 보호하기 위하여 쉘(shell, 114)이 둘러싸고 있는 이종 구조(heterologous structure)를 가질 수 있다. 이때, 쉘(114)은 하나의 쉘로 이루어질 수도 있고, 다수의 쉘(multi shells)로 이루어질 수도 있다. 코어(112) 및/또는 쉘(114)을 구성하는 반응 전구체의 반응성과 주입 속도, 리간드의 종류 및 반응 온도 등에 따라 이들 나노 무기 발광 입자의 성장 정도, 결정 구조 등을 조절할 수 있으며, 이에 따라 에너지 밴드갭의 조절에 따른 다양한 파장대의 광 방출을 유도할 수 있다.
예를 들어, 무기 발광 입자(111)는 코어(112)를 구성하는 성분의 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 쉘(114)의 에너지 밴드갭에 의해 둘러싸인 구조로서, 전자와 정공이 코어를 향해 이동하여 코어(112) 내에서 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 에너지를 빛으로 발산하는 발광체인 타입-Ⅰ 코어/쉘 구조를 가질 수 있다.
무기 발광 입자(111)가 타입-Ⅰ 코어(112)/쉘(114)의 이종구조를 이루는 경우, 코어(112)는 실질적으로 발광이 일어나는 부분으로, 코어(112)의 크기에 따라 무기 발광 입자(111)의 발광 파장이 결정된다. 양자구속효과(quantum confine effect)를 받기 위해서 코어(112)는 각각의 소재에 따라 엑시톤 보어 반경(exciton Bohr radius)보다 작은 크기를 가져야 하며, 해당 크기에서 광학적 밴드갭(optical band gap)을 가져야 한다.
한편, 무기 발광 입자(111)를 구성할 수 있는 쉘(114)은 코어(112)의 양자구속효과를 촉진하고 무기 발광 입자(111)의 안정성을 결정한다. 단일 구조의 콜로이드 양자점 또는 양자 막대의 표면에 드러난 원자들은 내부 원자들과 달리 화학 결합에 참여하지 못한 전자상태(lone pair electron)를 가지고 있다. 이들 표면 원자들의 에너지 준위는 양자 발과 입자(111)의 전도대(conduction band edge)와 가전자대(valence band edge) 사이에 위치하여 전하들을 트랩(trap)할 수 있어 표면 결함(surface defect)이 형성된다. 표면 결함에 기인하는 엑시톤의 비-발광 결합 과정(non-radiative recombination process)으로 인하여 무기 발광 입자(111)의 발광 효율이 감소할 수 있으며, 트랩된 전하들이 외부 산소 및 화합물과 반응하여 무기 발광 입자(111)의 화학적 조성의 변형을 야기하거나, 무기 발광 입자(111)의 전기적/광학적 특성이 영구적으로 상실될 수 있다.
코어(112) 표면에 쉘(114)이 효율적으로 형성될 수 있기 위해서는, 쉘(114)을 구성하는 재료의 격자 상수(lattice constant)는 코어(112)를 구성하는 재료의 격자 상수와 비슷하여야 한다. 코어(112)의 표면을 쉘(114)로 에워쌈으로써, 코어(112)의 산화를 방지하여 무기 발광 입자(111)의 화학적 안정성을 향상시키고, 물이나 산소와 같은 외부 인자에 의한 코어(112)의 광퇴화 현상을 방지할 수 있다. 또한, 코어(112) 표면에서의 표면 트랩에 기인하는 엑시톤의 손실을 최소화하고, 분자 진동에 의한 에너지 손실을 방지하여, 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
무기 발광 입자(111)는 양자구속효과를 가지는 반도체 나노 결정 또는 금속산화물 입자일 수 있다. 예를 들어, 양자점 또는 양자 막대는 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-V족, Ⅳ-Ⅵ족 또는 I-Ⅲ-Ⅵ족의 나노 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무기 발광 입자(111)를 구성하는 코어(112) 및/또는 쉘(114)은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgTe 또는 이들의 조합과 같은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정; GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb 또는 이들의 조합과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노 결정; PbS, PbSe, PbTe 또는 이들의 임의의 조합과 같은 Ⅳ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정; AgGaS2, AgGaSe2, AgGaTe2, AgInS2, CuInS2, CuInSe2, CuGaS2, CuGaSe2 또는 이들의 조합과 같은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노 결정; ZnO, TiO2 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물 나노 입자; CdSe/ZnSe, CdSe/ZnS, CdS/ZnSe, CdS/ZnS, ZnSe/ZnS, InP/ZnS ZnO/MgO 또는 이들의 임의의 조합과 같은 코어(110a)/쉘(110b) 구조의 나노 결정일 수 있다. 반도체 나노 입자는 Eu, Er, Tb, Tm, Dy과 같은 희토류 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑(doping)되거나 도핑되지 않거나, 또는 Mn, Cu, Ag, Al과 같은 전이 금속 원소 또는 이들의 임의의 조합으로 도핑될 수 있다.
예를 들어, 무기 발광 입자(111)를 구성하는 코어(112)는 ZnSe, ZnTe, CdSe, CdTe, InP, ZnCdS, CuxIn1-xS, CuxIn1-xSe, AgxIn1-xS 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 또한, 무기 발광 입자(111)를 구성하는 쉘(114)은 ZnS, GaP, CdS, ZnSe, CdS/ZnS, ZnSe/ZnS, ZnS/ZnSe/CdSe, GaP/ZnS, CdS/CdZnS/ZnS, ZnS/CdSZnS, CdXZn1-xS 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
한편, 무기 발광 입자(111)의 하나인 양자점은 균질 합금(homogeneous alloy) 양자점 또는 경도 합금(gradient alloy) 양자점과 같은 합금 양자점(alloy QD; 일례로, CdSxSe1-x, CdSexTe1-x, ZnxCd1-xSe)일 수도 있다.
본 발명에 따른 발광체(110)는 전술한 무기 발광 입자(111)의 표면에 다수 결합된 제 1 리간드(L1, 116)로 이루어지는 제 1 모이어티(110)와, 일단이 제 1 리간드(L1, 116)에 결합된 제 2 리간드(L2, 122)의 다른 말단에 결합된 실세스퀴옥산(124)으로 이루어지는 제 2 모이어티(120)를 포함한다.
Si-O-Si 결합으로 이루오지는 실록산(siloxanes)의 단위 구조는 규소에 연결되는 산소 원자의 개수와 치환기의 개수에 따라 Q 타입(Si(O)4), T 타입(Si(O)3OR, Si(O)3R), D 타입(Si(O)2(OR)2, Si(O)2(R)2), M 타입(Si(O)(OR)3, Si(OR)4, Si(O)(R)3, Si(R)4)로 구분하여 정의될 수 있다. 본 발명에 따른 발광체(100)의 외측을 구성하는 제 2 모이어티(120)는 T 타입의 실록산 단위를 가지면서 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124)을 포함한다. 실세스퀴옥산(silsesquioxanes)은 (RSiO3/2)n(R은 수소, C1~C10 알킬기 또는 알킬렌기, C2~C10 알릴기 또는 알릴렌기이고, n은 6, 8, 10, 12 또는 16임)으로 표시되는 T 타입 실록산으로 정의될 수 있는데, 트리알콕시실란(RSi(OR)3)이나 트리클로로실란(RSiCl3)을 이용한 가수분해-중합법을 통하여 합성될 수 있다.
실세스퀴옥산은 가교 결합의 구조 및 형태에 따라 래더 구조(ladder structure), 케이지 구조(cage structure, 바구니 구조) 및 랜덤 구조(random structure)를 가질 수 있다. 이때, 케이지 구조는 완전 케이지 구조 이외에도 케이지의 일부분이 개환되어 있는 불완전 케이지 구조(incomplete cage structure, 부분적 케이지/개방 케이지 구조)로 구분될 수 있다. 특히 케이지 구조를 가지는 실세스퀴옥산은 폴리헤드랄 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxanes; POSS)이라고 하는데, 완전 케이지 구조에서 n은 6, 8, 10, 12 또는 16이며, 불완전 케이지 구조의 경우 케이지 구조 바깥쪽에 실란올기가 위치한다.
본 발명에 따른 발광체(100)의 제 2 모이어티(120)를 구성하는 실세스퀴옥산은 랜덤 구조, 래더 구조, 불완전 케이지 구조 및 완전 케이지 구조 등 모든 구조의 실세스퀴옥산이 가능하다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 실세스퀴옥산은 bulky한 특성을 가지면서 구조적 안정성이 우수한 케이지 구조를 가질 수 있다. 일례로, 실세스퀴옥산은 랜덤 구조와 케이지 구조가 혼합되어 있는 것을 사용할 수 있다.
한편, 제 1 리간드(L1, 116)와 제 2 리간드(L2, 122)는 무기 발광 입자(111)를 용매에 분산시키는 역할을 수행할 수 있는데, 제 1 리간드(L1, 116)와 제 2 리간드(L2, 122) 중에서 어느 하나의 리간드는 극성 리간드(polar ligand)이고, 다른 하나는 비극성 리간드(nonpolar ligand)이다. 예를 들어, 제 1 리간드(L1, 116)가 비극성 리간드이고, 제 2 리간드(L2, 122)가 극성 리간드일 수 있다.
종래 무기 발광 입자의 표면에 통상적으로 지방족 탄화수소 사슬과 같은 비극성 리간드가 연결되어 있기 때문에, 비극성 용매에 대해서는 어느 정도 분산되지만, 극성 용매에는 분산되지 못하는 문제가 있었다.
또한, 하나의 특정 리간드가 표면에 결합된 종래 무기 발광 입자의 경우, 무기 발광 입자(donor 무기 발광 입자)가 인접한 무기 발광 입자(acceptor 무기 발광 입자)와 일정 거리 이내로 근접하게 배치되면서, donor 무기 발광 입자에서 방출된 빛이 acceptor 무기 발광 입자로 흡수된다. 이에 따라 donor 무기 발광 입자에서 방출된 에너지가 donor 무기 발광 입자의 발광으로 방출되지 않고 인접한 acceptor 무기 발광 입자를 여기시키면서, acceptor 무기 발광 입자의 형광을 유도하는 형광공명에너지전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer; Forster Resonance Energy Transfer; FRET) 현상이 초래된다. 이에 따라 종래 무기 발광 입자의 양자 효율이나 발광 효율이 저하되는 문제가 발생하였다.
반면, 본 발명에 따르면 무기 발광 입자(111)의 표면으로 비극성 리간드(예를 들어, 제 1 리간드, L1, 116)와 극성 리간드(예를 들어, 제 2 리간드, L2, 122)가 동시에 존재한다. 비극성 리간드와 극성 리간드가 무기 발광 입자(111)의 표면에 동시에 존재하기 때문에, 본 발명에 따른 발광체(110)는 극성 용매는 물론이고 비극성 용매에 균일하게 분산될 수 있다.
본 발명에 따른 발광체(110)가 포함된 특정 층(layer)이나 패턴을 용액 공정을 형성할 때, 인접한 층이나 패턴에 사용된 소재는 용해시키지 않으면서 본 발명에 따른 발광체(110)만을 분산, 용해시키는 적절한 용매를 사용할 수 있다. 이에 따라, 각각 별개의 층이나 패턴을 형성하는 발광체(110)와 다른 소재가 혼합되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 이들 소재가 원래 의도하였던 적절한 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광체(100)의 가장 바깥쪽으로 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124)이 결합된다. 이에 따라, 실질적으로 발광을 구현하는 무기 발광 입자(111)가 소정 거리 이하로 근접할 수 없게 된다. 즉, bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124)을 포함하는 제 2 모이어티(120)가 무기 발광 입자(111)의 표면에 다수 결합하고 있기 때문에, 무기 발광 입자(111)와 인접한 무기 발광 입자(111)는 FRET 현상을 야기할 수 있을 정도고 가깝게 배치되지 않는다. 이처럼, 본 발명에 따른 발광체(100)를 사용함으로써, FRET 현상을 방지할 수 있으므로 의도하였던 양자 효율 또는 발광 효율을 구현할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 비극성 리간드(예를 들어, 제 1 리간드, L1, 116)는 C1~C20 알킬렌기일 수 있으며, 극성 리간드(예를 들어, 제 1 리간드, L2, 122)는 C1~C20 알킬기를 가지는 설파이드기(-S)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 리간드(L1, 116)가 C1~C20 알킬렌기이고, 제 2 리간드(L2, 116)가 C1~C20 알킬 설파이드기인 경우, 본 발명에 따른 발광체(100)는 다음과 같은 방법을 통하여 제조될 수 있다.
본 발명의 발광체는 제 1 리간드를 포함하는 초기 리간드가 표면에 결합된 무기 발광 입자 전구체와, 말단에 티올기가 연결된 제 2 리간드가 연결된 실세스퀴옥산 전구체를 반응시켜 제조될 수 있다. 이때, 초기 리간드는 이중 결합을 가지는 C2~C30 지방족 탄화수소(예를 들어 치환되지 않거나 아민기로 치환된 C2~C30 알케닐기)일 수 있다. 제 2 리간드는 C1~C20의 알킬기를 통하여 실세스퀴옥산에 연결되는 티올기일 수 있다.
먼저, 무기 발광 입자(111)의 표면에 이중 결합을 가지는 올레일아민(oleylamine) 및/또는 올레익산(oleic acid)과 같은 초기 리간드가 결합된 무기 발광 입자 전구체를 준비한다. 필요한 경우, 무기 발광 입자 전구체의 표면에는 올레일아민 및/또는 올레익산 이외에도 다른 초기 리간드, 예를 들어 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 도데칸티올(dodecanthiol)을 가질 수도 있다.
이어서, 실세스퀴옥산의 일부에 C1~C20 알킬 티올기(-SH)가 연결된 실세스퀴옥산 전구체를 전술한 무기 발광 입자 전구체에 혼합한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 혼합된 무기 발광 입자 전구체와, 실세스퀴옥산 전구체의 혼합물에 열처리를 수행할 수 있다. 일례로, N2 분위기 또는 진공 상태에서 200℃ 이상, 예를 들어 200 내지 500℃의 고온에서 1 내지 20분 동안 열처리를 수행한다.
열 처리에 의하여, 실세스퀴옥산 전구체를 구성하는 C1~C20 알킬 티올기에서 유래한 C1~C20 알킬 설파이드 라디컬(-S radical)이 무기 발광 입자 전구체 표면에 결합된 초기 리간드(일례로, 올레일아민 및/또는 올레익산)에 형성된 이중 결합을 공격하는 티올렌(thiolene) 반응이 유도된다. 티올렌 반응에 의하여 무기 발광 입자 전구체의 표면에 결합된 초기 리간드(올레일아민 및/또는 올레익산)에 형성된 이중 결합이 끊어진다. 초기 리간드의 이중 결합이 끊어지면, 무기 발광 입자 표면에는 이중 결합 양쪽에 위치한 알킬렌 리간드 중에서 무기 발광 입자 전구체의 표면에 결합된 비극성 리간드인 C1~C20 알킬렌 리간드만이 잔류한다.
무기 발광 입자 표면에 잔류하는 C1~C20 알킬렌 리간드의 개방된 타단으로 C1~C20 알킬 티올기에 기인하는 극성 리간드인 C1~C20 알킬 설파이드 리간드가 결합한다. 이와 같은 초기 리간드로부터의 리간드 교환(ligand exchange) 반응이 유도되어, 비극성 리간드인 알킬렌 리간드-극성 리간드인 C1~C20 알킬 설파이드 리간드-실세스퀴옥산이 무기 발광 입자의 표면에 순차적으로 결합할 수 있다. 이에 따라, 무기 발광 입자의 표면에 비극성 리간드인 C1~C20 알킬렌 리간드가 형성되고, 초기 리간드의 이중 결합이 끊어진 알킬렌 리간드의 타단에 결합한 극성 리간드인 C1~C20 알킬 설파이드 리간드를 통하여 실세스퀴옥산이 결합되는 발광체가 합성될 수 있다.
전술한 열처리 공정의 경우, 티올렌 반응을 유도하기 위하여 200℃ 이상인 고온의 열처리가 수반된다. 이러한 고온 공정에 의하여 무기 발광 입자(111)의 성능이 열화되면서, 최종적으로 제조되는 발광체(100)의 양자 효율(quantum yield; QY)이 급격하게 저하될 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 무기 발광 입자 전구체와 실세스퀴옥산 전구체 이외에도 촉매를 사용하여 저온에서 티올렌 반응을 유도할 수 있다. 촉매를 사용하는 경우, N2 분위기 또는 진공 상태에서 70 내지 150℃, 바람직하게는 80 내지 130℃의 저온에서 1 내지 30분, 바람직하게는 5 내지 20분 동안 무기 발광 입자 전구체와 실세스퀴옥산 전구체를 반응시킴으로써, 티올렌 반응을 유도할 수 있다. 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 진행되기 때문에, 무기 발광 입자(110)가 열화되지 않고, 최종적으로 제조되는 발광체(100)의 양자 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 실세스퀴옥산을 구성하는 규소-산소 사이의 반응에 의하여 SiO2가 응집하는 것을 방지하고, 무기 발광 입자(110)와 실세스퀴옥산 전구체와 반응하면서, 균일하게 분산되는 발광체(100)를 제조할 수 있다.
무기 발광 입자 전구체와 실세스퀴옥산 전구체 사이의 티올렌 반응을 촉진할 수 있는 촉매는 특별히 제한되지는 않지만, 방향족 고리를 가지는 과산화물 및/또는 아조 결합을 가지는 니트릴계 화합물이다. 일례로, 방향족 고리를 과산화물은 큐밀 과산화물(cumyl hydroperoxide, 2-hydroperoxypropan-2-yl benzene), 벤조일 과산화물(benzoyl peroxide; BPO) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 아조 결합을 가지는 니트릴계 화합물은 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)(2,2'-Azobis(2-methylpropionitrile); azobisisobutyronitrile; AIBN)을 포함할 수 있다.
촉매의 함량 역시 특별히 제한되는 것은 아니지만, 무기 발광 입자 전구체와 실세스퀴옥산 전구체가 분산된 용액을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다.[발광 필름, 엘이디 패키지 및 액정표시장치]
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광체(100)는 비극성 용매 및 극성 용매에 대한 분산 특성 및 내열성 매트릭스 수지에 대한 분산 특성이 우수할 뿐만 아니라, 고-내열 특성을 가지면서 우수한 발광 특성을 가지고 있다. 본 발명에 따른 발광체는 발광이 요구되는 표시장치에 적용될 수 있는데, 본 실시형태에서는 발광체가 발광 필름, 엘이디 패키지 및 이들을 포함하는 표시장치에 적용되는 경우를 설명한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 발광 필름(200)은 제 1 모이어티(110)와 발광 모이어티(110)에 연결된 제 2 모이어티(120)로 이루어진 발광체(100)와, 발광체(100)가 분산된 매트릭스 수지(220)를 포함한다. 제 1 모이어티(110)는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 표면에 결합하는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)를 포함하고, 제 2 모이어티(120)는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)에 연결되는 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조)의 다른 일단에 결합하는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)을 포함한다. 본 발명에 따른 발광체(100)를 분산시키는 매트릭스 수지(220)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및/또는 폴리이미드계 수지와 같이 내열성이 우수한 고분자 소재로 이루어질 수 있다.
제 1 모이어티(110)를 구성하는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)는 코어(112, 도 2 참조)/쉘(114, 도 2 참조)의 이종구조로 이루어질 수 있다. 무기 발광 입자를 구성하는 코어 성분과 크기 등을 조절함으로써, 다양한 색상을 용이하게 구현할 수 있으며, 쉘을 사용하여 코어를 보호하여 트랩 에너지 준위를 줄일 수 있다.
제 1 모이어티(110)와 제 2 모이어티(120)를 각각 구성하는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)와 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조) 중에서 하나는 비극성 리간드이고, 다른 하나는 극성 리간드이기 때문에, 본 발명의 발광체(100)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 분산될 수 있다. 또한, 제 2 모이어티(120)를 구성하는 실세스퀴옥산(126, 도 2 참조)이 형성되어 있기 때문에, 발광체(100)의 내열 특성이 향상되고, 실리콘 수지와 같은 매트릭스 수지(220)에 대한 분산 특성이 우수하다. Bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(126)이 발광체(100)의 외측에 형성되어 있기 때문에, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조) 간 거리가 감소하게 되어, 인접한 무기 발광 입자 사이에서 야기될 수 있는 FRET 현상을 최소화할 수 있다.
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.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 액정표시장치(300)는, 액정패널(302)과, 액정패널(302) 하부에 위치하는 백라이트 유닛(380)과, 액정패널(302)과 백라이트 유닛(380) 사이에 위치하는 발광 필름(200)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 액정패널(302)은, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(310, 360)과, 제 1 및 제 2 기판(310, 360) 사이에 개재되며 액정분자(372)를 포함하는 액정층(370)을 포함한다.
제 1 기판(310) 상에는 게이트 전극(312)이 형성되고, 게이트 전극(312)을 덮으며 게이트 절연막(314)이 형성된다. 또한, 제 1 기판(310) 상에는 게이트 전극(312)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성된다.
게이트 절연막(314) 상에는 반도체층(316)이 게이트 전극(312)에 대응하여 형성된다. 반도체층(316)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 반도체층(316)은 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다.
반도체층(316) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(330)과 드레인 전극(332)이 형성된다. 또한, 소스 전극(330)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된다. 게이트 전극(312), 반도체층(316), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(332)은 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다.
박막트랜지스터(Tr) 상에는, 드레인 전극(332)을 노출하는 드레인 콘택홀(336)을 갖는 보호층(334)이 형성된다. 보호층(334) 상에는, 드레인 콘택홀(336)을 통해 드레인 전극(332)에 연결되는 제 1 전극인 화소 전극(340)과, 화소 전극(340)과 교대로 배열되는 제 2 전극인 공통 전극(342)이 형성된다.
한편, 제 2 기판(360) 상에는 박막트랜지스터(Tr), 게이트 배선, 데이터 배선 등 비표시영역을 가리는 블랙매트릭스(364)가 형성된다. 또한, 화소영역에 대응하여 컬러필터층(362)이 형성된다.
제 1 및 제 2 기판(310, 360)은 액정층(370)을 사이에 두고 합착되며, 화소 전극(340)과 공통 전극(342) 사이에서 발생되는 전계에 의해 액정층(370)의 액정분자(372)가 구동된다. 도시하지 않았으나, 액정층(370)과 접하여 제 1 및 제 2 기판(310, 360) 각각의 상부에는 배향막이 형성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(310, 360) 각각의 외측에는 서로 수직한 투과축을 갖는 편광판이 부착될 수 있다.
다시 도 4로 돌아가면, 백라이트 유닛(380)은 광원(미도시)을 포함하며 액정패널(302)로 빛을 공급한다. 백라이트 유닛(380)은 광원의 위치에 따라 직하형(direct type)과 측면형(side type)으로 분류될 수 있다.
백라이트 유닛(380)이 직하형인 경우, 백라이트 유닛은 상기 액정패널(302)의 하부를 감싸는 바텀 프레임(미도시)을 포함하고, 광원은 바텀 프레임의 수평면에 다수개가 배열될 수 있다. 한편, 백라이트 유닛(380)이 측면형인 경우, 백라이트 유닛(380)은 액정패널(302)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.
발광 필름(200)은, 액정패널(302)과 백라이트 유닛(380) 사이에 위치하며 백라이트 유닛(380)으로부터의 제공되는 빛의 색순도를 향상시킨다. 예를 들어, 발광 필름(200)은 무기 발광 입자를 포함하는 제 1 모이어티(110)와 실세스퀴옥산을 포함하는 제 2 모이어티(120)를 포함하는 발광체(100)와, 발광체(100)가 분산되어 있는 매트릭스 수지(220)를 포함할 수 있다. 발광체(100)를 구성하는 제 1 모이어티(110)는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 표면에 결합된 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)로 이루어지고, 제 2 모이어티(120)는 제 1 리간드(L1, 116)에 결합된 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조)의 타단에 결합하는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)로 이루어진다.
전술한 바와 같이, 제 1 모이어티(110)와 제 2 모이어티(120)를 각각 구성하는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)와 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조) 중에서 하나는 비극성 리간드이고, 다른 하나는 극성 리간드이기 때문에, 본 발명의 발광체(100)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 분산될 수 있다. 또한, 발광체(100)는 실세스퀴옥산(126, 도 2 참조)을 포함하고 있으므로 내열 특성이 우수하고, 실리콘 수지와 같은 내열성 매트릭스 수지(220)에 대한 분산 특성이 우수하다. 또한, Bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(126)이 발광체(100)의 외측에 형성되어 있어, 인접한 무기 발광 입자(111, 도 2 참조) 사이에서 야기될 수 있는 FRET 현상을 방지하여 우수한 발광 특성을 가질 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 발광체가 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.
도 6에 도시한 바와 같이, 엘이디 패키지(400)는 엘이디 칩(402)과, 엘이디 칩(402)을 덮는 봉지부(encapsulation part, 410)를 포함한다. 봉지부(410)는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 가지는 제 1 모이어티(110)와, 실세스퀴옥산(126, 도 2 참조)를 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 발광체(110)가 발광 소재로 포함된다. 봉지부(410)는 또한 발광체(100)를 분산시킬 수 있는 봉지용 수지로서의 매트릭스 수지(420)를 포함할 수 있다. 일례로, 발광체(100)는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및/또는 폴리이미드계 수지와 같은 방열 특성이 양호한 매트릭스 수지(420)에 의하여 분산될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 엘이디 패키지(400)는 백색 발광을 구현할 수 있는 백색 엘이디 패키지일 수 있다. 백색광을 구현하기 위한 하나의 방법은 자외선 발광이 가능한 엘이디 칩(402)을 광원으로 이용하고, 봉지부(410) 내에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 발광할 수 있는 본 발명에 따른 발광체(100)를 조합할 수 있다. 백색광을 구현하기 위한 다른 방법은 예를 들어, 청색을 발광하는 엘이디 칩(402)을 사용하고, 청색 빛을 흡수할 수 있는 황색, 녹색 및/또는 적색으로 발광할 수 있는 발광체(100)를 조합하는 방법이 이용될 수 있다.
예를 들어, 엘이디 칩(402)은 약 430 내지 470 nm 파장의 빛을 발광하는 청색 엘이디 칩일 수 있으며, 발광체(100)를 구성하는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)는 녹색 파장대 및/또는 적색 파장대의 빛을 발광하는 양자점 또는 양자 막대일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 청색 엘이디 칩(402)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.
이 경우, 청색을 발광하는 광원의 발광에 의해 조사되는 청색 광을 강하게 흡수하여 소정 범위의 발광 파장을 가지는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 사용할 수 있다. 이들 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)는 예를 들어 청색 발광다이오드 칩(402) 상에 도포되어 전체적으로 백색 발광다이오드를 구현할 수 있다.
또한, 엘이디 패키지(400)는, 케이스(430)와, 엘이디 칩(402)에 제 1 및 제 2 와이어(452, 454)를 통해 각각 연결되며 케이스(430) 외부로 노출되는 제 1 및 제 2 전극리드(442, 444)를 더욱 포함할 수 있다. 케이스(430)는, 바디(432)와 바디(432)의 상부면으로부터 돌출되어 반사면의 역할을 하는 측벽(434)을 포함하며, 엘이디 칩(402)은 바디(432) 상에 배치되어 측벽(434)에 의해 둘러싸인다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광체(100)의 제 1 모이어티(110)를 구성하는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 조성 및 성분을 달리하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 일례로, 코어(112, 도 2 참조)/쉘(114, 도 2 참조)의 이종구조를 가지는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 채택하여 무기 발광 입자의 양자 효율을 향상시키고, 광퇴화 현상을 억제할 수 있다. 발광체(100)는 제 2 모이어티(120)에 실세스퀴옥산(126, 도 2 참조)을 포함하고 있기 때문에, 실리콘 수지와 같은 내열성 매트릭스 수지(420)에 대한 분산 특성이 향상되며, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 근접 배치에 따른 FRET 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광체(100)를 포함하는 엘이디 패키지(400)의 휘도가 증가할 수 있으며, 엘이디 패키지(400)를 포함하는 액정표시장치의 휘도가 크게 향상된다.
[광 변환층이 형성된 발광장치]
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광체(100)는 다양한 비극성 용매 및 극성 용매에 대한 분산 특성이 우수하고, 우수한 발광 특성을 가질 수 있기 때문에, 발광장치 중의 광 변환층에 적용될 수 있는데, 이에 대해서 설명한다. 도 7은 발광장치의 일례로서, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 광 변환층에 포함된 하부발광 방식의 발광다이오드(LED) 표시장치로서, 백색발광다이오드(W-LED) 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드 표시장치(600)는 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)이 정의된 제 1 기판(610), 제 1 기판(610)과 마주하는 제 2 기판(660)과, 제 1 기판(610)과 제 2 기판(660) 사이에 위치하는 발광다이오드(640)와, 제 1 기판(610)과 발광다이오드(640) 사이에 위치하며, 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응되는 컬러필터층(620)과, 컬러필터층(620)과 발광다이오드(640) 사이에 위치하며, 적어도 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에 대응되는 광 변환층(630)을 포함한다.
제 1 기판(610)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 기판(610)은 폴리이미드와 같은 플라스틱 소재 또는 유리로 이루어질 수 있다. 제 2 기판(660)은 투명 또는 불투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 기판(660)은 유리, 폴리이미드와 같은 플라스틱, 금속 포일 등으로 이루어질 수 있다.
발광다이오드 표시장치(600)의 표시면, 즉 제 1 기판(610)의 외측면에 편광판(미도시)이 부착되어, 외부광이 발광다이오드(640)에 반사되는 것을 방지할 수 있다. 편광판(미도시)은 우원 편광판(right-handed circular polarization plate) 또는 좌원 편광판(left-handed circular polarization plate)일 수 있다.
또한, 제 2 기판(660)과 발광다이오드(640) 사이에는 접착층(650)이 위치하고, 발광다이오드(640)와 접착층(650) 상에는 외부 수분의 침투를 방지하기 위한 배리어층(미도시)이 형성될 수 있다. 이때, 배리어층은 발광다이오드(640) 상에 순차 적층되는 무기층, 유기층, 무기층의 삼중층 구조를 가질 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 1 기판(610) 상에는, 서로 교차하여 상기 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선 또는 상기 데이터 배선과 평행하게 연장되며 이격하는 파워 배선이 형성된다.
한편, 각각의 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)에는 구동 소자인 박막트랜지스터(thin film transistor, Tr)가 위치한다. 발광다이오드(640)는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)에 전기적으로 연결된다. 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 위치하는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부에서 서로 이격하며 상기 반도체층에 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
또한, 각 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)에는 박막트랜지스터(Tr), 게이트 배선, 상기 데이터 배선에 전기적으로 연결되는 스위칭 소자와, 스위칭 소자와 파워배선에 연결되는 스토리지 캐패시터가 상기 제 1 기판(610) 상에 형성될 수 있다. 게이트 배선에 인가된 게이트 신호에 따라 스위칭 소자가 턴-온(turn-on) 되면, 데이터 배선에 인가된 데이터 신호가 스위칭 소자를 통해 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극과 스토리지 커패시터의 일 전극에 인가된다.
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 파워배선으로부터 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 통하여 발광다이오드(640)로 흐르게 되고, 발광다이오드(640)는 박막트랜지스터(Tr)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다.
컬러필터층(620)은 제 1 기판(610) 상에 또는 제 1 기판(610) 상부에 위치하며, 적색, 녹색, 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 대응되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(622, 624, 626)을 포함한다. 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색 빛은 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(622, 624, 626)을 통과함으로써 각각 적색, 녹색 및 청색 광이 제 1 기판(610)을 통과하여 표시되고, 상기 백색 화소영역(Wp)에서는 제 1 기판(610)을 통해 백색 광이 표시된다.
적색 컬러필터 패턴(622)은 적색 안료(pigment) 또는 적색 염료(dye)를 포함하며 백색 광이 입사되면 청색 파장부터 녹색 파장 영역의 빛을 흡수하고 적색 파장의 빛을 투과시킨다. 또한, 녹색 컬러필터 패턴(624)은 녹색 안료 또는 녹색 염료를 포함하며 백색 광이 입사되면 적색 파장 영역의 빛과 청색 파장 영역의 빛을 흡수하고 녹색 파장의 빛을 투과시킨다. 청색 컬러필터 패턴(626)은 청색 안료 또는 청색 염료를 포함하며 백색 광이 입사되면 녹색 파장부터 적색 파장 영역의 빛을 흡수하고 청색 파장의 빛을 투과시킨다.
그런데, 제 1 기판(610)과 발광다이오드(620) 사이에 컬러필터층(620)만을 형성하는 경우, 발광다이오드(640)에서 발광된 백색 광 중에서 특정 파장의 영역에 해당하는 빛만이 적색, 녹색, 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)을 통과하게 된다. 즉, 적색 화소영역(Rp)에서는 적색 파장 대역의 빛만이 통과하고, 녹색 화소영역(Gp)에서는 녹색 파장 대역의 빛만이 통과하고, 청색 화소영역(Bp)에서는 청색 파장 대역의 빛만이 통과하기 때문에, 광 효율이 저하될 수 있다.
이에 컬러필터층(620) 상에 본 발명에 따른 발광체(100a, 100b)로 이루어질 수 있는 광 변환층(630)이 형성된다. 구체적으로, 광 변환층(630)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되는 적색 컬러필터 패턴(622) 상에 형성되는 적색 광 변환층(632)와, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되는 녹색 컬러필터 패턴(624) 상에 형성되는 녹색 광 변환층(634)을 포함한다. 즉, 발광다이오드(640)로부터 백색(W) 광이 발광되는 경우, 광 변환층(630)은 적색 화소영역(Rp)와 녹색 화소영역(Gp)에는 형성되지만, 청색 및 백색 화소영역(Bp, Wp)에는 형성되지 않는다.
적색 광 변환층(632)은 적색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110a)와, 제 1 모이어티(110a)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 적색 발광체(100a)를 포함한다. 일례로, 적색 광 변환층(632)은 적색 파장의 빛을 발광할 수 있는 적색 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 가지고 있어서, 발광다이오드(640)에서 발광한 빛을 적색 파장 범위, 예를 들어 피크(peak) 파장 범위가 600 nm 내지 640 nm 범위의 적색 파장 범위로 변환시킨다.
녹색 광 변환층(634)은 녹색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110b)와, 제 1 모이어티(110b)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 녹색 발광체(100b)를 포함한다. 일례로, 녹색 광 변환층(634)은 녹색 파장의 빛을 발광할 수 있는 녹색 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 가지고 있어서, 발광다이오드(640)에서 발광한 빛을 녹색 파장 범위, 예를 들어 피크(peak) 파장 범위가 500 nm 내지 570 nm 범위의 적색 파장 범위로 변환시킨다.
발광다이오드(640)에서 발광된 백색(W) 광은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 위치하는 적색 광 변환층(632)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 적색(R) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장 및 녹색(G) 파장의 광이 적색(R) 파장의 광으로 변환된다. 이에 따라, 적색 화소영역(Rp)에서 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색(W) 광의 대부분이 적색(R) 파장의 광으로 변환된 상태에서 적색 컬러필터 패턴(622)을 통과하게 되므로, 적색 컬러필터 패턴(622)에서 흡수되는 광량이 줄어들어 광 효율이 향상된다.
또한, 발광다이오드(640)에서 발광된 백색(W) 광은 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 위치하는 녹색 광 변환층(634)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 녹색(G) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장의 광이 녹색(G) 파장의 광으로 변환된다. 이에 따라, 녹색 화소영역(Gp)에서 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색(W) 광의 상당 부분이 녹색(G) 파장의 광으로 변환된 상태에서 녹색 컬러필터 패턴(624)을 통과하게 되므로, 녹색 컬러필터 패턴(624)에서 흡수되는 광량이 줄어들어 광 효율이 향상된다.
한편, 청색 화소영역(Bp)에서 광 변환층(630)이 형성되지 않는다. 일반적으로 광의 파장을 변환할 때 상대적으로 낮은 에너지의 광(장파장의 광)을 상대적으로 높은 에너지의 광(단파장의 광)으로 변환시키는 것은 어렵다. 청색 화소영역(Bp)에서 높은 에너지의 광이 방출되는 화소영역이기 때문에, 광 변환층(630)을 통해서 백색(W) 광을 청색(B) 광으로 변환시키는 것은 어렵기 때문에, 청색 화소영역(Bp)에는 광 변환층(630)이 형성되지 않는다. 청색 화소영역(Bp)에서 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색(W) 광은 청색 컬러필터 패턴(626)를 통과하면서 청색 파장 이외의 파장 대역의 광은 흡수하고 청색 광만을 투과한다.
또한, 백색 화소영역(Wp)에는 컬러필터층(620) 및 광 변환층(630)이 형성되지 않는다. 따라서, 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색(W)광이 그대로 방출된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적색 화소영역(Rp) 및 녹색 화소영역(Gp)에 특정 파장 대역의 광으로 변환하는 광 변환층(632, 634)을 형성한다. 발광다이오드(640)로부터 발광된 백색(W) 광이 광 변환층(632, 634)을 통과하면서 각각의 컬러필터 패턴(622, 624)을 투과할 수 있는 특정 파장 대역의 광으로 변환한다. 이에 따라, 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(622, 624)에서 흡수되는 광량이 최소화되어 광 효율이 향상될 수 있다.
특히, 적색 광 변환층(632) 및 녹색 광 변환층(634)에 각각 포함되는 적색 발광체(100a) 및 녹색 발광체(100b)는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)와 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조)를 포함하고, 제 1 및 제 2 리간드 중에서 하나는 비극성 리간드이고, 다른 하나는 극성 리간드이다. 따라서, 적색 및 녹색 발광체(100a, 100b)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 안정적으로 분산될 수 있다.
통상적으로, 컬러필터층(620)을 구성하는 염료 또는 안료와, 광 변환층(630)을 구성하는 발광체(100a, 100b)는 용매에 분산시킨 뒤에, 용액 공정을 통하여 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)을 적층한다. 용액 공정이 이루어지는 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)에서 동일한 용매를 사용하는 경우, 인접한 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)에 사용된 소재가 혼합되어 원하는 광 추출 효율을 얻지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 용액 공정을 통하여 단순히 비극성 리간드로만 이루어진 무기 발광 입자를 형성할 때, 이 무기 발광 입자는 비극성 용매에만 분산된다.
이때, 컬러필터층(620)을 구성하는 염료나 안료와 같은 색소 역시 비극성 용매에만 분산되는 경우, 동일한 비극성 용매를 사용하여 적층되는 광 변환층(630)에 사용된 단일 리간드의 무기 발광 입자와, 컬러필터층(620)의 색소가 용액 공정 중에 서로 혼합되는 문제가 발생한다. 이 경우, 컬러필터층(620)을 구성하는 색소가 광 변환층(630)에 형성되고, 광 변환층(630)을 구성하는 단일 리간드 무기 발광 입자가 컬러필터층(620)에 형성되어, 컬러필터층(620) 및 광 변환층(630)이 의도하였던 기능을 발휘하지 못하게 된다. 즉, 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)을 용액 공정을 통하여 형성할 때, 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)으로는 각각 직교 용매(orthogonal solvent)를 사용하여 컬러필터층(620)의 색소와 광 변환층(630)의 무기 발광 입자가 혼합되지 않도록 하여야 하는데, 광 변환층(630)에 적용된 무기 발광 입자가 비극성 용매에만 분산되는 경우, 광 변환층(630)에 사용될 수 있는 용매의 종류에 한계가 있다. 따라서 광 변환층(630)에 사용된 비극성 용매가 컬러필터층(620)의 색소마저 분산시키는 경우, 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)을 구성하는 소재가 혼합되면서, 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)이 명확히 구분되지 못하게 되는 문제가 발생하였다.
하지만, 본 발명에 따라 광 변환층(630)에 사용된 발광체(100a, 100b)는 다양한 극성 용매 및 비극성 용매에 대하여 안정적으로 분산될 수 있기 때문에, 컬러필터층(620)을 형성할 때 사용한 용매와 상이한 용매를 사용하여, 컬러필터층(620)에 사용된 색소는 분산시키지 않으면서, 본 발명에 따른 발광체(100a, 100b)만을 분산시켜 광 변환층(630)을 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)에 각각 포함된 소재가 상호 혼합되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 발광체(100a, 100b)의 외측으로 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)이 형성되어 있으므로, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)가 근접하게 배치되면서 야기될 수 있는 FRET 현상을 미연에 방지하여 우수한 발광 특성을 유지할 수 있다.
한편, 도 7에서는 발광다이오드(640)에서 백색(W) 광이 방출되는 것으로 예시하였으나, 발광다이오드(640)에서 방출되는 광이 백색(W) 광으로 한정되지 않는다. 일례로, 발광다이오드(640)로부터 청색(B) 광이 방출될 수 있는데, 이 경우 컬러필터층(620)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 적색 컬러필터 패턴(622)과, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 형성되는 녹색 컬러필터 패턴(624)만으로 이루어질 수도 있다. 또한, 광 변환층(630)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 적색 컬러필터 패턴(622) 상에 위치하는 적색 광 변환층(632)과, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 형성되는 녹색 컬러필터 패턴(624) 상에 위치하는 녹색 광 변환층(634)과, 백색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 백색 광 변환층(미도시)으로 이루어질 수 있다. 이때, 적색 광 변환층(632)은 적색 무기 발광 입자를 포함하는 제 1 모이어티(110a)와, 적색 발광 입자를 포함하는 제 1 모이어티(110)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 적색 발광체(100a)를 포함하고, 녹색 광 변환층(634)은 녹색 무기 발광 입자를 포함하는 제 1 모이어티(110b)와 녹색 무기 발광 입자를 포함하는 제 1 모이어티(110b)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 녹색 발광체를 포함하고, 백색 광 변환층(미도시)은 적색 발광체와 녹색 발광체를 포함할 수 있다.
이때, 적색 화소영역(Rp)에서, 발광다이오드(640)로부터 발광된 청색(B) 광은 적색 광 변환층(632)을 통과하면서 적색(R) 파장의 광으로 변환되고, 변환된 적색(R) 파장의 광이 적색 컬러필터 패턴(622)을 통과하여 원하는 적색(R) 광을 방출하는데, 적색 광 변환층(632)을 통과하면서 일부 변환되지 않은 청색(B) 광은 적색 컬러필터 패턴(622)에서 흡수될 수 있다.
녹색 화소영역(Gp)에서, 발광다이오드(640)로부터 발광된 청색(B) 광은 녹색 광 변환층(634)을 통과하면서 녹색(G) 파장의 광으로 변환되고, 변환된 녹색(G) 파장의 광이 녹색 컬러필터 패턴(624)을 통과하여 원하는 녹색(G) 광을 방출하는데, 녹색 광 변환층(634)을 통과하면서 일부 변환되지 않은 청색(B) 광은 녹색 컬러필터 패턴(624)에서 흡수될 수 있다.
청색 화소영역(Bp)에서, 발광다이오드(640)에서 발광된 청색(B)은 그대로 방출되므로, 청색 화소영역(Bp)에는 컬러필터층(620)과 광 변환층(630)이 형성되지 않는다.
백색 화소영역(Wp)에서, 발광다이오드(640)로부터 발광된 청색(B) 광은 적색 및 녹색 발광체를 가지는 백색 광 변환층(미도시)을 통과하면서 적색 및 녹색 파장 범위가 혼합된 파장 범위의 광으로 변환된다. 백색 화소영역(Wp)에서는 컬러필터층이 형성되어 있지 않기 때문에, 백색 광 변환층을 통과한 적색 및 녹색 파장 범위가 혼합되도록 변환된 광과, 백색 광 변환층(미도시)을 통과할 때 일부 변환되지 않은 청색(B) 광이 혼합되면서 백색(W) 광을 방출한다.
한편, 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서의 광 변환층(632, 634)의 상부와, 청색 화소영역(Bp)에서의 청색 컬러필터 패턴(626) 상부 및 백색 화소영역(Wp)에서의 박막트랜지스터(Tr) 상부에 평탄화층(636)이 형성된다. 평탄화층(636)은 제 1 기판(610)의 전면에 형성되어 제 1 기판(610)의 표면을 평탄화한다. 평탄화층(636)은 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연물질이나, 포토아크릴과 같은 유기 절연물질로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
발광다이오드(640)는 평탄화층(636) 상에 위치하며, 제 1 전극(642), 제 2 전극(646), 상기 제 1 및 제 2 전극(642, 646) 사이에 위치하는 발광층(644)을 포함한다. 예를 들어, 발광다이오드(640)는 유기발광다이오드 또는 양자점 발광다이오드와 같은 무기 발광다이오드일 수 있다.
제 1 전극(642)은 평탄화층(636) 상부에 위치하며 각 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp) 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(642)은 박막트랜지스터(Tr)에 연결된다. 일례로, 제 1 전극(642)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(642)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 산화물로 이루어질 수 있다.
발광층(644)은 제 1 전극(642) 상에 위치하며, 백색(W) 광 또는 청색(B) 광 등 다른 컬러의 빛을 발광한다. 도 7에서 발광다이오드(640)는 제 1 전극(642)와 제 2 전극(646) 사이의 단층 구조의 발광층(644)만으로 도시하였다. 하지만, 발광다이오드(640)는 제 1 전극(642)과 제 2 전극(646) 사이에 다수의 발광 유닛으로 이루어질 수 있다.
일례로, 발광층(646)은 제 1 전극(642)에서부터 순차적으로 적층되는 제 1 발광 유닛, 전하생성층(Charge Generation Layer, CGL), 제 2 발광 유닛을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 발광 유닛은 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 제 1 정공수송층(Hole Transport Layer 1, HIL1), 제 1 발광물질층(Emitting Material Layer 1, EML1), 제 1 전자수송층(Electron Transport Layer 1, ETL1)을 포함하고, 제 2 발광 유닛은 제 2 정공수송층(HTL2), 제 2 발광물질층(EML2), 제 2 전자수송층(ETL2), 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 발광물질층 중 어느 하나는 청색을 발광하고, 다른 하나는 녹색, 황록색(yellow-green) 또는 오렌지색을 발광하여, 발광다이오드(640)는 백색 광을 방출할 수 있다.
예를 들어, 발광층(644)은 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)을 포함하는 표시영역 전체에 대하여 일체로 형성되는 것이 보여지고 있다. 이와 달리, 발광층(644)은 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp) 별로 분리되어 형성될 수 있다.
제 2 전극(646)은 발광층(644) 상에 위치하며 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)을 포함하는 표시영역 전체에 대하여 일체로 형성된다. 제 2 전극(646)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(646)은 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 칼슘/알루미늄(Ca/Al), 불화리튬/칼슘(LiF/Ca), 불화리튬/알루미늄(LiF/Al), 불화바륨/알루미늄(BaF2/Al), 불화세슘/알루미늄(CsF/Al), 탄산칼슘/알루미늄(CaCO3/Al), 불화바륨/칼슘/알루미늄(BaF2/Ca/Al), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄/마그네슘(Al/Mg), 금:마그네슘(Au:Mg) 또는 은:마그네슘(Ag:Mg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
발광층(644) 하부에는 제 1 전극(642)의 가장자리를 덮는 뱅크층(648)이 형성된다. 뱅크층(648)은 생략 가능하다.
발광다이오드(640)에 전압이 인가되면, 발광다이오드(640)으로부터 백색 빛이 발광되고 발광된 빛은 광 변환층(630)과 컬러필터층(620)을 통하여 제 1 기판(610)으로 영상이 표시된다. 즉, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드 표시장치(600)는 하부 발광(bottom-emission) 방식이다.
컬러필터층(620)과 발광다이오드(640) 사이에 발광다이오드(640)로부터 발광된 광을 특정 파장 대역의 광으로 변환하는 광 변환층(630)을 형성하여, 컬러필터층(630)에서 흡수되는 광량을 최소화하여 광 효율이 향상된다. 특히, 광 변환층(630)을 구성하는 발광체(100a, 100b)는 다양한 비극성 용매 및 극성 용매에 안정적으로 분산될 수 있기 때문에, 컬러필터층(620) 사용된 염료 또는 안료와, 광 변환층(630)에 포함된 발광체(100a, 100b)가 용액 공정을 수행하는 과정에서 상호 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 발광체(100a, 100b)의 외측으로 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)이 위치하고 있어서, FRET 현상을 방지하여 양호한 발광 특성, 예를 들어 양호한 발광 휘도를 유지할 수 있다.
도 7에서는 하부 발광 방식의 발광다이오드 표시장치를 예시하였으나, 본 발명의 다른 실시형태에서 상부 발광 방식의 발광다이오드 표시장치에 본 발명에 따른 발광체가 광 변환층에 적용될 수 있다. 도 8은 발광장치의 일례로서, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 발광체가 광 변환층에 포함된 상부발광 방식의 발광다이오드(LED) 표시장치로서, 백색발광다이오드(W-LED) 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드 표시장치(700)는 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)이 정의된 제 1 기판(710), 제 1 기판(710)과 마주하는 제 2 기판(760)과, 제 1 기판(710)과 제 2 기판(760) 사이에 위치하는 발광다이오드(740)와, 발광다이오드(740)와 제 2 기판(760) 사이에 위치하며, 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응되는 컬러필터층(720)과, 컬러필터층(720)과 발광다이오드(740) 사이에 위치하며, 적어도 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에 대응되는 광 변환층(730)을 포함한다.
제 1 기판(710)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 기판(710)은 폴리이미드와 같은 플라스틱 소재 또는 유리로 이루어질 수 있다. 제 2 기판(760)은 투명 또는 불투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 기판(760)은 유리, 폴리이미드와 같은 플라스틱, 금속 포일 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제 2 기판(760)과 발광다이오드(740) 사이, 예를 들어, 컬러필터층(720) 또는 광 변환층(730)과, 발광다이오드(740) 사이에는 접착층(750)이 위치하고, 발광다이오드(740)와 접착층(750) 상에는 외부 수분의 침투를 방지하기 위한 배리어층(미도시)이 형성될 수 있다.
한편, 각각의 화소영역(Rp, Gp, Bp, Wp)에는 구동 소자인 박막트랜지스터(thin film transistor, Tr)가 위치한다. 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 위치하는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부에서 서로 이격하며 상기 반도체층에 연결되는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
박막트랜지스터(Tr) 상에는 평탄화층(도면부호 미부여)가 형성된다. 평탄화층은 산화실리콘, 질화실리콘과 같은 무기 절연물질이나, 포토아크릴과 같은 유기 절연물질로 이루어질 수 있다.
발광다이오드(740)는 평탄화층(도면부호 미부여) 상에 위치하며, 제 1 전극(742), 제 2 전극(746), 상기 제 1 및 제 2 전극(742, 746) 사이에 위치하는 발광층(744)을 포함한다. 예를 들어, 발광다이오드(740)는 유기발광다이오드 또는 양자점 발광다이오드와 같은 무기 발광다이오드일 수 있다. 발광층(744) 하부에는 제 1 전극(742)의 가장자리를 덮는 뱅크층(748)이 형성된다. 뱅크층(748)은 생략 가능하다.
발광다이오드(740)에 전압이 인가되면, 발광다이오드(740)으로부터 백색 빛이 발광되고 발광된 빛은 광 변환층(730)과 컬러필터층(720)을 통하여 제 2 기판(760)으로 영상이 표시된다. 즉, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드 표시장치(700)는 상부 발광(top-emission) 방식이다.
컬러필터층(720)은 제 2 기판(760) 상에 또는 제 2 기판(760) 상부에 위치하며, 적색, 녹색, 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 대응되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(722, 724, 726)을 포함한다. 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색 빛은 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(722, 624, 626)을 통과함으로써 각각 적색, 녹색 및 청색 광이 제 2 기판(760)을 통과하여 표시되고, 상기 백색 화소영역(Wp)에서는 제 2 기판(760)을 통해 백색 광이 표시된다.
적색 컬러필터 패턴(722)은 적색 안료(pigment) 또는 적색 염료(dye)를 포함하며 백색 광이 입사되면 청색 파장부터 녹색 파장 영역의 빛을 흡수하고 적색 파장의 빛을 투과시킨다. 또한, 녹색 컬러필터 패턴(724)은 녹색 안료 또는 녹색 염료를 포함하며 백색 광이 입사되면 적색 파장 영역의 빛과 청색 파장 영역의 빛을 흡수하고 녹색 파장의 빛을 투과시킨다. 청색 컬러필터 패턴(726)은 청색 안료 또는 청색 염료를 포함하며 백색 광이 입사되면 녹색 파장부터 적색 파장 영역의 빛을 흡수하고 청색 파장의 빛을 투과시킨다.
각각의 컬러필터 패턴(722, 722, 724)에서 특정 파장 대역의 광만이 통과하여 광 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 컬러필터층(720) 상에 발광체(100a, 100b)로 이루어질 수 있는 광 변환층(730)이 형성된다. 광 변환층(730)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되는 적색 컬러필터 패턴(722) 상에 형성되는 적색 광 변환층(732)와, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되는 녹색 컬러필터 패턴(724) 상에 형성되는 녹색 광 변환층(734)을 포함한다. 즉, 발광다이오드(740)로부터 백색(W) 광이 방출되는 경우, 광 변환층(730)은 적색 화소영역(Rp)와 녹색 화소영역(Gp)에는 형성되지만, 청색 및 백색 화소영역(Bp, Wp)에는 형성되지 않는다.
적색 광 변환층(732)은 적색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110a)와, 제 1 모이어티(110a)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 적색 발광체(100a)를 포함한다. 적색 광 변환층(732)은 적색 파장의 빛을 발광할 수 있는 적색 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 가지고 있어서, 발광다이오드(740)에서 발광한 빛을 적색 파장 범위로 변환시킨다.
녹색 광 변환층(734)은 녹색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110b)와, 제 1 모이어티(110b)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 녹색 발광체(100b)를 포함한다. 녹색 광 변환층(734)은 녹색 파장의 빛을 발광할 수 있는 녹색 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 가지고 있어서, 발광다이오드(740)에서 발광한 빛을 녹색 파장 범위로 변환시킨다.
발광다이오드(740)에서 발광된 백색(W) 광은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 위치하는 적색 광 변환층(732)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 적색(R) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장 및 녹색(G) 파장의 광이 적색(R) 파장의 광으로 변환된다. 이에 따라, 적색 화소영역(Rp)에서 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색(W) 광의 대부분이 적색(R) 파장의 광으로 변환된 상태에서 적색 컬러필터 패턴(722)을 통과하게 되므로, 적색 컬러필터 패턴(722)에서 흡수되는 광량이 줄어들어 광 효율이 향상된다.
또한, 발광다이오드(740)에서 발광된 백색(W) 광은 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 위치하는 녹색 광 변환층(734)을 통과하면서, 백색(W) 광을 구성하는 빛 중에서 녹색(G) 광보다 단파장 대역의 빛인 청색(B) 파장의 광이 녹색(G) 파장의 광으로 변환된다. 이에 따라, 녹색 화소영역(Gp)에서 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색(W) 광의 상당 부분이 녹색(G) 파장의 광으로 변환된 상태에서 녹색 컬러필터 패턴(724)을 통과하게 되므로, 녹색 컬러필터 패턴(724)에서 흡수되는 광량이 줄어들어 광 효율이 향상된다.
한편, 청색 화소영역(Bp)에서 광 변환층(730)이 형성되지 않는다. 청색 화소영역(Bp)에서 높은 에너지의 광이 방출되는 화소영역이기 때문에, 광 변환층(630)을 통해서 백색(W) 광을 청색(B) 광으로 변환시키는 것은 어렵기 때문에, 청색 화소영역(Bp)에는 광 변환층(730)이 형성되지 않는다. 청색 화소영역(Bp)에서 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색(W) 광은 청색 컬러필터 패턴(726)를 통과하면서 청색 파장 이외의 파장 대역의 광은 흡수하고 청색 광만을 투과한다.
또한, 백색 화소영역(Wp)에는 컬러필터층(720) 및 광 변환층(730)이 형성되지 않는다. 따라서, 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색(W)광이 그대로 방출된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적색 화소영역(Rp) 및 녹색 화소영역(Gp)에 특정 파장 대역의 광으로 변환하는 광 변환층(732, 734)을 형성한다. 발광다이오드(740)로부터 발광된 백색(W) 광이 광 변환층(732, 734)을 통과하면서 각각의 컬러필터 패턴(722, 724)을 투과할 수 있는 특정 파장 대역의 광으로 변환한다. 이에 따라, 적색 및 녹색 컬러필터 패턴(722, 724)에서 흡수되는 광량이 최소화되어 광 효율이 향상될 수 있다.
특히, 적색 광 변환층(732) 및 녹색 광 변환층(734)에 각각 포함되는 적색 발광체(100a) 및 녹색 발광체(100b)는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)와 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조)를 포함하고, 제 1 및 제 2 리간드 중에서 하나는 비극성 리간드이고, 다른 하나는 극성 리간드이다. 따라서, 적색 및 녹색 발광체(100a, 100b)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 안정적으로 분산될 수 있다. 본 발명에 따라 광 변환층(730)에 사용된 발광체(100a, 100b)는 다양한 극성 용매 및 비극성 용매에 대하여 안정적으로 분산될 수 있기 때문에, 컬러필터층(720)을 형성할 때 사용한 용매와 상이한 용매를 사용하여 본 발명에 따른 발광체(100a, 100b)를 분산시킬 수 있고, 이에 따라 컬러필터층(720)과 광 변환층(730)에 포함된 소재가 상호 혼합되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 발광체(100a, 100b)의 외측으로 bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)이 형성되어 있으므로, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)가 근접하게 배치되면서 야기될 수 있는 FRET 현상을 미연에 방지하여 우수한 발광 특성을 유지할 수 있다.
도 7에서 설명한 것과 유사하게, 발광다이오드(740)로부터 청색(B) 광이 방출될 수 있는데, 이 경우 컬러필터층(720)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 적색 컬러필터 패턴(722)과, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 형성되는 녹색 컬러필터 패턴(724)만으로 이루어질 수도 있다. 또한, 광 변환층(730)은 적색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 적색 컬러필터 패턴(722) 상에 위치하는 적색 광 변환층(732)과, 녹색 화소영역(Gp)에 대응되게 형성되는 녹색 컬러필터 패턴(724) 상에 위치하는 녹색 광 변환층(734)과, 백색 화소영역(Rp)에 대응되게 형성되는 백색 광 변환층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
이때, 적색 광 변환층(732)은 적색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110a)와, 제 1 모이어티(110a)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 적색 발광체(100a)를 포함하고, 녹색 광 변환층(734)은 녹색 무기 발광 입자의 제 1 모이어티(110b)와 제 1 모이어티(110b)에 연결되며 말단에 실세스퀴옥산을 가지는 제 2 모이어티(120)로 이루어지는 적색 발광체를 포함하고, 백색 광 변환층(미도시)은 적색 발광체와 녹색 발광체를 포함할 수 있다.
이 경우에도, 단순히 컬러필터층(730)만을 형성하는 경우와 비교해서, 각각의 화소영역(Rp)에서 방출되는 특정 파장 대역의 광 효율이 향상되면서, 발광 특성이 향상될 수 있다.
[무기 발광다이오드 및 발광장치]
본 발명에 따라 제조되는 발광체는 다양한 용매에 분산될 수 있으며, 발광 특성이 우수하고, 다양한 파장대의 발광이 가능한 이점을 가지기 때문에, 예를 들어 양자점 발광다이오드(quantum-dot light emitting diode; QD-LED 또는 QLED)와 같은 무기 발광다이오드의 발광물질층의 소재로 사용될 수 있다. 도 9는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광체가 발광물질층에 적용된 정상(normal) 구조를 가지는 무기 발광다이오드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 무기 발광다이오드(800)는 제 1 전극(810)과, 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극(820)과, 제 1 전극(810)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하며, 발광물질층(Emitting material layer; EML, 850)을 포함하는 발광층(830)을 포함한다. 일례로, 발광층(830)은 제 1 전극(810)과 발광물질층(850) 사이에 위치하는 제 1 전하이동층(840)과, 발광물질층(850)과 제 2 전극(820) 사이에 위치하는 제 2 전하이동층(860)을 더욱 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 제 1 전극(810)은 정공 주입 전극과 같은 양극(anode)일 수 있다. 제 1 전극(810)은 유리 또는 고분자일 수 있는 기판(도 8에 미도시) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 제 1 전극(810)은 ITO, IZO, ITZO, ICO, SnO2, In2O3, Cd:ZnO, F:SnO2, In:SnO2, Ga:SnO2 및 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 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함하는 금속 소재 또는 비금속 소재로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 제 2 전극(820)은 전자 주입 전극과 같은 음극(cathode)일 수 있다. 일례로 제 2 전극(820)은 Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, CsF/Al, CaCO3/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Au:Mg 또는 Ag:Mg로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(610)과 제 2 전극(820)은 30 내지 300 nm의 두께로 적층될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 하부 발광 방식의 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.
발광층(830)을 구성할 수 있는 제 1 전하이동층(840)은 제 1 전극(810)과 발광물질층(850) 사이에 위치한다. 예시적으로, 제 1 전하이동층(840)은 발광물질층(850)으로 정공을 공급하는 정공이동층일 수 있다. 일례로, 제 1 전하이동층(840)은 제 1 전극(810)과 발광물질층(850) 사이에서 제 1 전극(810)에 인접하게 위치하는 정공주입층(HIL, 842)과, 제 1 전극(810)과 발광물질층(850) 사이에서 발광물질층(850)에 인접하게 위치하는 정공수송층(HTL, 844)을 포함한다.
정공주입층(842)은 제 1 전극(810)에서 발광물질층(850)으로 정공의 주입을 용이하게 한다. 일례로, 정공주입층(842)은 폴리(에틸렌디옥시티오펜):폴리스티렌술포네이트(poly(ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate; 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)과 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 제한되는 것은 아니다. 일례로 F4-TCNQ와 같은 도펀트는 호스트에 대하여 1 내지 30 중량%의 비율로 도핑될 수 있다. 정공주입층(842)은 발광다이오드(800)의 구조 및 형태에 따라 생략될 수 있다.
정공수송층(844)은 제 1 전극(810)에서 발광물질층(850)으로 정공을 전달한다. 정공수송층(844)은 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있다. 일례로, 정공수송층(844)이 유기물로 이루어지는 경우, 정공수송층(844)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'-바이페닐)-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(페닐렌비닐렌)(poly(phenylenevinylene)), 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 방향족 3차아민(aromatictertiary amine) 또는다핵방향족 3차아민(polynuclear aromatic tertiary amine), 4,4'-비스(p-카바졸릴)-1,1'-바이페닐화합물(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(Poly(N-vinylcarbazole); PVK) 및 그 유도체, 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(poly(p)phenylenevinylene) 및 그 유도체, 폴리메타크릴레이트및 그 유도체, 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'-디옥틸플루오레닐-2,7-디일)-코-(4,4'-(N-(4-섹-부틸페닐)디페닐아민(poly(9,9'-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl)diphenylamine; TFB), 폴리(4-부틸페닐-디페닐아민)(Poly(4-butylphenyl-dipnehyl amine); poly-TPD), 스파이로-NPB(spiro-NPB)및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 유기물로 이루어질 수 있다.
정공수송층(844)이 무기물로 이루어지는 경우, 정공수송층(844)은 NiO, MoO3, Cr2O3, Bi2O3 또는 p-형 ZnO와 같은 금속 산화물이나 티오시안구리(CuSCN), Mo2S, p-형 GaN과 같은 비-산화 등가물 또는 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 무기물로 이루어질 수 있다.
도면에서는 제 1 전하이동층(840)을 정공주입층(842)과 정공수송층(844)으로 구분하였으나, 제 1 전하이동층(840)은 단일층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 정공주입층(842)이 생략되고 제 1 전하이동층(840)은 정공수송층(844)만으로 이루어질 수도 있다.
정공주입층(842) 및 정공수송층(844)을 포함하는 제 1 전하이동층(840)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, 정공주입층(842)과 정공수송층(844)의 두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm일 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 발광물질층(850)은 본 발명에 따른 발광체(100)로 이루어질 수 있다. 발광체는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 표면에 결합하는 제 1 리간드(116, 도 2 참조)를 포함하는 제 1 모이어티(110)와, 제 1 리간드에 결합하는 제 2 리간드(122, 도 2 참조)의 다른 말단에 결합하는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)를 포함하는 제 2 모이어티(120)로 이루어질 수 있다. 제 1 모이어티(120)를 구성하는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)는 코어(112, 도 2 참조)/쉘(114, 도 2 참조)의 이종구조를 가질 수 있다. 제 1 모이어티(110)에 포함되는 무기 발광 입자가 발광물질층(850)의 발광 재료로 사용되기 때문에, 개별 화소영역의 색순도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 높은 순도의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광으로 구성된 백색광을 구현할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(850)은 용매에 발광체(100)가 포함된 분산 용액을 코팅하는 용액 공정을 통하여 제 1 전하이동층(840) 상에 코팅하고, 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다. 발광물질층(850)을 형성하는 방법으로서 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 적층될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(850)은 440 nm, 530 nm, 620 nm의 PL 발광 특성을 가지는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 사용하여 백색 발광다이오드를 제작할 수 있다. 선택적으로, 발광물질층(750)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 가지는 무기 발광 입자인 양자점 또는 양자 막대를 포함하며, 그 중 어느 하나의 색으로 개별적으로 발광하도록 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 발광체(100)는 제 1 리간드(116, 도 2 참조)를 포함하는 제 1 모이어티(110)와, 제 2 리간드(122, 도 2 참조)를 포함하는 제 2 모이어티(120)를 가지며, 2개의 리간드 중에서 하나는 비극성 리간드이고, 다른 하나는 극성 리간드이다. 따라서 발광체(100)는 다양한 극성 용매 및 비극성 용매에 균일하게 분산될 수 있다.
한편, 제 2 전하이동층(860)은 발광물질층(850)과 제 2 전극(820) 사이에 위치한다. 본 실시형태에서, 제 2 전하이동층(860)은 발광물질층(850)으로 전자를 공급하는 전자이동층일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 제 2 전하이동층(860)은 제 2 전극(820)과 발광물질층(850) 사이에서 제 2 전극(820)에 인접하게 위치하는 전자주입층(electron injection layer; EIL, 862)과, 제 2 전극(820)과 발광물질층(850) 사이에서 발광물질층(850)에 인접하게 위치하는 전자수송층(electron transport layer; ETL, 864)을 포함한다.
전자주입층(862)은 제 2 전극(820)에서 발광물질층(850)으로의 전자 주입을 용이하게 한다. 예를 들어 전자주입층(862)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.
전자수송층(864)은 발광물질층(850)으로 전자를 전달한다. 전자수송층(864)은 무기물 및/또는 유기물로 이루어질 수 있다. 전자수송층(864)이 무기물로 이루어지는 경우, 전자수송층(864)은 Al, Mg, In, Li, Ga, Cd, Cs, Cu 등으로 도핑되거나 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화아연마그네슘(ZnMgO), 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.
전자수송층(864)이 유기물로 이루어지는 경우, 전자수송층(864)은 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아디자올계 화합물, 페난트롤린(phenanthroline)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 벤족사졸계 화합물, 벤조티아졸계 화합물, 벤즈이미다졸계 화합물, 파이렌(pyrene)계 화합물, 트리아진계 화합물이나 알루미늄 착물과 같은 유기물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 전자수송층(964)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), 2-[4-(9,10-디-2-나프탈레닐-2-안트라세닐)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(2-[4-(9,10-Di-2-naphthalenyl-2-anthracenyl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazole), 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum; Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)-4-페닐페놀레이트 알루미늄(Ⅲ) (bis(2-methyl-8-quninolinato)-4-phenylphenolatealuminum (Ⅲ); Balq), 비스(2-메틸-퀴놀리나토)(트리페닐실록시), 8-하이드록시-퀴놀리나토 리튬(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 알루미늄(Ⅲ)(bis(2-methyl-quinolinato)(tripnehylsiloxy) aluminum (Ⅲ); Salq) 및 이들의 조합으로 구성되는 소재에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 전하이동층(840)과 유사하게, 도 9에서 제 2 전하이동층(860)을 전자주입층(862)과 전자수송층(864)의 2층으로 도시하였으나, 제 2 전하이동층(860)은 전자수송층(864)의 1층으로만 이루어질 수도 있다. 또한, 전술한 무기물로 이루어지는 전자 수송 재료에 세슘카보네이트를 블렌딩한 전자수송층(864)의 1층으로 제 2 전하이동층(860)을 형성할 수도 있다.
전자주입층(862) 및/또는 전자수송층(864)을 포함하는 제 2 전하이동층(860)은 진공 기상 증착법, 스퍼터링법을 포함하는 진공 증착 공정이나, 스핀 코팅, 드롭 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 플로 코팅은 물론이고, 캐스팅 공정, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 프린팅 방식과 같은 용액 공정을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 일례로, 전자주입층(862) 및 전자수송층(864)은 10 내지 200 nm, 바람직하게는 10 내지 100 nm의 두께로 적층될 수 있다.
예를 들어, 제 1 전하이동층(840)을 구성하는 정공수송층(844)이 유기물로 이루어지고, 제 2 전하이동층(860)이 무기물로 이루어지는 혼성 전하이동층(charge transport layer; CTL)을 도입하는 경우, 발광다이오드(800)의 발광 특성이 향상될 수 있다.
한편, 정공이 발광물질층(850)을 지나 제 2 전극(820)으로 이동하거나, 전자가 발광물질층(850)을 지나 제 1 전극(810)으로 가는 경우, 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 발광다이오드(800)는 발광물질층(850)에 인접하여 적어도 1개의 엑시톤 차단층이 위치할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 발광다이오드(800)는 정공수송층(844)과 발광물질층(850) 사이에 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 전자차단층(electron blocking layer, EBL)이 위치할 수 있다.
일례로, 전자차단층은 TCTA, 트리스[4-(디에틸아미노)페닐]아민(tris[4-(diethylamino)phenyl]amine),N-(바이페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, 트리-p-톨릴아민(tri-p-tolylamine), 1,1-비스(4-(N,N-디(p-톨릴)아미노)페닐)사이클로헥산(1,1-bis(4-(N,N'-di(ptolyl)amino)phenyl)cyclohexane; TAPC), m-MTDATA, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(1,3-bis(N-carbazolyl)benzene; mCP),3,3'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐(3,3'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl; mCBP), Poly-TPD,프탈로시아닌구리(copper phthalocyanine; CuPc), DNTPD 및/또는1,3,5-트리스[4-(디페닐아미노)페닐]벤젠(1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene; TDAPB) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 발광물질층(850)과 전자수송층(864) 사이에 제 2 엑시톤 차단층으로서 정공차단층(hole blocking layer, HBL)이 위치하여 발광물질층(850)과 전자수송층(864) 사이에 정공의 이동을 방지할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공차단층의 소재로서 전자수송층(864)에 사용될 수 있는 옥사디아졸계, 트리아졸계, 페난트롤린계, 벤족사졸계, 벤조티아졸계, 벤즈이미다졸계, 트리아진계, 파이렌계 등의 유도체가 사용될 수 있다.
예를 들어 정공차단층은 발광물질층(850)에 사용된 소재와 비교해서 HOMO(highest occupied molecular orbital; 최고점유분자궤도) 에너지 준위가 낮은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP), BAlq, Alq3, PBD, 스파이로-PBD 및/또는 Liq 등으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 발광체(100)의 제 1 모이어티(110)를 구성하는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 조성 및 성분에 따라 다양한 컬러의 광을 방출할 수 있으며, 이종 구조의 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 사용하여 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 발광체(100)는 제 2 모이어티(120)에 bulky한 실세스퀴옥산(126, 도 2 참조)를 포함하고 있어, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 근접 배치에 따른 FRET 현상을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제 1 전하이동층(840), 발광물질층(850) 및 제 2 전하이동층(860)을 용액 공정을 이용하여 적층될 수 있다. 이때, 용액 공정이 적용되는 제 1 전하이동층(840), 발광물질층(850) 및 제 2 전하이동층(860)은 상이한 용매를 사용하여야 한다. 제 1 전하이동층(840), 발광물질층(850) 및 제 2 전하이동층(860)을 각각 형성할 때, 각각의 층을 구성하는 발광 소재나 전하 이동 소재를 동시에 분산, 용해시키는 용매를 사용하게 되면, 용액 공정에서 발광 소재나 전하 이동 소재가 상호 혼합되면서, 층간 경계가 불분명해지고, 원래 의도하였던 발광 특성이나 전하 이동 특성이 저하된다.
비극성의 단일 리간드로 이루어진 무기 발광 입자는 비극성 용매에만 분산될 수 있다. 이러한 비극성 단일 리간드로 이루어진 무기 발광 입자를 용액 공정을 통하여 형성할 때, 인접한 전하이동층(840, 860)에 사용된 전하 이동 소재를 분산시키지 않으면서 무기 발광 입자만을 분산시킬 수 있는 비극성 용매를 사용하여야 한다. 하지만, 이러한 비극성 용매의 종류는 제한되어 있기 때문에, 비극성 용매를 사용하는 용액 공정을 통하여 발광물질층(850)을 형성할 때, 인접한 전하이동층(840, 860)에 사용된 전하 이동 소재가 발광물질층(850)에 사용된 비극성 용매에 분산될 수 있다. 이에 따라 발광물질층(850)과 인접한 전하이동층(840, 860) 간의 층간 경계가 모호해지고, 발광 소재와 전하 이동 소재가 상호 혼합되면서 발광 특성과 전하 이동 특성이 모두 저하될 수 있다.
하지만, 본 발명에 따른 발광체(100)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 분산될 수 있다. 따라서, 용액 공정을 통하여 본 발명에 따른 발광체(100)를 포함하는 발광물질층(850)을 형성할 때, 발광물질층(850)에 인접한 전하이동층(840, 860)을 구성하는 전하 이동 소재는 분산시키지 않는 적절한 직교 용매를 선택할 수 있다. 선택된 직교 용매는 발광물질층(850)을 구성하는 발광체(100)만을 분산시키고, 발광물질층(850)에 인접한 전하이동층(840, 860)을 구성하는 전하 이동 소재는 분산시키지 않기 때문에, 발광물질층(850)을 형성할 때, 인접한 전하이동층(840, 860)을 구성하는 전하 이동 소재와 발광체(100)가 상호 혼합될 수 없다. 따라서, 발광물질층(850)과 인접한 전하이동층(850, 860) 사이의 층간 경계가 뚜렷하게 구분될 수 있으며, 발광 특성과 전하 이동 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 9에서는 일함수 값이 상대적으로 낮은 제 1 전극과 발광물질층 사이에 정공이동층이 위치하고, 일함수가 상대적으로 높은 제 2 전극과 발광물질층 사이에 전자이동층이 위치하는 정상 구조(normal structure)를 가지는 발광다이오드에 대해서 설명하였다. 발광다이오드는 정상 구조가 아닌 반전 구조(inverted structure)를 가질 수 있다.
이러한 반전 구조의 무기 발광다이오드에서, 제 1 전극은 전자 주입 전극과 같은 음극이며, 제 2 전극은 정공 주입 전극과 같은 양극일 수 있다. 또한, 제 1 전하이동층은 전자이동층이며, 제 2 전하이동층은 정공이동층일 수 있다. 이 경우, 정공차단층은 발광물질층과 제 1 전하이동층 사이에 위치하고, 전자차단층은 발광물질층과 제 2 전하이동층 사이에 위치할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 발광체가 발광물질층에 적용된 무기 발광다이오드는 조명 장치나 표시장치와 같은 발광장치에 적용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 발광체가 발광물질층에 적용된 발광다이오드를 가지는 발광장치에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 무기 발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 무기 발광 표시장치(900)는, 기판(910)과, 기판(910) 상에 위치하는 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)와, 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 무기 발광다이오드(940)를 포함한다.
기판(910) 상에는 산화물 반도체 물질 또는 다결정 실리콘으로 이루어지는 반도체층(912)이 형성된다. 반도체층(912)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우, 반도체층(912) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(912)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(912)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(912)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(912)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(912) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(914)이 형성된다. 게이트 절연막(914)은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(914) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(920)이 반도체층(912)의 중앙에 대응하여 형성된다.
게이트 전극(920) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(922)이 형성된다. 층간 절연막(922)은 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(922)은 반도체층(912)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(924, 926)을 갖는다. 제 1 및 제 2 콘택홀(924, 926)은 게이트 전극(920)의 양측에서 게이트 전극(920)과 이격되어 위치한다. 층간 절연막(9222) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(930)과 드레인 전극(932)이 형성된다.
소스 전극(930)과 드레인 전극(932)은 게이트 전극(920)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(924, 926)을 통해 상기 반도체층(912)의 양측과 접촉한다. 반도체층(912), 게이트 전극(920), 소스 전극(930), 드레인 전극(932)은 구동 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
도 10에서, 박막트랜지스터(Tr)는 반도체층(912)의 상부에 게이트 전극(920), 소스 전극(930) 및 드레인 전극(932)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.
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.
한편, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(932)을 노출하는 드레인 콘택홀(936)을 가지는 보호층(934)이 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 형성된다.
보호층(934) 상에는 드레인 콘택홀(936)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(932)에 연결되는 제 1 전극(942)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다. 제 1 전극(942)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(942)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.
한편, 본 발명의 발광 표시장치(900)가 상부 발광(top-emission) 방식인 경우, 제 1 전극(942) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 보호층(936) 상에는 제 1 전극(942)의 가장자리를 덮는 뱅크층(948)이 형성된다. 뱅크층(948)은 화소영역에 대응하여 제 1 전극(942)의 중앙을 노출한다.
제 1 전극(942) 상에는 본 발명에 따른 발광체(100)를 포함하는 발광층(944)이 형성된다. 발광층(944)은 발광물질층으로만 이루어질 수도 있으나, 발광 효율을 높이기 위하여 다수의 전하 이동층을 가질 수 있다. 일례로, 제 1 전극(942)과 발광층(944) 사이에 제 1 전하 이동층(840, 도 9 참조)가 형성되고, 발광층(944)과 제 2 전극(946) 사이에 제 2 전하 이동층(860, 도 9 참조)가 더욱 형성될 수 있다.
발광층(944)이 형성된 기판(910) 상부로 제 2 전극(946)이 형성된다. 제 2 전극(946)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 음극 또는 양극일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(946)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.
발광체(100)는 제 1 모이어티(110)와 제 2 모이어티(120)를 포함한다. 제 1 모이어티(110)는 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)의 표면에 결합된 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)를 포함하고, 무기 발광 입자는 코어(112, 도 2 참조)/쉘(114, 도 2 참조)의 이종구조로 이루어질 수 있다. 제 2 모이어티(120)는 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)에 일단이 결합하는 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조)의 타단을 통하여 결합하는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)를 포함한다.
무기 발광 입자(111, 도 2 참조)를 구성하는 코어(112, 도 2 참조)를 구성하는 성분들의 조성비를 달리하거나, 쉘(114, 도 2 참조)의 두께를 조절하여 다양한 파장대의 발광을 구현할 수 있다. 또한, bulky한 특성을 가지는 실세스퀴옥산(124, 도 2 참조)을 포함하는 제 2 모이어티(120)가 형성되어, 무기 발광 입자(111, 도 2 참조)가 근접하게 배치되는 것을 방지하여 FRET 현상에 의한 발광 효율의 저하를 방지한다. 또한, 제 1 리간드(L1, 116, 도 2 참조)와 제 2 리간드(L2, 122, 도 2 참조) 중에서 어느 하나는 비극성 리간드이고 다른 하나는 극성 리간드이기 때문에, 발광체(100)는 다양한 극성 용매와 비극성 용매에 균일하게 분산될 수 있다. 발광층(944) 중에서 용액 공정이 적용될 수 있는 인접한 전하이동층(840, 860, 도 9 참조)을 구성하는 전하 이동 소재는 분산시키지 않으면서, 발광체(100)만을 분산시킬 수 있는 적절한 용매를 선택하는 용액 공정을 통하여 발광물질층(850, 도 9 참조)를 형성할 수 있다. 발광층(944)을 구성하는 인접한 층간 경계가 뚜렷하게 구분될 수 있으며, 발광다이오드(940) 및 이를 포함하는 무기 발광장치(900)의 발광 특성과 전하 이동 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
합성예 1: 적색 발광체 제조
InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 적색 무기 발광 입자 표면에 올레일아민, 트리옥틸포스핀, 도데칸티올 및 올렉익산의 초기 리간드가 결합된 양자점(QD) 분말 50 mg에 티올(-SH) 관능기가 감소하게 조절된 POSS(MST-300)를 넣고, 30℃에서 2시간 동안 교반한 후, 30분 동안 초음파 처리(sonication)을 수행하였다. 샘플을 N2 분위기 또는 진공 상태에서 300℃에서 5분 동안 환류(reflux) 열처리를 수행한 뒤에 상온으로 냉각하였다.
합성예 2: 적색 발광체 제조
초음파 처리 후에 샘플을 350℃에서 열처리를 수행한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하였다.
실험예 1: 분산 능력 평가
합성예 1과 2에서 각각 합성된 적색 발광체를 비극성 용매인 톨루엔과 극성 용매인 PGMEA에 넣고 분산성을 평가하였다. 평가 결과를 도 11a 내지 도 11c에 각각 나타낸다(도 11a 내지 11c에서 좌측은 합성예 1, 우측은 합성예 2에서 합성된 적색 발광체를 대상으로 평가한 것이다). 도 11a에 도시한 바와 같이, 합성예 1 및 2에 따라 양자점의 표면으로 설파이드 결합을 통하여 POSS가 결합된 것을 확인하였다. 또한, 합성예 1 및 합성예 2에서 합성된 적색 발광체는 비극성 용매인 톨루엔(도 11b)은 물론이고, 극성 용매인 PGMEA(도 11c)에도 균일하게 분산된 것을 확인하였다.
합성예 3: 녹색 발광체 합성
InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 녹색 무기 발광 입자를 사용하고, 초음파 처리 후에 샘플을 200℃에서 열처리를 수행한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하였다.
합성예 4: 녹색 발광체 합성
InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 녹색 무기 발광 입자를 사용하고, 초음파 처리 후에 샘플을 300℃에서 열처리를 수행한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하였다.
합성예 5: 녹색 발광체 합성
InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 녹색 무기 발광 입자를 사용하고, 초음파 처리 후에 샘플을 400℃에서 열처리를 수행한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하였다.
실험예 2: 분산 능력 평가
합성예 3 내지 5에서 각각 합성된 녹색 발광체를 비극성 용매인 톨루엔과 극성 용매인 PGMEA에 넣고 분산성을 평가하였다. 평가 결과를 도 12a 내지 도 12c에 각각 나타낸다(도 12a는 합성예 3, 도 12b는 합성예 4, 도 12c는 합성예 5에서 각각 합성된 녹색 발광체를 대상으로 평가한 것이다). 도 12a 내지 도 12c에 나타낸 바와 같이, 합성예 3-5에서 합성된 녹색 발광체는 양자점의 표면으로 설파이드 결합을 통하여 POSS가 결합되었으며, 비극성 용매인 톨루엔(T로 표시)은 물론이고, 극성 용매인 PGMEA(P로 표시)에도 균일하게 분산된 것을 확인하였다.
실험예 3: 분산 능력 평가
합성예 1에서 합성된 적색 발광체와, 합성예 3에서 각각 합성된 녹색 발광체를 대상으로 다양한 용매에 대한 분산 특성을 평가하였다. 평가 결과를 도 13a와 도 13b에 각각 나타낸다. 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이, 합성예 1 및 합성예 3에 따라 설파이드 결합을 통하여 POSS가 양자점 표면에 결합된 발광체는 디클로로메탄(Dichl Me), 옥탄(OCT), 헵탄(HEP), 클로로포름(Chl), m-자일렌(m-x), 클로로벤젠(Chl-B), 톨룬엔(Tol)과 같은 비극성 용매는 물론이고, i-부틸벤젠(i-Bul), PGMEA와 같은 극성 용매에도 잘 분산될 수 있다는 것을 알 수 있다.
합성예 6: 적색 발광체 합성
티올 관능기를 가지는 POSS로서, 랜덤 형태 및 케이지 형태의 POSS가 혼합되어 있으며, 티올 함량이 4.02 mmol/g인 POSS를 사용하여, 합성예 1의 절차를 반복하여, 적색 무기 발광 입자 표면에 설파이드기를 통하여 POSS가 결합된 적색 발광체(POSS-SH-1)를 합성하였다.
합성예 7: 적색 발광체 합성
티올 관능기를 가지는 POSS로서, 랜덤 형태 및 케이지 형태의 POSS가 혼합되어 있으며, 티올 함량이 2.79 mmol/g인 POSS을 사용하여, 합성예 1의 절차를 반복하여, 적색 무기 발광 입자 표면에 설파이드기를 통하여 POSS가 결합된 적색 발광체(POSS-SH-2)를 합성하였다.
합성예 8: 적색 발광체 합성
티올 관능기를 가지는 POSS로서, 랜덤 형태 및 케이지 형태의 POSS가 혼합되어 있으며, 티올 함량이 2.70 mmol/g인 POSS를 정제한 제품을 사용하여, 합성예 1의 절차를 반복하여, 적색 무기 발광 입자 표면에 설파이드기를 통하여 POSS가 결합된 적색 발광체(POSS-SH-3)를 합성하였다.
비교합성예 1
티올 관능기를 대신하여, 메틸 관능기를 가지는 POSS을 사용하여 합성예 1의 절차를 반복하였다(POSs-Non-SH).
실험예 4: 분산 특성 평가
합성예 6 내지 8과 비교합성예에서 합성된 발광체의 분산 정도를 평가하였다. 평가 결과를 도 14에 나타낸다. 티올 관능기를 가지는 POSS는 티올렌 반응을 통하여 적색 발광 입자 표면에 결합하였으나, 메틸 관능기를 가지는 POSS는 티올렌 반응이 일어나지 못하여, 적색 발광 입자 표면에 결합하지 못하여 분산되지 못한 것을 확인하였다.
실험예 5: 양자점-POSS 결합 확인
합성예 3에서 합성된 녹색 발광체에 대한 유도결합플라즈마 질량분광법(Inductively coupled plasma mass spectroscopy; IPC-MS)에 따른 성분 분석과, 적외선 분광(Infrared spectroscopy) 분석을 수행하였다. IPC-MS 성분 분석 결과를 하기 표 1에 나타내고, IR 분광 분석 그래프를 도 15에 나타낸다. 비교를 위하여 표 2에는 POSS가 결합하기 전에 초기 리간드가 결합한 녹색 발광 입자의 성분 분석 결과를 나타내고, 도 15에서도 POSS가 결합하지 않은 양자점 표면에 대한 IR 분광 분석 결과와 합성에 사용된 POSS에 대한 IR 분광 분석 결과를 같이 나타낸다.
합성예 3에서 합성된 녹색 발광체의 성분 분석(단위 ppb)
원소 검출농도
In 1,190
Zn 650
Si 368
Ga 190
P 110
Se 75
Cu < 0.1
Mn < 0.1
Cd < 0.1
Ni < 0.1
Al < 0.1
POSS 결합하기 전의 녹색 발광 입자 성분 분석
원소 검출농도
In 1,170
Zn 660
Ga 210
P 140
Se 50
Cu < 0.1
Mn < 0.1
Cd < 0.1
Ni < 0.1
Al < 0.1
Si < 0.1
표 1 및 표 2를 참조하면, 녹색 발광 입자가 POSS에 결합하기 전에 규소 원소의 함량은 매우 미비하였으나(< 0.1 ppb), 셀렌올 반응에 의하여 설파이드 결합을 통하여 POSS가 결합되면서, 규소 원소의 함량이 크게 증가한 것을 확인하였다(380 ppb). 또한, 도 15에 나타난 바와 같이, POSS가 결합하기 전에는 초기 리간드인 올레일아민 등에 기인하는 불포화 이중 결합(3050 ㎝-1)이 검출되었으나, POSS가 결합한 뒤에는 불포화 이중 결합이 분리되어 사라진 것을 확인하여 의도하였던 셀렌올 반응에 의하여, 설파이드기를 통하여 POSS가 결합한 것을 확인하였다.
합성예 9: 적색 발광체 제조
InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 적색 무기 발광 입자 표면에 올레일아민, 트리옥틸포스핀, 도데칸티올 및 올레익산의 초기 리간드가 결합된 양자점(QD) 분말 100 mg을 헥산계(hexane based) 용매에 넣고, 티올(-SH) 관능기가 감소하게 조절된 POSS(MST-300) 2g을 혼합한 후 30분 간 교반하였다. 전구체가 혼합된 용액에 큐밀 과산화물 1 중량%를 넣고, 초음파 처리를 수행하였다. 용액을 N2 분위기에서 버블링하여 내부의 공기를 제거한 뒤, N2 분위기에서 80℃에서 10분 반응시키고 상온으로 냉각하였다.
합성예 10 내지 14: 적색 발광체 제조
적색 양자점 분말, POSS, 큐밀 과산화물이 혼합된 용액을 90℃에서 10분(합성예 10), 100℃에서 10분(합성예 11), 110℃에서 10분(합성예 12), 120℃에서 10분(합성예 13), 130℃에서 10분(합성예 14)간 각각 반응시킨 것을 제외하고 합성예 9의 절차를 반복하여 적색 발광체를 각각 제조하였다.
합성예 15: 녹색 발광체 합성
무기 발광 입자로서 InP/ZnSe/Zns 이종 구조의 녹색 무기 발광 입자를 사용한 것을 제외하고, 합성예 9의 절차를 반복하여 녹색 발광체를 합성하였다.
비교합성예 2 내지 7: 적색 발광체 제조
합성예 1에서 사용한 적색 양자점 분말과 POSS가 혼합된 샘플을 80℃에서 10분(비교합성예 2), 90℃에서 10분(비교합성예 3), 100℃에서 10분(비교합성예 4), 110℃에서 10분(비교합성예 5), 120℃에서 10분(비교합성예 6), 130℃에서 10분(비교합성예 7) 동안 각각 열처리를 수행한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여, 적색 발광체를 제조하였다.
실험예 6: 분산 능력 평가
합성예 9 내지 14와, 비교합성예 2 내지 7에서 각각 합성된 적색 발광체를 비극성 용매인 톨루엔과 극성 용매인 PGMEA에 넣고 분산성을 평가하였다. 합성예 9 내지 14에서 각각 제조된 녹색 발광체는 비극성 용매인 톨루엔과 극성 용매인 PGMEA에서 모두 균일하게 분산되었다. 반면, 비교합성예 2 내지 7에서 각각 제조된 녹색 발광체는 원래의 무기 발광 입자와 마찬가지로 비극성 용매인 톨루엔에서는 분산되었으나, 극성 용매인 PGMEA에서는 침전되어 분산되지 못하는 것을 확인하였다.
실험예 7: 발광체의 발광 특성 평가
350℃에서 열처리를 통하여 합성된 합성예 2의 적색 발광체 및 400℃에서 열처리를 통하여 합성된 합성예 5의 녹색 발광체와, 80℃에서 촉매를 사용하여 합성된 합성예 9의 적색 발광체 및 합성예 15의 녹색 발광체를 대상으로 양자 효율(quantum yield; QY), 반치폭(full width at half maximum; FWHM) 및 광발광(photoluminescence, PL) 파장을 측정하였다. 비교를 위하여, 초기 리간드만이 표면에 결합된 InP/ZnSe/ZnS 이종 구조의 적색 발광 입자 및 녹색 발광 입자의 QY, FWHM, PL 피크를 또한 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 발광 입자와 비교하여, 발광 입자에 열처리를 수행하거나, 촉매를 이용하여 저온에서 반응을 유도하여 POSS가 결합된 발광체의 반치폭이나 PL 피크에서 큰 변화는 없었다.
하지만, 고온의 열처리를 수행하여 발광 입자와 POSS를 결합시킨 발광체의 양자효율은 발광 입자에 비하여 21.5%(적색 발광체, 32.4%(녹색 발광체) 저하되었다. 반면, 상대적으로 저온에서 반응을 유도하여 발광 입자와 POSS를 결합시킨 발광체의 양자효율은 발광 입자에 비하여 5%(적색 발광체, 10%(녹색 발광체)만 저하되었다. 따라서, 고온의 열처리를 수행하여 발광 입자와 POSS 전구체 사이의 반응을 진행하는 경우와 비교하여, 촉매를 사용하여 저온에서 발광 입자와 POSS 전구체 사이의 반응을 유도하는 경우, 상대적으로 발광 특성이 우수한 발광체를 제조할 수 있다는 것을 확인하였다.
무기 발광체의 발광 특성
샘플 QY FWHM PL (nm)

적색 발광		 발광 입자 70 52 630
합성예 2 55 52 630
합성예 9 65 52 630

녹색 발광		 발광 입자 71 39 530
합성예 5 48 40 531
합성예 15 64 40 530
실험예 8: 발광체의 특성 및 성분 분석
합성예 15에서 합성된 녹색 발광체를 TEM을 이용하여 분석하였다. 분석 결과를 도 16에 나타낸다. 무기 발광 입자 표면으로 POSS 모이어티가 균일하게 분산된 것을 확인하였다.
동일한 발광체에 대한 EDS 분석 결과를 도 17a 내지 도 17g에 나타낸다. 무기 발광 입자의 성분인 인(P), 황(S), 아연(Zn), 셀레늄(Se) 이외에도, POSS를 구성하는 SiO2 구조에서 유래한 산소(O) 및 규소(Si)가 검출되었다. 따라서, 무기 발광 입자의 표면에 형성된 초기 리간드가 교체되어, 무기 발광 입자가 교체된 리간드를 통하여 POSS 성분과 결합한 것을 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구범위에서 분명하다.
100: 발광체 110: 제 1 모이어티(발광 모이어티)
111: 발광 입자 112: 코어(core)
114: 쉘(shell) 116/L1: 제 1 리간드
120: 제 2 모이어티 122/L2: 제 2 리간드
124: 실세스퀴옥산 200: 발광 필름
220, 520: 매트릭스 수지 300: 액정표시장치
302: 액정 패널 380: 백라이트 유닛
400: 엘이디 패키지 402: 엘이디 칩
410: 봉지부
600, 700: 발광다이오드 표시장치
610, 710: 제 1 기판 620, 720: 컬러필터층
622, 722: 적색 컬러 패턴 624, 724: 녹색 컬러 패턴
626, 726: 청색 컬러 패턴 630, 730: 광 변환층
632, 732: 적색 광 변환층 634, 734: 녹색 광 변환층
640, 740: 발광다이오드 642, 742: 제 1 전극
644, 744: 발광층 646, 746: 제 2 전극
660, 760: 제 2 기판 800, 940: 무기 발광다이오드
810, 942: 제 1 전극 820, 946: 제 2 전극
830, 944: 발광층 900: 무기 발광다이오드 표시장치

Claims (15)

  1. 무기 발광 입자의 표면에 결합되어 있는 다수의 제 1 리간드로 이루어지는 제 1 모이어티; 및
    상기 제 1 리간드에 연결되는 말단을 갖는 제 2 리간드, 및 상기 제 2 리간드의 다른 말단에 연결된 실세스퀴옥산으로 이루어지는 제 2 모이어티를 포함하고,
    상기 제 1 리간드는 C1~C20 알킬렌기를 포함하고, 상기 제 2 리간드는 설파이드기를 통하여 상기 제 1 리간드에 연결되고, C1~C20 알킬기를 통하여 상기 실세스퀴옥산에 연결되는 발광체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실세스퀴옥산은 하기 화학식의 구조를 가지는 발광체.
    [화학식]
    (RSiO3/2)n
    (R은 수소, C1~C10 알킬기 또는 C2~C10 알릴기이고, n은 6, 8, 10, 12 또는 16임)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실세스퀴옥산은 케이지 구조를 가지는 발광체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실세스퀴옥산은 랜덤 구조와 케이지 구조가 혼합된 발광체.
  5. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 발광다이오드;
    상기 제 1 기판과 상기 발광다이오드 사이 또는 상기 제 2 기판과 상기 발광다이오드 사이에 위치하며, 상기 발광다이오드에서 발광된 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 광 변환층을 포함하고,
    상기 광 변환층은 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광체를 포함하는 발광 표시장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 발광 표시장치는 적색 화소영역을 포함하고,
    상기 광 변환층은 상기 적색 화소영역에 위치하는 적색 광 변환층을 포함하고, 상기 적색 광 변환층을 구성하는 상기 발광체는 발광다이오드에서 방출된 빛을 적색 파장의 광으로 변환할 수 있도록 적색 무기 발광 입자를 포함하는 발광 표시장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 발광 표시장치는 녹색 화소영역을 더욱 포함하고,
    상기 광 변환층은 상기 녹색 화소영역에 위치하는 녹색 광 변환층을 더욱 포함하고, 상기 녹색 광 변환층을 구성하는 상기 발광체는 발광다이오드에서 방출된 빛을 녹색 파장의 광으로 변환할 수 있도록 녹색 무기 발광 입자를 포함하는 발광 표시장치.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광체; 및
    상기 발광체가 분산된 매트릭스 수지
    를 포함하는 발광 필름.
  9. 액정 패널;
    상기 액정 패널의 하부에 위치하며 광원을 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 액정 패널과 상기 백라이트 유닛 사이에 위치하는 제 8항에 기재된 발광 필름
    을 포함하는 액정표시장치.
  10. 엘이디 칩; 및
    상기 엘이디 칩을 덮고 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광체를 포함하는 봉지부
    를 포함하는 엘이디 패키지.
  11. 제 10항에 기재된 엘이디 패키지를 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛 상부에 위치하는 액정 패널
    을 포함하는 액정표시장치.
  12. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광체를 포함하는 발광층
    을 포함하는 무기 발광다이오드.
  13. 기판;
    상기 기판 상부에 위치하고, 제 12항에 기재된 무기 발광다이오드; 및
    상기 기판과 상기 무기 발광다이오드 사이에 위치하며 상기 무기 발광다이오드에 연결되는 구동 소자
    를 포함하는 무기 발광장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 발광 입자는 양자점 또는 양자 막대를 포함하는 발광체.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 발광 입자는 코어와, 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 발광체.
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